JP7480044B2 - State estimation of ultrasonic end effector and its control system - Google Patents

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(関連出願の相互参照)
本出願は、米国特許法第119条(e)の下で、開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する2018年8月28日出願の米国非仮特許出願第16/115,214号に対する利益を主張する。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
This application claims the benefit under 35 U.S.C. §119(e) to U.S. Nonprovisional Patent Application No. 16/115,214, filed Aug. 28, 2018, entitled “ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR,” the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

本出願は、米国特許法第119条(e)の下で、開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION」と題する2018年8月23日出願の米国仮特許出願第62/721,995号に対する優先権を主張する。 This application claims priority under 35 U.S.C. § 119(e) to U.S. Provisional Patent Application No. 62/721,995, filed August 23, 2018, entitled "CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION," the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

本出願は、米国特許法第119条(e)の下で、開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS」と題する2018年8月23日出願の米国仮特許出願第62/721,998号に対する優先権を主張する。 This application claims priority under 35 U.S.C. § 119(e) to U.S. Provisional Patent Application No. 62/721,998, filed August 23, 2018, entitled "SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS," the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

本出願は、米国特許法第119条(e)の下で、開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING」と題する2018年8月23日出願の米国仮特許出願第62/721,999号に対する優先権を主張する。 This application claims priority under 35 U.S.C. § 119(e) to U.S. Provisional Patent Application No. 62/721,999, filed August 23, 2018, entitled "INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING," the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

本出願は、米国特許法第119条(e)の下で、開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY」と題する2018年8月23日出願の米国仮特許出願第62/721,994号に対する優先権を主張する。 This application claims priority under 35 U.S.C. § 119(e) to U.S. Provisional Patent Application No. 62/721,994, filed August 23, 2018, entitled "BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY," the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

本出願は、米国特許法第119条(e)の下で、開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS」と題する2018年8月23日出願の米国仮特許出願第62/721,996号に対する優先権を主張する。 This application claims priority under 35 U.S.C. § 119(e) to U.S. Provisional Patent Application No. 62/721,996, filed August 23, 2018, entitled "RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS," the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

本出願は更に、米国特許法第119条(e)の下で、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、「SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE」と題する2018年6月30日出願の米国仮特許出願第62/692,747号、「SMART ENERGY ARCHITECTURE」と題する2018年6月30日出願の米国仮特許出願第62/692,748号、及び「SMART ENERGY DEVICES」と題する2018年6月30日出願の米国仮特許出願第62/692,768号に対する優先権を主張する。 This application further claims priority under 35 U.S.C. §119(e) to U.S. Provisional Patent Application No. 62/692,747, entitled "SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE," filed June 30, 2018, U.S. Provisional Patent Application No. 62/692,748, entitled "SMART ENERGY ARCHITECTURE," filed June 30, 2018, and U.S. Provisional Patent Application No. 62/692,768, entitled "SMART ENERGY DEVICES," filed June 30, 2018, the disclosures of each of which are incorporated herein by reference in their entirety.

本出願は更に、米国特許法第119条(e)の下で、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する2018年3月8日出願の米国仮特許出願第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日出願の米国仮特許出願第62/640,415号の優先権の利益を主張する。 This application further claims the benefit of priority under 35 U.S.C. §119(e) to U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417, filed March 8, 2018, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," and U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,415, filed March 8, 2018, entitled "ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," the disclosures of each of which are incorporated herein by reference in their entirety.

本出願は更に、米国特許法第119条(e)の下で、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、「CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS」と題する2018年3月30日出願の米国仮特許出願第62/650,898号、「SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES」と題する2018年3月30日出願の米国仮特許出願第62/650,887号、「SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する2018年3月30日出願の米国仮特許出願第62/650,882号、及び「SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS」と題する2018年3月30日出願の米国仮特許出願第62/650,877号の優先権の利益を主張する。 This application is further protected under 35 U.S.C. § 119(e) from U.S. Provisional Patent Application No. 62/650,898, filed March 30, 2018, entitled "CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS," and U.S. Provisional Patent Application No. 62/650,887, filed March 30, 2018, entitled "SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES," each of which is incorporated herein by reference in its entirety. This application claims the benefit of priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/650,882, filed March 30, 2018, entitled "SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS," and U.S. Provisional Patent Application No. 62/650,877, filed March 30, 2018, entitled "SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS."

本出願は更に、米国特許法第119条(e)の下で、各開示の全体が参照により本明細書に組み込まれる、「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する2017年12月28日出願の米国仮特許出願第62/611,341号、「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS」と題する2017年12月28日出願の米国仮特許出願第62/611,340号、及び「ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM」と題する2017年12月28日出願の米国仮特許出願第62/611,339号の優先権の利益を主張する。 This application further claims the benefit of priority under 35 U.S.C. §119(e) to U.S. Provisional Patent Application No. 62/611,341, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM," filed December 28, 2017, U.S. Provisional Patent Application No. 62/611,340, entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS," filed December 28, 2017, and U.S. Provisional Patent Application No. 62/611,339, entitled "ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM," filed December 28, 2017, the disclosures of each of which are incorporated herein by reference in their entirety.

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。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、超音波トランスデューサ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)を有する超音波トランスデューサに連結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。 In surgical environments, smart energy devices within a smart energy architecture environment may be required. Ultrasonic surgical devices, such as ultrasonic scalpels, are finding increasingly widespread use in surgical procedures due to their unique performance characteristics. With certain device configurations and operating parameters, ultrasonic surgical devices can provide homeostasis with substantially simultaneous transection and coagulation of tissue, desirably minimizing patient trauma. Ultrasonic surgical devices may include a handpiece including an ultrasonic transducer, and an instrument coupled to the ultrasonic transducer having a distally attached end effector (e.g., a blade tip) for cutting and sealing tissue. In some cases, the instrument may be permanently attached to the handpiece. In other cases, such as in the case of disposable or replaceable instruments, the instrument may be removable from the handpiece. The end effector transmits ultrasonic energy to tissue in contact with the end effector to achieve the cutting and sealing action. Such ultrasonic surgical devices may 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 lower temperatures than those used in electrosurgical procedures and can be transmitted to the end effector by an ultrasonic generator in communication with the handpiece. The ultrasonic blade vibrates at high frequencies (e.g., 55,500 cycles per second) to denature proteins in the tissue to form a sticky coagulant. Pressure applied by the blade surface against the tissue collapses blood vessels, allowing the coagulant to form a hemostatic seal. The surgeon can control the speed of cutting and coagulation by the force applied to the tissue by the end effector, the time the force is applied, and the performance level of the end effector selected.

超音波トランスデューサは、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トランスデューサ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、超音波トランスデューサ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、超音波トランスデューサ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トランスデューサは、異なる調整インダクタを必要とする。 An ultrasonic transducer may be modeled as an equivalent circuit including a first branch with a capacitance, a second "operational" branch with a series-connected inductance, resistance, and capacitance that define the electromechanical properties of the resonator. Known ultrasonic generators may include a tuning inductor for tuning out the capacitance at a certain resonant frequency so that substantially all of the generator drive signal current flows in the operational branch. Thus, by using a tuning inductor, the generator drive signal current represents the operational 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 be matched to the specific capacitance of the ultrasonic transducer at the operational 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。 In addition, in some ultrasonic 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 due to harmonic distortion of the current and voltage signals.

その上、騒音環境における電磁干渉が、超音波トランスデューサ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。 In addition, electromagnetic interference in noisy environments reduces the generator's ability to maintain the ultrasonic transducer's resonant frequency locked, 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 the tissue are also finding increasingly widespread use in surgical procedures. The electrosurgical device may include an instrument having a handpiece and a distally attached end effector (e.g., one or more electrodes). The end effector may be positioned relative to the tissue such that electrical current is introduced into the tissue. The electrosurgical device may be configured for bipolar or monopolar operation. During bipolar operation, electrical current is introduced into the tissue by the active electrode of the end effector and returned from the tissue by the return electrode of the end effector, respectively. During monopolar operation, electrical current is introduced into the tissue by the active electrode of the end effector and returned via a return electrode (e.g., a ground pad) separately located on the patient's body. Heat generated by the electrical current flowing through the tissue may form a hemostatic seal within and/or between the tissue and may thus be particularly useful, for example, for sealing blood vessels. The end effector of the electrosurgical device may also include a cutting member that is movable relative to the tissue, and an electrode for transecting the tissue.

電気外科用装置によって印加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(radio frequency、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,Definition201.3.218-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。 The 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 may be in the frequency range of 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 may be nearly any value. Frequencies above 200 kHz are typically used in monopolar applications to avoid unnecessary stimulation of nerves and muscles resulting from the use of low frequency currents. Lower frequencies may be used for bipolar techniques if risk analysis indicates that the potential for neuromuscular stimulation has been mitigated to an acceptable level. Frequencies above 5 MHz are not typically used to minimize problems associated with high frequency leakage currents. 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, the electrosurgical device can transmit low frequency RF energy through tissue, which causes ionic agitation or friction, i.e. resistive heating, increasing 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 simultaneously sealing blood vessels while removing, shrinking, or sculpting soft tissue. RF energy can work particularly well on connective tissue, which is primarily composed 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 these unique drive signals, sensing and feedback needs, ultrasonic and electrosurgical devices have typically required different generators. In addition, where the instruments are disposable or interchangeable with handpieces, ultrasonic and electrosurgical generators are limited in their ability to recognize the particular instrument configuration being used and therefore optimize the control and diagnostic process. Furthermore, capacitive coupling between the generator's non-isolated circuitry and the patient-isolated circuitry can result in exposing 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。 Furthermore, due to these unique drive signal, sensing and feedback needs, ultrasonic and electrosurgical devices have typically required different user interfaces for the 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 may be configured for use with an electrosurgical instrument. Such user interfaces include hand and/or foot activated user interfaces, such as hand and/or foot activated switches. As various aspects of combined generators for use with both ultrasonic and electrosurgical instruments are contemplated in the subsequent disclosure, additional user interfaces configured to operate with both ultrasonic and/or electrosurgical instrument generators 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 a user or other machines to provide feedback indicative of the operating mode or status of either the ultrasonic and/or electrosurgical instruments are contemplated within the subsequent disclosure. Providing user and/or machine feedback for operating a combination ultrasonic and/or electrosurgical instrument requires providing sensory feedback to the user and providing electrical/mechanical/electromechanical feedback to the machine. Feedback devices incorporating visual feedback devices (e.g., LCD display screens, LED indicators), audible feedback devices (e.g., speakers, buzzers), or tactile feedback devices (e.g., tactile actuators) for use with a combined ultrasonic and/or electrosurgical instrument are contemplated within the subsequent disclosure.

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, among others. Thus, the techniques disclosed herein are applicable to ultrasonic, bipolar or monopolar RF (electrosurgical), irreversible and/or reversible electroporation, and/or microwave based surgical instruments, among others.

一般的な一態様では、超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測する方法オブが提供される。超音波装置は、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、電気機械的超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含む。方法は、制御回路によって、超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、複合インピーダンスが、 In one general aspect, a method of inferring a state of an end effector of an ultrasonic device is provided. The ultrasonic device includes an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade. The method includes measuring, by a control circuit, a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being determined by:

Figure 0007480044000001
として定義される、測定することと、
制御回路によって、複素インピーダンス測定データ点を受信することと、制御回路によって、複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、制御回路によって、比較解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することと、制御回路によって、比較解析の結果に基づいて、エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を含む。
Figure 0007480044000001
and
The method includes receiving, by a control circuit, the complex impedance measurement data points; comparing, by the control circuit, the complex impedance measurement data points to data points in a reference complex impedance characteristic pattern; classifying, by the control circuit, the complex impedance measurement data points based on results of the comparative analysis; and assigning, by the control circuit, a state or status of the end effector based on results of the comparative analysis.

別のアスペックでは、超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測するための発生器が提供される。超音波装置は、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、電気機械的超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、発生器が、メモリに連結された制御回路を含み、制御回路が、超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、複素インピーダンスが、 In another aspect, a generator is provided for inferring a state of an end effector of an ultrasonic device. The ultrasonic device includes an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system includes an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the generator includes a control circuit coupled to a memory, the control circuit measures a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being determined by:

Figure 0007480044000002
として定義される、測定することと、複素インピーダンス測定データ点を受信することと、複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、比較解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することと、比較解析の結果に基づいて、エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を行うように構成されている。
Figure 0007480044000002
a complex impedance measurement data point representing a state or status of the end effector based on a result of the comparative analysis; receiving complex impedance measurement data points; comparing the complex impedance measurement data points to data points in a reference complex impedance characteristic pattern; classifying the complex impedance measurement data points based on a result of the comparative analysis; and assigning a state or status of the end effector based on a result of the comparative analysis.

更に別の態様では、エンドエフェクタの状態を推測するための超音波装置が提供される。超音波装置は、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、電気機械的超音波システムは、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含む電気機械的超音波システムと、メモリに連結された制御回路と、を備え、制御回路が、超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、複素インピーダンスが、 In yet another aspect, an ultrasonic device for inferring a state of an end effector is provided. The ultrasonic device includes an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, and a control circuit coupled to a memory, the control circuit measuring a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being determined by:

Figure 0007480044000003
として定義される、測定することと、複素インピーダンス測定データ点を受信することと、複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、比較解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することと、比較解析の結果に基づいて、エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を行うように構成されている。
Figure 0007480044000003
a complex impedance measurement data point representing a state or status of the end effector based on a result of the comparative analysis; receiving complex impedance measurement data points; comparing the complex impedance measurement data points to data points in a reference complex impedance characteristic pattern; classifying the complex impedance measurement data points based on a result of the comparative analysis; and assigning a state or status of the end effector based on a result of the comparative analysis.

更に別の態様では、超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測する方法が提供される。超音波装置は、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、電気機械的超音波システムは、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含む。方法は、駆動回路によって、駆動信号を超音波トランスデューサに印加することであって、駆動信号が、大きさ及び周波数によって定義される周期信号である、印加することと、
プロセッサ又は制御回路によって、電磁超音波システムの共振未満から共振を上回るまで、駆動信号の周波数を掃引することと、
プロセッサ又は制御回路によって、インピーダンス/アドミッタンス円変数R、G、X、Bを測定及び記録することと、プロセッサ又は制御回路によって、測定されたインピーダンス/アドミッタンス円変数R、G、X、Bと、基準インピーダンス/アドミッタンス円変数Rref、Gref、Xref、Brefとを比較することと、プロセッサ又は制御回路によって、比較解析の結果に基づいてエンドエフェクタの状態又は状況を判定することと、を含む。
In yet another aspect, a method of inferring a state of an end effector of an ultrasonic device is provided, the ultrasonic device including an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the method including applying, by a drive circuit, a drive signal to the ultrasonic transducer, the drive signal being a periodic signal defined by a magnitude and a frequency;
sweeping, by a processor or control circuit, the frequency of the drive signal from below resonance to above resonance of the electromagnetic ultrasonic system;
measuring and recording, by a processor or control circuit, the impedance/admittance circle variables R e , G e , X e , B e ; comparing, by the processor or control circuit, the measured impedance/admittance circle variables R e , G e , X e , B e with reference impedance/admittance circle variables R ref , G ref , X ref , B ref ; and determining, by the processor or control circuit, a state or status of the end effector based on results of the comparative analysis.

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、外科用ハブ筐体の、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、及び単極接点と、並びに排煙構成要素とを備えた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連結された複数のモジュールを備える外科用ハブを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、ユニバーサルシリアルバス(USB)ネットワークハブ装置の一態様を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具又はツールの制御システムの論理図を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された制御回路を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された組み合わせ論理回路を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具又はツールの態様を制御するように構成された順序論理回路を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、様々な機能を実行するために起動され得る複数のモータを備える外科用器具又はツールを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、本明細書で説明される外科用ツールを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、図29に示す超音波駆動回路に連結された変圧器の回路図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、試験回路に連結された図30に示す変圧器の回路図である。 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、図34に示すRF駆動回路に連結された変圧器の回路図である。 再送された開示(resent disclosure)の一態様による、高電力エネルギー/駆動回路及び低電力回路のために個別の電源を備える回路の回路図である。 外科用器具のために、デュアル発生器システムがRF発生器エネルギーのモダリティと超音波発生器エネルギーのモダリティとの間で切り替えることを可能にする制御回路を示す。 再送された開示の一態様による、外科用器具と共に使用するためのフィードバックシステムを備える外科用器具の一態様の図を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具で使用するための電気信号波形のため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(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)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。 本開示の一態様による、左シェル半体がハンドルアセンブリから取り除かれて、マルチリードハンドル端子アセンブリに通信可能に連結された装置識別子を露出させた、モジュール式ハンドヘルド超音波外科用器具の立面分解図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、図46に示す超音波外科用器具のトリガ部及びスイッチの詳細図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、ジョー部材が開放位置にある遠位端からのエンドエフェクタの断片的な拡大斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、独立して動作する複数の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、ジョー部材上に位置するRFデータセンサを備えるエンドエフェクタの一態様を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、センサがフレキシブル回路に取り付けられ得るか、又はフレキシブル回路と一体に形成され得る、図51に示す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、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。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波トランスデューサ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る、エンドエフェクタの様々な異なる状態及び状況を有する同じ超音波装置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、超音波トランスデューサインピーダンスの大きさ及び位相が周波数の関数としてプロットされる、3D訓練データSのセットのプロットのグラフ図である。 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)に基づいてジョー状況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、圧電振動子の実数成分に対する虚数成分としてプロットされた複素インピーダンスの円プロットである。 本開示の少なくとも1つの態様による、圧電振動子の実数成分に対する虚数成分としてプロットされた複素アドミッタンスの円プロットである。 55.5kHz超音波圧電トランスデューサの複素アドミッタンスの円プロットである。 本開示の少なくとも1つの態様による、ジョーが開放しており、負荷がない超音波装置のインピーダンス/アドミッタンス円プロットを示すインピーダンス分析器のグラフ表示であり、赤色がアドミッタンスを示し、青色がインピーダンスを示している。 本開示の少なくとも1つの態様による、乾燥セーム革上にジョーがクランプされた超音波装置のインピーダンス/アドミッタンス円プロットを示すインピーダンス分析器のグラフ表示であり、赤色がアドミッタンスを示し、青色がインピーダンスを示している。 本開示の少なくとも1つの態様による、湿潤セーム上にジョー先端部がクランプされた超音波装置のインピーダンス/アドミッタンス円プロットを示すインピーダンス分析器のグラフ表示であり、赤色がアドミッタンスを示し、青色がインピーダンスを示している。 本開示の少なくとも1つの態様による、湿潤セーム上にジョーが完全にクランプされた超音波装置のインピーダンス/アドミッタンス円プロットを示すインピーダンス分析器のグラフ表示であり、赤色がアドミッタンスを示し、青色がインピーダンスを示している。 本開示の少なくとも1つの態様による、灰色の重なりで円を見るのを助けるために、ジョーが開放している超音波装置の複数の共振を捕捉するために、周波数が48kHzから62kHzまで掃引されるインピーダンス/アドミッタンスプロットを示すインピーダンス分析器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、インピーダンス/アドミッタンス円の半径及びオフセットの推測に基づいてジョー状況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。 超音波トランスデューサ電流止血アルゴリズムのグラフ図である。時間の関数としての超音波トランスデューサへの最大電流のパーセントのグラフ図である。 超音波トランスデューサ電流止血アルゴリズムのグラフ図である。本開示の少なくとも1つの態様による、時間及び組織種類の関数としての超音波ブレード温度のグラフ図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、組織種類に基づいて超音波ブレードの温度を制御するための制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。 本開示の一態様による、超音波ブレードをプロファイルし、プロファイル上で超音波ブレードに電力を送達するために、超音波トランスデューサのインピーダンスを監視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。 本開示の一態様による、超音波ブレードをプロファイルし、プロファイル上で超音波ブレードに電力を送達するために、超音波トランスデューサのインピーダンスを監視する一連のグラフ図である。時間の関数としての超音波トランスデューサの初期インピーダンスのグラフ図である。 本開示の一態様による、超音波ブレードをプロファイルし、プロファイル上で超音波ブレードに電力を送達するために、超音波トランスデューサのインピーダンスを監視する一連のグラフ図である。初期インピーダンスに基づく時間の関数としての超音波ブレードに送達される電力のグラフ図である。 本開示の一態様による、超音波ブレードをプロファイルし、プロファイル上で超音波ブレードに電力を送達するために、超音波トランスデューサのインピーダンスを監視する一連のグラフ図である。時間の関数としての超音波トランスデューサの新たなインピーダンスのグラフ図である。 本開示の一態様による、超音波ブレードをプロファイルし、プロファイル上で超音波ブレードに電力を送達するために、超音波トランスデューサのインピーダンスを監視する一連のグラフ図である。新たなインピーダンスに基づいて超音波ブレードに送達される調整された電力のグラフ図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードが関節運動しているときの損失電力を補償するために、超音波トランスデューサの複素インピーダンスを調整するためのシステムである。 本開示の少なくとも1つの態様による、関節角度の関数としての出力電力を補償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、超音波ブレードによって実施されている動作を判定するために超音波トランスデューサの複素インピーダンスをリアルタイムで測定するためのシステムである。 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パターンに基づいて超音波ブレードによって実施されている動作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、止血血管を識別するための制御プログラム又は論理構成を示す適応型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、静脈及び動脈の血管種類の時間の関数としての超音波トランスデューサ電流プロファイルのグラフ図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、止血血管を識別するための制御プログラム又は論理構成を示す適応型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、静脈及び動脈血管種類の時間の関数としての超音波トランスデューサ周波数プロファイルのグラフ図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、石灰化した血管を識別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、石灰化した血管を識別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、石灰化した血管を識別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、実質組織に埋もれている血管を伴う肝臓切除の図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、実質組織内にあるが血管に接触していない超音波ブレードの図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、赤色に示される実質組織の曲線を有する超音波トランスデューサインピーダンスの大きさ/位相プロットである。 本開示の少なくとも1つの態様による、赤色に示される実質組織の曲線を有する超音波トランスデューサインピーダンスの大きさ/位相プロットである。 実質組織内にあり、大きな血管と接触している、超音波ブレードの図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、碧色に示される大きな血管の曲線を有する超音波トランスデューサインピーダンスの大きさ/位相プロットである。 本開示の少なくとも1つの態様による、碧色に示される大きな血管の曲線を有する超音波トランスデューサインピーダンスの大きさ/位相プロットである。 本開示の少なくとも1つの態様による、血管が検出されたときに実質組織にある組織を処置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、再利用可能かつ使い捨ての超音波装置の使い捨て部分が正しく設置されているかどうかを判定するために、超音波ブレードのステータスを識別し、クロックされたクランプアームステータスを判定するように構成された超音波装置である。 図87に示される超音波装置のエンドエフェクタ部分である。 本開示の少なくとも1つの態様による、再利用可能かつ使い捨ての超音波装置の使い捨て部分が正しく設置されているかどうかを判定するために、超音波ブレードのステータスを識別し、クランプアームが完全に遠位でないかどうかを判定するように構成された超音波装置である。 本開示の少なくとも1つの態様による、再利用可能及び使い捨て装置の構成要素のステータスを識別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、組織無線周波数(RF)インピーダンス分類の3次元グラフ図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、組織無線周波数(RF)インピーダンス解析の3次元グラフ図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、初期無線周波数(RF)インピーダンスの関数としての時間インピーダンス(Z)導関数がプロットされる頚動脈技術感度のグラフ図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、初期周波数と、約340℃の温度を達成するために必要な周波数変化との間の関係のグラフ図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、超音波トランスデューサの周波数(f)が所定の閾値よりも低下することを防止するために超音波電気機械的システムの超音波トランスデューサに印加される電流(i)設定値を調節する、超音波発生器を備える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、エンドエフェクタパッドを保護するための、制御された熱管理プロセス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、超音波ブレードの所望の温度とスマート超音波ブレード及び従来の超音波ブレードとを比較する、温度対時間のグラフ図である。 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。
The features of the various aspects are set forth in detail in the appended claims, however the various aspects, both as to organization and method of operation, together with further objects and advantages thereof, may best be understood by reference to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings in which:
FIG. 1 is a block diagram of a computer-implemented interactive surgical system in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is 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. 13 is a partial perspective view of a surgical hub housing and of 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. FIG. 1 is a perspective view of a combination generator module with bipolar, ultrasonic, and monopolar contacts and smoke evacuation components in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 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 a plurality of modules in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 illustrates a surgical data network comprising a modular communications hub configured to connect modular devices located in one or more operating rooms of a medical facility, or any room in a medical facility equipped with specialized equipment for surgical procedures, to a cloud, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates a computer-implemented interactive surgical system in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates a surgical hub comprising a plurality of modules coupled to a modular control tower in accordance with 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. 1 illustrates a control circuit configured to control an aspect of a surgical instrument or tool in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates a combinatorial logic circuit configured to control aspects of a surgical instrument or tool in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates a sequential logic circuit configured to control aspects of a surgical instrument or tool in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates a surgical instrument or tool with multiple motors that can be activated to perform various functions, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a circuit diagram of a robotic surgical instrument configured to manipulate a surgical tool described herein, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 illustrates a block diagram of a surgical instrument programmed to control distal translation of a displacement member, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 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. In accordance with at least one aspect of the present disclosure, a system configured to execute an adaptive ultrasonic blade control algorithm within a surgical data network that includes a modular communications hub. 1 illustrates an embodiment of a generator in accordance with at least one aspect of the present disclosure. In accordance with at least one aspect of the present disclosure, a surgical system includes a generator and various surgical instruments usable with the generator. 1 is an end effector according to at least one aspect of the present disclosure. FIG. 23 is a diagram of the surgical system of FIG. 22 in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is a model illustrating motional branch currents in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 2 is a structural diagram of a generator architecture in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 2 is a functional diagram of a generator architecture in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 2 is a functional diagram of a generator architecture in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 2 is a functional diagram of a generator architecture in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates structural and functional aspects of a generator in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates structural and functional aspects of a generator in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 2 is a circuit diagram of one embodiment of an ultrasonic drive circuit. FIG. 30 is a circuit diagram of a transformer coupled to the ultrasonic drive circuit shown in FIG. 29 in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 31 is a circuit diagram of the transformer shown in FIG. 30 coupled to a test circuit in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 2 is a circuit diagram of a control circuit in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 13 shows a simplified block circuit diagram illustrating another electrical circuit contained within a modular ultrasonic surgical instrument in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates a generator circuit divided into multiple stages in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates a generator circuit split 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. FIG. 2 is a circuit diagram of one embodiment of a drive circuit configured to drive radio frequency (RF) current in accordance with at least one embodiment of the present disclosure. FIG. 35 is a circuit diagram of a transformer coupled to the RF drive circuit shown in FIG. 34 in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 2 is a schematic diagram of a circuit with separate power supplies for a high power energy/drive circuit and a low power circuit, according to one aspect of the resent disclosure. A control circuit is shown that enables a dual generator system to switch between RF generator energy modalities and ultrasonic generator energy modalities for a surgical instrument. 1 shows a diagram of one embodiment of a surgical instrument with a feedback system for use with the surgical instrument, according to one embodiment of the recited disclosure. 1 illustrates one aspect of a basic architecture of a digital synthesis circuit, such as a direct digital synthesis (DDS) circuit, configured to generate multiple waveforms for an electrical signal waveform for use in a surgical instrument, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates one aspect of a direct digital synthesis (DDS) circuit configured to generate a plurality of waveforms of an electrical signal waveform for use in a surgical instrument in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates one cycle of a discrete-time digital electrical signal waveform (shown superimposed on the discrete-time digital electrical signal waveform for comparison purposes) of an analog waveform according to at least one aspect of the present disclosure; FIG. 13 illustrates a control system configured to provide progressive closure of the closure member as it advances distally to close the clamp arms and apply a closure force load at a desired rate, according to one aspect of the present disclosure. 1 illustrates a proportional-integral-derivative (PID) controller feedback control system according to one aspect of the present disclosure. FIG. 13 is an elevational exploded view of a modular handheld ultrasonic surgical instrument with the left shell half removed from the handle assembly to expose a device identifier communicatively coupled to the multi-lead handle terminal assembly according to one aspect of the present disclosure. FIG. 47 is a detailed view of a trigger and switch of the ultrasonic surgical instrument shown in FIG. 46 in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 13 is a fragmentary, close-up perspective view of an end effector from a distal end with the jaw members in an open position, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 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 functionality in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates one aspect of an end effector with an RF data sensor located on a jaw member in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 52 illustrates one embodiment of a flexible circuit, as shown in FIG. 51, in which a sensor may be attached to the flexible circuit or may be integrally formed with the flexible circuit, in accordance with at least one embodiment of the present disclosure. 1 is an alternative system for controlling the frequency and detecting the impedance of an ultrasonic electromechanical system in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1A-1C are spectra of the same ultrasonic device with various different states and conditions of the end effector, where 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. FIG. 2 is a graphical illustration of a plot of a set of 3D training data S in which the magnitude and phase of ultrasonic transducer impedance are plotted as a function of frequency, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for determining jaw status based on a complex impedance characteristic pattern (fingerprint) in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is a circle plot of complex impedance plotted as imaginary component versus real component of a piezoelectric transducer in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is a circle plot of complex admittance plotted as imaginary component versus real component of a piezoelectric transducer in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is a circle plot of the complex admittance of a 55.5 kHz ultrasonic piezoelectric transducer. FIG. 1 is a graphical representation of an impedance analyzer showing an impedance/admittance circle plot of an ultrasonic device with jaws open and no load, with red indicating admittance and blue indicating impedance, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a graphical representation of an impedance analyzer showing an impedance/admittance circle plot of an ultrasound device with jaws clamped on a dry chamois, with red indicating admittance and blue indicating impedance, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a graphical representation of an impedance analyzer showing an impedance/admittance circle plot of an ultrasonic device with jaw tips clamped on a wet chamois, with red indicating admittance and blue indicating impedance, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 13 is a graphical representation of an impedance analyzer showing an impedance/admittance circle plot of an ultrasonic device with the jaws fully clamped on a wet chamois, with red indicating admittance and blue indicating impedance, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 13 is a graphical representation of an impedance analyzer showing an impedance/admittance plot where the frequency is swept from 48 kHz to 62 kHz to capture multiple resonances of an ultrasonic device with jaws open to aid in seeing the circles with gray overlap, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 13 is a logic flow diagram of a process illustrating a control program or logic configuration for determining jaw status based on estimation of impedance/admittance circle radius and offset in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is a graphical representation of an ultrasonic transducer current hemostasis algorithm;FIG. 2 is a graphical representation of percent of maximum current to the ultrasonic transducer as a function of time; 10A-10C are graphical illustrations of an ultrasonic transducer current hemostasis algorithm, and FIGURE 11A-10D are graphical illustrations of ultrasonic blade temperature as a function of time and tissue type, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for controlling the temperature of an ultrasonic blade based on tissue type in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a logic flow diagram of a process illustrating a control program or logic configuration for monitoring the impedance of an ultrasonic transducer to profile an ultrasonic blade and deliver power to the ultrasonic blade on the profile, according to one aspect of the present disclosure. 1 is a series of graphs of an ultrasonic transducer's initial impedance as a function of time for profiling an ultrasonic blade and delivering power to the ultrasonic blade on the profile, in accordance with one aspect of the present disclosure; 1 is a series of graphical illustrations of monitoring the impedance of an ultrasonic transducer to profile an ultrasonic blade and deliver power to the ultrasonic blade on the profile, and power delivered to the ultrasonic blade as a function of time based on initial impedance, according to one aspect of the present disclosure; 1 is a series of graphs of the new impedance of an ultrasonic transducer as a function of time for profiling an ultrasonic blade and delivering power to the ultrasonic blade on the profile, in accordance with one aspect of the present disclosure; 1 is a series of graphs of monitoring the impedance of an ultrasonic transducer to profile an ultrasonic blade and deliver power to the ultrasonic blade on the profile, and adjusted power delivered to the ultrasonic blade based on the new impedance, according to one aspect of the present disclosure. According to at least one aspect of the present disclosure, a system for adjusting the complex impedance of an ultrasonic transducer to compensate for power losses when an ultrasonic blade is articulated. FIG. 13 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for compensating output power as a function of joint angle in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is a system for measuring complex impedance of an ultrasonic transducer in real time to determine the motion being performed by an ultrasonic blade in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a logic flow diagram of a process illustrating a control program or logic configuration for determining the action being performed by an ultrasonic blade based on a complex impedance pattern in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 13 is a logic flow diagram of an adaptive process illustrating a control program or logic configuration for identifying a hemostatic vessel in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a graphical illustration of ultrasound transducer current profiles as a function of time for venous and arterial vessel types in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 13 is a logic flow diagram of an adaptive process illustrating a control program or logic configuration for identifying a hemostatic vessel in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a graphical illustration of ultrasound transducer frequency profiles as a function of time for venous and arterial blood vessel types, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for identifying calcified blood vessels in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for identifying calcified blood vessels in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for identifying calcified blood vessels in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is an illustration of a liver resection with blood vessels buried in parenchyma, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a diagram of an ultrasonic blade within parenchymal tissue but not in contact with a blood vessel, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is a magnitude/phase plot of ultrasound transducer impedance with parenchymal tissue curve shown in red, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is a magnitude/phase plot of ultrasound transducer impedance with parenchymal tissue curve shown in red, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a diagram of an ultrasonic blade in parenchymal tissue and in contact with a large blood vessel. 1 is a magnitude/phase plot of ultrasound transducer impedance with a large vessel curve shown in blue, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is a magnitude/phase plot of ultrasound transducer impedance with a large vessel curve shown in blue, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 13 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for treating tissue in parenchyma when a blood vessel is detected, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. In accordance with at least one aspect of the present disclosure, an ultrasound device configured to identify an ultrasonic blade status and determine a clocked clamp arm status to determine if a disposable portion of a reusable and disposable ultrasound device is properly installed. 88 is an end effector portion of the ultrasonic device shown in FIG. 87. In accordance with at least one aspect of the present disclosure, an ultrasound device configured to identify the status of an ultrasound blade and determine if a clamp arm is not fully distal to determine if a disposable portion of a reusable and disposable ultrasound device is properly installed. FIG. 1 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration for identifying the status of reusable and disposable device components in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 13 is a three-dimensional graphical illustration of tissue radio frequency (RF) impedance classification, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a three-dimensional graphical illustration of tissue radio frequency (RF) impedance analysis, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a graphical illustration of carotid technique sensitivity in which the time impedance (Z) derivative is plotted as a function of initial radio frequency (RF) impedance, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a graphical illustration of the relationship between initial frequency and the frequency change required to achieve a temperature of about 340° C., in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 illustrates a feedback control system including an ultrasonic generator that adjusts a current (i) setpoint applied to an ultrasonic transducer of an ultrasonic electromechanical system to prevent the frequency (f) of the ultrasonic transducer from dropping below a predetermined threshold, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a process logic flow diagram illustrating a control program or logic configuration of a controlled thermal management process for protecting an end effector pad in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 1 is a graph of temperature versus time comparing the desired temperature of an ultrasonic blade with a smart ultrasonic blade and a conventional ultrasonic blade, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. 1 is a timeline illustrating situational awareness of a surgical hub 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。
・「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号、
・「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号、
・「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号、
・「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号、
・「DETERMINING TISSUE COMPOSITION VIA AN ULTRASONIC SYSTEM」と題する米国特許出願整理番号END8563USNP3/180139-3号、
・「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号、
・「DETERMINING THE STATE OF AN ULTRASONIC END EFFECTOR」と題する米国特許出願整理番号END8563USNP5/180139-5号、
・「SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS」と題する米国特許出願整理番号END8564USNP1/180140-1号、
・「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号、
・「DETECTION OF END EFFECTOR IMMERSION IN LIQUID」と題する米国特許出願整理番号END8564USNP3/180140-3号、
・「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号、
・「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号、
・「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号、及び
・「ACTIVATION OF ENERGY DEVICES」と題する米国特許出願整理番号END8573USNP1/180145-1号。
The applicant of this application owns the following U.S. patent applications, filed August 28, 2018, the disclosures of each of which are incorporated by reference in their entirety herein:
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 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 Serial 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. END8563USNP5/180139-5, entitled "DETERMINING THE STATE OF AN ULTRASONIC END EFFECTOR";
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 Serial No. END8564USNP3/180140-3, entitled "DETECTION OF END EFFECTOR IMMERSION IN LIQUID";
U.S. Patent Application Serial 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"; and - U.S. Patent Application Serial No. END8573USNP1/180145-1 entitled "ACTIVATION OF 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」と題する米国仮特許出願第62/721,995号、
・「SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS」と題する米国仮特許出願第62/721,998号、
・「INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING」と題する米国仮特許出願第62/721,999号、
・「BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY」と題する米国仮特許出願第62/721,994号、及び
・「RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS」と題する米国仮特許出願第62/721,996号。
The applicant of this application owns the following U.S. patent applications, filed August 23, 2018, the disclosures of each of which are incorporated by reference in their entirety herein:
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 CAPACITIIVE COUPLING";
No. 62/721,994, entitled "BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY" and U.S. Provisional Patent Application No. 62/721,996, entitled "RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS".

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」と題する米国仮特許出願第62/692,747号、
・「SMART ENERGY ARCHITECTURE」と題する米国仮特許出願第62/692,748号、及び
・「SMART ENERGY DEVICES」と題する米国仮特許出願第62/692,768号。
The applicant of this application owns the following U.S. patent applications, filed June 30, 2018, the disclosures of each of which are incorporated by reference in their entirety herein:
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/692,747, entitled "SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/692,748, entitled "SMART ENERGY ARCHITECTURE", and - U.S. 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 U.S. patent applications, filed June 29, 2018, the disclosures of each of which are incorporated by reference in their entirety herein:
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,090, entitled "CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS";
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,057, entitled "CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS";
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,067, entitled "SYSTEMS FOR ADJUSTING END EFFECTOR PARAMETERS BASED ON PERIOPERATIVE INFORMATION";
- U.S. Patent Application Serial No. 16/024,075, entitled "SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING";
- U.S. Patent Application Serial No. 16/024,083, entitled "SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING";
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,094, entitled "SURGICAL SYSTEMS FOR DETECTING END EFFECTOR TISSUE DISTRIBUTION IRREGULARITIES";
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,138, entitled "SYSTEMS FOR DETECTING PROXIMITY OF SURGICAL END EFFECTOR TO CANCEROUS TISSUE";
- U.S. Patent Application Serial No. 16/024,150, entitled "SURGICAL INSTRUMENT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLIES";
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,160, entitled "VARIABLE OUTPUT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLY";
- U.S. Patent Application Serial No. 16/024,124, entitled "SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE";
- U.S. Patent Application Serial No. 16/024,132, entitled "SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE CIRCUIT";
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,141, entitled "SURGICAL INSTRUMENT WITH A TISSUE MARKING ASSEMBLY";
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,162, entitled "SURGICAL SYSTEMS WITH PRIORITIZED DATA TRANSMISSION CAPABILITIES";
U.S. patent application Ser. No. 16/024,066, entitled "SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL";
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,096, entitled "SURGICAL EVACUATION SENSOR ARRANGEMENTS";
- U.S. Patent Application Serial No. 16/024,116, entitled "SURGICAL EVACUATION FLOW PATHS";
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,149, entitled "SURGICAL EVACUATION SENSING AND GENERATOR CONTROL";
U.S. Patent Application Serial No. 16/024,180, entitled "SURGICAL EVACUATION SENSING AND DISPLAY";
U.S. patent application Ser. No. 16/024,245, entitled "COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM";
U.S. patent application Ser. No. 16/024,258, entitled "SMOKE EVACUATION SYSTEM INCLUDING A SEGMENTED CONTROL CIRCUIT FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM";
No. 16/024,265, entitled "SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOK EVACUATION DEVICE" and U.S. patent application Ser. No. 16/024,273, entitled "DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS."

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仮特許出願を所有する。
・「A METHOD OF USING REINFORCED FLEX CIRCUITS WITH MULTIPLE SENSORS WITH ELECTROSURGICAL DEVICES」と題する米国仮特許出願第62/691,228号、
・「CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS」と題する米国仮特許出願第62/691,227号、
・「SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE」と題する米国仮特許出願第62/691,230号、
・「SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL」と題する米国仮特許出願第62/691,219号、
・「COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国仮特許出願第62/691,257号、
・「SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE」と題する米国仮特許出願第62/691,262号、及び
・「DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS」と題する米国仮特許出願第62/691,251号。
The applicant of this application owns the following U.S. provisional patent applications, filed June 28, 2018, the disclosures of each of which are incorporated by reference in their entirety herein:
- 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";
U.S. Provisional Patent Application No. 62/691,257, entitled "COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM";
No. 62/691,262, entitled "SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOK EVACUATION DEVICE" and U.S. Provisional Patent Application No. 62/691,251, entitled "DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS."

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仮特許出願を所有する。
・「METHOD OF HUB COMMUNICATION」と題する米国仮特許出願第62/659,900号。
The applicant of this application owns the following U.S. provisional patent applications, filed April 19, 2018, the disclosures of each of which are incorporated by reference in their entirety herein:
- U.S. 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仮特許出願を所有する。
・「CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS」と題する2018年3月30日出願の米国仮特許出願第62/650,898号、
・「SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES」と題する米国仮特許出願第62/650,887号、
・「SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国仮特許出願第62/650,882号、及び
・「SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS」と題する米国仮特許出願第62/650,877号。
The applicant of this application owns the following U.S. provisional patent applications, filed March 30, 2018, the disclosures of each of which are incorporated by reference in their entirety herein:
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", and - U.S. Provisional Patent Application No. 62/650,877, entitled "SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS".

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 U.S. patent applications, filed March 29, 2018, the disclosures of each of which are incorporated by reference in their entirety herein:
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,641, entitled "INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,648, entitled "INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH CONDITION HANDLING OF DEVICES AND DATA CAPABILITIES";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,656, entitled "SURGICAL HUB COORDINATION OF CONTROL AND COMMUNICATION OF OPERATING ROOM DEVICES";
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,666, entitled "SPECIAL AWARENESS OF SURGICAL HUB IN OPERATING ROOMS";
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,670, entitled "COOPERATORY UTILIZATION OF DATA DERIVED FROM SECONDARY SOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBSM";
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,677, entitled "SURGICAL HUB CONTROL ARRANGEMENTS";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,632, entitled "DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD";
U.S. patent application Ser. No. 15/940,640, entitled "COMMUNICATION HUB AND STORAGE DEVICE FOR STORING PARAMETERS AND STATUS OF A SURGICAL DEVICE TO BE SHARED WITH CLOUD BASED ANALYTICS SYSTEMS";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,645, entitled "SELF DESCRIBING DATA PACKETS GENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,649, entitled "DATA PAIRING TO INTERCONNECT A DEVICE MEASURED PARAMETER WITH AN OUTCOME";
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,654, entitled "SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS";
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,663, entitled "SURGICAL SYSTEM DISTRIBUTED PROCESSING";
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,668, entitled "AGGREGATION AND REPORTING OF SURGICAL HUB DATA";
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,671, entitled "SURGICAL HUB SPECIAL AWARENESS TO DETERMINATION DEVICES IN OPERATING THEATER";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,686, entitled "DISPLAY OF ALIGNMENT OF STAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINEAR STAPLE LINE";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,700, entitled "STERILE FIELD INTERACTIVE CONTROL DISPLAYS";
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,629, entitled "COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,704, entitled "USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINATION PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT";
U.S. patent application Ser. No. 15/940,722, entitled "CHARACTERIZATION OF TISSUE IRREGULARITIES THROUGH THE USE OF MONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIONITY" and U.S. patent application Ser. No. 15/940,742, entitled "DUAL CMOS ARRAY IMAGING".
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,636, entitled "ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES";
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,653, entitled "ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL HUBS";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,660, entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,679, entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR LINKING OF LOCAL USAGE TRENDS WITH THE RESOURCE ACQUISITION BEHAVIORS OF LARGE DATA SET";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,694, entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR MEDICAL FACILITY SEGMENTED INDIVIDUALIZATION OF INSTRUMENT FUNCTION";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,634, entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES";
U.S. patent application Ser. No. 15/940,706, entitled "DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK" and U.S. patent application Ser. No. 15/940,675, entitled "CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES."
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,627, entitled "DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,637, entitled "COMMUNICATION ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,642, entitled "CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,676, entitled "AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS";
U.S. Patent Application Serial No. 15/940,680, entitled "CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS";
- U.S. Patent Application Serial No. 15/940,683, entitled "COOPERATORY SURGICAL ACTIONS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS";
- U.S. patent application Ser. No. 15/940,690, entitled "DISPLAY ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS"; and - U.S. patent application Ser. No. 15/940,711, entitled "SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS".

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

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仮特許出願を所有する。
・「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国仮特許出願第62/640,417号、及び
・「ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国仮特許出願第62/640,415号。
The applicant of this application owns the following U.S. provisional patent applications, filed March 8, 2018, the disclosures of each of which are incorporated by reference in their entirety herein:
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR", and - U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,415, entitled "ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR".

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仮特許出願を所有する。
・「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する米国仮特許出願番号米国仮特許出願第62/611,341号、
・「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS」と題する米国仮特許出願第62/611,340号、及び
・「ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM」と題する米国仮特許出願第62/611,339号。
The applicant of this application owns the following U.S. provisional patent applications, filed December 28, 2017, the disclosures of each of which are incorporated by reference in their entirety herein:
- U.S. Provisional Patent Application No. U.S. Provisional Patent Application No. 62/611,341, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM";
- U.S. Provisional Patent Application No. 62/611,340, entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS," and - U.S. 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つ又は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つ又は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 the various aspects of the surgical device and generator in detail, it should be noted that the illustrated embodiments are not limited in application or use to the details of construction and arrangement of parts shown in the accompanying drawings and description. The illustrative embodiments may be embodied or incorporated in other aspects, variations, and modifications and may be practiced or carried out in various ways. Moreover, unless otherwise specified, the terms and phrases used herein have been selected for the convenience of the reader and for the purpose of describing the illustrative embodiments and not for the purpose of limiting them. Furthermore, it should be understood that one or more of the aspects, embodiment of the aspects, and/or embodiments described below can be combined with any one or more of the other aspects, embodiment of the aspects, and/or embodiments described below.

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 the ultrasonic surgical devices may be configured, for example, to transect and/or coagulate tissue during a surgical procedure. Aspects of the electrosurgical devices may be configured, for example, to transect, coagulate, scale, weld, and/or desiccate tissue during a surgical procedure.

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に連結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。 With reference to FIG. 1, a computer-implemented interactive surgical system 100 includes one or more surgical systems 102 and a cloud-based system (e.g., a cloud 104 that may include a remote server 113 coupled to a storage device 105). Each surgical system 102 includes at least one surgical hub 106 in communication with the cloud 104 that may include a remote server 113. In one embodiment, as shown in FIG. 1, the surgical systems 102 include a visualization system 108, a robotic system 110, and a handheld intelligent surgical instrument 112 configured to communicate with each other and/or with the hub 106. 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 equal to or greater than 1.

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連結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。 3 shows an example of a surgical system 102 used to perform a surgical procedure on a patient lying on an operating table 114 in a surgical room 116. A robotic system 110 is used as part of the surgical system 102 in the surgical procedure. The 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 can manipulate at least one detachably coupled surgical tool 117 during minimally invasive incision of the patient's body while the surgeon views the surgical site via the surgeon's console 118. Images of the surgical site can be obtained by a medical imaging device 124, which can 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」と題する米国仮特許出願公開第62/611,339号に記載されている。 Other types of robotic systems can be readily adapted for use with the surgical system 102. Various examples of robotic systems and surgical tools suitable for use with the present disclosure are described in U.S. Provisional Patent Application Publication No. 62/611,339, entitled "ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM," filed December 28, 2017, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

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」と題する米国仮特許出願公開第62/611,340号に記載されている。 Various examples of cloud-based analytics performed by cloud 104 and suitable for use with the present disclosure are described in U.S. Provisional Patent Application Publication No. 62/611,340, entitled "CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS," filed December 28, 2017, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

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(CCD)センサ及び相補型金属酸化膜半導体(CMOS)センサが挙げられるが、これらに限定されない。 In various aspects, the imager 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 the imaging device 124 may include one or more illumination sources and/or one or more lenses. The one or more illumination sources may be directed to illuminate a portion of the surgical field. The one or more image sensors may 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。 The one or more illumination sources may be configured to emit electromagnetic energy in the visible and invisible spectrum. The visible spectrum, sometimes called the optical spectrum or emission spectrum, is the portion of the electromagnetic spectrum that is visible to (i.e., detectable by) the human eye and is sometimes called visible light, or simply light. A typical human eye responds to wavelengths in air between about 380 nm and 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 (i.e., the non-radiative spectrum) is the portion of the electromagnetic spectrum that lies below and above the visible spectrum (i.e., 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, which are invisible infrared (IR), microwave, and wireless electromagnetic radiation. Wavelengths below about 380 nm are shorter than the violet spectrum, which are invisible ultraviolet, x-ray, and gamma ray electromagnetic radiation.

様々な態様では、撮像装置124は、低侵襲性処置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, the imaging device 124 is configured for use in minimally invasive procedures. Examples of imaging devices suitable for use with the present disclosure include, but are not limited to, arthroscopes, angioscopes, bronchoscopes, cholangioscopes, 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」と題する米国仮特許出願公開第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 structures. Multispectral imaging captures image data within specific wavelength ranges across the electromagnetic spectrum. The wavelengths can be separated by filters or by using instruments sensitive to light from specific wavelengths including frequencies beyond the visible light range, e.g., IR and ultraviolet light. Spectral imaging can allow for the 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 detail in the "Advanced Imaging Acquisition Module" section of U.S. Provisional Patent Application Publication No. 62/611,341, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM," filed December 28, 2017, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. Multispectral monitoring can be a useful tool to reposition the surgical field after a surgical procedure is completed to perform one or more of the above-mentioned tests on the treated tissue.

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見なされる特定の領域と見なされ得ること、又は滅菌野は、外科処置のために準備された患者のすぐ周囲の領域と見なされ得ることは理解されよう。滅菌野は、適切な衣類を着用した洗浄済みのチーム構成員、並びにその領域内の全ての備品及び固定具を含み得る。 It is self-evident that any surgical procedure requires rigorous sterilization of the operating room and surgical equipment. The strict sanitary and sterile conditions required in the "surgical theater", i.e., operating room or procedure room, require the utmost sterility of all medical devices and equipment. Part of that sterilization process is the need to sterilize everything that comes into contact with the patient or enters the sterile field, including the imaging device 124 and its accessories and components. It will be understood that the sterile field may be considered a specific area that is deemed free of microorganisms, such as in a tray or on a sterile towel, or the sterile field may be considered the area immediately surrounding the patient who is prepared for the surgical procedure. The sterile field may include cleaned team members in appropriate clothing, as well as all the equipment and fixtures in 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」と題する米国仮特許出願公開第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 positioned relative to the sterile field, as shown in FIG. 2, one or more image processing units, 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 the visualization system 108 are described in the "Advanced Imaging Acquisition Module" section of U.S. Provisional Patent Application Publication No. 62/611,341, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM," filed December 28, 2017, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

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, the primary display 119 is positioned within the sterile field so as to be visible to an operator positioned at the operating table 114. In addition, 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. The visualization system 108, guided by the hub 106, is configured to use the displays 107, 109, and 119 to coordinate information flow to operators inside and outside the sterile field. For example, the hub 106 can cause the visualization system 108 to display snapshots of the surgical site recorded by the imaging device 124 on the non-sterile displays 107 or 109 while maintaining a live image of the surgical site on the primary display 119. The snapshots on the non-sterile displays 107 or 109 can, for example, enable the non-sterile operator to perform diagnostic steps related to the 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 is also configured to send diagnostic input or feedback entered by a non-sterile operator located in the sterile field at the visualization tower 111 to the primary display 119 in the sterile field for viewing by a sterile operator located at the operating table. In one example, the input may be in the form of a correction to a snapshot displayed on the non-sterile display 107 or 109 that can be sent by the hub 106 to the 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日出願の米国仮特許出願公開第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、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、「Surgical Instrument Hardware」の項目、及び「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する2017年12月28日出願の米国仮特許出願公開第62/611,341号で説明されている。 2, the surgical instrument 112 is used as part of the surgical system 102 in a surgical procedure. The hub 106 is also configured to coordinate information flow to the display of the surgical instrument 112, for example in U.S. Provisional Patent Application Publication No. 62/611,341, filed December 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 the visualization tower 111 may be sent by the hub 106 to the surgical instrument display 115 in the sterile field, where the diagnostic input or feedback may be viewed by the operator of the surgical instrument 112. Exemplary surgical instruments suitable for use with the surgical system 102 are described, for example, in the section entitled "Surgical Instrument Hardware" and in U.S. Provisional Patent Application Publication No. 62/611,341, filed December 28, 2017, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM," the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

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。 3, the hub 106 is shown in communication with a visualization system 108, a robotic system 110, and a handheld intelligent surgical instrument 112. The hub 106 includes a hub display 135, an imaging module 138, a generator module 140, a communication module 130, a processor module 132, and a storage array 134. In certain aspects, as shown in FIG. 3, the hub 106 further includes a smoke evacuation module 126 and/or a suction/irrigation module 128.

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 a surgical procedure, the application of energy to tissue for sealing and/or cutting is typically accompanied by smoke evacuation, aspiration of excess fluid, and/or irrigation of tissue. Fluid, power, and/or data lines from different sources often become tangled during a surgical procedure. Valuable time may be lost during a surgical procedure addressing this issue. Untangling the lines may require unplugging the lines from their corresponding modules, which may require resetting the modules. The hub's modular housing 136 provides a unified environment for managing power, data, and fluid lines, reducing the frequency of such line tangling.

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、を備える。ドッキングステーションはデータ及び電力接点を含む。組み合わせ発生器モジュールは、単一ユニット内に収容された、超音波エネルギー発生器構成要素、双極RFエネルギー発生器構成要素、及び単極RFエネルギー発生器構成要素のうちの2つ以上を備える。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、を備える。 Aspects of the present disclosure present a surgical hub for use in a surgical procedure involving the application of energy to tissue at a surgical site. The surgical hub comprises a hub housing and a combination generator module slidably receivable within a docking station of the hub housing. The docking station includes data and power contacts. The combination generator module comprises two or more of an ultrasonic energy generator component, a bipolar RF energy generator component, and a monopolar 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, at least one smoke evacuation component configured to evacuate smoke, fluid, and/or particulates generated by the application of therapeutic energy to tissue, and a fluid line extending from a 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 that is slidably received within the hub housing. In one aspect, the hub housing includes a fluid 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 may be used to seal tissue, while an ultrasonic generator may be used to cut the sealed tissue. Aspects of the present disclosure present a solution in which the modular housing 136 of the hub is configured to house and facilitate bidirectional communication between various generators. One advantage of the modular housing 136 of the hub 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 a surgical procedure involving application of energy to tissue. The modular surgical housing includes a first energy generator module configured to generate a first energy for application to tissue, and a first docking station including a first docking port including first data and power contacts, where the first energy generator module is slidably movable into electrical engagement with the power and data contacts, and the first energy generator module is slidably movable out of electrical engagement with the first power and data contacts.

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。 In addition to the above, the modular surgical housing further includes a second energy generator module configured to generate a second energy for application to tissue, different from the first energy, and a second docking station including a second docking port including second data and power contacts, the second energy generator module being slidably movable into electrical engagement with the power and data contacts, and the second energy generator module being slidably movable 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 housing further includes a communication bus between the first docking port and the second docking port configured to facilitate communication between the first energy generator module and the second energy generator module.

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。 3-7, aspects of the disclosure are presented regarding the hub's modular housing 136 that allows for modular integration of the generator module 140, the smoke evacuation module 126, and the suction/irrigation module 128. The hub's modular housing 136 further facilitates bidirectional communication between the modules 140, 126, 128. As shown in FIG. 5, the generator module 140 may be a generator module with integrated monopolar, bipolar, and ultrasonic components supported in a single housing unit 139 that is slidably insertable into the hub's modular housing 136. As shown in FIG. 5, the generator module 140 may be configured to connect to a monopolar device 146, a bipolar device 147, and an ultrasonic device 148. Alternatively, the generator module 140 may comprise a series of monopolar, bipolar, and/or ultrasonic generator modules that interact via the hub's modular housing 136. The hub modular housing 136 may be configured to facilitate insertion of multiple generators and bidirectional communication between the generators docked to the hub modular housing 136 such that the multiple generators function as a single generator.

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 includes a modular power and communications backplane 149 with external and wireless communication headers to enable removable attachment of the modules 140, 126, 128 and bidirectional communication therebetween.

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、並びに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、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 the surgical hub housing 136 and a combination generator module 145 slidably receivable in the docking station 151 of the surgical hub housing 136. A docking port 152 having power and data contacts on the rear side of the combination generator module 145 is configured to engage the corresponding docking port 150 with the power and data contacts of the corresponding docking station 151 of the hub modular housing 136 when the combination generator module 145 is slid into position within the corresponding docking station 151 of the hub modular housing 136. In one aspect, the combination generator module 145 includes bipolar, ultrasonic, and monopolar modules, as well as a smoke evacuation module integrated with a single housing unit 139, as shown in FIG. 5.

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。流体ラインに連結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 fluid lines 154 that transport captured/collected smoke and/or fluid away from the surgical site, for example, to the smoke evacuation module 126. Vacuum suction generated from the smoke evacuation module 126 can draw the smoke into an opening in a utility conduit at the surgical site. The utility conduit coupled to the fluid line may be in the form of a flexible tube that terminates at the smoke evacuation module 126. The utility conduit and fluid line define a fluid path that extends toward the smoke evacuation module 126, which is 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連結される。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 that includes an aspiration fluid line and a suction fluid line. In one embodiment, the aspiration and aspiration fluid lines are in the form of flexible tubing that extends from the surgical site toward the aspiration/irrigation module 128. One or more drive systems can be configured to cause irrigation and suction of fluids 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に連結される。 In one aspect, the 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. The suction tube can have an inlet port at its distal end, and the suction tube extends through the shaft. Similarly, the irrigation tube can extend through the shaft and have an inlet port proximate to the energy delivery instrument. The energy delivery instrument is configured to deliver ultrasonic and/or RF energy to the surgical site and is initially coupled to the 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. The fluid source and/or vacuum source can be housed within the aspiration/irrigation module 128. In one embodiment, the fluid source and/or vacuum source can be housed within the hub housing 136 separate from the aspiration/irrigation module 128. In such an embodiment, the fluid interface can be configured to connect the aspiration/irrigation module 128 to the fluid source and/or 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's modular housing 136 may include alignment features configured to align the docking ports of the modules to engage with their counterparts in the docking stations of the hub's modular housing 136. For example, as shown in FIG. 4, the combination generator module 145 includes a side bracket 155 configured to slidably engage with a corresponding bracket 156 of the corresponding docking station 151 of the hub's modular housing 136. 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's 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's 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, the side brackets 155 and/or 156 may be larger or smaller depending on the size of the module. In other aspects, the drawers 151 are different sizes, 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。 Furthermore, to prevent inserting a module into a drawer with incompatible contacts, the contacts of a particular module may be keyed to engage with the contacts of a particular drawer.

図4に示されるように、1つのドロアー151のドッキングポート150は、通信リンク157を介して別のドロアー151のドッキングポート150に連結されて、ハブのモジュール式筐体136内に収容されたモジュール間の双方向通信を容易にすることができる。あるいは又は更に、ハブのモジュール式筐体136のドッキングポート150は、ハブのモジュール式筐体136内に収容されたモジュール間の無線双方向通信を容易にしてもよい。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 may be coupled to the docking port 150 of another drawer 151 via a communication link 157 to facilitate bidirectional communication between modules housed within the hub's modular housing 136. Alternatively or additionally, the docking port 150 of the hub's modular housing 136 may facilitate wireless bidirectional communication between modules housed within the hub's 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 housing 160 that include a backplane for interconnecting modules 161. As shown in FIG. 6, modules 161 are arranged laterally within lateral modular housing 160. Alternatively, modules 161 may be arranged vertically within 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。 7 illustrates a vertical modular housing 164 configured to receive a plurality of modules 165 of the surgical hub 106. The modules 165 are slidably inserted into a docking station or drawer 167 of the vertical modular housing 164 that includes a backplane for interconnecting the modules 165. Although the drawer 167 of the vertical modular housing 164 is vertically oriented, in certain cases the vertical modular housing 164 may include a horizontally oriented drawer. Additionally, the modules 165 may interact with each other via the docking ports of the vertical modular housing 164. In the embodiment of FIG. 7, a display 177 is provided for displaying data related to the operation of the modules 165. Additionally, the vertical modular housing 164 includes a master module 178 that houses a plurality of sub-modules that are slidably received within the 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連結される。光源モジュール及び/又はカメラモジュールは、外科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スキャン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 an integrated video processor and a modular light source and is adapted for use with various imaging devices. In one aspect, the imaging device is configured with a modular housing that can be assembled with a light source module and a camera module. The housing can be a disposable housing. In at least one embodiment, the disposable housing is removably coupled with a reusable controller, a light source module, and a camera module. The light source module and/or the 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 imaging of the scanned beam. Similarly, the light source module can be configured to deliver white light or a 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、望ましくない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 may be inefficient to remove a surgical device from the surgical field and replace it with another surgical device that includes a different camera or a different light source. Temporary loss of view of the surgical field may result in undesirable results. The modular imaging device of the present disclosure is configured to allow replacement of a light source module or a camera module midstream during a surgical procedure without the need 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, the imaging device comprises a tubular housing including a plurality of channels. A first channel is configured to slidably receive a camera module that may be configured for snap-fit engagement with the first channel. A 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 embodiment, the camera module and/or the light source module may be rotated into a final position within their corresponding channels. A threaded engagement may be employed in place of the 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 fields of view. The imaging module 138 can be configured to switch between the imaging devices to provide an optimal field of view. In various aspects, the imaging module 138 can be configured to integrate images from the 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 imaging devices suitable for use with the present disclosure are described in U.S. Patent No. 7,995,045, issued Aug. 9, 2011, entitled "COMBINED SBI AND CONVENTIONAL IMAGE PROCESSOR," which is incorporated herein by reference in its entirety. Additionally, U.S. Patent No. 7,982,776, issued Jul. 19, 2011, entitled "SBI MOTION ARTIFACT REMOVEAL APPARATUS AND METHOD," which is incorporated herein by reference in its entirety, describes various systems for removing motion artifacts from image data. Such systems may be integrated with the imaging module 138. Additionally, U.S. Patent Application Publication No. 2011/0306840, published December 15, 2011, entitled "CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTURE INTRACORPOREAL APPARATUS," and U.S. Patent Application Publication No. 2014/0243597, published August 28, 2014, entitled "SYSTEM FOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURE," are each incorporated herein by reference in their 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に連結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に連結することができる。外科用データネットワーク201は、受動的、インテリジェント、又は切り替え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 surgical data network 201 comprising a modular communication hub 203 configured to connect modular devices located in one or more operating rooms of a medical facility, or any room in a medical facility with specialized equipment for surgical procedures, to a cloud-based system (e.g., cloud 204, which may include a remote server 213 coupled to storage device 205). In one aspect, the modular communication hub 203 comprises a network hub 207 and/or a network switch 209 in communication with a network router. The modular communication hub 203 can further be coupled to a local computer system 210 to provide local computer processing and data manipulation. The surgical data network 201 may be configured as passive, intelligent, or switched. A passive surgical data network acts as a conduit for data, allowing data to go from one device (or segment) to another device (or segment) and to cloud computing resources. An intelligent surgical data network includes additional mechanisms that allow traffic to pass through the monitored surgical data network and configure each port in the network hub 207 or network switch 209. An intelligent surgical data network can be referred to as a manageable hub or switch. A 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に連結されてもよい。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に連結されて、装置1a~1nをクラウド204又はローカルコンピュータシステム210に接続することができる。装置1a~1nに関連付けられたデータは、遠隔データ処理及び操作のためにルータを介してクラウドベースのコンピュータに転送されてもよい。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に連結されてもよい。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に連結されて、装置2a~2mをクラウド204に接続することができる。装置2a~2nに関連付けられたデータは、データ処理及び操作のためにネットワークルータ211を介してクラウド204に転送されてもよい。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 1a-1n located in the operating room may be coupled to the modular communication hub 203. The network hub 207 and/or the network switch 209 may be coupled to the network router 211 to connect the devices 1a-1n to the cloud 204 or the local computer system 210. Data associated with the devices 1a-1n may be transferred to a cloud-based computer via the router for remote data processing and manipulation. Data associated with the devices 1a-1n may also be transferred to the local computer system 210 for local data processing and manipulation. Modular devices 2a-2m located in the same operating room may also be coupled to the network switch 209. The network switch 209 may be coupled to the network hub 207 and/or the network router 211 to connect the devices 2a-2m to the cloud 204. Data associated with the devices 2a-2n may be transferred to the cloud 204 via the network router 211 for data processing and manipulation. Data associated with the devices 2a-2m may also be transferred to the 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、内視鏡に連結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連結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、ディスプレイに連結された外科用装置、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 the surgical data network 201 may be expanded by interconnecting multiple network hubs 207 and/or multiple network switches 209 with multiple network routers 211. The modular communications 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. The modular communications hub 203 is connected to a display 212 to display images acquired by some of the devices 1a-1n/2a-2m, for example, during a surgical procedure. In various aspects, devices 1a-1n/2a-2m may include various modules such as an imaging module 138 coupled to an endoscope, a generator module 140 coupled to an energy-based surgical device, a smoke evacuation module 126, an aspiration/irrigation module 128, a communications module 130, a processor module 132, a storage array 134, a surgical device coupled to a display, and/or a non-contact sensor module, among other modular devices that may be connected to a modular communications hub 203 of a surgical data network 201.

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連結された装置1a~1n/2a~2mのいずれか1つ又は全ては、リアルタイムでデータを収集し、データ処理及び操作のためにデータをクラウドコンピュータに転送することができる。クラウドコンピューティングは、ソフトウェアアプリケーションを取り扱うために、ローカルサーバ又はパーソナル装置を有するのではなく、共有コンピューティングリソースに依存することは理解されるであろう。用語「クラウド」は「インターネット」の隠喩として用いられ得るが、この用語はそのように限定はされない。したがって、用語「クラウドコンピューティング」は、本明細書では「インターネット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 may include a combination of network hub(s), network switch(es), and network router(s) that connect the devices 1a-1n/2a-2m to the cloud. Any one or all of the devices 1a-1n/2a-2m coupled to the 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 understood that cloud computing relies on shared computing resources rather than having local servers or personal devices to handle software applications. Although the term "cloud" may be used as a metaphor for the "internet," the term is not so limited. Thus, the term "cloud computing" may be used herein to refer to "a type of internet-based computing," where various services such as servers, storage, and applications are delivered to the modular communications hub 203 and/or computer system 210 located at the surgical site (e.g., a fixed, mobile, temporary, or on-site operating room or space) and to devices connected to the modular communications hub 203 and/or computer system 210 via the internet. The 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. The cloud computing services may perform numerous calculations based on data collected by smart surgical instruments, robots, and other computerized devices located in the operating room. The 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 the devices 1a-1n/2a-2m, the surgical data network provides improved surgical outcomes, reduced costs, and improved patient satisfaction. At least some of the devices 1a-1n/2a-2m can be used to observe tissue status and evaluate leakage or perfusion of the sealed tissue after tissue sealing and cutting procedures. At least some of the devices 1a-1n/2a-2m can be used to diagnostically inspect data including images of samples of body tissue to identify pathologies such as disease effects using cloud-based computing. This includes tissue and phenotype localization and margin confirmation. At least some of the devices 1a-1n/2a-2m can be used to identify anatomical structures of the body using techniques such as various sensors integrated with the imaging devices and overlaying images captured by multiple imaging devices. Data collected by the devices 1a-1n/2a-2m, including image data, may be transferred to the cloud 204 or a local computer system 210, or both, for data processing and manipulation, including image processing and manipulation. The data can be analyzed to improve the outcome of the surgical procedure by determining whether further treatments can be pursued, such as endoscopic interventions, emerging technologies, targeted radiation, targeted interventions, and application of precision robotics to tissue-specific sites and conditions. Such data analysis may further employ prognostic analysis processes, and using a standardized approach can provide useful feedback to either confirm or suggest modifications to surgical treatments and surgeon performance.

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. The network hub 207 may be implemented in one aspect as a local network broadcast device that operates on the physical layer of the Open Systems Interconnection (OSI) model. The network hub provides connectivity to the devices 1a-1n located in the same operating room network. The network hub 207 collects data in the form of packets and sends them to the router in half-duplex mode. The network hub 207 does not store any media access control/internet protocol (MAC/IP) for forwarding device data. Only one of the devices 1a-1n can send data at a time through the network hub 207. The network hub 207 does not have a routing table or intelligence on where to send the information and broadcasts all network data across each connection and to the remote server 213 (FIG. 9) on the cloud 204. Although the network hub 207 can detect basic network errors such as collisions, broadcasting all information to multiple ports can pose a security risk and cause 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. The network switch 209 functions within the data link layer of the OSI model. The network switch 209 is a multicast device for connecting the devices 2a-2m located in the same operating room to the network. The network switch 209 transmits data in the form of frames to the network router 211 and functions in full duplex mode. Multiple devices 2a-2m can transmit data simultaneously through the network switch 209. The network switch 209 stores and uses the MAC addresses of the devices 2a-2m to forward 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に連結される。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。 The network hub 207 and/or the network switch 209 are coupled to a network router 211 to connect to the cloud 204. The network router 211 functions within the network layer of the OSI model. The network router 211 creates a path for sending data packets received from the network hub 207 and/or the network switch 211 to cloud-based computer resources for further processing and manipulation of data collected by any one or all of the devices 1a-1n/2a-2m. The network router 211 may be used to connect two or more different networks located in different locations, such as, for example, different networks located in different operating rooms in the same medical facility, or different operating rooms in different medical facilities. The network router 211 transmits data in the form of packets to the cloud 204 and functions in full-duplex mode. Multiple devices can transmit data simultaneously. The network router 211 uses IP addresses to forward 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, the network hub 207 may be implemented as a USB hub that allows multiple USB devices to be connected to a host computer. The USB hub may expand a single USB port into several tiers so that more ports are available for connecting devices to the host system computer. The 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-bandwidth wireless communication protocol may be used for communication between devices 1a-1n and 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(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 other embodiments, the operating room devices 1a-1n/2a-2m can communicate with the modular communications hub 203 via the Bluetooth wireless technology standard to exchange data over short distances from fixed and mobile devices (using short wavelength UHF radio waves in the ISM band of 2.4-2.485 GHz) and to create a personal area network (PAN). In other aspects, the operating room devices 1a-1n/2a-2m can communicate with the modular communications hub 203 via a number of wireless or wired communications standards or protocols, including, but not limited to, 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 Ethernet derivatives thereof, as well as any other wireless and wired protocols designated 3G, 4G, 5G, and beyond. The computing module may include multiple communications modules. For example, the first communication module may be dedicated to short-range wireless communication such as Wi-Fi and Bluetooth, and the second communication module may be dedicated to long-range wireless communication such as GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, and Ev-DO.

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 communications hub 203 can act as a central connection for one or all of the operating room devices 1a-1n/2a-2m and handles data types known as frames. Frames carry data generated by the devices 1a-1n/2a-2m. Once the frames are received by the modular communications hub 203, they are amplified and transmitted to the network router 211, which forwards this data to cloud computing resources by using any number of wireless or wired communications standards or protocols described herein.

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。 The 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. The modular communication hub 203 is generally easy to install, configure, and maintain, making the modular communication hub 203 a good choice for networking the 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に連結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に連結された撮像モジュール238、エネルギー装置241に連結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に連結されたスマート装置/器具235、及び非接触センサモジュール242に連結される。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連結される。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に連結されてもよい。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)に連結されてもよい。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。 9 illustrates a computer-implemented interactive surgical system 200. The computer-implemented interactive surgical system 200 is similar in many respects to the computer-implemented interactive surgical system 100. For example, the computer-implemented interactive surgical system 200 includes one or more surgical systems 202 that are similar in many respects to the surgical system 102. Each surgical system 202 includes at least one surgical hub 206 that communicates with a cloud 204 that may include a remote server 213. In one aspect, the computer-implemented interactive surgical system 200 includes a modular control tower 236 connected to a plurality of operating room devices, such as, for example, intelligent surgical instruments, robots, and other computerized devices located in the operating room. As shown in FIG. 10, the modular control tower 236 includes a modular communication hub 203 coupled to a computer system 210. As illustrated in the embodiment of FIG. 9, the modular control tower 236 is coupled to an imaging module 238 coupled to an endoscope 239, a generator module 240 coupled to an energy device 241, a smoke evacuator module 226, a suction/irrigation module 228, a communication module 230, a processor module 232, a storage array 234, a smart device/instrument 235 optionally coupled to a display 237, and a non-contact sensor module 242. The operating room devices are coupled to cloud computing resources and data storage via the modular control tower 236. The robot hub 222 may also be connected to the modular control tower 236 and cloud computing resources. The devices/instruments 235, visualization system 208, among others, may be coupled to the modular control tower 236 via wired or wireless communication standards or protocols described herein. The modular control tower 236 may be coupled to a hub display 215 (e.g., monitor, screen) for displaying and overlaying images received from the imaging module, device/instrument display, and/or other visualization system 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に連結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。 10 illustrates a surgical hub 206 comprising a number of modules coupled to a modular control tower 236. The modular control tower 236 comprises a modular communications hub 203, e.g., a network-connected device, and a computer system 210, e.g., for providing local processing, visualization, and imaging. As shown in FIG. 10, the modular communications hub 203 can be connected in a hierarchical configuration to expand the number of modules (e.g., devices) that can be connected to the modular communications hub 203 to transfer data associated with the modules to the computer system 210, cloud computing resources, or both. As shown in FIG. 10, each of the network hubs/switches in the modular communications hub 203 includes three downstream ports and one upstream port. The upstream network hub/switch is connected to a processor to provide a communications connection to the cloud computing resources and a local display 217. Communications to the 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。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日出願の米国仮特許出願公開第62/611,341号中の「Surgical Hub Spatial Awareness Within an Operating Room」の項で説明されるように、超音波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スキャンし、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スキャンする。 The surgical hub 206 uses a non-contact sensor module 242 to measure the dimensions of the operating room and generate a map of the operating site using either an ultrasound or laser-based non-contact measurement device. As described in the section entitled "Surgical Hub Spatial Awareness Within an Operating Room" of U.S. Provisional Patent Application Publication No. 62/611,341, filed December 28, 2017, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM," which is incorporated herein by reference in its entirety, the ultrasound-based non-contact sensor module is configured to scan the operating room by transmitting bursts of ultrasound and receiving echoes as the bursts of ultrasound reflect off the exterior walls of the operating room, where the sensor module determines the size of the operating room and adjusts the distance limit for Bluetooth pairing. The laser-based non-contact sensor module scans the operating room, for example, by transmitting a laser light pulse, receiving the laser light pulse that reflects off the exterior walls of the operating room, and comparing the phase of the transmitted pulse to the received pulse to determine the size of the operating room and adjust 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に連結される。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てもよい。 The computer system 210 includes a processor 244 and a network interface 245. The processor 244 is coupled to a communication module 247, a storage 248, a memory 249, a non-volatile memory 250, and an input/output interface 251 via a system bus. The system bus may be any of several types of bus structure(s) including a memory bus or memory controller, a peripheral bus or external bus, and/or a local bus using any of a variety of bus architectures, including, but not limited to, a 9-bit bus, an Industry Standard Architecture (ISA), a MicroChannel Architecture (MSA), an Enhanced ISA (EISA), an Intelligent Drive Electronics (IDE), a VESA Local Bus (VLB), a Peripheral Component Interconnect (PCI), a USB, an Advanced Graphics Port (AGP), a Personal Computer Memory Card International Association bus (PCMCIA), a Small Computer System Interface (SCSI), or any other proprietary bus.

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(ROM)、2KBの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(EEPROM)、及び/又は、1つ若しくは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(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(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 may be, for example, an LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F processor core available from Texas Instruments, including on-chip memory of 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory up to 40 MHz, a pre-fetch buffer to improve performance beyond 40 MHz, 32 KB of single-cycle serial random access memory (SRAM), internal read-only memory (ROM) loaded with StellarisWare® software, 2 KB of electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), and/or 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 (ADCs) with 12 analog input channels, the details of which are available in the product data sheet.

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, including two controller families such as TMS570 and RM4x, also known under the trade name Hercules ARM Cortex R4, manufactured by Texas Instruments. The safety controller may be specifically configured for IEC 61508 and ISO 26262 safety limit applications, among others, to provide advanced integrated safety mechanisms while offering scalable performance, connectivity, and memory options.

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(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 volatile and nonvolatile memory. The basic input/output system (BIOS), containing the basic routines for transferring information between elements within a computer system, such as during start-up, is stored in nonvolatile memory. For example, nonvolatile memory may include ROM, programmable ROM (PROM), electrically programmable ROM (EPROM), EEPROM, or flash memory. Volatile memory includes random access memory (RAM), which acts as external cache memory. In addition, RAM is available in many forms, such as SRAM, dynamic RAM (DRAM), synchronous DRAM (SDRAM), double data rate SDRAM (DDR SDRAM), enhanced SDRAM (ESDRAM), SyncLink DRAM (SLDRAM), and direct RAMbus RAM (DRRAM).

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。 The 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, disk storage can include storage media either independently or in combination with other storage media, including, but not limited to, optical disk drives, such as compact disk ROM drives (CD-ROM), compact disk recordable drives (CD-R drives), compact disk rewriteable drives (CD-RW drives), or digital versatile disk ROM drives (DVD-ROM). Removable or non-removable interfaces may be used to facilitate connection of disk storage devices 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. The operating system, which may be stored on disk storage, functions to control and allocate resources of the computer system. System applications leverage 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 may be implemented with various operating systems or combinations of operating systems.

ユーザは、I/Oインターフェース251に連結された入力装置(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 inputs commands or information into the computer system 210 through input device(s) coupled to the I/O interface 251. Input devices include, but are not limited to, pointing devices such as a mouse, trackball, stylus, touchpad, keyboard, microphone, joystick, gamepad, satellite dish, scanner, TV tuner card, digital camera, digital video camera, webcam, and the like. These and other input devices connect to the processor through the system bus via 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 the input device(s). Thus, for example, a USB port may be used to provide input to the computer system and also to output information from the computer system to an output device. An output adapter is 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 an output device and a system bus. It should be noted that other devices and/or systems of devices, such as a remote computer(s), may provide both input and output capabilities.

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、次いで、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(FDDI)、銅線分散データインターフェース(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(ISDN)及びその変形などの回路交換ネットワーク、パケット交換ネットワーク、並びにデジタル加入者回線(DSL)が挙げられるがこれらに限定されない。 The computer system 210 can operate in a networked environment using logical connections to one or more remote computers, such as cloud computer(s), or local computers. The remote cloud computer(s) can be a personal computer, server, router, network PC, workstation, microprocessor-based equipment, peer device, or other general network node, and typically includes many or all of the elements described with respect to the computer system. For simplicity, only memory storage devices are shown with the remote computer(s). The remote computer(s) are logically connected to the computer system through a network interface, which is then physically connected through a communication connection. The network interface encompasses communication networks such as local area networks (LANs) and wide area networks (WANs). LAN technologies include Fiber Distributed Data Interface (FDDI), Copper Distributed Data Interface (CDDI), Ethernet/IEEE 802.3, Token Ring/IEEE 802.5, and the like. WAN technologies include, but are not limited to, point-to-point links, circuit-switched networks such as Integrated Services Digital Networks (ISDN) and variations thereon, packet-switched networks, and Digital Subscriber Lines (DSL).

様々な態様では、図10のコンピュータシステム210、図9~図10の撮像モジュール238、及び/又は可視化システム208、及び/又はプロセッサモジュール232は、画像プロセッサ、画像処理エンジン、メディアプロセッサ、又はデジタル画像の処理に使用される任意の専用デジタル信号プロセッサ(DSP)を含んでもよい。画像プロセッサは、単一命令複数データ(SIMD)、又は複数命令複数データ(MIMD)技術を用いた並列コンピューティングを使用して速度及び効率を高めることができる。デジタル画像処理エンジンは、様々なタスクを実行することができる。画像プロセッサは、マルチコアプロセッサアーキテクチャを備えるチップ上のシステムであってもよい。 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 may include an image processor, an image processing engine, a media processor, or any dedicated digital signal processor (DSP) used to process digital images. The image processor may use parallel computing with single instruction multiple data (SIMD) or multiple instruction multiple data (MIMD) technology to increase speed and efficiency. The digital image processing engine may perform a variety of tasks. The image processor may be a system on a 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。 The communications connection(s) refers to the hardware/software used to connect the network interface to the bus. Although the communications connections are shown internal to the computer system for clarity of illustration, the communications connections may be external to computer system 210. By way of example only, the hardware/software required to connect to the network interface may include internal and external technologies such as modems, including regular telephone grade modems, cable modems, and DSL modems, ISDN adapters, and Ethernet cards.

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。 11 illustrates a functional block diagram of one embodiment of a USB network hub 300 device in accordance with at least one embodiment of the present disclosure. In the illustrated embodiment, the USB network hub device 300 employs a Texas Instruments TUSB2036 integrated circuit hub. 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 that conform to the USB 2.0 standard. The upstream USB transmit/receive port 302 is a differential rooted 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 including a differential data plus (DP1-DP3) output paired with a differential data minus (DM1-DM3) output.

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. The downstream USB transmit/receive ports 304, 306, 308 support both full speed and low speed devices by automatically setting the slew rate depending on the speed of the device attached to the port. The USB network hub 300 device may be configured in either bus-powered or self-powered mode and includes hub power logic 312 to manage 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(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(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に連結される。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に連結される。 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 protocol described in Chapter 8 of the USB specification. The SIE 310 typically understands signaling down to the transaction level. Functions it handles may include packet recognition, transaction reordering, detection/generation of SOP, EOP, RESET, and RESUME signals, clock/data separation, non-return to zero inverted (NRZI) data encoding/decoding and bit stuffing, CRC generation and checking (token and data), Packet ID (PID) generation and checking/decoding, and/or serial-to-parallel/parallel-to-serial conversion. 310 receives a clock input 314 and is coupled to a suspend/resume logic and frame timer 316 circuit and a hub repeater circuit 318 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. The SIE 310 is coupled to a command decoder 326 via interface logic for controlling commands from a serial EEPROM via a 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 up to 127 functions organized in up to six logical layers 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-powered and self-powered. The USB network hub 300 may be configured to support four modes of power management: bus-powered hub with either individual or ganged port power management, and self-powered hub with either individual or ganged port power management. In one aspect, using a USB cable, the USB network hub 300, the upstream USB transmit/receive port 302 is plugged into a USB host controller, and the downstream USB transmit/receive ports 304, 306, 308 are exposed for connecting 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。モータ駆動器492によって駆動されるモータ482は、長手方向に移動可能な変位部材を動作可能に連結して、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 shows a logic diagram of a surgical instrument or tool control system 470 according to one or more aspects of the present disclosure. The system 470 comprises a control circuit. The control circuit includes a microcontroller 461 with a processor 462 and a memory 468. For example, one or more of the sensors 472, 474, 476 provide real-time feedback to the processor 462. A motor 482 driven by a motor driver 492 operably couples the longitudinally movable displacement member to drive the clamp arm closure member. A tracking system 480 is configured to determine the position of the longitudinally movable displacement member. The position information is provided to the processor 462, which 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 the movement of the closure tube, the rotation of the shaft, the articulation, or the closure of the clamp arm, or a combination of the above. A display 473 displays various operating conditions of the instrument and may include touch screen functionality for data entry. Information displayed on the 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, the 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 may be, for example, an LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F processor core available from Texas Instruments, including on-chip memory of 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory up to 40 MHz, a pre-fetch buffer to improve performance beyond 40 MHz, 32 KB of single-cycle SRAM, internal ROM loaded with StellarisWare® software, 2 KB of EEPROM, one or more PWM modules, one or more QEI analog, and/or one or more 12-bit ADCs with 12 analog input channels, details of which are available in the product data sheet.

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, the microcontroller 461 may include a safety controller, including two controller families such as TMS570 and RM4x, also known under the trade name Hercules ARM Cortex R4, manufactured by Texas Instruments. The safety controller may be specifically configured for IEC 61508 and ISO 26262 safety limit applications, among others, to provide advanced integrated safety mechanisms while offering scalable performance, connectivity, and memory options.

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、モータ駆動器492は、Allegro Microsystems,Incから入手可能なA3941であってもよい。他のモータ駆動器を、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。 The 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 combinations of the above. In one aspect, the microcontroller 461 includes a processor 462 and a memory 468. The electric motor 482 may be a brushed direct current (DC) motor with a gearbox and mechanical linkage 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 may be easily substituted for use with the tracking system 480 with an absolute positioning system. A detailed description of the absolute positioning system is provided in U.S. Patent Application Publication No. 2017/0296213, published October 19, 2017, entitled "SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT," which is incorporated herein by reference in its entirety.

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。 The microcontroller 461 may be programmed to provide precise control over the speed and position of the displacement members and articulation system. The microcontroller 461 may be configured to calculate a response within the microcontroller 461 software. The calculated response is compared to the measured response of the actual system to obtain an "observed" response, which is used to determine the actual feedback. The observed response is a suitably adjusted 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、モータ駆動器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。別の配置において、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気モータを含んでよい。モータドライバ492は、例えば、電界効果トランジスタ(field-effect transistors、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、電源アセンブリに連結可能かつ電源アセンブリから分離可能であり得るリチウムイオン電池であり得る。 In one aspect, the motor 482 may be controlled by a motor driver 492 and may be used by the surgical instrument or tool firing system. In various configurations, the motor 482 may be a brushed DC drive motor having a maximum rotational speed of, for example, about 25,000 RPM. In another arrangement, the motor 482 may include a brushless motor, a cordless motor, a synchronous motor, a stepper motor, or any other suitable electric motor. The motor driver 492 may include, for example, an H-bridge driver including field-effect transistors (FETs). The motor 482 may be powered by a power supply assembly releasably attached to the handle assembly or tool housing to provide control power to the surgical instrument or tool. The power supply assembly may include a battery that may include multiple battery cells connected in series that may be used as a power source to power the surgical instrument or tool. Under certain circumstances, the battery cells of the power supply 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 connectable to and separable from the power supply assembly.

モータ駆動器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(MOSFET)と共に使用するためのフルブリッジコントローラである。駆動器492は、固有の電荷ポンプ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。他のモータ駆動器を、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。 The motor driver 492 may be an A3941 available from Allegro Microsystems, Inc. The 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. The driver 492 has an intrinsic charge pump regulator that provides full (>10V) gate drive for battery voltages up to 7V, allowing the A3941 to operate with reduced gate drive down to 5.5V. A bootstrap capacitor may be used to provide the required above battery supply voltage for the N-channel MOSFETs. An internal charge pump for the high-side drive allows DC (100% duty cycle) operation. The full-bridge may be driven in fast or slow decay mode with diode or synchronous rectification. In slow decay mode, current recirculation is possible through either the high-side or low-side FETs. The power FETs are protected from shoot-through by resistor adjustable dead time. Integrated diagnostics indicate undervoltage, overtemperature, and power bridge faults and can be configured to protect the 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。 The tracking system 480 includes a controlled motor drive circuitry including a position sensor 472 according to one aspect of the present disclosure. The 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 including a rack of drive teeth for meshing engagement with a corresponding drive gear of a gear reducer assembly. In another aspect, 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 longitudinally movable member for opening and closing a clamp arm, which may be adapted and configured to include a rack of drive teeth. In another aspect, 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. Thus, as used herein, the term displacement member is generally used to refer to any movable member of a surgical instrument or tool, such as a drive member, a clamp arm, or any element that can be displaced. Thus, the absolute positioning system can actually track the displacement of a clamp arm by tracking the linear displacement of a 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に連結されてもよい。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連結されてもよい。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トランスデューサ(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 may be configured to track the position of the clamp arm in the opening and closing process. In various other aspects, the displacement member may be coupled to any suitable position sensor 472 for measuring linear displacement. Thus, the longitudinally movable drive member, or the clamp arm, or a combination thereof, may be coupled to any suitable linear displacement sensor. The linear displacement sensor may include contact or non-contact displacement sensors. The linear displacement sensor may include linear variable differential transformers (LVDTs), differential variable reluctance transducers (DVRTs), slide potentiometers, magnetic sensing systems with movable magnets and Hall effect sensors arranged in a series of lines, magnetic sensing systems with fixed magnets and Hall effect sensors arranged in a series of movable lines, optical detection systems with movable light sources and photodiodes or photodetectors arranged in a series of lines, optical detection systems with fixed light sources and photodiodes or photodetectors arranged in a series of movable lines, 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接続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連結されてもよい。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 revolution of the position sensor 472 element corresponds to some linear longitudinal translation of the displacement member. The gearing and sensor mechanism may be connected to a linear actuator by a rack and pinion mechanism or to a rotary actuator by a spur gear or other connection. A power source provides power to the absolute positioning system, and an output indicator may display the output of the absolute positioning system. The displacement member represents a longitudinally movable drive member with a rack of drive teeth formed thereon for meshing engagement with a corresponding drive gear of a 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diに相当し、diは、変位部材に連結したセンサ素子の1回転した後で、変位部材が点「a」から点「b」まで移動する長手方向の直線距離である。センサ機構は、位置センサ472が変位部材のフルストロークに対して1回以上の回転を完了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 revolution of the sensor element associated with the position sensor 472 corresponds to a linear longitudinal displacement di of the displacement member, where di is the linear longitudinal distance traveled by the displacement member from point "a" to point "b" after one revolution of the sensor element coupled to the displacement member. 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 may 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. The states of the switches are fed back to the microcontroller 461 which applies logic to determine a unique position signal corresponding to the longitudinal linear displacement d1 + d2 + ... dn of the displacement member. The output of the position sensor 472 is provided to the microcontroller 461. The sensor mechanism position sensor 472 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。 The position sensor 472 may comprise any number of magnetic sensing elements, such as magnetic sensors classified based on whether they measure the total magnetic field or vector components of a magnetic field. The technologies used to produce both types of magnetic sensors involve many aspects of physics and electronics. Technologies used to sense magnetic fields include search coils, fluxgates, optical pumping, nuclear precession, SQUIDs, Hall effect, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance, magnetic tunnel junctions, giant magnetoimpedance, magnetostrictive/piezoelectric composites, magnetodiodes, magnetotransistors, optical fiber, magneto-optical, and microelectromechanical systems based magnetic sensors, among others.

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とインターフェース接続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(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(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4x4x0.85mm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, the position sensor 472 of the tracking system 480 with absolute positioning system comprises a magnetic rotation absolute positioning system. The position sensor 472 may be implemented as an AS5055EQFT single chip magnetic rotation position sensor available from Austria Microsystems, AG. The position sensor 472 interfaces with the microcontroller 461 to provide the 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 magnet. Additionally, a high resolution ADC and a smart power management controller are provided on the chip. A Coordinate Rotation Digital Computer (CORDIC) processor, also known as the digit-by-digit method and Volder's algorithm, is provided to implement simple and efficient algorithms for calculating hyperbolic and trigonometric functions, requiring only addition, subtraction, bit shifting, and table lookup operations. The angular position, alarm bits, and magnetic field information are transmitted to the microcontroller 461 via a standard serial communication interface, such as a Serial Peripheral Interface (SPI) interface. The 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公開第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連結され、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。 The tracking system 480 with absolute positioning system may include and/or be programmed to implement a feedback controller, 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 PWM of voltage, current, and force. In addition to the position measured by the position sensor 472, other sensor(s) may be provided to measure physical parameters of the physical system. In some aspects, the other sensor(s) may include any of the sensors described in U.S. Pat. No. 9,345,481, issued May 24, 2016, entitled "STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM," which is incorporated herein by reference in its entirety; 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; and U.S. Patent Application Publication No. 2014/0263552, published September 18, 2014, entitled "TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND Examples of sensor mechanisms include those described in U.S. Patent Application Publication No. 15/628,175, filed June 20, 2017, entitled "A CUTTING INSTRUMENT." In a digital signal processing system, the absolute positioning system is coupled to a digital data acquisition system, where the output of the absolute positioning system has a finite resolution and sampling frequency. The absolute positioning system may include comparison and combination circuitry to combine the calculated response with the measured response using algorithms such as weighted averages and theoretical control loops that drive the calculated response towards the measured response. The calculated response of the physical system takes into account properties such as mass, inertia, viscous friction, and induced resistance in order to predict what the state and output of the physical system will be given knowledge of the input.

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 provides an absolute position of the displacement member upon powering up of the instrument without forcing the displacement member to retract or advance to a reset (zero or home) position, as may be required with conventional rotary encoders that simply count the number of steps taken by the motor 482 forward or backward to estimate the position of the device actuator, drive bar, knife, etc.

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連結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。 The sensor 474, e.g., a strain gauge or microstrain gauge, is configured to measure one or more parameters of the end effector, e.g., the amplitude of strain exerted on the anvil during the clamping operation, which can be indicative of the closure force applied to the anvil. The measured strain is converted to a digital signal and provided to the processor 462. Instead of or in addition to the sensor 474, a sensor 476, e.g., a load sensor, can measure the closure force that the closure drive system applies to the anvil in a stapler or clamp arm in an ultrasonic or electrosurgical instrument. For example, the sensor 476, e.g., a load sensor, can measure the firing force applied to a closure member coupled to a clamp arm of a surgical instrument or tool, or the force applied by the clamp arm to tissue located in the jaws of an ultrasonic or electrosurgical instrument. Alternatively, a current sensor 478 can be used to measure the current draw by the motor 482. The displacement member can also be configured to engage and open and close the clamp arm. The force sensor can be configured to measure the clamp force on the tissue. The force required to advance the displacement member can correspond to the current drawn by the motor 482, for example. The measured force is converted to a digital signal and provided to the 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連結することができる。エンドエフェクタによって把持された組織に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 applied by the end effector to the tissue. A strain gauge can be coupled to the end effector to measure the force applied by the end effector to the tissue being treated. A system for measuring the force applied to the tissue gripped by the end effector includes a strain gauge sensor 474, such as a micro strain gauge, configured to measure one or more parameters of the end effector. In one aspect, the strain gauge sensor 474 can measure the amplitude or magnitude of the strain exerted on the jaw members of the end effector during the clamping operation, which can indicate compression of the tissue. The measured strain is converted to a digital signal and provided to the processor 462 of the microcontroller 461. The load sensor 476 can measure the force used to manipulate the knife element, for example, to cut the tissue captured between the anvil and the staple cartridge. The load sensor 476 can measure the force used to manipulate the clamp arm element, for example, to capture tissue between the clamp arm and an ultrasonic blade or to capture tissue between the clamp arm and the jaws of an electrosurgical instrument. The magnetic field sensor can be used to measure the thickness of the captured tissue. The magnetic field sensor measurements can also be converted to digital signals and provided to the 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 the tissue, measured by sensors 474, 476, respectively, can be used by microcontroller 461 to characterize a selected position of the firing member and/or a corresponding value of the velocity of the firing member. In one example, memory 468 can store techniques, equations, and/or look-up tables that can be used by microcontroller 461 in the 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 hub as shown in Figures 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。制御回路500は、少なくとも1つのメモリ回路504に連結された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含んでよい。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。 13 illustrates a control circuit 500 configured to control aspects of a surgical instrument or tool according to one aspect of the present disclosure. The control circuit 500 can be configured to implement various processes described herein. The control circuit 500 can include a microcontroller that includes one or more processors 502 (e.g., microprocessors, microcontrollers) coupled to at least one memory circuit 504. The memory circuit 504 stores machine executable instructions that, when executed by the processor 502, cause the processor 502 to execute machine instructions to implement various processes described herein. The processor 502 can be any one of a number of single or multi-core processors known in the art. The memory circuit 504 can include volatile and non-volatile storage media. The processor 502 can include an instruction processing unit 506 and an arithmetic unit 508. The instruction processing unit can 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。 14 illustrates a combinational logic circuit 510 configured to control aspects of a surgical instrument or tool, according to one aspect of the present disclosure. The combinational logic circuit 510 can be configured to implement various processes described herein. The combinational logic circuit 510 can include a finite state machine including combinational logic 512 configured to receive data associated with the surgical instrument or tool at an input 514, process the data through the combinational logic 512, and provide an output 516.

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 disclosure. The sequential logic circuit 520 or combinatorial logic 522 can be configured to implement various processes described herein. The sequential logic circuit 520 may include a finite state machine. The sequential logic circuit 520 may include, for example, combinatorial logic 522, at least one memory circuit 524, and a clock 529. The at least one memory circuit 524 can store a current state of the finite state machine. In certain examples, the sequential logic circuit 520 may be synchronous or asynchronous. The combinatorial logic 522 is configured to receive data associated with the surgical instrument or tool from an input 526, process the data by the combinatorial logic 522, and provide an output 528. In other aspects, the circuit may include a combination of a processor (e.g., processor 502 of FIG. 13) and a finite state machine that implements various processes herein. In other aspects, the finite state machine may include a combination of combinational logic (e.g., combinational 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。 16 illustrates a surgical instrument or tool with multiple motors that can be activated to perform various functions. In a particular example, a first motor can be activated to perform a first function, a second motor can be activated to perform a second function, 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 a particular example, the multiple motors of the robotic surgical instrument 600 can be individually activated to produce a firing, closing, and/or articulation motion in the end effector. The firing, closing, and/or articulation motion can be transmitted to the end effector via a shaft assembly, for example.

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に動作可能に連結されてもよい。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て、それによって更にクランプアームを開放させてもよい。 In certain examples, the surgical instrument system or tool may include a firing motor 602. The firing motor 602 may be operably coupled to a firing motor drive assembly 604, which may be configured to transfer the firing motion generated by the motor 602 to an end effector, specifically to displace a clamp arm closure member. The closure member may be retracted by reversing the direction of the motor 602, thereby further opening the clamp arm.

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と動作可能に連結されてもよい。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と動作可能に連結されてもよい。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, the surgical instrument or tool may include a closure motor 603. The closure motor 603 may be operably coupled to a closure motor drive assembly 605, which may be configured to transmit a closure motion generated by the motor 603 to an end effector, specifically to displace a closure tube to close the anvil and compress tissue between the anvil and the staple cartridge. The closure motor 603 may be operably coupled to a closure motor drive assembly 605, which may be configured to transmit a closure motion generated by the motor 603 to an end effector, specifically to displace a closure tube to close the clamp arm and compress tissue between the clamp arm and either the ultrasonic blade or the jaw member of the electrosurgical device. The closure motion may, for example, transition the end effector from an open configuration to an approximated configuration to capture tissue. The end effector may be transitioned to the open position by reversing the direction of the 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に動作可能に連結され得る。特定の例では、関節運動によって、例えば、エンドエフェクタがシャフトに対して関節運動することができる。 In certain examples, a surgical instrument or tool may include, for example, one or more articulation motors 606a, 606b. The motors 606a, 606b may be operatively coupled to corresponding articulation motor drive assemblies 608a, 608b that may be configured to transmit articulation motion generated by the motors 606a, 606b to an end effector. In certain examples, the articulation motion may, for example, cause the end effector to articulate relative 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 discussed 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 may be independently or separately activated to perform one or more functions while other motors remain stopped. For example, articulation motors 606a, 606b may be activated to articulate an end effector while firing motor 602 remains stopped. Alternatively, firing motor 602 may be activated to fire multiple staples and/or advance a cutting edge while articulation motor 606 is stopped. Additionally, closure motor 603 may be activated simultaneously with firing motor 602 to distally advance a closure tube or member, as described in more 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に対して個々に連結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他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, the common control module 610 can accommodate one of the multiple motors at a time. For example, the common control module 610 may be capable of individually coupling and decoupling multiple motors of a robotic surgical instrument. In certain examples, multiple motors of a surgical instrument or tool may share one or more common control modules, such as the common control module 610. In certain examples, multiple motors of a surgical instrument or tool can be independently and selectively engaged with the common control module 610. In certain examples, the common control module 610 can be selectively switched from coupling with one of the multiple motors of the surgical instrument or tool to coupling with another of the multiple motors of the surgical instrument or tool.

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と電気的に連結してもよく、第2の位置617では、スイッチ614は、共通の制御モジュール610を閉鎖モータ603と電気的に連結してもよく、第3の位置618aでは、スイッチ614は、共通の制御モジュール610を第1の関節運動モータ606aと電気的に連結してもよく、第4の位置618bでは、スイッチ614は、共通の制御モジュール610を第2の関節運動モータ606bと電気的に連結してもよい。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と電気的に連結してもよい。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, the common control module 610 can be selectively switched between operative engagement with the articulation motors 606a, 606b and operative engagement with either the firing motor 602 or the closing motor 603. In at least one example, as shown in FIG. 16, the switch 614 can be moved or transitioned between a plurality of positions and/or states. For example, in a first position 616, the switch 614 can electrically couple the common control module 610 to the firing motor 602, in a second position 617, the switch 614 can electrically couple the common control module 610 to the closing motor 603, in a third position 618a, the switch 614 can electrically couple the common control module 610 to the first articulation motor 606a, and in a fourth position 618b, the switch 614 can electrically couple the common control module 610 to the second articulation motor 606b. In certain examples, a separate common control module 610 may be electrically coupled to the firing motor 602, the closing motor 603, and the articulation motors 606a, 606b at the same time. In certain examples, the 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 be equipped with a torque sensor to measure 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を備え得るモータ駆動器626を備えてもよい。モータ駆動器626は、例えば、マイクロコントローラ620(「コントローラ」)からの入力に基づいて、電源628から共通の制御モジュール610に連結されたモータへと伝達された電力を変調してもよい。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に連結されている間にマイクロコントローラ620を用いて、モータによって引き込まれる電流を判定することができる。 16, the common control module 610 may include a motor driver 626, which may include one or more H-bridge FETs. The motor driver 626 may modulate the power transferred from a power source 628 to a motor coupled to the common control module 610, for example, based on input from a microcontroller 620 ("controller"). In certain examples, the microcontroller 620 may be used to determine, for example, the current drawn by a motor while the motor is coupled to the common control module 610, as described above.

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のうちの1つ又は2つ以上が、例えば、プロセッサ622に連結されてもよい。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 certain examples, the microcontroller 620 may include a microprocessor 622 ("processor") and one or more non-transitory computer-readable media or memory units 624 ("memory"). In certain examples, the memory 624 may store various program instructions that, when executed, may cause the processor 622 to perform a number of functions and/or calculations described herein. In certain examples, one or more of the memory units 624 may be coupled to the processor 622, for example. In various aspects, the 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 certain examples, the power source 628 may be used to, for example, power the microcontroller 620. In certain examples, the power source 628 may include a battery (or "battery pack" or "power pack"), such as, for example, a lithium ion battery. In certain examples, the battery pack may be configured to be releasably attached to the handle to power the surgical instrument 600. Multiple battery cells connected in series may be used as the power source 628. In certain examples, the power source 628 may be, for example, replaceable and/or rechargeable.

様々な例では、プロセッサ622は、モータ駆動器626を制御して、共通の制御モジュール610に連結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、モータ駆動器626に信号伝達して、共通の制御モジュール610に連結されたモータを停止及び/又は使用不能にすることができる。用語「プロセッサ」は、本明細書で使用されるとき、任意の好適なマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は、コンピュータの中央処理装置(CPU)の機能を1つの集積回路又は最大で数個の集積回路上で統合したその他の基本コンピューティング装置を含むと理解されるべきである。プロセッサ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, the processor 622 can control the motor driver 626 to control the position, direction, and/or speed of the motors coupled to the common control module 610. In certain examples, the processor 622 can signal the motor driver 626 to stop and/or disable the motors coupled to the common control module 610. The term "processor" as used herein should be understood to include any suitable microprocessor, microcontroller, or other basic computing device that integrates the functionality of a computer's central processing unit (CPU) on one integrated circuit or up to a few integrated circuits. The processor 622 is a general-purpose programmable device that accepts digital data as input, processes the data according to instructions stored in memory, and provides the results as output. It is an example of sequential digital logic because it has internal memory. The processor operates on numbers and symbols represented in the binary 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, the 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, the microcontroller 620 may be, for example, an LM 4F230H5QR available from Texas Instruments. In at least one embodiment, the Texas Instruments LM4F230H5QR is an ARM Cortex-M4F processor core that includes, among other characteristics readily available in the product data sheet, on-chip memory of 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory up to 40 MHz, a pre-fetch buffer to improve performance beyond 40 MHz, 32 KB of single-cycle SRAM, internal ROM loaded with StellarisWare® software, 2 KB of EEPROM, one or more PWM modules, one or more QEI analog, one or more 12-bit ADCs with 12 analog input channels. Other microcontrollers may be readily substituted for use with module 4410. Thus, 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に連結可能な外科用器具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 certain examples, the memory 624 may include program instructions for controlling each of the motors of the surgical instrument 600 that may be coupled to a common control module 610. For example, the memory 624 may include program instructions for controlling the firing motor 602, the closing motor 603, and the articulation motors 606a, 606b. Such program instructions may cause the processor 622 to control the firing, closing, and articulation 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連結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 certain examples, one or more mechanisms and/or sensors, such as, for example, sensor 630, can be used to alert processor 622 to program instructions to be used in a particular setting. For example, sensor 630 can alert processor 622 to use program instructions associated with firing, closing, and articulation of the end effector. In certain examples, sensor 630 can include a position sensor that can be used to sense the position of switch 614, for example. Thus, processor 622 can use program instructions associated with firing a closure member coupled to a clamp arm of the end effector when it detects, for example, via sensor 630, that switch 614 is in the first position 616; processor 622 can use program instructions associated with closing anvil when it detects, for example, via sensor 630, that switch 614 is in the second position 617; processor 622 can use program instructions associated with articulation of the end effector when it detects, for example, via sensor 630, that switch 614 is in the third position 618a or the fourth position 618b.

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。 17 is a circuit diagram of a robotic surgical instrument 700 configured to operate a surgical tool described herein, according to one aspect of the present disclosure. The robotic surgical instrument 700 may be programmed or configured to control distal/proximal translation of the displacement member, distal/proximal displacement of the closure tube, shaft rotation, and articulation, using either single or multiple articulation drive couplings. In one aspect, the surgical instrument 700 may be programmed or configured to individually control the firing member, the closure member, the shaft member, or one or more articulation members, or a combination thereof. The surgical instrument 700 includes a control circuit 710 configured to control a motorized firing member, a closure member, a shaft member, or one or more articulation members, or a combination 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トランスデューサ719に連結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, the robotic surgical instrument 700 includes a control circuit 710 configured to control the clamp arm 716 and closure member 714 portions of the end effector 702, the ultrasonic blade 718 coupled to an ultrasonic transducer 719 excited by an ultrasonic generator 721, the shaft 740, and one or more articulating members 742a, 742b via a number of motors 704a-704e. The position sensor 734 may be configured to provide position feedback of the closure member 714 to the control circuit 710. Another sensor 738 may be configured to provide feedback to the control circuit 710. The timer/counter 731 provides timing and counting information to the control circuit 710. An energy source 712 may be provided to operate the motors 704a-704e, and a current sensor 736 provides motor current feedback to the control circuit 710. The motors 704a-704e may be individually operated by the 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よい。 In one aspect, the control circuitry 710 may comprise one or more microcontrollers, microprocessors, or other suitable processors for executing instructions that cause the processor or processors to perform one or more tasks. In one aspect, the timer/counter 731 provides an output signal, such as an elapsed time or digital count, to the control circuitry 710 to correlate the position of the closure member 714 determined by the position sensor 734 with the output of the timer/counter 731, such that the control circuitry 710 can determine the position of the closure member 714 at a particular time (t) relative to a starting position or time (t) when the closure member 714 is in a particular position relative to the starting position. The timer/counter 731 may be configured to measure elapsed time, count an external event, or measure the time of an external event.

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、本明細書に記載されるように、直接的又は間接的のいずれかで厚さなどの組織状況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、かつ/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、かつ/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, the control circuitry 710 may be programmed to control the function of the end effector 702 based on one or more tissue conditions. The control circuitry 710 may be programmed to sense tissue conditions, such as thickness, either directly or indirectly, as described herein. The control circuitry 710 may be programmed to select a firing control program or a closing control program based on the tissue condition. The firing control program may describe the distal motion of the displacement member. Different firing control programs may be selected to better handle different tissue conditions. For example, when thicker tissue is present, the control circuitry 710 may be programmed to translate the displacement member at a slower speed and/or with less power. When thinner tissue is present, the control circuitry 710 may be programmed to translate the displacement member at a higher speed and/or with more power. The closing control program may control the closing force applied to the tissue by the clamp arm 716. Other control programs control the rotation of the shaft 740 and the articulating members 742a, 742b.

一態様では、制御回路710は、モータ設定点信号を発生させることができる。モータ設定値信号は、様々なモータコントローラ708a~708eに提供されてもよい。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, the control circuitry 710 can generate motor set point signals. The motor set point signals can be provided to various motor controllers 708a-708e. The motor controllers 708a-708e can include one or more circuits configured to provide motor drive signals to the motors 704a-704e to drive the motors 704a-704e as described herein. In some embodiments, the motors 704a-704e can be brushed DC electric motors. For example, the speed of the motors 704a-704e can be proportional to the respective motor drive signals. In some embodiments, the motors 704a-704e can be brushless DC electric motors, and the respective motor drive signals can include PWM signals provided to one or more stator windings of the motors 704a-704e. Also, in some embodiments, the motor controllers 708a-708e can be omitted, and the control circuitry 710 can generate the motor drive signals directly.

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 the robotic surgical instrument 700 during the open-loop portion of the stroke, the control circuit 710 may select a firing control program for a closed-loop configuration. The instrument response may include the translation 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 sum of the pulse widths of the motor drive signals, etc. After the open-loop portion, the control circuit 710 may implement the selected firing control program for a second portion of the displacement member stroke. For example, during the closed-loop portion of the stroke, the control circuit 710 may modulate one of the 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.

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連結されてもよい。伝達装置706a~706eは、モータ704a~704eを可動機械的要素に連結するための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、一部の実施例では、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 can receive power from an energy source 712. The energy source 712 may be a DC power source driven by a mains AC power source, a battery, a supercapacitor, or any other suitable energy source. The motors 704a-704e may be mechanically coupled to respective moveable mechanical elements, such as the closure member 714, the clamp arm 716, the shaft 740, the joint 742a, and the joint 742b, via respective transmissions 706a-706e. The transmissions 706a-706e may include one or more gears or other coupling components for coupling the motors 704a-704e to the moveable mechanical elements. The position sensor 734 may sense the position of the closure member 714. The position sensor 734 may be or include any type of sensor capable of generating position data indicative of the position of the closure member 714. In some examples, the position sensor 734 may include an encoder configured to provide a series of pulses to the control circuitry 710 as the closure member 714 translates distally and proximally. The control circuitry 710 may track the pulses to determine the position of the closure member 714. Other suitable position sensors may be used, including, for example, a proximity sensor. Other types of position sensors may provide other signals indicative of the movement of the closure member 714. Also, in some embodiments, the position sensor 734 may be omitted. If any of the motors 704a-704e are step motors, the control circuitry 710 may track the position of the closure member 714 by summing up the number and direction of steps the motor 704 is commanded to perform. The position sensor 734 may be located in the end effector 702 or in any other part of the instrument. The output of each 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に連結される。トルクセンサ744aは、閉鎖部材714に連結された伝達装置706aに連結される。伝達装置706aは、エンドエフェクタ702の長手方向軸線に沿って遠位方向及び近位方向への閉鎖部材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連結されてもよい。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, the control circuit 710 is configured to drive a firing member, such as the closure member 714 portion of the end effector 702. The control circuit 710 provides motor settings to the motor control 708a, which provides a drive signal to the motor 704a. The output shaft of the motor 704a is coupled to a torque sensor 744a. The torque sensor 744a is coupled to a transmission 706a, which is coupled to the closure member 714. The transmission 706a includes a movable mechanical element, such as a rotating element and a firing member, for controlling the movement of the closure member 714 in the distal and proximal directions along the longitudinal axis of the end effector 702. In one aspect, the motor 704a may be coupled to a knife gear assembly including a knife gear reduction set including a first knife drive gear and a second knife drive gear. The torque sensor 744a provides a firing force feedback signal to the control circuit 710. The firing force signal is indicative of the force required to fire or displace the closure member 714. The position sensor 734 may be configured to provide the position of the closure member 714 or the firing member along the firing stroke as a feedback signal to the control circuit 710. The end effector 702 may include additional sensors 738 configured to provide feedback signals to the control circuit 710. When ready for use, the control circuit 710 may provide a firing signal to the motor control 708a. In response to the firing signal, the motor 704a may drive the firing member distally along the longitudinal axis of the end effector 702 from a proximal start-of-stroke position to an end-of-stroke position distal to the start-of-stroke position. As the closure member 714 translates distally, the clamp arm 716 closes against the 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に連結される。トルクセンサ744bは、クランプアーム716に連結された伝達装置706bに連結される。伝達装置706bは、開放位置及び閉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連結される。トルクセンサ744bは、制御回路710に閉鎖力フィードバック信号を提供する。閉鎖力フィードバック信号は、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, the control circuit 710 is configured to drive a closure member, such as the clamp arm 716 of the end effector 702. The control circuit 710 provides a motor set point to a motor control 708b, which provides a drive signal to the motor 704b. The output shaft of the motor 704b is coupled to a torque sensor 744b. The torque sensor 744b is coupled to a transmission 706b, which is coupled to the clamp arm 716. The transmission 706b includes a movable mechanical element, such as a rotating element and a closure member, for controlling the movement of the clamp arm 716 from the open and closed positions. In one aspect, the motor 704b is coupled to a closure gear assembly including a closure reduction gear set supported in meshing engagement with a closure spur gear. The torque sensor 744b provides a closure force feedback signal to the control circuit 710. The closure force feedback signal is representative of the closure force applied to the clamp arm 716. The position sensor 734 may be configured to provide the position of the closure member as a feedback signal to the control circuit 710. An additional sensor 738 in the end effector 702 can provide a closure force feedback signal to the control circuit 710. The pivotable clamp arm 716 is positioned opposite the ultrasonic blade 718. When ready for use, the control circuit 710 can provide a closure signal to the motor control 708b. In response to the closure signal, the motor 704b advances the closure member to grasp tissue between the clamp arm 716 and the 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に連結される。トルクセンサ744cは、シャフト740に連結された伝達装置706cに連結される。伝達装置706cは、シャフト740の時計回り又は反時計回りの回転を360度まで及びそれを超えて制御するために回転要素などの可動機械的要素を含む。一態様では、モータ704cは、ツール装着プレート上に動作可能に支持された回転ギアアセンブリによって動作可能に係合されるように、近位閉鎖管の近位端上に形成された(又はこれに取り付けられた)管状ギアセグメントを含む回転伝達装置アセンブリに連結される。トルクセンサ744cは、制御回路710に回転力フィードバック信号を提供する。回転力フィードバック信号は、シャフト740に印加される回転力を表す。位置センサ734は、閉鎖部材の位置をフィードバック信号として制御回路710に提供するように構成されてもよい。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, the control circuit 710 is configured to rotate a shaft member, such as the shaft 740, to rotate the end effector 702. The control circuit 710 provides a motor set point to a motor controller 708c, which provides a drive signal to the motor 704c. The output shaft of the motor 704c is coupled to a torque sensor 744c. The torque sensor 744c is coupled to a transmission 706c, which is coupled to the shaft 740. The transmission 706c includes a movable mechanical element, such as a rotating element, to control the clockwise or counterclockwise rotation of the shaft 740 up to and beyond 360 degrees. In one aspect, the motor 704c is coupled to a rotational transmission assembly including a tubular gear segment formed on (or attached to) the proximal end of the proximal closure tube to be operably engaged by a rotational gear assembly operably supported on the tool mounting plate. The torque sensor 744c provides a rotational force feedback signal to the control circuit 710. The rotational force feedback signal is indicative of the rotational force applied to the shaft 740. The position sensor 734 may be configured to provide the position of the closure member as a feedback signal to the control circuit 710. An additional sensor 738, such as a shaft encoder, may provide the rotational position of the shaft 740 to the 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に連結される。トルクセンサ744dは、関節運動部材742aに連結された伝達装置706dに連結される。伝達装置706dは、エンドエフェクタ702の±65°の関節運動を制御するための関節運動要素などの可動機械的要素を含む。一態様では、モータ704dは、関節運動ナットに連結され、関節運動ナットは、遠位スパイン部分の近位端部分上で回転可能に軸支され、遠位スパイン部分の近位端部分上で関節運動ギアアセンブリによって回転可能に駆動される。トルクセンサ744dは、制御回路710に関節運動力フィードバック信号を提供する。関節運動力フィードバック信号は、エンドエフェクタ702に適用される関節運動力を表す。関節運動エンコーダなどのセンサ738は、エンドエフェクタ702の関節運動位置を制御回路710に提供してもよい。 In one aspect, the control circuit 710 is configured to articulate the end effector 702. The control circuit 710 provides a motor set point to a motor controller 708d, which provides a drive signal to the motor 704d. The output shaft of the motor 704d is coupled to a torque sensor 744d. The torque sensor 744d is coupled to a transmission 706d, which is coupled to the articulation member 742a. The transmission 706d includes a movable mechanical element, such as an articulation element, for controlling the ±65° articulation of the end effector 702. In one aspect, the motor 704d is coupled to an articulation nut, which is rotatably journaled on a proximal end portion of the distal spine portion and rotatably driven by an articulation gear assembly on the proximal end portion of the distal spine portion. The torque sensor 744d provides an articulation force feedback signal to the control circuit 710. The articulation force feedback signal is indicative of the articulation force applied to the end effector 702. A sensor 738, such as an articulation encoder, may provide the articulation position of the end effector 702 to the 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 function of the robotic surgical system 700 may include two articulation members, or linkages 742a, 742b. These articulation members 742a, 742b are driven by separate disks on a robot interface (rack) driven by two motors 708d, 708e. When a separate firing motor 704a is provided, each of the articulation linkages 742a, 742b may be driven antagonistically relative to the other linkage to provide resistive holding motion and loading to the head when the head is not moving, and to provide articulation motion when the head is articulating. The articulation members 742a, 742b are attached to the head at a fixed radius as the head rotates. Thus, as the head rotates, the mechanical efficiency of the push-pull linkage changes. This change in mechanical efficiency may be more pronounced with other articulation linkage 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 members, closure members, or articulation members. Another example includes electric motors 704a-704e operating moving mechanical elements such as displacement members, articulation connections, closure tubes, and shafts. External influences are the unmeasured and unpredictable influences of things such as tissue, surroundings, and friction on a physical system. Such external influences may be referred to as drags that act against one of the electric motors 704a-704e. External influences such as drags may cause the operation of a physical system to deviate from the desired operation 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接続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プロセッサに連結された、複数のホール効果素子を含み得る。 In one aspect, the position sensor 734 may be implemented as an absolute positioning system. In one aspect, the position sensor 734 may comprise a magnetic rotary absolute positioning system implemented as an AS5055EQFT single chip magnetic rotary position sensor available from Austria Microsystems, AG. The position sensor 734 may interface with the control circuit 710 to provide an absolute positioning system. The position may include multiple Hall effect elements located above a magnet and coupled to a CORDIC processor, also known as the digit-by-digit and Boulder algorithms, which are provided to implement simple and efficient algorithms for calculating hyperbolic and trigonometric functions, requiring only addition, subtraction, bit shifting, and table lookup operations.

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, the control circuitry 710 may be in communication with one or more sensors 738. The sensor 738 may be positioned on the end effector 702 and adapted to operate with the robotic surgical instrument 700 to measure various derived parameters, such as gap distance versus time, tissue compression versus time, and anvil strain versus time. The sensor 738 may comprise a magnetic sensor, a magnetic field sensor, a strain gauge, a load cell, a pressure sensor, a force sensor, a torque sensor, an inductive sensor such as an eddy current sensor, a resistive sensor, a capacitive sensor, an optical sensor, and/or any other suitable sensor for measuring one or more parameters of the end effector 702. The sensor 738 may include one or more sensors. The sensor 738 may be positioned on the clamp arm 716 to determine the position of the tissue using a split electrode. The torque sensors 744a-744e may be configured to sense forces, such as firing force, closure force, and/or articulation force, among others. Thus, the control circuit 710 can sense (1) the closure load experienced by the distal closure tube and its position, (2) the firing member in the rack and its position, (3) which portion of the ultrasonic blade 718 has tissue thereon, and (4) the 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 a strain gauge, such as a micro strain gauge, configured to measure the magnitude of strain in the clamp arm 716 during the clamped state. The strain gauge provides an electrical signal that varies in amplitude with the magnitude of strain. The sensor 738 may comprise a pressure sensor configured to detect pressure generated by the presence of compressed tissue between the clamp arm 716 and the 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 indicative of the thickness and/or fullness of the tissue located therebetween.

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(MR)装置、巨大磁気抵抗(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 may be implemented as one or more limit switches, electromechanical devices, solid-state switches, Hall effect devices, magnetoresistive (MR) devices, giant magnetoresistive (GMR) devices, magnetometers, among others. In other implementations, the sensor 738 may be implemented as a solid-state switch that operates under the influence of light, such as a light sensor, an IR sensor, an ultraviolet sensor, among others. Additionally, the switch may be a solid-state device such as a transistor (e.g., FET, junction FET, MOSFET, bipolar, etc.). In other implementations, the sensor 738 may include a non-conductor-containing switch, an ultrasonic switch, an accelerometer, and an inertial sensor, 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, the sensor 738 may be configured to measure the force applied to the clamp arm 716 by the closure drive system. For example, one or more sensors 738 may be located at an interaction point between the closure tube and the clamp arm 716 to detect the closure force applied to the clamp arm 716 by the closure tube. The force applied to the clamp arm 716 may be representative of tissue compression experienced by a tissue slice captured between the clamp arm 716 and the ultrasonic blade 718. One or more sensors 738 may be positioned at various interaction points along the closure drive system to detect the closure force applied to the clamp arm 716 by the closure drive system. The one or more sensors 738 may be sampled in real time during the clamping operation by a processor of the control circuitry 710. The control circuitry 710 receives the real time sample measurements to provide and analyze time-based information to evaluate the closure 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公開第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 the closure member 714, corresponds to the current drawn by one of the motors 704a-704e. The force is converted to a digital signal and provided to the control circuit 710. The control circuit 710 can 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 in the end effector 702 at or near a target velocity. The robotic surgical instrument 700 can include a feedback controller, which can be any one of any feedback controllers, including, but not limited to, a PID, a state feedback, a linear quadratic (LQR), and/or an adaptive controller. The robotic surgical instrument 700 can include a power source to convert the signal from the feedback controller into a physical input, such as, for example, a case voltage, a PWM voltage, a frequency modulated voltage, a current, a torque, and/or a force. Further details are disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 15/636,829, entitled "CLOSED LOOP VELOCITY CONTROL TECHNIQUES FOR ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT," filed June 29, 2017, which is incorporated herein by reference in its entirety.

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トランスデューサ769に連結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。 18 shows a circuit diagram of a surgical instrument 750 configured to control the distal translation of a displacement member, according to one aspect of the present disclosure. In one aspect, the surgical instrument 750 is programmed to control the distal translation of a displacement member, such as a closure member 764. The surgical instrument 750 includes an end effector 752 that may include 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連結されているため、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 the closure member 764, can be measured by an absolute positioning system, a sensor mechanism, and a position sensor 784. Because the closure member 764 is coupled to a 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. Thus, in the following description, the position, displacement, and/or translation of the closure member 764 can be achieved by the position sensor 784 described herein. The control circuitry 760 may be programmed to control the translation of a displacement member, such as the closure member 764. In some embodiments, the control circuitry 760 may comprise one or more microcontrollers, microprocessors, or other suitable processors for executing instructions that cause a processor or processors to control a displacement member, such as the closure member 764, in the manner described. In one aspect, the timer/counter 781 provides an output signal, such as an elapsed time or a digital count, to the control circuit 760 to correlate the position of the closure member 764 determined by the position sensor 784 with the output of the 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 a starting position. The timer/counter 781 may be configured to measure elapsed time, count an external event, or measure the time of an external event.

制御回路760は、モータ設定値信号772を発生させてもよい。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、本明細書に記載されるように、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。 The control circuitry 760 may generate a motor set point signal 772. The motor set point signal 772 may be provided to a motor controller 758. The motor controller 758 may include one or more circuits configured to provide a motor drive signal 774 to the motor 754 to drive the motor 754 as described herein. In some examples, the motor 754 may be a brushed DC electric motor. For example, the speed of the motor 754 may be proportional to the motor drive signal 774. In some examples, the motor 754 may be a brushless DC electric motor, and the motor drive signal 774 may include a PWM signal provided to one or more stator windings of the motor 754. Also, in some examples, the motor controller 758 may be omitted, and the control circuitry 760 may directly generate the motor drive signal 774.

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に機械的に連結され得る。伝達装置756は、モータ754を閉鎖部材764に連結するための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発生させ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、一部の実施例では、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。 The motor 754 may receive power from an energy source 762. The energy source 762 may be or may include a battery, a supercapacitor, or any other suitable energy source. The motor 754 may be mechanically coupled to the closure member 764 via a transmission 756. The transmission 756 may include one or more gears or other coupling components for coupling the motor 754 to the closure member 764. The position sensor 784 may sense the position of the closure member 764. The position sensor 784 may be or may include any type of sensor capable of generating position data indicative of the position of the closure member 764. In some examples, the position sensor 784 may include an encoder configured to provide a series of pulses to the control circuitry 760 as the closure member 764 translates in the distal and proximal directions. The control circuitry 760 may track the pulses to determine the position of the closure member 764. Other suitable position sensors may be used, including, for example, a proximity sensor. Other types of position sensors may provide other signals indicative of the movement of the closure member 764. Also, in some embodiments, the position sensor 784 may be omitted. If the motor 754 is a stepper motor, the control circuitry 760 can track the position of the closure member 764 by summing the number and direction of steps the motor 754 is commanded to take. The position sensor 784 can be located in the end effector 752 or in 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上に位置決めされ、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。 The control circuitry 760 can be in communication with one or more sensors 788. The sensors 788 can be positioned on the end effector 752 and adapted to operate with the surgical instrument 750 to measure various derived parameters, such as gap distance versus time, tissue compression versus time, and anvil strain versus time. The sensors 788 can include 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 any other suitable sensors for measuring one or more parameters of the end effector 752. The sensors 788 can 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発生し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。 The one or more sensors 788 may comprise a strain gauge, such as a micro strain gauge, configured to measure the magnitude of strain in the clamp arm 766 during the clamped state. The strain gauge provides an electrical signal that varies in amplitude with the magnitude of strain. The sensor 788 may comprise a pressure sensor configured to detect pressure generated by the presence of compressed tissue between the clamp arm 766 and the ultrasonic blade 768. The sensor 788 may be configured to detect the impedance of the tissue portion located between the clamp arm 766 and the ultrasonic blade 768, which impedance is indicative of the thickness and/or fullness of the tissue located therebetween.

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に印加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解析し、クランプアーム766に印加される閉鎖力をリアルタイムで評価する。 The sensor 788 may be configured to measure the force exerted by the closure drive system on the clamp arm 766. For example, one or more sensors 788 may be located at an interaction point 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 the clamp arm 766 may be representative of tissue compression experienced by a tissue slice captured between the clamp arm 766 and the 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 by the closure drive system to the clamp arm 766. The one or more sensors 788 may be sampled in real time during the clamping operation by a processor of the control circuitry 760. The control circuitry 760 receives the real time sample measurements to provide and analyze time-based information to evaluate the closure 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 the closure member 764 corresponds to the current drawn by the motor 754. The force is converted to a digital signal and provided to the 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され得る。変位部材を作動させて、エンドエフェクタ752内の閉鎖部材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 circuitry 760 may be configured to simulate the response of the actual system of the instrument in the controller software. The displacement member may be actuated to move the closure member 764 in the end effector 752 at or near a target velocity. The surgical instrument 750 may include a feedback controller, which may be any one of any feedback controllers, including, but not limited to, a PID, state feedback, LQR, and/or adaptive controller. The surgical instrument 750 may include a power source to convert the signal from the feedback controller into a physical input, such as, for example, a case voltage, a PWM voltage, a frequency modulated voltage, a current, a torque, and/or a 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、交換式シャフト組立体の、例えば変位部材及び関節運動ドライバを動作させる電気モータ754である。外部影響とは、組織、周囲体、及び物理系上の摩擦などのものの、測定されていない予測不可能な影響である。こうした外部影響は、電気モータ754に反して作用する障害と呼ばれることがある。障害などの外部影響は、物理系の動作を物理系の所望の動作から逸脱させることがある。 The actual drive system of the surgical instrument 750 is configured to drive the displacement, cutting or closure member 764 by a brushed DC motor with a gearbox and mechanical linkage to the articulation and/or knife system. Another example is an electric motor 754 that operates, for example, the displacement member and the articulation driver of an interchangeable shaft assembly. External influences are the unmeasured and unpredictable influences of things like tissue, surroundings and friction on the physical system. Such external influences may be referred to as impediments that act against the electric motor 754. External influences such as impediments may cause the operation of the physical system to deviate from the desired operation 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 motor-driven surgical sealing and cutting instrument. For example, a motor 754 may drive a displacement member in a distal and proximal direction along a longitudinal axis of the end effector 752. The end effector 752 may include a pivotable clamp arm 766 and, when configured for use, an ultrasonic blade 768 positioned opposite the clamp arm 766. A clinician may grasp tissue between the clamp arm 766 and the ultrasonic blade 768 as described herein. When the instrument 750 is ready to be used, the clinician may provide a firing signal, for example, by pressing a trigger of the instrument 750. In response to the firing signal, the motor 754 may drive the displacement member in a distal direction along the longitudinal axis of the end effector 752 from a proximal stroke start position to an end stroke position distal to the stroke start position. As the displacement member translates distally, the closure member 764, which includes 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、本明細書に記載されるように、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、かつ/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、かつ/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, the surgical instrument 750 may include a control circuit 760 programmed to control the distal translation of a displacement member, such as the closure member 764, based on one or more tissue conditions. The control circuit 760 may be programmed to sense tissue conditions, such as thickness, either directly or indirectly, as described herein. The control circuit 760 may be programmed to select a control program based on the tissue condition. The control program may describe the distal movement of the displacement member. Different control programs may be selected to better handle different tissue conditions. For example, when thicker tissue is present, the control circuit 760 may be programmed to translate the displacement member at a slower speed and/or with less power. When thinner tissue is present, the control circuit 760 may be programmed to translate the displacement member at a higher speed and/or with more 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装してもよい。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公開第15/720,852号に開示されている。 In some embodiments, the control circuit 760 may initially operate the 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 the instrument 750 during the open-loop portion of the stroke, the control circuit 760 may select a firing control program. The response of the instrument may include the translation 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, the total pulse width of the motor drive signal, etc. After the open-loop portion, the control circuit 760 may implement the selected firing control program for a second portion of the displacement member stroke. For example, during the closed-loop portion of the stroke, the control circuit 760 may modulate the motor 754 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. Further details are disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 15/720,852, entitled "SYSTEM AND METHODS FOR CONTROLLING A DISPLAY OF A SURGICAL INSTRUMENT," filed September 29, 2017, which is incorporated herein by reference in its entirety.

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の概略図である。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トランスデューサ769に連結されている。 19 is a schematic diagram of a surgical instrument 790 configured to control various functions, according to one aspect of the present disclosure. In one aspect, the surgical instrument 790 is programmed to control the distal translation of a displacement member, such as a closure member 764. The surgical instrument 790 includes an end effector 792 that may include a clamp arm 766, a closure member 764, and an ultrasonic blade 768 that may be replaced by or work in conjunction with one or more RF electrodes 796 (shown in dashed lines). The ultrasonic blade 768 is coupled to an ultrasonic transducer 769 that is driven by an 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, the sensor 788 may be implemented as a limit switch, an electromechanical device, a solid-state switch, a Hall effect device, an MR device, a GMR device, a magnetometer, among others. In other implementations, the sensor 638 may be a solid-state switch that operates under the influence of light, such as a light sensor, an IR sensor, an ultraviolet sensor, among others. Additionally, the switch may be a solid-state device such as a transistor (e.g., FET, junction FET, MOSFET, bipolar, etc.). In other implementations, the sensor 788 may include a non-conductor-containing switch, an ultrasonic switch, an accelerometer, and an inertial sensor, 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接続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プロセッサに連結された、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 with a magnetic rotary absolute positioning system implemented as an AS5055EQFT single chip magnetic rotary position sensor available from Austria Microsystems, AG. The position sensor 784 may interface with the control circuit 760 to provide an absolute positioning system. The position may include multiple Hall effect elements located above a magnet and coupled to a CORDIC processor, also known as the digit-by-digit and Boulder algorithms, which are provided to implement simple and efficient algorithms for calculating hyperbolic and trigonometric functions, requiring only addition, subtraction, bit shifting, and table lookup operations.

一部の実施例では、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, the position sensor 784 may be omitted. If the motor 754 is a stepper motor, the control circuitry 760 can track the position of the closure member 764 by summing the number and direction of steps the motor is commanded to perform. The position sensor 784 can be located in the end effector 792 or in 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上に位置決めされ、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。 The control circuitry 760 can be in communication with one or more sensors 788. The sensors 788 can be positioned on the end effector 792 and adapted to operate with the surgical instrument 790 to measure various derived parameters, such as gap distance versus time, tissue compression versus time, and anvil strain versus time. The sensors 788 can include 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 any other suitable sensors for measuring one or more parameters of the end effector 792. The sensors 788 can include one or more sensors.

RFエネルギー源794は、エンドエフェクタ792に連結され、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。 The RF energy source 794 is coupled to the end effector 792 and is applied to the RF electrode 796 when the RF electrode 796 is provided in the end effector 792 in place of the ultrasonic blade 768 or when the RF electrode 796 is provided to operate in conjunction with the ultrasonic blade 768. For example, the ultrasonic blade may be made of a conductive metal and used as a return path for the electrosurgical RF current. The control circuit 760 controls the delivery of RF energy to the 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公開第15/636,096号に開示されている。 Further details are disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 15/636,096, 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.

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94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94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 the tissue type and adjust device parameters. In one aspect, the ultrasonic blade control algorithm is configured to parameterize the tissue type. An algorithm for detecting the collagen/elasticity ratio of tissue to adjust the amplitude of the distal tip of the ultrasonic blade is described in the following sections of this disclosure. Various aspects of the smart ultrasonic energy device are described herein, for example, in connection with FIGS. 1-94. Thus, the following description of the adaptive ultrasonic blade control algorithm should be read in conjunction with FIGS. 1-94 and their associated description.

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。超音波トランスデューサ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。
Identifying Tissue Type and Adjusting Device Parameters In certain surgical procedures, it may be desirable to use an adaptive ultrasonic blade control algorithm. 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 location of the tissue within the jaws of the ultrasonic end effector, for example, the location of the tissue between the clamp arm and the ultrasonic blade. The impedance of the ultrasonic transducer may be used to identify which percentage of the tissue is located at the distal or proximal end of the end effector. The response of the ultrasonic device may be based on the tissue type or tissue compressibility. In another aspect, the parameters of the ultrasonic device 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 ration of collagen to elastin tissue detected during the tissue identification procedure. The ratio of collagen to elastin tissue may be detected using various techniques, including infrared (IR) surface reflectance and emissivity. The force applied to the tissue by the clamp arm and/or the stroke of the clamp arm to create gap and compression. Electrical continuity across the jaw with the electrodes can be used to determine what percentage of the jaw 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は、図53~図105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53~図105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53~図105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。 20 is a system 800 configured to execute an adaptive ultrasonic blade control algorithm in a surgical data network with a modular communications 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. 53-105. 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. 53-105. 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. 53-105.

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。 The generator module 240 may include a patient-isolated stage that communicates with the non-isolated stage via a power transformer. A secondary winding of the power transformer is housed within the isolated stage and may include a tap configuration (e.g., center-tapped or non-center-tapped configuration) to define a drive signal output for delivering drive signals to various surgical instruments, such as ultrasonic surgical instruments, RF electrosurgical instruments, and multifunction surgical instruments including ultrasonic and RF energy modes that can be delivered alone or simultaneously. Specifically, the drive signal output can output an ultrasonic drive signal (e.g., a 420V root-mean-square (RMS) drive signal) to the ultrasonic surgical instrument 241, and the drive signal output can output an RF electrosurgical drive signal (e.g., a 100V RMS drive signal) to the 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に連結されている。 The generator module 240, or the device/instrument 235, or both, are coupled to a modular control tower 236, which is connected to multiple operating room devices, such as, for example, intelligent surgical instruments, robots, and other computerized devices located in the operating room, as described, for example, with reference to Figures 8-11.

図21は、超音波器具と連結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に連結されたプロセッサ902を備える。プロセッサ902及び波形発生器904は、プロセッサ902に連結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に連結される。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連結される。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にわたって連結され、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 shows an example of a generator 900, a form of generator configured to interface with an ultrasonic instrument and further configured to execute an adaptive ultrasonic blade control algorithm within a surgical data network with a modular communication hub as shown in FIG. 20. The generator 900 is configured to deliver multiple energy modalities to a surgical instrument. The generator 900 provides RF and ultrasonic signals, either alone or simultaneously, for delivering energy to the surgical instrument. The RF and ultrasonic signals may be provided alone or in combination, and may be provided simultaneously. As described above, at least one generator output can deliver multiple energy modalities (e.g., ultrasonic, bipolar or monopolar RF, irreversible and/or reversible electroporation, and/or microwave energy, among others) through a single port, which signals can be delivered individually or simultaneously to an end effector to treat tissue. The generator 900 includes a processor 902 coupled to a waveform generator 904. The processor 902 and waveform generator 904 are configured to generate various signal waveforms based on information stored in a memory (not shown for clarity of disclosure) coupled to the processor 902. Digital information related to the waveforms is provided to the waveform generator 904, which includes one or more DAC circuits to convert the digital input to an analog output. The analog output is provided to an amplifier 1106 for signal conditioning and amplification. The conditioned and amplified output of the amplifier 906 is coupled to a power transformer 908. The signal is coupled across the power transformer 908 to a secondary side on the patient isolated side. A first signal of a first energy modality is provided between the terminals labeled ENERGY 1 and RETURN of the surgical instrument. A second signal of a second energy modality is coupled across a capacitor 910 and provided between the terminals labeled ENERGY 2 and RETURN of the surgical instrument. It will be understood that more than two energy modalities may be output, and thus the subscript "n" may be used to indicate that up to n ENERGY n terminals may be provided, where n is a positive integer greater than 1. It will also be understood that up to "n" return paths (RETURN n ) may be provided without departing from the scope of this 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連結され、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連結され、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 sense circuit 912 is coupled across the terminals labeled ENERGY 1 and RETURN paths and measures the output voltage therebetween. A second voltage sense circuit 924 is coupled across the terminals labeled ENERGY 2 and RETURN paths and measures the output voltage therebetween. A current sense circuit 914 is disposed in series with the RETURN section 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, a separate current sense circuit must be provided in each return section. The outputs of the first voltage sense circuit 912 and the second voltage sense circuit 924 are provided to corresponding isolation transformers 916, 922, and the output of the current sense circuit 914 is provided to another isolation transformer 918. The outputs of the isolation transformers 916, 928, 922 on the primary side (non-patient isolated side) of the power transformer 908 are provided to one or more ADC circuits 926. The digitized output of the ADC circuit 926 is provided to the 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 output impedance, among other parameters. Input/output communication between the processor 902 and the patient isolation circuitry is provided through an interface circuit 920. Sensors may also be in electrical communication with the processor 902 via the interface circuit 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連結された第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連結された第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、超音波トランスデューサ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 may be determined by the processor 902 by dividing the output of either the first voltage sense circuit 912 coupled across the terminals labeled ENERGY 1 /RETURN or the second voltage sense circuit 924 coupled across the terminals labeled ENERGY 2 /RETURN by the output of a current sense circuit 914 placed in series with the RETURN section on the secondary side of the power transformer 908. The outputs of the first voltage sense circuit 912 and the second voltage sense circuit 924 are provided to separate isolation transformers 916, 922, and the output of the current sense circuit 914 is provided to another isolation transformer 916. Digitized voltage and current sense measurements from the ADC circuit 926 are provided to the processor 902 to calculate the impedance. As an example, the first energy modality ENERGY 1 may be ultrasound 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 two or more energy modalities, in other aspects, multiple return paths RETURN n may be provided to 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 sense circuit 912 by the current sense circuit 914, and the impedance of the tissue may be measured by dividing the output of the second voltage sense circuit 924 by the current sense 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、超音波トランスデューサを駆動するために高電圧かつ低電流で、組織封止のためのRF電極を駆動するために低電圧かつ高電流で、又はスポット凝固のための凝固波形で、エネルギーを送達することができる。発生器900からの出力波形は、周波数を外科用器具のエンドエフェクタに提供するために、誘導、切り替え、又はフィルタリングされ得る。超音波トランスデューサの発生器900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 , a generator 900 including at least one output port can include a power transformer 908 with a single output and multiple taps to provide power to an end effector in the form of one or more energy modalities, such as, for example, ultrasonic, bipolar or monopolar RF, irreversible and/or reversible electroporation, and/or microwave energy, among others, depending on the type of tissue treatment being performed. For example, the generator 900 can deliver energy with either monopolar or bipolar RF electrosurgical electrodes, at high voltage and low current to drive an ultrasonic transducer, at low voltage and high current to drive an RF electrode for tissue sealing, or in a coagulation waveform for spot coagulation. The output waveform from the generator 900 can be directed, switched, or filtered to provide the frequency to the end effector of the surgical instrument. The connection of the ultrasonic transducer to the generator 900 output would preferably be located between the output labeled ENERGY 1 and RETURN as shown in FIG. 21 . In one embodiment, the RF bipolar electrode connection to the generator 900 output would preferably be located between the output labeled ENERGY 2 and RETURN. In the case of a monopolar output, the preferred connection would be an active electrode (e.g., a pencil or other probe) to a suitable return pad 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 are disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2017/0086914, published March 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.

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、一部の態様では、それらは存在しない可能性がある。通信モジュールは、Wi-Fi(IEEE802.11ファミリー)、WiMAX(IEEE802.16ファミリー)、IEEE802.20、ロング・ターム・エボリューション(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、Bluetooth、これらのイーサネット派生物、のみならず3G、4G、5G、及びそれ以降と指定される任意の他の無線及び有線プロトコルが挙げられるがこれらに限定されない多数の無線又は有線通信規格又はプロトコルのうちのいずれかを実装してもよい。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 may be used to describe circuits, devices, systems, methods, techniques, communication channels, etc. that may communicate data through the use of modulated electromagnetic radiation over a non-solid medium. This term does not imply that the associated devices do not include any wires, although in some aspects they may not be present. The communication modules may implement any of a number of wireless or wired communication standards or protocols, including but not limited to Wi-Fi (IEEE 802.11 family), WiMAX (IEEE 802.16 family), IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, Ethernet derivatives thereof, as well as any other wireless and wired protocols designated 3G, 4G, 5G, and beyond. The computing module may include multiple communication modules. For example, the first communication module may be dedicated to short-range wireless communication such as Wi-Fi and Bluetooth, and the second communication module may be dedicated to long-range wireless communication such as GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, and Ev-DO.

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

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(「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、及び多くの場合は無線周波数機能を、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(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 a chip (SoC or SOC) is an integrated circuit (also known as an "IC" or "chip") that integrates all the components of a computer or other electronic system. It can include digital, analog, mixed-signal, and often radio frequency functions, all on a single substrate. SoCs integrate a microcontroller (or microprocessor) with modern peripherals such as a graphics processing unit (GPU), Wi-Fi module, or co-processor. SoCs may or may not include built-in 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 MCU for Microcontroller Unit) 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 may house one or more core processing units (CPUs) along with memory and programmable input/output peripherals. Program memory in the form of ferroelectric RAM, NOR flash, or OTP ROM, and a small amount of RAM are often also included on the chip. Microcontrollers may be employed for embedded applications, as opposed to microprocessors used in personal computers or other general purpose applications that are made up of a variety of separate 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接続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 a peripheral device. It may also be the link between two parts of a computer or controller on an external device that manages the operation of (and connections to) that 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 of the processors or microcontrollers 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 may be, for example, an LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F processor core available from Texas Instruments, including on-chip memory of 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory up to 40 MHz, a pre-fetch buffer to improve performance beyond 40 MHz, 32 KB of single-cycle serial random access memory (SRAM), internal read-only memory (ROM) loaded with StellarisWare® software, 2 KB of 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 (ADCs) with 12 analog input channels, the details of which are available in the product data sheet.

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, including two controller families such as TMS570 and RM4x, also known under the trade name Hercules ARM Cortex R4, manufactured by Texas Instruments. The safety controller may be specifically configured for IEC 61508 and ISO 26262 safety limit applications, among others, to provide advanced integrated safety mechanisms while offering scalable performance, connectivity, and memory options.

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 include modules that can be received in a surgical hub (e.g., as described in connection with FIGS. 3 and 9 ) and surgical devices or instruments that can be connected to various modules to connect or pair with corresponding surgical hubs. Modular devices include, for example, intelligent surgical instruments, medical imaging devices, suction/irrigation devices, smoke evacuators, energy generators, ventilators, aspirators, and displays. The modular devices described herein can be controlled by a control algorithm. The control algorithm can be executed on the modular device itself, on the surgical hub to which a particular modular device is paired, or on both the modular device and the surgical hub (e.g., via a distributed computing architecture). In some examples, the control algorithm of the modular device controls the device based on data sensed by the modular device itself (i.e., by sensors in, on, or connected to the modular device). This data can relate to the patient during surgery (e.g., tissue characteristics or injection pressure) or the modular device itself (e.g., 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 the knife encounters 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好適な装置を含むことができる。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 illustrates one form of a surgical system 1000 including a generator 1100 and various surgical instruments 1104, 1106, 1108 usable therewith, where the surgical instrument 1104 is an ultrasonic surgical instrument, the surgical instrument 1106 is an RF electrosurgical instrument, and the multi-function surgical instrument 1108 is a combination ultrasonic/RF electrosurgical instrument. The generator 1100 is configurable for use with various surgical instruments. According to various forms, the generator 1100 may be configurable for use with various types of various surgical devices including, for example, an ultrasonic surgical instrument 1104, an RF electrosurgical instrument 1106, and a multi-function surgical instrument 1108 that integrates RF and ultrasonic energy delivered simultaneously from the generator 1100. In the embodiment of FIG. 22, the generator 1100 is shown separate from the surgical instruments 1104, 1106, 1108, however, in one embodiment, the generator 1100 may be integrally formed with any of the surgical instruments 1104, 1106, 1108 to form an integrated surgical system. The generator 1100 includes an input device 1110 located on a front panel of the console of the generator 1100. The input device 1110 may include any suitable device for generating signals suitable for programming the operation of the generator 1100. The 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(HP)、超音波トランスデューサ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、超音波トランスデューサ1120と音響的に連結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を用いて超音波トランスデューサ1120に通電するように構成することができる。 The generator 1100 is configured to drive a number of surgical instruments 1104, 1106, 1108. The first surgical instrument is an ultrasonic surgical instrument 1104, which includes a hand piece 1105 (HP), an ultrasonic transducer 1120, a shaft 1126, and an end effector 1122. The end effector 1122 includes an ultrasonic blade 1128 and a clamp arm 1140 that are acoustically coupled to the ultrasonic transducer 1120. The hand piece 1105 includes a trigger 1143 that operates the clamp arm 1140, and a combination of toggle buttons 1134a, 1134b, 1134c for energizing and driving the ultrasonic blade 1128 or other functions. The toggle buttons 1134a, 1134b, 1134c can be configured to energize the ultrasonic transducer 1120 using the 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連結され、双極エネルギー源によって通電される。 The generator 1100 is also configured to drive a second surgical instrument 1106. The second surgical instrument 1106 is an RF electrosurgical instrument and includes a handpiece 1107 (HP), a shaft 1127, and an end effector 1124. The end effector 1124 includes electrodes in the clamp arms 1142a, 1142b and back through the conductor portion of the shaft 1127. The electrodes are coupled to and energized by a bipolar energy source in the generator 1100.

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。 The handpiece 1107 includes a trigger 1145 for operating the clamp arms 1142a, 1142b and an energy button 1135 for activating an energy switch to energize the electrodes in the 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、超音波トランスデューサ1120と音響的に連結される。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を用いて超音波トランスデューサ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。 The generator 1100 is also configured to drive a multi-function surgical instrument 1108. The multi-function surgical instrument 1108 includes a hand piece 1109 (HP), a shaft 1129, and an end effector 1125. The end effector 1125 includes an ultrasonic blade 1149 and a clamp arm 1146. The ultrasonic blade 1149 is acoustically coupled to an ultrasonic transducer 1120. The hand piece 1109 includes a trigger 1147 for actuating the clamp arm 1146, and a combination of toggle buttons 1137a, 1137b, 1137c for energizing and driving the ultrasonic blade 1149 or other functions. The toggle buttons 1137a, 1137b, 1137c can be configured to energize the ultrasonic transducer 1120 using the generator 1100, and to energize the ultrasonic blade 1149 using a bipolar energy source also housed within the generator 1100.

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好適な装置を含むことができる。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。 The generator 1100 is configurable for use with a variety of surgical instruments. According to various configurations, the generator 1100 may be configurable for use with a variety of different surgical devices, including, for example, an ultrasonic surgical instrument 1104, an RF electrosurgical instrument 1106, and a multi-function surgical instrument 1108 that integrates RF and ultrasonic energy delivered simultaneously from the generator 1100. In the configuration of FIG. 22, the generator 1100 is shown separate from the surgical instruments 1104, 1106, 1108, but in another configuration, the generator 1100 may be integrally formed with any one of the surgical instruments 1104, 1106, 1108 to form an integrated surgical system. As discussed above, the generator 1100 includes an input device 1110 located on a front panel of the console of the generator 1100. The input device 1110 may include any suitable device that generates a signal suitable for programming the operation of the generator 1100. The generator 1100 may also include one or more output devices 1112. Further aspects of the generator for digitally generating electrical signal waveforms and surgical instruments are described in U.S. Patent Application Publication No. 2017-0086914-A1, the entirety of which is incorporated herein by reference.

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トランスデューサ1120に連結され得るブレード1128を含み得る。本明細書で説明されるように、超音波トランスデューサ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。 23 is an end effector 1122 of an example ultrasonic device 1104 according to at least one aspect of the present disclosure. The end effector 1122 can include a blade 1128 that can be coupled to an ultrasonic transducer 1120 via a waveguide. When driven by the ultrasonic transducer 1120, the blade 1128 can vibrate and, upon contact with tissue, can cut and/or coagulate the tissue, as described herein. 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 the blade 1128 of the end effector 1122. Along with the blade 1128, the clamp arm 1140 can include a series of jaws. The clamp arm 1140 can be pivotally connected to a distal end of the shaft 1126 of the instrument portion 1104. The clamp arm 1140 may include a clamp arm tissue pad 1163, which may be formed from TEFLON® or other suitable low friction material. The pad 1163 may be mounted to cooperate with the blade 1128 such that pivotal movement of the clamp arm 1140 may position the clamp pad 1163 in a substantially parallel relationship with and in contact with the blade 1128. With this configuration, a piece of tissue to be clamped may be grasped between the tissue pad 1163 and the blade 1128. The tissue pad 1163 may include a sawtooth-like configuration including a plurality of axially spaced apart and proximally extending grasping teeth 1161 to cooperate with the blade 1128 to improve the gripping of the tissue. The clamp arm 1140 may transition from an open position, shown in FIG. 23, to a closed position (where the clamp arm 1140 is in contact with or in close proximity to the blade 1128) in any suitable manner. For example, the hand piece 1105 may include a jaw closure trigger. When actuated by the clinician, the jaw closure trigger may pivot the clamp arm 1140 in any suitable manner.

発生器1100は、駆動信号を任意の好適な方法で超音波トランスデューサ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に連結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、超音波トランスデューサ1120を起動させ、またそれによって超音波トランスデューサ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に超音波トランスデューサ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トランスデューサ1120に提供して、超音波トランスデューサ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トランスデューサ1120に提供して、超音波トランスデューサ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)。 The generator 1100 may be activated to provide a drive signal to the ultrasonic transducer 1120 in any suitable manner. For example, the generator 1100 may include a foot switch 1430 (FIG. 24) coupled to the generator 1100 via a foot switch cable 1432. The clinician may activate the ultrasonic transducer 1120, and thereby the ultrasonic transducer 1120 and the blade 1128, by depressing the foot switch 1430. In addition to or instead of the foot switch 1430, some aspects of the device 1104 may employ one or more switches positioned on the handpiece 1105 that, when activated, can cause the generator 1100 to operate the ultrasonic transducer 1120. In one aspect, for example, the one or more switches may include a pair of toggle buttons 1134a, 1134b, 1134c (FIG. 22), for example, to determine the operating mode of the device 1104. For example, when the toggle button 1134a is depressed, the ultrasonic generator 1100 can provide a maximum drive signal to the ultrasonic transducer 1120 to cause the ultrasonic transducer 1120 to generate a maximum ultrasonic energy output. By pressing the toggle button 1134b, the ultrasonic generator 1100 can provide a user-selectable drive signal to the ultrasonic transducer 1120 to cause the ultrasonic transducer 1120 to generate less than maximum ultrasonic energy output. The device 1104 may additionally or alternatively include a second switch to indicate the position of a jaw closing trigger, for example, to manipulate the jaws via the clamp arm 1140 of the end effector 1122. Also, in some aspects, the ultrasonic generator 1100 can be activated based on the position of the jaw closing trigger (e.g., ultrasonic energy can be applied when the clinician depresses the jaw closing trigger to close the jaws via the clamp arm 1140).

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 switches may include a toggle button 1134c that, when depressed, causes the generator 1100 to provide a pulsed output (FIG. 22). The pulses may be provided, for example, at any suitable frequency and classification. In certain aspects, the power level of the pulses may be, for example, a power level (maximum, less than maximum) associated with the 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 the device 1104 may include any combination of toggle buttons 1134a, 1134b, 1134c (FIG. 22). For example, the device 1104 may be configured with only two toggle buttons: toggle button 1134a for generating maximum ultrasonic energy output, and toggle button 1134c for generating a pulsed output at either maximum or less than maximum power levels each time. In this manner, the drive signal output configuration of the 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, the particular drive signal configuration may be controlled based on, for example, the EEPROM settings of the generator 1100 and/or the user's 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, device 1104 may include toggle button 1134a for generating a continuous output at a maximum power level, and two-position toggle button 1134b. In a first detent position, toggle button 1134b may generate a continuous output at less than the maximum power level, and in a second detent position, toggle button 1134b may generate a pulsed output (e.g., at either the maximum or less than maximum power level, depending on EEPROM settings).

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、電圧などをモニタリングすることによって見出され得る。 In some aspects, the RF electrosurgical end effector 1124, 1125 (FIG. 22) may also include a pair of electrodes. The electrodes may be in communication with the generator 1100, for example, via a cable. The electrodes may be used to measure the impedance of a piece of tissue that exists, for example, between the clamp arm 1142a, 1146 and the blade 1142b, 1149. The generator 1100 may provide a signal (e.g., a non-therapeutic signal) to the electrodes. The impedance of the piece of tissue may 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と電気的に連結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 modules and/or blocks shown in FIG. 24, which is a schematic of the surgical system 1000 of FIG. 22. The various functional elements or modules may be configured to drive various types of surgical devices 1104, 1106, 1108. For example, the ultrasonic generator module may drive an ultrasonic device, such as the ultrasonic device 1104. The electrosurgical/RF generator module may drive the electrosurgical device 1106. The modules may generate corresponding drive signals to drive the surgical devices 1104, 1106, 1108. In various aspects, the ultrasonic 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 the generator 1100. (The modules are shown in phantom to illustrate this option.) Also, in some aspects, the electrosurgical/RF generator module may be integrally formed with the ultrasonic 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トランスデューサ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 may generate a drive signal or signals of a particular voltage, current, and frequency (e.g., 55,500 cycles/second or Hz). The drive signal or signals may be provided to the ultrasonic device 1104, and in particular to the transducer 1120, which may operate, for example, as described above. In one aspect, the generator 1100 may be configured to generate drive signals of particular voltage, current, and/or frequency output signals that may be stepped with high resolution, precision, 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(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, the electrosurgical/RF generator module may use radio frequency (RF) energy to generate a drive signal or multiple drive signals at an output power sufficient to perform a bipolar electrosurgical procedure. In a bipolar electrosurgical application, for example, the drive signal may be provided to, for example, electrodes of the electrosurgical device 1106, as described above. Thus, the generator 1100 may be configured for therapeutic purposes by applying electrical energy to tissue sufficient to treat the tissue (e.g., coagulation, cauterization, tissue welding, etc.).

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発生させる任意の好適な装置を含むことができる。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 a front panel of the console of the generator 1100. The input device 2150 can include any suitable device that generates signals suitable for programming the operation of the generator 1100. During operation, a user can use the input device 2150 to program or otherwise control the operation of the generator 1100. The input device 2150 can include any suitable device that generates signals that can be used by the generator (e.g., by one or more processors housed within the generator) to control the operation of the generator 1100 (e.g., the operation of the ultrasonic generator module and/or the electrosurgical/RF generator module). In various aspects, the input device 2150 includes one or more of a button, a switch, a thumb wheel, a keyboard, a keypad, a touch screen monitor, a pointing device, and a remote connection to a general-purpose or dedicated computer. In other aspects, the 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 a user to set or program various operating parameters of the generator, such as, for example, the current (I), voltage (V), frequency (f), and/or duration (T) of the drive signal or signals generated by the ultrasonic generator module and/or the electrosurgical/RF generator module.

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 a front panel of the generator 1100 console. The output device 2140 includes one or more devices for providing sensory feedback to the user. Such devices may include, for example, visual feedback devices (e.g., LCD display screen, LED indicators), audible feedback devices (e.g., speakers, buzzers), or tactile feedback devices (e.g., haptic 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(PLD)、特定用途向け集積回路(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 certain modules and/or blocks of the generator 1100 may be described as examples, it will be understood that a greater or lesser number of modules and/or blocks may be used and still fall within the scope of the aspects. Furthermore, while various aspects may be described in terms of modules and/or blocks for ease of explanation, such modules and/or blocks may be implemented by one or more hardware components, e.g., processors, digital signal processors (DSPs), programmable logic devices (PLDs), application specific integrated circuits (ASICs), circuits, registers, and/or software components, e.g., programs, subroutines, logic, and/or combinations of 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(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 ultrasonic generator drive module and the electrosurgical/RF drive module 1110 (FIG. 22) may include one or more embedded applications implemented as firmware, software, hardware, or any combination thereof. The modules may comprise various executable modules such as software, programs, data, drivers, application program interfaces (APIs), and the like. The firmware may be stored in a non-volatile memory (NVM) such as a bit-masked read-only memory (ROM) or a flash memory. In various implementations, storing the firmware in a ROM may preserve flash memory. The NVM may include other types of memory, including, for example, a programmable ROM (PROM), an erasable programmable ROM (EPROM), an electrically erasable programmable ROM (EEPROM), or a battery-backed random access memory (RAM) such as a dynamic RAM (DRAM), a double data rate DRAM (DDRAM), and/or a synchronous DRAM (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モニタリング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、超音波トランスデューサ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、超音波トランスデューサ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 includes hardware components implemented as a processor to execute program instructions for monitoring various measurable characteristics of the devices 1104, 1106, 1108 and generate a corresponding output drive signal or signals for operating the devices 1104, 1106, 1108. In an aspect where the generator 1100 is used with the device 1104, the drive signal may drive the ultrasonic transducer 1120 in a cutting and/or coagulation mode of operation. The electrical characteristics of the device 1104 and/or tissue may be measured and used to control aspects of the operation of the generator 1100 and/or provided as feedback to the user. In an aspect where the generator 1100 is used with the device 1106, the drive signal may provide electrical energy (e.g., RF energy) to the end effector 1124 in a cutting, coagulation and/or desiccation mode. The electrical characteristics of the device 1106 and/or tissue may be measured and used to control aspects of the operation of the generator 1100 and/or provided as feedback to the user. In various aspects, the hardware components may be implemented as DSPs, PLDs, ASICs, circuits, and/or registers, as described above. In one aspect, the processor may be configured to store and execute computer software program instructions to generate step function output signals for driving various components of the devices 1104, 1106, 1108, such as the ultrasonic transducer 1120 and the end effectors 1122, 1124, 1125.

電気機械的超音波システムは、超音波トランスデューサ、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、超音波トランスデューサ、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。超音波トランスデューサは、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l(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l(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、超音波トランスデューサに印加される電圧V(t)信号と電流l(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l(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、新たな駆動周波数は、電気機械的超音波システムの新たな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。 The electromechanical ultrasonic system includes an ultrasonic transducer, a waveguide, and an ultrasonic blade. The electromechanical ultrasonic system has an initial resonant frequency defined by the physical properties of the ultrasonic transducer, the waveguide, and the ultrasonic blade. The ultrasonic transducer is excited by an alternating voltage Vg (t) and current lg (t) signal that is equal to the resonant frequency of the electromechanical ultrasonic system. When the electromechanical ultrasonic system resonates, the phase difference between the voltage Vg (t) and current lg (t) signals is zero. In other words, at resonance, the inductive impedance is equal to the capacitive impedance. When 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. Thus, the inductive impedance is no longer equal to the capacitive impedance, which causes a mismatch between the drive frequency and the resonant frequency of the electromechanical ultrasonic system. The system now operates "off-resonance". The mismatch between the drive frequency and the resonant frequency appears as a phase difference between the voltage Vg (t) and current lg (t) signals applied to the ultrasonic transducer. The generator electronics can easily monitor the phase difference between the voltage Vg (t) and current lg (t) signals and continuously adjust the drive frequency until the phase difference is again zero. At this point, the new drive frequency is equal to the new resonant frequency of the electromechanical ultrasonic system. The change in phase and/or frequency can be used as an indirect measure of the ultrasonic blade temperature.

図25に示すように、超音波トランスデューサの電気機械特性は、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トランスデューサ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、超音波トランスデューサ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、超音波トランスデューサ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トランスデューサは、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 an ultrasonic transducer may be modeled as an equivalent circuit including a first branch with a capacitance and a second "operational" branch with a series-connected inductance, resistance, and capacitance that define the electromechanical properties of the resonator. Known ultrasonic generators may include a tuning inductor to tune out the capacitance at a certain resonant frequency so that substantially all of the generator drive signal current flows in the operational branch. Thus, by using a tuning inductor, the generator drive signal current represents the operational 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 be matched to the specific capacitance of the ultrasonic transducer at the operational resonant frequency. In other words, different ultrasonic transducers with different capacitances require different tuning inductors.

図25は、一態様による、超音波トランスデューサ1120などの超音波トランスデューサの等価回路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)で受け取られてもよい。超音波トランスデューサ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、超音波トランスデューサの静電容量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トランスデューサは、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。周波数がトランスデューサ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。 25 illustrates an equivalent circuit 1500 of an ultrasonic transducer, such as ultrasonic transducer 1120, according to one embodiment. Circuit 1500 includes a first "motional" branch having series-connected inductance Ls , resistance Rs , and capacitance Cs that define the electromechanical properties of the resonator, and a second capacitive branch having capacitance C0 . A drive current Ig (t) may be received at a drive voltage Vg (t) from a generator, with a motional current Im (t) flowing through the first branch and currents Ig (t) to Im (t) flowing through the capacitive branch. Control of the electromechanical properties of the ultrasonic transducer may be achieved by suitably controlling Ig (t) and Vg (t). As mentioned above, known generator architectures can include a tuning inductor Lt (shown in phantom in FIG. 25) for tuning out the capacitance C0 in a parallel resonant circuit at a resonant frequency so that substantially all of the generator's current output Ig ( t ) flows through the motional branch. In this way, control of the motional branch current Im (t) is achieved by controlling the generator's current output Ig (t). 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, because the tuning inductor Lt matches the nominal value of the capacitance C0 at a single resonant frequency, precise control of the motional branch current Im (t) is guaranteed only at that frequency. If the frequency decreases due to the temperature of the transducer, precise control of the motional branch current is compromised.

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Im(t)の値を判定するために、特定の超音波外科用装置1104のための電力の印加間の静電容量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 the generator 1100 can monitor the motional branch current I m (t) without relying on the tuning inductor L t . Rather, the generator 1100 can use measurements of the capacitance C 0 during application of power for a particular ultrasonic surgical device 1104 (along with drive signal voltage and current feedback data) to determine the value of the motional branch current I m (t) on a dynamic and ongoing basis (e.g., in real time). Thus, these aspects of the generator 1100 can provide virtual tuning to simulate a system that is tuned or resonates with any value of capacitance C 0 at any frequency, rather than only at a single resonant frequency determined by a nominal value of capacitance C 0 .

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を含んでもよい。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を含むことができる。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、次いで、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(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 embodiment of a generator 1100 for providing the inductorless regulation described above, among other advantages. FIGS. 27A-27C show the architecture of the generator 1100 of FIG. 26 according to one embodiment. Referring to FIG. 26, the generator 1100 may include a patient-isolated stage 1520 in communication with a non-isolated stage 1540 via a power transformer 1560. A secondary winding 1580 of the power transformer 1560 is included in the isolated stage 1520 and may include a tap configuration (e.g., center tap or non-center tap configuration) to define drive signal outputs 1600a, 1600b, 1600c for outputting drive signals to various surgical devices, such as the ultrasonic surgical device 1104 and the electrosurgical device 1106. In particular, drive signal outputs 1600a, 1600b, 1600c may output a drive signal (e.g., a 420V RMS drive signal) to the ultrasonic surgical device 1104, and drive signal outputs 1600a, 1600b, 1600c may output a drive signal (e.g., a 100V RMS drive signal) to the electrosurgical device 1106, where output 1600b corresponds to a center tap of the power transformer 1560. The non-isolated stage 1540 may include a power amplifier 1620 having an output connected to the primary winding 1640 of the power transformer 1560. In certain aspects, the power amplifier 1620 may include, for example, a push-pull amplifier. The non-isolated stage 1540 may further include a programmable logic 1660 for providing a digital output to a digital-to-analog converter (DAC) 1680, which then provides a corresponding analog signal to the input of the power amplifier 1620. In certain aspects, the programmable logic 1660 may include, for example, a field programmable gate array (FPGA). The programmable logic 1660 may control the input of the power amplifier 1620 via the DAC 1680, thereby controlling any of a number of parameters (e.g., frequency, waveform shape, waveform amplitude) of the drive signal appearing at the drive signal outputs 1600a, 1600b, 1600c. In certain aspects, and as described below, the programmable logic 1660, in conjunction with a processor (e.g., processor 1740, described below), can execute a number of digital signal processing (DSP)-based and/or other control algorithms to control parameters of the drive signal output by the 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、次いで、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 can be provided to the bus of the power amplifier 1620 by a switch mode regulator 1700. In certain aspects, the switch mode regulator 1700 can 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 can include, for example, a DSP processor, such as an ADSP-21469 SHARC DSP available from Analog Devices, Norwood, Mass. In certain aspects, the processor 1740 can control the operation of the switch mode power converter 1700 in response to voltage feedback data received by the processor 1740 from the power amplifier 1620 via an analog-to-digital converter (ADC) 1760. For example, in one aspect, the processor 1740 can receive as an input via the ADC 1760 the waveform envelope of a signal (e.g., an RF signal) to be amplified by the power amplifier 1620. The processor 1740 can then control the switch mode regulator 1700 (e.g., via a pulse width modulated (PWM) output) so that the rail voltages supplied to the power amplifier 1620 track the waveform envelope of the amplified signal. By dynamically modulating the rail voltages of the power amplifier 1620 based on the waveform envelope, the efficiency of the power amplifier 1620 can be significantly improved compared to a fixed rail voltage amplifier scheme. The 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、超音波トランスデューサ1120などの超音波トランスデューサが、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好適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、超音波トランスデューサ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, the programmable logic 1660, in conjunction with the processor 1740, may execute a direct digital synthesizer (DDS) control scheme to control the waveform shape, frequency, and/or amplitude of the drive signal output by the generator 1100. In one aspect, for example, the programmable logic 1660 may execute a DDS control algorithm 2680 (FIG. 28A) by recalling waveform samples stored in a dynamically updated look-up table (LUT), such as a RAM LUT, which may be embedded in an FPGA. This control algorithm is particularly useful in ultrasonic applications where an ultrasonic transducer, such as the ultrasonic transducer 1120, may be driven by a well-defined sinusoidal current at its resonant frequency. Minimizing or reducing the total distortion of the operating branch current may correspondingly minimize or reduce undesirable resonant effects, since other frequencies may excite parasitic resonances. Because the waveform shape of the drive signal output by the generator 1100 may be affected by various distortion sources present in the output drive circuit (e.g., power transformer 1560, power amplifier 1620), voltage and current feedback data based on the drive signal may be input to an algorithm, such as an error control algorithm executed by the processor 1740, which compensates for the distortion by suitably pre-distorting or modifying the waveform samples stored in the LUT on a dynamic, ongoing basis (e.g., in real time). In one aspect, the amount or degree of pre-distortion applied to the LUT samples may be based on the error between the calculated motional branch current and the desired current waveform shape, the error being determined on a sample-by-sample basis. In this manner, the pre-distorted LUT samples, when processed by the drive circuit, may result in a motional branch drive signal having a desired waveform shape (e.g., sinusoidal) to optimally drive the ultrasonic transducer. Thus, in such an aspect, the LUT waveform samples represent not the desired waveform shape of the drive signal, but rather the waveform shape required to ultimately generate the motional branch drive signal of the desired waveform when considering distortion effects.

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の出力部に連結された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。 The non-isolated stage 1540 may further include ADC 1780 and ADC 1800 coupled to the output of the power transformer 1560 via respective isolation transformers 1820, 1840 to sample the voltage and current, respectively, of the drive signal output by the generator 1100. In certain aspects, the ADCs 1780, 1800 may be configured to sample at a high speed (e.g., 80 Msps) to allow oversampling of the drive signal. In one aspect, for example, the sampling rate of the ADCs 1780, 1800 may allow oversampling of the drive signal by approximately 200 times (depending on the drive frequency). In certain aspects, the sampling operation of the ADCs 1780, 1800 may be performed by a single ADC that receives the input voltage and current signals via a bidirectional multiplexer. The use of high speed sampling in embodiments of the generator 1100 can enable, among other things, the calculation of complex currents flowing through the motional branches (which may be used in certain embodiments to implement the DDS-based waveform shape control described above), accurate digital filtering of the sampled signals, and highly accurate calculation of actual power consumption. The voltage and current feedback data output by the ADCs 1780, 1800 may be received by the programmable logic 1660 and processed (e.g., FIFO buffering, multiplexing) and stored in a data memory, for subsequent retrieval, e.g., by the processor 1740. As noted above, the voltage and current feedback data may be used as input to an algorithm to pre-distort or modify the LUT waveform samples on a dynamic and ongoing basis. In certain embodiments, this may require that each stored voltage and current feedback data pair be indexed or otherwise associated with the corresponding LUT sample output by the programmable logic 1660 as the voltage and current feedback data pair is acquired. Synchronizing the LUT samples with the voltage and current feedback data in this manner contributes to 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。次いで、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, the voltage and current feedback data can be used to control the frequency and/or amplitude (e.g., current amplitude) of the drive signal. In one aspect, for example, the voltage and current feedback data can be used to determine the impedance phase, e.g., the phase difference between the voltage drive signal and the current drive signal. The frequency of the drive signal can then be controlled to minimize or reduce the difference between the determined impedance phase and the impedance phase set point (e.g., 0°), thereby minimizing or reducing the effects of harmonic distortion and correspondingly improving the measurement accuracy of the impedance phase. The determination of the phase impedance and frequency control signal can be performed, for example, by the processor 1740, with the frequency control signal being provided as an input to a DDS control algorithm executed by the 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Fast Fourier Transform、FFT)又はDiscrete Fourier Transform、DFT)を使用して決定され得る。 The impedance phase may be determined by Fourier analysis. In one aspect, the phase difference between the generator voltage Vg (t) and current Ig (t) drive signals may be determined using a Fast Fourier Transform (FFT) or Discrete Fourier Transform (DFT) as follows:

Figure 0007480044000004
Figure 0007480044000004

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 sine wave gives:

Figure 0007480044000005
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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: 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, for example using a two-channel high speed ADC 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 time can be calculated by the following formula:

Figure 0007480044000006
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式中、fは位相角であり、φ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。 where f is the phase angle, φ 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 Vg (t) and current Ig (t) signals is the zero-crossing method, which produces highly accurate results. For voltage Vg (t) and current Ig (t) signals with the same frequency, each negative-to-positive zero crossing of the voltage signal Vg (t) triggers the start of a pulse, while each negative-to-positive zero crossing of the current signal Ig (t) triggers the end of a 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 measurement of the phase difference. Additionally, positive-to-negative zero crossings can also 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 Vg (t) and current Ig (t) signals are converted to digital signals that are high when the analog signal is positive and low when the analog signal is negative. High accuracy phase estimation requires a sharp transition between high and low. In one aspect, a Schmitt trigger can be used in conjunction with an RC stabilization network to convert the analog signal to a digital signal. In another aspect, an edge-triggered RS flip-flop and supporting circuitry may be used. In yet another aspect, the zero-crossing technique may use an eXclusive OR (XOR) gate.

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、リサージュ図形及び画像を監視すること、3電圧計法、クロスコイル法、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、並びに位相標準器具、位相ロックループを使用すること、並びにPhase Measurement,Peter O’Shea,2000 CRC Press LLC,<http://www.engnetbase.com>に記載されている他の技術が挙げられ、この論文は、参照により本明細書に組み込まれる。 Other techniques for determining the phase difference between the voltage and current signals include monitoring Lissajous figures and images, methods such as the three-voltmeter method, the cross-coil method, the vector voltmeter method, and the vector impedance method, as well as using phase standard instruments, phase-locked loops, and other techniques described in 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好適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 a current amplitude setpoint. The current amplitude setpoint can be directly specified or indirectly determined based on specified voltage amplitude and power setpoints. In certain aspects, control of the current amplitude can be performed by a control algorithm, such as, for example, a proportional-integral-derivative (PID) control algorithm in the processor 1740. Variables controlled by the control algorithm to suitably control the current amplitude of the drive signal can include, for example, the scaling of the LUT waveform samples stored in the programmable logic 1660 and/or the full-scale output voltage of the DAC 1680 (which provides an input to the power amplifier 1620) via the DAC 1860.

非絶縁段階1540は、とりわけ、ユーザインターフェース(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 may further include a processor 1900 to provide, among other things, user interface (UI) functions. In one aspect, the processor 1900 may 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 the processor 1900 may include audible and visual user feedback, communication with peripheral devices (e.g., via a Universal Serial Bus (USB) interface), communication with a foot switch 1430, communication with an input device 2150 (e.g., a touch screen display), and communication with an output device 2140 (e.g., a speaker). The processor 1900 may communicate with the processor 1740 and the programmable logic (e.g., via a serial peripheral interface (SPI) bus). The processor 1900 may primarily support UI functions, but may also cooperate with the processor 1740 in certain aspects to provide hazard mitigation. For example, the processor 1900 may be programmed to monitor various aspects of user input and/or other input (e.g., touch screen input 2150, foot switch 1430 input, temperature sensor input 2160) and may disable the drive output of the generator 1100 if an erroneous 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別個に維持し、現在の動作状態からの可能な遷移を認識及び評価する。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 operating state of generator 1100. In the case of processor 1740, the operating state of generator 1100 can determine, for example, which control and/or diagnostic processes are executed by processor 1740. In the case of processor 1900, the operating state of generator 1100 can determine, for example, which elements of the user interface (e.g., display screen, sound) are provided to the user. Processors 1740, 1900 separately maintain the current operating state of generator 1100 and recognize and evaluate possible transitions from the current operating state. Processor 1740 acts as a 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 that a particular transition is appropriate. For example, when processor 1740 commands processor 1900 to transition to a particular state, processor 1900 can verify that the requested transition is valid. If the transition between states requested by processor 1900 is determined to be invalid, processor 1900 can place generator 1100 in a failure mode.

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 may further include a controller 1960 (FIGS. 26, 27B) for monitoring the input device 2150 (e.g., a capacitive touch sensor, a capacitive touch screen used to turn the generator 1100 on and off). In certain aspects, the controller 1960 may comprise at least one processor and/or other controller device in communication with the processor 1900. In one aspect, for example, the controller 1960 may comprise a processor (e.g., a Mega168 8-bit controller available from Atmel) configured to monitor user input provided via one or more capacitive touch sensors. In one aspect, the controller 1960 may comprise a touch screen controller (e.g., a QT5480 touch screen controller available from Atmel) for controlling and managing the acquisition of touch data from the capacitive touch screen.

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、次いで、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さない場合がある。 In certain aspects, when the generator 1100 is in the "power off" state, the controller 1960 can continue to receive operating power (e.g., via a line from a power source of the generator 1100, such as the power source 2110 (FIG. 26) described below). In this manner, the controller 1960 can continue to monitor an input device 2150 (e.g., a capacitive touch sensor located on the front panel of the generator 1100) for turning the generator 1100 on and off. When the generator 1100 is in the "power off" state, the controller 1960 can activate the power source (e.g., enable operation of one or more DC/DC voltage converters 2130 (FIG. 26) of the power source 2110) upon detection of activation of the "on/off" input device 2150 by a user. As a result, the controller 1960 can initiate a sequence to transition the generator 1100 to the "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 can initiate a sequence to transition the generator 1100 to the "power off" state. In certain aspects, for example, the controller 1960 can report activation of the "on/off" input device 2150 to the processor 1900, which then executes the processing sequence necessary to transition the generator 1100 to the "power off" state. In such aspects, the controller 1960 may not have the independent ability to cause the 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 may cause the generator 1100 to provide auditory or other sensory feedback to alert the user that a "power on" or "power off" sequence has begun. Such an alert may be provided at the start of the "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間の好適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給電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, the isolated stage 1520 may include an instrument interface circuit 1980 to provide a communication interface between, for example, the surgical device's control circuitry (e.g., control circuitry including the handpiece switch) and the components of the non-isolated stage 1540 (e.g., programmable logic 1660, processor 1740, and/or processor 1900, etc.). The instrument interface circuit 1980 may exchange information with the components of the non-isolated stage 1540 via a communication link that maintains a suitable degree of electrical isolation between the stages 1520, 1540, such as, for example, an infrared (IR) based communication link. For example, the instrument interface circuit 1980 may be powered using a low dropout voltage regulator powered by an isolation transformer driven from the non-isolated stage 1540.

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、次いで、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, the instrument interface circuit 1980 can include a programmable logic 2000 (e.g., an FPGA) in communication with a signal conditioning circuit 2020 (FIGS. 26 and 27C). The signal conditioning circuit 2020 can be configured to receive a periodic signal (e.g., a 2 kHz square wave) from the programmable logic 2000 and generate a bipolar interrogation signal having the same frequency. The interrogation signal can be generated, for example, using a bipolar current source fed by a differential amplifier. The interrogation signal can be communicated to a surgical device control circuit (e.g., by using a conductive pair in a cable connecting the generator 1100 to the surgical device) and monitored to determine the state or configuration of the control circuit. For example, the control circuit can include a number of switches, resistors, and/or diodes to modify one or more characteristics (e.g., amplitude, rectification) of the interrogation signal such that the state or configuration of the control circuit is individually identifiable based on the one or more characteristics. For example, in one aspect, the signal conditioning circuitry 2020 may include an ADC to generate samples of a voltage signal appearing across an input of the control circuitry caused by the interrogation signal passing through it. The programmable logic 2000 (or a component of the non-isolated stage 1540) may then determine a 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 can include a first data circuit interface 2040 that allows for the exchange of information between the programmable logic 2000 (or other elements of the instrument interface circuit 1980) and a first data circuit disposed within or otherwise associated with the surgical device. In certain aspects, for example, the first data circuit 2060 can be disposed in a cable integrally attached to a handpiece of the surgical device, or in an adapter for interfacing a particular surgical device type or model with the generator 1100. In certain aspects, the first data circuit can include 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 include suitable circuitry (e.g., separate logic, processor) that allows for communication between the programmable logic 2000 and the first data circuit. In other embodiments, the first data circuit interface 2040 may be integral with the programmable logic device 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, the first data circuit 2060 can store information regarding the particular surgical device with which the first data circuit 2060 is associated. Such information can include, for example, a model number, a serial number, a number of operations the surgical device has been used in, and/or other types of information. This information can be read by the instrument interface circuit 1980 (e.g., by the programmable logic 2000) and forwarded to components of the non-isolated stage 1540 (e.g., the programmable logic 1660, the processor 1740, and/or the processor 1900) for presentation to a user via the output device 2140 and/or for controlling the functions or operations of the generator 1100. Additionally, any type of information can be communicated to the first data circuit 2060 via the first data circuit interface 2040 (e.g., using the programmable logic 2000) for storage within the first data circuit 2060. Such information can include, for example, the most recent number of operations the surgical device has been used in, 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 (e.g., instrument 1106 may be removable from handpiece 1107) to facilitate interchangeability and/or disposability of the instruments. In such cases, known generators may be limited in their ability to recognize the particular instrument configuration being used and correspondingly optimize their control and diagnostic processes. However, adding readable data circuitry to the surgical device instrument to address this issue is problematic from a compatibility standpoint. For example, designing a surgical device to be backward compatible with generators that lack the necessary data read capabilities may not be practical due to, for example, different signaling schemes, design complexity, and expense. Other aspects of the instrument address these concerns by economically using data circuitry that may be implemented in existing surgical instruments and minimizing design changes to maintain compatibility of the surgical device with modern generator platforms.

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することができる。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を含むことができる。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 an instrument-based data circuit. For example, the generator 1100 may be configured to communicate with a second data circuit (e.g., a data circuit) housed within an instrument (e.g., instrument 1104, 1106, or 1108) of a surgical device. The instrument interface circuit 1980 may include a second data circuit interface 2100 that enables this communication. In one aspect, the second data circuit interface 2100 may include a tri-state digital interface, although other interfaces may be used. In certain aspects, the second data circuit may 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 it is associated. Such information may include, for example, a model number, a serial number, a number of operations the surgical instrument has been used in, 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 (e.g., using the programmable logic 2000) for storage in the second data circuit. Such information may include, for example, the most recent number of operations the instrument was used for, 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 (e.g., instrument-based temperature sensors). In certain aspects, the second data circuit can receive data from the generator 1100 and provide an indication (e.g., 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さ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 the second data circuit interface 2100 can be configured to allow communication between the programmable logic 2000 and the second data circuit to be achieved without the need to provide additional conductors for this purpose (e.g., dedicated conductors in the cable connecting the handpiece to the generator 1100). In one aspect, a one-wire bus communication scheme implemented on existing cable wiring can be used to communicate information to and from the second data circuit, for example, with one of the conductors used transmitting an interrogation signal from the signal conditioning circuit 2020 to the control circuit in the handpiece. In this way, design changes or modifications to the surgical device that may otherwise be required are minimized or reduced. Furthermore, because various types of communication can be implemented over a common physical channel (either with or without frequency band separation), the presence of the second data circuit is "invisible" to generators that do not have the necessary data reading capabilities, thus allowing for 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恐れがある。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 be required, for example, to comply with medical regulations or standards. Although failure in a single capacitor design is relatively rare, such failure may still have negative consequences. In one aspect, a second blocking capacitor 2960-2 can be provided in series with the blocking capacitor 2960-1 to monitor current leakage from a point between the blocking capacitors 2960-1, 2960-2, for example, by an ADC 2980 for sampling a voltage induced by the leakage current. The samples can be received, for example, by the programmable logic 2000. Based on the change in leakage current (shown by a voltage sample in the aspect of FIG. 26), the generator 1100 can determine when at least one of the blocking capacitors 2960-1, 2960-2 has failed. Thus, the embodiment of FIG. 26 can provide benefits over a single capacitor design with 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 may include a power supply 2110 for outputting DC power at a suitable voltage and current. The power supply may include, for example, a 400 W power supply for outputting a 48 VDC system voltage. As described above, the power supply 2110 may further include one or more DC/DC voltage converters 2130 for receiving the output of the power supply and generating a DC output at the voltage and current required by the various components of the generator 1100. As described above in connection with the controller 1960, one or more of the DC/DC voltage converters 2130 may receive input from the controller 1960 when activation of an "on/off" input device 2150 by a user is detected by the controller 1960, allowing operation or activation of the DC/DC voltage converters 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チャンネル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、アナログ領域で好適に調整され得る(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 show certain functional and structural aspects of one embodiment of the generator 1100. Feedback indicative of the current and voltage output from the secondary winding 1580 of the power transformer 1560 is received by the ADCs 1780, 1800, respectively. As shown, the ADCs 1780, 1800 may be implemented as two-channel ADCs and may sample the feedback signal at a high speed (e.g., 80 Msps) to allow for oversampling of the drive signal (e.g., approximately 200 times oversampling). The current and voltage feedback signals may be suitably conditioned (e.g., amplified, filtered) in the analog domain prior to processing by the ADCs 1780, 1800. The current and voltage feedback samples from the ADCs 1780, 1800 may be individually buffered and then multiplexed or interleaved into a single data stream in block 2120 of the programmable logic 1660. In the embodiment of Figures 28A-28B, the 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。 The multiplexed current and voltage feedback samples may be received by a parallel data acquisition port (PDAP) implemented in block 2144 of processor 1740. The PDAP may include a packing unit for implementing any of a number of methods for correlating the multiplexed feedback samples with memory addresses. In one aspect, for example, feedback samples corresponding to a particular LUT sample output by programmable logic 1660 may be stored at one or more memory addresses that are associated with or indexed to the LUT address of the LUT sample. In another aspect, 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 case, the feedback samples may be stored such that the address of the LUT sample from which a particular set of feedback samples originates may subsequently be ascertained. As noted above, the synchronization of the LUT sample addresses and feedback samples thus contributes to the precise timing and stability of the predistortion algorithm. A direct memory access (DMA) controller implemented in block 2166 of the processor 1740 can store the feedback samples (and any LUT sample address data, if applicable) in a specified memory location 2180 (e.g., internal RAM) of the processor 1740.

プロセッサ1740のブロック2200は、プログラム可能な論理装置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、超音波トランスデューサ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 device 1660 on a dynamic, ongoing basis. As described above, pre-distortion of the LUT samples can compensate for various sources of distortion present in the output drive circuitry of generator 1100. The pre-distorted LUT samples thus, when processed by the drive circuitry, produce a drive signal having a desired waveform shape (e.g., a sine wave) to optimally drive an ultrasonic transducer.

予歪みアルゴリズムのブロック2220において、超音波トランスデューサ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を表し得る)、超音波トランスデューサ静電容量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。 In block 2220 of the pre-distortion algorithm, the current through the motional branch of the ultrasonic transducer is determined. The motional branch current may be determined using Kirchhoff's current law, for example, based on the current and voltage feedback samples stored in memory location 2180 (which, when appropriately scaled, may represent Ig and Vg of the model of FIG. 25 above), the value of the ultrasonic transducer capacitance C0 (measured or known a priori), and the known value of the drive frequency. For each set of stored current and voltage feedback samples associated with a LUT sample, the motional branch current sample may be determined.

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トランスデューサ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。 In block 2240 of the predistortion algorithm, each motion branch current sample determined in block 2220 is compared to a sample of the desired current waveform shape to determine the difference or sample amplitude error between the compared samples. For this determination, the current waveform shape sample may be provided from a waveform shape LUT 2260, for example, which includes 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 the comparison may be determined by the LUT sample address associated with the motion branch current sample used for the comparison. Thus, the input of the motion branch current to block 2240 may be synchronized with the input of its associated LUT sample address to block 2240. Thus, the LUT samples stored in programmable logic 1660 and the LUT samples stored in waveform shape LUT 2260 may be numerically equivalent. In certain aspects, the desired current waveform shape represented by the LUT samples stored in waveform shape LUT 2260 may be a fundamental sine wave. Other waveform shapes may be desirable. For example, it is contemplated that a fundamental sine wave may be used to drive the primary longitudinal motion of an ultrasonic transducer overlapped with one or more other drive signals at other wavelengths, such as the third harmonic, to drive at least two mechanical resonances for beneficial vibration in the lateral or other modes.

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 in block 2240 can be communicated to the LUT of programmable logic 1660 (shown in block 2280 of FIG. 28A) along with an index of its associated LUT address. Based on the value of the sample amplitude error and its associated address (and, optionally, a previously received value of sample amplitude error for the same LUT address), LUT 2280 (or other control block of programmable logic 1660) can pre-distort or modify the value of the LUT sample stored at the LUT address, thereby reducing or minimizing the sample amplitude error. It will be appreciated that such pre-distortion or modification of each LUT sample in an iterative manner across the entire range of LUT addresses causes the waveform shape of the generator output current to match or conform to the desired current waveform shape represented by the samples of waveform shape LUT 2260.

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好適にスケーリングして、特定の態様では、好適なフィルタ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(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 in block 2300 of processor 1740 based on the current and voltage feedback samples stored in memory location 2180. Prior to the determination of these values, the feedback samples may be suitably scaled and, in certain aspects, processed through a suitable filter 2320 to remove, for example, noise and induced harmonic components caused by the data acquisition process. The filtered voltage and current samples may 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 may be used to provide additional generator functions. In one aspect, for example, the ratio of second and/or third harmonic components to the fundamental frequency component may be used as a diagnostic indicator.

ブロック2340(図28B)では、駆動信号出力電流を表す測定値Irmsを生成するために、駆動信号のサイクルの整数を表す電流フィードバックサンプルのサンプルサイズに、二乗平均平方根(RMS)計算が適用され得る。ブロック2360では、駆動信号出力電圧を表す測定値Vrmsを判定するために、駆動信号のサイクルの整数を表す電圧フィードバックサンプルのサンプルサイズに、二乗平均平方根(RMS)計算が適用され得る。 At block 2340 (FIG. 28B), a root-mean-square (RMS) calculation may be applied to a sample size of current feedback samples representing an integer number of cycles of the drive signal to generate a measurement I rms representative of the drive signal output current. At block 2360, a root-mean-square (RMS) calculation may be applied to a sample size of voltage feedback samples representing an integer number of cycles of the drive signal to determine a measurement V rms representative of 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。 In block 2380, the current and voltage feedback samples may be multiplied point by point and an averaging calculation applied to the samples representing an integer number of cycles of the drive signal to determine a measure of the actual output power of the generator, P r .

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・rmsとして判定され得る。 In block 2400, a measurement of the generator's apparent output power 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, a measure of the load impedance magnitude Zm may be determined as the quotient Vrms / Irms .

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装するために発生器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、好適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 values Irms , Vrms , Pr , Pa , and Zm determined in blocks 2340, 2360, 2380, 2400, and 2420 may be used by the generator 1100 to implement any of a number of control and/or diagnostic processes. In certain aspects, any of these values may be communicated to a user through a suitable communications interface (e.g., a USB interface), for example, via an output device 2140 integral with the generator 1100 or connected to the generator 1100. The various diagnostic processes may include, for example, but are not limited to, handpiece integrity, instrument integrity, instrument attachment integrity, instrument overload, approaching instrument overload, frequency lock failure, overvoltage condition, overcurrent condition, overpower condition, voltage sense failure, current sense failure, audible indicator failure, visual indicator 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、超音波トランスデューサ)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 (e.g., an ultrasonic transducer) driven by generator 1100. As described above, the frequency of the drive signal may be controlled to minimize or reduce the difference between the determined impedance phase and an impedance phase setpoint (e.g., 0°) to minimize or reduce the effects of harmonic distortion and 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好適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、好適なフィルタ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 the current and voltage feedback samples stored in memory location 2180. Before using them in the phase control algorithm, the feedback samples may be suitably scaled and, in certain aspects, processed through a suitable filter 2460 (which may be the same as filter 2320) to remove noise arising from, for example, the data acquisition process and induced harmonic content. The filtered voltage and current samples may thus substantially represent the fundamental frequency of the generator drive output signal.

位相制御アルゴリズムのブロック2480で、超音波トランスデューサ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 motional branch of the ultrasonic transducer is determined. This determination may be the same as that described above in connection with block 2220 of the predistortion algorithm. Thus, the output of block 2480 may be a motional 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。 In block 2500 of the phase control algorithm, the impedance phase is determined based on the synchronized input of the motional branch current samples and corresponding voltage feedback samples determined in block 2480. In a particular aspect, 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。 In block 2520 of the phase control algorithm, the impedance phase value determined in block 2220 is compared to a phase set point 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 phase control algorithm block 2560 (FIG. 28A), a frequency output is determined to control the frequency of the drive signal based on the value of the phase error determined in block 2520 and the magnitude of the impedance determined in block 2420. The frequency output value may be continuously adjusted by block 2560 and forwarded to DDS control block 2680 (described below) to maintain the impedance phase determined in block 2500 at the phase set point (e.g., zero phase error). In certain aspects, the impedance phase may be adjusted to a 0° phase set point. 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(好適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によって調整されてもよい。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整してもよい。 Block 2580 of processor 1740 can implement algorithms for modulating the current amplitude of the drive signal to control the drive signal current, voltage, and power according to a set point specified by a user or according to requirements specified by other processes or algorithms implemented by generator 1100. Control of these values can be achieved, for example, by scaling the LUT samples in LUT 2280 and/or by adjusting the full-scale output voltage of DAC 1680 (which provides an input to power amplifier 1620) via DAC 1860. Block 2600 (which in certain aspects may be implemented as a PID controller) can receive as input a current feedback sample (which may be suitably scaled and filtered) from memory location 2180. The current feedback sample can be compared to a "current demand" Id value determined by the controlled variable (e.g., current, voltage, or power) to determine if the drive signal is providing the required current. In aspects where the drive signal current is the controlled variable, the current demand Id can be specified directly by the current set point 2620A ( Isp ). For example, the RMS value of the current feedback data (determined in block 2340) may be compared to a user-specified RMS current set point Isp to determine the appropriate controller action. For example, if the current feedback data indicates an RMS value lower than the current set point Isp , then the LUT scaling and/or the 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 an RMS value higher than the current set point Isp , then block 2600 may adjust the LUT scaling and/or the full-scale output voltage of DAC 1680 such that the drive signal current is decreased.

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、IdVsp/Zm)。同様に、駆動信号電力が制御変数である態様では、電流需要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 drive signal voltage is the controlled variable, the current demand Id may be indirectly specified based on the current required to maintain the desired voltage set point 2620B ( Vsp ) given the magnitude of the load impedance Zm measured in block 2420 (e.g., Id = Vsp / Zm). Similarly, in aspects where drive signal power is the controlled variable, the current demand Id may be indirectly specified based on the current required to maintain the desired power set point 2620C ( Psp ) given the voltage Vrms measured in block 2360 (e.g., Id = Psp / Vrms ).

ブロック2680(図28A)は、LUT2280に記憶されたLUTサンプルを再呼び出しすることによって駆動信号を制御するために、DDS制御アルゴリズムを実施することができる。特定の態様では、DDS制御アルゴリズムは、ポイント(記憶場所)スキップ技術を使用して固定クロックレートで波形のサンプルを生成するための数値制御発振器(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、周波数制御値を好適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 a particular aspect, the DDS control algorithm can be a numerically controlled oscillator (NCO) algorithm for generating waveform samples at a fixed clock rate using a point (memory location) skip technique. The NCO algorithm can implement a phase accumulator, or a frequency/phase converter, that acts as an address pointer to recall the 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 a frequency control value and N is the number of LUT samples in LUT 2280. For example, a frequency control value of D=1 can cause the phase accumulator to sequentially address all of LUT 2280, resulting in a waveform output that replicates the waveform stored in LUT 2280. If D>1, the phase accumulator can skip addresses in the LUT 2280, resulting in a waveform output having a higher frequency. This allows the frequency of the waveform generated by the DDS control algorithm to be controlled accordingly by suitably varying the frequency control value. In certain aspects, the frequency control value can be determined based on the output of the phase control algorithm implemented in block 2440. The output of block 2680 can provide an input to the DAC 1680, which in turn provides a corresponding analog signal to the input of the 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、ドレイン電圧に連結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の好適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 may implement a switch mode converter control algorithm to dynamically modulate 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. In certain aspects, the characteristics of the waveform envelope may be determined by monitoring one or more signals included in power amplifier 1620. In one aspect, for example, the characteristics of the waveform envelope may be determined by monitoring a minimum value of a drain voltage (e.g., a MOSFET drain voltage) that is modulated according to the envelope of the amplified signal. The minimum voltage signal may be generated, for example, by a voltage minimum detector coupled to the drain voltage. The minimum voltage signal may be 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 to power amplifier 1620 by switch mode regulator 1700. In certain aspects, the rail voltage may be modulated according to the waveform envelope characterized by the minimum voltage sample as long as the value of the minimum voltage sample is less than the minimum target 2780 input to block 2720. For example, a low rail voltage may be provided by block 2740 to the power amplifier 1620 when the minimum voltage sample indicates a low envelope power level, and full rail voltage may be provided only when the minimum voltage sample indicates a maximum envelope power level. When the minimum voltage sample is below the minimum target 2780, the rail voltage may be maintained by block 2740 at a minimum value suitable to ensure suitable operation of the power amplifier 1620.

図29は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波トランスデューサ1120などの超音波トランスデューサ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連結され、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、超音波トランスデューサを駆動するため、又は例えば図36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、超音波トランスデューサ及び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34)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2017-0086910-A1号、表題「TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。 29 is a circuit diagram of one embodiment of an electrical circuit 2900 suitable for driving an ultrasonic transducer, such as ultrasonic transducer 1120, according to at least one embodiment of the present disclosure. The electrical circuit 2900 includes an analog multiplexer 2980. The analog multiplexer 2980 multiplexes various signals from upstream channels SCL-A, SDA-A, such as ultrasonic, battery, and power control circuitry. A current sensor 2982 is coupled in series with the return or ground section of the power supply circuit and measures the current provided 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 a system reset if the main program neglects to provide a periodic system reset. This is provided to automatically reset the electrical circuit 2900 if it 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 ultrasonic transducer or for driving an RF electrode, such as the electrical circuit 3600 shown in FIG. 36. Thus, referring back now to FIG. 29, the electrical circuit 2900 may be used to alternately drive both an ultrasonic transducer and an RF electrode. If driven simultaneously, a filter circuit may be provided within the corresponding first stage circuit 3404 (FIG. 34) to select either the ultrasonic waveform or the RF waveform. Such filtering techniques are described in commonly owned U.S. Patent Application Publication No. 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32)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に連結された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に連結された第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に連結された第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/右出力端子間に連結される。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32)は、直接デジタル合成(DDS)回路4100、4200(図41及び図42)などの回路を用いてデジタル波形4300(図43)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。 The 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 the analog multiplexer 2980 from a control circuit such as the control circuit 3200 (FIG. 32). A digital-to-analog converter 2990 (DAC) converts the digital input to an analog output to drive a PWM circuit 2992 coupled to an oscillator 2994. The 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 between the ultrasonic left/right output terminals to measure the output voltage. The driver circuit 2986, the first and second driver circuits 2996a and 2996b, and the first and second transistor output stages 2998a and 2998b define a first stage amplifier circuit. In operation, the control circuit 3200 (FIG. 32) generates a digital waveform 4300 (FIG. 43) using a circuit such as a direct digital synthesis (DDS) circuit 4100, 4200 (FIGS. 41 and 42). The DAC 2990 receives the 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、図29に示す電気回路2900に連結された変圧器3000の回路図である。変圧器3000の超音波左/右入力端子(一次巻線)は、電気回路2900の超音波左/右出力端子に電気的に連結されている。変圧器3000の二次巻線は、正の電極3074a及び負の電極3074bに連結されている。変圧器3000の正及び負の電極3074a、3074bは、超音波トランスデューサの正端子(スタック1)及び負端子(スタック2)に連結されている。一態様では、変圧器3000は、1:50のn:nの巻数比を有する。 30 is a circuit diagram of a transformer 3000 coupled to the electrical circuit 2900 shown in FIG. 29 in accordance with at least one aspect of the present disclosure. The ultrasonic left/right input terminals (primary winding) of the transformer 3000 are electrically coupled to the ultrasonic left/right output terminals of the electrical circuit 2900. The secondary winding of the transformer 3000 is coupled to the positive electrode 3074a and the negative electrode 3074b. The positive and negative electrodes 3074a, 3074b of the transformer 3000 are coupled to the positive terminal (stack 1) and the negative terminal (stack 2) of the ultrasonic transducer. In one aspect, the transformer 3000 has a turns ratio of n1 : n2 of 1:50.

図31は、本開示の少なくとも1つの態様による、試験回路3165に連結された図30に示す変圧器3000の回路図である。試験回路3165は、正及び負の電極3074a、3074bに連結されている。スイッチ3167は、超音波トランスデューサの負荷をシミュレートするインダクタ/コンデンサ/レジスタ(LCR)負荷装置と直列に配置される。 31 is a circuit diagram of the transformer 3000 shown in FIG. 30 coupled to a test circuit 3165 in accordance with at least one aspect of the present disclosure. The test circuit 3165 is coupled to the positive and negative electrodes 3074a, 3074b. A switch 3167 is placed in series with an inductor/capacitor/resistor (LCR) load device that simulates an ultrasonic transducer load.

図32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連結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(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。 32 is a circuit diagram of a control circuit 3200, such as control circuit 3212, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. The control circuit 3200 is located within a housing of a battery assembly. The battery assembly is the energy source for various local power sources 3215. The control circuit comprises a main processor 3214 coupled to various downstream circuits via an interface master 3218, for example, by outputs SCL-A and SDA-A, SCL-B and SDA-B, SCL-C and SDA-C. In one aspect, the interface master 3218 is a general purpose serial interface, such as an I 2 C serial interface. The main processor 3214 is also configured to drive a switch 3224 via general purpose input/output (GPIO) 3220, a display 3226 (e.g., and LCD display), and various indicators 3228 via GPIO 3222. 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)に連結されている。主プロセッサ3214は、例えば、超音波トランスデューサ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, the main processor 3214 is coupled to the electrical circuit 2900 (FIG. 29) by output terminals SCL-A, SDA-A. The main processor 3214 includes a memory for storing, for example, a table of digitized drive signals or waveforms that are transmitted to the electrical circuit 2900 to drive the ultrasonic transducer 1120. In other aspects, the main processor 3214 may generate and transmit digital waveforms to the electrical circuit 2900 or store digital waveforms for later transmission to the electrical circuit 2900. The main processor 3214 may also provide RF drive by output terminals SCL-B, SDA-B and various sensors (e.g., Hall effect sensors, magnetorheological fluid (MRF) sensors, etc.) by output terminals SCL-C, SDA-C. In one aspect, the main processor 3214 is configured to sense the presence of the ultrasonic drive circuit and/or the RF drive circuit to enable appropriate software and user interface functions.

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, the main processor 3214 may be, for example, an LM 4F230H5QR available from Texas Instruments. In at least one example, the LM4F230H5QR from Texas Instruments is an ARM Cortex-M4F processor core that includes, among other features readily available from the product data sheet, on-chip memory of 256 KB of single-cycle flash memory or other non-volatile memory up to 40 MHz, a pre-fetch buffer to improve performance beyond 40 MHz, 32 KB of single-cycle serial random access memory (SRAM), internal read-only memory (ROM) loaded with StellarisWare® software, 2 KB of electrically erasable programmable read-only memory (EEPROM), one or more pulse width modulation (PWM) modules, one or more quadrature encoder input (QED) analog, one or more 12-bit analog-to-digital converters (ADCs) with 12 analog input channels. Other processors may be readily substituted, and thus the disclosure should not be limited in this context.

図33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、トランスデューサ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。 33 shows a simplified block diagram illustrating 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 (e.g., 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 smoothing circuit 3312 (also referred to as a matching circuit, which may be, for example, a tank circuit), a sensing circuit 3314, a transducer 1120, and a shaft assembly (e.g., shaft assembly 1126, 1129) with an ultrasonic transmission waveguide that terminates in an ultrasonic blade (e.g., ultrasonic blade 1128, 1149), which may also be referred to simply as a waveguide herein.

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 (characteristic of typical ultrasonic cutting devices) is the use of low voltage switching throughout the wave formation process and amplification of the drive signal only just prior to the transformer stage. For this reason, in one aspect of the present disclosure, power is derived solely from a battery or battery group that is small enough to fit either within the handle assembly. State-of-the-art battery technology provides powerful batteries that are a few centimeters in height and width, and a few millimeters in depth. By combining the features of the present disclosure to provide a self-contained and self-powered ultrasonic device, reduced manufacturing costs can be achieved.

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 the power supply 3304 is provided to the processor 3302 to provide electrical power. The processor 3302 receives and outputs signals and functions according to custom logic or according to a computer program executed by the processor 3302, as described below. As mentioned above, the electrical circuit 3300 may also include a memory 3326, preferably a 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、最終的にトランスデューサ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からの所望される実際の出力に応じて約20%~約80%まで変化し得る。 The output of the power supply 3304 is also directed to a switch 3306, which has a duty cycle controlled by the processor 3302. By controlling the on-time of the switch 3306, the processor 3302 can determine the total amount of power that is ultimately delivered to the transducer 1120. In one aspect, the switch 3306 is a MOSFET, but other switch and switching configurations are equally applicable. The output of the switch 3306 is provided to a drive circuit 3308, which may include, for example, a phase detector phase-locked loop (PLL) and/or a low pass filter and/or a voltage controlled oscillator. The output of the switch 3306 is sampled by the processor 3302 to determine the voltage and current of the output signal (V IN and I IN , respectively). These values are used in a feedback architecture to adjust the pulse width modulation of the switch 3306. For example, the duty cycle of the switch 3306 may vary from about 20% to about 80%, depending on the actual output desired from the 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)の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、最終的に超音波トランスデューサ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。 Drive circuit 3308, which receives the signal from switch 3306, includes an oscillator circuit that converts the output of switch 3306 into an electrical signal at an ultrasonic frequency, e.g., 55 kHz (VCO). As described above, a smoothed version of this ultrasonic waveform is ultimately fed to ultrasonic transducer 1120 to generate 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)から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 the 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 (e.g., battery-powered) voltage before the transformer 3310, something that has not been possible in ultrasonic cutting and cauterization devices to date. This is at least partially due to the fact that the device advantageously uses low on-resistance MOSFET switching devices. Low on-resistance MOSFET switches are advantageous because they produce lower switching losses and less heat than conventional MOSFET devices and can pass higher currents. Thus, 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 run at, for example, 10V. In such a case, a separate 10V DC power supply can be used to supply the MOSFET gates, ensuring that the MOSFETs are fully on and a reasonably low on-resistance is achieved. In one aspect of the present disclosure, the transformer 3310 steps up the battery voltage to 120V root mean square (RMS). Transformers are known in the art and therefore will not be 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 described circuit configuration, degradation of the circuit components can negatively affect the circuit performance of the circuit. One factor that directly affects the performance of the components is heat. Known circuits typically monitor switching temperatures (e.g., MOSFET temperature). However, with technological advances in MOSFET design and corresponding size reductions, MOSFET temperature is no longer an effective indicator of circuit load and heat. Thus, according to at least one aspect of the present disclosure, the sensing circuit 3314 senses the temperature of the transformer 3310. This temperature sensing is advantageous because the transformer 3310 is operated at or near its maximum temperature during use of the device. Additional temperature can break down the core material, e.g., ferrite, and permanent damage can occur. The present disclosure can respond to the maximum temperature of the transformer 3310, for example, by reducing the driving power in the transformer 3310, signaling the user, turning off the power, pulsing the power, or other suitable response.

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)に通信可能に連結され、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に通信可能に連結されてもよく、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)に連結されて、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連結されてもよい。 In one aspect of the disclosure, the processor 3302 is communicatively coupled to an end effector (e.g., 1122, 1125), which is used to place a material into physical contact with an ultrasonic blade (e.g., 1128, 1149). A sensor is provided in the end effector to measure a clamping force value (which is within a known range), and based on the received clamping force value, the processor 3302 varies the operating voltage V M. Because high force values combined with a set operating speed may result in high blade temperatures, a temperature sensor 3332 may be communicatively coupled to the processor 3302, where the processor 3302 is operable to receive and interpret a signal indicative of the current temperature of the blade from the temperature sensor 3336, and determine a target frequency of blade movement based on the received temperature. In another aspect, a force sensor, such as a strain gauge or pressure sensor, may be coupled to a trigger (e.g., 1143, 1147) to measure the force applied to the trigger by a user. In another aspect, 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に連結された駆動回路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 the drive circuit 3308 coupled to the processor 3302 can determine the frequency of the waveguide motion and communicate that frequency to the processor 3302. The 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 since the device was shut off and, if the elapsed time is less than a predetermined value, can read the last frequency of the waveguide motion. The device can then start at the last frequency, which is presumably the optimal 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段階回路と連結した第2段階回路を含む。
Modular battery powered handheld surgical instrument with a 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 be in mechanical and electrical communication with the handle assembly. The battery assembly includes a control circuit configured to generate a digital waveform. The handle assembly includes a first stage circuit 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 to the first stage circuit for receiving, amplifying, and applying the analog waveform to a load device.

一態様では、本開示は、電池を含む制御回路と、電池に連結したメモリと、メモリ及び電池に連結したプロセッサと、を含み、プロセッサは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;プロセッサと連結した第1段階回路を含み、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;並びに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段階増幅器回路に連結した第2段階回路を含むシャフトアセンブリを備え、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 provides a surgical instrument comprising: 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, the processor configured to generate a digital waveform; a handle assembly including 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 configured to receive the digital waveform and convert the digital waveform to an analog waveform, and the first stage amplifier circuit configured to receive and amplify the analog waveform; and a shaft assembly including a second stage circuit coupled to the first stage amplifier circuit to receive the analog waveform, amplify the analog waveform, and apply the analog waveform to a load device, the battery assembly and the shaft assembly being configured to be in mechanical and electrical communication with the handle assembly.

負荷装置は、超音波トランスデューサ、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連結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、超音波トランスデューサと連結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連結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、電極に連結するように構成されてもよい。 The load device may include any one of an ultrasonic transducer, an electrode, or a sensor, or any combination thereof. The first stage circuit may include a first stage ultrasonic drive circuit and a first stage high frequency current drive circuit. The control circuit may be configured to drive the first stage ultrasonic drive circuit and the first stage high frequency current drive circuit individually or simultaneously. The first stage ultrasonic drive circuit may be configured to couple to a second stage ultrasonic drive circuit. The second stage ultrasonic drive circuit may be configured to couple to an ultrasonic transducer. The first stage high frequency current drive circuit may be configured to couple to a second stage high frequency drive circuit. The second stage high frequency drive circuit may be configured to couple to an 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、センサに連結するように構成されてもよい。 The first stage circuitry may include a first stage sensor drive circuit. The first stage sensor drive circuit may be configured with a second stage sensor drive circuit. The 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と、電池に連結したメモリと、メモリ及び電池に連結したプロセッサと、を含み、プロセッサは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;プロセッサと連結した共通の第1段階回路を含み、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;並びに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段階増幅器回路に連結した第2段階回路を含むシャフトアセンブリを備え、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 provides a surgical instrument comprising: 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, the processor configured to generate a digital waveform; a handle assembly including a common first stage circuit coupled to the processor, the common first stage circuit including a digital-to-analog (DAC) converter and a common first stage amplifier circuit, the DAC configured to receive the digital waveform and convert the digital waveform to an analog waveform, and 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 the common first stage amplifier circuit to receive the analog waveform, amplify the analog waveform, and apply the analog waveform to a load device, the battery assembly and the shaft assembly being configured to be in mechanical and electrical communication with the handle assembly.

負荷装置は、超音波トランスデューサ、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連結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トランスデューサと連結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連結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連結するように構成されている。 The load device may include any one of an ultrasonic transducer, an electrode, or a sensor, or any combination thereof. The common first stage circuit may be configured to drive an ultrasonic, a high frequency current, or a sensor circuit. The common first stage drive circuit may be configured to couple with a second stage ultrasonic drive circuit, a second stage high frequency drive circuit, or a second stage sensor drive circuit. The second stage ultrasonic drive circuit may be configured to couple with an ultrasonic transducer, the second stage high frequency drive circuit configured to couple with an electrode, and the second stage sensor drive circuit configured to couple with a sensor.

別の態様では、本開示は、プロセッサと連結したメモリを含む制御回路であって、プロセッサは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;プロセッサと連結した共通の第1段階回路を含み、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;及びアナログ波形を受信して増幅するために、共通の第1段階回路と連結した第2段階回路を含むシャフトアセンブリを備え、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 provides a surgical instrument comprising: a control circuit including a memory coupled to a processor, the processor configured to generate a digital waveform; a handle assembly including a common first stage circuit coupled to the processor, the common first stage circuit configured to receive the digital waveform, convert the digital waveform to an analog waveform, and amplify the analog waveform; and a shaft assembly including a second stage circuit coupled to the common first stage circuit to receive and amplify the analog waveform, the shaft assembly configured to be in mechanical and electrical communication with the handle assembly.

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連結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トランスデューサと連結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連結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連結するように構成されている。 The common first stage circuit may be configured to drive an ultrasonic, high frequency current, or sensor circuit. The common first stage drive circuit may be configured to couple with a second stage ultrasonic drive circuit, a second stage high frequency drive circuit, or a second stage sensor drive circuit. The second stage ultrasonic drive circuit may be configured to couple with an ultrasonic transducer, the second stage high frequency drive circuit configured to couple with an electrode, and the second stage sensor drive circuit configured to couple with a sensor.

図34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。 34 illustrates a generator circuit 3400 split into a first stage circuit 3404 and a second stage circuit 3406 according to at least one aspect of the present disclosure. In one aspect, the surgical instruments of the surgical system 1000 described herein may include a generator circuit 3400 split into multiple stages. For example, the surgical instruments of the surgical system 1000 may include a generator circuit 3400 split into at least two circuits, a first stage circuit 3404 and a second stage circuit 3406 of amplification that allow operation of only RF energy, only ultrasonic energy, and/or a combination of RF and ultrasonic energy. The combination modular shaft assembly 3414 may be powered by a common first stage circuit 3404 located in the handle assembly 3412 and a modular second stage circuit 3406 integral with the modular shaft assembly 3414. As described above throughout this description in connection with the surgical instruments of the surgical system 1000, the battery assembly 3410 and the shaft assembly 3414 are configured to mechanically and electrically connect with the handle assembly 3412. The end effector assembly is configured to mechanically and electrically connect with the shaft assembly 3414.

ここで図34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32に関連して説明される制御回路3200である。制御回路3200は、内部メモリ3217(図34)(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と電気的に連結している。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。上述したように、制御回路3200は、図41及び図42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43)を生成する。再び図34を参照すると、デジタル波形4300は、超音波トランスデューサ、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2017-0086910-A1号、表題「TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR」に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。 34, the generator circuit 3400 is divided into multiple stages located in multiple modular assemblies of a surgical instrument, such as the surgical instrument of the surgical system 1000 described herein. In one aspect, the control stage circuit 3402 may be located in the battery assembly 3410 of the surgical instrument. The control stage circuit 3402 is the control circuit 3200 described in connection with FIG. 32. The control circuit 3200 comprises a processor 3214 including internal memory 3217 (FIG. 34) (e.g., volatile and non-volatile memory) and is in electrical communication with a battery 3211. The battery 3211 provides power to the first stage circuit 3404, the second stage circuit 3406, and the third stage circuit 3408, respectively. As described above, the control circuit 3200 generates the digital waveform 4300 (FIG. 43) using the circuits and techniques described in connection with FIGS. 41 and 42. Referring again to FIG. 34, the digital waveform 4300 may be configured to drive an ultrasound transducer, a radio frequency (e.g., RF) electrode, or a combination thereof, either individually or simultaneously. If driven simultaneously, a filter circuit may be provided within the corresponding first stage circuit 3404 to select either the ultrasound waveform or the RF waveform. Such filtering techniques are described in commonly owned U.S. Patent Application Publication No. 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36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。 The first stage circuitry 3404 (e.g., first stage ultrasonic drive circuit 3420, first stage RF drive circuit 3422, and first stage sensor drive circuit 3424) are located within the handle assembly 3412 of the surgical instrument. The control circuit 3200 provides an ultrasonic drive signal to the first stage ultrasonic drive circuit 3420 via outputs SCL-A, SDA-A of the control circuit 3200. The first stage ultrasonic drive circuit 3420 is described in detail in connection with FIG. 29. The control circuit 3200 provides an RF drive signal to the first stage RF drive circuit 3422 via outputs SCL-B, SDA-B of the control circuit 3200. The first stage RF drive circuit 3422 is described in detail in connection with FIG. 36. The control circuit 3200 provides a sensor drive signal to the first stage sensor drive circuit 3424 via outputs SCL-C, SDA-C of the control circuit 3200. Generally, each of the first stage circuits 3404 includes a digital-to-analog (DAC) converter and a first stage amplifier section to drive the second stage circuit 3406. The output of the first stage circuit 3404 is provided to the input of the 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。 The control circuit 3200 is configured to detect which module is plugged into the control circuit 3200. For example, the control circuit 3200 is configured to detect whether the first stage ultrasonic drive circuit 3420, the first stage RF drive circuit 3422, or the first stage sensor drive circuit 3424 located in the handle assembly 3412 are connected to the battery assembly 3410. Similarly, each of the first stage circuits 3404 can detect which second stage circuit 3406 is connected to it, and that information is returned to the control circuit 3200 to determine the type of signal waveform to generate. Similarly, each of the second stage circuits 3406 can detect which third stage circuit 3408 or component is connected to it, and that information is returned to the control circuit 3200 to determine the type of signal waveform to generate.

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を、図30及び図31に関連して詳細に説明する。変圧器(図30及び図31)に加えて、第2段階超音波駆動回路3430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, the second stage circuit 3406 (e.g., ultrasonic drive second stage circuit 3430, RF drive second stage circuit 3432, and sensor drive second stage circuit 3434) is located in the shaft assembly 3414 of the surgical instrument. The first stage ultrasonic drive circuit 3420 provides signals to the second stage ultrasonic drive circuit 3430 via outputs US Left/US Right. The second stage ultrasonic drive circuit 3430 is described in detail in connection with FIGS. 30 and 31. In addition to the transformer (FIGS. 30 and 31), the second stage ultrasonic drive circuit 3430 may further include filters, amplifiers, and signal conditioning circuits. The first stage radio frequency (RF) current drive circuit 3422 provides signals to the second stage RF drive circuit 3432 via outputs RF Left/RF Right. In addition to the transformer and blocking capacitors, the second stage RF drive circuit 3432 may further include filters, amplifiers, and signal conditioning circuits. The first stage sensor driver circuit 3424 provides a signal via the output sensor 1/sensor 2 to the second stage sensor driver circuit 3434. The second stage sensor driver circuit 3434 may include filters, amplifiers, and signal conditioning circuitry depending on the type of sensor. The output of the second stage circuit 3406 is provided to the input of the third stage circuit 3408.

一態様では、第3段階回路3408(例えば、超音波トランスデューサ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、超音波トランスデューサ1120の圧電スタックに駆動信号を提供する。一態様では、超音波トランスデューサ1120は、外科用器具の超音波トランスデューサアセンブリ内に位置する。しかしながら、他の態様では、超音波トランスデューサ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, the third stage circuit 3408 (e.g., 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 a drive signal 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 a drive signal to the RF electrodes 3074a, 3074b, which are generally located within the end effector portion of the surgical instrument. In one aspect, the second stage sensor drive circuit 3434 provides a drive signal to various sensors 3440 located throughout the surgical instrument.

図35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上述したように、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と機械的及び電気的に接続するように構成されている。 35 illustrates a generator circuit 3500 split into multiple stages, with a first stage circuit 3504 in common with a second stage circuit 3506, according to at least one aspect of the present disclosure. In one aspect, the surgical instruments of the surgical system 1000 described herein may include a generator circuit 3500 split into multiple stages. For example, the surgical instruments of the surgical system 1000 may include a generator circuit 3500 split into at least two circuits, a first stage circuit 3504 and a second stage circuit 3506 of amplification that allow operation of only radio frequency (RF) energy, only ultrasonic energy, and/or a combination of RF and ultrasonic energy. The combination modular shaft assembly 3514 may be powered by a common first stage circuit 3504 located in the handle assembly 3512 and a modular second stage circuit 3506 integral with the modular shaft assembly 3514. As described above throughout this description in connection with the surgical instruments of the surgical system 1000, the battery assembly 3510 and the shaft assembly 3514 are configured to mechanically and electrically connect with the handle assembly 3512. The end effector assembly is configured to mechanically and electrically connect with the shaft assembly 3514.

図35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、好適なデジタル波形4300(図43)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。超音波トランスデューサ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. 35, the battery assembly 3510 portion of the surgical instrument includes a first control circuit 3502 that includes the control circuit 3200 described above. The handle assembly 3512 that connects to the battery assembly 3510 includes a common first stage drive circuit 3420. As described above, the first stage drive circuit 3420 is configured to drive ultrasonic, radio frequency (RF) current, and sensor loads. The output of the common first stage drive circuit 3420 can drive any one of the second stage circuits 3506, such as the second stage ultrasonic drive circuit 3430, the second stage radio frequency (RF) current drive circuit 3432, and/or the second stage sensor drive circuit 3434. The 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 determines which one of the second stage circuits 3506 (e.g., the second stage ultrasonic drive circuit 3430, the second stage RF drive circuit 3432, and/or the second stage sensor drive circuit 3434) is located in the shaft assembly 3514. This information is provided to the control circuit 3200 located in the handle assembly 3512 to provide a suitable digital waveform 4300 (FIG. 43) to the second stage circuit 3506 to drive the appropriate load (e.g., ultrasonic, RF, or sensor). It will be appreciated that identification circuits may be included in the various assemblies 3516 in the third stage circuit 3508, such as the ultrasonic transducer 1120, the electrodes 3074a, 3074b, or the sensor 3440. Thus, 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36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連結され、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発生させる。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トランスデューサ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36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。 36 is a circuit diagram of one embodiment of an electrical circuit 3600 configured to drive a radio frequency current (RF) according to at least one embodiment of the present disclosure. The electrical circuit 3600 includes an analog multiplexer 3680. The analog multiplexer 3680 multiplexes various signals from upstream channels SCL-A, SDA-A, such as RF, battery, and power control circuitry. A current sensor 3682 is coupled in series with the return or ground section of the power supply circuit and measures the current provided 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 generates a system reset if the main program neglects to provide a periodic system reset. This is provided to automatically reset the electrical circuit 3600 if it hangs or freezes due to a software or hardware failure. It will be appreciated that the electrical circuit 3600 may be configured to drive RF electrodes or to drive the ultrasonic transducer 1120, for example, as described with respect to FIG. 29. Thus, referring back now to FIG. 36, the electrical circuit 3600 may be used to alternately drive both ultrasonic 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32)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に連結された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に連結された第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に連結された第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出力端子間に連結される。駆動回路3686、第1の駆動回路3696a及び第2の駆動回路3696a、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32)は、直接デジタル合成(DDS)回路4100、4200(図41及び図42)などの回路を用いてデジタル波形4300(図43)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。 The driver circuit 3686 provides left and right RF energy outputs. Digital signals representing signal waveforms are provided to the SCL-A, SDA-A inputs of the analog multiplexer 3680 from a control circuit such as the control circuit 3200 (FIG. 32). A digital to analog converter 3690 (DAC) converts the digital input to an analog output to drive a PWM circuit 3692 coupled to an oscillator 3694. The PWM circuit 3692 provides a first signal to a first gate driver circuit 3696a coupled to a first transistor output stage 3698a to drive a first RF+ (left) energy output. The PWM circuit 3692 also provides a second signal to a second gate driver circuit 3696b coupled to a second transistor output stage 3698b to drive a second RF (right) energy output. A voltage sensor 3699 is coupled between the RF left/RF output terminals to measure the output voltage. The driver circuit 3686, the first and second driver circuits 3696a and 3696b, and the first and second transistor output stages 3698a and 3698b define a first stage amplifier circuit. In operation, the control circuit 3200 (FIG. 32) generates a digital waveform 4300 (FIG. 43) using a circuit such as a direct digital synthesis (DDS) circuit 4100, 4200 (FIGS. 41 and 42). The DAC 3690 receives the digital waveform 4300 and converts it to an analog waveform, which is received and amplified by the first stage amplifier circuit.

図37は、本開示の少なくとも1つの態様による、図36に示す電気回路3600に連結された変圧器3700の概略図である。変圧器3700のRF+/RF入力端子(一次巻線)は、電気回路3600のRF左/RF出力端子に電気的に連結されている。二次巻線の一方の側は、第1のブロッキングコンデンサ3706及び第2のブロッキングコンデンサ3708と直列に連結されている。第2のブロッキングコンデンサは、第2段階RF駆動回路3774aの正端子に連結される。二次巻線の他方の側は、第2段階RF駆動回路3774bの負端子に連結されている。第2段階RF駆動回路3774aの正の出力は、超音波ブレードに連結され、第2段階RF駆動回路3774bの負のアース端子は外側管に連結される。一態様では、変圧器は、1:50のn:nの巻数比を有する。 37 is a schematic diagram of a transformer 3700 coupled to the electrical circuit 3600 shown in FIG. 36 according to at least one aspect of the present disclosure. The RF+/RF input terminal (primary winding) of the transformer 3700 is electrically coupled to the RF+/RF output terminal of the electrical circuit 3600. One side of the secondary winding is coupled in series with a first blocking capacitor 3706 and a second blocking capacitor 3708. The second blocking capacitor is coupled to a positive terminal of a second stage RF drive circuit 3774a. The other side of the secondary winding is coupled to a negative terminal of a second stage RF drive circuit 3774b. The positive output of the second stage RF drive circuit 3774a is coupled to the ultrasonic blade and the negative ground terminal of the second stage RF drive circuit 3774b is coupled to the outer tube. In one aspect, the transformer has a turns ratio of n1 : n2 of 1:50.

図38は、本開示の少なくとも1つの態様による、高電力エネルギー/駆動回路及び低電力回路のために個別の電源を備える回路3800の回路図である。電源装置3812は、電源3812が電池アセンブリに挿入されると、スイッチ3818によって回路3800に接続される第1の一次電池3815及び第2の一次電池3817(例えば、Liイオン電池)を含む一次電池パックと、スイッチ3823によって回路に接続される二次電池3820を含む二次電池パックと、を含む。二次電池3820は、ガンマ又は他の放射線滅菌に耐性のある構成要素を有するサグ防止電池である。例えば、電池アセンブリ内のスイッチモード電源3827及び任意の充電回路は、二次電池3820が一次電池3815、3817の電圧サグを低減することを可能にするように組み込まれ得る。これにより、無菌フィールドへの導入が容易な手術の開始時の満充電セルが保証される。一次電池3815、3817を使用して、モータ制御回路3826及びエネルギー回路3832に直接給電することができる。モータ制御回路3826は、モータ3829などのモータを制御するように構成される。電源/電池パック3812は、モータ制御回路3826及びエネルギー回路3832を稼働させるための、専用エネルギーセル3815、3817からのハンドルエレクトロニクス回路3830を制御するための専用エネルギーセル3820を備える、一次Liイオン電池3815、3817と、二次NiMH電池3820と、を含むデュアルタイプ電池アセンブリを備えてよい。この場合、エネルギー回路3832及び/又はモータ制御回路3826の駆動に関与する一次電池3815、3817がローに低下したら、回路3810は、ハンドルエレクトロニクス回路3830の駆動に関与する二次電池3820から引き出す。様々な一態様では、回路3810は、電流が反対方向(例えば、エネルギー及び/又はモータ制御回路の駆動に関与する電池からエレクトロニクス回路の駆動に関与する電池へ)に流れることを許可しない一方向ダイオードを含み得る。 38 is a circuit diagram of a circuit 3800 with separate power sources for the high power energy/drive circuitry and the low power circuitry, according to at least one aspect of the present disclosure. The power supply 3812 includes a primary battery pack including a first primary battery 3815 and a second primary battery 3817 (e.g., Li-ion batteries) that are connected to the circuit 3800 by a switch 3818 when the power supply 3812 is inserted into the battery assembly, and a secondary battery pack including a secondary battery 3820 that is connected to the circuit by a switch 3823. The secondary battery 3820 is a sag-proof battery with components that are resistant to gamma or other radiation sterilization. For example, a switch mode power supply 3827 and optional charging circuitry in the battery assembly can be incorporated to enable the secondary battery 3820 to reduce voltage sags of the primary batteries 3815, 3817. This ensures fully charged cells at the start of surgery for easy introduction into the sterile field. The primary batteries 3815, 3817 can be used to directly power the motor control circuitry 3826 and the energy circuitry 3832. The motor control circuit 3826 is configured to control a motor, such as the motor 3829. The power supply/battery pack 3812 may include a dual type battery assembly including a primary Li-ion battery 3815, 3817 with a dedicated energy cell 3820 for controlling the handle electronics circuit 3830 from a dedicated energy cell 3815, 3817 for running the motor control circuit 3826 and the energy circuit 3832. In this case, if the primary battery 3815, 3817 involved in driving the energy circuit 3832 and/or the motor control circuit 3826 drops low, the circuit 3810 draws from the secondary battery 3820 involved in driving the handle electronics circuit 3830. In various aspects, the circuit 3810 may include a one-way diode that does not allow current to flow in the opposite direction (e.g., from the battery involved in driving the energy and/or motor control circuit to the battery involved in driving the electronics circuit).

更に、所定のレベルで電圧サグを最小限に抑えるために、ダイオード及び真空管構成要素を使用するスイッチモード電源3827を含む、ガンマフレンドリー充電回路を設けることができる。NiMH電圧(3つのNiMHセル)の分割である最小サグ電圧を含むことにより、スイッチモード電源3827を排除することができる。更に、放射線硬化した構成要素がモジュール内に位置するモジュールシステムを提供することができ、このモジュールを、放射線滅菌によって滅菌可能にする。他の放射線硬化していない構成要素は、モジュール構成要素の間に作製された他のモジュール構成要素及び接続に含まれ得、それにより構成要素が同じ回路基板上に一緒に位置しているかのように、構成要素が一緒に動作する。2つのNiMHセルのみが所望される場合、ダイオード及び真空管に基づくスイッチモード電源3827は、使い捨て一次電池パック内の滅菌可能なエレクトロニクスを可能にする。 Furthermore, a gamma-friendly charging circuit can be provided that includes a switch mode power supply 3827 that uses diode and vacuum tube components to minimize voltage sag at a predetermined level. By including a minimum sag voltage that is a division of the NiMH voltage (three NiMH cells), the switch mode power supply 3827 can be eliminated. Furthermore, a modular system can be provided in which radiation hardened components are located in modules, making the modules sterilizable by radiation sterilization. Other non-radiation hardened components can be included in other modular components and connections made between the modular components, so that the components operate together as if they were located together on the same circuit board. If only two NiMH cells are desired, the diode and vacuum tube based switch mode power supply 3827 allows for sterilizable electronics in a disposable primary battery pack.

ここで図39を参照すると、本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具と共に使用するために電池3901によって給電されるRF発生器回路3902を動作させるための制御回路3900を示す。外科用器具は、超音波振動及び高周波電流の両方を用いて生体組織上で外科的凝固/切断処置を行い、高周波電流を用いて生体組織上で外科的凝固処置を行うように構成されている。 39, there is shown a control circuit 3900 for operating an RF generator circuit 3902 powered by a battery 3901 for use with a surgical instrument, according to at least one aspect of the present disclosure. The surgical instrument is configured to perform a surgical coagulation/cutting procedure on living tissue using both ultrasonic vibrations and radio frequency current, and to perform a surgical coagulation procedure on living tissue using radio frequency current.

図39は、外科システム1000の外科用器具のために、デュアル発生器システムがRF発生器回路3902のエネルギーモダリティと超音波発生器回路3920のエネルギーモダリティとの間でスイッチングすることを可能にする制御回路3900を示す。一態様では、RF信号における電流閾値が検出される。組織のインピーダンスが低い場合、RFエネルギーが組織の処置源として使用されるとき、組織を通る高周波電流は高い。一態様によれば、外科システム1000の外科用器具上に位置する視覚インジケータ3912又は光は、この高電流期間中にオン状態となるように構成されてもよい。電流が閾値を下回ると、視覚インジケータ3912はオフ状態になる。したがって、フォトトランジスタ3914は、図39で示す制御回路3900に示すように、オン状態からオフ状態への遷移を検出し、RFエネルギーを解除するように構成することができる。このため、エネルギーボタンが解除され、エネルギースイッチ3926が開放されると、制御回路3900はリセットされ、RF発生器回路3902及び超音波発生器回路3920の両方がオフ状態に保たれる。 39 shows a control circuit 3900 that allows the dual generator system to switch between the energy modalities of the RF generator circuit 3902 and the ultrasonic generator circuit 3920 for the surgical instrument of the surgical system 1000. In one aspect, a current threshold in the RF signal is detected. When tissue impedance is low, the high frequency current through the tissue is high when RF energy is used as a source of tissue treatment. According to one aspect, a visual indicator 3912 or light located on the surgical instrument of the surgical system 1000 may be configured to be in an ON state during this high current period. When the current falls below the threshold, the visual indicator 3912 is in an OFF state. Thus, the phototransistor 3914 can be configured to detect the transition from an ON state to an OFF state and release the RF energy, as shown in the control circuit 3900 shown in FIG. 39. Thus, when the energy button is released and the energy switch 3926 is opened, the control circuit 3900 is reset and both the RF generator circuit 3902 and the ultrasonic generator circuit 3920 are held in an OFF state.

図39を参照すると、一態様では、RF発生器回路3902及び超音波発生器回路3920を管理する方法が提供される。RF発生器回路3902及び/又は超音波発生器回路3920は、例えば、多機能型電気外科用器具1108のハンドルアセンブリ1109、超音波トランスデューサ/RF発生器アセンブリ1120、電池アセンブリ、シャフトアセンブリ1129及び/又はノズル内に位置してもよい。制御回路3900は、エネルギースイッチ3926がオフ(例えば、開く)である場合はリセット状態に保たれる。したがって、エネルギースイッチ3926が開かれると、制御回路3900はリセットされ、RF発生器回路3902及び超音波発生器回路3920の両方がオフにされる。エネルギースイッチ3926が押され、エネルギースイッチ3926が係合される(例えば、閉鎖される)と、RFエネルギーが組織に送達され、電流感知昇圧変圧器3904によって動作される視覚インジケータ3912は、組織インピーダンスが低い間に点灯する。視覚インジケータ3912からの光は、超音波発生器回路3920をオフ状態に維持するための論理信号を提供する。一旦、組織インピーダンスが閾値より上に増加し、組織を通る高周波電流が閾値より下に減少すると、視覚インジケータ3912はオフになり、光はオフ状態に移行する。この移行により発生した論理信号によってリレー3908がオフになり、それによってRF発生器回路3902がオフになり、超音波発生器回路3920がオンになって凝固及び切断サイクルが完了する。 39, in one aspect, a method is provided for managing the RF generator circuit 3902 and the ultrasonic generator circuit 3920. The RF generator circuit 3902 and/or the ultrasonic generator circuit 3920 may be located, for example, in the handle assembly 1109, the ultrasonic transducer/RF generator assembly 1120, the battery assembly, the shaft assembly 1129 and/or the nozzle of the multifunction electrosurgical instrument 1108. The control circuit 3900 is held in a reset state when the energy switch 3926 is off (e.g., open). Thus, when the energy switch 3926 is open, the control circuit 3900 is reset and both the RF generator circuit 3902 and the ultrasonic generator circuit 3920 are turned off. When the energy switch 3926 is pressed and the energy switch 3926 is engaged (e.g., closed), RF energy is delivered to the tissue and the visual indicator 3912 operated by the current sensing step-up transformer 3904 is illuminated while the tissue impedance is low. The light from the visual indicator 3912 provides a logic signal to maintain the ultrasonic generator circuit 3920 in an off state. Once the tissue impedance increases above a threshold and the radio frequency current through the tissue decreases below the threshold, the visual indicator 3912 turns off and the light transitions to an off state. This transition generates a logic signal that turns off the relay 3908, which turns off the RF generator circuit 3902 and turns on the ultrasonic generator circuit 3920 to complete the coagulation and cutting cycle.

引き続き図39を参照すると、一態様では、デュアル発生器回路構成は、1つのモダリティに対して、電池3901により給電されるオンボードのRF発生器回路3902と、例えば、多機能型電気外科用器具1108のハンドルアセンブリ1109、電池アセンブリ、シャフトアセンブリ1129、ノズル、及び/又は超音波トランスデューサ/RF発生器アセンブリ1120内でオンボードであってもよい第2のオンボードの超音波発生器回路3920と、を用いる。超音波発生器回路3920はまた、電池3901によって動作する。様々な態様では、RF発生器回路3902及び超音波発生器回路3920は、ハンドルアセンブリ1109の統合された又は分離可能な構成要素であり得る。様々な態様によれば、デュアルRF/超音波発生器回路3902、3920をハンドルアセンブリ1109の一部として有することにより、複雑な配線の必要性が排除され得る。RF/超音波発生器回路3902、3920は、コードレス発生器システムの能力を同時に利用しながら、既存の発生器の全能力を提供するように構成されてもよい。 39, in one aspect, the dual generator circuit configuration uses an on-board RF generator circuit 3902 for one modality that is powered by a battery 3901 and a second on-board ultrasonic generator circuit 3920 that may be on-board, for example, in the handle assembly 1109, battery assembly, shaft assembly 1129, nozzle, and/or ultrasonic transducer/RF generator assembly 1120 of the multifunction electrosurgical instrument 1108. The ultrasonic generator circuit 3920 is also powered by the battery 3901. In various aspects, the RF generator circuit 3902 and the ultrasonic generator circuit 3920 may be integrated or separable components of the handle assembly 1109. According to various aspects, having the dual RF/ultrasonic generator circuits 3902, 3920 as part of the handle assembly 1109 may eliminate the need for complex wiring. The RF/ultrasonic generator circuits 3902, 3920 may be configured to provide the full capabilities of an existing generator while simultaneously utilizing the capabilities of a cordless generator system.

いずれかのタイプのシステムは、互いに通信していないモダリティに対して別個の制御を有することができる。外科医は、RF及び超音波を別々にかつ随意に活性化する。別のアプローチは、ボタン、組織の状態、器具作動パラメータ(例えばジョー閉鎖、力など)及び組織の処置を管理するためのアルゴリズムを共有する、完全に一体化された通信スキームを提供することである。この一体化の様々な組み合わせは、適切なレベルの機能及び性能を提供するために実装され得る。 Either type of system can have separate controls for the modalities that do not communicate with each other. The surgeon activates RF and ultrasound separately and at will. Another approach is to provide a fully integrated communication scheme that shares buttons, tissue status, instrument actuation parameters (e.g. jaw closure, force, etc.) and algorithms for managing tissue treatment. Various combinations of this integration can be implemented to provide the appropriate level of functionality and performance.

上述したように、一態様では、制御回路3900は、電池をエネルギー源として備える、電池3901により給電されるRF発生器回路3902を含む。図示のように、RF発生器回路3902は、本明細書において電極3906a、3906b(すなわち活性電極3906a及び戻り電極3906b)と称される2つの導電表面に連結され、電極3906a、3906bをRFエネルギー(例えば、高周波電流)で駆動するように構成される。昇圧変圧器3904の第1の巻線3910aは、双極RF発生器回路3902及び戻り電極3906bの一方の極に直列に接続されている。一態様では、第1の巻線3910a及び戻り電極3906bは、双極RF発生器回路3902の負極に接続されている。双極RF発生器回路3902の他方の極は、リレー3908のスイッチ接点3909を通して活性電極3906aに接続されるか、又は電磁石3936によって移動されてスイッチ接点3909を動作させる可動鉄片を含む任意の好適な電磁切り替え装置に接続されている。電磁石3936が通電されるとスイッチ接点3909は閉じ、電磁石3936が非通電にされるとスイッチ接点3909は開く。スイッチ接点が閉じると、RF電流は、電極3906aと電極3906bとの間に位置する導電性組織(図示せず)を通って流れる。一態様では、活性電極3906aが双極RF発生器回路3902の正極に接続されることは理解されるであろう。 As described above, in one aspect, the control circuit 3900 includes an RF generator circuit 3902 powered by a battery 3901, with the battery as an energy source. As shown, the RF generator circuit 3902 is coupled to two conductive surfaces, referred to herein as electrodes 3906a, 3906b (i.e., active electrode 3906a and return electrode 3906b), and is configured to drive the electrodes 3906a, 3906b with RF energy (e.g., radio frequency current). A first winding 3910a of a step-up transformer 3904 is connected in series to one pole of the bipolar RF generator circuit 3902 and the return electrode 3906b. In one aspect, the first winding 3910a and the return electrode 3906b are connected to the negative pole of the bipolar RF generator circuit 3902. The other pole of the bipolar RF generator circuit 3902 is connected to the active electrode 3906a through a switch contact 3909 of a relay 3908, or to any suitable electromagnetic switching device including an armature moved by an electromagnet 3936 to operate the switch contact 3909. When the electromagnet 3936 is energized, the switch contact 3909 is closed, and when the electromagnet 3936 is de-energized, the switch contact 3909 is open. When the switch contact is closed, RF current flows through conductive tissue (not shown) located between the electrodes 3906a and 3906b. It will be appreciated that in one aspect, the active electrode 3906a is connected to the positive pole of the bipolar RF generator circuit 3902.

視覚インジケータ回路3905は、昇圧変圧器3904、直列レジスタR2、及び視覚インジケータ3912を備える。視覚インジケータ3912は、外科用器具1108並びに本明細書に記載されるものなどの他の電気外科システム及びツールと共に使用するように適合され得る。昇圧変圧器3904の第1の巻線3910aは、戻り電極3906bと直列に接続され、昇圧変圧器3904の第2の巻線3910bは、レジスタR2、及び例えばNE-2型ネオンバルブを含む視覚インジケータ3912と直列に接続されている。 The visual indicator circuit 3905 includes a step-up transformer 3904, a series resistor R2, and a visual indicator 3912. The visual indicator 3912 may be adapted for use with the surgical instrument 1108 as well as other electrosurgical systems and tools such as those described herein. A first winding 3910a of the step-up transformer 3904 is connected in series with the return electrode 3906b, and a second winding 3910b of the step-up transformer 3904 is connected in series with resistor R2 and the visual indicator 3912, which may include, for example, a NE-2 type neon bulb.

動作時、リレー3908のスイッチ接点3909が開くと、活性電極3906aは双極RF発生器回路3902の正極から分離され、組織、戻り電極3906b、及び昇圧変圧器3904の第1の巻線3910aを通って電流が流れなくなる。そのため、視覚インジケータ3912は通電されず、発光しない。リレー3908のスイッチ接点3909が閉じると、活性電極3906aは双極RF発生器回路3902の正極に接続され、それにより、組織、戻り電極3906b、及び昇圧変圧器3904の第1の巻線3910aを通って電流が流れて、組織上で動作する、例えば、組織を切断し焼灼することが可能となる。 In operation, when the switch contact 3909 of the relay 3908 is open, the active electrode 3906a is isolated from the positive pole of the bipolar RF generator circuit 3902, and no current flows through the tissue, the return electrode 3906b, and the first winding 3910a of the step-up transformer 3904. As a result, the visual indicator 3912 is not energized and does not emit light. When the switch contact 3909 of the relay 3908 is closed, the active electrode 3906a is connected to the positive pole of the bipolar RF generator circuit 3902, and current flows through the tissue, the return electrode 3906b, and the first winding 3910a of the step-up transformer 3904 to operate on the tissue, e.g., to cut and cauterize the tissue.

第1の電流は、活性電極3906aと戻り電極3906bとの間に位置する組織のインピーダンスの関数として第1の巻線3910aを通って流れ、昇圧変圧器3904の第1の巻線3910a全体に第1の電圧を提供する。昇圧した第2の電圧は、昇圧変圧器3904の第2の巻線3910b全体に誘導される。二次電圧はレジスタR2全体に現れ、組織を通る電流が所定の閾値よりも大きいときは視覚インジケータ3912に通電してネオンバルブを点灯させる。回路及び構成要素の値は例示的であり、それに限定されないことが理解されるであろう。リレー3908のスイッチ接点3909が閉じると、電流が組織を通って流れ、視覚インジケータ3912がオンになる。 A first current flows through the first winding 3910a as a function of the impedance of the tissue located between the active electrode 3906a and the return electrode 3906b, providing a first voltage across the first winding 3910a of the step-up transformer 3904. A boosted second voltage is induced across the second winding 3910b of the step-up transformer 3904. A secondary voltage appears across resistor R2, energizing the visual indicator 3912 to illuminate the neon bulb when the current through the tissue is greater than a predetermined threshold. It will be understood that the circuit and component values are exemplary and not limiting. When the switch contact 3909 of the relay 3908 closes, current flows through the tissue and the visual indicator 3912 is turned on.

ここで制御回路3900のエネルギースイッチ3926部分を参照すると、エネルギースイッチ3926が開放位置であるとき、論理ハイが第1のインバータ3928の入力に適用され、論理ローがANDゲート3932の2つの入力のうちの1つに適用される。したがって、ANDゲート3932の出力はローであり、トランジスタ3934はオフであり、電流が電磁石3936の巻線を通って流れるのを防ぐ。電磁石3936が非通電状態であると、リレー3908のスイッチ接点3909は開いたままであり、電流が電極3906a、3906bを通って流れるのを防ぐ。第1のインバータ3928の論理ロー出力も第2のインバータ3930に適用され、出力をハイにして、フリップフロップ3918(例えば、D型フリップフロップ)をリセットする。このとき、Q出力は低くなり、超音波発生器回路3920回路をオフにし、かつ Now referring to the energy switch 3926 portion of the control circuit 3900, when the energy switch 3926 is in the open position, a logic high is applied to the input of the first inverter 3928 and a logic low is applied to one of the two inputs of the AND gate 3932. Thus, the output of the AND gate 3932 is low and the transistor 3934 is off, preventing current from flowing through the winding of the electromagnet 3936. With the electromagnet 3936 in a de-energized state, the switch contact 3909 of the relay 3908 remains open, preventing current from flowing through the electrodes 3906a, 3906b. The logic low output of the first inverter 3928 is also applied to the second inverter 3930, causing the output to go high and resetting the flip-flop 3918 (e.g., a D-type flip-flop). At this time, the Q output goes low, turning off the ultrasonic generator circuit 3920 circuit and

Figure 0007480044000007
出力は高くなり、ANDゲート3932の他の入力に適用される。
Figure 0007480044000007
The output goes high and is applied to the other input of AND gate 3932 .

ユーザが器具ハンドル上のエネルギースイッチ3926を押して、電極3906aと電極3906bとの間の組織にエネルギーを印加すると、エネルギースイッチ3926は閉じて、第1のインバータ3928の入力に論理ローを適用し、これがANDゲート3932の他の入力に論理ハイを適用してANDゲート3932の出力をハイにして、トランジスタ3934をオンにする。オン状態では、トランジスタ3934は、電磁石3936の巻線を通して電流を伝導及びシンクして電磁石3936に通電し、リレー3908のスイッチ接点3909を閉じる。上述のように、スイッチ接点3909が閉じると、組織が電極3906aと電極3906bとの間に位置するときに、電流は、電極3906a、3906b及び昇圧変圧器3904の第1の巻線3910aを通って流れることができる。 When a user presses the energy switch 3926 on the instrument handle to apply energy to the tissue between the electrodes 3906a and 3906b, the energy switch 3926 closes and applies a logic low to the input of the first inverter 3928, which applies a logic high to the other input of the AND gate 3932, causing the output of the AND gate 3932 to be high, turning on the transistor 3934. In the on state, the transistor 3934 conducts and sinks current through the winding of the electromagnet 3936 to energize the electromagnet 3936 and closes the switch contact 3909 of the relay 3908. As described above, when the switch contact 3909 is closed, current can flow through the electrodes 3906a, 3906b and the first winding 3910a of the step-up transformer 3904 when tissue is located between the electrodes 3906a and 3906b.

上述のように、電極3906a、3906bを通って流れる電流の大きさは、電極3906aと電極3906bとの間に位置する組織のインピーダンスに依存する。最初に、組織のインピーダンスは低く、組織及び第1の巻線3910aを通る電流の大きさは高い。そのため、第2の巻線3910bに印加される電圧は、視覚インジケータ3912をオンにするほど十分に高い。視覚インジケータ3912が発する光は、フォトトランジスタ3914をオンにし、これがインバータ3916の入力をローに引き下げ、インバータ3916の出力をハイにする。フリップ・フロップ3918のCLKに適用される高入力は、フリップ・フロップ3918のQ又は As discussed above, the magnitude of the current flowing through electrodes 3906a, 3906b depends on the impedance of the tissue located between electrodes 3906a and 3906b. Initially, the impedance of the tissue is low and the magnitude of the current through the tissue and first winding 3910a is high. Therefore, the voltage applied to second winding 3910b is high enough to turn on visual indicator 3912. The light emitted by visual indicator 3912 turns on phototransistor 3914, which pulls the input of inverter 3916 low and the output of inverter 3916 high. A high input applied to CLK of flip-flop 3918 sets Q or

Figure 0007480044000008
出力に影響を与えず、Q出力は低いままであり、
Figure 0007480044000008
The output is not affected and the Q output remains low.

Figure 0007480044000009
出力は高いままである。したがって、視覚インジケータ3912は通電されたままであり、超音波発生器回路3920はオフとなり、多機能型電気外科用器具の超音波トランスデューサ3922及び超音波ブレード3924は起動しなくなる。
Figure 0007480044000009
The power output remains high, therefore the visual indicator 3912 remains energized, the ultrasonic generator circuit 3920 is turned off, and the ultrasonic transducer 3922 and ultrasonic blade 3924 of the multifunction electrosurgical instrument are not activated.

組織を通って流れる電流によって発生した熱に起因して、電極3906aと電極3906bとの間の組織が乾燥すると、組織のインピーダンスは増加して、そこを通る電流は減少する。第1の巻線3910aを通る電流が減少すると、第2の巻線3910bにわたる電圧も減少し、電圧が視覚インジケータ3912を動作させるために必要な最小閾値を下回ると、視覚インジケータ3912及びフォトトランジスタ3914はオフになる。フォトトランジスタ3914がオフになると、論理ハイがインバータ3916の入力に適用され、論理低がフリップ・フロップ3918のCLK入力に適用されて論理ハイをQ出力にクロックし、論理低が As the tissue between electrodes 3906a and 3906b dries due to heat generated by the current flowing through the tissue, the impedance of the tissue increases and the current therethrough decreases. As the current through the first winding 3910a decreases, the voltage across the second winding 3910b also decreases, and when the voltage falls below the minimum threshold required to operate the visual indicator 3912, the visual indicator 3912 and phototransistor 3914 turn off. When the phototransistor 3914 turns off, a logic high is applied to the input of inverter 3916 and a logic low is applied to the CLK input of flip-flop 3918 to clock a logic high to the Q output and a logic low to the CLK input of flip-flop 3918 to clock a logic high to the Q output.

Figure 0007480044000010
出力に適用される。Q出力における論理ハイによって、超音波発生器回路3920がオンになり、超音波トランスデューサ3922及び超音波ブレード3924を起動させて電極3906aと電極3906aとの間に位置する組織の切断を開始させる。超音波発生器回路3920がオンになるのと同時に又はほぼ同時に、フリップ・フロップ3918の
Figure 0007480044000010
A logic high at the Q output turns on the ultrasonic generator circuit 3920, activating the ultrasonic transducer 3922 and ultrasonic blade 3924 to begin cutting the tissue located between the electrodes 3906a and 3906b. At or about the same time that the ultrasonic generator circuit 3920 turns on, the flip-flop 3918

Figure 0007480044000011
出力は低くなり、ANDゲート3932の出力を低くして、トランジスタ3934をオフにすることにより、電磁石3936を非通電し、リレー3908のスイッチ接点3909を開いて電極3906a、3906bを通る電流の流れを遮断する。
Figure 0007480044000011
The output goes low, causing the output of AND gate 3932 to go low, turning off transistor 3934, thereby de-energizing electromagnet 3936 and opening switch contacts 3909 of relay 3908, interrupting the flow of current through electrodes 3906a, 3906b.

リレー3908のスイッチ接点3909が開いている間、電流は、電極3906a、3906b、組織、及び昇圧変圧器3904の第1の巻線3910aを通って流れない。このため、第2の巻線3910bにわたって電圧は発生せず、視覚インジケータ3912を通って電流は流れない。 While the switch contacts 3909 of the relay 3908 are open, no current flows through the electrodes 3906a, 3906b, the tissue, and the first winding 3910a of the step-up transformer 3904. Therefore, no voltage is developed across the second winding 3910b and no current flows through the visual indicator 3912.

ユーザが器具ハンドル上のエネルギースイッチ3926を握り、エネルギースイッチ3926を閉鎖したままにする間、フリップ・フロップ3918のQ及び The user holds the energy switch 3926 on the instrument handle and holds the energy switch 3926 closed while the Q and Q of the flip-flop 3918 are

Figure 0007480044000012
出力の状態は同じままである。したがって、双極RF発生器回路3902から電極3906a、3906bを通って電流が流れていない間は、超音波ブレード3924は起動した状態を維持してエンドエフェクタのジョーの間の組織を切断し続ける。ユーザが器具ハンドルのエネルギースイッチ3926を解放すると、エネルギースイッチ3926が開いて、第1のインバータ3928の出力はローになり、第2のインバータ3930の出力はハイになってフリップフロップ3918をリセットし、Q出力をローにして超音波発生器回路3920をオフにする。同時に、この
Figure 0007480044000012
The state of the output remains the same. Thus, while no current is flowing from the bipolar RF generator circuit 3902 through the electrodes 3906a, 3906b, the ultrasonic blade 3924 remains activated and continues to cut tissue between the jaws of the end effector. When the user releases the energy switch 3926 in the instrument handle, the energy switch 3926 opens, causing the output of the first inverter 3928 to go low and the output of the second inverter 3930 to go high resetting the flip-flop 3918 and driving the Q output low to turn off the ultrasonic generator circuit 3920. At the same time, this

Figure 0007480044000013
出力は高くなり、ここで回路はオフ状態になり、ユーザが器具ハンドル上のエネルギースイッチ3926を作動させて、エネルギースイッチ3926を閉じ、電極3906a、3906bの間に位置する組織に電流を印加し、上述のように組織にRFエネルギーを印加し、組織に超音波エネルギーを印加するサイクルを繰り返す準備ができる。
Figure 0007480044000013
The output goes high and the circuit is now in the off state and the user is ready to actuate the energy switch 3926 on the instrument handle, closing the energy switch 3926 and applying current to the tissue located between the electrodes 3906a, 3906b, and repeating the cycle of applying RF energy to the tissue and applying ultrasonic energy to the tissue as described above.

図40は、本明細書で説明される特徴の多くを含むか又は実装することができる、外科システム1000の外科用器具のうちの任意の1つと共に使用するためのフィードバックシステムを含む外科システム1000の一態様を表す、外科システム4000の図である。外科システム4000は、臨床医がトリガ4010を操作すると起動され得るエンドエフェクタ4006を含む外科用器具に連結された発生器4002を含んでもよい。様々な態様では、エンドエフェクタ4006は、超音波振動を送達して、生体組織に対して外科的凝固/切断処置を行うための超音波ブレードを含むことができる。他の態様では、エンドエフェクタ4006は、生体組織に対して外科的凝固又は焼灼処置を行うために電気外科用高周波電流エネルギー源に連結された導電性素子と、生体組織に対して切断処置を行うための鋭利な刃部を有する機械的ナイフ又は超音波ブレードのいずれかと、を含み得る。トリガ4010が作動されると、力センサ4012はトリガ4010に加えられている力の量を示す信号を生成することができる。力センサ4012に加えて、又はその代わりに、外科用器具は、トリガ4010の位置(例えば、どれだけ深くトリガが押下されたか、又は他の方法で作動されたか)を示す信号を生成し得る、位置センサ4013を含むことができる。一態様では、位置センサ4013は、外管状シースと共に位置決めされたセンサ、又は外科用器具の外管状シース内に位置する往復運動管状作動部材であってもよい。一態様では、センサは、磁界に応答してその出力電圧を変化させるホール効果センサ又は任意の好適なトランスデューサであってもよい。ホール効果センサは、近接スイッチング、位置決め、速度検出及び電流感知用途に使用することができる。一態様では、ホール効果センサは、アナログトランスデューサとして動作し、電圧を直接戻す。既知の磁界により、ホールプレートからの距離を判定することができる。 FIG. 40 is a diagram of a surgical system 4000 representing one aspect of the surgical system 1000 including a feedback system for use with any one of the surgical instruments of the surgical system 1000, which may include or implement many of the features described herein. The surgical system 4000 may include a generator 4002 coupled to a surgical instrument including an end effector 4006 that may be activated when a clinician manipulates a trigger 4010. In various aspects, the end effector 4006 may include an ultrasonic blade for delivering ultrasonic vibrations to perform a surgical coagulation/cutting procedure on living tissue. In other aspects, the end effector 4006 may include a conductive element coupled to a source of electrosurgical high frequency current energy to perform a surgical coagulation or cauterization procedure on living tissue, and either a mechanical knife or an ultrasonic blade with a sharp cutting edge to perform a cutting procedure on living tissue. When the trigger 4010 is actuated, the force sensor 4012 may generate a signal indicative of the amount of force being applied to the trigger 4010. In addition to or instead of the force sensor 4012, the surgical instrument can include a position sensor 4013 that can generate a signal indicative of the position of the trigger 4010 (e.g., how deeply the trigger is depressed or otherwise actuated). In one aspect, the position sensor 4013 can be a sensor positioned with the outer tubular sheath or a reciprocating tubular actuating member located within the outer tubular sheath of the surgical instrument. In one aspect, the sensor can be a Hall effect sensor or any suitable transducer that changes its output voltage in response to a magnetic field. Hall effect sensors can be used for proximity switching, positioning, speed detection and current sensing applications. In one aspect, the Hall effect sensor operates as an analog transducer and returns a voltage directly. With a known magnetic field, the distance from the Hall plate can be determined.

制御回路4008は、センサ4012及び/又は4013から信号を受信することができる。制御回路4008は、任意の好適なアナログ又はデジタル回路構成要素を含むことができる。制御回路4008は、更に、発生器4002及び/又はトランスデューサ4004と通信して、トリガ4010に加えられる力、及び/又はトリガ4010の位置、及び/又は外管状シース内に位置する往復運動管状作動部材に対する上記の外管状シースの位置(例えば、ホール効果センサと磁石との組み合わせによって測定される)に基づいて、エンドエフェクタ4006に送達される電力、及び/又はエンドエフェクタ4006の発生器レベル若しくは超音波ブレード振幅を変調することができる。例えば、より大きな力がトリガ4010に加えられると、より多くの電力及び/又はより高い超音波ブレード振幅がエンドエフェクタ4006に送達され得る。様々な態様によれば、力センサ4012は、マルチポジションスイッチによって置換されてもよい。 The control circuit 4008 can receive signals from the sensors 4012 and/or 4013. The control circuit 4008 can include any suitable analog or digital circuit components. The control circuit 4008 can further communicate with the generator 4002 and/or the transducer 4004 to modulate the power delivered to the end effector 4006 and/or the generator level or ultrasonic blade amplitude of the end effector 4006 based on the force applied to the trigger 4010 and/or the position of the trigger 4010 and/or the position of the outer tubular sheath relative to a reciprocating tubular actuating member located within the outer tubular sheath (e.g., as measured by a combination of a Hall effect sensor and a magnet). For example, the more force applied to the trigger 4010, the more power and/or the higher ultrasonic blade amplitude can be delivered to the end effector 4006. According to various aspects, the force sensor 4012 can be replaced by a multi-position switch.

様々な態様によれば、エンドエフェクタ4006は、クランプ又はクランプ機構を含んでもよい。トリガ4010が最初に作動されると、クランプ機構は閉じて、クランプアームとエンドエフェクタ4006との間に組織をクランプすることができる。トリガに加えられる力が増加すると(例えば、力センサ4012によって感知されるように)、制御回路4008は、トランスデューサ4004によってエンドエフェクタ4006に送達される電力及び/又はエンドエフェクタ4006のあたりでもたらされる発生器レベル若しくは超音波ブレード振幅を増加させることができる。一態様では、位置センサ4013によって感知されるトリガ位置、又は位置センサ4013によって(例えば、ホール効果センサを用いて)感知されるクランプ若しくはクランプアーム位置は、エンドエフェクタ4006の電力及び/又は振幅を設定するために制御回路4008によって使用され得る。例えば、トリガが完全作動位置に向かって更に移動されるか、又はクランプ若しくはクランプアームが超音波ブレード(又はエンドエフェクタ4006)に向かって更に移動すると、エンドエフェクタ4006の電力及び/又は振幅は増加され得る。 According to various aspects, the end effector 4006 may include a clamp or clamping mechanism. When the trigger 4010 is first actuated, the clamping mechanism may close to clamp tissue between the clamp arm and the end effector 4006. As the force applied to the trigger increases (e.g., as sensed by the force sensor 4012), the control circuit 4008 may increase the power delivered by the transducer 4004 to the end effector 4006 and/or the generator level or ultrasonic blade amplitude brought about the end effector 4006. In one aspect, the trigger position sensed by the position sensor 4013, or the clamp or clamp arm position sensed by the position sensor 4013 (e.g., with a Hall Effect sensor) may be used by the control circuit 4008 to set the power and/or amplitude of the end effector 4006. For example, as the trigger is moved further toward the fully actuated position or the clamp or clamp arm is moved further toward the ultrasonic blade (or end effector 4006), the power and/or amplitude of the end effector 4006 may be increased.

様々な態様によれば、外科システム4000の外科用器具はまた、エンドエフェクタ4006に送達された電力の量を示すために、1つ又は2つ以上のフィードバック装置を含むことができる。例えば、スピーカ4014は、エンドエフェクタの電力を示す信号を発することができる。様々な態様によれば、スピーカ4014は一連のパルス音を発することができ、その音の周波数は電力を示す。スピーカ4014に加えて、又はその代わりに、外科用器具は、視覚ディスプレイ4016を含むことができる。視覚ディスプレイ4016は、任意の好適な方法に従ってエンドエフェクタの電力を示すことができる。例えば、視覚ディスプレイ4016は一連のLEDを含んでもよく、ここでエンドエフェクタの電力は照明されたLEDの数によって示される。スピーカ4014及び/又は視覚ディスプレイ4016は、制御回路4008によって駆動され得る。様々な態様によれば、外科用器具は、トリガ4010に接続されたラチェット装置を含むことができる。より強い力がトリガ4010に加えられると、ラチェット装置は可聴音を生成して、エンドエフェクタの電力の間接的指標を提供することができる。外科用器具は、安全性を高めることができる他の機構を含むことができる。例えば、制御回路4008は、所定の閾値を超えてエンドエフェクタ4006に電力が送達されることを防止するように構成され得る。また、制御回路4008は、エンドエフェクタの電力の変化が指示される(例えば、スピーカ4014又は視覚ディスプレイ4016によって)時刻と、エンドエフェクタの電力の変化が送達される時刻との間に遅延を設けることができる。このようにして、臨床医は、エンドエフェクタ4006に送達される超音波出力のレベルが変化しようとしているという警告を十分なゆとりを持って得ることができる。 According to various aspects, the surgical instrument of the surgical system 4000 can also include one or more feedback devices to indicate the amount of power delivered to the end effector 4006. For example, the speaker 4014 can emit a signal indicative of the power of the end effector. According to various aspects, the speaker 4014 can emit a series of pulsed tones, the frequency of which indicates the power. In addition to or instead of the speaker 4014, the surgical instrument can include a visual display 4016. The visual display 4016 can indicate the power of the end effector according to any suitable manner. For example, the visual display 4016 can include a series of LEDs, where the power of the end effector is indicated by the number of LEDs illuminated. The speaker 4014 and/or the visual display 4016 can be driven by the control circuitry 4008. According to various aspects, the surgical instrument can include a ratchet device connected to the trigger 4010. As more force is applied to the trigger 4010, the ratchet device can generate an audible sound to provide an indirect indication of the end effector power. The surgical instrument can include other features that can enhance safety. For example, the control circuit 4008 can be configured to prevent power from being delivered to the end effector 4006 above a predetermined threshold. The control circuit 4008 can also provide a delay between the time a change in end effector power is indicated (e.g., by the speaker 4014 or visual display 4016) and the time the change in end effector power is delivered. In this way, the clinician can be given ample warning that the level of ultrasonic power delivered to the end effector 4006 is about to change.

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41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内のアドレスをスキャンするように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スキャンされてよい。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、又はトランスデューサ、RF電極、複数のトランスデューサ内に同時に、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 radio frequency current generator of the surgical system 1000 may be configured to digitally generate the electrical signal waveform, desirably using a predetermined number of phase points stored in a lookup table to digitize the waveform. The phase points may be stored in a table defined in a memory, a field programmable gate array (FPGA), or any suitable non-volatile memory. FIG. 41 shows one aspect of a basic architecture for a digital synthesis circuit, such as a direct digital synthesis (DDS) circuit 4100, configured to generate multiple waveforms for the electrical signal waveform. The generator software and digital control may instruct the FPGA to scan addresses in the lookup table 4104, which in turn provides various digital input values to the DAC circuit 4108 that feeds the power amplifier. The addresses may be scanned according to the frequency of interest. Using such a lookup table 4104 allows for the generation of various types of waveforms that can be delivered into tissue, or into a transducer, an RF electrode, multiple transducers simultaneously, multiple RF electrodes simultaneously, or a combination of RF and ultrasonic instruments. Additionally, multiple lookup tables 4104 representing multiple waveforms can be created, stored, and applied to tissue from the generator.

波形信号は、超音波トランスデューサ及び/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トランスデューサ及び/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トランスデューサの少なくとも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 may be configured to control at least one of the output current, output voltage, or output power 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). Furthermore, if the surgical instrument includes 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. Thus, the generator may be configured to provide a waveform signal to at least one surgical instrument, the waveform signal being responsive to at least one waveform of the plurality of waveforms in the table. It should be noted that the waveform signals provided to the two surgical instruments may include two or more waveforms. The table may include information related to the plurality of waveforms, and the table may be stored in the generator. In one aspect or embodiment, the table may be a direct digital synthesis table and may be stored in the FPGA of the generator. The table may be addressed by any method that is convenient for categorizing the 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. Additionally, information related to multiple waveforms may be stored as digital information in a table.

アナログ電気信号波形は、超音波トランスデューサ及び/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トランスデューサ及び/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トランスデューサの少なくとも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 may be configured to control at least one of the output current, output voltage, or output power of an ultrasonic transducer and/or an RF electrode, or a plurality thereof (e.g., two or more ultrasonic transducers and/or two or more RF electrodes). Furthermore, if the surgical instrument includes 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. Thus, the generator circuit may be configured to provide an analog electrical signal waveform to at least one surgical instrument, where the analog electrical signal waveform corresponds to at least one waveform of the plurality of waveforms stored in the lookup table 4104. It should be noted that the analog electrical signal waveform provided to the two surgical instruments may include two or more waveforms. The lookup table 4104 may include information related to the plurality of waveforms, and the lookup table 4104 may be stored in either the generator circuit or the surgical instrument. In one aspect or embodiment, the lookup table 4104 may be a direct digital synthesis table, which may be stored in the generator circuitry or the FPGA of the surgical instrument. The lookup table 4104 may be addressed by any method that is convenient for categorizing waveforms. According to one aspect, the 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 the 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を図41に示す。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連結されている。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に連結されたレジスタ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により判定される。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連結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 technology in instrumentation and communication systems, a digitally controlled method of generating multiple frequencies from a reference frequency has been developed and is called direct digital synthesis. The basic architecture is shown in Figure 41. In this simplified block diagram, the DDS circuit is coupled to a processor, controller, or logic of the generator circuit and a memory circuit located in the generator circuit of the surgical system 1000. The DDS circuit 4100 comprises an address counter 4102, a look-up table 4104, a register 4106, a DAC circuit 4108, and a filter 4112. A stable clock f c is received by the address counter 4102, and the register 4106 drives a programmable read only memory (PROM) that stores one or more integer numbers of cycles of a sine wave (or any other waveform) in the look-up table 4104. As the address counter 4102 steps through the memory locations, the values stored in the lookup table 4104 are written to a register 4106 coupled to a DAC circuit 4108. The corresponding digital amplitude of the signal at the memory location of the lookup table 4104 drives the DAC circuit 4108 which then generates an analog output signal 4110. The spectral purity of the analog output signal 4110 is determined primarily by the DAC circuit 4108. The phase noise is essentially that of the reference clock f c . The first analog output signal 4110 output from the DAC circuit 4108 is filtered by a filter 4112 and a second analog output signal 4114 output by the filter 4112 is provided to an amplifier having an output coupled to the output of the generator circuit. 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(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。 Because the DDS circuit 4100 is a sampled data system, it must consider problems associated with sampling, such as quantization noise, aliasing, filtering, etc. For example, while higher harmonics of the output of a phase-locked loop (PLL)-based synthesizer can be filtered, higher harmonics of the DAC circuit 4108 output frequency fold back into the Nyquist bandwidth, making them unfilterable. The look-up 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 multiple lookup tables 4104 that store waveforms represented by a predetermined number of samples, the samples defining a predetermined waveform shape. Thus, multiple waveforms having unique shapes can be stored in the multiple lookup tables 4104 to provide various tissue treatments based on instrument settings or tissue feedback. Examples of waveforms include RF electrical signal waveforms with high crest factors for superficial tissue coagulation, RF electrical signal waveforms with low crest factors for deeper tissue penetration, and electrical signal waveforms that promote effective modified coagulation. In one aspect, the DDS circuit 4100 can create multiple waveform lookup tables 4104 and can switch between various waveforms stored in the individual lookup tables 4104 during a tissue treatment procedure (e.g., "on the fly" or in real time based on user or sensor input) based on the desired tissue effect 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43に示す。 Thus, switching between waveforms can be based on, for example, tissue impedance and other factors. In other aspects, the lookup table 4104 can store electrical signal waveforms (i.e., trapezoidal or square waves) that are configured to maximize the power delivered into the tissue per cycle. In other aspects, the lookup table 4104 can store synchronized waveforms that maximize power delivery by the multifunction surgical instrument of the surgical system 1000 while delivering RF and ultrasonic drive signals. In yet other aspects, the lookup table 4104 can store electrical signal waveforms that simultaneously drive ultrasonic and RF therapeutic and/or sub-therapeutic energy while maintaining ultrasonic 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 fetched upon connecting the multifunction surgical instrument to the generator circuit. An example of an exponentially decaying sine curve used in many high crest factor "coagulation" waveforms is shown in Figure 43.

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42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連結されている。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 the 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. 42. In this simplified block diagram, the DDS circuit 4200 is coupled to a processor, controller, or logic of the generator and to a memory circuit located either in the generator or in the surgical instrument of the surgical system 1000. The DDS circuit 4200 comprises a load register 4202, a parallel delta phase register 4204, a summer circuit 4216, a phase register 4208, a look-up table 4210 (phase to amplitude converter), a DAC circuit 4212, and a filter 4214. The summer circuit 4216 and the phase register 4208 form part of a phase accumulator 4206. A clock frequency f c is applied to the phase register 4208 and the DAC circuit 4212. The load register 4202 receives an adjustment word that specifies an output frequency as a fraction of the reference clock frequency signal f c The output of the load register 4202, along with the adjustment word M, is provided to a 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 generating a clock frequency f c , a phase accumulator 4206, and a look-up table 4210 (e.g., a phase-to-amplitude converter). The contents of phase accumulator 4206 are updated once every clock cycle f c . When phase accumulator 4206 is updated, the digital number M stored in parallel delta phase register 4204 is added to the number in phase register 4208 by adder circuit 4216. Assume the number in parallel delta phase register 4204 is 00...01 and the initial contents of phase accumulator 4206 are 00...00. Phase accumulator 4206 is updated with 00...01 every clock cycle. If phase accumulator 4206 is 32-bit wide, then when phase accumulator 4206 is 00...00, the digital number M is added to the number in phase register 4208 by adder circuit 4216. It takes 232 clock cycles (over 4 billion) to wrap around to 00 and then 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に連結される。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連結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 the phase accumulator 4206 is provided to a phase-to-amplitude converter look-up table 4210, and the output of the look-up table 4210 is coupled to the DAC circuit 4212. The truncated output 4218 of the phase accumulator 4206 serves as an address to a sine (or cosine) look-up table. The addresses in the look-up table correspond to phase points from 0° to 360° in the sine wave. The look-up table 4210 contains the corresponding digital amplitude information for one complete cycle of the sine wave. Thus, the look-up table 4210 maps the phase information from the phase accumulator 4206 to a digital amplitude word, which in turn drives the DAC circuit 4212. The output of the DAC circuit is a first analog signal 4220, which is filtered by the filter 4214. The output of the 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(及び図41に示すDDS回路4100)の調整分解能を決定する。 In one aspect, the electrical signal waveform may be digitized into 1024 (210) phase points, although the waveform that may be digitized may be any suitable number of 2n phase points ranging from 256 (28) to 281,474,976,710,656 (248), where n is a positive integer as shown in Table 1. The electrical signal waveform may be represented as A nn ), where the normalized amplitude A n at point n is represented by the phase angle θ n and is referred to as the phase point at point n. The number of distinct phase points n determines the adjustment resolution of DDS circuit 4200 (and DDS circuit 4100 shown in FIG. 41).

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 specifies the electrical signal waveform digitized into multiple phase points.

Figure 0007480044000014
Figure 0007480044000014

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内のアドレスをスキャンし、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スキャンされてよい。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連結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トランスデューサに供給され、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、単一の超音波トランスデューサ、同時に複数の超音波トランスデューサ又はRFトランスデューサ及び超音波トランスデューサ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 scans the addresses in the lookup table 4210, which then provides various digital input values to the filter 4214 and the DAC circuit 4212 that feeds the power amplifier. The addresses may be scanned according to the desired frequency. Using the lookup table, it is possible to generate various types of shapes that can be converted to an analog output signal by the DAC circuit 4212, filtered by the filter 4214, amplified by a power amplifier coupled to the output of the generator circuit, and applied to the tissue in the form of RF energy or to an ultrasonic transducer and in the form of ultrasonic vibrations that 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. Additionally, multiple waveform tables can be created, stored, and applied to the tissue from the generator circuit.

再び図41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. 41, for n=32 and M=1, the 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. For M=2, the phase register 1708 "rolls over" twice as fast and the output frequency doubles. 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。 With the phase accumulator 4206 configured to accumulate n-bits (where 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 the phase accumulator increments every clock cycle. If f c is the clock frequency, then the frequency of the output sine wave is equal to:

Figure 0007480044000015
Figure 0007480044000015

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 "tuning equation". The frequency resolution of the system is:

Figure 0007480044000016
と等しいことに留意されたい。n=32では、分解能は4億分の1よりも大きい。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。
Figure 0007480044000016
Note that for n=32, the resolution is greater than one in four hundred million. In one aspect of the DDS circuit 4200, not all bits outside the phase accumulator 4206 are passed to the lookup table 4210, but are truncated, leaving, for example, only the first 13-15 most significant bits (MSBs). This reduces the size of the lookup table 4210 and does not affect the frequency resolution. The 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トランスデューサの少なくとも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41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。 The electrical signal waveform may be characterized by a current, voltage, or power at a predetermined frequency. Furthermore, if the surgical instruments of the surgical system 1000 include an ultrasonic component, the electrical signal waveform may be configured to drive at least two vibration modes of the ultrasonic transducer of the at least one surgical instrument. Thus, the generator circuit may be configured to provide an electrical signal waveform to the at least one surgical instrument, the electrical signal waveform being characterized by a predetermined waveform stored in the lookup table 4210 (or the lookup table 4104 of FIG. 41). It should be noted that the electrical signal waveform may be a combination of two or more waveforms. The lookup table 4210 may include information related to multiple waveforms. In one aspect or embodiment, the lookup table 4210 may be generated by the DDS circuit 4200 and may be referred to as a direct digital synthesis table. The DDS operates by first storing a large repeating waveform in an on-board memory. A cycle of a waveform (sine, triangle, square, any) may be represented by a predetermined number of phase points and stored in memory, as shown in Table 1. Once the waveform is stored in memory, the waveform may be generated at a very precise frequency. The direct digital synthesis table may be stored in a non-volatile memory of the generator circuit and/or implemented with an FPGA circuit in the generator circuit. The lookup table 4210 may be addressed by any suitable technique that is convenient for categorizing the waveform. According to one aspect, the lookup table 4210 is addressed according to the frequency of the electrical signal waveform. Additionally, information related to multiple waveforms may be stored as digital information in memory or as part of the 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、超音波トランスデューサを駆動する第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 may also be 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. For example, in one aspect, the electrical signal waveform includes a first electrical signal (e.g., an ultrasonic drive signal), a second RF drive signal, and/or combinations thereof that drive an ultrasonic transducer. Additionally, the electrical signal waveform may include multiple ultrasonic drive signals, multiple RF drive signals, and/or combinations of multiple ultrasonic 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。 Further, 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 the surgical system 1000, where generating the electrical signal waveform includes receiving information related to the electrical signal waveform from a memory. The generated electrical signal waveform includes at least one waveform. Further, providing the generated electrical signal waveform to the at least one surgical instrument includes providing the electrical signal waveform to at least two surgical instruments simultaneously.

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 circuit described herein may enable the generation of various types of direct digital synthesis tables. Examples of waveforms of RF/electrosurgical signals generated by the generator circuit suitable for treating various tissues include RF signals with high crest factors (which may be used for superficial coagulation in RF mode), RF signals with low crest factors (which may be used for deeper tissue penetration), and waveforms that promote efficient modified coagulation. The generator circuit may also generate multiple waveforms using the direct digital synthesis lookup table 4210 and may switch between specific waveforms based on the desired tissue effect on the fly. The 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 traditional sine/cosine waveforms, the generator circuit may be configured to generate a waveform(s) (i.e., trapezoidal or square wave) that maximizes the power to the tissue per cycle. If the generator circuit includes a circuit topology that allows for simultaneous driving of RF and ultrasonic signals, the generator circuit can provide a waveform(s) that is synchronized to maximize the power delivered to the load and maintain ultrasonic frequency lock when driving RF and ultrasonic signals simultaneously. Additionally, custom waveforms specific to the instrument and its tissue effect can be stored in a non-volatile memory (NVM) or in the instrument's EEPROM and fetched upon connecting any one of the surgical instruments of the surgical system 1000 to the generator circuit.

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。 The DDS circuit 4200 may include multiple lookup tables 4104, where the lookup table 4210 stores waveforms represented by a predetermined number of phase points (sometimes called samples), which define the shape of the predetermined waveform. Thus, multiple waveforms having unique shapes can be stored in the multiple lookup tables 4210 to provide different tissue treatments based on the instrument settings or tissue feedback. Examples of waveforms include RF electrical signal waveforms with high crest factors for superficial tissue coagulation, RF electrical signal waveforms with low crest factors for deeper tissue penetration, and electrical signal waveforms that promote effective modified coagulation. In one aspect, the DDS circuit 4200 may create multiple waveform lookup tables 4210 and may switch between different waveforms stored in the different lookup tables 4210 during a tissue treatment procedure (e.g., "on the fly" or in real time based on user or sensor input) based on the desired tissue effect 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43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, for example, tissue impedance and other factors. In other aspects, the lookup table 4210 can store electrical signal waveforms (i.e., trapezoidal or square waves) that are shaped to maximize the power delivered into the tissue per cycle. In other aspects, the lookup table 4210 can store synchronized waveforms that maximize power delivery by any one of the surgical instruments of the surgical system 1000 when delivering RF and ultrasonic drive signals. In yet other aspects, the lookup table 4210 can store electrical signal waveforms that simultaneously drive ultrasonic and RF therapeutic and/or sub-therapeutic energy while maintaining ultrasonic frequency lock. In general, the output waveforms may be in the form of sine waves, cosine waves, pulse waves, square waves, etc. Nevertheless, more complex custom waveforms specific to different 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 instrument and can be fetched upon connecting the surgical instrument to the generator circuit. An example of a custom waveform is an exponentially decaying sine waveform used in many high crest factor "coagulation" waveforms, as shown in FIG. 43.

図43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T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41、図42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41、図42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Tにわたるデジタル振幅位相点4302は、例えば、図41及び図42に関して記載されるように、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に記憶される。これも図41、図42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41及び図42)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41及び図42)は、電力増幅器の入力に適用される。 FIG. 43 illustrates 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 a discrete-time digital electrical signal waveform 4300 for comparison purposes). The horizontal axis represents time (t) and the vertical axis represents digital phase points. The digital electrical signal waveform 4300 is, for example, a digital discrete-time version of a desired analog waveform 4304. The digital electrical signal waveform 4300 is generated by storing amplitude phase points 4302, which represent the amplitude per clock cycle T L over one cycle or period T o . The digital electrical signal waveform 4300 is generated over one period T o by any suitable digital processing circuit. The amplitude phase points are digital words stored in a memory circuit. In the examples shown in FIGS. 41 and 42, the digital words are 6-bit words capable of storing amplitude phase points, with 26 or 64 bits of resolution. It will be understood that the examples shown in Figures 41 and 42 are for illustrative purposes and that in an actual implementation the resolution may be much higher. The digital amplitude phase points 4302 over one cycle To are stored in memory as a string of string words in a look-up table 4104, 4210, for example, as described with respect to Figures 41 and 42. The amplitude phase points 4302 are read from memory in sequence from 0 to To every clock cycle Tclk and converted by a DAC circuit 4108 , 4212 to generate an analog version of the analog waveform 4304, also as described with respect to Figures 41 and 42. Additional cycles can be generated by repeatedly reading the amplitude phase points 4302 of the digital electrical signal waveform 4300 from 0 to To over 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 circuit 4108, 4212 by a filter 4112, 4214 (Figures 41 and 42). The filtered analog output signals 4114, 4222 (FIGS. 41 and 42) are applied to the inputs of the power amplifiers.

図44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)と連結したときに、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45に示すようなPIDコントローラ12972であってもよく、二次コントローラ12955も図45に示すような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SPi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。 44 is a diagram of a control system 12950 configured to provide progressive closure of a closure member (e.g., closure tube) to reduce the closure force load on the closure member at a desired rate and reduce the firing force load on the firing member when a displacement member advances distally and couples with a clamp arm (e.g., anvil) according to one aspect of the present disclosure. In one aspect, the 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 set point and a measured process variable, and applies corrections based on proportional, integral, and derivative terms (which may be denoted P, I, and D, respectively). The nested PID controller feedback control system 12950 includes a primary controller 12952 in a primary (outer) feedback loop 12954 and a secondary controller 12955 in a secondary (inner) feedback loop 12956. The primary controller 12952 may be a PID controller 12972 as shown in FIG. 45, and the secondary controller 12955 may also be a PID controller 12972 as shown in FIG. 45. The primary controller 12952 controls a primary process 12958, and the secondary controller 12955 controls a secondary process 12960. The output 12966 of the primary process 12958 is subtracted from the primary set point SPi by a first adder 12962. The first adder 12962 generates a single sum output signal that is applied to the primary controller 12952. The output of the primary controller 12952 is the secondary set point SP2 . The output 12968 of the secondary process 12960 is subtracted from the secondary set point 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SPi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連結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 context of controlling the displacement of the closure tube, the control system 12950 may be configured such that the primary setpoint SPi is the desired closing force value and the primary controller 12952 is configured to receive the closing force from a torque sensor coupled to the output of the closure motor to determine the motor speed of the closing motor setpoint SP2 . In other aspects, the closing force may be measured with a strain gauge, load cell, or other suitable force sensor. The closing motor speed setpoint SP2 is compared to the actual speed of the closure tube as determined by the secondary controller 12955. The actual speed of the closure tube may be measured by comparing a measurement of the closure tube displacement using a position sensor and a measurement of the elapsed time using a timer/counter. Other techniques such as a linear or rotary encoder may be used to measure the displacement of the closure tube. The output 12968 of the secondary process 12960 is the actual speed of the closure tube. This closure tube speed output 12968 is provided to a primary process 12958 which determines the force acting on the closure tube and is fed back to a summer 12962 which subtracts the measured closure force from a primary set point SP1 , which may be an upper or lower threshold. Based on the output of the summer 12962, the primary controller 12952 controls the speed and direction of the closure motor. The secondary controller 12955 controls the speed of the closure motor based on the actual speed of the closure tube as measured by the secondary process 12960 and a secondary set point SP2 which is based on a comparison of the actual firing force with the upper and lower firing force thresholds.

図45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を例示する。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。 45 illustrates a PID feedback control system 12970 according to one aspect of the disclosure. The primary controller 12952 or the secondary controller 12955, or both, may be implemented as a 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 the P element 12974, the I element 12976, and the D element 12978 are summed by a summer 12986, which provides a control variable μ(t) to a process 12980. The output of the process 12980 is a process variable y(t). The summer 12984 calculates the difference between the desired set point r(t) and the measured process variable y(t). The PID controller 12972 continuously calculates an error value e(t) (e.g., the difference between the closing force threshold and the measured closing force) as the difference between a desired set point r(t) (e.g., the closing force threshold) and a measured process variable y(t) (e.g., the speed and direction of the closing tube) and applies corrections based on the proportional, integral, and derivative terms calculated by proportional element 12974 (P), integral element 12976 (I), and derivative element 12978 (D), respectively. The PID controller 12972 attempts to minimize the error e(t) over time by adjusting the control variables μ(t) (e.g., the speed and direction of the closing 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eft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 the 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 eft is the difference between the desired and measured closing force of the closing tube. The "I" element 12976 accounts for the past value of the error. For example, if the current output is not strong enough, the integral of the error will accumulate over time and the controller will respond by applying stronger action. The "D" element 12978 accounts for the possible future trend of the error based on its current rate of change. For example, going back to the P example above, if a large positive control output succeeds in bringing the error closer to zero, it also puts the process on a path that will lead to a large negative error in the near future. In this case, the derivative will become negative and the D module will reduce the strength of the action 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 in accordance with the feedback control systems 12950, 12970. For example, the adaptive closure member velocity control algorithm described herein may measure at least two of the following parameters, among others: firing member stroke position, firing member load, cutting element displacement, cutting element velocity, closure tube stroke position, and closure tube load.

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 the ultrasonic surgical devices may be configured, for example, to transect and/or coagulate tissue during a surgical procedure. Aspects of the electrosurgical devices may be configured, for example, to transect, coagulate, scale, weld, and/or desiccate tissue during a surgical procedure.

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、周波数によって約200xのオーバーサンプリング)を使用し、既知の発生器構造に対して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、超音波トランスデューサの静電容量値、並びに駆動信号周波数値に基づき、発生器は超音波トランスデューサ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4のCO)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 high speed analog-to-digital sampling (e.g., about 200x oversampling by frequency) of the generator drive signal current and voltage along with digital signal processing, providing many advantages and benefits over known generator structures. In one aspect, for example, based on current and voltage feedback data, ultrasonic transducer capacitance values, and drive signal frequency values, the generator may determine the motional branch current of the ultrasonic transducer. This provides the benefit of a substantially tuned system, simulating the existence of a system that is tuned or resonant with any value of capacitance (e.g., CO in FIG. 4) at any frequency. Thus, control of the motional branch current may be achieved by tuning out the effect of capacitance without the need for a tuning inductor. Additionally, elimination of the tuning inductor may not degrade the frequency locking capability of the generator, since frequency locking may be achieved by suitably processing the 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 the generator drive signal current and voltage, along with digital signal processing, may also allow accurate digital filtering of the samples. For example, embodiments of the generator may use 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 to reduce asymmetric harmonic distortion and EMI induced noise in the current and voltage feedback samples. The filtered current and voltage feedback samples substantially represent the fundamental drive signal frequency, thus allowing more accurate impedance phase measurements with respect to the fundamental drive signal frequency, and improved ability of the generator to maintain resonant frequency lock. The accuracy of the impedance phase measurement may 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。特に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 may also use high speed analog-digital sampling of the generator drive signal current and voltage, along with digital signal processing, to determine actual power consumption and other quantities with high accuracy. This may enable the generator to implement many useful algorithms, such as, for example, controlling the amount of power delivered to the tissue as the tissue impedance changes, and controlling the power delivery to maintain a constant rate of tissue impedance increase. Some of these algorithms are used to determine the phase difference between the generator drive signal current and voltage signals. At resonance, the phase difference between the current signal and the voltage signal is zero. The phase changes when the ultrasonic system goes off-resonance. Various algorithms may be used to detect the phase difference and adjust the drive frequency until the ultrasonic system returns to resonance, i.e., the phase difference between the current signal and the voltage signal is zero. The phase information may also be used to estimate the condition of the ultrasonic blade. In particular, as described in more detail below, the phase changes as a function of the temperature of the ultrasonic blade. Thus, the phase information may be used to control the temperature of the ultrasonic blade. This may be done, for example, by reducing the power delivered to the ultrasonic blade when it is operating too hot and by increasing the power delivered to the ultrasonic blade when it is operating too cold.

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 may have a wide frequency range and increased output power necessary to drive both ultrasonic and electrosurgical devices. The lower voltage, higher current demands of the electrosurgical device may be met by a dedicated tap on a wideband power transformer, thus eliminating the need for a separate power amplifier and output converter. Additionally, the generator's sensing and feedback circuitry may support a large dynamic range to meet the needs of both ultrasonic and electrosurgical applications with minimal distortion.

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、可能な新たな機能性を生じる。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 may provide a simple and economical means for the generator to read from, and optionally write to, data circuitry (e.g., single-wire bus devices, such as 1-wire protocol EEPROMs known under the trade name "1-Wire") located within the instrument attached to the handpiece using an existing multi-conductor generator/handpiece cable. In this manner, the generator can read and process instrument-specific data from the instrument 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, for example, in terms of tracking instrument usage and capturing operational data. In addition, the use of frequency bands allows for backward compatibility of instruments that include 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。本開示の態様のこれらの及び他の利益は、以下の記載から明らかとなろう。 The disclosed aspects of the generator provide active elimination of leakage current caused by unintentional capacitive coupling between the generator's non-isolated circuitry and the patient-isolated circuitry. In addition to reducing patient risk, reducing leakage current may also reduce electromagnetic emissions. These and other benefits of the disclosed aspects will become apparent from the description that follows.

用語「近位」及び「遠位」は、本明細書において、ハンドピースを把持している臨床医に準拠して用いられることが理解されよう。したがって、エンドエフェクタは、より近位のハンドピースに対して遠位にある。更に、便宜及び明確さのために、「上部」及び「下部」などの空間に関する用語もまた、本明細書において、ハンドピースを握持する臨床医を基準として使用され得ることが理解される。しかしながら、外科用装置は多くの向き及び位置で使用され、これらの用語は限定的かつ絶対的であることを意図しない。 It will be understood that the terms "proximal" and "distal" are used herein with reference to a clinician gripping the handpiece. Thus, the end effector is distal to the more proximal handpiece. It will also be understood that for convenience and clarity, spatial terms such as "upper" and "lower" may also be used herein with reference to the clinician gripping the handpiece. However, surgical devices are used in many orientations and positions, and these terms are not intended to be limiting and absolute.

図46は、本開示の一態様による、左シェル半体がハンドルアセンブリ6482から取り除かれて、マルチリードハンドル端子アセンブリに通信可能に連結された装置識別子を露出させた、モジュール式ハンドヘルド超音波外科用器具6480の立面分解図である。本開示の追加の態様では、モジュール式ハンドヘルド超音波外科用器具6480に通電するためにインテリジェント又はスマート電池が用いられる。しかしながら、スマート電池は、モジュール式ハンドヘルド超音波外科用器具6480に限定されず、以下で説明されるように、互いに異なる電力要件(例えば、電流及び電圧)を有していてもいなくてもよい、種々の装置で使用することができる。本開示の一態様によるスマート電池アセンブリ6486は、電気的に連結される特定の装置を有利に識別することができる。暗号化又は非暗号化された識別方法によってこれを行う。例えば、スマート電池アセンブリ6486は、接続部分6488などの接続部分を有し得る。ハンドルアセンブリ6482はまた、マルチリードハンドル端子アセンブリ6491に通信可能に連結され、ハンドルアセンブリ6482に関する少なくとも1片の情報を通信するように動作可能な装置識別子が設けられ得る。この情報は、ハンドルアセンブリ6482が使用された回数、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484(現在、ハンドルアセンブリ6482から切断されている)が使用された回数、導波管シャフトアセンブリ6490(現在、ハンドルアセンブリ6482に接続されている)が使用された回数、現在ハンドルアセンブリ6482に接続されている導波管シャフトアセンブリ6490の種類、現在ハンドルアセンブリ6482に接続されている超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484の種類若しくは識別情報、及び/又は多くの他の特性に関連し得る。スマート電池アセンブリ6486がハンドルアセンブリ6482に挿入されると、スマート電池アセンブリ6486内の接続部分6488は、ハンドルアセンブリ6482の装置識別子と通信接触する。ハンドルアセンブリ6482は、ハードウェア、ソフトウェア、又はそれらの組み合わせを介して、スマート電池アセンブリ6486に情報を送信することができる(自己起動によるか、又はスマート電池アセンブリ6486からの要求に応答して)。この通信された識別子は、スマート電池アセンブリ6486の接続部分6488によって受信される。一態様では、一旦スマート電池アセンブリ6486が情報を受信すると、通信部分は、スマート電池アセンブリ6486の出力を制御して、装置の特定の電力要件に従うように動作可能である。 46 is an elevational exploded view of a modular handheld ultrasonic surgical instrument 6480 with the left shell half removed from the handle assembly 6482 to expose a device identifier communicatively coupled to the multi-lead handle terminal assembly according to one aspect of the present disclosure. In an additional aspect of the present disclosure, an intelligent or smart battery is used to power the modular handheld ultrasonic surgical instrument 6480. However, smart batteries are not limited to the modular handheld ultrasonic surgical instrument 6480 and can be used in a variety of devices that may or may not have different power requirements (e.g., current and voltage) as described below. The smart battery assembly 6486 according to one aspect of the present disclosure can advantageously identify the particular device to which it is electrically coupled. It does so by encrypted or non-encrypted identification methods. For example, the smart battery assembly 6486 can have a connection portion, such as a connection portion 6488. The handle assembly 6482 can also be provided with a device identifier communicatively coupled to the multi-lead handle terminal assembly 6491 and operable to communicate at least one piece of information regarding the handle assembly 6482. This information may relate to the number of times the handle assembly 6482 has been used, the number of times the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 (now disconnected from the handle assembly 6482) has been used, the number of times the waveguide shaft assembly 6490 (now connected to the handle assembly 6482) has been used, the type of waveguide shaft assembly 6490 currently connected to the handle assembly 6482, the type or identity of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 currently connected to the handle assembly 6482, and/or many other characteristics. When the smart battery assembly 6486 is inserted into the handle assembly 6482, a connection portion 6488 in the smart battery assembly 6486 is in communicative contact with the device identifier of the handle assembly 6482. The handle assembly 6482 can transmit information to the smart battery assembly 6486 via hardware, software, or a combination thereof (either by self-activation or in response to a request from the smart battery assembly 6486). This communicated identifier is received by the connection portion 6488 of the smart battery assembly 6486. In one aspect, once the smart battery assembly 6486 receives the information, the communication portion is operable to control the output of the smart battery assembly 6486 to comply with the specific power requirements of the device.

一態様では、通信部分は、別個又は単一の構成要素であり得る、プロセッサ6493及びメモリ6497を含む。プロセッサ6493は、メモリと組み合わせて、モジュール式ハンドヘルド超音波外科用器具6480のためのインテリジェントな電力管理を提供することができる。モジュール式ハンドヘルド超音波外科用器具6480などの超音波装置は、モジュール式ハンドヘルド超音波外科用器具6480に固有であり得る電力要件(周波数、電流及び電圧)を有するため、この態様は特に有利である。実際に、モジュール式ハンドヘルド超音波外科用器具6480は、外側管6494の1つの寸法又は種類に対する特定の電力要件又は制限、並びに異なる寸法、形状及び/又は構成を有する第2の種類の導波管に対する第2の異なる電力要件を有し得る。 In one aspect, the communication portion includes a processor 6493 and a memory 6497, which may be separate or a single component. The processor 6493, in combination with the memory, may provide intelligent power management for the modular handheld ultrasonic surgical instrument 6480. This aspect is particularly advantageous because an ultrasonic device such as the modular handheld ultrasonic surgical instrument 6480 has power requirements (frequency, current and voltage) that may be unique to the modular handheld ultrasonic surgical instrument 6480. Indeed, the modular handheld ultrasonic surgical instrument 6480 may have specific power requirements or limitations for one size or type of outer tube 6494, and a second, different power requirement for a second type of waveguide having a different size, shape and/or configuration.

したがって、本開示の少なくとも1つの態様によるスマート電池アセンブリ6486は、電池アセンブリがいくつかの外科用器具の間で使用されることを可能にする。スマート電池アセンブリ6486は、それが取り付けられた装置を識別することができ、またそれに従ってその出力を変更することができるため、スマート電池アセンブリ6486を利用する様々な異なる外科用器具の操作者は、自分が、使用されているエレクトロニクス装置内にどの電源を設置することを試みるかということに関して懸念する必要がなくなる。これは、複雑な外科手技の途中で、電池アセンブリが、別の外科用器具と置換又は交換される必要がある動作環境において特に有利である。 Thus, the smart battery assembly 6486 according to at least one aspect of the present disclosure allows the battery assembly to be used among several surgical instruments. Because the smart battery assembly 6486 can identify the device to which it is attached and can change its output accordingly, operators of various different surgical instruments utilizing the smart battery assembly 6486 do not need to be concerned as to which power source they are attempting to install within the electronics device being used. This is particularly advantageous in operating environments where the battery assembly needs to be replaced or swapped for another surgical instrument during a complex surgical procedure.

本開示の更なる態様では、スマート電池アセンブリ6486は、特定の装置が使用される度に記録をメモリ6497に記憶する。この記録は、装置の有用な又は許容される寿命の終了を評価するために有用であり得る。例えば、ある装置が20回使用されたら、この装置は「これ以上は信頼できない」外科用器具であると定義されるため、この装置に接続されたスマート電池アセンブリ6486内のこうした電池は、この装置に電力を供給することを拒否する。信頼性は、多くの因子に基づいて決定される。1つの因子は摩耗であり得、これは装置が使用された又は起動された回数を含む、多くの方法で推定され得る。ある特定の使用回数後に、装置の部品は摩耗し、部品間の許容範囲を超え得る。例えば、スマート電池アセンブリ6486は、ハンドルアセンブリ6482によって受信されるボタンを押した回数を感知することができ、ボタンを押す最大回数がいつ達せられたか又は超えられたかを判定することができる。スマート電池アセンブリ6486はまた、例えば、ハンドルが例えば塩水で汚染された場合に変化し得る、ボタン機構のインピーダンスを監視することができる。 In a further aspect of the present disclosure, the smart battery assembly 6486 stores a record in the memory 6497 each time a particular device is used. This record can be useful to assess the end of the device's useful or acceptable life. For example, if a device is used 20 times, the device is defined as a "no longer reliable" surgical instrument, and such batteries in the smart battery assembly 6486 connected to the device will refuse to power the device. Reliability is determined based on many factors. One factor can be wear, which can be estimated in many ways, including the number of times the device has been used or activated. After a certain number of uses, parts of the device may wear out and exceed the tolerance between the parts. For example, the smart battery assembly 6486 can sense the number of button presses received by the handle assembly 6482 and can determine when the maximum number of button presses has been reached or exceeded. The smart battery assembly 6486 can also monitor the impedance of the button mechanism, which can change, for example, if the handle becomes contaminated with, for example, salt water.

この摩耗は、手技中に許容できない故障につながり得る。いくつかの態様では、スマート電池アセンブリ6486は、どの部品が装置内で一体に組み合わされたか、更には部品が何回の使用を経験したかを認識することができる。例えば、スマート電池アセンブリ6486が本開示によるスマート電池である場合、ユーザが複合装置の使用を試みるかなり前に、ハンドルアセンブリ6482、導波管シャフトアセンブリ6490、及び超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484を識別することができる。スマート電池アセンブリ6486内のメモリ6497は、例えば、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484が動作している時間、並びにどのように、いつ、及びどれだけの期間にわたってこれが動作しているかを記録することができる。超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484が個々の識別子を有する場合、スマート電池アセンブリ6486は、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484の使用を追跡し、一旦ハンドルアセンブリ6482又は超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484がその最大使用回数を超えると、その超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484への電力供給を拒否することができる。超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484、ハンドルアセンブリ6482、導波管シャフトアセンブリ6490、又は他の構成要素は、この情報も同様に記録するメモリチップを含むことができる。このようにして、スマート電池アセンブリ6486内の任意の数のスマート電池は、任意の数の超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484、ステープラ、血管シーラなどと共に使用することができ、依然として超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484、ステープラ、血管シーラなどの合計使用回数、若しくは合計使用時間(クロックの使用を通して)、若しくは合計作動回数など、又は充電若しくは放電サイクルを判定することができる。スマート機能は、電池アセンブリ6486の外部に存在してもよく、例えば、ハンドルアセンブリ6482、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484、及び/又はシャフトアセンブリ6490内に存在してもよい。 This wear can lead to unacceptable failures during procedures. In some aspects, the smart battery assembly 6486 can recognize which parts are combined together in the device, and even how many uses the parts have experienced. For example, if the smart battery assembly 6486 is a smart battery according to the present disclosure, it can identify the handle assembly 6482, the waveguide shaft assembly 6490, and the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 well before the user attempts to use the combined device. A memory 6497 in the smart battery assembly 6486 can record, for example, the time that the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 has been operating, as well as how, when, and for how long. If the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 has an individual identifier, the smart battery assembly 6486 can track the usage of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 and deny power to the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 once the handle assembly 6482 or ultrasonic transducer/generator assembly 6484 exceeds its maximum number of uses. The ultrasonic transducer/generator assembly 6484, handle assembly 6482, waveguide shaft assembly 6490, or other components can include a memory chip that records this information as well. In this manner, any number of smart batteries in the smart battery assembly 6486 can be used with any number of ultrasonic transducer/generator assemblies 6484, staplers, vessel sealers, etc. and still be able to determine the total number of uses, or total hours of use (through the use of a clock), or total number of operations, etc., or charge or discharge cycles of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484, stapler, vessel sealer, etc. The smart functionality may be external to the battery assembly 6486, for example, within the handle assembly 6482, the ultrasonic transducer/generator assembly 6484, and/or the shaft assembly 6490.

超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484の使用をカウントして、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484の寿命をインテリジェントに終了する時、外科用器具は、外科処置における超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484の実際の使用の完了と、例えば電池の交換又は外科処置の一時的遅延に起因する超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484の作動の瞬間的喪失とを正確に区別する。したがって、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484の起動回数を簡単にカウントするための代替として、リアルタイムクロック(RTC)回路を実装して、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484が実際にシャットダウンされた時間の量を追跡することができる。測定された時間の長さから、シャットダウンが、実際の1回の使用の終了と見なすのに十分に重大であったか、又はシャットダウンが、短すぎて1回の使用の終了と見なすことができなかったかを適切な理論により決定することができる。したがって、いくつかの用途では、この方法は、例えば、外科処置中に10回「起動」が発生すると、10回の起動は、カウンタが1回ずつ増分されることを示すはずであるとする、単純な「起動ベース」アルゴリズムよりも、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484の有用寿命をより正確に決定することができる。一般に、この内部クロッキングの種類及びシステムは、単純な「起動ベース」アルゴリズムを欺くように設計された装置の誤用を防ぎ、また正当な理由で必要とされる超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484又はスマート電池アセンブリ6486の簡単な切り離しのみが存在していた場合に、完了した使用と誤ってロギングすることを防ぐ。 When counting the use of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 and intelligently terminating the life of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484, the surgical instrument accurately distinguishes between the completion of an actual use of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 in a surgical procedure and a momentary loss of operation of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 due to, for example, a battery change or a momentary delay in the surgical procedure. Therefore, as an alternative to simply counting the number of activations of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484, a real-time clock (RTC) circuit can be implemented to track the amount of time the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 has actually been shut down. From the measured length of time, it can be determined by appropriate logic whether the shutdown was significant enough to be considered the end of an actual use or whether the shutdown was too short to be considered the end of a use. Thus, in some applications, this method may more accurately determine the useful life of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 than a simple "activation-based" algorithm, where, for example, if 10 "activations" occur during a surgical procedure, the 10 activations should indicate that a counter should be incremented by one. In general, this internal clocking type and system prevents misuse of the device designed to circumvent simple "activation-based" algorithms, and also prevents erroneous logging of completed use when there has only been a simple disconnection of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 or smart battery assembly 6486 that is legitimately required.

外科用器具6480の超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484は再利用可能であるが、一態様では、外科用器具6480が洗浄及び滅菌中に過酷な条件に曝されるため、有限の使用回数が設定される場合がある。より具体的には、電池パックは、滅菌されるように構成される。外表面に用いられる材料にかかわらず、使用される実際の材料について限られた予想寿命がある。この寿命は、例えば、ほんの数例を挙げれば、パックが実際に滅菌された時間の量、パックが製造されてからの時間、パックが再充填された回数を含み得る、様々な特性によって決定される。また、電池セル自体の寿命も有限である。本開示のソフトウェアは、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484及びスマート電池アセンブリ6486の使用回数を検証し、この使用回数が達せられたか、又は超えられたときに装置を無効にする、本発明のアルゴリズムを組み込んでいる。考えられる滅菌方法の各々における電池パック外部の分析を行うことができる。最も過酷な滅菌手技に基づいて、許可された滅菌の最大数を定義することができ、その数はスマート電池アセンブリ6486のメモリに記憶することができる。充電器が非滅菌であり、スマート電池アセンブリ6486がその充電後に使用されると想定される場合、充電カウントは、特定のパックが遭遇する滅菌の回数と等しいと定義することができる。 The ultrasonic transducer/generator assembly 6484 of the surgical instrument 6480 is reusable, but in one aspect may have a finite number of uses due to the harsh conditions the surgical instrument 6480 is exposed to during cleaning and sterilization. More specifically, the battery pack is configured to be sterilized. Regardless of the material used for the exterior surface, there is a limited expected lifespan for the actual material used. This lifespan is determined by various characteristics, which may include, for example, the amount of time the pack has actually been sterilized, the time since the pack was manufactured, and the number of times the pack has been refilled, to name just a few. The battery cells themselves also have a finite lifespan. The software of the present disclosure incorporates an algorithm of the present invention that verifies the number of uses of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 and the smart battery assembly 6486 and disables the device when this number of uses is reached or exceeded. An analysis of the battery pack exterior in each of the possible sterilization methods can be performed. Based on the most severe sterilization procedure, a maximum number of sterilizations allowed can be defined, and that number can be stored in the memory of the smart battery assembly 6486. If the charger is non-sterile and the smart battery assembly 6486 is expected to be used after it is charged, the charge count can be defined as equal to the number of sterilizations a particular pack will encounter.

一態様では、電池パック内のハードウェアを無効にして、パックがソフトウェアによって無効にされた後に、電池セルからの連続的なドレインに起因する安全性の懸念を最小化又は排除することができる。電池の内部ハードウェアが、ある特定の低電圧条件下で電池を無効にすることができない状況が存在し得る。そのような状況において、一態様では、充電器を使用して電池を「止める」ことができる。電池がその充電器に入っている間、電池マイクロコントローラはオフであるという事実に起因して、不揮発性のシステム管理バス(SMB)ベース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)を使用して、電池マイクロコントローラと充電器との間で情報を交換することができる。したがって、一連のEEPROMを使用して、電池マイクロコントローラがオフであるときでも書き込み及び読み出し可能な情報を記憶することができ、これは充電器又は他の周辺装置と情報を交換しようするときに非常に有益である。この例のEEPROMは、ほんの数例を挙げれば、少なくとも(a)電池が無効にされるべき時点の使用カウント限界(電池使用カウント)、(b)電池が経験する手技の数(電池使用カウント)及び/又は(c)電池が経験する充電の回数(充電カウント)を記憶するのに十分なメモリレジスタを含むように構成され得る。使用カウントレジスタ及び充電カウントレジスタなどのEEPROMに記憶される情報のうちのいくつかは、EEPROMの書き込み禁止部分に記憶され、ユーザが情報を変更するのを防ぐ。一態様では、使用及びカウンタは、データ破壊を検出するために対応するビット反転小レジスタと共に記憶される。 In one aspect, hardware within the battery pack can be disabled to minimize or eliminate safety concerns due to continuous drain from the battery cells after the pack has been disabled by software. There may be situations where the battery's internal hardware is unable to disable the battery under certain low voltage conditions. In such situations, in one aspect, the charger can be used to "shut down" the battery. Due to the fact that the battery microcontroller is off while the battery is in its charger, a non-volatile system management bus (SMB) based electrically erasable programmable read only memory (EEPROM) can be used to exchange information between the battery microcontroller and the charger. Thus, a series of EEPROMs can be used to store information that can be written and read even when the battery microcontroller is off, which is very beneficial when trying to exchange information with a charger or other peripheral device. The EEPROM of this example may be configured to include sufficient memory registers to store at least (a) a usage count limit (battery usage count) at which the battery should be disabled, (b) the number of procedures the battery has undergone (battery usage count), and/or (c) the number of charges the battery has undergone (charge count), just to name a few. Some of the information stored in the EEPROM, such as the usage count register and the charge count register, are stored in a write-protected portion of the EEPROM to prevent users from modifying the information. In one aspect, the usage and counters are stored with corresponding bit-reversed small registers to detect data corruption.

SMBusライン中の任意の残留電圧は、マイクロコントローラを損傷し、SMBus信号を破壊することがある。したがって、マイクロコントローラがオフの間は電池コントローラのSMBusラインが電圧を搬送しないことを保証するために、外部SMBusラインと電池マイクロコントローラ基板との間にリレーが設けられている。 Any residual voltage on the SMBus lines can damage the microcontroller and corrupt the SMBus signal. Therefore, relays are provided between the external SMBus lines and the battery microcontroller board to ensure that the battery controller's SMBus lines do not carry voltage while the microcontroller is off.

スマート電池アセンブリ6486の充電中、例えば、定電流/定電圧充電スキームを用いるときに、電池への電流の流入が漸減的に所与の閾値を下回ると、スマート電池アセンブリ6486内の電池の「充電終了」状態が決定される。この「充電終了」状態を正確に検出するために、電池マイクロコントローラ及びバック基板は、電池の充電中にパワーダウンされてオフになり、基板によって引き起こされ得、かつ漸減電流検出を干渉し得る任意の電流ドレインを低減する。更に、マイクロコントローラ及びバック基板は、充電中にパワーダウンされ、結果として生じる任意のSMBus信号の破壊を防ぐ。 During charging of the smart battery assembly 6486, for example, when using a constant current/constant voltage charging scheme, an "end of charge" state of the battery in the smart battery assembly 6486 is determined when the current flow into the battery tapers off below a given threshold. To accurately detect this "end of charge" state, the battery microcontroller and back board are powered down and turned off during charging of the battery to reduce any current drain that may be caused by the board and that may interfere with taper current detection. Additionally, the microcontroller and back board are powered down during charging to prevent any resulting corruption of the SMBus signals.

充電器に関して、一態様では、スマート電池アセンブリ6486は、正しい挿入位置以外の任意の方法で充電器に挿入されることが妨げられる。したがって、スマート電池アセンブリ6486の外部には、充電器を保持する機構が設けられている。スマート電池アセンブリ6486を充電器内に確実に保持するためのカップは、スマート電池アセンブリ6486が正しい(意図された)方法以外の任意の方法で誤って挿入されることを防ぐために、輪郭に一致する先細形状で構成される。スマート電池アセンブリ6486の存在が、充電器自体によって検出可能であり得ることが更に予想される。例えば、充電器は、電池保護回路からのSMBus伝送の存在、並びに保護基板内に位置するレジスタを検出するように構成されてもよい。そのような場合、充電器は、スマート電池アセンブリ6486が正しく着座するまで、又は充電器の所定の位置に置かれるまで、充電器のピンにおいて露出される電圧を制御することが可能になる。これは、充電器のピンにおける露出電圧が、ピン全体で電気的短絡が起こり、意図されずに充電器が充電を開始するという危険及びリスクを示すためである。 With regard to the charger, in one aspect, the smart battery assembly 6486 is prevented from being inserted into the charger in any way other than the correct insertion position. Therefore, the exterior of the smart battery assembly 6486 is provided with a mechanism for holding the charger. A cup for securely holding the smart battery assembly 6486 in the charger is configured with a tapered shape that matches the contour to prevent the smart battery assembly 6486 from being mistakenly inserted in any way other than the correct (intended) way. It is further anticipated that the presence of the smart battery assembly 6486 may be detectable by the charger itself. For example, the charger may be configured to detect the presence of SMBus transmissions from the battery protection circuit as well as resistors located in the protection board. In such a case, the charger may be able to control the voltage exposed at the charger pins until the smart battery assembly 6486 is properly seated or placed in a predetermined position in the charger. This is because the exposed voltage at the charger pins represents a danger and risk that an electrical short will occur across the pins and the charger will start charging unintentionally.

いくつかの態様では、スマート電池アセンブリ6486は、音響及び/又は視覚フィードバックを通してユーザに通信することができる。例えば、スマート電池アセンブリ6486は、LEDを事前に設定された方法で点灯させることができる。そのような場合、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484内のマイクロコントローラがLEDを制御したとしても、マイクロコントローラは、スマート電池アセンブリ6486から実行される命令を直接受信する。 In some aspects, the smart battery assembly 6486 can communicate to the user through audio and/or visual feedback. For example, the smart battery assembly 6486 can cause an LED to light up in a pre-defined manner. In such a case, even though a microcontroller in the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 controls the LED, the microcontroller receives instructions to be executed directly from the smart battery assembly 6486.

本開示のなおも更なる態様では、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484内のマイクロコントローラは、所定の期間にわたって使用されないとき、スリープモードに移行する。有利に、スリープモードのとき、マイクロコントローラのクロックスピードが低減され、電流ドレインを大幅に削減する。プロセッサは、ピンギングを継続して入力を感知するために待機するため、いくらかの電流が消費され続ける。有利に、マイクロコントローラがこの省電力スリープモードにあるとき、マイクロコントローラ及び電池コントローラは、LEDを直接制御することができる。例えば、デコーダ回路は、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484に内蔵され、通信ラインに接続され得、それにより超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484のマイクロコントローラが「オフ」又は「スリープモード」にある間、LEDは、プロセッサ6493によって独立して制御され得る。これは、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484内のマイクロコントローラを起動する必要を排除する、省電力機構である。電力は、発生器をオフにする一方で、依然としてユーザインターフェースインジケータを能動的に制御可能にすることによって保存される。 In yet a further aspect of the present disclosure, the microcontroller in the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 goes into a sleep mode when not in use for a predetermined period of time. Advantageously, when in sleep mode, the clock speed of the microcontroller is reduced, greatly reducing the current drain. The processor continues to ping and waits to sense input, so some current continues to be consumed. Advantageously, when the microcontroller is in this power saving sleep mode, the microcontroller and battery controller can directly control the LEDs. For example, a decoder circuit can be built into the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 and connected to a communication line, so that the LEDs can be independently controlled by the processor 6493 while the microcontroller of the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 is in "off" or "sleep mode". This is a power saving mechanism that eliminates the need to wake up the microcontroller in the ultrasonic transducer/generator assembly 6484. Power is conserved by turning off the generator while still allowing active control of the user interface indicators.

別の態様は、使用中でないとき、マイクロコントローラのうちの1つ又は2つ以上を減速して、電力を保存する。例えば、両方のマイクロコントローラのクロック周波数を低減して、節電することができる。同期運転を維持するために、マイクロコントローラは、ほぼ同時に発生するそれぞれのクロック周波数の変更、及び全速動作が必要とされるときの低減、次いでその後の周波数の増加の両方を調整する。例えば、アイドルモードに入ると、クロック周波数は減少し、アイドルモードを出ると、周波数は増加する。 Another aspect is to slow down one or more of the microcontrollers to conserve power when not in use. For example, the clock frequency of both microcontrollers can be reduced to save power. To maintain synchronous operation, the microcontrollers coordinate both the approximately simultaneous changes in their respective clock frequencies and the reduction when full speed operation is required, followed by a subsequent increase in frequency. For example, upon entering idle mode, the clock frequency is reduced, and upon exiting idle mode, the frequency is increased.

追加の態様では、スマート電池アセンブリ6486は、そのセル内に残存する使用可能な電力量を決定することができ、予期される手技全体を通して装置を予想どおりに動作させるのに十分な電池残量が残っていると判断した場合にのみ、取り付けられた外科用器具を動作させるようにプログラムされている。例えば、スマート電池アセンブリ6486は、外科用器具を20秒間動作させるのに十分な電力がセル内にない場合、非動作状態を維持することができる。一態様によると、スマート電池アセンブリ6486は、その最近の先行する機能、例えば外科的切断の終了時にセル内に残存する電力量を判定する。この態様では、したがって、スマート電池アセンブリ6486は、例えば、その手技の間、セルが電力不足であると判断した場合に、その後の機能が実行されるのを許可しない。代替として、スマート電池アセンブリ6486が、手技の間、その後の手技のために十分な電力があり、その閾値を下回ると判断した場合には、進行中の手技を中断せずに、それを完了させ、その後に追加の手技が発生するのを防ぐ。 In an additional aspect, the smart battery assembly 6486 can determine the amount of available power remaining in its cells and is programmed to operate the attached surgical instrument only if it determines that there is sufficient battery power remaining to operate the instrument as expected throughout the entire anticipated procedure. For example, the smart battery assembly 6486 can remain in a non-operating state if there is not enough power in the cells to operate the surgical instrument for 20 seconds. According to one aspect, the smart battery assembly 6486 determines the amount of power remaining in the cells at the end of its most recent preceding function, e.g., a surgical cut. In this aspect, the smart battery assembly 6486 thus does not allow subsequent functions to be performed if it determines that the cells are low on power during the procedure, for example. Alternatively, if the smart battery assembly 6486 determines during the procedure that there is sufficient power for the subsequent procedure and falls below that threshold, it allows the ongoing procedure to be completed without interruption and prevents additional procedures from occurring thereafter.

下記は、本開示のスマート電池アセンブリ6486を備える装置の使用を最大化させる利点を説明する。この例では、異なる装置のセットは、異なる超音波伝送導波管を有する。定義により、導波管は、それぞれの最大許容電力限界を有し得、その電力限界を超えると、導波管に過剰なストレスをかけ、最終的にそれを破断させる。導波管のセットからの1つの導波管は、本来、最小の最大電力許容範囲を有する。従来技術の電池は、インテリジェントな電池電力管理を欠いているため、従来技術の電池の出力は、装置/電池と共に使用されるように想定されているセットの最小/最も薄い/最も壊れやすい導波管に対する、最大許容電力入力の最小値によって制限されなければならない。より大きく厚い導波管がそのハンドルに後で取り付けられ、定義上、より大きな力が加えられることを可能にするにもかかわらず、これは真である。この制限はまた、最大電池電力についても真である。例えば、1つの電池が複数の装置で使用されるように設計される場合、その最大出力電力は、それが使用される装置のうちのいずれかの最低最大電力定格に制限される。そのような構成により、1つ又は2つ以上の装置又は装置構成は、電池が特定の装置の特定の制限を知らないため、電池の使用を最大化することができない。 The following describes the advantages of maximizing the use of devices with the smart battery assembly 6486 of the present disclosure. In this example, a set of different devices has different ultrasonic transmission waveguides. By definition, the waveguides may have their own maximum allowable power limit, and exceeding that power limit will overstress the waveguide and eventually cause it to break. One waveguide from a set of waveguides will inherently have the smallest maximum power allowable range. Because prior art batteries lack intelligent battery power management, the output of a prior art battery must be limited by the minimum of the maximum allowable power input for the smallest/thinnest/most fragile waveguide of the set that is intended to be used with the device/battery. This is true even though a larger, thicker waveguide may later be attached to its handle, allowing, by definition, a larger force to be applied. This limit is also true for the maximum battery power. For example, if a battery is designed to be used with multiple devices, its maximum output power is limited to the lowest maximum power rating of any of the devices with which it is used. Such a configuration may prevent one or more devices or device configurations from maximizing battery usage because the battery is unaware of the specific limitations of a particular device.

一態様では、スマート電池アセンブリ6486を用いて、上述の超音波装置の制限をインテリジェントに回避することができる。スマート電池アセンブリ6486は、1つの装置又は特定の装置構成に対して1つの出力を生成することができ、同じスマート電池アセンブリ6486は、後に第2の装置又は装置構成に対して異なる出力を生成することができる。このユニバーサルスマート電池外科システムは、空間及び時間が重要である現代の手術室にふさわしい。スマート電池パックに多くの異なる装置を動作させることによって、看護師は、これらのパックの保管、検索及び在庫を容易に管理することができる。有利に、一態様では、本開示によるスマート電池は、1つのタイプの充電ステーションを用いることができ、したがって使用の容易性及び効率性を増加させ、手術室充電機器のコストを減少させる。 In one aspect, the smart battery assembly 6486 can be used to intelligently circumvent the limitations of the ultrasound devices discussed above. The smart battery assembly 6486 can generate one output for one device or a particular device configuration, and the same smart battery assembly 6486 can later generate a different output for a second device or device configuration. This universal smart battery surgical system is suited for modern operating rooms where space and time are at a premium. By powering many different devices with a smart battery pack, nurses can easily manage the storage, retrieval, and inventory of these packs. Advantageously, in one aspect, the smart battery according to the present disclosure can use one type of charging station, thus increasing ease and efficiency of use and reducing the cost of operating room charging equipment.

加えて、電気ステープラなどの他の外科用器具は、モジュール式ハンドヘルド超音波外科用器具6480の電力要件とは異なる電力要件を有し得る。本開示の様々な態様によると、スマート電池アセンブリ6486は、一連の外科用器具のうちのいずれか1つと共に使用することができ、それが設置されている特定の装置に合わせてそれ自体の電力出力を調整するように製造され得る。一態様では、この電力調整は、スマート電池アセンブリ6486と一体であるか、又は他の方法で連結され、スマート電池アセンブリ6486によって制御される、バック、バックブースト、ブースト、又は他の構成などのスイッチモード電源のデューティサイクルを制御することによって実施される。他の態様では、スマート電池アセンブリ6486は、装置動作中にその電力出力を動的に変化させることができる。例えば、血管封止装置において、電力管理は、改善された組織封止を提供する。これらの装置では、大きな定電流値が必要となる。組織が封止されると、そのインピーダンスが変化するため、総電力出力を動的に調整する必要がある。本開示の態様は、スマート電池アセンブリ6486に可変の最大電流制限を提供する。電流制限は、用途又は装置の要件に基づいて、用途(又は装置)毎に異なり得る。 In addition, other surgical instruments, such as electric staplers, may have different power requirements than the modular handheld ultrasonic surgical instrument 6480. According to various aspects of the present disclosure, the smart battery assembly 6486 may be used with any one of a series of surgical instruments and may be manufactured to tailor its power output to the particular device in which it is installed. In one aspect, this power conditioning is accomplished by controlling the duty cycle of a switch mode power supply, such as a buck, buck-boost, boost, or other configuration, that is integral with or otherwise coupled to the smart battery assembly 6486 and controlled by the smart battery assembly 6486. In other aspects, the smart battery assembly 6486 may dynamically change its power output during device operation. For example, in vessel sealing devices, power management provides improved tissue sealing. In these devices, a large constant current value is required. As the tissue is sealed, its impedance changes, and therefore the total power output needs to be dynamically adjusted. Aspects of the present disclosure provide a variable maximum current limit for the smart battery assembly 6486. Current limits may vary from application (or device) to application (or device) based on the requirements of the application or device.

図47は、本開示の少なくとも1つの態様による、図46に示す超音波外科用器具6480のトリガ6483部分及びスイッチの詳細図である。トリガ6483は、エンドエフェクタ6492のジョー部材6495に動作可能に連結される。超音波ブレード6496は、起動スイッチ6485の作動時に、超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484によって通電される。引き続き図46を参照し、また図47も参照すると、トリガ6483及び起動スイッチ6485は、ハンドルアセンブリ6482の構成要素として示される。トリガ6483は、導波管シャフトアセンブリ6490の超音波ブレード6496と協働関係を有するエンドエフェクタ6492を起動して、エンドエフェクタジョー部材6495及び超音波ブレード6496と組織及び/又は他の物質との種々の接触を可能にする。エンドエフェクタ6492のジョー部材6495は、通常は、ジョーと超音波ブレード6496との間に配設された組織を把持又はクランプするように作用する枢動ジョーである。一態様では、可聴フィードバックが、トリガが完全に押下されるとクリックするトリガ内に提供される。雑音は、トリガが閉じながらスナップする薄い金属部品よって生成され得る。この特徴部は、可聴構成要素を、導波管に対してジョーが完全に圧縮されること、及び血管封止を達成するために十分なクランピング圧が印加されていることをユーザに通知するユーザフィードバックに追加する。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6483に連結されて、ユーザによってトリガ6483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6485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6485ボタンに連結されてもよい。 47 is a detailed view of the trigger 6483 portion and switch of the ultrasonic surgical instrument 6480 shown in FIG. 46, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. The trigger 6483 is operably coupled to a jaw member 6495 of an end effector 6492. The ultrasonic blade 6496 is energized by the ultrasonic transducer/generator assembly 6484 upon actuation of an activation switch 6485. With continued reference to FIG. 46 and also with reference to FIG. 47, the trigger 6483 and activation switch 6485 are shown as components of the handle assembly 6482. The trigger 6483 activates the end effector 6492 in a cooperative relationship with the ultrasonic blade 6496 of the waveguide shaft assembly 6490 to allow various contacts of the end effector jaw member 6495 and ultrasonic blade 6496 with tissue and/or other material. The jaw member 6495 of the end effector 6492 is typically a pivoting jaw that acts to grasp or clamp tissue disposed between the jaw and the ultrasonic blade 6496. In one aspect, audible feedback is provided in the trigger that clicks when the trigger is fully depressed. The noise can be generated by a thin metal part that snaps as the trigger closes. This feature adds an audible component to the user feedback that notifies the user that the jaws are fully compressed against the waveguide and that sufficient clamping pressure has been applied to achieve a vessel seal. In another aspect, a force sensor, such as a strain gauge or pressure sensor, can be coupled to the trigger 6483 to measure the force applied to the trigger 6483 by the user. In another aspect, a force sensor, such as a strain gauge or pressure sensor, can be coupled to the switch 6485 button such that the displacement magnitude corresponds to the force applied to the switch 6485 button by the user.

起動スイッチ6485は、押下されると、モジュール式ハンドヘルド超音波外科用器具6480を超音波動作モードにして、導波管シャフトアセンブリ6490に超音波運動を生じさせる。一態様では、起動スイッチ6485の押下により、スイッチ内の電気接点が閉じ、それによってスマート電池アセンブリ6486と超音波トランスデューサ/発生器アセンブリ6484との間の回路が完了し、前述のように、超音波トランスデューサに電力が印加される。別の態様では、起動スイッチ6485の押下は、スマート電池アセンブリ6486への電気接点を閉じる。当然のことながら、回路内の電気接点を閉じることに関する説明は、ここでは、スイッチ動作に関する単なる例示の一般的な説明である。スイッチから情報を受信し、その情報に基づいて対応する回路反応を指向する開放接点又はプロセッサ制御された電力送達を含むことができる代替的な態様が多く存在する。 When depressed, the activation switch 6485 places the modular handheld ultrasonic surgical instrument 6480 in an ultrasonic operating mode to produce ultrasonic motion in the waveguide shaft assembly 6490. In one aspect, depression of the activation switch 6485 closes electrical contacts in the switch, thereby completing a circuit between the smart battery assembly 6486 and the ultrasonic transducer/generator assembly 6484, and applying power to the ultrasonic transducer as described above. In another aspect, depression of the activation switch 6485 closes electrical contacts to the smart battery assembly 6486. It should be understood that the description of closing electrical contacts in a circuit herein is merely an exemplary general description of switch operation. There are many alternative aspects that can include open contacts or processor-controlled power delivery that receives information from the switch and directs a corresponding circuit response based on that information.

図48は、本開示の少なくとも1つの態様による、開放位置にあるジョー部材6495を備える遠位端からの、エンドエフェクタ6492の断片的な拡大斜視図である。図48を参照すると、導波管シャフトアセンブリ6490の遠位端6498の斜視部分図を示す。導波管シャフトアセンブリ6490は、導波管の一部を包囲する外側管6494を含む。導波管6499の超音波ブレード6496部分は、外側管6494の遠位端6498から突出している。これは、医療処置中に組織に接触し、その超音波エネルギーを組織に転送する超音波ブレード6496部分である。導波管シャフトアセンブリ6490はまた、外側管6494及び内側管(この図では見えない)に連結されたジョー部材6495を含む。ジョー部材6495は、内側管及び外側管、並びに導波管6499の超音波ブレード6496部分と共に、エンドエフェクタ6492と称され得る。下記で説明されるように、外側管6494及び図示されていない内側管は、互いに対して長手方向に摺動する。外側管6494と図示されていない内側管との相対移動が生じると、ジョー部材6495は、枢動点上で旋回し、それによりジョー部材6495を開閉させる。閉じたときに、ジョー部材6495は、ジョー部材6495と超音波ブレード6496との間に位置する組織に挟持力を与え、正の効率的なブレードと組織との接触を確実にする。 FIG. 48 is a fragmentary, close-up perspective view of an end effector 6492 from a distal end with a jaw member 6495 in an open position, according to at least one aspect of the present disclosure. Referring to FIG. 48, a perspective partial view of a distal end 6498 of a waveguide shaft assembly 6490 is shown. The waveguide shaft assembly 6490 includes an outer tube 6494 that surrounds a portion of the waveguide. An ultrasonic blade 6496 portion of the waveguide 6499 protrudes from the distal end 6498 of the outer tube 6494. It is the ultrasonic blade 6496 portion that contacts and transfers ultrasonic energy to tissue during a medical procedure. The waveguide shaft assembly 6490 also includes a jaw member 6495 coupled to the outer tube 6494 and an inner tube (not visible in this view). The jaw member 6495, together with the inner and outer tubes and the ultrasonic blade 6496 portion of the waveguide 6499, may be referred to as an end effector 6492. As described below, the outer tube 6494 and the inner tube (not shown) slide longitudinally relative to one another. Relative movement between the outer tube 6494 and the inner tube (not shown) causes the jaw members 6495 to pivot on a pivot point, thereby opening and closing the jaw members 6495. When closed, the jaw members 6495 exert a clamping force on tissue located between the jaw members 6495 and the ultrasonic blade 6496, ensuring positive and efficient blade-to-tissue contact.

図49は、本開示の少なくとも1つの態様による、独立して動作する複数の回路セグメント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連結される。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。 49 is a system diagram 7400 of a segmented circuit 7401 comprising multiple circuit segments 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440 operating independently, according to at least one aspect of the present disclosure. The circuit segments of the multiple circuit segments of the segmented circuit 7401 include one or more circuits and one or more sets of machine-executable instructions stored in one or more memory devices. The one or more circuits of the circuit segments are coupled for electrical communication through one or more wired or wireless connection media. The multiple circuit segments are configured to transition between three modes, including a sleep mode, a standby mode, and an 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 embodiment shown, the circuit segments 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440 start in a standby mode first, transition to a sleep mode second, and transition to an operational mode third. However, in other embodiments, the circuit segments can transition from any one of the three modes to any other one of the three modes. For example, the circuit segments can transition directly from the standby mode to the operational mode. Individual circuit segments can be placed in specific states by the voltage control circuitry 7408 based on the processor's execution of machine-executable instructions. These states include an unpowered state, a low energy state, and a powered state. The unpowered state corresponds to a sleep mode, the low energy state corresponds to a standby mode, and the powered state corresponds to an operational mode. The transition to the low energy state can be achieved, for example, by 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 mode or standby mode to an operational mode according to a power-on sequence. The plurality of circuit segments can also transition from an operational mode to a standby mode or sleep mode according to a de-energization sequence. The power-on sequence and the de-energization sequence may be different. In some aspects, the power-on 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49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を含む、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 the system diagram 7400 of FIG. 49, the segmented circuit 7401 comprises a plurality of circuit segments including a transition circuit segment 7402, a processor circuit segment 7414, a handle circuit segment 7416, a communication circuit segment 7420, a display circuit segment 7424, a motor control circuit segment 7428, an energy treatment circuit segment 7434, and a shaft circuit segment 7440. The transition circuit segment comprises a wake-up circuit 7404, a boost current circuit 7406, a voltage control circuit 7408, a safety controller 7410, and a POST controller 7412. The 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を含む。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, the wake-up circuit 7404 includes an accelerometer button sensor 7405. In an aspect, the transition circuit segment 7402 is configured to be in an energized state, while other circuit segments of the multiple circuit segments of the segmented circuit 7401 are configured to be in a low energy state, a non-energized state, or an energized state. The accelerometer button sensor 7405 may monitor movement or acceleration of the surgical instrument 6480 described herein. For example, the movement may be a change in orientation or a rotation of the surgical instrument. The surgical instrument may be moved in any direction relative to the three-dimensional Euclidean space, for example, by a user of the surgical instrument. When the accelerometer button sensor 7405 senses the movement or acceleration, the accelerometer button sensor 7405 sends a signal to the voltage control circuit 7408, causing the voltage control circuit 7408 to apply a voltage to the processor circuit segment 7414, transitioning the processor and volatile memory to an energized state. In an aspect, the processor and volatile memory are in an energized state before the voltage control circuit 7409 applies a voltage to the processor and volatile memory. In the operational mode, the processor can initiate a power-on sequence or a power-off sequence. In various aspects, the accelerometer button sensor 7405 can also send a signal to the processor to cause the processor to initiate a power-on sequence or a power-off sequence. In some aspects, the processor initiates a power-on sequence when a majority of the individual circuit segments are in a low energy or power-off state. In other aspects, the processor initiates a power-off sequence when a majority of the individual circuit segments are in a power-on state.

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 an external movement within a predetermined vicinity of the surgical instrument. For example, the accelerometer button sensor 7405 can sense a user of the surgical instrument 6480 described herein moving the user's hand within a predetermined vicinity. When the accelerometer button sensor 7405 senses this external movement, the accelerometer button sensor 7405 can send a signal to the voltage control circuit 7408 and send a signal to the processor, as described above. After receiving the sent signal, the processor can initiate a power-on sequence or a power-off sequence 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 an operational mode. In some aspects, the accelerometer button sensor 7405 can sense when the surgical instrument is dropped and send a signal to the processor based on the detected drop. For example, the signal can indicate an error in the operation of an individual circuit segment. The one or more sensors can sense damage or malfunction of the affected individual circuit segments. Based on the sensed damage or malfunction, the POST controller 7412 can perform a 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てもよい。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。 The energizing or de-energizing sequence may be defined based on the accelerometer button sensor 7405. For example, the accelerometer button sensor 7405 may sense a particular motion or sequence of motions indicative of a selection of a particular circuit segment of the plurality of circuit segments. Based on the sensed motion or sequence of sensed motions, the accelerometer button sensor 7405 may transmit a signal to the processor including an indication of one or more circuit segments of the plurality of circuit segments when the processor is in an energized state. Based on the signal, the processor determines an energizing sequence including the selected one or more circuit segments. Additionally or alternatively, a user of the surgical instrument 6480 described herein may select the number and order of the circuit segments to define an energizing or de-energizing sequence based on interaction with a graphical user interface (GUI) of the surgical instrument.

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 can signal the voltage control circuit 7408 and send a signal to the processor only when the accelerometer button sensor 7405 detects movement of the surgical instrument 6480 described herein or external movement within a predetermined vicinity that exceeds a predetermined threshold. For example, a signal can be sent only if movement is sensed for more than 5 seconds or if the surgical instrument is moved more than 5 inches. In other aspects, the accelerometer button sensor 7405 can signal the voltage control circuit 7408 and send a signal to the processor only when the accelerometer button sensor 7405 detects vibration movement of the surgical instrument. The predetermined threshold reduces inadvertent transitions of the circuit segments of the surgical instrument. As previously mentioned, the transitions can include transitions to an operating mode following a power-on sequence, transitions to a low energy mode following a power-off sequence, or transitions to a sleep mode following a power-off sequence. In some aspects, the surgical instrument includes an actuator that can be actuated by a user of the surgical instrument. This actuation is sensed by the accelerometer button sensor 7405. The actuator may be a slider, a toggle switch, or a momentary contact switch. Based on the sensed actuation, the accelerometer button sensor 7405 can send a signal to the voltage control circuitry 7408 and to the processor.

ブースト電流回路7406は、電池に連結されている。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。 The boost current circuit 7406 is coupled to the battery. The boost current circuit 7406 is a current amplifier, such as a relay or transistor, configured to amplify the magnitude of the current of the individual circuit segments. The initial magnitude of the current corresponds to the power supply voltage provided by the battery to the segmented circuit 7401. 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 the current corresponding to the 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 the motor control circuit segment 7428 can be provided when the motor of the surgical instrument requires more input power. The increase in current provided to the 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 can correspond to a voltage provided by an additional voltage source operating in conjunction with the battery.

電圧制御回路7408は電池に連結されている。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。 The voltage control circuit 7408 is coupled to the battery. The voltage control circuit 7408 is configured to provide or remove a voltage to the multiple circuit segments. The voltage control circuit 7408 is also configured to increase or decrease the voltage provided to the multiple circuit segments of the segmented circuit 7401. In various aspects, the voltage control circuit 7408 comprises a combinational logic circuit, such as a multiplexer (MUX) that selects an input, a plurality of electronic switches, and a plurality of voltage converters. The 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 the respective 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. The combinational logic circuit is configured to select the individual electronic switches to switch to an open configuration to allow application of a voltage to the corresponding circuit segment. The combinational logic circuit is also configured to select the individual electronic switches to switch to a closed configuration to allow removal of a voltage from the corresponding circuit segment. By selecting the individual electronic switches, the combinational logic circuit can implement a de-energized or energized sequence. The voltage converters can provide step-up or step-down voltages to the circuit segments. The voltage control circuit 7408 may also include a microprocessor and a 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どう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。 The safety controller 7410 is configured to perform safety checks on the circuit segments. In some aspects, the safety controller 7410 performs safety checks when one or more individual circuit segments are in an operational mode. The safety checks may be performed to determine whether there are any errors or defects in the function or operation of the circuit segments. The safety controller 7410 may monitor one or more parameters of the multiple circuit segments. The safety controller 7410 may verify the identity and operation of the multiple circuit segments by comparing one or more parameters to predefined parameters. For example, when an RF energy modality is selected, the safety controller 7410 may verify that the shaft articulation parameters match predefined articulation parameters to verify the operation of the RF energy modality of the surgical instrument 6480 described herein. In some aspects, the safety controller 7410 may monitor, via a sensor, a predefined relationship between one or more characteristics of the surgical instrument to detect a fault. A fault may occur when one or more characteristics do not match the predefined relationship. When the safety controller 7410 determines that a fault exists, an error exists, or the operation of a portion of the multiple circuit segments has not been verified, the safety controller 7410 prevents or disables operation of the particular circuit segment in which the fault, error, or verification failure 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によって発生し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発生させることができる。 The POST controller 7412 performs a POST to verify the proper operation of the plurality of circuit segments. In some aspects, the POST is performed on each of the plurality of circuit segments before the voltage control circuit 7408 applies voltage to the individual circuit segments to transition the individual circuit segments from a standby mode or a sleep mode to an operational mode. If the individual circuit segments do not pass the POST, the particular circuit segment does not transition from a standby mode or a sleep mode to an operational mode. The POST of the handle circuit segment 7416 may include, for example, testing whether the handle control sensor 7418 senses actuation of a handle control of the surgical instrument 6480 described herein. In some aspects, the POST controller 7412 may send a signal to the accelerometer button sensor 7405 to verify the operation of the individual circuit segments as part of the POST. For example, after receiving a signal, the accelerometer button sensor 7405 may prompt the user of the surgical instrument to move the surgical instrument to a plurality of different positions to verify the operation of the surgical instrument. The accelerometer button sensor 7405 may also monitor the output of a circuit segment or the circuitry of a circuit segment as part of the POST. For example, the accelerometer button sensor 7405 may sense incremental motor pulses generated by the motor 7432 to verify operation. A motor controller in the motor control circuitry 7430 may be used to control the 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 an additional accelerometer button sensor. The POST controller 7412 may also execute a control program stored in the memory device of the voltage control circuit 7408. The control program may cause the POST controller 7412 to send a signal requesting matching encryption parameters from multiple circuit segments. Failure to receive matching encryption parameters from an individual circuit segment indicates to the POST controller 7412 that the corresponding circuit segment is damaged or malfunctioning. In some aspects, if the POST controller 7412 determines that a processor is damaged or malfunctioning based on the POST, the POST controller 7412 may send a signal to one or more secondary processors to cause the one or more secondary processors to perform a limiting function that the processor cannot perform. In some aspects, if the POST controller 7412 determines that one or more circuit segments are not operating properly based on POST, the POST controller 7412 can initiate a reduced performance mode for properly operating circuit segments while locking out circuit segments that have failed POST or are not operating properly. The locked-out circuit segments can function similarly to circuit segments in a standby 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。 The processor circuit 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, causing the voltage control circuit 7408 to apply voltage to 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, causing the voltage control circuit 7408 to remove voltage from the circuit segments or a subset of the circuit segments according to the de-energization sequence.

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/又は任意の他の好適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。 The handle circuit segment 7416 includes a handle control sensor 7418. The handle control sensor 7418 may sense actuation of one or more handle controls of the surgical instrument 6480 described herein. In various aspects, the one or more handle controls include a clamp control, a release button, an articulation switch, an energy activation button, and/or any other suitable handle control. A user may activate the energy activation button to select an RF energy mode, an ultrasonic energy mode, or a combination of an RF energy mode and an ultrasonic energy mode. The handle control sensor 7418 may also facilitate attachment of the modular handle to the surgical instrument. For example, the handle control sensor 7418 may sense proper attachment of the modular handle to the surgical instrument and indicate the sensed attachment to a user of the surgical instrument. The LCD display 7426 may provide a graphical representation of the sensed attachment. In some aspects, the handle control sensor 7418 senses actuation of one or more handle controls. Based on the sensed actuation, the processor may initiate either an energizing sequence or a de-energizing 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含む。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トランスデューサは、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。 The communication circuit segment 7420 includes a communication circuit 7422. The communication circuit 7422 includes a communication interface for facilitating signal communication between individual circuit segments of the plurality of circuit segments. In some aspects, the communication circuit 7422 provides a path for modular components of the surgical instrument 6480 described herein to communicate electrically. For example, when the modular shaft and modular transducer are integrally attached to the handle of the surgical instrument, a control program can be uploaded to the handle via the communication circuit 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(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。 The display circuit segment 7424 includes an LCD display 7426. The LCD display 7426 can include a liquid crystal display screen, an LED indicator, 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 in the surgical instrument 6480 described herein. For example, the display may be located on the handle of the surgical instrument.

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。 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 comprise 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に連結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連結されている。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。 The motor control circuit segment 7428 includes a motor control circuit 7430 coupled to a motor 7432. The motor 7432 is coupled to the processor by a driver and a transistor, such as a FET. In various aspects, the motor control circuit 7430 includes a motor current sensor in signal communication with the processor and provides a signal to the processor indicative of a measurement of the motor's current draw. The processor transmits the signal to a display. The display receives the signal and displays the measurement of the motor's current draw. The processor can use the signal to, for example, monitor that the motor's current draw is within an acceptable range, compare the current draw to one or more parameters of the multiple circuit segments, and determine one or more parameters of the patient treatment site. In various aspects, the motor control circuit 7430 includes a motor controller that controls the operation of the motor. For example, the motor control circuit 7430 controls various motor parameters, such as by adjusting the speed, torque, and acceleration of the motor 7432. The adjustments are made based on the current through the motor 7432 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によって発生す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どう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、トランスデューサを作動させて、トランスデューサ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, the motor control circuitry 7430 includes a force sensor that measures the force and torque generated by the motor 7432. The motor 7432 is configured to actuate the mechanism of the surgical instrument 6480 described herein. For example, the motor 7432 is configured to control the actuation of the shaft of the surgical instrument to achieve clamping, rotating, and articulation functions. For example, the motor 7432 can actuate the shaft to achieve clamping with the jaws of the surgical instrument. The motor controller can determine whether the material clamped by the jaws is tissue or metal. The motor controller can also determine the extent 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 the derivative of the sensed motor current or motor voltage. In some aspects, the motor 7432 is configured to actuate the transducer to cause the transducer to apply a torque to the handle or control the articulation of the surgical instrument. The 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 motor's current draw.

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信号を発生させ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、超音波信号を発生させ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。 The energy treatment circuit segment 7434 includes an RF amplifier and safety circuit 7436 and an ultrasonic signal generator circuit 7438 to implement the energy module functions of the 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 an RF signal. The ultrasonic signal generator circuit 7438 is configured to control the ultrasonic energy modality by generating an ultrasonic signal. The RF amplifier and safety circuit 7436 and the ultrasonic signal generator circuit 7438 can jointly operate to control a combined RF and ultrasonic energy modality.

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。モジュール式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。 The shaft circuit segment 7440 includes a shaft module controller 7442, a modular control actuator 7444, one or more end effector sensors 7446, and a non-volatile memory 7448. The shaft module controller 7442 is configured to control a plurality of shaft modules including a control program executed by a processor. The plurality of shaft modules implement shaft modalities such as ultrasonic, combined ultrasonic and RF, RF I-blade, and RF opposable jaw. The shaft module controller 7442 can select a shaft modality by selecting a corresponding shaft module executed by the processor. The modular 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 a force sensor, a temperature sensor, a current sensor, or a motion sensor. The one or more end effector sensors 7446 transmit data regarding one or more operations of the end effector based on the energy modality performed by the end effector. In various aspects, the energy model includes an ultrasonic energy modality, an RF energy modality, or a combination of ultrasonic and RF energy modalities. The non-volatile memory 7448 stores a shaft control program. The control program includes one or more parameters, routines, or programs specific to the shaft. In various aspects, the non-volatile memory 7448 may be a ROM, EPROM, EEPROM, or flash memory. The non-volatile memory 7448 stores a shaft module corresponding to a selected shaft of the surgical instrument 6480 described herein. The shaft module may be changed or upgraded in the non-volatile memory 7448 by the shaft module controller 7442 depending on the surgical instrument shaft used during the operation.

図50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。 50 is a schematic diagram of various components of a surgical instrument with motor control functionality circuit 7925 according to at least one aspect of the present disclosure. In various aspects, the surgical instrument 6480 described herein may include a drive mechanism 7930 configured to drive shafts and/or gear components to perform various operations associated with the surgical instrument 6480. In one aspect, the drive mechanism 7930 includes a rotational drive train 7932 configured to rotate, for example, the end effector about a longitudinal axis relative to the handle housing. The drive mechanism 7930 further includes a closure drive train 7934 configured to close the jaw members to grasp tissue with the end effector. Additionally, the drive mechanism 7930 includes a firing drive train 7936 configured to open and close a clamp arm portion 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 in a handle assembly of the surgical instrument. Proximal to the selector gearbox assembly 7938 is a function selection module including a first motor 7942 that functions to selectively move gear elements within the selector gearbox assembly 7938 to selectively position one of the drive trains 7932, 7934, 7936 to engage the input drive components of an optional second motor 7944 and motor drive circuit 7946 (shown in dashed lines to indicate that the second motor 7944 and motor drive circuit 7946 are optional components).

引き続き図50を参照すると、モータ7942、7944は、モータ制御回路7946、7948にそれぞれ連結され、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、再充電可能なリードベース、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。 Continuing to refer to FIG. 50, the motors 7942, 7944 are coupled to motor control circuits 7946, 7948, respectively, which are configured to control the operation of the motors 7942, 7944, including the flow of electrical energy from a power source 7950 to the motors 7942, 7944. The power source 7950 may be a DC battery (e.g., a rechargeable lead-based, nickel-based, lithium-ion-based battery, etc.) or any other power source suitable for providing electrical energy to a surgical instrument.

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 certain examples, the controller 7952 may include a microprocessor 7954 ("processor") and one or more computer-readable media or memory units 7956 ("memory"). In certain examples, the memory 7956 can store various program instructions that, when executed, can cause the processor 7954 to perform a number of functions and/or calculations described herein. The power source 7950 can be configured to provide power to the 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。 The processor 7954 may be in communication with the motor control circuit 7946. Additionally, the memory 7956 may store program instructions that, when executed by the processor 7954 in response to the user input 7958 or the feedback element 7960, may cause the motor control circuit 7946 to stimulate the motor 7942 to generate at least one rotational motion and selectively move the gear elements in the selector gearbox assembly 7938 to selectively position one of the drive trains 7932, 7934, 7936 to engage the input drive component of the second motor 7944. Additionally, the processor 7954 may be in communication with the motor control circuit 7948. The memory 7956 may also store program instructions that, when executed by the processor 7954 in response to the user input 7958, may cause the motor control circuit 7948 to stimulate the motor 7944 to generate at least one rotational motion, for example, to drive a drive train engaged with the input drive component of the second motor 7948.

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(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。 The controller 7952 and/or other controllers of the present disclosure may be implemented using integrated and/or discrete hardware elements, software elements, and/or a combination of both. Examples of integrated hardware elements may include processors, microprocessors, microcontrollers, integrated circuits, ASICs, PLDs, DSPs, FPGAs, logic gates, registers, semiconductor elements, chips, microchips, chipsets, microcontrollers, systems on chips (SoCs), and/or single in-line packages (SIPs). 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, the controller 7952 may include a hybrid circuit comprising discrete and integrated circuit elements or components, for example, 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 a particular example, the controller 7952 and/or other controllers of the present disclosure may be, for example, an LM 4F230H5QR available from Texas Instruments. In a particular example, the Texas Instruments LM4F230H5QR is an ARM Cortex-M4F processor core including up to 40 MHz, 256 KB of on-chip memory of single-cycle flash memory or other non-volatile memory, a pre-fetch buffer to improve performance above 40 MHz, 32 KB of single-cycle SRAM, internal ROM loaded with StellarisWare® software, 2 KB of EEPROM, one or more PWM modules, one or more QEI analog, one or more 12-bit ADCs with 12 analog input channels, among other readily available characteristics. Other microcontrollers may be readily substituted for use with the present disclosure. Therefore, 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つのメモリ回路に連結される。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 may be implemented by a finite state machine including either a combinational logic circuit or a sequential logic circuit, where either the combinational logic circuit or the sequential logic circuit is coupled to at least one memory circuit. The at least one memory circuit stores the current state of the finite state machine. The combinational or sequential logic circuit is configured to subject the finite state machine to these steps. The sequential logic circuit may be synchronous or asynchronous. In other cases, one or more of the various steps described herein may be implemented by a circuit including, for example, a combination of a 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 examples, it may be advantageous to be able to assess the state of function of a surgical instrument to ensure proper function. For example, a drive mechanism configured to include various motor, drive train and/or gear components to perform various operations of a surgical instrument, as described above, may wear down over time. While this may occur through normal use, in some examples, the drive mechanism may wear out more quickly due to abuse conditions. In certain examples, the surgical instrument may be configured to perform a self-assessment to determine the state, e.g., 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, self-diagnosis can be used to determine if the surgical instrument is capable of performing its function before resterilization or if some of the components should be replaced and/or repaired. Evaluation of the drive mechanism and its components, including but not limited to the rotation drive train 7932, the closure drive train 7934, and/or the firing drive train 7936, can be accomplished in a variety of ways. The magnitude of deviation from predicted performance can be used to determine the likelihood of a sensed failure and the severity of such failure. Several metrics can be used, including periodic analysis of repeatably predictable events, peaks or drops above expected thresholds, and width of failure.

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, the characteristic waveform of one or more of a properly functioning drive mechanism or its components can be used to assess the condition of the drive mechanism or one or more of its components. One or more vibration sensors can be positioned relative to the properly functioning drive mechanism or one or more of its components to record various vibrations that occur during operation of the properly functioning drive mechanism or one or more of its components. The recorded vibrations can be used to generate a characteristic waveform. Future waveforms can be compared to the characteristic waveform to assess the condition of the drive mechanism and its components.

引き続き図50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つ以上の可聴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。 Continuing to refer to FIG. 50, the surgical instrument 7930 includes a drivetrain fault detection module 7962 configured to record and analyze one or more audible outputs of one or more of the drivetrains 7932, 7934, 7936. The processor 7954 may be in communication with or otherwise control the module 7962. As described in more detail below, the module 7962 may be embodied as a variety of means, such as a circuit, hardware, a computer program product comprising a computer-readable medium (e.g., memory 7956) that stores computer-readable program instructions executable by a processing unit (e.g., processor 7954), or some combination thereof. In some aspects, the processor 36 may include or otherwise control the module 7962.

ここで図51を参照すると、エンドエフェクタ8400は、ジョー部材8402上に位置するRFデータセンサ8406、8408a、8408bを備える。エンドエフェクタ8400は、ジョー部材8402及び超音波ブレード8404を備える。ジョー部材8402は、ジョー部材8402と超音波ブレード8404との間に位置する組織8410をクランプした状態で示されている。第1のセンサ8406は、ジョー部材8402の中央部に位置する。第2のセンサ8408a及び第3のセンサ8408bは、ジョー部材8402の外側部分に位置する。センサ8406、8408a、8408bは、ジョー部材8402に固定的に取り付けられるように構成されたフレキシブル回路8412(図52でより具体的に示す)に取り付けられるか、又は一体的に形成される。 51, the end effector 8400 includes RF data sensors 8406, 8408a, 8408b located on the jaw member 8402. The end effector 8400 includes a jaw member 8402 and an ultrasonic blade 8404. The jaw member 8402 is shown clamping tissue 8410 located between the jaw member 8402 and the ultrasonic blade 8404. The first sensor 8406 is located in a central portion of the jaw member 8402. The second sensor 8408a and the third sensor 8408b are located on an outer portion of the jaw member 8402. The sensors 8406, 8408a, 8408b are attached to or integrally formed with a flexible circuit 8412 (more specifically shown in FIG. 52) configured to be fixedly attached to the jaw member 8402.

エンドエフェクタ8400は、外科用器具のための例示的なエンドエフェクタである。センサ8406、8408a、8408bは、インターフェース回路を介して制御回路7400(図63)などの制御回路に電気的に接続されている。センサ8406、8408a、8408bは電池によって給電され、センサ8406、8408a、8408bによって生成された信号は、制御回路のアナログ及び/又はデジタル処理回路に提供される。 The end effector 8400 is an exemplary end effector for a surgical instrument. The sensors 8406, 8408a, 8408b are electrically connected to a control circuit, such as the control circuit 7400 (FIG. 63), via an interface circuit. The sensors 8406, 8408a, 8408b are battery powered, and signals generated by the sensors 8406, 8408a, 8408b are provided to analog and/or digital processing circuitry of the control circuit.

一態様では、第1のセンサ8406は、ジョー部材8402によって組織8410に加えられた垂直力F3を測定するための力センサである。第2のセンサ8408a及び第3のセンサ8408bは、組織8410にRFエネルギーを印加し、パラメータの中でもとりわけ、組織インピーダンス、下向きの力F1、横力F2、及び温度を測定するための、1つ又は2つ以上の要素を含む。電極8409a、8409bは、エネルギー源に電気的に連結され、RFエネルギーを組織8410に印加する。一態様では、第1のセンサ8406、並びに第2のセンサ8408a及び第3のセンサ8408bは、力又は単位面積当たりの力を測定するための歪みゲージである。下向きの力F1、横向きの力F2、及び垂直力F3の測定値は、力センサ8406、8408a、8408bが作用する表面積を決定することによって、容易に圧力へと変換され得ることが理解されよう。更に、本明細書に詳細に記載するように、フレキシブル回路8412は、フレキシブル回路8412の1つ又は2つ以上の層内に埋め込まれた温度センサを備えてもよい。1つ又は2つ以上の温度センサは、対称的に又は非対称的に配置されてよく、超音波駆動回路及びRF駆動回路の制御回路に組織8410の温度フィードバックを提供してもよい。 In one aspect, the first sensor 8406 is a force sensor for measuring a normal force F3 applied by the jaw member 8402 to the tissue 8410. The second sensor 8408a and the third sensor 8408b apply RF energy to the tissue 8410 and include one or more elements for measuring tissue impedance, downward force F1, lateral force F2, and temperature, among other parameters. The electrodes 8409a, 8409b are electrically coupled to an energy source and apply RF energy to the tissue 8410. In one aspect, the first sensor 8406 and the second sensor 8408a and the third sensor 8408b are strain gauges for measuring force or force per unit area. It will be appreciated that measurements of the downward force F1, lateral force F2, and normal force F3 can be readily converted to pressure by determining the surface area over which the force sensors 8406, 8408a, 8408b act. Additionally, as described in more detail herein, the flexible circuit 8412 may include a temperature sensor embedded within one or more layers of the flexible circuit 8412. The one or more temperature sensors may be symmetrically or asymmetrically positioned and may provide tissue 8410 temperature feedback to the control circuitry of the ultrasonic drive circuit and the RF drive circuit.

図52は、センサ8406、8408a、8408bがフレキシブル回路8412に取り付けられ得るか、又はフレキシブル回路8412と一体に形成され得る、図51に示すフレキシブル回路8412の一態様を示す。フレキシブル回路8412は、ジョー部材8402に固定的に取り付けられるように構成されている。図52で具体的に示すように、非対称型温度センサ8414a、8414bは、フレキシブル回路8412に取り付けられ、組織8410(図51)の温度を測定することを可能にする。 FIG. 52 illustrates one embodiment of the flexible circuit 8412 shown in FIG. 51, where the sensors 8406, 8408a, 8408b may be attached to or integrally formed with the flexible circuit 8412. The flexible circuit 8412 is configured to be fixedly attached to the jaw member 8402. As specifically shown in FIG. 52, asymmetric temperature sensors 8414a, 8414b are attached to the flexible circuit 8412, allowing for the temperature of tissue 8410 (FIG. 51) to be measured.

図53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に連結されたプロセッサ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(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の超音波トランスデューサ部分に出力周波数fを適用する。超音波トランスデューサ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。 53 is an alternative system 132000 for controlling the frequency of an ultrasonic electromechanical system 132002 and detecting its impedance, according to at least one aspect of the present disclosure. The system 132000 may be incorporated into a generator. A processor 132004 coupled to a memory 132026 programs a programmable counter 132006 to tune the output frequency f o of the ultrasonic electromechanical system 132002. The input frequency is generated by a crystal oscillator 132008 and input to a fixed counter 132010 to scale the frequency to a suitable value. The output of the fixed counter 132010 and the programmable counter 132006 is applied to a phase/frequency detector 132012. The output of the phase/frequency detector 132012 is applied to an amplifier/active filter circuit 132014 to generate a tuned voltage V t that is applied to a voltage controlled oscillator 132016 (VCO). The VCO 132016 applies an output frequency f o to the ultrasonic transducer portion of the ultrasonic electromechanical system 132002, which is shown modeled herein as an equivalent electrical circuit. The voltage and current signals applied to the ultrasonic transducer are monitored by a voltage sensor 132018 and a 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 the voltage sensor 132018 and the current sensor 13020 are applied to another phase/frequency detector 132022 to determine the phase angle between the voltage and current measured by the voltage sensor 132018 and the current sensor 13020. The output of the phase/frequency detector 132022 is applied to one channel of a high-speed analog-to-digital converter 132024 (ADC) and provided therethrough to the processor 132004. Optionally, the outputs of the voltage sensor 132018 and the current sensor 132020 may be applied to respective channels of a two-channel ADC 132024 and provided to the processor 132004 for zero crossing, FFT, or other algorithms described herein to determine the phase angle between the voltage and current signals applied to the ultrasonic electromechanical system 132002.

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 Vt proportional to the output frequency f o may be fed back to the processor 132004 via the ADC 132024. This provides the processor 132004 with a feedback signal proportional to the output frequency f o , which can be used to regulate and control the output frequency f o .

ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)
超音波エネルギー送達を伴う課題は、誤った材料又は誤った組織に適用された超音波音響が、装置障害、例えば、クランプアームパッドが燃焼するか、又は超音波ブレードが破損することをもたらし得ることである。また、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を検出し、ジョー内に追加のセンサを追加することなく、ジョーの状態を検出することが望ましい。超音波エンドエフェクタのジョー内にセンサを位置させることは、信頼性、コスト、及び複雑性の課題を提起する。
Jaw condition estimation (burn-through pads, staples, broken blades, bone in jaw, tissue in jaw)
A challenge with ultrasonic energy delivery is that ultrasonic sounds applied to the wrong material or the wrong tissue can result in device failure, e.g., the clamp arm pads burning or the ultrasonic blade breaking. It is also desirable to detect what is located in the jaws of an ultrasonic device's end effector and detect the condition of the jaws without adding additional sensors in the jaws. Locating sensors in the jaws of an ultrasonic end effector poses reliability, cost, and complexity challenges.

超音波分光スマートブレードアルゴリズム技術は、本開示の少なくとも1つの態様に従って、超音波トランスデューサブレードを駆動するように構成された超音波トランスデューサのインピーダンス The ultrasonic spectroscopy smart blade algorithm technology, in accordance with at least one aspect of the present disclosure, is an impedance of an ultrasonic transducer configured to drive an ultrasonic transducer blade.

Figure 0007480044000017
に基づいて、ジョーの状態(クランプアームパッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織、ジョーを閉鎖した状態での後方切断など)を推測するために使用されてもよい。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 0007480044000017
may be used to infer the state of the jaws (burn-through of clamp arm pads, staples, broken blade, bone in jaws, tissue in jaws, back cut with jaws closed, etc.) based on the impedance Zg (t), magnitude |Z|, and phase φ are plotted as a function of frequency f.

動的機械解析(DMA)は、動的機械的分光法又は単に機械的分光法としても知られており、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。正弦波応力を材料に印加し、材料中の歪みを測定し、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(複合信号又は従来の周波数掃引)で超音波ブレードの先端部を励起することと、得られた複素インピーダンスを各周波数で測定することと、を含む。周波数の範囲にわたる超音波トランスデューサ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論するための分類器又はモデルにおいて使用される。一態様では、本開示は、超音波装置における自動化を駆動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)の状態を判定するための技術(装置を保護する電力を無効化すること、適応型アルゴリズムを実行すること、情報を取り出すこと、組織を識別するなど)を提供する。 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 complex modulus of the material. Spectroscopy applied to ultrasonic devices involves exciting the tip of an ultrasonic blade with a sweep of frequencies (composite signal or conventional frequency sweep) and measuring the resulting complex impedance at each frequency. The complex impedance measurements of the ultrasonic transducer over a range of frequencies are used in a classifier or model to infer the properties of the ultrasonic end effector. In one aspect, the present disclosure provides a technique for determining the state of the ultrasonic end effector (clamp arm, jaws) to drive automation in the ultrasonic device (disable power to protect the device, run adaptive algorithms, extract information, identify tissue, etc.).

図54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る、エンドエフェクタの様々な異なる状態及び状況を有する、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、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る。 54 is a spectrum 132030 of an ultrasonic device having a variety of different states and conditions of the end effector where impedance Zg (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. The spectrum 132030 is plotted in three dimensional space where frequency (Hz) is plotted along the x-axis, phase (radians) is plotted along the y-axis, and magnitude (ohms) is plotted along the z-axis.

異なるジョーの咬合及び装置状態のスペクトル解析は、異なる状況及び状態に対して、周波数の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。各状態又は状況は、プロットされたときに、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状況及び状態を推測するために使用され得る。図54は、空気132032、クランプアームパッド132034、セーム132036、ステープル132038、及び破断したブレード132040のスペクトルを示す。セーム132036は、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。 Spectral analysis of different jaw occlusion and instrument conditions produces different complex impedance signature patterns (fingerprints) across a range of frequencies for different situations and conditions. Each condition or state has a different signature pattern in 3D space when plotted. These signature patterns can be used to infer the situation and state of the end effector. FIG. 54 shows the spectra of air 132032, clamp arm pad 132034, chamfer 132036, staple 132038, and broken blade 132040. Chamfer 132036 may be used to characterize different types of tissue.

スペクトル132030は、超音波トランスデューサ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、直列(掃引)又は並列(複合信号)の周波数範囲でFFTを使用して、超音波トランスデューサにわたってインピーダンス Spectra 132030 can be evaluated by applying a low power electrical signal across the ultrasound transducer to generate a non-therapeutic excitation of the ultrasound blade. The low power electrical signal is impedance measured across the ultrasound transducer using FFTs over a range of frequencies in series (swept) or parallel (composite signal).

Figure 0007480044000018
を測定するために、掃引又は複合フーリエ級数の形態で印加することができる。
Figure 0007480044000018
It can be applied in the form of a sweep or complex Fourier series to measure

新たなデータの分類方法
各特性パターンに関して、パラメトリックラインは、便宜上決定され得るように、多項式、フーリエ級数、又は任意の他の形態のパラメータ方程式を使用して訓練に使用されるデータに当てはめることができる。次いで、新たなデータ点が受信され、かつ新たなデータ点から特性パターン訓練データに適合された軌跡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。新たなデータ点の軌跡の各々(異なる状態又は状況を表す各軌跡)までの垂直距離は、点を状態又は状況に割り当てるために使用される。
How to Classify New Data For each characteristic pattern, a parametric line can be fitted to the data used for training using a polynomial, a Fourier series, or any other form of parametric equation, as may be conveniently determined. New data points are then received and classified by using the Euclidean perpendicular distance from the new data point to the trajectories that were fitted to the characteristic pattern training data. The perpendicular distance of the new data point to each of the trajectories (each trajectory representing a different state or condition) is used to assign the point to a state or condition.

訓練データ内の各点から当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測することができる。これは本質的に、当てはめられた軌跡の新たな各データ点における当てはめられた軌跡に垂直な平面内の2次元確率分布を構築する。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まれて、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、システム性能における発生した偏差を遅らせるように適合する適応的な学習分類器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 infer 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 in the fitted trajectory. New data points can then be included in the training set based on their probability of correct classification to create an adaptive learning classifier that easily detects high frequency changes in conditions but adapts to slow emerging deviations in system performance, such as dirty equipment or worn pads.

図55は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波トランスデューサインピーダンス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、3D訓練データセット(S)のセットのプロット132042のグラフ図である。3D訓練データセット(S)プロット132042は、位相(Rad)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、パラメトリックフーリエ級数が3D訓練データセット(S)に適合される、3次元空間にグラフィカルに示されている。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を発生させるために使用される)。 55 is a graphical illustration of a plot 132042 of a set of 3D training data sets (S) in which ultrasonic transducer impedance Zg (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. The 3D training data sets (S) plot 132042 is graphically shown in three-dimensional space with phase (Rad) plotted along the x-axis, frequency (Hz) plotted along the y-axis, magnitude (Ohms) plotted along the z-axis, and a parametric Fourier series is fitted to the 3D training data sets (S). A method for classifying the data is based on the 3D training data sets (S0 is used to generate the plot 132042).

3D訓練データセット(S)に当てはめられるパラメトリックフーリエ級数は、次式によって定義される: The parametric Fourier series that is fitted to the 3D training data set (S) is defined by the following equation:

Figure 0007480044000019
Figure 0007480044000019

新たな点 New points

Figure 0007480044000020
について、
Figure 0007480044000020
about,

Figure 0007480044000021
までの垂直距離は、次式によって求められる:
Figure 0007480044000021
The vertical distance to is calculated by the following formula:

Figure 0007480044000022
式中、
Figure 0007480044000022
In the formula,

Figure 0007480044000023
であるときに、
D=Dである。
Figure 0007480044000023
When
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 Using the probability distribution of D, data points that belong to group S

Figure 0007480044000024
の確率を推測することができる。
Figure 0007480044000024
The probability of can be estimated.

対照
超音波トランスデューサ/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、様々な自動化されたタスク及び安全対策を実装することができる。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測され、超音波装置の状態のユーザによりよく知らせるか、又は重要な構造体などを保護する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、「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する2018年3月8日に出願の共同所有の米国仮特許出願第62/640,417号に記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
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/blade. Similarly, the condition of the tissue located in the end effector and the temperature of the ultrasonic blade can also be inferred to some extent and used to better inform the user of the condition of the ultrasonic device or to protect critical structures, etc. Ultrasonic blade temperature control is described in commonly owned U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417, filed March 8, 2018, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," which is incorporated herein by reference in its entirety.

同様に、超音波ブレードがクランプアームパッドに接触する確立が高い(例えば、間に組織がない)場合、又は超音波ブレードが破断されたか、若しくは超音波ブレードが金属(例えば、ステープル)に接触している確立がある場合、電力送達を減少することができる。更に、ジョーが閉鎖しており、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、後方切断を解除することができる。 Similarly, power delivery can be reduced if there is a high probability that the ultrasonic blade will contact the clamp arm pad (e.g., no tissue in between), or if there is a probability that the ultrasonic blade has broken or is in contact with metal (e.g., a staple). Additionally, the rear cut can be released 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、患者のメトリック、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、様々な信頼性の不確実な測定値を考慮して生じる状態又は状況の最大の可能性を判定する。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測値を使用して実装することができる。
Integrating other data to improve classification The system can be used with other information provided by sensors, user and patient metrics, environmental factors, etc., by combining data from this process with the aforementioned data using probability functions and a Kalman filter. The Kalman filter determines the maximum likelihood of a state or situation occurring given uncertain measurements of various reliability. The information in this algorithm can be implemented using other measurements or estimates in the Kalman filter, as this method allows for the assignment of probabilities to newly classified data points.

図56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特性パターン(指紋)に基づいてジョー状況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)に基づいてジョー条件を判定する前に、データベースに、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132036、ステープル132038、破断したブレード132040を含むがこれらに限定されない様々なジョー状況、並びに様々な組織の種類及び状況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)が追加される。セームの乾燥又は湿潤、完全なバイト又は先端部は、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。基準複合インピーダンス特性パターン又は訓練データセットを発生させるために使用されるデータ点は、超音波トランスデューサに治療レベル未満の駆動信号を印加することによって取得される。前記駆動周波数を、共振未満から共振を上回るまで所定の周波数範囲にわたって掃引し、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と、を含む。次いで、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む様々な数値方法を使用して、データ点を曲線に当てはめる。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)にパラメトリックフーリエ級数を当てはめることが、本明細書に記載される。 56 is a process logic flow diagram 132044 illustrating a control program or logic configuration for determining jaw conditions based on a complex impedance characteristic pattern (fingerprint) according to at least one aspect of the present disclosure. Prior to determining jaw conditions based on a complex impedance characteristic pattern (fingerprint), a database is populated with reference complex impedance characteristic patterns or training data sets (S) that characterize various jaw conditions, including but not limited to air 132032, clamp arm pads 132034, chamfer 132036, staple 132038, broken blade 132040 as shown in FIG. 82, as well as various tissue types and conditions. Dry or wet chamfer, full bite or tip 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 are obtained by applying a subtherapeutic drive signal to the ultrasound transducer. The drive frequency is swept over a predetermined frequency range from below resonance to above resonance, measuring the complex impedance at each frequency, and recording the data points. The data points are then fitted to a curve using various numerical methods including polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations. Fitting a parametric Fourier series to the reference complex impedance characteristic pattern or training data set (S) is described herein.

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)が発生すると、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 a reference complex impedance characteristic pattern or training data set (S) is generated, the ultrasound instrument measures new data points, classifies the new points, and determines whether the new data points should be added to the reference complex impedance characteristic pattern or training data set (S).

ここで図56の論理フロー図を参照すると、一態様では、制御回路は、超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定し(132046)、ここで、複素インピーダンスは、 Now referring to the logic flow diagram of FIG. 56, in one aspect, the control circuit measures (132046) the complex impedance of the ultrasonic transducer, where the complex impedance is:

Figure 0007480044000025
として定義される。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)、かつ複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較する(132050)。制御回路は、比較解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)、かつ比較解析の結果に基づいて、エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てる(132054)。
Figure 0007480044000025
The control circuit receives 132048 the complex impedance measurement data points and compares 132050 the complex impedance measurement data points to data points in a reference complex impedance characteristic pattern. The control circuit classifies 132052 the complex impedance measurement data points based on the results of the comparative analysis, and assigns 132054 a state or status of the end effector based on the results of the comparative analysis.

一態様では、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、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発生させる。制御回路に連結された駆動回路は、初期周波数において開始し、最終周波数において終了し、かつそれらの間の複数の周波数にある非治療的駆動信号を超音波トランスデューサに印加する。制御回路は、各周波数における超音波トランスデューサ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。制御回路は、基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を発生させるために、複数のデータ点に曲線を当てはめ、ここで、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る。曲線の当てはめは、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む。 In one aspect, the control circuit receives a reference complex impedance characteristic pattern from a database or memory coupled to the processor. In one aspect, the control circuit generates the reference complex impedance characteristic pattern as follows: A drive circuit coupled to the control circuit applies a non-therapeutic drive signal to the ultrasound transducer starting at an initial frequency, ending at a final frequency, and at multiple frequencies therebetween. The control circuit measures the impedance of the ultrasound transducer at each frequency and stores a data point corresponding to each impedance measurement. The control circuit fits a curve to the multiple data points to generate 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. The curve fitting includes polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations.

一態様では、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当てはめられた軌跡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。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測する。制御回路は、新たなインピーダンス測定データ点の推測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、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、ここで、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、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)に曲線を当てはめ、ここで、Sは本明細書で定義され、確率分布は、グループSに属する新たなインピーダンス測定データ点の確率を推測するために使用される。 In one aspect, the control circuit receives a new impedance measurement data point and classifies the new impedance measurement data point using a Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data point to a locus fitted to the reference complex impedance characteristic pattern. The control circuit estimates a probability that the new impedance measurement data point will be correctly classified. The control circuit adds the new impedance measurement data point to the reference complex impedance characteristic pattern based on the estimated probability of correct classification of the new impedance measurement data point. In one aspect, the control circuit classifies the data based on a training data set (S), where the training data set (S) includes a plurality of complex impedance measurement data, and fits a curve to the training data set (S) using a parametric Fourier series, where S is defined herein, and a probability distribution is used to estimate the probability of the new impedance measurement data point belonging to group S.

モデルに基づくジョー分類器の状態
組織の種類及び状況を含む超音波装置のジョー内に位置する物質を分類することには、既存の関心が存在している。様々な態様では、高データサンプリング及び高度化パターン認識を使用して、この分類が可能であることが示され得る。このアプローチは、周波数の関数としてインピーダンスに基づくものであり、ここで、大きさ、位相、及び周波数は、3Dにプロットされ、図54及び図55、ならびに図56の論理フロー図に示されるように、パターンはリボンのように見える。本開示は、圧電トランスデューサの十分に確立されたモデルに基づく代替的なスマートブレードアルゴリズムのアプローチを提供する。
Model-Based Jaw Classifier Status There is an existing interest in classifying material located within the jaws of an ultrasound device, including tissue type and condition. In various aspects, using high data sampling and advanced pattern recognition, this classification can be shown to be possible. This approach is based on impedance as a function of frequency, where magnitude, phase, and frequency are plotted in 3D and the pattern appears as a ribbon, as shown in Figures 54 and 55, as well as the logic flow diagram in Figure 56. The present disclosure provides an alternative smart blade algorithm approach based on a well-established model of the piezoelectric transducer.

例として、等価な電気的集中パラメータモデルは、物理圧電トランスデューサの正確なモデルであることが知られている。これは、機械的共振付近の接線の、Mittag-Leffler展開に基づく。複素インピーダンス又は複素アドミッタンスが実数成分に対して虚数成分としてプロットされると、円が形成される。図57は、本開示の少なくとも1つの態様による、圧電振動子の実数成分に対する虚数成分としてプロットされた複素インピーダンスの円プロット132056である。図58は、本開示の少なくとも1つの態様による、圧電振動子の実数成分に対する虚数成分としてプロットされた複素アドミッタンスの円プロット132058である。図57及び図58に描かれている円は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、IEEE 177規格から引用した。表1~表4は、IEEE 177規格から引用され、完全性について本明細書に開示されている。 By way of example, the equivalent electrical lumped parameter model is known to be an accurate model of a physical piezoelectric transducer. It is based on a Mittag-Leffler expansion of the tangent near the mechanical resonance. When complex impedance or admittance is plotted as imaginary versus real components, a circle is formed. FIG. 57 is a circle plot 132056 of complex impedance plotted as imaginary versus real components of a piezoelectric transducer, according to at least one aspect of the present disclosure. FIG. 58 is a circle plot 132058 of complex admittance plotted as imaginary versus real components of a piezoelectric transducer, according to at least one aspect of the present disclosure. The circles depicted in FIG. 57 and FIG. 58 are taken from the IEEE 177 standard, which is incorporated herein by reference in its entirety. Tables 1-4 are taken from the IEEE 177 standard and are disclosed herein for completeness.

この円は、周波数が共振未満から共振を上回るまで掃引されるときに作成される。円を3Dに描くのではなく、円を識別し、円の半径(r)及びオフセット(a、b)を推測する。次いで、これらの値を、所与の状況について確立された値と比較する。これらの状況は、1)ジョーが全く開放していない、2)先端部の咬合、3)ジョーの完全な咬合及びステープル留めであってもよい。掃引が複数の共振を発生させる場合、各共振に対して異なる特性の円が存在する。各円は、共振が分離された場合、各円は次の円の前に描かれる。直列近似で3D曲線を当てはめるのではなく、データに円を当てはめる。半径(r)及びオフセット(a、b)は、以下に記載される様々な数学的又は数値的技術を実行するようにプログラムされたプロセッサを使用して計算することができる。これらの値は、円の画像を捕捉し、画像処理技術を使用することによって推測されてもよく、円を定義する半径(r)及びオフセット(a、b)が推測される。 The circle is created as the frequency is swept from below resonance to above resonance. Rather than drawing the circle in 3D, the circle is identified and the radius (r) and offsets (a, b) of the circle are inferred. These values are then compared to values established for the given situation. These situations may be 1) jaws not open at all, 2) tips interlocking, 3) jaws fully interlocking and stapled. If the sweep generates multiple resonances, there will be a circle of different characteristics for each resonance. Each circle is drawn before the next if the resonance is isolated. Rather than fitting a 3D curve in a serial approximation, a circle is fitted to the data. The radius (r) and offsets (a, b) can be calculated using a processor programmed to perform various mathematical or numerical techniques described below. These values may be inferred by capturing an image of the circle and using image processing techniques to infer the radius (r) and offsets (a, b) that define the circle.

図59は、以下に指定される、集中パラメータ入力及び出力のための55.5kHz超音波圧電トランスデューサの複素アドミッタンスの円プロット132060である。集中パラメータモデルの値を使用して、複素アドミッタンスを発生させた。中程度の負荷をモデルに適用した。MathCadで発生した取得されたアドミッタンス円が図59に示される。円プロット132060は、周波数が54~58kHzで掃引されるときに形成される。 Figure 59 is a circle plot 132060 of the complex admittance of a 55.5 kHz ultrasonic piezoelectric transducer for lumped parameter inputs and outputs specified below. The complex admittance was generated using values from the lumped parameter model. A moderate load was applied to the model. The resulting admittance circle generated in MathCad is shown in Figure 59. The circle plot 132060 is formed as the frequency is swept from 54 to 58 kHz.

集中パラメータ入力値は、以下のとおりである:
Co=3.0nF
Cs=8.22pF
Ls=1.0H
Rs=450Ω
The lumped parameter input values are as follows:
Co=3.0 nF
Cs=8.22 pF
Ls=1.0H
Rs=450Ω

入力に基づくモデルの出力は、以下のとおりである: The output of the model based on the inputs is:

Figure 0007480044000026
Figure 0007480044000026

出力値は、図59に示される円プロット132060をプロットするために使用される。円プロット132060は、半径(r)を有し、中心132062は、以下のとおり、原点132064からのオフセット(a、b)である。
r=1.012*10
a=1.013*10
b=-954.585
The output values are used to plot the circle plot 132060 shown in Figure 59. The circle plot 132060 has a radius (r) and a center 132062 that is offset (a, b) from the origin 132064 as follows:
r = 1.012 * 103
a = 1.013 * 103
b = -954.585

以下に指定される和算A~Eは、本開示の少なくとも1つの態様による、図59に与えられた実施例の円プロット132060プロットを推測するために必要である。円への当てはめを計算するために、いくつかのアルゴリズムが存在する。円は、その半径(r)及び原点からの中心のオフセット(a、b)によって定義される:
=(x-a)+(y-b)
The sums A-E specified below are necessary to deduce the example circle plot 132060 plot given in FIG. 59, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. There are several algorithms to calculate the circle fit. A circle is defined by its radius (r) and the offset of its center from the origin (a, b):
r2 = (x-a) 2 + (y-b) 2

修正された最小二乗法(Umbach and Jones)は、a、b、及びRのための単純な近似解が存在するという点で便利である。 The modified least squares method (Umbach and Jones) is convenient in that there exist simple approximate solutions for a, b, and R.

Figure 0007480044000027
Figure 0007480044000027

変数「a」の上のキャレット記号は、真の値の推測値を示す。A、B、C、D、及びEは、データから計算される様々な製品の和算である。これらは、本明細書では、以下のような完全性のために含まれる。 The caret symbol above the variable "a" indicates a guess at the true value. A, B, C, D, and E are sums of various products calculated from the data. They are included here for completeness as follows:

Figure 0007480044000028
Z1、iは、コンダクタンスと呼ばれる実数成分の第1のベクトルであり、
Z2、iは、サセプタンスと呼ばれる虚数成分の第2のベクトルであり、
Z3、iは、アドミッタンスが計算される周波数を表す第3のベクトルである。
Figure 0007480044000028
Z1,i is the first vector of real components called conductances,
Z2,i is a second vector of imaginary components called susceptances,
Z3,i is a third vector representing the frequencies at which the admittance is calculated.

本開示は、超音波システムのために機能し、電気外科システムが共振に依存しない場合であっても、電気外科システムに適用され得る。 The present disclosure works for ultrasonic systems and may be applied to electrosurgical systems, even if the electrosurgical system does not rely on resonance.

図60~図64は、様々な開放構成又は閉鎖構成にある、かつ負荷を有するエンドエフェクタジョーを有する超音波装置のインピーダンス/アドミッタンス円プロットを示すインピーダンス分析器から取られた画像を示す。本開示の少なくとも1つの態様に従って、実線の円プロットはインピーダンスを示し、破線の円プロットはアドミッタンスを示す。例として、インピーダンス/アドミッタンス円プロットは、超音波装置をインピーダンス分析器に接続することによって発生する。インピーダンス分析器の表示は、インピーダンス分析器のフロントパネルから選択可能であり得る複素インピーダンス及び複素アドミッタンスに設定される。初期表示は、例えば、図60に関連して以下に記載されるように、開放位置にある超音波エンドエフェクタのジョー、及び無負荷状態の超音波装置を使用して取得することができる。インピーダンス分析器のオートスケール表示機能を使用して、複素インピーダンス及びアドミッタンス円プロットの両方を発生させることができる。同じ表示は、後続の図60~図64に示されるように、異なる負荷状況を有する超音波装置の後続の実行に使用される。LabVIEWアプリケーションを使用して、データファイルをアップロードすることができる。別の技術では、表示画像は、iPhone又はAndroidのようなスマートフォンカメラなどのカメラで捕捉されてもよい。したがって、表示画像は、いくつかのキーストーン効果を含んでもよく、一般に、スクリーンに平行であるように見えなくてもよい。この技術を使用して、ディスプレイ上の円プロット線は、捕捉された画像内で歪んで見えることになる。このアプローチを使用して、超音波エンドエフェクタのジョー内に位置する材料を分類することができる。 60-64 show images taken from an impedance analyzer showing impedance/admittance circle plots of an ultrasonic device with the end effector jaws in various open or closed configurations and with a load. In accordance with at least one aspect of the present disclosure, the solid circle plots show impedance and the dashed circle plots show admittance. By way of example, the impedance/admittance circle plots are generated by connecting an ultrasonic device to the impedance analyzer. The impedance analyzer display is set to complex impedance and complex admittance, which may be selectable from the impedance analyzer front panel. An initial display may be obtained, for example, with the ultrasonic end effector jaws in the open position and the ultrasonic device in an unloaded state, as described below in connection with FIG. 60. The impedance analyzer's autoscale display feature may be used to generate both the complex impedance and admittance circle plots. The same display is used for subsequent runs of the ultrasonic device with different load conditions, as shown in subsequent FIGS. 60-64. A LabVIEW application may be used to upload data files. In another technique, the display image may be captured with a camera, such as a smartphone camera, such as an iPhone or Android. The display image may therefore contain some keystone effects and may not generally appear parallel to the screen. Using this technique, a circular plot line on the display will appear distorted in the captured image. This approach can be used to classify materials located within the jaws of an ultrasonic end effector.

複素インピーダンス及び複素アドミッタンスは、互いに相互の逆数である。両方を見ることによって新たな情報が追加されるべきではない。別の考慮事項は、複素インピーダンス又は複素アドミッタンスを使用したときに、推測値がノイズにどの程度敏感であるかを判定することを含む。 Complex impedance and complex admittance are reciprocals of each other. No new information should be added by looking at both. Another consideration involves determining how sensitive the estimate is to noise when using complex impedance or admittance.

図60~図64に示される実施例では、インピーダンス分析器は、主共振を単に捕捉する範囲で設定される。より広い範囲の周波数にわたってスキャンすることによって、より多くの共振に遭遇し、複数の円プロットが形成されてもよい。超音波トランスデューサの等価回路は、共振器の電気外科特性を定義する、連続的に接続されたインダクタンスLs、抵抗Rs、静電容量Csを有する第1の「動作」ブランチ、及び静電容量C0を有する第2の静電容量性ブランチによってモデル化することができる。以下の図60~図64に示されるインピーダンス/アドミッタンスプロットでは、等価回路の構成要素の値は以下のとおりである:
Ls=L1=1.1068H
Rs=R1=311.352Ω
Cs=C1=7.43265pF
C0=C0=3.64026nF
In the example shown in Figures 60-64, the impedance analyzer is set at a range that simply captures the dominant resonance. By scanning over a wider range of frequencies, more resonances may be encountered and multiple circle plots may be formed. The equivalent circuit of the ultrasonic transducer may be modeled by a first "operational" branch with serially connected inductance Ls, resistance Rs, capacitance Cs, and a second capacitive branch with capacitance C0 that define the electrosurgical characteristics of the resonator. In the impedance/admittance plots shown in Figures 60-64 below, the component values of the equivalent circuit are as follows:
Ls = L1 = 1.1068H
Rs = R1 = 311.352 Ω
Cs = C1 = 7.43265 pF
C0 = C0 = 3.64026 nF

超音波トランスデューサに印加される発振器電圧は500mVであり、周波数は55kHz~56kHzで掃引される。インピーダンス(Z)スケールは、200Ω/divであり、アドミッタンス(Y)スケールは、500μS/divである。インピーダンス(Z)及びアドミッタンス(Y)円プロットを特徴付けることができる値の測定値は、インピーダンスカーソル及びアドミッタンスカーソルによって示されるような円プロット上の位置で取得されてもよい。 The oscillator voltage applied to the ultrasonic transducer is 500 mV and the frequency is swept from 55 kHz to 56 kHz. The impedance (Z) scale is 200 Ω/div and the admittance (Y) scale is 500 μS/div. Measurements of values that can characterize the impedance (Z) and admittance (Y) circular plots may be taken at locations on the circular plots as indicated by the impedance and admittance cursors.

ジョーの状態:負荷がない状態で開放している
図60は、本開示の少なくとも1つの態様による、ジョーが開放しており、負荷がない状態の超音波装置の複素インピーダンス(Z)/アドミッタンス(Y)円プロット132068、132070を示す、インピーダンス分析器のグラフ表示132066であり、実線の円プロット132068が複素インピーダンスを示し、破線の円プロット132070が複素アドミッタンスを示している。超音波トランスデューサに印加される発振器電圧は500mVであり、周波数は55kHz~56kHzで掃引される。インピーダンス(Z)スケールは、200Ω/divであり、アドミッタンス(Y)スケールは、500μS/divである。複素インピーダンス(Z)及びアドミッタンス(Y)円プロット132068、132070を特徴付けることができる値の測定値は、インピーダンスカーソル132072及びアドミッタンスカーソル132074によって示されるような円プロット132068、132070上の位置で取得されてもよい。したがって、インピーダンスカーソル132072は、約55.55kHzに等しいインピーダンス円プロット132068の一部分に位置し、アドミッタンスカーソル132074は、約55.29kHzに等しいアドミッタンス円プロット132070の一部分に位置する。図60に示されように、インピーダンスカーソル132072の位置は、以下の値に対応する。
R=1.66026Ω
X=-697.309Ω
Jaw State: Open with No Load FIG. 60 is a graphical representation 132066 of an impedance analyzer showing complex impedance (Z)/admittance (Y) circle plots 132068, 132070 of an ultrasound device with jaws open and no load, in accordance with at least one aspect of the present disclosure, where the solid circle plot 132068 shows the complex impedance and the dashed circle plot 132070 shows the complex admittance. The oscillator voltage applied to the ultrasound transducer is 500 mV and the frequency is swept from 55 kHz to 56 kHz. The impedance (Z) scale is 200 Ω/div and the admittance (Y) scale is 500 μS/div. Measurements of values that can characterize the complex impedance (Z) and admittance (Y) circle plots 132068, 132070 may be taken at locations on the circle plots 132068, 132070 as indicated by the impedance cursor 132072 and the admittance cursor 132074. Thus, the impedance cursor 132072 is located on a portion of the impedance circle plot 132068 equal to approximately 55.55 kHz, and the admittance cursor 132074 is located on a portion of the admittance circle plot 132070 equal to approximately 55.29 kHz. As shown in FIG. 60, the positions of the impedance cursor 132072 correspond to the following values:
R = 1.66026 Ω
X = -697.309 Ω

式中、Rは抵抗(実数値)であり、Xはリアクタンス(虚数値)である。同様に、アドミッタンスカーソル132074の位置は、以下の値に対応する。
G=64.0322μS
B=1.63007mS
式中、Gはコンダクタンス(実数値)であり、Bはサセプタンス(虚数値)である。
where R is the resistance (real value) and X is the reactance (imaginary value). Similarly, the position of the admittance cursor 132074 corresponds to the following values:
G = 64.0322 μS
B = 1.63007 mS
where G is the conductance (real value) and B is the susceptance (imaginary value).

ジョーの状態:乾燥セーム上でクランプされている
図61は、本開示の少なくとも1つの態様による、ジョーの先端が乾燥セームでクランプされたエンドエフェクタの超音波装置の複素インピーダンス(Z)/アドミッタンス(Y)円プロット132078、132080を示すインピーダンス分析器のグラフ表示132076であり、インピーダンス円プロット132078が実線で示され、アドミッタンス円プロット132080が破線で示されている。超音波トランスデューサに印加される電圧は500mVであり、周波数は55kHz~56kHzで掃引される。インピーダンス(Z)スケールは、200Ω/divであり、アドミッタンス(Y)スケールは、500μS/divである。
61 is a graphical representation 132076 of an impedance analyzer showing complex impedance (Z)/admittance (Y) circle plots 132078, 132080 of an ultrasonic device with the jaw tips clamped on dry chamois end effector, in accordance with at least one aspect of the present disclosure, where the impedance circle plot 132078 is shown in solid line and the admittance circle plot 132080 is shown in dashed line. The voltage applied to the ultrasonic transducer is 500 mV and the frequency is swept from 55 kHz to 56 kHz. The impedance (Z) scale is 200 Ω/div and the admittance (Y) scale is 500 μS/div.

複素インピーダンス(Z)及びアドミッタンス(Y)円プロット132078、132080を特徴付けることができる値の測定値は、インピーダンスカーソル132082及びアドミッタンスカーソル132084によって示されるような円プロット132078、132080上の位置で取得されてもよい。したがって、インピーダンスカーソル132082は、約55.68 kHzに等しいインピーダンス円プロット132078の一部分に位置し、アドミッタンスカーソル132084は、約55.29kHzに等しいアドミッタンス円プロット132080の一部分に位置する。図61に示されように、インピーダンスカーソル132082の位置は、以下の値に対応する。
R=434.577Ω
X=-758.772Ω
式中、Rは抵抗(実数値)であり、Xはリアクタンス(虚数値)である。
Measurements of values that can characterize the complex impedance (Z) and admittance (Y) circle plots 132078, 132080 may be taken at locations on the circle plots 132078, 132080 as indicated by the impedance cursor 132082 and the admittance cursor 132084. Thus, the impedance cursor 132082 is located on a portion of the impedance circle plot 132078 equal to approximately 55.68 kHz, and the admittance cursor 132084 is located on a portion of the admittance circle plot 132080 equal to approximately 55.29 kHz. As shown in FIG. 61, the positions of the impedance cursor 132082 correspond to the following values:
R = 434.577 Ω
X = -758.772 Ω
where R is the resistance (real value) and X is the reactance (imaginary value).

同様に、アドミッタンスカーソル132084の位置は、以下の値に対応する。
G=85.1712μS
B=1.49569mS
式中、Gはコンダクタンス(実数値)であり、Bはサセプタンス(虚数値)である。
Similarly, the position of the admittance cursor 132084 corresponds to the following values:
G = 85.1712 μS
B = 1.49569 mS
where G is the conductance (real value) and B is the susceptance (imaginary value).

ジョーの状態:湿潤セーム上でクランプされている
図62は、本開示の少なくとも1つの態様による、ジョーの先端部が湿潤セーム上でクランプされた超音波装置の複素インピーダンス(Z)/アドミッタンス(Y)円プロット132098、132090を示すインピーダンス分析器のグラフ表示132086であり、インピーダンス円プロット132088が実線で示され、アドミッタンス円プロット132090が破線で示されている。超音波トランスデューサに印加される電圧は500mVであり、周波数は55kHz~56kHzで掃引される。インピーダンス(Z)スケールは、200Ω/divであり、アドミッタンス(Y)スケールは、500μS/divである。
62 is a graphical representation 132086 of an impedance analyzer showing complex impedance (Z)/admittance (Y) circle plots 132098, 132090 of an ultrasonic device with the jaw tips clamped on a wet chamois, in accordance with at least one aspect of the present disclosure, where the impedance circle plot 132088 is shown in solid line and the admittance circle plot 132090 is shown in dashed line. The voltage applied to the ultrasonic transducer is 500 mV and the frequency is swept from 55 kHz to 56 kHz. The impedance (Z) scale is 200 Ω/div and the admittance (Y) scale is 500 μS/div.

複素インピーダンス(Z)及び複素アドミッタンス(Y)円プロット132088、132090を特徴付けることができる値の測定値は、インピーダンスカーソル132092及びアドミッタンスカーソル132094によって示されるような円プロット132088、132090上の位置で取得されてもよい。したがって、インピーダンスカーソル132092は、約55.68 kHzに等しいインピーダンス円プロット132088の一部分に位置し、アドミッタンスカーソル132094は、約55.29kHzに等しいアドミッタンス円プロット132090の一部分に位置する。図63に示されように、インピーダンスカーソル132092は、以下の値に対応する。
R=445.259Ω
X=-750.082Ω
Measurements of values that can characterize the complex impedance (Z) and complex admittance (Y) circle plots 132088, 132090 may be taken at locations on the circle plots 132088, 132090 as indicated by the impedance cursor 132092 and the admittance cursor 132094. Thus, the impedance cursor 132092 is located on a portion of the impedance circle plot 132088 equal to approximately 55.68 kHz, and the admittance cursor 132094 is located on a portion of the admittance circle plot 132090 equal to approximately 55.29 kHz. As shown in FIG. 63, the impedance cursor 132092 corresponds to the following values:
R = 445.259 Ω
X = -750.082 Ω

式中、Rは抵抗(実数値)であり、Xはリアクタンス(虚数値)である。同様に、アドミッタンスカーソル132094は、以下の値に対応する。
G=96.2179μS
B=1.50236mS
式中、Gはコンダクタンス(実数値)であり、Bはサセプタンス(虚数値)である。
where R is the resistance (real value) and X is the reactance (imaginary value). Similarly, the admittance cursor 132094 corresponds to the following values:
G = 96.2179 μS
B = 1.50236 mS
where G is the conductance (real value) and B is the susceptance (imaginary value).

ジョーの状態:湿潤セーム上で完全にクランプされている
図63は、本開示の少なくとも1つの態様による、ジョーのが湿潤セーム上で完全にクランプされた超音波装置の複素インピーダンス(Z)/アドミッタンス(Y)円プロット132098、132100を示すインピーダンス分析器のグラフ表示132096であり、インピーダンス円プロット132098が実線で示され、アドミッタンス円プロット132100が破線で示されている。超音波トランスデューサに印加される電圧は500mVであり、周波数は55kHz~56kHzで掃引される。インピーダンス(Z)スケールは、200Ω/divであり、アドミッタンス(Y)スケールは、500μS/divである。
63 is a graphical representation 132096 of an impedance analyzer showing complex impedance (Z)/admittance (Y) circle plots 132098, 132100 of an ultrasound device with the jaws fully clamped on a wet chamois, in accordance with at least one aspect of the present disclosure, where the impedance circle plot 132098 is shown in solid line and the admittance circle plot 132100 is shown in dashed line. The voltage applied to the ultrasound transducer is 500 mV and the frequency is swept from 55 kHz to 56 kHz. The impedance (Z) scale is 200 Ω/div and the admittance (Y) scale is 500 μS/div.

インピーダンス及びアドミッタンス円プロット132098、132100を特徴付けることができる値の測定値は、インピーダンスカーソル13212及びアドミッタンスカーソル132104によって示されるような円プロット132098、1332100上の位置で取得されてもよい。したがって、インピーダンスカーソル132102は、約55.63 kHzに等しいインピーダンス円プロット132098の一部分に位置し、アドミッタンスカーソル132104は、約55.29kHzに等しいアドミッタンス円プロット132100の一部分に位置する。図63に示されるように、インピーダンスカーソル132102は、Rの値、抵抗(実数値であり、図示しない)、及びX、リアクタンス(虚数値であり、同じく図示しない)に対応する。 Measurements of values that can characterize the impedance and admittance circle plots 132098, 132100 may be taken at locations on the circle plots 132098, 1332100 as indicated by the impedance cursor 13212 and the admittance cursor 132104. Thus, the impedance cursor 132102 is located on a portion of the impedance circle plot 132098 equal to approximately 55.63 kHz, and the admittance cursor 132104 is located on a portion of the admittance circle plot 132100 equal to approximately 55.29 kHz. As shown in FIG. 63, the impedance cursor 132102 corresponds to values of R, resistance (which is a real value, not shown), and X, reactance (which is an imaginary value, also not shown).

同様に、アドミッタンスカーソル132104は、以下の値に対応する。
G=137.272μS
B=1.48481mS
式中、Gはコンダクタンス(実数値)であり、Bはサセプタンス(虚数値)である。
Similarly, the admittance cursor 132104 corresponds to the following values:
G = 137.272 μS
B = 1.48481 mS
where G is the conductance (real value) and B is the susceptance (imaginary value).

ジョーの状態:負荷がない状態で開放している
図64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)/アドミッタンス(Y)円プロットを示すインピーダンス解析器のグラフ表示132106であり、ジョーが開放しており、負荷がない状態の超音波装置の複数の共振を捕捉するために、周波数が48kHz~62kHzで掃引され、破線で示される長方形132108によって指定される領域は、実線で示されるインピーダンス円プロット132110a、132110b、132110c、及びアドミッタンス円プロット132112a、132112b、132112cを見るのを助けるためのものである。超音波トランスデューサに印加される電圧は500mVであり、周波数は48kHz~62kHzで掃引される。インピーダンス(Z)スケールは、500Ω/divであり、アドミッタンス(Y)スケールは、500μS/divである。
Jaw State: Open with No Load Fig. 64 is a graphical representation 132106 of an impedance analyzer showing impedance (Z)/admittance (Y) circle plots in accordance with at least one aspect of the present disclosure, where the frequency is swept from 48 kHz to 62 kHz to capture multiple resonances of an ultrasonic device with jaws open and no load, and the area designated by the rectangle 132108 shown in dashed lines is to aid in viewing the impedance circle plots 132110a, 132110b, 132110c and admittance circle plots 132112a, 132112b, 132112c shown in solid lines. The voltage applied to the ultrasonic transducer is 500 mV and the frequency is swept from 48 kHz to 62 kHz. The impedance (Z) scale is 500 Ω/div and the admittance (Y) scale is 500 μS/div.

インピーダンス及びアドミッタンス円プロット132110a~c、132112a~cを特徴付けることができる値の測定値は、インピーダンスカーソル132114及びアドミッタンスカーソル132116によって示されるインピーダンス及びアドミッタンス円プロット132110a~c、132112a~cの位置で取得することができる。したがって、インピーダンスカーソル132114は、約55.52 kHzに等しいインピーダンス円プロット132110a~cの一部分に位置し、アドミッタンスカーソル132116は、約59.55 kHzに等しいアドミッタンス円プロット132112a~cの一部分に位置する。図64に示されように、インピーダンスカーソル132114は、以下の値に対応する。
R=1.86163kΩ
X=-536.229Ω
Measurements of values that can characterize the impedance and admittance circle plots 132110a-c, 132112a-c can be taken at locations on the impedance and admittance circle plots 132110a-c, 132112a-c indicated by the impedance cursor 132114 and the admittance cursor 132116. Thus, the impedance cursor 132114 is located on a portion of the impedance circle plots 132110a-c equal to approximately 55.52 kHz, and the admittance cursor 132116 is located on a portion of the admittance circle plots 132112a-c equal to approximately 59.55 kHz. As shown in FIG. 64, the impedance cursor 132114 corresponds to the following values:
R = 1.86163 kΩ
X = -536.229 Ω

式中、Rは抵抗(実数値)であり、Xはリアクタンス(虚数値)である。同様に、アドミッタンスカーソル132116は、以下の値に対応する。
G=649.956μS
B=2.51975mS
式中、Gはコンダクタンス(実数値)であり、Bはサセプタンス(虚数値)である。
where R is the resistance (real value) and X is the reactance (imaginary value). Similarly, the admittance cursor 132116 corresponds to the following values:
G = 649.956 μS
B = 2.51975 mS
where G is the conductance (real value) and B is the susceptance (imaginary value).

インピーダンス分析器の掃引範囲にわたって400個のサンプルのみが存在するため、共振の周りにわずかな点しか存在しない。このため、右側の円は形が悪くなる。しかし、これは、インピーダンス分析器及び複数の共振をカバーするために使用される設定に起因するに過ぎない。 There are only 400 samples across the sweep range of the impedance analyzer, so there are only a few points around the resonance. This makes the circle on the right look misshapen. However, this is simply due to the impedance analyzer and the settings used to cover multiple resonances.

複数の共振が存在する場合、分類子を改善するためのより多くの情報が存在する。円プロット132110a~c、132112a~cの当てはめは、アルゴリズムの高速な実行を維持するために遭遇された各々について計算することができる。そのため、円を意味する複素アドミッタンスの交差が存在すると、掃引中に当てはめを計算することができる。 When multiple resonances are present, there is more information to improve the classifier. A fit of the circle plots 132110a-c, 132112a-c can be calculated for each one encountered to keep the algorithm running fast. So when there is a crossing of the complex admittances that means the circle, the fit can be calculated during the sweep.

利点としては、データ及び超音波システムのための周知のモデルに基づく、ジョー分類部が挙げられる。円のカウント及び特徴付けは、視覚システムにおいて周知である。そのため、データ処理は容易に利用可能である。例えば、円の半径及び軸のオフセットを計算するための閉鎖した形態の溶液が存在する。この技術は、比較的高速であり得る。 Advantages include a jaw classification unit based on data and well-known models for ultrasound systems. Circle counting and characterization is well-known in vision systems, so data processing is readily available. For example, closed-form solutions exist for calculating circle radii and axis offsets. This technique can be relatively fast.

表2は、圧電トランスデューサ(IEEE 177規格から)の集中パラメータモデルに使用される記号のリストである。 Table 2 lists the symbols used in the lumped parameter model of piezoelectric transducers (from the IEEE 177 standard).

Figure 0007480044000029
Figure 0007480044000029

Figure 0007480044000030
Figure 0007480044000030

表3は、伝送ネットワーク(IEEE 177規格から)の記号のリストである。 Table 3 lists symbols for transmission networks (from the IEEE 177 standard).

Figure 0007480044000031
実根を指す。無視される複素根。
Figure 0007480044000031
* Real roots. Complex roots are ignored.

表4は、様々な特性周波数(IEEE 177規格から)の解のリストである。 Table 4 lists solutions for various characteristic frequencies (from the IEEE 177 standard).

Figure 0007480044000032
実根を指す。無視される複素根
Figure 0007480044000032
* Real roots. Complex roots are ignored.

表5は、3つの分類の圧電材料の損失のリストである。 Table 5 lists the losses for three categories of piezoelectric materials.

Figure 0007480044000033
圧電振動子の様々な種類について予想される比Q/rの最小値
Figure 0007480044000033
The minimum expected ratio Qr /r for various types of piezoelectric transducers

表6は、ジョー状況、推測された変数Re、Ge、Xe、Beで表される円の複素インピーダンス/アドミッタンス、半径(re)、オフセット(ae及びbe)のリアルタイム測定に基づく円の推測されたパラメータ、並びに図60~図64に記載されるように、基準変数Rref、Gref、Xref、Brefで表される基準円の複素インピーダンス/アドミッタンス、半径(rr)、及びオフセット(ar、br)のリアルタイム測定値に基づく基準円プロットのパラメータを示している。次いで、これらの値を、所与の状況について確立された値と比較する。これらの状況は、1)ジョーに何もない状態での開放、2)先端咬合、3)ジョーの完全な咬合及びステープル留めであってもよい。超音波トランスデューサの等価回路を以下のようにモデル化し、周波数を55kHz~56kHzで掃引した。
Ls=L1=1.1068H
Rs=R1=311.352Ω
Cs=C1=7.43265pF 及び
C0=C0=3.64026nF
Table 6 shows the jaw situation, the estimated parameters of the circle based on real-time measurements of the complex impedance/admittance, radius (re), offset (ae and be) of the circle represented by the estimated variables Re, Ge, Xe, Be, and the parameters of the reference circle plot based on real-time measurements of the complex impedance/admittance, radius (rr), and offset (ar, br) of the reference circle represented by the reference variables Rref, Gref, Xref, Bref as described in Figures 60-64. These values are then compared to the established values for the given situations. These situations may be: 1) open with no jaws, 2) tip occlusion, 3) jaws fully occluded and stapled. The equivalent circuit of the ultrasonic transducer was modeled as follows and the frequency was swept from 55 kHz to 56 kHz.
Ls = L1 = 1.1068H
Rs = R1 = 311.352 Ω
Cs = C1 = 7.43265 pF and C0 = C0 = 3.64026 nF

Figure 0007480044000034
Figure 0007480044000034

使用中、超音波発生器は周波数を掃引し、測定された変数を記録し、推測値Re、Ge、Xe、Beを判定する。次いで、これらの推測値を、メモリ内に記憶されている(例えば、ルックアップテーブルに記憶されている)基準変数Rref、Gref、Xref、Brefと比較して、ジョー状況を判定する。表6に示される基準ジョー状況は、単なる例である。追加の又はより少ない基準ジョー状況を、メモリに分類及び記憶してもよい。これらの変数は、インピーダンス/アドミッタンス円の半径及びオフセットを推測するために使用することができる。 In use, the ultrasonic generator sweeps the frequency, records the measured variables, and determines the estimated values Re, Ge, Xe, Be. These estimates are then compared to reference variables Rref, Gref, Xref, Bref stored in memory (e.g., stored in a lookup table) to determine the jaw condition. The reference jaw conditions shown in Table 6 are merely examples. Additional or fewer reference jaw conditions may be classified and stored in memory. These variables can be used to estimate the radius and offset of the impedance/admittance circle.

図65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/アドミッタンス円の半径(r)及びオフセット(a、b)の推測に基づいてジョー状況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132120である。最初に、データベース又はルックアップテーブルには、図60~図64及び表6に関連して記載されるように、基準ジョー状況に基づいて基準値を追加する。基準ジョー状況を設定し、周波数を共振未満の値から共振を上回る値まで掃引する。対応するインピーダンス/アドミッタンス円プロットを定義する参照値Rref、Gref、Xref、Brefを、データベース又はルックアップテーブルに記憶する。使用中、制御プログラム又は論理構成の制御下で、発生器又は器具の制御回路は、周波数を共振未満から共振を上回るまで掃引させる(132122)。制御回路は、対応するインピーダンス/アドミッタンス円プロットを定義する変数Re、Ge、Xe、Beを測定及び記録(例えば、メモリに格納)し(132124)、データベース又はルックアップテーブルに記憶されている基準値Rref、Gref、Xref、Brefと比較する(132126)。制御回路は、比較の結果に基づいて、エンドエフェクタジョー状況を判定、例えば、推測する(132128)。 65 is a logic flow diagram 132120 of a process illustrating a control program or logic configuration for determining jaw status based on an estimate of the radius (r) and offset (a, b) of the impedance/admittance circle according to at least one aspect of the present disclosure. Initially, a database or lookup table is populated with reference values based on the reference jaw status as described in connection with FIGS. 60-64 and Table 6. The reference jaw status is set and the frequency is swept from below resonance to above resonance. The reference values Rref, Gref, Xref, Bref that define the corresponding impedance/admittance circle plot are stored in the database or lookup table. In use, under the control of the control program or logic configuration, the generator or instrument control circuitry causes the frequency to be swept from below resonance to above resonance (132122). The control circuit measures and records (e.g., stores in memory) the variables Re, Ge, Xe, and Be that define the corresponding impedance/admittance circle plot (132124) and compares them to reference values Rref, Gref, Xref, and Bref stored in a database or lookup table (132126). The control circuit determines, e.g., infers, the end effector jaw status based on the results of the comparison (132128).

「スマートブレード技術」の適用
現在の超音波及び/又は超音波/RF組織処置状況の組み合わせは、アルゴリズムの各工程に対して所定の電流レベルを有する高度な組織処置アルゴリズムを使用する。アルゴリズムの各工程に対して所定の電流レベルを有する高度な止血組織処置アルゴリズムを使用する代わりに、提案された高度な組織処置技術は、周波数温度制御システムを使用して超音波ブレードを一定の温度に駆動するために、超音波トランスデューサに送達される電流を調整する。
Application of "Smart Blade Technology" Current ultrasonic and/or combined ultrasonic/RF tissue treatment situations use advanced tissue treatment algorithms with predefined current levels for each step of the algorithm. Instead of using advanced hemostatic tissue treatment algorithms with predefined current levels for each step of the algorithm, the proposed advanced tissue treatment technology uses a frequency temperature control system to adjust the current delivered to the ultrasonic transducer to drive the ultrasonic blade to a constant temperature.

図66A~図66Bは、高度な超音波トランスデューサ電流制御止血アルゴリズムのグラフ図である。例えば、組織処置プロセスは、第1の所定期間T1の間、高い一定温度を発生させるように超音波トランスデューサ電流を駆動することによって開始されてもよい。第1の所定期間T1の終了時に、プロセスは、第2の所定期間T2の間、超音波ブレードのより低い一定温度を発生させるように超音波トランスデューサ電流を駆動する。超音波ブレードのより低い温度は、組織封止を達成するのに適していてもよいが、組織切開を達成するのに適していなくてもよい。最後に、プロセスは、超音波トランスデューサ電流を駆動して、第3の所定の期間T3の間、超音波ブレードの温度をより高い一定温度に上昇させる(増加させる)。より高い温度は、横切開を完了するのに十分高いが、クランプアームパッドの融点よりも低い。例えば、第3の所定期間T3の間のより高い超音波ブレード温度は、例えば、クランプアームパッドに一般的に使用される材料である、テフロンの融点よりも低いように選択されてもよい。 66A-66B are graphs of an advanced ultrasonic transducer current controlled hemostasis algorithm. For example, a tissue treatment process may be initiated by driving the ultrasonic transducer current to generate a high constant temperature for a first predetermined period T1. At the end of the first predetermined period T1, the process drives the ultrasonic transducer current to generate a lower constant temperature of the ultrasonic blade for a second predetermined period T2. The lower temperature of the ultrasonic blade may be suitable for achieving a tissue seal but may not be suitable for achieving a tissue incision. Finally, the process drives the ultrasonic transducer current to increase the temperature of the ultrasonic blade to a higher constant temperature for a third predetermined period T3. The higher temperature is high enough to complete the transection but below the melting point of the clamp arm pad. For example, the higher ultrasonic blade temperature during the third predetermined period T3 may be selected to be lower than the melting point of Teflon, a material commonly used for clamp arm pads.

図66A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トランスデューサに送達される最大電流のパーセントのグラフ図132130である。縦軸は、超音波トランスデューサに送達される最大電流の割合(%)を表し、横軸は、時間(秒)を表す。トランスデューサ電流の割合は、第1の期間T1の間に超音波ブレードの温度を上昇させるために、最大電流X1%の第1の割合に設定される。次いで、トランスデューサ電流の割合を、第2の期間T2にわたって、最大電流X2%の第2の割合まで低下させ、ブレード温度を、組織を封止するのに適しているが組織を横切開するのに適していない値まで低下させる。次いで、トランスデューサ電流の割合を、第3の期間T3の間、最大電流X3%の第3の割合まで上昇させて、ブレード温度を、組織を横切開するのに適しているがクランプアームパッド(例えば、テフロン)の融点よりも低い値まで上昇させる。図66Aにグラフで示されるプロセスによれば、同じ割合の超音波トランスデューサ電流プロファイルを、全ての組織の種類、負荷状況などに使用することができる。 FIG. 66A is a graphical illustration 132130 of the percentage of maximum current delivered to the ultrasonic transducer as a function of time, according to at least one aspect of the present disclosure. The vertical axis represents the percentage of maximum current delivered to the ultrasonic transducer, and the horizontal axis represents time (seconds). The transducer current percentage is set to a first percentage of maximum current X1% to raise the temperature of the ultrasonic blade during a first period T1. The transducer current percentage is then reduced to a second percentage of maximum current X2% for a second period T2 to lower the blade temperature to a value suitable for sealing tissue but not suitable for transecting tissue. The transducer current percentage is then increased to a third percentage of maximum current X3% for a third period T3 to raise the blade temperature to a value suitable for transecting tissue but below the melting point of the clamp arm pad (e.g., Teflon). The process graphically illustrated in FIG. 66A allows the same percentage ultrasound transducer current profile to be used for all tissue types, loading conditions, etc.

図66Bは、本開示の少なくとも1つの態様による、時間及び組織種類の関数としての超音波ブレード温度のグラフ図132140である。縦軸は、超音波ブレードの温度(°F)を表し、横軸は、時間(秒)を表す。この技術は、様々な厚さの組織を検出するために、インピーダンス分光法と組み合わされてもよい。例えば、超音波エンドエフェクタのジョー内に位置する厚い組織対薄い組織などが挙げられる。組織の厚さが検出されると、超音波ブレードの温度は、組織種類の範囲にわたって必要とされ得るように、異なるレベルのエネルギー送達に対応するように制御され、リアルタイムで高度な止血アルゴリズムを調整することができる。組織種類が検出又は判定されると、超音波ブレード温度を、駆動電流を超音波トランスデューサに制御することによって公称温度Tempに設定する。超音波ブレードの温度を、第1の温度Tempに設定し、第1の期間T1にわたって、組織の種類に基づいて上昇(+)又は低下(-)させてもよい。次いで、超音波ブレード温度を、第2の期間T2にわたって、第2の温度Tempまで低下させ、組織を封止するのに適しているが組織を横切開するのに適していない値まで低下させる。第2の温度Tempを、検出された組織の種類に基づいて上昇(+)又は低下(-)させてもよい。次いで、超音波ブレード温度を、第3の期間T3にわたって、第3の温度Tempまで、組織を横切開するのに適しているがクランプジョーパッド材料の融点温度TMPよりも低い値まで上昇させる。図66Bに示されるプロセスによれば、超音波ブレードの温度を、組織の種類、負荷状況などに基づいて変化させることができる。加えて、超音波ブレード温度対時間プロファイルを、期間T1~T3を変化させることによって変化させることができる。最後に、超音波ブレード温度対時間プロファイルを、超音波ブレードの温度及び期間T1~T3の両方を変化させることによって変化させることができる。 FIG. 66B is a graphical illustration 132140 of ultrasonic blade temperature as a function of time and tissue type, according to at least one aspect of the present disclosure. The vertical axis represents ultrasonic blade temperature (°F) and the horizontal axis represents time (seconds). This technique may be combined with impedance spectroscopy to detect tissues of various thicknesses, such as thick versus thin tissue located within the jaws of an ultrasonic end effector. Once the tissue thickness is detected, the temperature of the ultrasonic blade may be controlled to accommodate different levels of energy delivery as may be required across a range of tissue types, adjusting advanced hemostasis algorithms in real time. Once the tissue type is detected or determined, the ultrasonic blade temperature is set to a nominal temperature Temp 1 by controlling the drive current to the ultrasonic transducer. The temperature of the ultrasonic blade may be set to a first temperature Temp 1 and increased (+) or decreased (-) based on the tissue type over a first time period T1. The ultrasonic blade temperature is then decreased to a second temperature Temp 2 for a second period T2, a value suitable for sealing tissue but not suitable for transecting tissue. The second temperature Temp 2 may be increased (+) or decreased (-) based on the type of tissue detected. The ultrasonic blade temperature is then increased to a third temperature Temp 3 for a third period T3, a value suitable for transecting tissue but below the melting point temperature TMP of the clamp jaw pad material. According to the process shown in FIG. 66B, the temperature of the ultrasonic blade can be varied based on the type of tissue, loading conditions, etc. Additionally, the ultrasonic blade temperature versus time profile can be varied by varying the periods T1-T3. Finally, the ultrasonic blade temperature versus time profile can be varied by varying both the temperature of the ultrasonic blade and the periods T1-T3.

一実施例では、可聴の外科医のフィードバックについて、トーンを特定の温度閾値の達成に結びつけることができる。これは、組織の種類の範囲にわたって、高度な止血横切開時間及び止血における一貫性を改善する。 In one embodiment, a tone can be tied to the achievement of a specific temperature threshold for audible surgeon feedback. This improves consistency in advanced hemostatic transection times and hemostasis across a range of tissue types.

図67は、本開示の少なくとも1つの態様による、組織種類に基づいて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132150である。組織種類は、「ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しで図54~図56に、及び/又は「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57~図65に記載された技術を使用して判定する(132152)ことができ、かつ/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、Nottらによる「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載されている。このプロセスによれば、発生器又は器具内の制御回路は、超音波トランスデューサ内への駆動電流を制御することによって、組織種類を判定し、超音波ブレードの初期温度を公称温度に設定する。制御回路は、第1の期間T1にわたって組織の種類に基づいて超音波ブレードの温度を上昇させる(+)か又は低下させる(-)。次いで、制御回路は、第2の期間T2にわたって超音波ブレードの温度を第2の温度まで低下させ、組織を封止するのに適しているが組織を横切開するのに適していない値まで低下させる。制御回路は、検出された組織種類に基づいて、第2の温度を上昇させる(+)か又は低下させる(-)。制御回路は、第3の期間T3にわたって、超音波ブレードの温度を第3の温度まで上昇させ、組織を横切開するのに適しているがクランプジョーパッド材料(例えば、テフロン)の融点よりも低い値まで上昇させる。 67 is a process logic flow diagram 132150 illustrating a control program or logic configuration for controlling ultrasonic blade temperature based on tissue type, according to at least one aspect of the present disclosure. Tissue type can be determined (132152) using techniques described in FIGS. 54-56 under the heading "Jaw Condition Prediction (Pad Burn-Through, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)" and/or in FIGS. 57-65 under the heading "Model-Based Jaw Classification Condition" and/or techniques for predicting ultrasonic blade temperature described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," by Nott et al., which is incorporated herein by reference in its entirety. According to this process, a control circuit in the generator or instrument determines the tissue type by controlling the drive current into the ultrasonic transducer and sets the initial temperature of the ultrasonic blade to a nominal temperature. The control circuit increases (+) or decreases (-) the temperature of the ultrasonic blade based on the tissue type over a first period T1. The control circuit then decreases the temperature of the ultrasonic blade to a second temperature over a second period T2, suitable for sealing tissue but not suitable for transecting tissue. The control circuit increases (+) or decreases (-) the second temperature based on the detected tissue type. The control circuit increases the temperature of the ultrasonic blade to a third temperature over a third period T3, suitable for transecting tissue but below the melting point of the clamp jaw pad material (e.g., Teflon).

スマートブレード及び電力パルス
超音波剪断装置を使用した手術中、組織に送達される電力は所定のレベルに設定される。この所定のレベルを使用して、横切開処置を通じて組織を横切開する。特定の組織は、送達される電力が横切開手順全体にわたって変化する場合、より良好に封止するか、又はより良好/迅速に切断することができる。横切開プロセス中にブレードを通して組織に送達される電力を変化させるための解決策が必要とされる。様々な態様では、横切開プロセス中の組織種類及び組織への変化は、「ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しで図54~図56に、及び/又は「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57~図65に記載された技術を使用して判定することができ、かつ/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、Nottらによる「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載されている。
Smart Blades and Power Pulses During surgery using an ultrasonic shearing device, the power delivered to the tissue is set at a predetermined level. This predetermined level is used to transect the tissue throughout the transection procedure. Certain tissues may seal better or cut better/quicker if the power delivered is varied throughout the transection procedure. A solution is needed to vary the power delivered to the tissue through the blade during the transection process. In various aspects, the tissue type and changes to the tissue during the transection process can be determined using the techniques described in FIGS. 54-56 under the heading "Jaw State Prediction (Pad Burn Through, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)" and/or in FIGS. 57-65 under the heading "Model Based Jaw Classification State" and/or techniques for predicting the temperature of the ultrasonic blade are described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417 to Nott et al., entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," which is incorporated herein by reference in its entirety.

超音波横切開をより良好に提供する1つの解決策は、超音波ブレードのインピーダンスフィードバックを使用することである。前述されたように、超音波ブレードのインピーダンスは、電気機械的超音波システムのインピーダンスに関連しており、本明細書に記載されるように、超音波トランスデューサに印加される電圧信号と電流信号との間の位相角を測定することによって判定され得る。この技術は、超音波トランスデューサのインピーダンスの大きさ及び位相を測定するために使用されてもよい。超音波トランスデューサのインピーダンスは、使用中に超音波ブレードに影響を及ぼし得る要因(例えば、力、温度、振動、経時的な力など)をプロファイルするために使用されてもよい。この情報は、横切開プロセス中に超音波ブレードに送達される電力に影響を及ぼすために使用されてもよい。 One solution to better provide ultrasonic transection is to use ultrasonic blade impedance feedback. As previously described, the impedance of the ultrasonic blade is related to the impedance of the electromechanical ultrasonic system and may be determined by measuring the phase angle between the voltage and current signals applied to the ultrasonic transducer as described herein. This technique may be used to measure the magnitude and phase of the impedance of the ultrasonic transducer. The impedance of the ultrasonic transducer may be used to profile factors that may affect the ultrasonic blade during use (e.g., force, temperature, vibration, force over time, etc.). This information may be used to affect the power delivered to the ultrasonic blade during the transection process.

図68は、本開示の一態様による、超音波ブレードをプロファイルし、プロファイル上で超音波ブレードに電力を送達するために、超音波トランスデューサのインピーダンスを監視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132170である。プロセスによれば、制御回路は、組織横切開プロセス中に超音波トランスデューサのインピーダンス(Z)を判定する(例えば、測定する)(132172)。制御回路は、判定された(132172)インピーダンス(Z)に基づいて、組織が超音波装置のエンドエフェクタのジョーに完全にクランプされた直後に、超音波ブレード132174を解析及びプロファイルする。制御回路は、超音波ブレードのプロファイル(例えば、高密度組織の高電力、薄い組織の低電力)に基づいて、電力出力レベルを調整する(132176)。制御回路は、超音波トランスデューサ及び超音波ブレードを瞬間的に駆動するように発生器を制御し、その後停止する。制御回路は、再び超音波ブレードのインピーダンス(Z)を判定し(132172)、判定された(132172)インピーダンス(Z)に基づいて超音波ブレードをプロファイルする(132174)。制御回路は、超音波ブレードのプロファイルに基づいて、出力電力レベルを調整するか、又は同じに保つように発生器を制御する。制御回路は再び、超音波トランスデューサ及び超音波ブレードを瞬間的に駆動するように発生器を制御し、その後停止する。プロセスは繰り返し、インピーダンス(Z)を判定し(132172)、超音波ブレードのプロファイルを決プロファイル(132174)、検出されたインピーダンスプロファイルがクラムアームパッドのものになるまで電力レベルを調整し(132176)、次いで、クランプアームパッドが溶解するのを防止するために電力を調整する。 FIG. 68 is a logic flow diagram 132170 of a process illustrating a control program or logic configuration for monitoring the impedance of an ultrasonic transducer to profile an ultrasonic blade and deliver power to the ultrasonic blade on the profile, according to one aspect of the disclosure. According to the process, the control circuit determines (e.g., measures) 132172 the impedance (Z) of the ultrasonic transducer during the tissue transection process. Based on the determined (132172) impedance (Z), the control circuit analyzes and profiles the ultrasonic blade 132174 immediately after the tissue is fully clamped in the jaws of the end effector of the ultrasonic device. The control circuit adjusts 132176 the power output level based on the profile of the ultrasonic blade (e.g., high power for dense tissue, low power for thin tissue). The control circuit controls the generator to momentarily drive the ultrasonic transducer and ultrasonic blade and then shut it off. The control circuit again determines (132172) the impedance (Z) of the ultrasonic blade and profiles (132174) the ultrasonic blade based on the determined (132172) impedance (Z). The control circuit controls the generator to adjust or keep the same output power level based on the ultrasonic blade profile. The control circuit again controls the generator to momentarily drive the ultrasonic transducer and ultrasonic blade and then stop. The process repeats, determining (132172) the impedance (Z), determining (132174) the profile of the ultrasonic blade, adjusting (132176) the power level until the detected impedance profile is that of the clamp arm pad, and then adjusting the power to prevent the clamp arm pad from melting.

図68に関連して説明されたプロセスは、組織が加熱されて切断されることから変化するのに伴って、超音波トランスデューサの電力レベルをオンザフライで調整することを可能にする。したがって、組織が最初は硬く、その後に弱くなる場合、又は横切開プロセス中に組織の異なる層に遭遇する場合、電力レベルを超音波ブレードのプロファイルに一致するように最適に調整することができる。この方法は、ユーザが電力レベルを設定する必要性を排除することができる。超音波装置は、現在の組織状況及び横切開プロセスに基づいて、適切な電力レベルを適応させて選択する。 The process described in connection with FIG. 68 allows the power level of the ultrasonic transducer to be adjusted on the fly as the tissue changes from being heated and cut. Thus, if the tissue is initially hard and then becomes weak, or if different layers of tissue are encountered during the transection process, the power level can be optimally adjusted to match the profile of the ultrasonic blade. This method can eliminate the need for the user to set the power level. The ultrasonic device adaptively selects the appropriate power level based on the current tissue conditions and the transection process.

この技術は、組織フィードバックに基づいた電力レベル設定のためのインテリジェント制御を提供する。この技術は、発生器上での電力設定の必要性を排除することができ、より高速な横切開時間をもたらすことができる。一態様では、超音波ブレードを有するジョーを含む超音波横切開医療装置において、超音波的に駆動されるブレードのインピーダンスは、超音波ブレードの特性(力、熱、振動など)をプロファイルするために使用され、そのプロファイルは、切開プロセス中のトランスデューサの電力出力に影響を及ぼすために使用される。組織の変化を、パルス間のフィードバックのために読み取り、横切開プロセス中に電力を調整できるように、電力をパルスでオン/オフにすることができる。 This technique provides intelligent control for power level setting based on tissue feedback. This technique can eliminate the need for power setting on the generator, resulting in faster transection times. In one aspect, in an ultrasonic transection medical device that includes a jaw with an ultrasonic blade, the impedance of the ultrasonically driven blade is used to profile the properties of the ultrasonic blade (force, heat, vibration, etc.), which is used to affect the power output of the transducer during the transection process. The power can be pulsed on and off so that changes in the tissue can be read for feedback between pulses, and the power can be adjusted during the transection process.

図69A~図69Dは、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードをプロファイルし、プロファイルに基づいて超音波ブレードに電力を送達するための超音波トランスデューサのインピーダンスの一連のグラフ図である。図69Aは、超音波トランスデューサのインピーダンス対時間のグラフ図132180である。発生器制御回路は、ジョーの内容物に基づく初期インピーダンスZ1を読み取り、パルス電力対時間のグラフ描写132182である図69Bに示されるように、超音波トランスデューサにパルス電力P1を印加する。図69Cは、新たなインピーダンスZ2対時間のグラフ図132184である。発生器の制御回路は、新たなインピーダンスZ2を読み取り、パルス電力P2対時間のグラフ図132186である図69Dにプロットされているように、新たな組織状況に適合するために超音波トランスデューサにパルス電力P2を印加する。 69A-69D are a series of graphical illustrations of ultrasonic transducer impedance for profiling an ultrasonic blade and delivering power to the ultrasonic blade based on the profile, according to at least one aspect of the present disclosure. FIG. 69A is a graphical illustration 132180 of ultrasonic transducer impedance versus time. The generator control circuit reads the initial impedance Z1 based on the jaw contents and applies pulsed power P1 to the ultrasonic transducer as shown in FIG. 69B, which is a graphical illustration 132182 of pulsed power versus time. FIG. 69C is a graphical illustration 132184 of new impedance Z2 versus time. The generator control circuit reads the new impedance Z2 and applies pulsed power P2 to the ultrasonic transducer to match the new tissue conditions as plotted in FIG. 69D, which is a graphical illustration 132186 of pulsed power P2 versus time.

関節運動超音波装置の損失電力を補償するための複素インピーダンスの調整
図70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132194が関節運動しているときに損失される電力を補償するために、超音波トランスデューサ132192の複素インピーダンスを調整するためのシステム132190である。関節運動可能な超音波ブレード132194の性能は、A~Bの完全な関節角度θ全体にわたって一貫性がない。例えば、超音波ブレード132194が関節運動すると、電力が損失する。超音波ブレード132194が存在する関節角度θを知ると、発生器132196又は外科用器具132199は、超音波ブレード132194が関節運動するときに損失する電力を補償するために複素インピーダンス(Z)を調整することができる。また、超音波ブレード132194の性能をその完全な関節角度θを通じて解析することによって、発生器132196は、電力損失を補償するために複素インピーダンス(Z)を調整するためのアルゴリズムを実行することができる。
Adjusting Complex Impedance to Compensate for Lost Power of an Articulating Ultrasonic Device FIG. 70 is a system 132190 for adjusting the complex impedance of an ultrasonic transducer 132192 to compensate for power lost when the ultrasonic blade 132194 is articulating, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. The performance of an articulatable ultrasonic blade 132194 is not consistent across a full articulation angle θ from A to B. For example, as the ultrasonic blade 132194 articulates, power is lost. Knowing the articulation angle θ at which the ultrasonic blade 132194 is at, the generator 132196 or surgical instrument 132199 can adjust the complex impedance (Z) to compensate for the power lost as the ultrasonic blade 132194 articulates. Also, by analyzing the performance of the ultrasonic blade 132194 through its full articulation angle θ, the generator 132196 can execute an algorithm to adjust the complex impedance (Z) to compensate for the power loss.

超音波ブレード132194が「ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しで図54~図56に、及び/又は「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57~図65に記載された技術を使用できるときに、損失した電力を補償するために超音波トランスデューサ132192の複素インピーダンスを調整すること、及び/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、Nottらによる「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載されている。 Techniques for adjusting the complex impedance of the ultrasonic transducer 132192 to compensate for lost power and/or for estimating the temperature of the ultrasonic blade when the ultrasonic blade 132194 can use the techniques described in Figures 54-56 under the heading "Jaw Condition Estimation (Pad Burn-Through, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)" and/or in Figures 57-65 under the heading "Model-Based Jaw Classification Condition" are described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," by Nott et al., which is incorporated herein by reference in its entirety.

これらの技術を使用して、所定の角度増分でA~Bの範囲の関節角度θを掃引することによって超音波ブレード132194の関節角度θを判定することができる。各角度増分において、超音波トランスデューサ132192を治療的又は非治療的なエネルギーレベルで起動し、超音波トランスデューサ132192の複素インピーダンス(Z)を測定し、複素インピーダンス(Z)測定値のセットを記録し、関節角度θの関数として参照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を発生させ、外科処置中に超音波器具132199によってアクセス可能なメモリ又はデータベースに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を記憶すること。外科処置の間、超音波器具132199は、超音波トランスデューサ132192のリアルタイム複素インピーダンス(Z)測定値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と比較することによって、関節角度θを判定することができる。 Using these techniques, the joint angle θ of the ultrasonic blade 132194 can be determined by sweeping the joint angle θ in the range A to B at predetermined angle increments. At each angle increment, activate the ultrasonic transducer 132192 at a therapeutic or non-therapeutic energy level, measure the complex impedance (Z) of the ultrasonic transducer 132192, record a set of complex impedance (Z) measurements, generate a reference complex impedance characteristic pattern or training data set S as a function of the joint angle θ, and store the reference complex impedance characteristic pattern or training data set S in a memory or database accessible by the ultrasonic instrument 132199 during the surgical procedure. During the surgical procedure, the ultrasonic instrument 132199 can determine the joint angle θ by comparing the real-time complex impedance (Z) measurements of the ultrasonic transducer 132192 to the reference complex impedance characteristic pattern or training data set S.

関節運動可能な超音波導波管132198は、参照により本明細書に組み込まれる、「Flexible Harmonic Waveguides/Blades For Surgical Instruments」と題する米国特許第9,095,367鋼に記載されている。図47~図66B及び関連する説明を参照のこと。関節角度の測定は、参照により本明細書に組み込まれる、「Sensor Arrangements For Absolute Positioning System For Surgical Instruments」と題する米国特許第9,808,244号に記載されている。図193~図196及び関連する説明を参照のこと。 The articulatable ultrasonic waveguide 132198 is described in U.S. Patent No. 9,095,367, entitled "Flexible Harmonic Waveguides/Blades For Surgical Instruments," which is incorporated herein by reference. See Figures 47-66B and related discussion. Measurement of articulation angles is described in U.S. Patent No. 9,808,244, entitled "Sensor Arrangements For Absolute Positioning System For Surgical Instruments," which is incorporated herein by reference. See Figures 193-196 and related discussion.

図71は、本開示の少なくとも1つの態様による、関節角度の関数としての出力電力を補償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132200である。したがって、使用中の図70と併せて、発生器132196又は器具の制御回路は、超音波ブレード132194の関節角度θを判定する(132202)。制御回路は、関節角度θの関数としての損失電力を補償するために、複素インピーダンス(Z)を調整する(132204)。制御回路は、超音波ブレード132194の関節角度θに基づいて、超音波トランスデューサ132192に印加された発生器132196の出力電力を印加する(132206)。 FIG. 71 is a logic flow diagram 132200 of a process illustrating a control program or logic configuration for compensating output power as a function of joint angle according to at least one aspect of the present disclosure. Thus, in conjunction with FIG. 70 in use, the generator 132196 or control circuitry of the instrument determines the joint angle θ of the ultrasonic blade 132194 (132202). The control circuit adjusts the complex impedance (Z) to compensate for the lost power as a function of the joint angle θ (132204). The control circuit applies the output power of the generator 132196 applied to the ultrasonic transducer 132192 based on the joint angle θ of the ultrasonic blade 132194 (132206).

組み合わせ器具における装置使用状態を判定するための分光法の使用
図72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132214によって実施されている動作を判定するために超音波トランスデューサ132212の複素インピーダンスをリアルタイムで測定するためのシステム132210である。現在の外科用器具は、3つの機能(封止+切断、封止のみ、及びスポット凝固)を含む。これらの機能は、2つのボタンを起動することによって実行することができる。外科医が1つのボタンを押すだけで、実施される所望の動作に基づいて封止のみ又はスポット凝固アルゴリズムのいずれかを受信することができる場合に有用であろう。超音波分光法を使用して、超音波ブレード132214の複素インピーダンス(Z)をリアルタイムで測定することができる。リアルタイム測定値は、どの動作が実施されているかを判定するために、既定のデータと比較することができる。スポット凝固と封止のみとの間の異なる複雑なインピーダンス(Z)パターンは、発生器132216がどの動作が実施されているかを判定し、適切なアルゴリズムを実行することを可能にする。
72 is a system 132210 for measuring the complex impedance of an ultrasonic transducer 132212 in real time to determine the operation being performed by an ultrasonic blade 132214, according to at least one aspect of the present disclosure. Current surgical instruments include three functions (seal + cut, seal only, and spot coagulation). These functions can be performed by activating two buttons. It would be useful if the surgeon could simply press one button to receive either a seal only or spot coagulation algorithm based on the desired operation to be performed. Using ultrasonic spectroscopy, the complex impedance (Z) of the ultrasonic blade 132214 can be measured in real time. The real time measurements can be compared to predefined data to determine which operation is being performed. The different complex impedance (Z) patterns between spot coagulation and seal only allow the generator 132216 to determine which operation is being performed and execute the appropriate algorithm.

超音波ブレード132214によって実施されている動作を判定するために、超音波トランスデューサ132212の複素インピーダンス(Z)をリアルタイムで測定することは、「ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しで図54~図56に、及び/又は「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57~図65に記載された技術を使用することができ、かつ/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、Nottらによる「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載されている。 Measuring the complex impedance (Z) of the ultrasonic transducer 132212 in real time to determine the operation being performed by the ultrasonic blade 132214 can use the techniques described in Figures 54-56 under the heading "Jaw Condition Estimation (Pad Burn-Through, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)" and/or in Figures 57-65 under the heading "Model-Based Jaw Classification Condition" and/or the techniques for estimating the temperature of the ultrasonic blade are described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," by Nott et al., which is incorporated herein by reference in its entirety.

表7は、超音波ブレード動作及び対応する複素インピーダンスのチャートである。この情報は、メモリルックアップテーブル又はデータベースに記憶される。 Table 7 is a chart of ultrasonic blade motion and corresponding complex impedance. This information is stored in a memory lookup table or database.

Figure 0007480044000035
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図73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に基づいて超音波ブレード132214(図72)によって実施されている動作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132220である。図73に記載されたプロセスを実装する前に、及び図72と併せて、データベース又はメモリルックアップテーブルには、超音波ブレード132214の動作のデータが追加され、超音波ブレード132214の動作に関連付けられている複素インピーダンス(Z)が観察される。データベース又はルックアップテーブルは、超音波ブレード132214の動作を実行している間に、超音波器具132218又は発生器132216によってアクセスすることができる。したがって、止血処置の間、発生器132216又は器具13218の制御回路は、超音波ブレード132214の複素インピーダンス(Z)を判定する(132222)。制御回路は、測定された複素インピーダンス(Z)を、超音波ブレード132214関数に関連付けられている複素インピーダンスパターンの記憶値と比較する(132224)。制御回路は、比較に基づいて、超音波トランスデューサ132212に出力電力アルゴリズムを適用する(132226)ように発生器132216を制御する。 73 is a process logic flow diagram 132220 illustrating a control program or logic configuration for determining the operation being performed by the ultrasonic blade 132214 (FIG. 72) based on a complex impedance pattern, according to at least one aspect of the present disclosure. Prior to implementing the process described in FIG. 73, and in conjunction with FIG. 72, a database or memory lookup table is populated with data of the operation of the ultrasonic blade 132214, and the complex impedance (Z) associated with the operation of the ultrasonic blade 132214 is observed. The database or lookup table can be accessed by the ultrasonic instrument 132218 or generator 132216 while performing the operation of the ultrasonic blade 132214. Thus, during a hemostatic procedure, the control circuitry of the generator 132216 or instrument 13218 determines the complex impedance (Z) of the ultrasonic blade 132214 (132222). The control circuitry compares the measured complex impedance (Z) to a stored value of a complex impedance pattern associated with the ultrasonic blade 132214 function (132224). The control circuit controls the generator 132216 to apply (132226) an output power algorithm to the ultrasonic transducer 132212 based on the comparison.

適応型の高度な止血のための血管感知
様々な態様では、本開示は、適応型血管封止モードを提供する。一態様では、超音波器具は、動脈とは対照的に、静脈に対して固有に超音波エネルギーを送達することができる。
Vascular Sensing for Adaptive Advanced Hemostasis In various aspects, the present disclosure provides an adaptive vessel sealing mode. In one aspect, an ultrasonic instrument can deliver ultrasonic energy specifically to veins as opposed to arteries.

別の態様では、本開示は、超音波装置のジョー内容物を識別するための技術を提供する。このアプローチを使用して、ジョー内にクランプされた血管は、血管壁及び圧力の差として特徴付けることができる静脈又は動脈のいずれかとして識別される。血管が静脈又は動脈であることを知ると、各種類の固有の高度な止血サイクルを起動することができる。静脈は、より薄い血管壁に起因して、より多くの時間及びより低い温度を必要とするため、高度な止血サイクルは、サイクルの血管封止部分において、より低い電流及びより長い時間を含む。 In another aspect, the present disclosure provides a technique for identifying the jaw contents of an ultrasound device. Using this approach, a vessel clamped within the jaws is identified as either a vein or an artery, which can be characterized as a vessel wall and pressure difference. Knowing that the vessel is a vein or an artery, a unique advanced hemostatic cycle for each type can be initiated. Veins require more time and lower temperatures due to thinner vessel walls, so the advanced hemostatic cycle involves lower current and longer time in the vessel sealing portion of the cycle.

図74は、本開示の少なくとも1つの態様による、止血血管を識別するための制御プログラム又は論理構成を示す適応型プロセスの論理フロー図132230である。プロセスに従って、発生器又は機器の制御回路は、「ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しで図54~図56に、及び/又は「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57~図65に関連して記載された超音波装置のジョーの状態を推測又は分類するためのスマートブレードアルゴリズム技術のいずれかを使用して超音波装置のジョー内に位置する血管を感知し(132232)、かつ/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、Nottらによる「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載されている。静脈が感知される(132234)か、又は動脈が感知される(132236)と、制御回路は、静脈又は動脈のいずれかを封止するためのコマンドを受信し、感知された血管の種類に基づいて高度な止血アルゴリズムを起動する(132238)。一態様では、コマンドは、適切な高度な止血アルゴリズムを起動するために、器具上に位置するボタンからユーザによって発信されてもよい。他の態様では、コマンドは、組織特徴付けアルゴリズムに基づいて自動的に発信されてもよい。 Figure 74 is a logical flow diagram 132230 of an adaptive process showing a control program or logical configuration for identifying a hemostatic vessel according to at least one aspect of the present disclosure. According to the process, the generator or instrument control circuitry senses blood vessels located within the jaws of the ultrasonic device (132232) using any of the smart blade algorithm techniques for inferring or classifying the state of the jaws of an ultrasonic device described in connection with FIGS. 54-56 under the heading "Jaw State Inference (Pad Burn Through, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)" and/or FIGS. 57-65 under the heading "Model Based Jaw Classification State", and/or techniques for inferring the temperature of the ultrasonic blade are described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR", by Nott et al., which is incorporated herein by reference in its entirety. Once a vein is sensed (132234) or an artery is sensed (132236), the control circuit receives a command to seal either the vein or artery and initiates an advanced hemostasis algorithm based on the type of vessel sensed (132238). In one aspect, the command may be issued by a user from a button located on the instrument to initiate the appropriate advanced hemostasis algorithm. In other aspects, the command may be issued automatically based on the tissue characterization algorithm.

静脈が感知された(132234)ときに、制御回路は、より低い電力レベル及びより低い超音波ブレード温度でより遅く封止することができる第1のアルゴリズムを実行する(132240)。したがって、静脈を処置するために、制御回路は、より低い電力P1を出力するように発生器を制御し、より長い時間T1の間発生器を起動する。 When a vein is sensed (132234), the control circuit executes a first algorithm that allows for slower sealing with lower power levels and lower ultrasonic blade temperatures (132240). Thus, to treat the vein, the control circuit controls the generator to output a lower power P1 and activates the generator for a longer time T1.

動脈が感知された(132236)ときに、制御回路は、より高い電力レベル及びより高い超音波ブレード温度でより速く封止することができる第2のアルゴリズムを実行する(132242)。したがって、動脈を処置するために、制御回路は、より高い電力P2を出力するように発生器を制御し、より短い時間T2の間、発生器を起動する。 When an artery is sensed (132236), the control circuit executes a second algorithm (132242) that allows for faster sealing with a higher power level and higher ultrasonic blade temperature. Thus, to treat the artery, the control circuit controls the generator to output a higher power P2 and activates the generator for a shorter time T2.

図75は、本開示の少なくとも1つの態様による、静脈及び動脈の血管種類の時間の関数としての超音波トランスデューサ電流プロファイルのグラフ図132250である。縦軸は、超音波トランスデューサに送達される発生器出力電流(I)であり、横軸は、時間(秒)である。図74も参照すると、第1の曲線132252は静脈を表し、より低い電力(P1でのI1)及びより長い期間(T1)で処置され、第2の曲線132254は動脈を表し、第1の曲線132252に対してより短い期間(T2)の間に印加されたより高い電力(I2でのP2)で処置される。 75 is a graphical illustration 132250 of ultrasound transducer current profiles as a function of time for venous and arterial vessel types, according to at least one aspect of the present disclosure. The vertical axis is the generator output current (I) delivered to the ultrasound transducer, and the horizontal axis is time (seconds). Referring also to FIG. 74, the first curve 132252 represents a vein, treated with lower power (I1 at P1) and a longer period (T1), and the second curve 132254 represents an artery, treated with higher power (P2 at I2) applied for a shorter period (T2) relative to the first curve 132252.

別の態様では、本開示は、所望の超音波ブレード温度に関連付けられている標的周波数を達成するために、超音波トランスデューサ電流(I)をフィードバック制御ループ内に送達するための技術を提供する。静脈を封止するときに、例えば、フィードバック制御ループは、静脈を封止するのに適した(かつ理想的であり得る)より低温の超音波ブレード温度に対応する、より高い目標周波数に駆動する。動脈は、より高温の超音波ブレード温度に関連付けられているわずかに低い周波数目標に駆動される。 In another aspect, the present disclosure provides techniques for delivering ultrasonic transducer current (I) in a feedback control loop to achieve a target frequency associated with a desired ultrasonic blade temperature. When sealing a vein, for example, the feedback control loop drives a higher target frequency, corresponding to a cooler ultrasonic blade temperature suitable (and may be ideal) for sealing a vein. An artery is driven to a slightly lower frequency target, associated with a hotter ultrasonic blade temperature.

図76は、本開示の少なくとも1つの態様による、止血血管を識別するための制御プログラム又は論理構成を示す適応型プロセスの論理フロー図132260である。プロセスに従って、発生器又は機器の制御回路は、「ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しで図54~図56に、及び/又は「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57~図65に関連して記載された超音波装置のジョーの状態を推測又は分類するためのスマートブレードアルゴリズム技術のいずれかを使用して、ジョー内の血管を感知し(132262)、かつ/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、Nottらによる「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載されている。 Figure 76 is a logical flow diagram 132260 of an adaptive process showing a control program or logical configuration for identifying a hemostatic vessel according to at least one aspect of the present disclosure. According to the process, the generator or device control circuitry uses any of the smart blade algorithm techniques for predicting or classifying the state of the jaws of an ultrasonic device described in connection with FIGS. 54-56 under the heading "Jaw State Prediction (Pad Burn-Through, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)" and/or in connection with FIGS. 57-65 under the heading "Model-Based Jaw Classification State" to sense blood vessels in the jaws (132262) and/or to predict the temperature of the ultrasonic blade, as described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," by Nott et al., which is incorporated herein by reference in its entirety.

静脈が感知された(132264)ときに、制御回路は、静脈の目標封止温度を達成するために、超音波トランスデューサに電流を供給する(132268)ための第1のアルゴリズムを実行する。フィードバック制御ループは、超音波ブレードの温度を推測し、超音波トランスデューサに送達される電流を調整して、超音波ブレードの温度を制御する。動脈が感知された(132266)ときに、制御回路は、動脈の標的封止温度を達成するために、超音波トランスデューサに電流を供給する(132269)ための第2のアルゴリズムを実行する。フィードバック制御ループは、超音波ブレードの温度を推測し、超音波トランスデューサに送達される電流を調整して、超音波ブレードの温度を制御する。 When a vein is sensed (132264), the control circuit executes a first algorithm for providing current to the ultrasonic transducer (132268) to achieve a target sealing temperature of the vein. A feedback control loop estimates the temperature of the ultrasonic blade and adjusts the current delivered to the ultrasonic transducer to control the temperature of the ultrasonic blade. When an artery is sensed (132266), the control circuit executes a second algorithm for providing current to the ultrasonic transducer (132269) to achieve a target sealing temperature of the artery. A feedback control loop estimates the temperature of the ultrasonic blade and adjusts the current delivered to the ultrasonic transducer to control the temperature of the ultrasonic blade.

図77は、本開示の少なくとも1つの態様による、静脈及び動脈血管種類の時間の関数としての超音波トランスデューサ周波数プロファイルのグラフ図132270である。縦軸は、超音波トランスデューサに印加される信号の周波数(kHz)を表し、横軸は時間(秒)を表す。第1の曲線132272は静脈を表す。静脈は、封止をもたらすためにより低温の超音波ブレード温度を必要とする。第1のアルゴリズムは、超音波トランスデューサに印加される周波数をより高い周波数に設定することによって超音波ブレードの温度を制御し、設定された周波数を維持するように超音波トランスデューサに送達される電流を制御する。第2の曲線132274は動脈を表す。動脈は、封止をもたらすために、より高温の超音波ブレード温度を必要とする。第2のアルゴリズムは、超音波トランスデューサに印加される周波数をより低い周波数に設定することによって超音波ブレードの温度を制御し、設定された周波数を維持するように超音波トランスデューサに送達される電流を制御する。 77 is a graphical illustration 132270 of an ultrasonic transducer frequency profile as a function of time for venous and arterial vessel types, according to at least one aspect of the present disclosure. The vertical axis represents the frequency (kHz) of the signal applied to the ultrasonic transducer, and the horizontal axis represents time (seconds). The first curve 132272 represents a vein. The vein requires a lower ultrasonic blade temperature to create a seal. The first algorithm controls the temperature of the ultrasonic blade by setting the frequency applied to the ultrasonic transducer to a higher frequency, and controls the current delivered to the ultrasonic transducer to maintain the set frequency. The second curve 132274 represents an artery. The artery requires a higher ultrasonic blade temperature to create a seal. The second algorithm controls the temperature of the ultrasonic blade by setting the frequency applied to the ultrasonic transducer to a lower frequency, and controls the current delivered to the ultrasonic transducer to maintain the set frequency.

石灰化した血管の識別
様々な態様では、本開示は、石灰化した血管を封止する際に止血を改善するための様々な技術を提供し、石灰化した血管を封止する際の課題に対処する。一態様では、超音波器具は、石灰化した血管の封止をインテリジェンスで管理するように構成されている。一態様では、ジョー内容物は、「ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しで図54~図56に、及び/又は「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57~図65に関連して記載された超音波装置のジョーの状態を推測又は分類するためのスマートブレードアルゴリズム技術を使用した識別された識別子であってもよく、かつ/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、Nottらによる「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載されている。したがって、これらの技術を使用して、超音波器具のジョー内にクランプされたときに石灰化した血管を識別することができる。
Identifying Calcified Vessels In various aspects, the present disclosure provides various techniques for improving hemostasis in sealing calcified vessels and addresses the challenges in sealing calcified vessels. In one aspect, an ultrasonic instrument is configured to intelligently manage the sealing of calcified vessels. In one aspect, the jaw contents may be identified using the smart blade algorithm techniques for inferring or classifying the condition of the jaws of an ultrasonic device described in connection with Figures 54-56 under the heading "Jaw Condition Prediction (Burn Through Pad, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)" and/or Figures 57-65 under the heading "Model Based Jaw Classification Condition" and/or techniques for inferring the temperature of an ultrasonic blade described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417 to Nott et al., entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," which is incorporated herein by reference in its entirety. Thus, these techniques may be used to identify calcified blood vessels when clamped within the jaws of an ultrasonic instrument.

3つの可能なシナリオが開示される。一態様では、ユーザは、ジョーが石灰化した血管にクランプされ、器具が発射しないという警告を発生器から促す。別の態様では、器具は、ジョーが石灰化した血管をクランプしていることをユーザに促し、最小量の圧縮時間(例えば、10~15秒)が経過するまで器具が発射することを可能にしない。この追加の時間により、石灰化/プラークが横切開側から離れて移動すること、及び封止の止血を改善することが可能になる。第3の態様では、石灰化した血管を把持し、起動ボタンを押すと、器具は内部モータを使用して、ばねスタックを追加量だけ変位させて、石灰化した血管のよりわずかに高いクランプ力及びより良好な圧縮を送達する。 Three possible scenarios are disclosed. In one aspect, the user is prompted by a warning from the generator that the jaws are clamped on a calcified vessel and the instrument does not fire. In another aspect, the instrument prompts the user that the jaws are clamping on a calcified vessel and does not allow the instrument to fire until a minimum amount of compression time has elapsed (e.g., 10-15 seconds). This additional time allows the calcification/plaque to migrate away from the transection side and improves hemostasis of the seal. In a third aspect, upon grasping a calcified vessel and pressing the activation button, the instrument uses an internal motor to displace the spring stack an additional amount to deliver a slightly higher clamping force and better compression of the calcified vessel.

図78は、本開示の少なくとも1つの態様による、石灰化した血管を識別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132280である。プロセスによれば、発生器又は器具の制御回路は、ジョーが血管上でクランプする(132282)ときに、超音波装置のジョー内に位置する血管を識別する。制御回路が石灰化した血管を識別した(132284)ときに、制御回路は、ユーザによって知覚され得る警告メッセージを送信する(132286)。メッセージは、石灰化した血管が検出されたことをユーザに通知するための情報を含む。次いで、制御回路は、所定の待機期間T1(例えば、x秒)の間、石灰化した血管上で圧縮を維持するように促す(132288)。これにより、石灰化がジョーから離れる方向に移動することを可能にする。圧縮待機期間T1が終了すると、制御回路は、超音波発生器の起動を可能にする(132290)。制御回路が「正常な(例えば、石灰化されていない)血管を識別した(132292)ときに、制御回路は、超音波装置の正常な起動を可能にする(132294)。したがって、超音波装置は、本明細書に記載されるような1つ又は2つ以上の止血アルゴリズムを実行することができる。 FIG. 78 is a logic flow diagram 132280 of a process illustrating a control program or logic configuration for identifying a calcified blood vessel, according to at least one aspect of the present disclosure. According to the process, the generator or instrument control circuitry identifies a blood vessel located within the jaws of the ultrasound device when the jaws clamp on the blood vessel (132282). When the control circuitry identifies a calcified blood vessel (132284), the control circuitry transmits an alert message that can be perceived by a user (132286). The message includes information to inform the user that a calcified blood vessel has been detected. The control circuitry then prompts to maintain compression on the calcified blood vessel for a predetermined waiting period T1 (e.g., x seconds) (132288). This allows the calcification to move away from the jaws. When the compression waiting period T1 expires, the control circuitry enables activation of the ultrasound generator (132290). When the control circuit identifies a "normal (e.g., non-calcified) blood vessel (132292), the control circuit enables normal activation of the ultrasound device (132294). Thus, the ultrasound device can execute one or more hemostasis algorithms as described herein.

図79は、本開示の少なくとも1つの態様による、石灰化した血管を識別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132300である。プロセスによれば、発生器又は器具の制御回路は、ジョークランプ132302が血管上でクランプした(132282)ときに、超音波装置のジョー内に位置する血管を識別する。制御回路が石灰化した血管を識別した(132304)ときに、制御回路は、石灰化容器が検出されたことが、ユーザによって知覚され得る警告メッセージを送信する(132306)。制御回路は、超音波装置を無効にする(132308)か、あるいはその起動を可能にしない。制御回路が、「正常な」血管(例えば、石灰化されていない)を識別した(132310)ときに、制御回路は、超音波装置の正常な起動を可能にする(132312)。したがって、超音波装置は、本明細書に記載されるような1つ又は2つ以上の止血アルゴリズムを実行することができる。 FIG. 79 is a logic flow diagram 132300 of a process illustrating a control program or logical configuration for identifying a calcified vessel, according to at least one aspect of the present disclosure. According to the process, the generator or instrument control circuitry identifies a vessel located within the jaws of the ultrasound device when the jaw clamp 132302 clamps on the vessel (132282). When the control circuitry identifies a calcified vessel (132304), the control circuitry transmits a warning message that can be perceived by a user that a calcified vessel has been detected (132306). The control circuitry disables (132308) or does not allow activation of the ultrasound device. When the control circuitry identifies (132310) a "normal" vessel (e.g., not calcified), the control circuitry allows (132312) normal activation of the ultrasound device. Thus, the ultrasound device can execute one or more hemostasis algorithms as described herein.

図80は、本開示の少なくとも1つの態様による、石灰化した血管を識別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132320である。プロセスによれば、発生器又は器具の制御回路は、ジョーが血管上でクランプした(132282)ときに、超音波装置のジョー内に位置する血管を識別する。制御回路が石灰化した血管を識別した(132324)ときに、制御回路は、石灰化容器が検出されたことが、ユーザによって知覚され得る警告メッセージを送信する(132326)。制御回路は、石灰化した血管のより良好な圧縮を達成するために、モータを使用してジョークランプ力を増加させる(132328)。制御回路は、次いで、クランプ力調整後の超音波エネルギーの起動を可能にする(132330)。制御回路が、「正常な」血管(例えば、石灰化されていない)を識別した(132332)ときに、制御回路は、超音波装置の正常な起動を可能にする(132334)。したがって、超音波装置は、本明細書に記載されるような1つ又は2つ以上の止血アルゴリズムを実行することができる。 FIG. 80 is a logic flow diagram 132320 of a process illustrating a control program or logical configuration for identifying a calcified vessel according to at least one aspect of the present disclosure. According to the process, the generator or instrument control circuitry identifies a vessel located within the jaws of the ultrasound device when the jaws clamp on the vessel (132282). When the control circuitry identifies a calcified vessel (132324), the control circuitry sends a warning message that can be perceived by a user that a calcified vessel has been detected (132326). The control circuitry increases the jaw clamping force using a motor to achieve better compression of the calcified vessel (132328). The control circuitry then allows activation of ultrasonic energy after clamping force adjustment (132330). When the control circuitry identifies a "normal" vessel (e.g., not calcified) (132332), the control circuitry allows normal activation of the ultrasound device (132334). Thus, the ultrasound device can execute one or more hemostasis algorithms as described herein.

スマートブレードを使用した実質組織切開中の大きな血管の検出
肝臓切除処置中、外科医は、大きな血管が切開されている実質組織の内側に埋もれており、したがって大きな血管を見ることができないので、それを切断する危険性がある。本開示の図81~図86は、掃引された周波数範囲にわたるインピーダンス測定値の大きさ及び位相を使用することによって、実質組織と、実質組織内の大きな血管との間の差を検出することができる「スマートブレード」(例えば、ジョー内容物識別を提供するためのフィードバックを有する超音波ブレード)のための用途を概説している。実質組織切開手順中に、血管は「ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しで図54~図56に、及び/又は「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57~図65に関連して記載された超音波装置のジョーの状態を推測又は分類するためのスマートブレードアルゴリズム技術を使用して検出することができ、かつ/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、Nottらによる「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載されている。
Detecting Large Vessels During Parenchymal Dissection Using a Smart Blade During liver resection procedures, surgeons risk cutting large vessels because they are buried inside the parenchyma being dissected and therefore cannot be seen. Figures 81-86 of the present disclosure outline an application for a "smart blade" (e.g., an ultrasonic blade with feedback to provide jaw content discrimination) that can detect the difference between the parenchyma and large vessels within the parenchyma by using the magnitude and phase of impedance measurements over a swept frequency range. During a parenchymal tissue dissection procedure, blood vessels can be detected using the smart blade algorithm techniques for inferring or classifying the state of the jaws of an ultrasonic device described in connection with FIGS. 54-56 under the heading "Jaw State Prediction (Burn Through Pad, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)" and/or in connection with FIGS. 57-65 under the heading "Model Based Jaw Classification State" and/or techniques for inferring the temperature of an ultrasonic blade described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417 by Nott et al., entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," which is incorporated herein by reference in its entirety.

他の血管実質組織の肝臓切除及び切開処置中、外科医は、切開面に沿って実質的に実質組織に埋もれている血管を見ることができない。これにより、外科医が封止せずに大きな血管を切断する原因となり得、その結果、患者に出血をもたらし、外科医にストレスを与える過剰な出血を引き起こす。図81~図86は、スマート超音波ブレードの適用を使用して大きな血管を可視化する必要なく、実質組織に埋もれている大きな血管を検出する方法を提供する解決策を説明している。 During liver resection and dissection procedures of otherwise vascular parenchymal tissue, the surgeon is unable to see the blood vessels that are substantially buried in the parenchymal tissue along the dissection plane. This can cause the surgeon to cut large vessels without sealing them, resulting in excessive bleeding that causes bleeding to the patient and stress to the surgeon. Figures 81-86 describe a solution that provides a way to detect large vessels buried in the parenchymal tissue without the need to visualize the large vessels using the application of a smart ultrasonic blade.

本明細書に記載される超音波装置は、肝臓切除及び切開処置を開始する前に、次の血管検出を達成するために使用されてもよい。発生器又は超音波装置の制御回路は、インピーダンスの大きさ及び位相の測定を可能にするために、電気機械的超音波システムの共振未満から共振を上回るまで周波数掃引を開始する。結果は、図54~図56に関連して記載されたように、3D曲線上にプロットされる。得られる3D曲線は、超音波ブレードが実質組織と接触しているときに特定の形態を有することになり、超音波ブレードが実質組織以外の組織と接触しているときに後述されるように他の形態を有することになる。 The ultrasound device described herein may be used to achieve subsequent vascular detection prior to initiating a liver resection and dissection procedure. The generator or ultrasound device control circuitry initiates a frequency sweep from below to above resonance of the electromechanical ultrasound system to allow for impedance magnitude and phase measurements. The results are plotted on a 3D curve as described in connection with Figures 54-56. The resulting 3D curve will have a particular form when the ultrasonic blade is in contact with parenchymal tissue and another form as described below when the ultrasonic blade is in contact with tissue other than parenchymal tissue.

超音波ブレードが大きな血管に接触しているときに、異なる3D曲線が周波数掃引によって発生する。超音波ブレードが血管に接触したときに、制御回路は、新たな(血管)曲線の試験周波数掃引を、古い(実質組織)曲線の周波数掃引と比較し、新たな(血管)曲線を古い(実質組織)曲線とは異なるものとして識別する。比較結果に基づいて、制御回路は、大きな血管への切断を防止するための超音波装置によって取られる動作、及び大きな血管が超音波ブレード上に位置しているか、又は超音波ブレードに接触していることを外科医に通知する動作を可能にする。 When the ultrasonic blade contacts a large blood vessel, a different 3D curve is generated by the frequency sweep. When the ultrasonic blade contacts a blood vessel, the control circuit compares the test frequency sweep of the new (vessel) curve with the frequency sweep of the old (parenchymal) curve and identifies the new (vessel) curve as different from the old (parenchymal) curve. Based on the comparison, the control circuit enables actions to be taken by the ultrasonic device to prevent cutting into the large blood vessel and to notify the surgeon that a large blood vessel is located on or in contact with the ultrasonic blade.

超音波装置によって取ることができる様々な動作は、血管の切断を防止するために装置の処置的出力を変化させること、又は血管が検出されたことを外科医に通知するために発生器からのトーンを変化させること、又はこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない。 Various actions that can be taken by the ultrasound device include, but are not limited to, changing the therapeutic output of the device to prevent severing the blood vessel, or changing the tone from the generator to notify the surgeon that a blood vessel has been detected, or a combination of these.

あるいは、この技術の様々な態様は、血管が切断された場合に血液を検出するために適用されてもよく、切断血管を見ることなく、外科医が血管を迅速に封止することを可能にする。 Alternatively, various aspects of this technology may be applied to detect blood if a blood vessel is severed, allowing the surgeon to quickly seal the vessel without seeing the severed vessel.

図81は、本開示の少なくとも1つの態様による、実質組織に埋もれている血管132354(図82)を有する肝臓切除部132350の図132340である。超音波ブレード132344及びクランプアーム132346を含む超音波器具132342は、切除部132350を形成するために肝臓132348に切断されて示されている。超音波器具132342は、超音波器具132342へのエネルギーの送達を制御する発生器132352に連結される。発生器132252若しくは超音波器具132342のいずれか、又は両方は、本明細書で説明される高度なスマートブレードアルゴリズムを実行するように構成された制御回路を含む。 81 is a diagram 132340 of a liver resection 132350 having a blood vessel 132354 (FIG. 82) embedded in parenchymal tissue, according to at least one aspect of the present disclosure. An ultrasonic instrument 132342 including an ultrasonic blade 132344 and a clamp arm 132346 is shown cutting into the liver 132348 to form the resection 132350. The ultrasonic instrument 132342 is coupled to a generator 132352 that controls the delivery of energy to the ultrasonic instrument 132342. Either the generator 132252 or the ultrasonic instrument 132342, or both, include control circuitry configured to execute the advanced smart blade algorithms described herein.

図82は、本開示の少なくとも1つの態様による、肝臓132348内に埋もれている血管132354と接触することなく、実質組織を通る切断のプロセスにおける超音波ブレード132344の図132356である。切除プロセス中、制御回路は、図83A及び83Bに示されるように、超音波トランスデューサを駆動する信号のインピーダンス、大きさ、及び位相を監視して、ジョーの状態、例えば超音波ブレード132344の状態を評価する。したがって、超音波ブレード132344が肝臓132348を切除すると、超音波トランスデューサは、第1の応答を生成し、超音波ブレード132344が埋もれている血管132354と接触したときに、超音波トランスデューサは、図54~図81に関連して本明細書に記載されるように、埋もれている血管132354の種類に関連付けられている第2の応答を生成する。 82 is a diagram 132356 of an ultrasonic blade 132344 in the process of cutting through parenchymal tissue without contacting a blood vessel 132354 buried within the liver 132348, according to at least one aspect of the present disclosure. During the ablation process, the control circuitry monitors the impedance, magnitude, and phase of the signal driving the ultrasonic transducer to assess the state of the jaws, e.g., the state of the ultrasonic blade 132344, as shown in FIGS. 83A and 83B. Thus, when the ultrasonic blade 132344 ablates the liver 132348, the ultrasonic transducer generates a first response, and when the ultrasonic blade 132344 contacts the buried blood vessel 132354, the ultrasonic transducer generates a second response associated with the type of buried blood vessel 132354, as described herein in connection with FIGS. 54-81.

図83A及び図83Bは、本開示の少なくとも1つの態様による、太線で示される実質組織曲線132362との超音波トランスデューサインピーダンスの大きさ/位相のグラフ図132360である。図83Aは、3次元プロットであり、図83Bは2次元プロットである。これらの曲線は、図54~図56に従って発生し、例えば、ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しの関連の記載である。あるいは、「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57及び図56に関連して記載される超音波装置のジョーの状態を推測又は分類するための技術、並びに/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載され、使用されてもよい。 83A and 83B are graphs 132360 of ultrasound transducer impedance magnitude/phase with parenchymal tissue curve 132362 shown in bold, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 83A is a three-dimensional plot and FIG. 83B is a two-dimensional plot. These curves are generated in accordance with FIGS. 54-56, for example, and associated descriptions under the heading "Jaw Condition Prediction (Pad Burn-Through, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)." Alternatively, the techniques for inferring or classifying the state of the jaws of an ultrasonic device described in connection with FIGS. 57 and 56 under the heading "Model-Based Jaw Classification State" and/or the techniques for inferring the temperature of an ultrasonic blade may be used as described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR."

図84は、本開示の少なくとも1つの態様による、肝臓132348に埋もれている血管132354に、実質組織を通って切断し、血管132354と接触するプロセスにおける超音波ブレード132344の図132364である。超音波ブレード132344が肝臓132348の実質組織を横切開すると、超音波ブレード132344は、位置132366で血管132354に接触し、したがって、図85A及び図85Bに示されるように超音波トランスデューサの共振周波数をシフトさせる。制御回路は、図85A及び85Bに示されるように、超音波トランスデューサを駆動する信号のインピーダンス、大きさ、及び位相を監視して、ジョーの状態、例えば、血管132354に接触している間の超音波ブレード132344の状態を評価する。 84 is a diagram 132364 of an ultrasonic blade 132344 in the process of cutting through parenchyma to a blood vessel 132354 embedded in a liver 132348 and contacting the blood vessel 132354, according to at least one aspect of the present disclosure. As the ultrasonic blade 132344 transects the parenchyma of the liver 132348, the ultrasonic blade 132344 contacts the blood vessel 132354 at location 132366, thus shifting the resonant frequency of the ultrasonic transducer, as shown in FIGS. 85A and 85B. The control circuitry monitors the impedance, magnitude, and phase of the signal driving the ultrasonic transducer to assess the state of the jaws, e.g., the state of the ultrasonic blade 132344 while contacting the blood vessel 132354, as shown in FIGS. 85A and 85B.

図85A及び図85Bは、本開示の少なくとも1つの態様による、太線で示される大きな血管の曲線132372との超音波トランスデューサインピーダンスの大きさ/位相のグラフ図132370である。図85Aは、3次元プロットであり、図85Bは2次元プロットである。これらの曲線は、図54~図56に関連して発生し、ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しの関連の記載である。あるいは、「モデルに基づくジョー分類の状態」と題して、図57~図65に関連して記載される超音波装置のジョーの状態を推測又は分類するための技術、並びに/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載され、使用されてもよい。 85A and 85B are graphs 132370 of ultrasound transducer impedance magnitude/phase with a large vessel curve 132372 shown in bold, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 85A is a three-dimensional plot and FIG. 85B is a two-dimensional plot. These curves are generated in conjunction with FIGS. 54-56 and the associated description under the heading "Inferring Jaw Condition (Pad Burn-Through, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)." Alternatively, the techniques for inferring or classifying the state of the jaws of an ultrasonic device and/or the techniques for inferring the temperature of an ultrasonic blade described in connection with Figures 57-65, entitled "Model-Based Jaw Classification State", may be used as described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417, entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR".

図86は、本開示の少なくとも1つの態様による、図84~図85Bに示されるように血管が検出されたときに実質組織にある組織を処置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132380である。プロセスに従って、「ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しで図54~図56に、及び/又は「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57~図65に関連して記載された超音波装置のジョーの状態を推測又は分類するための技術を使用すること、並びに/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、Nottらによる「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載されており、制御回路は、血管132354が超音波装置132344と接触して位置しているかどうかを判定する。制御回路が血管132382を検出した場合、制御回路は、切断エネルギーを停止し(132384)、より低い電力レベルにスイッチングし(132386)、ユーザに警告メッセージ又は警告を送信する(132388)。例えば、制御回路は、励起電圧/電流信号電力を、血管を切断するために必要とされるレベルよりも低いレベルまで低下させる。警告メッセージ又は警報は、光を発すること、音を発すること、及びブザーを起動することなどを含んでもよい。血管132354が検出されない場合、切除プロセスは132390に続く。 Figure 86 is a logic flow diagram 132380 of a process showing a control program or logic configuration for treating tissue in parenchyma when a blood vessel is detected as shown in Figures 84-85B according to at least one aspect of the present disclosure. According to the process, using the techniques for inferring or classifying the state of the jaws of an ultrasonic device described in connection with FIGS. 54-56 under the heading "Jaw State Inference (Burn Through Pad, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)" and/or in connection with FIGS. 57-65 under the heading "Model Based Jaw Classification State", and/or for inferring the temperature of an ultrasonic blade, the control circuit determines whether a blood vessel 132354 is located in contact with the ultrasonic device 132344. If the control circuit detects a blood vessel 132382, the control circuit stops the cutting energy (132384), switches to a lower power level (132386), and sends a warning message or alert to the user (132388). For example, the control circuit reduces the excitation voltage/current signal power to a level lower than that required to cut the blood vessel. The warning message or alert may include emitting a light, emitting a sound, activating a buzzer, etc. If a blood vessel 132354 is not detected, the ablation process continues at 132390.

再使用可能及び使い捨て装置のためのスマート超音波ブレードの用途
スマートブレードアルゴリズムは、超音波ブレードのステータスを識別するために分光法を使用する。この機能は、装置の使い捨て部分が正しく設置されているかどうかを識別するために、取り外し可能なクランプアームを有する再利用可能及び使い捨て装置に適用することができる。超音波ブレードのステータスは、「ジョーの状態の推測(パッドのバーンスルー、ステープル、破断したブレード、ジョー内の骨、ジョー内の組織)」という見出しで図54~図56に、及び/又は「モデルに基づくジョー分類の状態」という見出しで図57~図65に関連して記載された超音波装置のジョーの状態を推測又は分類するためのスマートブレードアルゴリズム技術を使用して判定することができ、かつ/又は超音波ブレードの温度を推測するための技術は、全体が参照により本明細書に組み込まれる、Nottらによる「TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR」と題する米国特許仮出願第62/640,417号に関連して記載されている。
Smart Ultrasonic Blade Applications for Reusable and Disposable Devices The smart blade algorithm uses spectroscopy to identify the status of the ultrasonic blade. This feature can be applied to reusable and disposable devices with a removable clamp arm to identify if the disposable portion of the device is installed correctly. The status of the ultrasonic blade can be determined using the smart blade algorithm techniques for inferring or classifying the state of the jaws of an ultrasonic device described in connection with Figures 54-56 under the heading "Jaw State Inference (Pad Burn Through, Staples, Broken Blade, Bone in Jaw, Tissue in Jaw)" and/or Figures 57-65 under the heading "Model Based Jaw Classification State" and/or techniques for inferring the temperature of the ultrasonic blade are described in connection with U.S. Provisional Patent Application No. 62/640,417 by Nott et al., entitled "TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR," which is incorporated herein by reference in its entirety.

本明細書に記載されるスマートブレードアルゴリズム技術は、再利用可能及び使い捨て装置の構成要素の状態を識別するために使用することができる。一態様では、超音波ブレードのステータスは、再利用可能及び使い捨て装置の使い捨て部分が正しく設置されているか否かを区別するために判定することができる。 The smart blade algorithm techniques described herein can be used to identify the condition of components of reusable and disposable devices. In one aspect, the status of the ultrasonic blade can be determined to distinguish whether the disposable portion of a reusable or disposable device is properly installed.

図87及び図88は、本開示の少なくとも1つの態様による、再利用可能及び使い捨て超音波装置132400の一部が正しく設置されているかどうかを判定するために、超音波ブレード132402のステータスを識別し、クランプアーム132404のクロックされたステータスを判定すように構成された再利用可能及び使い捨て超音波装置132400である。図88は、図87に示される再利用可能及び使い捨て超音波装置132400のエンドエフェクタ132406部分である。再利用可能及び使い捨て超音波装置132400の再利用可能な構成要素及び使い捨て構成要素が正しく設置されているか否かを判定するために、分光シグネチャ間の類似性及び相違を使用することができる。 87 and 88 are reusable and disposable ultrasonic devices 132400 configured to identify the status of the ultrasonic blade 132402 and determine the clocked status of the clamp arm 132404 to determine if the portions of the reusable and disposable ultrasonic device 132400 are properly installed in accordance with at least one aspect of the present disclosure. FIG. 88 is the end effector 132406 portion of the reusable and disposable ultrasonic device 132400 shown in FIG. 87. Similarities and differences between the spectroscopic signatures can be used to determine if the reusable and disposable components of the reusable and disposable ultrasonic device 132400 are properly installed.

図87及び図88に示される再利用可能及び使い捨て超音波装置132400は、再利用可能ハンドル132408と、使い捨て超音波導波管/ブレード132402と、を含む。使用前に、使い捨て超音波導波管/ブレード132402の近位端部132410を、再利用可能ハンドル132408の遠位開口部132412内に挿入し(132414)、図87に示されるように、使い捨て超音波導波管/ブレード132402をハンドル132408内にロックするために、時計回りにひねるか又は回転させる(132416)。使い捨て超音波導波管/ブレード132402が完全に挿入されて(132414)いない場合、及び/又は完全に時計回りに回転されて(132416)いない場合、再利用可能及び使い捨て超音波装置132400は適切に動作しない。例えば、使い捨て超音波導波管/ブレード132402の不適切な挿入132414及び回転132416は、使い捨て超音波導波管/ブレード132402の機械的連結不良をもたらし、異なる分光シグネチャを生成する。したがって、本明細書に記載されるスマートブレードアルゴリズム技術は、再利用可能及び使い捨て超音波装置132400の使い捨て部分がに挿入され(132414)、が完全に回転された(132416)かどうかを判定するために使用することができる。 The reusable and disposable ultrasonic device 132400 shown in FIG. 87 and FIG. 88 includes a reusable handle 132408 and a disposable ultrasonic waveguide/blade 132402. Prior to use, the proximal end 132410 of the disposable ultrasonic waveguide/blade 132402 is inserted (132414) into the distal opening 132412 of the reusable handle 132408 and twisted or rotated (132416) clockwise to lock the disposable ultrasonic waveguide/blade 132402 into the handle 132408, as shown in FIG. 87. If the disposable ultrasonic waveguide/blade 132402 is not fully inserted (132414) and/or fully rotated clockwise (132416), the reusable and disposable ultrasonic device 132400 will not operate properly. For example, improper insertion 132414 and rotation 132416 of the disposable ultrasonic waveguide/blade 132402 will result in a mechanical misalignment of the disposable ultrasonic waveguide/blade 132402, producing a different spectroscopic signature. Thus, the smart blade algorithm techniques described herein can be used to determine whether the disposable portion of the reusable and disposable ultrasonic device 132400 has been inserted (132414) and fully rotated (132416).

別の位置がずれた構成では、図88に示されるクランプアーム132404が超音波ブレード132402に対してクロック(回転)される場合、クランプアーム132404に対する超音波ブレード132402の配向は、位置がずれることになる。これにより、再利用可能及び使い捨て超音波装置132400が作動及び/又はクランプされると、異なる分光シグネチャが生成されることにもなる。したがって、本明細書に記載されるスマートブレードアルゴリズム技術は、再利用可能及び使い捨て超音波装置132400の使い捨て部分がクランプアーム132404に対して適切にクロック(回転)されているかどうかを判定するために使用することができる。 In another misaligned configuration, when the clamp arm 132404 shown in FIG. 88 is clocked relative to the ultrasonic blade 132402, the orientation of the ultrasonic blade 132402 relative to the clamp arm 132404 will be misaligned. This will also result in different spectroscopic signatures being produced when the reusable and disposable ultrasonic device 132400 is activated and/or clamped. Thus, the smart blade algorithm techniques described herein can be used to determine whether the disposable portion of the reusable and disposable ultrasonic device 132400 is properly clocked relative to the clamp arm 132404.

別の態様では、本明細書に記載されるスマートブレードアルゴリズム技術を使用して、再利用可能及び使い捨て超音波装置132400の使い捨て部分が再利用可能部分132408内に押し込まれたか、又はに最後まで挿入された(132414)かどうかを判定することができる。これは、例えば、ハンドル132408などの再利用可能部分が、例えば、動作前に超音波ブレード132402などの使い捨て部分に挿入された(132414)、以下の図89の再利用可能及び使い捨て超音波装置132400に適用可能でってもよい。 In another aspect, the smart blade algorithm techniques described herein can be used to determine if the disposable portion of the reusable and disposable ultrasonic device 132400 has been pushed or fully inserted (132414) into the reusable portion 132408. This may be applicable, for example, to the reusable and disposable ultrasonic device 132400 of FIG. 89 below, where the reusable portion, such as the handle 132408, has been inserted (132414) into the disposable portion, such as the ultrasonic blade 132402, prior to operation.

図89は、本開示の少なくとも1つの態様による、再利用可能及び使い捨て超音波装置132420の使い捨て部分132426が正しく設置されているかどうかを判定するために、超音波ブレード132422のステータスを識別し、クランプアーム132424が完全に遠位でないかどうかを判定するように構成された再利用可能及び使い捨て超音波装置132420である。クランプアームが完全に遠位に設置されていない場合、装置がクランプされると、異なる分光学シグネチャが存在することになる。別の態様では、使い捨て部分132426が再利用可能構成要素132428上に完全に遠位に設置されない場合、超音波ブレード132422の分光シグネチャは、定位置にクランプされたときに異なるものになるであろう。したがって、本明細書に記載されるスマートブレードアルゴリズム技術は、再利用可能及び使い捨て超音波装置132420の使い捨て部分132426が再利用可能部分132428に完全かつ適切に連結されているかどうかを判定するために使用することができる。 89 is a reusable and disposable ultrasonic device 132420 configured to identify the status of the ultrasonic blade 132422 and determine if the clamp arm 132424 is not fully distal to determine if the disposable portion 132426 of the reusable and disposable ultrasonic device 132420 is properly installed, according to at least one aspect of the present disclosure. If the clamp arm is not fully distally installed, there will be a different spectroscopic signature when the device is clamped. In another aspect, if the disposable portion 132426 is not fully distally installed on the reusable component 132428, the spectroscopic signature of the ultrasonic blade 132422 will be different when clamped in place. Thus, the smart blade algorithm techniques described herein can be used to determine if the disposable portion 132426 of the reusable and disposable ultrasonic device 132420 is fully and properly coupled to the reusable portion 132428.

図90は、本開示の少なくとも1つの態様による、再利用可能及び使い捨て超音波装置の構成のステータスを識別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132430である。論理フロー図132430によって示されるプロセスによれば、発生器又は器具の制御回路が、スマートブレードアルゴリズム技術を実行し、再利用可能及び使い捨て構成要素を含む組み立てられた再利用可能及び使い捨て超音波装置132400、132420(図88及び図89)の分光シグネチャ132432を判定する。制御回路は、測定された分光シグネチャを基準分光シグネチャと比較し(132434)、基準分光シグネチャは、適切に組み立てられた再利用可能及び使い捨て超音波装置132400、132420に関連付けられ、発生器又は器具のデータベース又はメモリに記憶される。制御回路は、測定された分光シグネチャが基準分光シグネチャと異なると判定する(132436)と、制御回路は、再利用可能及び使い捨て超音波装置132400、132420の動作を無効にし(132438)、ユーザによって知覚され得る警告を発生させる(132440)。漸減は、光源音源又は振動源を起動することを含んでもよい。測定された分光シグネチャが基準分光シグネチャと同じ又は実質的に同様である場合、制御回路は、再利用可能及び使い捨て超音波装置132400、132420の通常の動作を可能にする(132442)。 90 is a process logic flow diagram 132430 illustrating a control program or logic configuration for identifying the status of a configuration of reusable and disposable ultrasound devices according to at least one aspect of the present disclosure. According to the process illustrated by the logic flow diagram 132430, the generator or instrument control circuitry executes the Smart Blade algorithm technique to determine a spectroscopic signature 132432 of an assembled reusable and disposable ultrasound device 132400, 132420 (FIGS. 88 and 89) including reusable and disposable components. The control circuitry compares (132434) the measured spectroscopic signature to a reference spectroscopic signature, which is associated with a properly assembled reusable and disposable ultrasound device 132400, 132420 and stored in a database or memory of the generator or instrument. If the control circuitry determines that the measured spectroscopic signature differs from the reference spectroscopic signature (132436), the control circuitry disables operation of the reusable and disposable ultrasound devices 132400, 132420 (132438) and generates an alert that may be perceived by a user (132440). The tapering may include activating a source sound or vibration source. If the measured spectroscopic signature is the same or substantially similar to the reference spectroscopic signature, the control circuitry enables normal operation of the reusable and disposable ultrasound devices 132400, 132420 (132442).

電気的パラメータを使用したライブ時間組織分類切断を伴わない封止、RF/超音波組み合わせ技術、調整されたアルゴリズム
一態様では、本開示は、組織をグループに分類するためのアルゴリズムを提供する。組織をライブ時間で分類する機能は、特定の組織グループに対してアルゴリズムを調整することを可能にする。調整されたアルゴリズムは、全ての組織種類にわたって封止時間及び止血を調整することができる。一態様では、本開示は、大きな血管に必要とされる止血を提供し、拡張されたエネルギー起動を必要としないより小さい構造体を迅速に封止するための封止アルゴリズムを提供する。これらの別個の組織種類を分類する能力は、ライブ時間における各グループの最適化されたアルゴリズムを可能にする。
Live-time tissue classification using electrical parameters, sealing without cutting, combined RF/ultrasound techniques, tailored algorithms In one aspect, the present disclosure provides algorithms for classifying tissues into groups. The ability to classify tissues in live-time allows the algorithm to be tailored for specific tissue groups. The tailored algorithm can adjust sealing time and hemostasis across all tissue types. In one aspect, the present disclosure provides sealing algorithms to provide the hemostasis required for large vessels and quickly seal smaller structures that do not require extended energy activation. The ability to classify these distinct tissue types allows for optimized algorithms for each group in live-time.

この態様では、起動の最初の0.75秒の間、3つのRF電気的パラメータは、組織を別個のグループに分類するためのプロットで使用される。これらの電気的パラメータは、初期RFインピーダンス(0.15秒で取られる)、最初の0.75秒における最小RFインピーダンス、及びRFインピーダンス勾配がミリ秒で約0である時間の量である。これらのデータ点が取られる他の複数の時間を実装することができる。このデータの全ては、設定された時間の量で収集され、次いで、サポートベクトルマシン(Support Vector Machine、SVM)又は別の分類アルゴリズムを使用して、組織を、ライブ時間で別個のグループに分類することができる。各組織グループは、起動の残りの部分のために実装されるであろうアルゴリズムに特有のアルゴリズムを有する。SVMの種類としては、線形関数、多項式関数、及びラジアルベース関数(RBF)が挙げられる。 In this aspect, during the first 0.75 seconds of the run, three RF electrical parameters are used in the plot to classify the tissues into distinct groups. These electrical parameters are the initial RF impedance (taken at 0.15 seconds), the minimum RF impedance in the first 0.75 seconds, and the amount of time in milliseconds that the RF impedance slope is approximately 0. Other times at which these data points are taken can be implemented. All of this data is collected for a set amount of time, and then a Support Vector Machine (SVM) or another classification algorithm can be used to classify the tissues into distinct groups by live time. Each tissue group has an algorithm specific to the algorithm that will be implemented for the remainder of the run. Types of SVM include linear, polynomial, and radial basis functions (RBF).

図91は、本開示の少なくとも1つの態様による、表皮成長因子(EGF)無線周波数(RF)組織インピーダンス分類の3次元グラフ図132450である。X軸は、組織の最小RFインピーダンス(Zmin)を表し、y軸は、組織の初期RFインピーダンス(Zinit)を表し、z軸は、組織のRFインピーダンス(Z)の導関数が約0である時間の量を表す。図91は、初期RFインピーダンス、最小RFインピーダンス、及びRFインピーダンスの導関数(勾配)が起動の最初の0.75秒以内に約0である時間の量の3つのRFパラメータを使用した場合の、大きな血管132452、例えば、頸動脈-厚組織、及び小さな血管132454、例えば、胸腺-薄組織のグループ化を示している。この分類方法の特徴は、組織種類が設定された時間の量内に分類され得ることである。この方法の利点は、組織固有のアルゴリズムが起動の開始に向かって選択され得るため、特殊な組織治処置は、RF浴槽から出る前に開始され得ることである。RFエネルギーの影響下の組織インピーダンスの文脈において、浴槽領域は、RFエネルギーの初期印加後に組織インピーダンスが低下し、組織が乾燥し始めるまで安定化する曲線であることが理解されるであろう。その後、組織インピーダンスは増加する。したがって、インピーダンス対時間曲線は、「浴槽」の形状に似ている。 FIG. 91 is a three-dimensional graphical representation 132450 of epidermal growth factor (EGF) radio frequency (RF) tissue impedance classification according to at least one aspect of the present disclosure. The x-axis represents the minimum RF impedance (Zmin) of the tissue, the y-axis represents the initial RF impedance (Zinit) of the tissue, and the z-axis represents the amount of time that the derivative of the tissue's RF impedance (Z) is about zero. FIG. 91 illustrates the grouping of large vessels 132452, e.g., carotid artery - thick tissue, and small vessels 132454, e.g., thymus - thin tissue, using three RF parameters: initial RF impedance, minimum RF impedance, and the amount of time that the derivative (slope) of the RF impedance is about zero within the first 0.75 seconds of activation. A feature of this classification method is that tissue types can be classified within a set amount of time. An advantage of this method is that tissue-specific algorithms can be selected toward the beginning of activation so that specialized tissue treatments can be initiated before exiting the RF bath. In the context of tissue impedance under the influence of RF energy, the bathtub region will be understood to be the curve where tissue impedance drops after the initial application of RF energy and stabilizes until the tissue begins to dry. Thereafter, tissue impedance increases. Thus, the impedance versus time curve resembles the shape of a "bathtub."

このデータを使用して、厚い組織及び薄い組織をグループ化するためにサポートベクターマシンを訓練及び試験し、94%の時間を正確に分類した。 Using this data, we trained and tested a support vector machine to group thick and thin tissues, correctly classifying them 94% of the time.

一態様では、本開示は、全ての組織種類に使用される1つの組み合わせRF/超音波アルゴリズムを含む装置を提供し、薄い組織の封止速度は必要以上に長いが、より大きな血管及びより厚い構造体は、拡張された起動から利益を得ることができることが識別されている。この分類スキームにより、組み合わせRF/超音波装置は、最適な速度及び破裂圧力で小さな構造体を封止し、かつ、最大止血を達成するために大きな構造体を封止することが可能になる。 In one aspect, the present disclosure provides a device that includes one combined RF/ultrasound algorithm that is used for all tissue types, identifying that sealing speeds for thin tissues are longer than necessary, while larger vessels and thicker structures can benefit from extended actuation. This classification scheme allows the combined RF/ultrasound device to seal small structures with optimal speed and burst pressure, and to seal larger structures to achieve maximum hemostasis.

図92は、本開示の少なくとも1つの態様による、表皮成長因子(EGF)無線周波数(RF)組織インピーダンス解析の3次元グラフ図132460である。X=軸は、組織の最小RFインピーダンス(Zmin)を表し、y軸は、組織の初期RFインピーダンス(Zinit)を表し、z軸は、組織のRFインピーダンス(Z)の導関数が約0である時間の量を表す。薄い組織132464対厚い組織132462のこの分類モデルが異なる組織タイプに対して堅牢であるかどうかを判定するために、様々なベンチトップ組織種類についてデータを追加し、組織を2つの別個のグループにグループ化した。有益であるか又は必要であるとみなされる場合、このデータを複数のグループに分離することが可能である。異なる厚さの組織132462の種類としては、例えば、頚動脈、空腸、腸間膜、頚管、及び肝臓組織が挙げられる。異なる薄い組織132464の種類としては、例えば、甲状腺及び甲状腺静脈が挙げられる。 92 is a three-dimensional graphical representation 132460 of an epidermal growth factor (EGF) radio frequency (RF) tissue impedance analysis according to at least one aspect of the present disclosure. The x-axis represents the minimum RF impedance (Zmin) of the tissue, the y-axis represents the initial RF impedance (Zinit) of the tissue, and the z-axis represents the amount of time the derivative of the tissue's RF impedance (Z) is approximately zero. To determine whether this classification model of thin tissue 132464 vs. thick tissue 132462 is robust to different tissue types, data was added for various benchtop tissue types and the tissues were grouped into two separate groups. It is possible to separate this data into multiple groups if deemed beneficial or necessary. Different thickness tissue 132462 types include, for example, carotid, jejunal, mesenteric, cervical, and liver tissue. Different thin tissue 132464 types include, for example, thyroid and thyroid vein.

組織分類のための微細切開モード異なる外科処置の考慮のために複数のモードを可能にする組織分類
一態様では、本開示は、組織をグループに分類し、特定の組織クラスをライブ時間で分類するためのアルゴリズムを調整するアルゴリズムを提供する。本開示は、「電気的パラメータを使用したライブ時間組織分類」という見出しで、本明細書で前述されたように、組織を分類することに対する別の潜在的な利点の基礎及び詳細に基づいて構築している。
Micro-Dissection Modes for Tissue Classification Tissue Classification Allows for Multiple Modes for Considerations of Different Surgical Procedures In one aspect, the present disclosure provides algorithms for classifying tissue into groups and tailoring algorithms for live-time classification of specific tissue classes. The present disclosure builds upon the foundations and details of another potential advantage to classifying tissue as previously described herein under the heading "Live-time Tissue Classification Using Electrical Parameters."

図93は、本開示の少なくとも1つの態様による、RFインピーダンス(Z)導関数が約0である時間が初期RFインピーダンスの関数としてプロットされる、頚動脈技術感度のグラフ図132470である。異なる外科的技術が世界の異なる地域に存在し、外科医から外科医へと大きく変化することが知られている。この理由のために、例えば、組織の先端咬合対組織の完全咬合などの、ユーザの特定の外科的技術に基づいて、より効率的なエネルギー送達を可能にするために、技術モードが発生器上に提供されてもよい。先端咬合は、先端部のみで組織を把持する外科用装置のエンドエフェクタを指す。完全咬合は、エンドエフェクタ全体内で組織を把持する外科用装置のエンドエフェクタを指す。発生器は、ユーザが組織の先端咬合又は組織の完全咬合で一貫して動作しているかどうかを検出するように構成されてもよい。図93に示されるように、初期RFインピーダンスデータを測定し、グループ1 132472として先端咬合に、及びグループ2 132474として完全咬合にプロットした。示されるように、組織のグループ1 132472の先端咬合は、250オーム未満の初期RFインピーダンスZInitを登録し、組織のグループ2 132474の完全咬合は、250オーム~500オームの初期インピーダンスZInit、最大RF組織インピーダンスZMaxを登録する。ユーザが組織の先端咬合又は組織の完全咬合を把持しているかどうかを検出すると、アルゴリズムは所定の切開モードを提案することができる。例えば、組織の先端咬合の場合、アルゴリズムは、ユーザに対して微細な切開モードを提案してもよく、又はこの選択肢は、処置前に選択されてもよい。例えば、組織の完全咬合の場合、アルゴリズムは、コース切開モードをユーザに提案してもよく、又はこの選択肢は処置前に選択されてもよい。微細切開モードでは、アルゴリズムは、超音波変位を低下させてクランプアームパッドをバーンスルーから保護することによって、この外科的技術のエネルギー送達を最適化するように調整され得る。また、先端咬合は、より多くの量のRFノイズを有し、より長い封止時間、及びより大きい封止性能の変動を引き起こすことも知られている。先端咬合冷間の微細な切開モードは、エネルギー送達の精度を高めるために、より低いRF終端インピーダンス及び/又は異なるフィルタリング信号を有するように調整されたアルゴリズムを有する。 FIG. 93 is a graphical illustration 132470 of carotid technique sensitivity where the time at which the RF impedance (Z) derivative is approximately zero is plotted as a function of initial RF impedance, according to at least one aspect of the present disclosure. Different surgical techniques exist in different parts of the world and are known to vary greatly from surgeon to surgeon. For this reason, technique modes may be provided on the generator to allow for more efficient energy delivery based on the user's particular surgical technique, such as, for example, tip bite of tissue versus full bite of tissue. Tip bite refers to the end effector of the surgical device grasping tissue only at the tip. Full bite refers to the end effector of the surgical device grasping tissue within the entire end effector. The generator may be configured to detect whether the user is consistently operating at tip bite of tissue or full bite of tissue. As shown in FIG. 93, initial RF impedance data was measured and plotted for tip bite as group 1 132472 and full bite as group 2 132474. As shown, the apical bite of tissue group 1 132472 registers an initial RF impedance Z Init of less than 250 ohms, and the full bite of tissue group 2 132474 registers an initial impedance Z Init between 250 ohms and 500 ohms, maximum RF tissue impedance Z Max . Upon detecting whether the user is gripping the apical bite of tissue or the full bite of tissue, the algorithm can suggest a predefined dissection mode. For example, in the case of apical bite of tissue, the algorithm may suggest a fine dissection mode to the user, or this option may be selected prior to the procedure. For example, in the case of full bite of tissue, the algorithm may suggest a course dissection mode to the user, or this option may be selected prior to the procedure. In the fine dissection mode, the algorithm may be tuned to optimize the energy delivery of this surgical technique by lowering the ultrasonic displacement to protect the clamp arm pads from burn-through. It is also known that apical bite has a greater amount of RF noise, causing longer seal times and greater variation in seal performance. The tip bite cold fine incision mode has a tuned algorithm to have a lower RF termination impedance and/or a different filtered signal to increase the accuracy of energy delivery.

分類の開発作業の一部として技術感度解析を実施した。試験は、張力の有無を問わない完全咬合横切開、及び張力の有無を問わない先端咬合切開などの異なる外科的技術を使用して、ベンチトップ設定において3~7mmの血管を横切開することによって実施された。初期RFインピーダンス、及び勾配の時間RFインピーダンス=0は、全て、組織をグループに分類する際に有意な要因として検査された。 A technique sensitivity analysis was performed as part of the classification development work. Testing was performed by transecting 3-7 mm vessels in a bench-top setting using different surgical techniques such as full occlusal lateral incision with or without tension, and apical occlusal incision with or without tension. Initial RF impedance, and time RF impedance of gradient = 0 were all examined as significant factors in classifying tissues into groups.

外科的技術は、初期のRFインピーダンスZInitに基づいて3つの別個のグループにグループ化され得ることが判定された。0~100オームの範囲の初期RFインピーダンスZInitは、一般に血流場で動作していることを示す。100~300オームの範囲の初期RFインピーダンスZInitは、一般に通常の条件下で動作していることを示し、300オームを超える初期RFインピーダンスZInitは、特に張力が存在する場合の使用状況を示している。 It has been determined that surgical techniques can be grouped into three distinct groups based on the initial RF impedance Z Init : an initial RF impedance Z Init in the range of 0-100 ohms generally indicates operation in a blood flow field, an initial RF impedance Z Init in the range of 100-300 ohms generally indicates operation under normal conditions, and an initial RF impedance Z Init above 300 ohms indicates use situations specifically where tension is present.

パッド保護のための制御された熱管理(CTM)
一態様では、本開示は、フィードバック制御を用いて温度を調節するための制御された熱管理(CTM)アルゴリズムを提供する。フィードバック制御の出力は、超音波外科用器具にとって望ましい効果ではない超音波エンドエフェクタのクランプアームパッドの溶落ちを防止するために使用され得る。上述したように、一般に、パッドの溶落ちは、エンドエフェクタ内に把持された組織が横切開された後で、パッドと接触する超音波ブレードに超音波エネルギーを連続的に印加することによって引き起こされる。
Controlled Thermal Management (CTM) for pad protection
In one aspect, the present disclosure provides a controlled thermal management (CTM) algorithm for regulating temperature using feedback control. The output of the feedback control can be used to prevent burn-through of the clamp arm pads of an ultrasonic end effector, which is not a desired effect for ultrasonic surgical instruments. As discussed above, pad burn-through is generally caused by the continued application of ultrasonic energy to an ultrasonic blade in contact with the pad after tissue grasped within the end effector has been transected.

CTMアルゴリズムは、一般にチタンで作製された超音波ブレードの共振周波数が、温度に比例して変化するという事実を活用する。温度が上昇すると、超音波ブレードの弾性率が低下し、超音波ブレードの固有周波数も低下する。考慮すべき要因は、超音波ブレードの遠位端が高温であるが、導波管が低温である場合、超音波ブレードの遠位端及び導波管の両方とも高温である場合とは異なる所定の温度を達成するための周波数差(デルタ)が存在することである。 The CTM algorithm takes advantage of the fact that the resonant frequency of an ultrasonic blade, typically made from titanium, changes proportionally with temperature. As temperature increases, the elastic modulus of the ultrasonic blade decreases, and the natural frequency of the ultrasonic blade also decreases. A factor to consider is that if the distal end of the ultrasonic blade is hot, but the waveguide is cold, there will be a different frequency difference (delta) to achieve a given temperature than if both the distal end of the ultrasonic blade and the waveguide are hot.

一態様では、CTMアルゴリズムは、起動開始時に(ロック時に)、超音波電気機械システムの共振周波数の関数として、特定の所定の温度に到達するのに必要な超音波トランスデューサ駆動信号の周波数の変化を計算する。超音波導波管によって超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを備える超音波電気機械システムは、温度と共に変化する所定の共振周波数を有する。ロック時における超音波電気機械システムの共振周波数を用いて、超音波ブレードの初期熱状態を考慮して原因と温度終点を達成するために必要とされる超音波トランスデューサ駆動周波数の変化を推測することができる。超音波電気機械システムの共振周波数は、超音波トランスデューサ、若しくは超音波導波管、若しくは超音波ブレード、又はこれらの構成要素の組み合わせの温度の関数として変化し得る。 In one aspect, the CTM algorithm calculates the change in frequency of the ultrasonic transducer drive signal required to reach a particular predetermined temperature as a function of the resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system at the beginning of startup (at lock). The ultrasonic electromechanical system, which comprises an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade by an ultrasonic waveguide, has a predetermined resonant frequency that varies with temperature. The resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system at lock can be used to infer the change in ultrasonic transducer drive frequency required to achieve the cause and temperature endpoint given the initial thermal state of the ultrasonic blade. The resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system can vary as a function of the temperature of the ultrasonic transducer, or ultrasonic waveguide, or ultrasonic blade, or a combination of these components.

図94は、本開示の少なくとも1つの態様による、初期共振周波数(ロック時の周波数)と、約340℃の温度を達成するために必要な周波数(デルタ周波数)の変化との間の関係のグラフ図133300である。約340℃の超音波ブレード温度に達するのに必要な周波数の変化は垂直軸に沿って示され、ロック時における電気機械的超音波システムの共振周波数は水平軸に沿って示される。散布図として示される測定データ点133302に基づいて、約340℃の超音波ブレード温度に到達するために必要とされる周波数の変化と、ロックにおける共振周波数と、の間に直線関係133304が存在する。 94 is a graphical representation 133300 of the relationship between the initial resonant frequency (frequency at lock) and the change in frequency (delta frequency) required to achieve a temperature of approximately 340° C., in accordance with at least one aspect of the present disclosure. The change in frequency required to reach an ultrasonic blade temperature of approximately 340° C. is shown along the vertical axis, and the resonant frequency of the electromechanical ultrasonic system at lock is shown along the horizontal axis. Based on the measured data points 133302 shown as a scatter plot, a linear relationship 133304 exists between the change in frequency required to reach an ultrasonic blade temperature of approximately 340° C. and the resonant frequency at lock.

共振周波数ロック時では、CTMアルゴリズムは、ロック周波数と、TEFLONパッドの融点(約340℃)のすぐ下の温度を達成するために必要とされるデルタ周波数との間の直線関係133304を用いる。図95に示すように、周波数が、周波数の下限から特定のバッファ距離内にあると、超音波発生器133312を備えるフィードバック制御システム133310は、本開示の少なくとも1つの態様に従い、超音波トランスデューサの周波数(f)が所定の閾値よりも低下することを防止するために、超音波電気機械システム133314の超音波トランスデューサに印加される電流(i)設定値を調節する。電流の設定値を低下させることにより、超音波ブレードの変位が減少し、続いて超音波ブレードの温度が低下し、超音波ブレードの固有周波数が上昇する。この関係により、超音波トランスデューサに印加される電流の変化が、超音波ブレードの固有周波数を調節し、超音波ブレード又は超音波電気機械システム133314の温度を間接的に制御することが可能になる。一態様では、発生器133312は、例えば、図21、図26、図27A~図27C、及び図28A~図28Bを参照して説明される超音波発生器として実装されてもよい。フィードバック制御システム133310は、例えば、図44~図45を参照して説明したPIDコントローラとして実装されてもよい。 At resonant frequency lock, the CTM algorithm uses a linear relationship 133304 between the lock frequency and the delta frequency required to achieve a temperature just below the melting point of the TEFLON pad (approximately 340° C.). As shown in FIG. 95, once the frequency is within a certain buffer distance from the lower frequency limit, the feedback control system 133310 comprising the ultrasonic generator 133312 adjusts the current (i) setpoint applied to the ultrasonic transducer of the ultrasonic electromechanical system 133314 to prevent the frequency (f) of the ultrasonic transducer from dropping below a predetermined threshold, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. Reducing the current setpoint reduces the displacement of the ultrasonic blade, which in turn reduces the temperature of the ultrasonic blade and increases the natural frequency of the ultrasonic blade. This relationship allows changes in the current applied to the ultrasonic transducer to adjust the natural frequency of the ultrasonic blade and indirectly control the temperature of the ultrasonic blade or ultrasonic electromechanical system 133314. In one aspect, the generator 133312 may be implemented as an ultrasonic generator, for example, as described with reference to Figures 21, 26, 27A-27C, and 28A-28B. The feedback control system 133310 may be implemented as a PID controller, for example, as described with reference to Figures 44-45.

図96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クランプアームパッドを保護するための制御された熱管理(CTM)アルゴリズムのプロセス又は論理構成のフロー図133320である。フロー図133320によって例示されるプロセス又は論理構成は、本明細書に記載される超音波発生器133312によって、又は超音波器具内に位置する制御回路若しくはこれらの組み合わせによって実行され得る。上述したように、発生器133312は、例えば、図21、図26、図27A~図27C、及び図28A~図28Bを参照して説明される発生器として実装されてもよい。 96 is a flow diagram 133320 of a process or logical configuration of a controlled thermal management (CTM) algorithm for protecting a clamp arm pad in an ultrasonic end effector, according to at least one aspect of the present disclosure. The process or logical configuration illustrated by the flow diagram 133320 may be performed by an ultrasonic generator 133312 described herein, or by a control circuit located in the ultrasonic instrument, or a combination thereof. As described above, the generator 133312 may be implemented as a generator described with reference to, for example, FIGS. 21, 26, 27A-C, and 28A-B.

一態様では、発生器133312内の制御回路は、最初に、超音波トランスデューサに電流を印加することによって超音波器具を起動させる。超音波電気機械システムの共振周波数は、最初に、超音波ブレード温度が低温であるか又は室温に近い初期状態でロックされる。例えば、組織との摩擦接触によって超音波ブレードの温度が上昇すると、制御回路は、超音波電気機械システムの共振周波数における変化又はデルタを監視し、所定のブレード温度に対するデルタ周波数閾値に到達したか否かを判定する(133324)。デルタ周波数が閾値を下回る場合、プロセスは、「いいえ」分岐に沿って進み、制御回路は引き続き、新たな共振周波数を探索し(133325)、デルタ周波数を監視する。デルタ周波数がデルタ周波数閾値を満たすか又はそれを超えると、プロセスは、「はい」分岐に沿って進み、クランプアームパッドの融点に対応する新たな低周波数限界(閾値)を計算する(133326)。非限定的な一実施例では、クランプアームパッドはTEFLON製であり、融点は約340℃である。 In one aspect, the control circuitry in the generator 133312 first activates the ultrasonic instrument by applying a current to the ultrasonic transducer. The resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system is initially locked at an initial state where the ultrasonic blade temperature is low or close to room temperature. As the temperature of the ultrasonic blade increases, for example due to frictional contact with tissue, the control circuitry monitors the change or delta in the resonant frequency of the ultrasonic electromechanical system and determines whether a delta frequency threshold for a given blade temperature has been reached (133324). If the delta frequency falls below the threshold, the process proceeds along the "no" branch and the control circuitry continues to search for a new resonant frequency (133325) and monitor the delta frequency. If the delta frequency meets or exceeds the delta frequency threshold, the process proceeds along the "yes" branch and calculates a new low frequency limit (threshold) corresponding to the melting point of the clamp arm pads (133326). In one non-limiting example, the clamp arm pads are made of TEFLON, which has a melting point of approximately 340°C.

新たな周波数下限が計算されると(133326)、制御回路は、共振周波数が新たに計算されたより低い周波数限界に近いかどうかを判定する(133328)。例えば、TEFLONクランプアームパッドの場合、制御回路は、例えば、超音波ブレード温度が350℃に近づいているかどうかを、現在の共振周波数に基づいて決定する(133328)。電流の共振周波数が低周波数限界を上回る場合、プロセスは、「いいえ」分岐に沿って進み、組織横切開に適した超音波トランスデューサに通常のレベルの電流を印加する(133330)。あるいは、電流の共振周波数が、低周波数限界以下である場合、プロセスは、「はい」分岐に沿って進み、超音波トランスデューサに印加される電流を修正することによって共振周波数を調節する(133332)。一態様では(In ne aspect)、制御回路は、例えば図44~図45を参照して説明したようなPIDコントローラを採用する。制御回路は、ループ内の周波数を調節して(133332)、「封止及び切断」外科処置が終了され、超音波トランスデューサが作動停止されるまで、周波数がいつ下限に近づいているかを判定する(133328)。論理フロー図133320によって示されるCTMアルゴリズムは、クランプアームパッドの融点又はその付近でのみ効果を有するため、CTMアルゴリズムは組織が横切開された後で起動される。 Once the new lower frequency limit is calculated (133326), the control circuit determines whether the resonant frequency is close to the newly calculated lower frequency limit (133328). For example, in the case of a TEFLON clamp arm pad, the control circuit determines, for example, whether the ultrasonic blade temperature is approaching 350° C. based on the current resonant frequency (133328). If the resonant frequency of the current is above the low frequency limit, the process proceeds along the “No” branch and applies a normal level of current to the ultrasonic transducer suitable for tissue transection (133330). Alternatively, if the resonant frequency of the current is below the low frequency limit, the process proceeds along the “Yes” branch and adjusts the resonant frequency by modifying the current applied to the ultrasonic transducer (133332). In one aspect, the control circuit employs a PID controller, for example as described with reference to FIGS. 44-45. The control circuit adjusts the frequency in a loop (133332) to determine when the frequency is approaching a lower limit until the "seal and cut" surgical procedure is terminated and the ultrasonic transducer is deactivated (133328). Because the CTM algorithm illustrated by logic flow diagram 133320 only has an effect at or near the melting point of the clamp arm pads, the CTM algorithm is activated after the tissue is transected.

試料上で実施される破裂圧力試験は、論理フロー図133320によって示されるCTMプロセス又は論理構成が、血管又は他の組織を封止及び切断するために用いられるとき、封止の破裂圧力への影響が存在しないことを示す。更に、試験試料に基づいて、横切開時間が影響を受けた。更に、温度測定は、超音波ブレード温度は、CTMフィードバックアルゴリズム制御なしの装置と比較してCTMアルゴリズムによって境界され、発射間に5秒間の休息を設けた、パッドに対して10秒の間に最大出力で10回の発射を経験した装置は、パッドの損耗が著しく減少し、CTMアルゴリズムフィードバック制御を有さない装置は、この酷使試験で3回以上耐えることはなかったことを確認する。 Burst pressure testing performed on samples indicates that when the CTM process or logic configuration illustrated by logic flow diagram 133320 is used to seal and cut blood vessels or other tissue, there is no effect on the burst pressure of the seal. Additionally, based on the test samples, transection time was affected. Additionally, temperature measurements confirm that the ultrasonic blade temperature was bounded by the CTM algorithm compared to a device without CTM feedback algorithm control, a device experiencing 10 shots at full power in 10 seconds against the pad with 5 seconds of rest between shots experienced significantly reduced pad wear, and a device without CTM algorithm feedback control did not survive more than 3 shots in this abuse test.

図97は、本開示の少なくとも1つの態様による、超音波ブレードの所望の温度とスマート超音波ブレード及び従来の超音波ブレードとを比較する、温度対時間のグラフ図133340である。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。プロットにおいて、破線は、超音波ブレードの所望の温度を表す温度閾値133342である。実線は、図95及び図96を参照して説明したCTMアルゴリズムの制御下での、スマート超音波ブレードの温度対時間曲線133344である。点線は、図95及び図96を参照して説明したCTMアルゴリズムの制御下にない標準の超音波ブレードの温度対時間曲線133346である。示されるとおりである。CTMアルゴリズムの制御下でのスマート超音波ブレードの温度が所望の温度閾値(約340℃)を超えると、CTMアルゴリズムは制御権を獲得して、横切開処置が完了して超音波トランスデューサへの電力が停止又は遮断されるまで、スマート超音波ブレードの温度を閾値と可能な限り近く一致させるように制御する。 97 is a graph 133340 of temperature versus time comparing the desired temperature of an ultrasonic blade with a smart ultrasonic blade and a conventional ultrasonic blade, in accordance with at least one aspect of the present disclosure. Temperature (°C) is shown along the vertical axis and time (seconds) is shown along the horizontal axis. In the plot, the dashed line is a temperature threshold 133342 representing the desired temperature of the ultrasonic blade. The solid line is a temperature versus time curve 133344 of the smart ultrasonic blade under the control of the CTM algorithm described with reference to Figs. 95 and 96. The dotted line is a temperature versus time curve 133346 of a standard ultrasonic blade not under the control of the CTM algorithm described with reference to Figs. 95 and 96. As shown. Once the temperature of the smart ultrasonic blade under the control of the CTM algorithm exceeds the desired temperature threshold (approximately 340°C), the CTM algorithm takes control and controls the temperature of the smart ultrasonic blade to match the threshold as closely as possible until the transection procedure is completed and power to the ultrasonic transducer is stopped or shut off.

別の態様では、本開示は、例えば超音波剪断などの超音波装置による「封止のみ」の組織効果のためのCTMアルゴリズムを提供する。一般的に言えば、超音波外科用器具は、典型的には、組織を同時に封止及び切断する。切断せずに封止のみするように構成された超音波装置を作製することは、切断を開始する前にいつ封止が完了するかを知ることが不確実であるため、超音波技術のみを使用して達成が困難ではなかった。一態様では、CTMアルゴリズムが、超音波ブレードの温度が組織を切断(横切開)するために必要な温度を超えることができるが、クランプアームパッドの融点を超えないようにすることによって、エンドエフェクタのクランプアームパッドを保護するように構成されてもよい。別の態様では、CTMの封止のみアルゴリズムが、組織の封止温度(実験に基づいて約115℃~約180℃)を超えるが、組織の切断(横切開)温度(約180℃~約350℃)を超えないように調整されてもよい。後者の構成では、CTMの封止のみアルゴリズムは、成功裏に実証された「封止のみ」組織効果を提供する。例えば、図94に示される初期ロック周波数に対する周波数の変化を計算する線形適合では、適合の切片を変化させることは、超音波ブレードの最終的な定常状態温度を調節する。切片パラメータを調節することによって、超音波ブレードを、約180℃を決して超えず、組織封止をもたらすが切断しないように設定することができる。一態様では、ブレードの温度はCTMの封止のみアルゴリズムによって制御されるため、クランプ力を増加させることは、クランプアームパッドの溶落ちに影響を与えることなく封止プロセスを改善することができる。上述したように、CTMの封止のみアルゴリズムは、例えば、図21、図26、図27A~図27C、図28A~図28B、及び図44~図45を参照して説明した発生器及びPIDコントローラによって実装されてもよい。したがって、図96に示すフロー図133320は、制御回路が新たな低周波数限界を計算し(133326)(閾値tは、例えば、約180℃などの「封止のみ」温度に対応する)、周波数がいつ下限に近づいているかを判定し(133328)、「封止のみ」の外科処置が終了して超音波トランスデューサが停止されるまで温度を調節する(133332)ように修正されてもよい。 In another aspect, the present disclosure provides a CTM algorithm for a "seal only" tissue effect with an ultrasonic device, such as an ultrasonic shear. Generally speaking, ultrasonic surgical instruments typically seal and cut tissue simultaneously. Creating an ultrasonic device configured to only seal without cutting has not been difficult to accomplish using ultrasonic technology alone, due to the uncertainty of knowing when sealing will be completed before cutting begins. In one aspect, the CTM algorithm may be configured to protect the clamp arm pads of the end effector by allowing the temperature of the ultrasonic blade to exceed the temperature required to cut (transect) the tissue, but not exceed the melting point of the clamp arm pads. In another aspect, the seal only algorithm of the CTM may be adjusted to exceed the sealing temperature of the tissue (about 115°C to about 180°C based on experiments), but not exceed the cutting (transecting) temperature of the tissue (about 180°C to about 350°C). In the latter configuration, the seal only algorithm of the CTM provides a successfully demonstrated "seal only" tissue effect. For example, in the linear fit calculating the change in frequency relative to the initial lock frequency shown in FIG. 94, varying the intercept of the fit adjusts the final steady state temperature of the ultrasonic blade. By adjusting the intercept parameter, the ultrasonic blade can be set to never exceed about 180° C., resulting in a tissue seal but not cutting. In one aspect, since the temperature of the blade is controlled by the CTM's Seal Only algorithm, increasing the clamp force can improve the sealing process without affecting the burn-through of the clamp arm pad. As mentioned above, the CTM's Seal Only algorithm may be implemented by the generator and PID controller described with reference to, for example, FIGS. 21, 26, 27A-C, 28A-B, and 44-45. Thus, the flow diagram 133320 shown in FIG. 96 may be modified so that the control circuit calculates a new low frequency limit (133326) (where threshold t corresponds to a "seal only" temperature, e.g., about 180° C.), determines when the frequency is approaching the lower limit (133328), and adjusts the temperature (133332) until the "seal only" surgical procedure is completed and the ultrasonic transducer is turned off.

別の態様では、本開示は、非外傷的把持が実行可能であるときを検出するように構成された低温熱監視(CTMo)アルゴリズムを提供する。音響超音波エネルギーは、組織を切断又は横切開する所望の効果を達成するために、約230℃~約300℃の超音波ブレード温度をもたらす。超音波トランスデューサを停止した後の一定期間、超音波ブレードの金属本体内に熱が保持されるため、超音波ブレードに蓄えられた残留熱は、超音波ブレードが冷却する機会を持つ前に超音波エンドエフェクタが組織を把持するために使用された場合に、組織の損傷を引き起こす可能性がある。 In another aspect, the present disclosure provides a cryo-thermal monitoring (CTMo) algorithm configured to detect when atraumatic grasping is feasible. Acoustic ultrasonic energy results in an ultrasonic blade temperature of about 230° C. to about 300° C. to achieve the desired effect of cutting or transecting tissue. Because heat is retained within the metal body of the ultrasonic blade for a period of time after the ultrasonic transducer is turned off, residual heat stored in the ultrasonic blade can cause tissue damage if the ultrasonic end effector is used to grasp tissue before the ultrasonic blade has a chance to cool.

一態様では、CTMoアルゴリズムは、高温状態における固有周波数からエンドエフェクタによって把持された組織を損傷することなく非外傷的把持が実行可能である温度における固有周波数までの超音波電気機械システムの固有周波数における変化を計算する。直接的に、又は超音波トランスデューサを起動してから所定の期間、固有周波数が見出されることが予期される、例えば約48,000Hz~52,000Hzの周波数の帯域幅を含む非治療的信号(約5mA)が、超音波トランスデューサに印加される。FFTアルゴリズム、又は非治療的信号で超音波トランスデューサを刺激する間に測定される超音波トランスデューサのインピーダンスの他の超音波電気機械システムの固有周波数を検出する数学的に有効なアルゴリズムは、インピーダンスの大きさが最小である周波数として超音波ブレードの固有周波数を示す。このように超音波トランスデューサを継続的に刺激することにより、FFT又は固有周波数を推測又は測定するための他のアルゴリズムの周波数分解能内で超音波ブレードの固有周波数の継続的なフィードバックを提供する。非外傷的把持が実現可能である温度に対応する固有周波数の変化が検出されると、装置は非外傷的把持が可能であると示すために、トーン、若しくはLED、若しくはスクリーンディスプレイ、若しくは他の形態の通知、又はこれらの組み合わせが提供される。 In one aspect, the CTMo algorithm calculates the change in the natural frequency of the ultrasonic electromechanical system from the natural frequency at a high temperature state to the natural frequency at a temperature where atraumatic grasping is feasible without damaging the tissue grasped by the end effector. A non-therapeutic signal (about 5 mA) is applied to the ultrasonic transducer, either directly or for a predetermined period of time after activating the ultrasonic transducer, including a bandwidth of frequencies where the natural frequency is expected to be found, for example, about 48,000 Hz to 52,000 Hz. An FFT algorithm, or other mathematically valid algorithm for detecting the natural frequency of the ultrasonic electromechanical system, of the impedance of the ultrasonic transducer measured while stimulating the ultrasonic transducer with the non-therapeutic signal, indicates the natural frequency of the ultrasonic blade as the frequency at which the magnitude of the impedance is minimum. Continuous stimulation of the ultrasonic transducer in this manner provides continuous feedback of the natural frequency of the ultrasonic blade within the frequency resolution of the FFT or other algorithm for inferring or measuring the natural frequency. When a change in the natural frequency corresponding to the temperature at which an atraumatic grasp is achievable is detected, the device provides a tone, or LED, or screen display, or other form of notification, or a combination thereof, to indicate that an atraumatic grasp is possible.

別の態様では、本開示は、封止及び切断又は横切開の終了のために調整するように構成されたCTMアルゴリズムを提供する。「組織封止」及び「切断の終了」の通知を提供することは、温度測定を超音波ブレードに容易に直接装着することができず、またクランプアームパッドはセンサを使用したブレードによって明確に検出されないため、従来の超音波装置にとって難しい課題である。CTMアルゴリズムは、超音波ブレードの温度状態を示すことができ、また「切断の終了」若しくは「組織封止」又はその両方の状態は、温度ベースの事象であるため、これらを示すために用いられ得る。 In another aspect, the present disclosure provides a CTM algorithm configured to adjust for sealing and end of cut or transection. Providing notification of "tissue seal" and "end of cut" is a challenge for conventional ultrasonic devices because temperature measurements cannot be easily attached directly to the ultrasonic blade and the clamp arm pads are not clearly detected by the blade using sensors. The CTM algorithm can indicate the temperature state of the ultrasonic blade and can be used to indicate "end of cut" or "tissue seal" or both conditions since these are temperature based events.

一態様では、本開示によるCTMアルゴリズムは、「切断の終了」状態を検出して、通知を起動する。組織は、典型的には、約210℃~約320℃で、高確率で切断する。CTMアルゴリズムは320℃(又はそれに類する)でトーンを起動させて、組織はおそらく切断されており、超音波ブレードは現在ではクランプアームパッドに対して稼働しているため、組織上での更なる起動は生産的ではないと示すことができ、これは、CTMアルゴリズムが超音波ブレードの温度を制御しているため、CTMアルゴリズムが動作中は許容可能である。一態様では、CTMアルゴリズムは、超音波ブレードの温度が320℃に達したと推定されたら、超音波ブレードの温度を約320℃に維持するために超音波トランスデューサへの電力を制御又は調節するようにプログラムされる。この時点でトーンを開始することにより、組織が切断されたという指標が提供される。CTMアルゴリズムは、温度による周波数の変動に基づく。初期状態温度を(初期周波数に基づいて)判定した後、CTMアルゴリズムは、組織が切断されたときを示す温度に対応する周波数変化を計算することができる。例えば、開始周波数が51,000Hzである場合、CTMアルゴリズムは、-112Hzであり得る、320℃に達するために必要とされる周波数の変化を計算する。次いで、CTMアルゴリズムは制御を開始して、その周波数設定値(例えば50,888Hz)を維持し、それによって超音波ブレードの温度を調節する。同様に、周波数変化は、組織がおそらく切断されたことを示す温度に超音波ブレードがあるときを示す初期周波数に基づいて計算することができる。この時点で、CTMアルゴリズムは電力を制御する必要はなく、単に組織の状態を示すためのトーンを開始すればよく、又は、所望であれば、CTMアルゴリズムはこの時点での周波数を制御してその温度を維持することができる。どちらにしても、「切断の終了」が示される。 In one aspect, a CTM algorithm according to the present disclosure detects an "end of cut" condition and initiates a notification. Tissue typically cuts at about 210°C to about 320°C with a high probability. The CTM algorithm can initiate a tone at 320°C (or the like) to indicate that the tissue has likely been cut and that further activations on the tissue would not be productive since the ultrasonic blade is now running against the clamp arm pad, which is acceptable while the CTM algorithm is operating since the CTM algorithm is controlling the temperature of the ultrasonic blade. In one aspect, once the CTM algorithm estimates that the temperature of the ultrasonic blade has reached 320°C, it is programmed to control or adjust the power to the ultrasonic transducer to maintain the temperature of the ultrasonic blade at about 320°C. Initiating the tone at this point provides an indication that the tissue has been cut. The CTM algorithm is based on the variation of frequency with temperature. After determining the initial state temperature (based on the initial frequency), the CTM algorithm can calculate a frequency change corresponding to a temperature that indicates when the tissue has been cut. For example, if the starting frequency is 51,000 Hz, the CTM algorithm calculates the change in frequency needed to reach 320°C, which may be -112 Hz. The CTM algorithm then initiates control to maintain that frequency set point (e.g., 50,888 Hz), thereby regulating the temperature of the ultrasonic blade. Similarly, a frequency change can be calculated based on the initial frequency to indicate when the ultrasonic blade is at a temperature that indicates the tissue has likely been cut. At this point, the CTM algorithm does not need to control the power, but can simply initiate a tone to indicate the state of the tissue, or, if desired, the CTM algorithm can control the frequency at this point to maintain that temperature. Either way, the "end of cut" is indicated.

一態様では、本開示によるCTMアルゴリズムは、「組織封止」状態を検出し、通知を起動する。切断の終了を検出するのと同様に、組織は約105℃~約200℃で封止する。封止のみの状態を示す、超音波ブレードの温度が200℃に達したことを示すのに必要な初期周波数からの周波数変化は、超音波トランスデューサの起動の開始時点で計算することができる。CTMアルゴリズムはこの時点でトーンを起動することができ、外科医が、封止のみの状態を得ることを望む場合は、外科医は起動を停止してもよく、若しくは封止のみの状態を達成することを望む場合は、外科医は超音波トランスデューサの起動を停止して、この時点から特定の封止のみアルゴリズムを自動的に開始してもよく、又は外科医は、組織切断状態を達成するために超音波トランスデューサの起動を継続してもよい。 In one aspect, the CTM algorithm according to the present disclosure detects a "tissue seal" condition and initiates a notification. Similar to detecting the end of cutting, tissue seals at about 105°C to about 200°C. The frequency change from the initial frequency required to indicate that the ultrasonic blade temperature has reached 200°C, indicating a seal-only condition, can be calculated at the beginning of ultrasonic transducer activation. The CTM algorithm can initiate a tone at this point, and if the surgeon wishes to obtain a seal-only condition, the surgeon may stop activation, or if the surgeon wishes to achieve a seal-only condition, the surgeon may stop ultrasonic transducer activation and automatically initiate a particular seal-only algorithm from this point, or the surgeon may continue ultrasonic transducer activation to achieve a tissue cut condition.

状況認識
ここで図98を参照すると、例えば、外科用ハブ106又は206などのハブの状況認識を示す時間線5200が示されている。時間線5200は例示的な外科処置、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出する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。
98, there is shown a timeline 5200 illustrating the situational awareness of a hub, such as, for example, the surgical hub 106 or 206. The timeline 5200 illustrates an exemplary surgical procedure and the contextual information that the surgical hub 106, 206 can derive from data received from data sources at each step of the surgical procedure. The timeline 5200 illustrates typical steps that may be taken by nurses, surgeons, and other medical personnel during the course of a lung segmentectomy surgery, beginning with setting up the operating room and ending with transporting the patient to a post-operative recovery room.

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たな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こと、医療関係者によって取られている工程を検証すること、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)提供すること、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)こと、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 situation-aware surgical hub 106, 206 receives data from data sources throughout the course of a surgical procedure, including data generated each time medical personnel use a modular device paired with the surgical hub 106, 206. The surgical hub 106, 206 receives this data from the paired modular devices and other data sources to continually derive inferences (i.e., context information) regarding the ongoing procedure as new data is received, such as which steps of the procedure are being performed at any given time. The situation-aware system of the surgical hub 106, 206 can, for example, record data regarding the procedure to generate a report, verify steps being taken by medical personnel, provide data or prompts (e.g., via a display screen) that may be relevant to a particular procedure step, adjust the modular device based on the context (e.g., activate a monitor, adjust the field of view (FOV) of a medical imaging device, or change the energy level of an ultrasonic surgical instrument or an 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 the selected patient data in the EMR, the 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, the personnel scans the incoming medical supplies for the procedure. The surgical hub 106, 206 cross-references the scanned supplies with a list of supplies utilized in various types of procedures to verify that the mix of supplies is compatible with the thoracic procedure. Additionally, the surgical hub 106, 206 may also determine that the procedure is not a wedge procedure (either because the incoming supplies do not include certain supplies required for a thoracic wedge procedure or are not otherwise compatible with a thoracic wedge procedure).

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。次いで、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、医療職員が、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。次いで、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、次いで、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、次いで、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 personnel turns on the auxiliary devices. The auxiliary devices utilized may vary according to the type of surgical procedure and the technology used by the surgeon, but in this exemplary case, they include smoke evacuators, aspirators, and medical imaging devices. Once activated, the auxiliary device, which is a modular device, may automatically pair with the surgical hub 106, 206 located within a particular proximity of the modular device as part of its initialization process. The surgical hub 106, 206 may then derive contextual information regarding the surgical procedure by detecting the type of modular device that is paired with it during this pre-operative or initialization phase. In this particular example, the surgical hub 106, 206 determines that the surgical procedure is a VATS procedure based on this particular combination of paired modular devices. Based on a combination of data from the patient's EMR, a list of medical supplies used in the procedure, and the type of modular devices that connect to the hub, the surgical hub 106, 206 may roughly estimate the particular procedure that the surgical team will be performing. Once the surgical hub 106, 206 knows what particular procedure is being performed, it can then retrieve the steps of that procedure from memory or from the cloud and then cross-reference data subsequently received from connected data sources (e.g., modular devices and patient monitors) to extrapolate 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. The EKG electrodes and other patient monitoring devices may be paired with the surgical hub 106, 206. Once the surgical hub 106, 206 begins receiving data from the patient monitoring devices, 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 can estimate that the patient is under anesthesia based on data from the modular devices and/or patient monitoring devices, including, for example, EKG data, blood pressure data, ventilator data, or a combination thereof. Once the sixth step 5212 is completed, the pre-operative portion of the lung segmentectomy surgery is complete and the operative portion begins.

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 patient's lung being operated on is collapsed (while ventilation is switched to the contralateral lung). The surgical hub 106, 206 can, for example, infer from ventilator data that the patient's lung has been collapsed. Because the surgical hub 106, 206 can compare the detection of the patient's lung being collapsed to the expected steps of the procedure (which may be accessed or read in advance), it can infer that the surgical portion of the procedure has begun, thereby determining 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連結され得る)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 (e.g., a scope) is inserted and video feed from the medical imaging device is initiated. The surgical hub 106, 206 receives the medical imaging device data (i.e., video or image data) through a connection to the medical imaging device. Upon receiving the medical imaging device data, the surgical hub 106, 206 may determine that the laparoscopic portion of the surgical procedure has begun. Additionally, the surgical hub 106, 206 may determine that the particular procedure being performed is a segmentectomy as opposed to a lobectomy (note that the wedge procedure has already been discounted by the surgical hub 106, 206 based on the data received in the second step 5204 of the procedure). Data from the medical imaging device 124 (FIG. 2) may be used to determine contextual information regarding the type of procedure being performed among many different methods, including by determining the angle at which the medical imaging device is oriented with respect to visualization of the patient's anatomy, by monitoring the number or medical imaging devices being used (i.e., activated and paired with the surgical hub 106, 206), and by monitoring the type of visualization device being used. 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 places the camera in an anterior intercostal position relative to the segmental fissure. For example, using pattern recognition or machine learning techniques, a situational awareness system may be trained to recognize the location of the medical imaging device based on visualization of the patient's anatomy. As another example, one technique for performing a VATS lobectomy utilizes a single medical imaging device, while another technique for performing a VATS segmentectomy utilizes multiple cameras. As yet another example, one technique for performing a VATS segmentectomy uses an infrared light source (which may be communicatively coupled to the surgical hub as part of a visualization system) to visualize the segmental fissure, which is not used in a VATS lobectomy. By tracking any or all of this data from the medical imaging device, the surgical hub 106, 206 can determine the particular type of surgical procedure being performed and/or the technique being used for the particular type of surgical procedure.

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 dissection step of the procedure. Because the surgical hub 106, 206 receives data from the RF or ultrasonic generator indicating that an energy instrument is being fired, it can infer that the surgeon is in the process of dissecting and separating the patient's lungs. The surgical hub 106, 206 can cross-reference the received data with the retrieved steps of the surgical procedure to determine that the energy instrument being fired at this point in the process (i.e., after the steps of the procedure described above have been completed) corresponds to the dissection step. In a particular example, 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. Because the surgical hub 106, 206 receives data from the surgical stapling and severing instrument indicating that the instrument is being fired, the surgical hub 106, 206 can infer that the surgeon is ligating the artery and vein. As with the previous step, the surgical hub 106, 206 can derive this inference by cross-referencing the receipt of data from the surgical stapling and severing instrument with the steps in the retrieved process. In a particular example, 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 resection portion of the procedure is performed. The surgical hub 106, 206 can infer that the surgeon is transecting parenchymal tissue based on data from the surgical stapling and cutting instrument, including data from its cartridge. The cartridge data can correspond to, for example, the size or type of staples fired by the instrument. Because 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 type of staples fired is utilized on parenchymal tissue (or other similar tissue type), which allows the surgical hub 106, 206 to infer that the segmental resection portion of the procedure is being performed.

次いで、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。 Then, in a twelfth step 5224, a node dissection step is performed. The surgical hub 106, 206 may infer that the surgical team is dissecting the node and performing a leak test based on data received from the generator indicating that an RF or ultrasonic instrument is being fired. For this particular procedure, the RF or ultrasonic instrument used after the parenchymal tissue is transected corresponds to the node dissection step, which allows the surgical hub 106, 206 to make this inference. It should be noted that the surgeon will periodically alternate between the surgical stapling/cutting instrument and the surgical energy (i.e., RF or ultrasonic) instrument depending on the particular step during the procedure, as different instruments are better suited for certain tasks. Thus, the particular sequence in which the stapling/cutting instrument and the surgical energy instrument are used may indicate which step of the procedure the surgeon is performing. Additionally, in certain instances, a robotic tool may be used for one or more steps during the surgical procedure, and/or a handheld surgical instrument may be used for one or more steps during the surgical procedure. The surgeon(s) can, for example, alternate between the robotic tool and the handheld surgical instrument and/or can, for example, use the devices simultaneously. Once the twelfth step 5224 is completed, 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 estimate that the patient is emerging from anesthesia, for example, based on ventilator data (i.e., 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と通信可能に連結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, the fourteenth step 5228 is for the medical personnel to remove the various patient monitoring devices from the patient. Thus, the surgical hub 106, 206 can presume that the patient is being transferred to a recovery room when the hub loses EKG, BP, and other data from the patient monitoring devices. As can be seen from this exemplary procedure description, based on data received from various data sources communicatively coupled to the surgical hub 106, 206, the surgical hub 106, 206 can determine or presume when each step of a given surgical procedure 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、「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」と題する2017年12月28日出願の米国仮特許出願第62/611,341号で更に説明されている。特定の例では、例えば本明細書で開示される様々なロボット外科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. 62/611,341, filed December 28, 2017, entitled "INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM," which is incorporated herein by reference in its entirety. In certain examples, the operation of a robotic surgical system, including, for example, the various robotic surgical systems disclosed herein, may be controlled by the hub 106, 206 based on its situational awareness and/or feedback from its components and/or based on information from the cloud 102.

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。 While several embodiments have been illustrated and described, it is not the applicant's intention to restrict or limit the appended "claims" to such details. Numerous modifications, variations, changes, substitutions, combinations, and equivalents of these embodiments can be implemented and will occur to those skilled in the art without departing from the scope of the present disclosure. Moreover, the structure of each element associated with the described embodiments can alternatively be described as a means for providing the function performed by that element. Also, although materials are disclosed with respect to specific components, other materials may be used. It is therefore to be understood that the above description and the appended claims are intended to cover all such modifications, combinations, and variations as falling within the scope of the disclosed embodiments. The appended claims are intended to cover all such modifications, variations, changes, 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 above detailed description has described various forms of apparatus and/or processes using block diagrams, flow charts, and/or examples. To the extent that such block diagrams, flow charts, and/or examples include one or more functions and/or operations, it will be understood by those skilled in the art that each function and/or operation included in such block diagrams, flow charts, and/or examples can be implemented individually and/or collectively by a variety of hardware, software, firmware, or virtually any combination thereof. Those skilled in the art will understand that all or a portion of some aspects of the embodiments disclosed herein can be equivalently implemented on an integrated circuit as one or more computer programs running on one or more computers (e.g., 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., as one or more programs running on one or more microprocessors), as firmware, or virtually any combination thereof, and that designing circuits and/or writing software and/or firmware code is within the skill of those skilled 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 as one or more program products in a variety of formats, and that the specific form of the subject matter described herein may be used regardless of the particular type of signal-bearing medium used to actually effect 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。 The instructions used to program the logic to perform the various disclosed aspects may be stored in a 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 may include any mechanism for storing or transmitting information in a form readable by a machine (e.g., a computer), but is not limited to floppy diskettes, optical disks, compact disks, read-only memories (CD-ROMs), as well as magneto-optical disks, read-only memories (ROMs), random access memories (RAMs), erasable programmable read-only memories (EPROMs), electrically erasable programmable read-only memories (EEPROMs), magnetic or optical cards, flash memories, or tangible machine-readable storage used to transmit information over the Internet via electrical, optical, acoustic, or other forms of propagated signals (e.g., carrier waves, infrared signals, digital signals, etc.). Thus, non-transitory computer-readable media includes any type of tangible machine-readable medium suitable for storing or transmitting electronic instructions or information in a form readable by a machine (e.g., a computer).

本明細書の任意の態様で使用されるとき、用語「制御回路」は、例えば、ハードワイヤード回路、プログラマブル回路(例えば、1つ又は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 of this specification, the term "control circuitry" may refer to, for example, hardwired circuitry, programmable circuitry (e.g., a computer processor, processing unit, processor, microcontroller, microcontroller unit, controller, digital signal processor (DSP), programmable logic device (PLD), programmable logic array (PLA), or field programmable gate array (FPGA) including one or more individual instruction processing cores), state machine circuitry, firmware that stores instructions executed by the programmable circuitry, and any combination thereof. The control circuitry may be embodied, collectively or individually, as circuits that form part of a larger system, such as, for example, an integrated circuit (IC), an application specific integrated circuit (ASIC), a system on a chip (SoC), a desktop computer, a laptop computer, a tablet computer, a server, a smartphone, etc. Thus, as used herein, a "control circuit" includes, but is not limited to, 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, an electrical circuit forming a general purpose computing device configured by a computer program (e.g., a general purpose computer configured by a computer program that at least partially executes the processes and/or devices described herein, or a microprocessor configured by a computer program that at least partially executes the processes and/or devices described herein), an electrical circuit forming a memory device (e.g., a form of random access memory), and/or an electrical circuit forming a communication device (e.g., a modem, a communication switch, or an optical-electrical facility). 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、用語「論理」は、前述の動作のいずれかを実行するように構成されたアプリケーション、ソフトウェア、ファームウェア、及び/又は回路を指し得る。ソフトウェアは、非一時的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 of this specification, the term "logic" may refer to an application, software, firmware, and/or circuitry configured to perform any of the operations described above. Software may be embodied as a software package, code, instructions, instruction sets, and/or data recorded on a non-transitory computer-readable storage medium. Firmware may be embodied as code, instructions, or instruction sets, and/or hard-coded (e.g., non-volatile) data in a memory device.

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

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 of this specification, an "algorithm" refers to a self-consistent sequence of steps leading to a desired result, and the "steps" refer to the manipulation of physical quantities and/or logical states, which may, but need not, take the form of electrical or magnetic signals capable of being stored, transferred, combined, compared, and 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 or 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「IEEE802.3Standard」、及び/又は本規格の後のバージョンのイーサネット規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、通信装置は、X.25通信プロトコルを使用して互いに通信することができる。X.25通信プロトコルは、International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector(ITU-T)によって公布された規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、通信装置は、フレームリレー通信プロトコルを使用して互いに通信することができる。フレームリレー通信プロトコルは、Consultative Committee for International Telegraph and Telephone(CCITT)及び/又はthe American National Standards Institute(ANSI)によって公布された規格に準拠するか、又は互換性があり得る。代替的に又は追加的に、送受信機は、非同期転送モード(ATM)通信プロトコルを使用して互いに通信することが可能であり得る。ATM通信プロトコルは、ATM Forumによって「ATM-MPLS Network Interworking2.0」という題で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 a packet-switched network. The communication devices may communicate with each other using a selected packet-switched network communication protocol. One exemplary communication protocol may include an Ethernet communication protocol that may enable communication using Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). The Ethernet protocol may conform to or be compatible with the Ethernet standard entitled "IEEE 802.3 Standard" issued in December 2008 by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), and/or later versions of this standard. Alternatively or additionally, the communication devices may communicate with each other using the X.25 communication protocol. The T.25 communication protocol may conform to or be compatible with standards promulgated by the International Telecommunications Union-Telecommunications Standardization Sector (ITU-T). Alternatively or additionally, the communication devices may 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 capable of communicating with each other using an asynchronous transfer mode (ATM) communication protocol. The ATM communication protocol may conform to or be compatible with the ATM standard published by the ATM Forum in August 2001, entitled "ATM-MPLS Network Interworking 2.0," and/or any later version of this standard. 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, as will be apparent from the foregoing disclosure, discussions throughout the foregoing disclosure using terms such as "processing," "calculating," "computing," "determining," and "displaying" will be understood to refer to the operations and processing of a computer system or similar electronic computing device that manipulates and converts data represented as physical (electronic) quantities in the registers and memory of the computer system into other data similarly represented as physical quantities in the memory or registers of the computer system or such information storage, transmission, or display devices.

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。 One or more components may be referred to herein as being "configured to," "configurable to," "operable/operative to," "adapted/adaptable," "able to," "conformable/conformed to," and the like. Those skilled in the art will understand that "configured to" may generally encompass active and/or inactive and/or standby components, unless the context requires otherwise.

「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 a clinician manipulating a handle portion of a surgical instrument. The term "proximal" refers to the portion closest to the clinician and the term "distal" refers to the portion located away from the clinician. It will be further understood that for convenience and clarity, spatial terms such as "vertical," "horizontal," "up," and "down" 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つ以上の(one or more)」という導入句を、請求項記載を導入するために含むことがある。しかしながら、かかる句の使用は、「a」又は「an」という不定冠詞によって請求項記載を導入した場合に、たとえ同一の請求項内に「1つ以上の」又は「少なくとも1つの」といった導入句及び「a」又は「an」という不定冠詞が含まれる場合であっても、かかる導入された請求項記載を含むいかなる特定の請求項も、かかる記載事項を1つのみ含む請求項に限定されると示唆されるものと解釈されるべきではない(例えば、「a」及び/又は「an」は通常、「少なくとも1つの」又は「1つ以上の」を意味するものと解釈されるべきである)。定冠詞を使用して請求項記載を導入する場合にも、同様のことが当てはまる。 Those skilled in the art will understand that the terms used herein generally, and in the appended claims in particular (e.g., the body of the appended claims), are generally intended as "open" terms (e.g., the term "including" should be interpreted as "including but not limited to," the term "having" should be interpreted as "having at least," the term "includes" should be interpreted as "includes but is not limited to," etc.). Furthermore, those skilled in the art will understand that where a specific number is intended in an introduced claim recitation, such intent is clearly set forth in the claim, and in the absence of such a recitation, no such intent exists. For example, as an aid to understanding, the appended claims may include the introductory phrases "at least one" and "one or more" to introduce the claim recitation. However, the use of such phrases should not be construed as implying that when a claim recitation is introduced by the indefinite article "a" or "an," any particular claim containing such an introduced claim recitation is limited to claims containing only one such recitation, even if the same claim contains an introductory phrase such as "one or more" or "at least one" and the indefinite article "a" or "an" (e.g., "a" and/or "an" should generally be construed to mean "at least one" or "one or more"). The same applies when a definite article is used to introduce a claim recitation.

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。 Furthermore, even when a specific number is specified in an introduced claim description, those skilled in the art will recognize that such a description should typically be interpreted to mean at least the number recited (e.g., a description of "two items" without other qualifiers generally means at least two items, or more than two items). Furthermore, when a notation similar to "at least one of A, B, and C, etc." is used, such syntax is generally intended in the sense that a person 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, systems having only A, only B, only C, both A and B, both A and C, both B and C, and/or all of A, B, and C, etc.). When a notation similar to "at least one of A, B, or C, etc." is used, such syntax is generally intended in the sense that one of ordinary skill 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, systems having only A, only B, only C, both A and B, both A and C, both B and C, and/or all of A, B, and C, etc.). Furthermore, one of ordinary skill in the art will understand that any disjunctive word and/or phrase that typically expresses two or more alternative terms should be understood to contemplate the possibility of including one of those terms, either of those terms, or both of those terms, unless the context requires otherwise, whether in the specification, claims, or drawings. For example, the phrase "A or B" will typically be understood to include the possibility 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 respect to the appended claims, one of ordinary skill in the art will appreciate that the recited operations herein may generally be performed in any order. Also, while flow diagrams of various operations are shown in sequence(s), it should be understood that the various operations may be performed in orders other than those illustrated, or may be performed simultaneously. Examples of such alternative orderings may include overlapping, interleaving, interrupting, reordering, incremental, preliminary, additional, simultaneous, reverse, or other different orderings, unless the context requires otherwise. Moreover, terms such as "responsive to," "related to," or other past tense adjectives are generally not intended to exclude such variations, unless the context requires otherwise.

「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。 It is worth noting that any reference to "one embodiment," "an embodiment," "an example," "an example," or the like means that a particular feature, structure, or characteristic described in connection with that embodiment is included in at least one embodiment. Thus, the appearances of the phrases "in one embodiment," "in an embodiment," "in an example," and "in one example" in various places throughout this specification do not necessarily all refer to the same embodiment. Furthermore, particular features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.

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。そのようなものであるから、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 application, patent, non-patent publication, or other disclosure material referenced herein and/or listed in any Application Data Sheet is incorporated herein by reference to the extent that the incorporated material is not inconsistent with this specification. As such, and to the extent necessary, the disclosure material expressly set forth herein shall prevail over any conflicting statements incorporated herein by reference. Any content, or portions thereof, that conflicts with current definitions, opinions, or other disclosure material set forth herein shall be incorporated herein by reference, but only to the extent that no conflict arises between the reference material and the current disclosure material.

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, many benefits have been described that result from using the concepts described herein. The foregoing description of one or more embodiments has been presented for 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. The one or more embodiments have been selected and described in order to illustrate the principles and practical applications, thereby enabling those skilled in the art to utilize various embodiments, with various modifications, as suitable for the particular use contemplated. 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.超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測するための方法であって、前記超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、電気機械超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、方法が、制御回路によって、超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、複素インピーダンスが、 Example 1. A method for inferring a state of an end effector of an ultrasonic device, the ultrasonic device including an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the method including measuring, by a control circuit, a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being:

Figure 0007480044000036
として定義される、測定することと、制御回路によって、複素インピーダンス測定データ点を受信することと、制御回路によって、複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、制御回路によって、比較解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することと、制御回路によって、比較解析の結果に基づいて、エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、制御回路によって、超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測することと、制御周回によって、推測された状態に基づいて、超音波装置のエンドエフェクタの状態を制御することと、を含む。
Figure 0007480044000036
receiving, by the control circuitry, the complex impedance measurement data points; comparing, by the control circuitry, the complex impedance measurement data points to data points in a reference complex impedance characteristic pattern; classifying, by the control circuitry, the complex impedance measurement data points based on results of the comparative analysis; assigning, by the control circuitry, a state or status of the end effector based on results of the comparative analysis; inferring, by the control circuitry, a state of the end effector of the ultrasonic device; and controlling, by a control circuitry, the state of the end effector of the ultrasonic device based on the inferred state.

実施例2.制御回路によって、制御回路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ことと、制御回路によって、基準複素インピーダンス特性パターンを発生させることであって、以下の、制御回路に連結された駆動回路によって、初期周波数において開始し、最終周波数において終了し、かつそれらの間の複数の周波数にある非治療的駆動信号を前記超音波トランスデューサに印加することと、制御回路によって、超音波トランスデューサのインピーダンスを各周波数において測定することと、制御回路によって、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ことと、基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を発生させるために、制御回路によって、複数のデータ点に曲線を当てはめることであって、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る、曲線を当てはめることと、を行うように発生させることと、を含む、実施例1に記載の方法。 Example 2. The method of Example 1, comprising: receiving, by the control circuit, a reference complex impedance characteristic pattern from a database or memory coupled to the control circuit; generating, by the control circuit, a reference complex impedance characteristic pattern, comprising: applying, by a drive circuit coupled to the control circuit, a non-therapeutic drive signal to the ultrasound transducer beginning at an initial frequency and ending at a final frequency, and at a plurality of frequencies therebetween; measuring, by the control circuit, the impedance of the ultrasound transducer at each frequency; storing, by the control circuit, data points corresponding to each impedance measurement; and fitting, by the control circuit, a curve to the plurality of data points to generate a three-dimensional curve representing the reference complex impedance characteristic pattern, the curve fitting being plotted as a function of frequency f.

実施例3.曲線の当てはめが、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む、実施例2に記載の方法。 Example 3. The method of example 2, wherein the curve fitting comprises polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations.

実施例4.制御回路によって、新たなインピーダンス測定データ点を受信することと、制御回路によって、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当てはめられた軌跡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ことと、を含む、実施例1~3のいずれか1つに記載の方法。 Example 4. The method of any one of Examples 1 to 3, including receiving, by the control circuit, a new impedance measurement data point; and classifying, by the control circuit, the new impedance measurement data point using a Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data point to a locus fitted to a reference complex impedance characteristic pattern.

実施例5.制御回路によって、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測することを含む、実施例4に記載の方法。 Example 5. The method of example 4, including estimating, by the control circuit, the probability that a new impedance measurement data point will be correctly classified.

実施例6.新たなインピーダンス測定データ点の推測された正しい分類の確率に基づいて、制御回路によって、前記新たなインピーダンス測定データ点を前記基準複素インピーダンス特性パターンに追加することを含む、実施例5に記載の方法。 Example 6. The method of example 5, including adding, by a control circuit, a new impedance measurement data point to the reference complex impedance characteristic pattern based on an estimated probability of correct classification of the new impedance measurement data point.

実施例7.制御回路によって、訓練データセットSに基づくデータを分類することであって、訓練データセットSが、複数の複素インピーダンス測定データを含む、分類することと、制御回路によって、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のに曲線を当てはめることと、を含み、Sが、次式によって定義され: Example 7. Classifying data based on a training data set S by a control circuit, the training data set S including a plurality of complex impedance measurement data, and fitting a curve to the training data set S by the control circuit using a parametric Fourier series, where S is defined by the following equation:

Figure 0007480044000037
式中、新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000037
where the new impedance measurement data point

Figure 0007480044000038
について、
Figure 0007480044000038
about,

Figure 0007480044000039
までの垂直距離が、次式によって求められ:
Figure 0007480044000039
The vertical distance to is calculated by the formula:

Figure 0007480044000040
Figure 0007480044000040

Figure 0007480044000041
であるときに、
D=Dであり、
Dの確率分布が、前記グループSに属する新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000041
When
D = D ,
The probability distribution of D is determined based on the new impedance measurement data points belonging to the group S.

Figure 0007480044000042
の確率を推測するために使用される、実施例4に記載の方法。
Figure 0007480044000042
The method of Example 4 is used to estimate the probability of

実施例8.制御回路が、超音波電気機械的システムと通信する外科用ハブに位置する、実施例1に記載の方法。 Example 8. The method of example 1, wherein the control circuitry is located in a surgical hub that communicates with the ultrasonic electromechanical system.

実施例9.超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測するための発生器であって、前記超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、電気機械超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、発生器が、メモリに連結された制御回路を含み、制御回路が、音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、複素インピーダンスが、 Example 9. A generator for estimating the state of an end effector of an ultrasonic device, the ultrasonic device including an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the generator including a control circuit coupled to a memory, the control circuit measuring a complex impedance of the sonic transducer, the complex impedance being:

Figure 0007480044000043
として定義される、測定することと、複素インピーダンス測定データ点を受信することと、複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、比較解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することと、比較解析の結果に基づいて、エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測し、推測された状態に基づいて超音波装置のエンドエフェクタの状態を制御することと、を行うように構成されている、発生器。
Figure 0007480044000043
receiving complex impedance measurement data points; comparing the complex impedance measurement data points to data points in a reference complex impedance characteristic pattern; classifying the complex impedance measurement data points based on results of the comparative analysis; assigning a state or status of the end effector based on results of the comparative analysis; inferring a state of the end effector of the ultrasonic device; and controlling the state of the end effector of the ultrasonic device based on the inferred state.

実施例10.制御回路に連結された駆動回路を更に備え、駆動回路が、初期周波数において開始し、最終周波数において終了し、かつそれらの間の複数の周波数にある非治療的駆動信号を超音波トランスデューサに印加するように構成されており、前記制御回路が、前記基準複素インピーダンス特性パターンを発生させるように更に構成されており、前記制御回路が、
前記制御回路に連結されたデータベース又は前記メモリから前記基準複素インピーダンス特性パターンを受信することと、各周波数における前記超音波トランスデューサの前記インピーダンスを測定することと、各インピーダンス測定値に対応するデータ点をメモリに記憶することと、基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を発生させるために、複数のデータ点に曲線を当てはめることであって、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る、曲線を当てはめることと、を行うように構成されている、実施例9に記載の発生器。
Example 10. A method for treating a vascular endodontic condition comprising: a drive circuit coupled to a control circuit, the drive circuit configured to apply a non-therapeutic drive signal to an ultrasound transducer beginning at an initial frequency and ending at a final frequency, and at a plurality of frequencies therebetween; the control circuit further configured to generate the reference complex impedance characteristic pattern; the control circuit further configured to:
10. The generator of claim 9, configured to receive the reference complex impedance characteristic pattern from a database or the memory coupled to the control circuit, measure the impedance of the ultrasonic transducer at each frequency, store data points corresponding to each impedance measurement in memory, and fit a curve to the plurality of data points to generate a three-dimensional curve representing the reference complex impedance characteristic pattern, wherein magnitude |Z| and phase φ are plotted as functions of frequency f.

実施例11.曲線の当てはめが、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む、実施例10のいずれか1つに記載の発生器。 Example 11. The generator of any one of Examples 10, wherein the curve fitting comprises polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations.

実施例12.制御回路が、新たなインピーダンス測定データ点を受信することと、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当てはめられた軌跡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ことと、を行うように更に構成されている、実施例9~11のいずれか1つに記載の発生器。 Example 12. The generator of any one of Examples 9 to 11, wherein the control circuit is further configured to receive new impedance measurement data points and classify the new impedance measurement data points using a Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data points to a locus fitted to the reference complex impedance characteristic pattern.

実施例13.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測するように更に構成されている、実施例11に記載の発生器。 Example 13. The generator of example 11, wherein the control circuitry is further configured to estimate the probability that a new impedance measurement data point will be correctly classified.

実施例14.制御回路が、新たなインピーダンス測定データ点の推測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ように更に構成されている、実施例13に記載の発生器。 Example 14. The generator of example 13, wherein the control circuit is further configured to add 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.

実施例15.制御回路が、訓練データセットSに基づくデータを分類することであって、前記訓練データセットSが、複数の複素インピーダンス測定データを含む、分類することと、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のに曲線を当てはめることと、を行うように更に構成されており、Sが、次式によって定義され: Example 15. The control circuit is further configured to classify data based on a training data set S, the training data set S including a plurality of complex impedance measurement data, and to fit a curve to the training data set S using a parametric Fourier series, where S is defined by the following equation:

Figure 0007480044000044
式中、新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000044
where the new impedance measurement data point

Figure 0007480044000045
について、
Figure 0007480044000045
about,

Figure 0007480044000046
までの垂直距離が、次式によって求められ:
Figure 0007480044000046
The vertical distance to is calculated by the formula:

Figure 0007480044000047
Figure 0007480044000047

Figure 0007480044000048
であるときに、
D=Dであり、
Dの確率分布が、前記グループSに属する新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000048
When
D = D ,
The probability distribution of D is determined based on the new impedance measurement data points belonging to the group S.

Figure 0007480044000049
の確率を推測するために使用される、実施例13に記載の発生器。
Figure 0007480044000049
14. The generator of claim 13, used to estimate the probability of

実施例16.制御回路及びメモリが、超音波電気機械的システムと通信する外科用ハブに位置する、実施例9に記載の発生器。 Example 16. The generator of example 9, wherein the control circuitry and memory are located in a surgical hub that communicates with the ultrasonic electromechanical system.

実施例17.超音波装置であって、そのエンドエフェクタの状態を推測するためのものであり、超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、電気機械超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサと、メモリに連結された制御回路と、を含み、制御回路が、超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、複素インピーダンスが Example 17. An ultrasonic device for inferring a state of its end effector, the ultrasonic device including an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade and a control circuit coupled to a memory, the control circuit measuring a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being

Figure 0007480044000050
として定義される、測定することと、複素インピーダンス測定データ点を受信することと、複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、比較解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することと、比較解析の結果に基づいて、エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測することと、推測された状態に基づいて超音波装置のエンドエフェクタの状態を制御することと、を行うように構成されている、超音波装置。
Figure 0007480044000050
4. An ultrasonic device configured to: measure a complex impedance characteristic pattern defined as a complex impedance characteristic pattern based on a state or status of an end effector of the ultrasonic device; receive complex impedance measurement data points; compare the complex impedance measurement data points to data points in a reference complex impedance characteristic pattern; classify the complex impedance measurement data points based on results of the comparative analysis; assign a state or status of an end effector based on results of the comparative analysis; infer a state of an end effector of the ultrasonic device; and control a state of the end effector of the ultrasonic device based on the inferred state.

実施例18.制御回路に連結された駆動回路を更に備え、駆動回路が、初期周波数において開始し、最終周波数において終了し、かつそれらの間の複数の周波数にある非治療的駆動信号を超音波トランスデューサに印加するように構成されており、制御回路が、基準複素インピーダンス特性パターンを発生させるように更に構成されており、制御回路が、
制御回路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ことと、各周波数における前記超音波トランスデューサの前記インピーダンスを測定することと、各インピーダンス測定値に対応するデータ点をメモリに記憶することと、基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を発生させるために、複数のデータ点に曲線を当てはめることであって、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る、曲線を当てはめることと、を行うように構成されている、実施例17に記載の超音波装置。
Example 18. A method for treating a vascular endodontic disorder further comprising: a drive circuit coupled to the control circuit, the drive circuit configured to apply a non-therapeutic drive signal to the ultrasound transducer beginning at an initial frequency and ending at a final frequency, and at a plurality of frequencies therebetween; the control circuit further configured to generate a reference complex impedance characteristic pattern; the control circuit further configured to:
The ultrasound device of Example 17 is configured to receive a reference complex impedance characteristic pattern from a database or memory coupled to a control circuit, measure the impedance of the ultrasound transducer at each frequency, store data points corresponding to each impedance measurement in memory, and fit a curve to the multiple data points to generate a three-dimensional curve representing the reference complex impedance characteristic pattern, wherein magnitude |Z| and phase φ are plotted as functions of frequency f.

実施例19.前記曲線の当てはめが、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む、実施例18に記載の超音波装置。 Example 19. The ultrasound device of Example 18, wherein the curve fitting comprises polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations.

実施例20.制御回路が、新たなインピーダンス測定データ点を受信することと、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当てはめられた軌跡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ことと、を行うように更に構成されている、実施例17~19のいずれか1つに記載の超音波装置。 Example 20. The ultrasound device of any one of Examples 17 to 19, wherein the control circuit is further configured to receive new impedance measurement data points and classify the new impedance measurement data points using a Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data points to a locus fitted to the reference complex impedance characteristic pattern.

実施例21.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測するように更に構成されている、実施例20に記載の超音波装置。 Example 21. The ultrasound device of Example 20, wherein the control circuitry is further configured to estimate the probability that a new impedance measurement data point will be correctly classified.

実施例22.制御回路が、新たなインピーダンス測定データ点の推測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ように更に構成されている、実施例21に記載の超音波装置。 Example 22. The ultrasound device of Example 21, wherein the control circuitry is further configured to add 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.

実施例23.制御回路が、訓練データセットSに基づくデータを分類することであって、前記訓練データセットSが、複数の複素インピーダンス測定データを含む、分類することと、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のに曲線を当てはめることと、を行うように更に構成されており、Sが、次式によって定義され: Example 23. The control circuit is further configured to classify data based on a training data set S, the training data set S including a plurality of complex impedance measurement data, and to fit a curve to the training data set S using a parametric Fourier series, where S is defined by the following equation:

Figure 0007480044000051
式中、新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000051
where the new impedance measurement data point

Figure 0007480044000052
について、
Figure 0007480044000052
about,

Figure 0007480044000053
までの垂直距離が、次式によって求められ:
Figure 0007480044000053
The vertical distance to is calculated by the formula:

Figure 0007480044000054
Figure 0007480044000054

Figure 0007480044000055
であるときに、
D=Dであり、
Dの確率分布が、グループSに属する新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000055
When
D = D ,
The probability distribution of D is the probability distribution of new impedance measurement data points belonging to group S.

Figure 0007480044000056
の確率を推測するために使用される、実施例21に記載の発生器。
Figure 0007480044000056
22. The generator of claim 21, used to estimate the probability of

実施例24.制御回路及びメモリが、超音波電気機械的システムと通信する外科用ハブに位置する、実施例17~23のいずれか1つに記載の超音波装置。 Example 24. The ultrasound device of any one of Examples 17 to 23, wherein the control circuitry and memory are located in a surgical hub that communicates with the ultrasound electromechanical system.

実施例25.超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測するための方法であって、超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、電気機械超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、方法が、駆動回路によって、駆動信号を超音波トランスデューサに印加することであって、駆動信号が、大きさ及び周波数によって定義される周期信号である、印加することと、プロセッサ又は制御回路によって、電磁超音波システムの共振未満から共振を上回るまで、駆動信号の周波数を掃引することと、プロセッサ又は制御回路によって、インピーダンス/アドミッタンス円変数R、G、X、Bを測定及び記録することと、プロセッサ又は制御回路によって、測定されたインピーダンス/アドミッタンス円変数R、G、X、Bと、基準インピーダンス/アドミッタンス円変数Rref、Gref、Xref、Brefとを比較することと、プロセッサ又は制御回路によって、比較解析の結果に基づいてエンドエフェクタの状態又は状況を判定することと、を含む、方法。 Example 25. A method for inferring a state of an end effector of an ultrasonic device, the ultrasonic device comprising an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system comprising an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the method comprising: applying, by a drive circuit, a drive signal to the ultrasonic transducer, the drive signal being a periodic signal defined by a magnitude and a frequency; sweeping, by a processor or control circuit, a frequency of the drive signal from below to above the resonance of the electromagnetic ultrasonic system; measuring and recording, by the processor or control circuit, impedance/admittance circle variables R e , G e , X e , B e ; comparing, by the processor or control circuit, the measured impedance/admittance circle variables R e , G e , X e , B e with reference impedance/admittance circle variables R ref , G ref , X ref , B ref ; and determining, by the processor or control circuit, a state or status of the end effector based on a result of the comparative analysis.

〔実施の態様〕
(1) 超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測する方法であって、前記超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、前記電気機械的超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、前記方法が、
制御回路によって、超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、前記複素インピーダンスが、

Figure 0007480044000057
として定義される、測定することと、
前記制御回路によって、複素インピーダンス測定データ点を受信することと、
前記制御回路によって、前記複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、
前記制御回路によって、前記比較解析の結果に基づいて、前記複素インピーダンス測定データ点を分類することと、
前記制御回路によって、前記比較解析の結果に基づいて、前記エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を含む、方法。
(2) 前記制御回路によって、前記制御回路に連結されたデータベース又はメモリから前記基準複素インピーダンス特性パターンを受信することと、
前記制御回路によって、前記基準複素インピーダンス特性パターンを発生させることであって、以下の
前記制御回路に連結された駆動回路によって、初期周波数において開始し、最終周波数において終了し、かつそれらの間の複数の周波数にある非治療的駆動信号を前記超音波トランスデューサに印加することと、
前記制御回路によって、前記超音波トランスデューサの前記インピーダンスを各周波数において測定することと、
前記制御回路によって、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ことと、
前記基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を発生させるために、前記制御回路によって、複数のデータ点に曲線を当てはめることであって、前記大きさ│Z│及び位相φが、周波数fの関数としてプロットされる、曲線を当てはめることと、を行うように、発生させることと、を含む、実施態様1に記載の方法。
(3) 前記曲線の当てはめが、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む、実施態様2に記載の方法。
(4) 前記制御回路によって、新たなインピーダンス測定データ点を受信することと、
前記制御回路によって、前記新たなインピーダンス測定データ点から前記基準複素インピーダンス特性パターンに当てはめられた軌跡までのユークリッド垂直距離を使用して、前記新たなインピーダンス測定データ点を分類することと、を含む、実施態様1に記載の方法。
(5) 前記制御回路によって、前記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測することを含む、実施態様4に記載の方法。 [Embodiment]
(1) A method of inferring a state of an end effector of an ultrasonic device, the ultrasonic device including an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the method comprising:
measuring a complex impedance of an ultrasonic transducer by a control circuit, the complex impedance being:
Figure 0007480044000057
and measuring, which is defined as
receiving, by the control circuitry, complex impedance measurement data points;
comparing, by the control circuitry, the complex impedance measurement data points with data points in a reference complex impedance characteristic pattern;
categorizing, by the control circuitry, the complex impedance measurement data points based on results of the comparative analysis; and
and assigning, by the control circuitry, a state or status of the end effector based on results of the comparative analysis.
(2) receiving, by the control circuitry, the reference complex impedance characteristic pattern from a database or memory coupled to the control circuitry;
generating, by said control circuitry, said reference complex impedance characteristic pattern, comprising: applying, by a drive circuit coupled to said control circuitry, a non-therapeutic drive signal to said ultrasound transducer beginning at an initial frequency and ending at a final frequency, and at a number of frequencies therebetween;
measuring the impedance of the ultrasonic transducer at each frequency with the control circuit;
storing, by the control circuitry, a data point corresponding to each impedance measurement;
and generating, by the control circuitry, a curve fitting to a plurality of data points to generate a three-dimensional curve representing the reference complex impedance characteristic pattern, the curve fitting being such that the magnitude |Z| and phase φ are plotted as a function of frequency f.
3. The method of claim 2, wherein the curve fitting comprises polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations.
(4) receiving, by the control circuitry, a new impedance measurement data point; and
classifying, by the control circuit, the new impedance measurement data point using a Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data point to a locus fitted to the reference complex impedance characteristic pattern.
5. The method of claim 4, further comprising estimating, by the control circuitry, a probability that the new impedance measurement data point will be correctly classified.

(6) 前記新たなインピーダンス測定データ点の前記推測された正しい分類の前記確率に基づいて、前記制御回路によって、前記新たなインピーダンス測定データ点を前記基準複素インピーダンス特性パターンに追加することを含む、実施態様5に記載の方法。
(7) 前記制御回路によって、訓練データセットSに基づくデータを分類することであって、前記訓練データセットSが、複数の複素インピーダンス測定データを含む、分類することと、
前記制御回路によって、パラメトリックフーリエ級数を使用して、前記訓練データセットSに曲線を当てはめることと、を含み、
Sが、次式によって定義され:

Figure 0007480044000058
式中、新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000059
について、
Figure 0007480044000060
までの垂直距離が、次式によって求められ:
Figure 0007480044000061
Figure 0007480044000062
であるときに、
D=Dであり、
Dの確率分布が、前記グループSに属する前記新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000063
の前記確率を推測するために使用される、実施態様4に記載の方法。
(8) 前記制御回路が、前記超音波電気機械的システムと通信する外科用ハブに位置する、実施態様1に記載の方法。
(9) 超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測するための発生器であって、前記超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、前記電気機械的超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、前記発生器が、
メモリに連結された制御回路を含み、前記制御回路が、
超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、前記複素インピーダンスが、
Figure 0007480044000064
として定義される、測定することと、
複素インピーダンス測定データ点を受信することと、
前記複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、
前記比較解析の結果に基づいて、前記複素インピーダンス測定データ点を分類することと、
前記比較解析の結果に基づいて、前記エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を行うように構成されている、発生器。
(10) 前記制御回路に連結された駆動回路を更に備え、前記駆動回路が、初期周波数において開始し、最終周波数において終了し、かつそれらの間の複数の周波数にある非治療的駆動信号を前記超音波トランスデューサに印加するように構成されており、
前記制御回路が、前記基準複素インピーダンス特性パターンを発生させるように更に構成されており、
前記制御回路が、
前記制御回路に連結されたデータベース又は前記メモリから前記基準複素インピーダンス特性パターンを受信することと、
各周波数における前記超音波トランスデューサの前記インピーダンスを測定することと、
各インピーダンス測定値に対応するデータ点を前記メモリに記憶することと、
前記基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を発生させるために、複数のデータ点に曲線を当てはめることであって、前記大きさ│Z│及び位相φが、周波数fの関数としてプロットされる、曲線を当てはめることと、を行うように構成されている、実施態様9に記載の発生器。 6. The method of claim 5, further comprising adding, by the control circuitry, the new impedance measurement data point to the reference complex impedance characteristic pattern based on the estimated probability of correct classification of the new impedance measurement data point.
(7) classifying, by the control circuitry, data based on a training data set S, the training data set S including a plurality of complex impedance measurement data; and
and fitting, by said control circuitry, a curve to said training data set S using a parametric Fourier series;
S is defined by the formula:
Figure 0007480044000058
where the new impedance measurement data point
Figure 0007480044000059
about,
Figure 0007480044000060
The vertical distance to is calculated by the formula:
Figure 0007480044000061
Figure 0007480044000062
When
D = D ,
The probability distribution of D is
Figure 0007480044000063
5. The method of claim 4, wherein the probability of
8. The method of claim 1, wherein the control circuitry is located in a surgical hub in communication with the ultrasonic electromechanical system.
(9) A generator for inferring a state of an end effector of an ultrasonic device, the ultrasonic device including an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the generator comprising:
A control circuit coupled to the memory, the control circuit comprising:
Measuring a complex impedance of an ultrasonic transducer, the complex impedance being:
Figure 0007480044000064
and measuring, which is defined as
Receiving complex impedance measurement data points;
comparing the complex impedance measurement data points with data points in a reference complex impedance characteristic pattern;
categorizing the complex impedance measurement data points based on results of the comparative analysis; and
and assigning a state or status of the end effector based on results of the comparative analysis.
(10) A drive circuit coupled to the control circuit, the drive circuit configured to apply a non-therapeutic drive signal to the ultrasound transducer starting at an initial frequency, ending at a final frequency, and at a plurality of frequencies therebetween;
the control circuit is further configured to generate the reference complex impedance characteristic pattern;
The control circuit,
receiving the reference complex impedance characteristic pattern from a database or the memory coupled to the control circuit;
Measuring the impedance of the ultrasonic transducer at each frequency;
storing a data point corresponding to each impedance measurement in said memory;
10. The generator of claim 9, configured to: curve fit a plurality of data points to generate a three-dimensional curve representing the reference complex impedance characteristic pattern, wherein the magnitude |Z| and phase φ are plotted as a function of frequency f.

(11) 前記曲線の当てはめが、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む、実施態様10に記載の発生器。
(12) 前記制御回路が、
新たなインピーダンス測定データ点を受信することと、
前記新たなインピーダンス測定データ点から前記基準複素インピーダンス特性パターンに当てはめられた軌跡までのユークリッド垂直距離を使用して、前記新たなインピーダンス測定データ点を分類することと、を行うように更に構成されている、実施態様9に記載の発生器。
(13) 前記制御回路は、前記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測するように更に構成されている、実施態様12に記載の発生器。
(14) 前記制御回路が、前記新たなインピーダンス測定データ点の前記推測された正しい分類の前記確率に基づいて、前記新たなインピーダンス測定データ点を前記基準複素インピーダンス特性パターンに追加するように更に構成されている、実施態様13に記載の発生器。
(15) 前記制御回路が、
訓練データセットSに基づくデータを分類することであって、前記訓練データセットSが、複数の複素インピーダンス測定データを含む、分類することと、
パラメトリックフーリエ級数を使用して、前記訓練データセットSに曲線を当てはめることと、を行うように更に構成されており、
Sが、次式によって定義され:

Figure 0007480044000065
式中、新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000066
について、
Figure 0007480044000067
までの垂直距離が、次式によって求められ:
Figure 0007480044000068
Figure 0007480044000069
であるときに、
D=Dであり、
Dの確率分布が、前記グループSに属する前記新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000070
の前記確率を推測するために使用される、実施態様13に記載の発生器。 11. The generator of claim 10, wherein the curve fitting comprises polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations.
(12) The control circuit
receiving a new impedance measurement data point;
10. The generator of claim 9, further configured to: classify the new impedance measurement data points using a Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data points to a locus fitted to the reference complex impedance characteristic pattern.
13. The generator of claim 12, wherein the control circuitry is further configured to estimate a probability that the new impedance measurement data point will be correctly classified.
14. The generator of claim 13, wherein the control circuitry is further configured to add the new impedance measurement data point to the reference complex impedance characteristic pattern based on the estimated probability of correct classification of the new impedance measurement data point.
(15) The control circuit
classifying data based on a training data set S, the training data set S including a plurality of complex impedance measurement data;
and further configured to fit a curve to the training data set S using a parametric Fourier series;
S is defined by the formula:
Figure 0007480044000065
where the new impedance measurement data point
Figure 0007480044000066
about,
Figure 0007480044000067
The vertical distance to is calculated by the formula:
Figure 0007480044000068
Figure 0007480044000069
When
D = D ,
The probability distribution of D is
Figure 0007480044000070
14. The generator of claim 13, which is used to estimate the probability of

(16) 前記制御回路及び前記メモリが、前記超音波電気機械的システムと通信する外科用ハブに位置する、実施態様9に記載の発生器。
(17) 超音波装置であって、そのエンドエフェクタの状態を推測するためのものであり、前記超音波装置が、
所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムであって、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含む、電気機械的超音波システムと、
メモリに連結された制御回路であって、前記制御回路が、
前記超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、前記複素インピーダンスが、

Figure 0007480044000071
として定義される、測定することと、
複素インピーダンス測定データ点を受信することと、
前記複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、
前記比較解析の結果に基づいて、前記複素インピーダンス測定データ点を分類することと、
前記比較解析の結果に基づいて、前記エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を行うように構成されている、制御回路と、を備える超音波装置。
(18) 前記制御回路に連結された駆動回路を更に備え、前記駆動回路が、初期周波数において開始し、最終周波数において終了し、かつそれらの間の複数の周波数にある非治療的駆動信号を前記超音波トランスデューサに印加するように構成されており、
前記制御回路が、前記基準複素インピーダンス特性パターンを発生させるように更に構成されており、
前記制御回路が、
前記制御回路に連結されたデータベース又は前記メモリから前記基準複素インピーダンス特性パターンを受信することと、
各周波数における前記超音波トランスデューサの前記インピーダンスを測定することと、
各インピーダンス測定値に対応するデータ点を前記メモリに記憶することと、
前記基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を発生させるために、複数のデータ点に曲線を当てはめることであって、前記大きさ│Z│及び位相φが、周波数fの関数としてプロットされる、曲線を当てはめること、を行うように構成されている、実施態様17に記載の超音波装置。
(19) 前記曲線の当てはめが、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む、実施態様18に記載の超音波装置。
(20) 前記制御回路が、
新たなインピーダンス測定データ点を受信することと、
前記新たなインピーダンス測定データ点から前記基準複素インピーダンス特性パターンに当てはめられた軌跡までのユークリッド垂直距離を使用して、前記新たなインピーダンス測定データ点を分類することと、を行うように更に構成されている、実施態様17に記載の超音波装置。 16. The generator of claim 9, wherein the control circuitry and the memory are located in a surgical hub in communication with the ultrasonic electromechanical system.
(17) An ultrasonic device for estimating a state of an end effector thereof, the ultrasonic device comprising:
an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade;
A control circuit coupled to the memory, the control circuit comprising:
Measuring a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being:
Figure 0007480044000071
and measuring, which is defined as
Receiving complex impedance measurement data points;
comparing the complex impedance measurement data points with data points in a reference complex impedance characteristic pattern;
categorizing the complex impedance measurement data points based on results of the comparative analysis; and
and assigning a state or status of the end effector based on results of the comparative analysis.
(18) The method further comprises a drive circuit coupled to the control circuit, the drive circuit configured to apply a non-therapeutic drive signal to the ultrasound transducer starting at an initial frequency, ending at a final frequency, and at a plurality of frequencies therebetween;
the control circuit is further configured to generate the reference complex impedance characteristic pattern;
The control circuit,
receiving the reference complex impedance characteristic pattern from a database or the memory coupled to the control circuit;
Measuring the impedance of the ultrasonic transducer at each frequency;
storing a data point corresponding to each impedance measurement in said memory;
18. The ultrasound device of claim 17, configured to perform curve fitting to a plurality of data points to generate a three-dimensional curve representing the reference complex impedance characteristic pattern, wherein the magnitude |Z| and phase φ are plotted as a function of frequency f.
19. The ultrasound device of claim 18, wherein the curve fitting comprises polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations.
(20) The control circuit
receiving a new impedance measurement data point;
18. The ultrasound device of claim 17, further configured to: classify the new impedance measurement data points using a Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data points to a locus fitted to the reference complex impedance characteristic pattern.

(21) 前記制御回路は、前記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測するように更に構成されている、実施態様20に記載の超音波装置。
(22) 前記制御回路が、前記新たなインピーダンス測定データ点の前記推測された正しい分類の前記確率に基づいて、前記新たなインピーダンス測定データ点を前記基準複素インピーダンス特性パターンに追加するように更に構成されている、実施態様21に記載の超音波装置。
(23) 前記制御回路が、
訓練データセットSに基づくデータを分類することであって、前記訓練データセットSが、複数の複素インピーダンス測定データを含む、分類することと、
パラメトリックフーリエ級数を使用して、前記訓練データセットSに曲線を当てはめることと、を行うように更に構成されており、
Sが、次式によって定義され:

Figure 0007480044000072
式中、新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000073
について、
Figure 0007480044000074
までの垂直距離が、次式によって求められ:
Figure 0007480044000075
Figure 0007480044000076
であるときに、
D=Dであり、
Dの確率分布が、前記グループSに属する前記新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000077
の前記確率を推測するために使用される、実施態様21に記載の超音波装置。
(24) 前記制御回路及び前記メモリが、前記超音波電気機械的システムと通信する外科用ハブに位置する、実施態様17に記載の超音波装置。
(25) 超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測する方法であって、前記超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、前記電気機械的超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、前記方法が、
駆動回路によって、駆動信号を超音波トランスデューサに印加することであって、前記駆動信号が、大きさ及び周波数によって定義される周期信号である、印加することと、
プロセッサ又は制御回路によって、前記電磁超音波システムの共振未満から共振を上回るまで、前記駆動信号の周波数を掃引することと、
前記プロセッサ又は制御回路によって、インピーダンス/アドミッタンス円変数(impedance/admittance circle variables)R、G、X、Bを測定及び記録することと、
前記プロセッサ又は制御回路によって、測定されたインピーダンス/アドミッタンス円変数R、G、X、Bと基準インピーダンス/アドミッタンス円変数Rref、Gref、Xref、Brefとを比較することと、
前記プロセッサ又は制御回路によって、前記比較解析の結果に基づいて、前記エンドエフェクタの状態又は状況を判定することと、を含む、方法。 21. The ultrasound device of claim 20, wherein the control circuitry is further configured to estimate a probability that the new impedance measurement data point will be correctly classified.
22. The ultrasound device of claim 21, wherein the control circuitry is further configured to add the new impedance measurement data point to the reference complex impedance characteristic pattern based on the estimated probability of correct classification of the new impedance measurement data point.
(23) The control circuit
classifying data based on a training data set S, the training data set S including a plurality of complex impedance measurement data;
and further configured to fit a curve to the training data set S using a parametric Fourier series;
S is defined by the formula:
Figure 0007480044000072
where the new impedance measurement data point
Figure 0007480044000073
about,
Figure 0007480044000074
The vertical distance to is calculated by the formula:
Figure 0007480044000075
Figure 0007480044000076
When
D = D ,
The probability distribution of D is
Figure 0007480044000077
22. The ultrasound device of claim 21, wherein the ultrasound device is used to estimate the probability of
24. The ultrasonic device of claim 17, wherein the control circuitry and the memory are located in a surgical hub in communication with the ultrasonic electromechanical system.
25. A method of inferring a state of an end effector of an ultrasonic device, the ultrasonic device including an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the method comprising:
applying, by a drive circuit, a drive signal to an ultrasonic transducer, the drive signal being a periodic signal defined by a magnitude and a frequency;
sweeping, by a processor or control circuit, a frequency of the drive signal from below resonance to above resonance of the electromagnetic ultrasonic system;
measuring and recording impedance/admittance circle variables R e , G e , X e , and B e by said processor or control circuitry;
comparing, by said processor or control circuitry, the measured impedance/admittance circle parameters R e , G e , X e , B e with reference impedance/admittance circle parameters R ref , G ref , X ref , B ref ;
determining, by the processor or control circuitry, a state or status of the end effector based on results of the comparative analysis.

Claims (21)

超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測する電気機械的超音波システムの作動方法であって、前記超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される前記電気機械的超音波システムを含み、前記電気機械的超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、前記電気機械的超音波システムが制御回路および駆動回路を含み、前記方法が、
前記制御回路が、前記超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、前記複素インピーダンスが、
Figure 0007480044000078
として定義される、測定することと、
前記制御回路が、複素インピーダンス測定データ点を受信することと、
前記制御回路が、前記複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、
前記制御回路が、前記比較の解析結果に基づいて、前記複素インピーダンス測定データ点を分類することと、
前記制御回路が前記比較の解析結果に基づいて、前記エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を含み、
前記制御回路が、前記制御回路に連結されたデータベース又はメモリから前記基準複素インピーダンス特性パターンを受信することと、
前記制御回路が、前記基準複素インピーダンス特性パターンを発生させることであって、以下の
前記制御回路に連結された前記駆動回路が、初期周波数において開始し、最終周波数において終了し、かつそれらの間の複数の周波数にある非治療的駆動信号を前記超音波トランスデューサに印加することと、
前記制御回路が、前記超音波トランスデューサの前記複素インピーダンスを各周波数において測定することと、
前記制御回路が、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ことと、
前記基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を発生させるために、前記制御回路が、複数のデータ点に曲線を当てはめることであって、前記大きさ│Z│及び位相φが、周波数fの関数としてプロットされる、曲線を当てはめることと、を行うように、発生させることと、を含み、
前記エンドエフェクタの状態は、クランプアームパッドのバーンスルー、前記超音波ブレードとステープルとの接触、破断したブレード、ジョーに把持される骨、前記ジョーに把持される組織少なくともいずれかである、電気機械的超音波システムの作動方法。
1. A method of operating an electromechanical ultrasonic system for inferring a state of an end effector of an ultrasonic device, the ultrasonic device comprising: the electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the electromechanical ultrasonic system including control circuitry and driver circuitry, the method comprising:
The control circuit measures a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being:
Figure 0007480044000078
and
the control circuit receiving complex impedance measurement data points;
the control circuit comparing the complex impedance measurement data points to data points in a reference complex impedance characteristic pattern;
the control circuit classifying the complex impedance measurement data points based on an analysis of the comparison; and
and the control circuitry assigns a state or status of the end effector based on an analysis of the comparison;
the control circuit receiving the reference complex impedance characteristic pattern from a database or memory coupled to the control circuit;
The control circuit generates the reference complex impedance characteristic pattern, the drive circuit coupled to the control circuit applying a non-therapeutic drive signal to the ultrasound transducer starting at an initial frequency and ending at a final frequency, and at a number of frequencies therebetween;
The control circuit measures the complex impedance of the ultrasonic transducer at each frequency;
the control circuit storing a data point corresponding to each impedance measurement;
and causing the control circuit to fit a curve to a plurality of data points to generate a three-dimensional curve representing the reference complex impedance characteristic pattern, the curve fitting including the magnitude |Z| and phase φ being plotted as a function of frequency f;
The method of operating an electromechanical ultrasonic system, wherein the end effector condition is at least one of : burn-through of a clamp arm pad, contact between the ultrasonic blade and a staple, a broken blade, bone grasped by the jaws, and tissue grasped by the jaws.
前記曲線の当てはめが、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む、請求項1に記載の電気機械的超音波システムの作動方法。 The method of operating an electromechanical ultrasonic system of claim 1, wherein the curve fitting comprises polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations. 超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測する電気機械的超音波システムの作動方法であって、前記超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される前記電気機械的超音波システムを含み、前記電気機械的超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、前記電気機械的超音波システムが制御回路および駆動回路を含み、前記方法が、
前記制御回路が、前記超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、前記複素インピーダンスが、
Figure 0007480044000079
として定義される、測定することと、
前記制御回路が、複素インピーダンス測定データ点を受信することと、
前記制御回路が、前記複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、
前記制御回路が、前記比較の解析結果に基づいて、前記複素インピーダンス測定データ点を分類することと、
前記制御回路が前記比較の解析結果に基づいて、前記エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を含み、
前記制御回路が、新たなインピーダンス測定データ点を受信することと、
前記制御回路が、前記新たなインピーダンス測定データ点から前記基準複素インピーダンス特性パターンに当てはめられた軌跡までのユークリッド垂直距離を使用して、前記新たなインピーダンス測定データ点を分類することと、を含み、
前記エンドエフェクタの状態は、クランプアームパッドのバーンスルー、前記超音波ブレードとステープルとの接触、破断したブレード、ジョーに把持される骨、前記ジョーに把持される組織少なくともいずれかである、電気機械的超音波システムの作動方法。
1. A method of operating an electromechanical ultrasonic system for inferring a state of an end effector of an ultrasonic device, the ultrasonic device comprising: the electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the electromechanical ultrasonic system including control circuitry and driver circuitry, the method comprising:
The control circuit measures a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being:
Figure 0007480044000079
and measuring, which is defined as
the control circuit receiving complex impedance measurement data points;
the control circuit comparing the complex impedance measurement data points to data points in a reference complex impedance characteristic pattern;
the control circuit classifying the complex impedance measurement data points based on an analysis of the comparison; and
and the control circuitry assigns a state or status of the end effector based on an analysis of the comparison;
the control circuit receiving a new impedance measurement data point;
the control circuit classifying the new impedance measurement data points using a Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data points to a locus fitted to the reference complex impedance characteristic pattern;
The method of operating an electromechanical ultrasonic system, wherein the end effector condition is at least one of : burn-through of a clamp arm pad, contact between the ultrasonic blade and a staple, a broken blade, bone grasped by the jaws, and tissue grasped by the jaws.
前記制御回路が、前記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測することを含む、請求項3に記載の電気機械的超音波システムの作動方法。 The method of operating an electromechanical ultrasonic system of claim 3, further comprising: the control circuit estimating a probability that the new impedance measurement data point will be correctly classified. 前記新たなインピーダンス測定データ点の前記推測された正しい分類の前記確率に基づいて、前記制御回路によって、前記新たなインピーダンス測定データ点を前記基準複素インピーダンス特性パターンに追加することを含む、請求項4に記載の電気機械的超音波システムの作動方法。 The method of operating an electromechanical ultrasonic system of claim 4, further comprising adding, by the control circuitry, the new impedance measurement data point to the reference complex impedance characteristic pattern based on the estimated probability of correct classification of the new impedance measurement data point. 前記制御回路が、訓練データセットSに基づくデータを分類することであって、前記訓練データセットSが、複数の複素インピーダンス測定データを含む、分類することと、
前記制御回路が、パラメトリックフーリエ級数を使用して、前記訓練データセットSに曲線を当てはめることと、を含み、
Sが、次式によって定義され:
Figure 0007480044000080
式中、新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000081
について、
Figure 0007480044000082
までの垂直距離が、次式によって求められ:
Figure 0007480044000083
Figure 0007480044000084
であるときに、
D=Dであり、
Dの確率分布が、前記訓練データセットSに属する前記新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000085
の確率を推測するために使用される、請求項3に記載の電気機械的超音波システムの作動方法。
the control circuit classifying data based on a training data set S, the training data set S including a plurality of complex impedance measurement data;
the control circuitry fitting a curve to the training data set S using a parametric Fourier series;
S is defined by the formula:
Figure 0007480044000080
where the new impedance measurement data point
Figure 0007480044000081
about,
Figure 0007480044000082
The vertical distance to is calculated by the formula:
Figure 0007480044000083
Figure 0007480044000084
When
D = D ,
The probability distribution of D is determined based on the new impedance measurement data points belonging to the training data set S.
Figure 0007480044000085
The method of claim 3 , wherein the method is used to estimate the probability of
前記制御回路が、前記電気機械的超音波システムと通信する外科用ハブに位置する、請求項1に記載の電気機械的超音波システムの作動方法。 The method of claim 1 , wherein the control circuitry is located in a surgical hub in communication with the electromechanical ultrasonic system. 超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測するための発生器であって、前記超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、前記電気機械的超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、前記発生器が、
メモリに連結された制御回路を含み、前記制御回路が、
前記超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、前記複素インピーダンスが、
Figure 0007480044000086
として定義される、測定することと、
複素インピーダンス測定データ点を受信することと、
前記複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、
前記比較の解析結果に基づいて、前記複素インピーダンス測定データ点を分類することと、
前記比較の解析結果に基づいて、前記エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を行うように構成され、
前記制御回路に連結された駆動回路を更に備え、前記駆動回路が、初期周波数において開始し、最終周波数において終了し、かつそれらの間の複数の周波数にある非治療的駆動信号を前記超音波トランスデューサに印加するように構成されており、
前記制御回路が、前記基準複素インピーダンス特性パターンを発生させるように更に構成されており、
前記制御回路が、
前記制御回路に連結されたデータベース又は前記メモリから前記基準複素インピーダンス特性パターンを受信することと、
各周波数における前記超音波トランスデューサの前記複素インピーダンスを測定することと、
各インピーダンス測定値に対応するデータ点を前記メモリに記憶することと、
前記基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を発生させるために、複数のデータ点に曲線を当てはめることであって、前記大きさ│Z│及び位相φが、周波数fの関数としてプロットされる、曲線を当てはめることと、を行うように構成され、
前記エンドエフェクタの状態は、クランプアームパッドのバーンスルー、前記超音波ブレードとステープルとの接触、破断したブレード、ジョーに把持される骨、前記ジョーに把持される組織少なくともいずれかである、発生器。
1. A generator for inferring a state of an end effector of an ultrasonic device, the ultrasonic device including an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the generator comprising:
A control circuit coupled to the memory, the control circuit comprising:
Measuring a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being:
Figure 0007480044000086
and measuring, which is defined as
Receiving complex impedance measurement data points;
comparing the complex impedance measurement data points with data points in a reference complex impedance characteristic pattern;
categorizing the complex impedance measurement data points based on an analysis of the comparison; and
and assigning a state or status of the end effector based on an analysis of the comparison;
a drive circuit coupled to the control circuit, the drive circuit configured to apply a non-therapeutic drive signal to the ultrasound transducer beginning at an initial frequency and ending at a final frequency and at a number of frequencies therebetween;
the control circuit is further configured to generate the reference complex impedance characteristic pattern;
The control circuit
receiving the reference complex impedance characteristic pattern from a database or the memory coupled to the control circuit;
Measuring the complex impedance of the ultrasonic transducer at each frequency;
storing a data point corresponding to each impedance measurement in said memory;
curve fitting to a plurality of data points to generate a three-dimensional curve representing the reference complex impedance characteristic pattern, the magnitude |Z| and phase φ being plotted as a function of frequency f;
The end effector condition is at least one of : burn-through of a clamp arm pad, contact between the ultrasonic blade and a staple, a broken blade, bone grasped by the jaws, and tissue grasped by the jaws.
前記曲線の当てはめが、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む、請求項8に記載の発生器。 The generator of claim 8, wherein the curve fitting comprises polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations. 超音波装置のエンドエフェクタの状態を推測するための発生器であって、前記超音波装置が、所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムを含み、前記電気機械的超音波システムが、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含み、前記発生器が、
メモリに連結された制御回路を含み、前記制御回路が、
前記超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、前記複素インピーダンスが、
Figure 0007480044000087
として定義される、測定することと、
複素インピーダンス測定データ点を受信することと、
前記複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、
前記比較の結果に基づいて、前記複素インピーダンス測定データ点を分類することと、
前記比較の結果に基づいて、前記エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を行うように構成され、
前記制御回路が、
新たなインピーダンス測定データ点を受信することと、
前記新たなインピーダンス測定データ点から前記基準複素インピーダンス特性パターンに当てはめられた軌跡までのユークリッド垂直距離を使用して、前記新たなインピーダンス測定データ点を分類することと、を行うように更に構成され、
前記エンドエフェクタの状態は、クランプアームパッドのバーンスルー、前記超音波ブレードとステープルとの接触、破断したブレード、ジョーに把持される骨、前記ジョーに把持される組織少なくともいずれかである、
発生器。
1. A generator for inferring a state of an end effector of an ultrasonic device, the ultrasonic device including an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade, the generator comprising:
A control circuit coupled to the memory, the control circuit comprising:
Measuring a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being:
Figure 0007480044000087
and measuring, which is defined as
Receiving complex impedance measurement data points;
comparing the complex impedance measurement data points with data points in a reference complex impedance characteristic pattern;
categorizing the complex impedance measurement data points based on a result of the comparison; and
and assigning a state or status of the end effector based on a result of the comparison;
The control circuit,
receiving a new impedance measurement data point;
classifying the new impedance measurement data points using a Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data points to a locus fitted to the reference complex impedance characteristic pattern;
the end effector condition is at least one of : burn-through of a clamp arm pad, contact between the ultrasonic blade and a staple, a broken blade, bone grasped by the jaws, and tissue grasped by the jaws;
Generator.
前記制御回路は、前記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測するように更に構成されている、請求項10に記載の発生器。 The generator of claim 10, wherein the control circuitry is further configured to estimate a probability that the new impedance measurement data point will be correctly classified. 前記制御回路が、前記新たなインピーダンス測定データ点の前記推測された正しい分類の前記確率に基づいて、前記新たなインピーダンス測定データ点を前記基準複素インピーダンス特性パターンに追加するように更に構成されている、請求項11に記載の発生器。 The generator of claim 11, wherein the control circuitry is further configured to add the new impedance measurement data point to the reference complex impedance characteristic pattern based on the estimated probability of correct classification of the new impedance measurement data point. 前記制御回路が、
訓練データセットSに基づくデータを分類することであって、前記訓練データセットSが、複数の複素インピーダンス測定データを含む、分類することと、
パラメトリックフーリエ級数を使用して、前記訓練データセットSに曲線を当てはめることと、を行うように更に構成されており、
Sが、次式によって定義され:
Figure 0007480044000088
式中、新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000089
について、
Figure 0007480044000090
までの垂直距離が、次式によって求められ:
Figure 0007480044000091
Figure 0007480044000092
であるときに、
D=Dであり、
Dの確率分布が、前記訓練データセットSに属する前記新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000093
の前記確率を推測するために使用される、請求項11に記載の発生器。
The control circuit,
classifying data based on a training data set S, the training data set S including a plurality of complex impedance measurement data;
and further configured to fit a curve to the training data set S using a parametric Fourier series;
S is defined by the formula:
Figure 0007480044000088
where the new impedance measurement data point
Figure 0007480044000089
about,
Figure 0007480044000090
The vertical distance to is calculated by the formula:
Figure 0007480044000091
Figure 0007480044000092
When
D = D ,
The probability distribution of D is determined based on the new impedance measurement data points belonging to the training data set S.
Figure 0007480044000093
12. The generator of claim 11, wherein the generator is used to estimate the probability of
前記制御回路及び前記メモリが、前記電気機械的超音波システムと通信する外科用ハブに位置する、請求項8に記載の発生器。 The generator of claim 8 , wherein the control circuitry and the memory are located in a surgical hub in communication with the electromechanical ultrasonic system. 超音波装置であって、そのエンドエフェクタの状態を推測するためのものであり、前記超音波装置が、
所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムであって、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含む、電気機械的超音波システムと、
メモリに連結された制御回路であって、前記制御回路が、
前記超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、前記複素インピーダンスが、
Figure 0007480044000094
として定義される、測定することと、
複素インピーダンス測定データ点を受信することと、
前記複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、
前記比較の解析結果に基づいて、前記複素インピーダンス測定データ点を分類することと、
前記比較の解析結果に基づいて、前記エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を行うように構成されている、制御回路と、を備え、
前記制御回路に連結された駆動回路を更に備え、前記駆動回路が、初期周波数において開始し、最終周波数において終了し、かつそれらの間の複数の周波数にある非治療的駆動信号を前記超音波トランスデューサに印加するように構成されており、
前記制御回路が、前記基準複素インピーダンス特性パターンを発生させるように更に構成されており、
前記制御回路が、
前記制御回路に連結されたデータベース又は前記メモリから前記基準複素インピーダンス特性パターンを受信することと、
各周波数における前記超音波トランスデューサの前記複素インピーダンスを測定することと、
各インピーダンス測定値に対応するデータ点を前記メモリに記憶することと、
前記基準複素インピーダンス特性パターンを表す3次元曲線を発生させるために、複数のデータ点に曲線を当てはめることであって、前記大きさ│Z│及び位相φが、周波数fの関数としてプロットされる、曲線を当てはめること、を行うように構成され、
前記エンドエフェクタの状態は、クランプアームパッドのバーンスルー、前記超音波ブレードとステープルとの接触、破断したブレード、ジョーに把持される骨、前記ジョーに把持される組織少なくともいずれかである、超音波装置。
1. An ultrasonic device for inferring a state of an end effector thereof, the ultrasonic device comprising:
an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade;
A control circuit coupled to the memory, the control circuit comprising:
Measuring a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being:
Figure 0007480044000094
and measuring, which is defined as
Receiving complex impedance measurement data points;
comparing the complex impedance measurement data points with data points in a reference complex impedance characteristic pattern;
categorizing the complex impedance measurement data points based on an analysis of the comparison; and
and assigning a state or status of the end effector based on an analysis of the comparison.
a drive circuit coupled to the control circuit, the drive circuit configured to apply a non-therapeutic drive signal to the ultrasound transducer beginning at an initial frequency and ending at a final frequency and at a number of frequencies therebetween;
the control circuit is further configured to generate the reference complex impedance characteristic pattern;
The control circuit,
receiving the reference complex impedance characteristic pattern from a database or the memory coupled to the control circuit;
Measuring the complex impedance of the ultrasonic transducer at each frequency;
storing a data point corresponding to each impedance measurement in said memory;
curve fitting to a plurality of data points to generate a three-dimensional curve representing the reference complex impedance characteristic pattern, the magnitude |Z| and phase φ being plotted as a function of frequency f;
an ultrasonic device, the end effector condition being at least one of : burn-through of a clamp arm pad, contact between the ultrasonic blade and a staple, a broken blade, bone grasped by the jaws, and tissue grasped by the jaws.
前記曲線の当てはめが、多項式曲線当てはめ、フーリエ級数、及び/又はパラメータ方程式を含む、請求項15に記載の超音波装置。 The ultrasound device of claim 15, wherein the curve fitting comprises polynomial curve fitting, Fourier series, and/or parametric equations. 超音波装置であって、そのエンドエフェクタの状態を推測するためのものであり、前記超音波装置が、
所定の共振周波数によって定義される電気機械的超音波システムであって、超音波ブレードに連結された超音波トランスデューサを含む、電気機械的超音波システムと、
メモリに連結された制御回路であって、前記制御回路が、
前記超音波トランスデューサの複素インピーダンスを測定することであって、前記複素インピーダンスが、
Figure 0007480044000095
として定義される、測定することと、
複素インピーダンス測定データ点を受信することと、
前記複素インピーダンス測定データ点と基準複素インピーダンス特性パターン内のデータ点とを比較することと、
前記比較の解析結果に基づいて、前記複素インピーダンス測定データ点を分類することと、
前記比較の解析結果に基づいて、前記エンドエフェクタの状態又は状況を割り当てることと、を行うように構成されている、制御回路と、を備え、
前記制御回路が、
新たなインピーダンス測定データ点を受信することと、
前記新たなインピーダンス測定データ点から前記基準複素インピーダンス特性パターンに当てはめられた軌跡までのユークリッド垂直距離を使用して、前記新たなインピーダンス測定データ点を分類することと、を行うように更に構成され、
前記エンドエフェクタの状態は、クランプアームパッドのバーンスルー、前記超音波ブレードとステープルとの接触、破断したブレード、ジョーに把持される骨、前記ジョーに把持される組織少なくともいずれかである、超音波装置。
1. An ultrasonic device for inferring a state of an end effector thereof, the ultrasonic device comprising:
an electromechanical ultrasonic system defined by a predetermined resonant frequency, the electromechanical ultrasonic system including an ultrasonic transducer coupled to an ultrasonic blade;
A control circuit coupled to the memory, the control circuit comprising:
Measuring a complex impedance of the ultrasonic transducer, the complex impedance being:
Figure 0007480044000095
and measuring, which is defined as
Receiving complex impedance measurement data points;
comparing the complex impedance measurement data points with data points in a reference complex impedance characteristic pattern;
categorizing the complex impedance measurement data points based on an analysis of the comparison; and
and assigning a state or status of the end effector based on an analysis of the comparison.
The control circuit,
receiving a new impedance measurement data point;
classifying the new impedance measurement data points using a Euclidean perpendicular distance from the new impedance measurement data points to a locus fitted to the reference complex impedance characteristic pattern;
an ultrasonic device, the end effector condition being at least one of : burn-through of a clamp arm pad, contact between the ultrasonic blade and a staple, a broken blade, bone grasped by the jaws, and tissue grasped by the jaws.
前記制御回路は、前記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測するように更に構成されている、請求項17に記載の超音波装置。 The ultrasound device of claim 17, wherein the control circuitry is further configured to estimate a probability that the new impedance measurement data point will be correctly classified. 前記制御回路が、前記新たなインピーダンス測定データ点の前記推測された正しい分類の前記確率に基づいて、前記新たなインピーダンス測定データ点を前記基準複素インピーダンス特性パターンに追加するように更に構成されている、請求項18に記載の超音波装置。 The ultrasound device of claim 18, wherein the control circuitry is further configured to add the new impedance measurement data point to the reference complex impedance characteristic pattern based on the estimated probability of correct classification of the new impedance measurement data point. 前記制御回路が、
訓練データセットSに基づくデータを分類することであって、前記訓練データセットSが、複数の複素インピーダンス測定データを含む、分類することと、
パラメトリックフーリエ級数を使用して、前記訓練データセットSに曲線を当てはめることと、を行うように更に構成されており、
Sが、次式によって定義され:
Figure 0007480044000096
式中、新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000097
について、
Figure 0007480044000098
までの垂直距離が、次式によって求められ:
Figure 0007480044000099
Figure 0007480044000100
であるときに、
D=Dであり、
Dの確率分布が、前記訓練データセットSに属する前記新たなインピーダンス測定データ点
Figure 0007480044000101
の確率を推測するために使用される、請求項18に記載の超音波装置。
The control circuit,
classifying data based on a training data set S, the training data set S including a plurality of complex impedance measurement data;
and further configured to fit a curve to the training data set S using a parametric Fourier series;
S is defined by the formula:
Figure 0007480044000096
where the new impedance measurement data point
Figure 0007480044000097
about,
Figure 0007480044000098
The vertical distance to is calculated by the formula:
Figure 0007480044000099
Figure 0007480044000100
When
D = D ,
The probability distribution of D is determined based on the new impedance measurement data points belonging to the training data set S.
Figure 0007480044000101
20. The ultrasound device of claim 18, wherein the ultrasound device is used to estimate the probability of
前記制御回路及び前記メモリが、前記電気機械的超音波システムと通信する外科用ハブに位置する、請求項15に記載の超音波装置。 16. The ultrasound device of claim 15, wherein the control circuitry and the memory are located in a surgical hub in communication with the electromechanical ultrasound system.
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