JP7480045B2 - ボタン回路を備える外科用器具 - Google Patents

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    • A61B2017/00292Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery mounted on or guided by flexible, e.g. catheter-like, means
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    • A61B17/00234Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A61B2017/00358Snares for grasping
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    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00367Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like
    • A61B2017/00398Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like using powered actuators, e.g. stepper motors, solenoids
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    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
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    • A61B2017/00464Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets with a releasable handle; with handle and operating part separable for use with different instruments
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    • A61B2017/00473Distal part, e.g. tip or head
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    • A61B17/068Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps
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    • A61B2017/07214Stapler heads
    • A61B2017/07271Stapler heads characterised by its cartridge
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    • A61B17/072Surgical staplers, e.g. containing multiple staples or clamps for applying a row of staples in a single action, e.g. the staples being applied simultaneously
    • A61B2017/07214Stapler heads
    • A61B2017/07285Stapler heads characterised by its cutter
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H01H9/02Bases, casings, or covers
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    • HELECTRICITY
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    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
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    • H03K2217/94Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
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Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2018年12月14日出願の米国非仮特許出願第16/220,309号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS COMPRISING BUTTON CIRCUITS」の利益を主張するものであり、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、2018年12月12日出願の米国仮特許出願第62/778,572号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS」の利益を主張するものであり、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、2018年10月25日出願の米国仮特許出願第62/750,529号、発明の名称「METHOD FOR OPERATING A POWERED ARTICULATING MULTI-CLIP APPLIER」、2018年10月25日出願の米国仮特許出願第62/750,539号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER」、及び2018年10月25日出願の米国仮特許出願第62/750,555号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER」の利益を主張するものであり、これらの開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、2018年4月19日出願の米国仮特許出願第62/659,900号、発明の名称「METHOD OF HUB COMMUNICATION」の利益を主張するものであり、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、2018年5月1日出願の米国仮特許出願第62/665,128号、発明の名称「MODULAR SURGICAL INSTRUMENTS」、2018年5月1日出願の米国仮特許出願第62/665,129号、発明の名称「SURGICAL SUTURING SYSTEMS」、2018年5月1日出願の米国仮特許出願第62/665,134号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER」、2018年5月1日出願の米国仮特許出願第62/665,139号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS COMPRISING CONTROL SYSTEMS」、2018年5月1日出願の米国仮特許出願第62/665,177号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS COMPRISING HANDLE ARRANGEMENTS」、及び2018年5月1日出願の米国仮特許出願第62/665,192号、発明の名称「SURGICAL DISSECTORS」の利益を主張するものであり、これらの開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,291号、発明の名称「USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,294号、発明の名称「DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,296号、発明の名称「ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,300号、発明の名称「SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,302号、発明の名称「INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,307号、発明の名称「AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,309号、発明の名称「SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,310号、発明の名称「COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,313号、発明の名称「CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,315号、発明の名称「DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,320号、発明の名称「DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,323号、発明の名称「SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,327号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES」、及び2018年3月28日出願の米国仮特許出願第62/649,333号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER」の利益を主張するものであり、これらの開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。本出願は、2017年12月28日出願の米国仮特許出願第62/611,339号、発明の名称「ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM」、2017年12月28日出願の米国仮特許出願第62/611,340号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS」、及び2017年12月28日出願の米国仮特許出願第62/611,341号、発明の名称「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」の利益を主張するものであり、これらの開示の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、外科用システムに関し、並びに、とりわけ、様々な構成において、患者の組織を把持するように設計された把持器具、患者の組織を操作するように構成された切開器具、患者の組織をクリップ留めするように構成されたクリップアプライヤ、及び患者の組織を縫合するように構成された縫合器具に関する。
本明細書に記載する実施形態の様々な特徴は、それらの利点と共に、以下の添付図面と併せて以下の説明によって理解することができる。
少なくとも1つの実施形態による、ハンドルと、ハンドルに選択的に取り付け可能であるいくつかのシャフトアセンブリと、を備える、外科用システムを示す。 図1の外科用システムのハンドル及びシャフトアセンブリのうちの1つの立面図である。 図2のシャフトアセンブリの部分断面斜視図である。 図2のシャフトアセンブリの別の部分断面斜視図である。 図2のシャフトアセンブリの部分分解図である。 図2のシャフトアセンブリの部分断面立面図である。 図1のハンドルの駆動モジュールの立面図である。 図7の駆動モジュールの断面斜視図である。 図7の駆動モジュールの端面図である。 ロック構成にある図2のハンドルとシャフトアセンブリとの間の相互接続の部分断面図である。 ロック解除構成にある図2のハンドルとシャフトアセンブリとの間の相互接続の部分断面図である。 図7の駆動モジュールのモータ及び減速歯車アセンブリの断面斜視図である。 図12の減速歯車アセンブリの端面図である。 開放構成にある図2のシャフトアセンブリのエンドエフェクタの部分斜視図である。 閉鎖構成にある図14のエンドエフェクタの部分斜視図である。 第1の方向に関節運動した図14のエンドエフェクタの部分斜視図である。 第2の方向に関節運動した図14のエンドエフェクタの部分斜視図である。 第1の方向に回転した図14のエンドエフェクタの部分斜視図である。 第2の方向に回転した図14のエンドエフェクタの部分斜視図である。 図2のシャフトアセンブリから取り外された図14のエンドエフェクタの部分断面斜視図である。 いくつかの構成要素が取り除かれて示された図14のエンドエフェクタの分解図である。 図2のシャフトアセンブリの遠位取り付け部分の分解図である。 いくつかの構成要素が取り除かれて示された図2のシャフトアセンブリの遠位部分の分解図である。 図2のシャフトアセンブリから取り外された図14のエンドエフェクタの別の部分断面斜視図である。 図2のシャフトアセンブリに取り付けられた図14のエンドエフェクタの部分断面斜視図である。 図2のシャフトアセンブリに取り付けられた図14のエンドエフェクタの部分断面斜視図である。 図2のシャフトアセンブリに取り付けられた図14のエンドエフェクタの別の部分断面斜視図である。 エンドエフェクタの第1、第2、及び第3のクラッチを描写する、図2のシャフトアセンブリに取り付けられた図14のエンドエフェクタの部分断面図である。 非作動状態にある図27の第1のクラッチを描写する。 作動状態にある図27の第1のクラッチを描写する。 非作動状態にある図27の第2のクラッチを描写する。 作動状態にある図27の第2のクラッチを描写する。 非作動状態にある図27の第3のクラッチを描写する。 作動状態にある図27の第3のクラッチを描写する。 非作動状態にある図27の第2及び第3のクラッチ、並びに図2のシャフトアセンブリにロックされた図14のエンドエフェクタを描写する。 その非作動状態にある図27の第2のクラッチ及びその作動状態にある図27の第3のクラッチを描写する。 作動状態にある図27の第2及び第3のクラッチ、並びに図2のシャフトアセンブリからロック解除された図14のエンドエフェクタを描写する。 図27の第1、第2、及び第3のクラッチの状態を検出するように構成されたセンサを備える、少なくとも1つの代替的な実施形態によるシャフトアセンブリの部分断面図である。 図27の第1、第2、及び第3のクラッチの状態を検出するように構成されたセンサを備える、少なくとも1つの代替的な実施形態によるシャフトアセンブリの部分断面図である。 非作動状態にある図38の第1及び第2のクラッチ、並びに少なくとも1つの代替的な実施形態によるセンサを描写する。 非作動状態にある図38の第2及び第3のクラッチ、並びに少なくとも1つの代替的な実施形態によるセンサを描写する。 少なくとも1つの実施形態によるシャフトアセンブリの部分断面図である。 非作動状態で示されるクラッチを備える、図41のシャフトアセンブリの部分断面図である。 作動状態にあるクラッチを示す、図41のシャフトアセンブリの部分断面図である。 非作動状態で示される第1及び第2のクラッチを備える、少なくとも1つの実施形態によるシャフトアセンブリの部分断面図である。 図7のハンドル駆動モジュール及び図1の外科用システムのシャフトアセンブリのうちの1つの斜視図である。 図7のハンドル駆動モジュール及び図45のシャフトアセンブリの別の斜視図である。 図1のハンドルに取り付けられた図45のシャフトアセンブリの部分断面図である。 図1のハンドルに取り付けられた図45のシャフトアセンブリの別の部分断面図である。 図45のシャフトアセンブリの部分断面斜視図である。 図1の外科用システムの制御システムの概略図である。 図1の外科用システムのハンドル及びシャフトアセンブリのうちの1つの立面図である。 図1のハンドル及び図2のシャフトアセンブリの斜視図である。 図1のハンドル及び図2のシャフトアセンブリの部分平面図である。 図1のハンドル及び図2のシャフトアセンブリの部分立面図である。 図7の駆動モジュール及び図1の電源モジュールの斜視図である。 図7の駆動モジュール及び図55の電源モジュールの斜視図である。 図7の駆動モジュール、及び駆動モジュールの側部電池ポートに取り付けられた図55の電源モジュールの立面図である。 図7の駆動モジュールの側部電池ポートと図55の電源モジュールとの間の接続の部分断面図である。 図7のハンドル駆動モジュール、ハンドル駆動モジュールの近位電池ポートに取り付けられた図45の電源モジュール、及び駆動モジュールに取り付けられた図45のシャフトアセンブリの立面図である。 近位電池ポートに取り付けられた図7の駆動モジュール及び図45の電源モジュールの上面図である。 近位電池ポートに取り付けられた図7の駆動モジュール及び図45の電源モジュールの立面図である。 近位電池ポートに取り付けられた図7の駆動モジュール及び図45の電源モジュールの斜視図である。 図7の駆動モジュールから取り外された図45の電源モジュールの斜視図である。 図7の駆動モジュールから取り外された図45の電源モジュールの別の斜視図である。 図7の駆動モジュールの近位電池ポートに取り付けられた図45の電源モジュールの立面図である。 図7の駆動モジュールの近位電池ポートと図45の電源モジュールとの間の接続の部分断面図である。 図7の駆動モジュールの近位電池ポートに取り付けられた図55の電源モジュールの立面図である。 図7の駆動モジュールの近位電池ポートと図55の電源モジュールとの間の接続の部分断面図である。 図45の電源モジュールを図7の駆動モジュールの側部電池ポートに接続する試みの立面図である。 図45の電源モジュールを図7の駆動モジュールの側部電池ポートに接続する試みの断面詳細図である。 図7の駆動モジュールの近位電池ポートに取り付けられた図45の電源モジュール及び側部電池ポートに取り付けられた図55の電源モジュールの斜視図である。 図7の駆動モジュールの近位電池ポートに取り付けられた図45の電源モジュール及び側部電池ポートに取り付けられた図55の電源モジュールの断面図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、選択的に取り付け可能なモジュール式構成要素を備える外科用器具の一部分の斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、図73の外科用器具の電気アーキテクチャを示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、図73の外科用器具のハンドルの部分断面斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、ハンドル上に配置された磁気素子のシステム及び図73の外科用器具のシャフトの斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、ハンドル上に配置された磁気素子のシステム及び図73の外科用器具のシャフトの斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、シャフトを外科用器具のハンドルと整列させる図77の磁気素子のシステムの斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、図73の外科用器具で使用するためのフレックス回路の斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、図79のフレックス回路の一次歪み緩和部分の詳細斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、図79のフレックス回路の二次歪み緩和部分の詳細斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、図79のフレックス回路の可撓性プラスチックに組み込まれた制御回路構成要素の詳細斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、図79のフレックス回路と組み合わせて使用するためのフレックス回路の斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、図80のフレックス回路と電気的に結合される前の、図79のフレックス回路の斜視図である。 本開示の少なくとも1つの態様による、図80のフレックス回路と電気的に結合された図79のフレックス回路の斜視図である。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具の立面図である。 図82の外科用器具の部分詳細図である。 外科用器具のハンドルに挿入されたプローブを示す、図82の外科用器具の部分詳細図である。 例えば、図82の外科用器具の患者への挿入を容易にするように構成された少なくとも1つの実施形態によるトロカールの斜視図である。 図82の外科用器具の駆動システムの斜視図である。 少なくとも1つの実施形態による駆動システムの斜視図である。 図82の外科用器具の歪みゲージの斜視図である。 伸長状態にある図85の歪みゲージを描写する。 収縮状態にある図85の歪みゲージを描写する。 少なくとも1つの実施形態による歪みゲージを備えるホイートストンブリッジを示す。 図82の外科用器具のハンドルハウジングの半分の斜視図である。 図86のハンドル内の回路基板の部分斜視図である。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具の部分断面図である。 図88の外科用器具の電気的インターフェースの部分詳細図である。 少なくとも1つの実施形態によるハンドルの斜視図である。 図90のハンドルのボタンシェルの斜視図である。 図90のハンドルの別のボタンシェルの斜視図である。 図90のハンドルの別のボタンシェルの斜視図である。 少なくとも1つの実施形態によるボタンシェルの断面図である。 少なくとも1つの実施形態によるボタンシェルの断面図である。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具ハンドルの斜視図である。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具ハンドルの斜視図である。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具ハンドルの斜視図である。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具上で表示可能なアイコンである。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具上で表示可能なアイコンである。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具上で表示可能なアイコンである。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具のハンドルフレキシブル回路及びシャフトフレキシブル回路を示す。 図101Aのハンドルフレキシブル回路とシャフトフレキシブル回路との間の接続を示す。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具の制御回路を示す。 少なくとも1つの実施形態による、図102の制御回路に関連付けられたタイミング図を示す。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具の制御回路を示す。 図104Aは、少なくとも1つの実施形態による、電気モータに送達される電力を示すように構成された制御回路を示す。図104Bは、少なくとも1つの実施形態による、図104Aの制御回路と通信する目盛り付きディスプレイを示す。 少なくとも1つの実施形態による、ハンドルを備える外科用器具を示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具を示す。 少なくとも1つの実施形態による、図105の外科用システムの電流及び信号経路を表す概略図を示す。 少なくとも1つの実施形態による、患者の連続性レベルと、図105の外科用システムによって供給される電気外科用電力のレベルとの間の関係を示すグラフを示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具のフレキシブル回路を示す。 図108のフレキシブル回路の断面図を示す。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具のフレキシブル回路を示す。 図110のフレキシブル回路のための断面図を示す。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具のフレキシブル回路を示す。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具の制御回路を示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具の構成要素の分解又は故障を識別するための方法を示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具の構成要素の音響シグネチャの周波数成分信号を示すグラフを示す。 図114の周波数成分信号に関連付けられた構成要素を示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具の駆動構成要素の分解又は故障を識別するための方法を示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具のモータのモータ電流引き込みと周波数成分信号との関係を示すグラフを示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具のモータ制御アルゴリズムを調節するための方法を示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科手術の環境を示す。 少なくとも1つの実施形態による、単極外科用器具を示す。 図120の単極外科用器具の電気終端を示す。 図120の単極外科用器具の電気終端を示す。 本開示の少なくとも1つの態様による、外科用器具間の漏れ電流と距離との関係を示すグラフを示す。 少なくとも1つの実施形態による、異なるタイプの外科用器具接触の直流(direct current、DC)出力電圧閾値を示すグラフを示す。 少なくとも1つの実施形態による、電動外科用器具を示す。 少なくとも1つの実施形態による、図125の電動外科用器具に関連付けられた電位を示すグラフを示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具によって利用される能動的送信及び感知スキームを示す。 図127の外科用器具によって送信及び受信された信号を示すグラフを示す。 図127の外科用器具と関連付けられた近接測定値を示すグラフを示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具によって利用される受動的感知スキームを示す。 影響を受けない状態にある図130の外科用器具と関連付けられた一次磁場を示す。 影響を受けた状態にある図130の外科用器具と関連付けられた一次磁場を示す。 少なくとも1つの実施形態による、図130の外科用器具に関連付けられたホール電流を示すグラフを示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具によって利用される受動的感知スキームを示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具によって利用される受動的感知スキームを示す。 少なくとも1つの実施形態による外科用器具のスキームを示す。 少なくとも1つの実施形態による、図136の外科用器具の電流センサによって測定された誘導電流を示すグラフを示す。 構成要素が取り除かれた状態で示された少なくとも1つの実施形態による外科用器具を示す。 図138の外科用器具の電気回路を示す。 少なくとも1つの実施形態による、外科用器具によって利用される高度、大気圧、及び電力の間の関係を示すグラフを示す。 少なくとも1つの実施形態による、既定の温度閾値を超えることの発生を予測するための方法を示す。 少なくとも1つの実施形態による、感知された温度、近似温度、外科用器具のエネルギー使用の間の関係を示すグラフを示す。
複数の図面を通して、対応する参照符号は対応する部分を示す。本明細書に記載される例示は、本発明の様々な実施形態を1つの形態で例示するものであり、かかる例示は、いかなる方法によっても本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
本願の出願人は、2018年12月14日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらはそれぞれの全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許出願第16/220,281号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH A HARDWARE-ONLY CONTROL CIRCUIT」、
-米国特許出願第16/220,301号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH ACOUSTIC-BASED MOTOR CONTROL」、
-米国特許出願第16/220,313号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT COMPRISING A PLURALITY OF DRIVE SYSTEMS」、
-米国特許出願第16/220,296号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT COMPRISING A CONTROL CIRCUIT」、
-米国特許出願第16/220,318号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT COMPRISING A CONTROL SYSTEM THAT USES INPUT FROM A STRAIN GAGE CIRCUIT」、
-米国特許出願第16/220,273号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH A SENSING ARRAY」、及び
-米国特許出願第16/220,280号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH ENVIRONMENT SENSING」。
本願の出願人は、2018年12月12日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらはそれぞれの全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許仮出願第62/778,571号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS」、
-米国特許仮出願第62/778,572号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS」、
-米国特許仮出願第62/778,573号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS」。
本願の出願人は、2018年10月26日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらは各々、それぞれの全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許出願第16/172,130号、発明の名称「CLIP APPLIER COMPRISING INTERCHANGEABLE CLIP RELOADS」、
-米国特許出願第16/172,066号、発明の名称「CLIP APPLIER COMPRISING A MOVABLE CLIP MAGAZINE」、
-米国特許出願第16/172,078号、発明の名称「CLIP APPLIER COMPRISING A ROTATABLE CLIP MAGAZINE」、
-米国特許出願第16/172,087号、発明の名称「CLIP APPLIER COMPRISING CLIP ADVANCING SYSTEMS」、
-米国特許出願第16/172,094号、発明の名称「CLIP APPLIER COMPRISING A CLIP CRIMPING SYSTEM」、
-米国特許出願第16/172,128号、発明の名称「CLIP APPLIER COMPRISING A RECIPROCATING CLIP ADVANCING MEMBER」、
-米国特許出願第16/172,168号、発明の名称「CLIP APPLIER COMPRISING A MOTOR CONTROLLER」、
-米国特許出願第16/172,164号、発明の名称「SURGICAL SYSTEM COMPRISING A SURGICAL TOOL AND A SURGICAL HUB」、及び
-米国特許出願第16/172,303号、発明の名称「METHOD FOR OPERATING A POWERED ARTICULATING MULTI-CLIP APPLIER」。
本願の出願人は、2018年10月26日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらは各々、それぞれの全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許出願第16/172,328号、発明の名称「METHOD OF HUB COMMUNICATION WITH SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS」、
-米国特許出願第16/172,280号、発明の名称「METHOD FOR PRODUCING A SURGICAL INSTRUMENT COMPRISING A SMART ELECTRICAL SYSTEM」、
-米国特許出願第16/172,219号、発明の名称「METHOD OF HUB COMMUNICATION WITH SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS」、
-米国特許出願第16/172,248号、発明の名称「METHOD FOR COMMUNICATING WITH SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS」、
-米国特許出願第16/172,198号、発明の名称「METHOD OF HUB COMMUNICATION WITH SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS」、及び
-米国特許出願第16/172,155号、発明の名称「METHOD OF HUB COMMUNICATION WITH SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS」。
本願の出願人は、2018年8月24日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらは各々、それぞれの全ての内容が参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許出願第16/112,129号、発明の名称「SURGICAL SUTURING INSTRUMENT CONFIGURED TO MANIPULATE TISSUE USING MECHANICAL AND ELECTRICAL POWER」、
-米国特許出願第16/112,155号、発明の名称「SURGICAL SUTURING INSTRUMENT COMPRISING A CAPTURE WIDTH WHICH IS LARGER THAN TROCAR DIAMETER」、
-米国特許出願第16/112,168号、発明の名称「SURGICAL SUTURING INSTRUMENT COMPRISING A NON-CIRCULAR NEEDLE」、
-米国特許出願第16/112,180号、発明の名称「ELECTRICAL POWER OUTPUT CONTROL BASED ON MECHANICAL FORCES」、
-米国特許出願第16/112,193号、発明の名称「REACTIVE ALGORITHM FOR SURGICAL SYSTEM」、
-米国特許出願第16/112,099号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT COMPRISING AN ADAPTIVE ELECTRICAL SYSTEM」、
-米国特許出願第16/112,112号、発明の名称「CONTROL SYSTEM ARRANGEMENTS FOR A MODULAR SURGICAL INSTRUMENT」、
-米国特許出願第16/112,119号、発明の名称「ADAPTIVE CONTROL PROGRAMS FOR A SURGICAL SYSTEM COMPRISING MORE THAN ONE TYPE OF CARTRIDGE」、
-米国特許出願第16/112,097号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS COMPRISING BATTERY ARRANGEMENTS」、
-米国特許出願第16/112,109号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS COMPRISING HANDLE ARRANGEMENTS」、
-米国特許出願第16/112,114号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS COMPRISING FEEDBACK MECHANISMS」、
-米国特許出願第16/112,117号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT SYSTEMS COMPRISING LOCKOUT MECHANISMS」、
-米国特許出願第16/112,095号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS COMPRISING A LOCKABLE END EFFECTOR SOCKET」、
-米国特許出願第16/112,121号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS COMPRISING A SHIFTING MECHANISM」、
-米国特許出願第16/112,151号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS COMPRISING A SYSTEM FOR ARTICULATION AND ROTATION COMPENSATION」、
-米国特許出願第16/112,154号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS COMPRISING A BIASED SHIFTING MECHANISM」、
-米国特許出願第16/112,226号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS COMPRISING AN ARTICULATION DRIVE THAT PROVIDES FOR HIGH ARTICULATION ANGLES」、
-米国特許出願第16/112,062号、発明の名称「SURGICAL DISSECTORS AND MANUFACTURING TECHNIQUES」、
-米国特許出願第16/112,098号、発明の名称「SURGICAL DISSECTORS CONFIGURED TO APPLY MECHANICAL AND ELECTRICAL ENERGY」、
-米国特許出願第16/112,237号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER CONFIGURED TO STORE CLIPS IN A STORED STATE」、
-米国特許出願第16/112,245号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER COMPRISING AN EMPTY CLIP CARTRIDGE LOCKOUT」、
-米国特許出願第16/112,249号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER COMPRISING AN AUTOMATIC CLIP FEEDING SYSTEM」、
-米国特許出願第16/112,253号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER COMPRISING ADAPTIVE FIRING CONTROL」、及び
-米国特許出願第16/112,257号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER COMPRISING ADAPTIVE CONTROL IN RESPONSE TO A STRAIN GAUGE CIRCUIT」。
本願の出願人は、2018年5月1日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらはそれぞれの全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許仮出願第62/665,129号、発明の名称「SURGICAL SUTURING SYSTEMS」、
-米国仮特許出願第62/665,139号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS COMPRISING CONTROL SYSTEMS」、
-米国仮特許出願第62/665,177号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS COMPRISING HANDLE ARRANGEMENTS」、
-米国仮特許出願第62/665,128号、発明の名称「MODULAR SURGICAL INSTRUMENTS」、
-米国仮特許出願第62/665,192号、発明の名称「SURGICAL DISSECTORS」、及び
-米国仮特許出願第62/665,134号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER」。
本願の出願人は、2018年2月28日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらはそれぞれの全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許出願第15/908,021号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH REMOTE RELEASE」、
-米国特許出願第15/908,012号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT HAVING DUAL ROTATABLE MEMBERS TO EFFECT DIFFERENT TYPES OF END EFFECTOR MOVEMENT」、
-米国特許出願第15/908,040号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH ROTARY DRIVE SELECTIVELY ACTUATING MULTIPLE END EFFECTOR FUNCTIONS」、
-米国特許出願第15/908,057号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH ROTARY DRIVE SELECTIVELY ACTUATING MULTIPLE END EFFECTOR FUNCTIONS」、
-米国特許出願第15/908,058号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH MODULAR POWER SOURCES」、及び
-米国特許出願第15/908,143号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH SENSOR AND/OR CONTROL SYSTEMS」。
本願の出願人は、2017年10月30日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらはそれぞれの全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
-米国仮特許出願第62/578,793号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH REMOTE RELEASE」、
-米国仮特許出願第62/578,804号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT HAVING DUAL ROTATABLE MEMBERS TO EFFECT DIFFERENT TYPES OF END EFFECTOR MOVEMENT」、
-米国仮特許出願第62/578,817号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH ROTARY DRIVE SELECTIVELY ACTUATING MULTIPLE END EFFECTOR FUNCTIONS」、
-米国仮特許出願第62/578,835号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH ROTARY DRIVE SELECTIVELY ACTUATING MULTIPLE END EFFECTOR FUNCTIONS」、
-米国仮特許出願第62/578,844号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH MODULAR POWER SOURCES」、及び
-米国仮特許出願第62/578,855号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH SENSOR AND/OR CONTROL SYSTEMS」。
本願の出願人は、2017年12月28日に出願された以下の米国仮特許出願を所有しており、これらの各々の開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
-米国仮特許出願第62/611,341号、発明の名称「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」、
-米国仮特許出願第62/611,340号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS」、及び
-米国仮特許出願第62/611,339号、発明の名称「ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM」。
本願の出願人は、2018年3月28日に出願された以下の米国仮特許出願を所有しており、これらの各々の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
-米国仮特許出願第62/649,302号、発明の名称「INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES」、
-米国仮特許出願第62/649,294号、発明の名称「DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD」、
-米国仮特許出願第62/649,300号、発明の名称「SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS」、
-米国仮特許出願第62/649,309号、発明の名称「SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER」、
-米国仮特許出願第62/649,310号、発明の名称「COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS」、
-米国仮特許出願第62/649,291号、発明の名称「USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT」、
-米国仮特許出願第62/649,296号、発明の名称「ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES」、
-米国仮特許出願第62/649,333号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER」、
-米国仮特許出願第62/649,327号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES」、
-米国仮特許出願第62/649,315号、発明の名称「DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK」、
-米国仮特許出願第62/649,313号、発明の名称「CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES」、
-米国仮特許出願第62/649,320号、発明の名称「DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、
-米国仮特許出願第62/649,307号、発明の名称「AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、及び
-米国仮特許出願第62/649,323号、発明の名称「SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」。
本願の出願人は、2018年3月29日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらの各々の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許出願第15/940,641号、発明の名称「INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES」、
-米国特許出願第15/940,648号、発明の名称「INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH CONDITION HANDLING OF DEVICES AND DATA CAPABILITIES」、
-米国特許出願第15/940,656号、発明の名称「SURGICAL HUB COORDINATION OF CONTROL AND COMMUNICATION OF OPERATING ROOM DEVICES」、
-米国特許出願第15/940,666号、発明の名称「SPATIAL AWARENESS OF SURGICAL HUBS IN OPERATING ROOMS」、
-米国特許出願第15/940,670号、発明の名称「COOPERATIVE UTILIZATION OF DATA DERIVED FROM SECONDARY SOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBS」、
-米国特許出願第15/940,677号、発明の名称「SURGICAL HUB CONTROL ARRANGEMENTS」、
-米国特許出願第15/940,632号、発明の名称「DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD」、
-米国特許出願第15/940,640号、発明の名称「COMMUNICATION HUB AND STORAGE DEVICE FOR STORING PARAMETERS AND STATUS OF A SURGICAL DEVICE TO BE SHARED WITH CLOUD BASED ANALYTICS SYSTEMS」、
-米国特許出願第15/940,645号、発明の名称「SELF DESCRIBING DATA PACKETS GENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT」、
-米国特許出願第15/940,649号、発明の名称「DATA PAIRING TO INTERCONNECT A DEVICE MEASURED PARAMETER WITH AN OUTCOME」、
-米国特許出願第15/940,654号、発明の名称「SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS」、
-米国特許出願第15/940,663号、発明の名称「SURGICAL SYSTEM DISTRIBUTED PROCESSING」、
-米国特許出願第15/940,668号、発明の名称「AGGREGATION AND REPORTING OF SURGICAL HUB DATA」、
-米国特許出願第15/940,671号、発明の名称「SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER」、
-米国特許出願第15/940,686号、発明の名称「DISPLAY OF ALIGNMENT OF STAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINEAR STAPLE LINE」、
-米国特許出願第15/940,700号、発明の名称「STERILE FIELD INTERACTIVE CONTROL DISPLAYS」、
-米国特許出願第15/940,629号、発明の名称「COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS」、
-米国特許出願第15/940,704号、発明の名称「USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT」、
-米国特許出願第15/940,722号、発明の名称「CHARACTERIZATION OF TISSUE IRREGULARITIES THROUGH THE USE OF MONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIVITY」、及び
-米国特許出願第15/940,742号、発明の名称「DUAL CMOS ARRAY IMAGING」。
本願の出願人は、2018年3月29日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらの各々の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許出願第15/940,636号、発明の名称「ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES」、
-米国特許出願第15/940,653号、発明の名称「ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL HUBS」、
-米国特許出願第15/940,660号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER」、
-米国特許出願第15/940,679号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR LINKING OF LOCAL USAGE TRENDS WITH THE RESOURCE ACQUISITION BEHAVIORS OF LARGER DATA SET」、
-米国特許出願第15/940,694号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR MEDICAL FACILITY SEGMENTED INDIVIDUALIZATION OF INSTRUMENT FUNCTION」、
-米国特許出願第15/940,634号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES」、
-米国特許出願第15/940,706号、発明の名称「DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK」、及び
-米国特許出願第15/940,675号、発明の名称「CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES」。
本願の出願人は、2018年3月29日に出願された以下の米国特許出願を所有しており、これらの各々の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許出願第15/940,627号、発明の名称「DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、
-米国特許出願第15/940,637号、発明の名称「COMMUNICATION ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、
-米国特許出願第15/940,642号、発明の名称「CONTROLS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、
-米国特許出願第15/940,676号、発明の名称「AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、
-米国特許出願第15/940,680号、発明の名称「CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、
-米国特許出願第15/940,683号、発明の名称「COOPERATIVE SURGICAL ACTIONS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、
-米国特許出願第15/940,690号、発明の名称「DISPLAY ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」、及び
-米国特許出願第15/940,711号、発明の名称「SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS」。
本願の出願人は、2018年3月30日に出願された以下の米国仮特許出願を所有しており、これらの各々の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
-米国仮特許出願第62/650,887号、発明の名称「SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES」、
-米国仮特許出願第62/650,877号、発明の名称「SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS」、
-米国仮特許出願第62/650,882号、発明の名称「SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」、及び
-米国仮特許出願第62/650,898号、発明の名称「CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS」。
本願の出願人は、2018年4月19日に出願された以下の米国仮特許出願を所有しており、これらの全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許仮出願第62/659,900号、発明の名称「METHOD OF HUB COMMUNICATION」。
本願の出願人は、2018年10月25日に出願された以下の米国仮特許出願を所有しており、これらの各々の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
-米国仮特許出願第62/750,529号、発明の名称「METHOD FOR OPERATING A POWERED ARTICULATING MULTI-CLIP APPLIER」、
-米国仮特許出願第62/750,539号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER」、及び
-米国仮特許出願第62/750,555号、発明の名称「SURGICAL CLIP APPLIER」。
明細書に記載され、添付の図面に示されるように、実施形態の全体的な構造、機能、製造、及び使用の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が説明される。周知の動作、構成要素、及び要素は、本明細書に記載される実施形態を不明瞭にしないようにするため、詳細に記載されていない。読者は、本明細書に記載され図示された実施形態は、非限定的な例であり、したがって本明細書に開示された特定の構造的及び機能的詳細は、代表的及び例示的であり得ることを、理解するであろう。特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、それに対する変形及び変更を行うことができる。
用語「備える(comprise)」(「comprises」及び「comprising」など、compriseの語形のいずれか)、「有する(have)」(「has」及び「having」など、haveの語形のいずれか)、「含む(include)」(「includes」及び「including」など、includeの語形のいずれか)、及び「含有する(contain)」(「contains」及び「containing」など、containの語形のいずれか)は、変更可能な連結動詞である。結果として、1つ若しくは2つ以上の要素を「備える」か、「有する」か、「含む」か、又は「含有する」外科用システム、デバイス、又は装置は、それら1つ又は2つ以上の要素を有しているが、それら1つ又は2つ以上の要素のみを有することに限定されない。同様に、1つ若しくは2つ以上の特徴を「備える」か、「有する」か、「含む」か、又は「含有する」システム、デバイス、又は装置の要素は、それら1つ又は2つ以上の特徴を有するが、それら1つ又は2つ以上の特徴のみを有することに限定されない。
「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、多くの配向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。
腹腔鏡下及び低侵襲性の外科手技を行うための、様々な例示的なデバイス及び方法が提供される。しかしながら、本明細書に開示される様々な方法及びデバイスが、例えば切開外科手技と関連するものを含む、多くの外科手技及び用途で使用され得ることが、読者には容易に理解されよう。本明細書の「発明を実施するための形態」を読み進めることで、読者は、本明細書に開示される様々な器具が、例えば、もとからある開口部を通じて、組織に形成された切開部又は穿刺孔を通じてなど、任意の方法で体内に挿入され得ることを更に理解するであろう。これらの器具の作用部分すなわちエンドエフェクタ部分は、患者の体内に直接挿入することもでき、又は、外科用器具のエンドエフェクタ及び細長いシャフトを進めることが可能な作用通路を有するアクセスデバイスを通じて挿入することもできる。
例えば、把持具などの外科用器具は、ハンドル、ハンドルから延在するシャフト、及びシャフトから延在するエンドエフェクタを備えることができる。様々な例において、エンドエフェクタは、第1のジョー及び第2のジョーを備え、ジョーの一方又は両方は、患者の組織を把持するように、他方に対して移動可能である。これにより、外科用器具のエンドエフェクタは、任意の好適な構成を備えることができ、任意の好適な機能を実行することができる。例えば、エンドエフェクタは、患者の組織を切開又は分離するように構成された第1及び第2のジョーを備えることができる。また、例えば、エンドエフェクタは、患者の組織を縫合及び/又はクリップ留めするように構成され得る。様々な例において、外科用器具のエンドエフェクタ及び/又はシャフトは、トロカール又はカニューレを通して患者に挿入されるように構成されており、例えば、およそ5mm、8mm、及び/又は12mmなどの任意の好適な直径を有することができる。米国特許出願第11/013,924号、発明の名称「TROCAR SEAL ASSEMBLY」、現在の米国特許第7,371,227号は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。シャフトは、長手方向軸を画定することができ、エンドエフェクタの少なくとも一部分は、長手方向軸を中心に回転可能であり得る。更に、外科用器具は、エンドエフェクタの少なくとも一部分がシャフトに対して関節運動することを可能にし得る関節運動ジョイントを更に備えることができる。使用中、臨床医は、エンドエフェクタを患者内で操作するためにエンドエフェクタを回転及び/又は関節運動させることができる。
外科用器具システムが、図1に描写されている。外科用器具システムは、ハンドルアセンブリ1000を備え、ハンドルアセンブリ1000は、シャフトアセンブリ2000、シャフトアセンブリ3000、シャフトアセンブリ4000、シャフトアセンブリ5000、及び/又は任意の他の好適なシャフトアセンブリと共に選択的に使用可能である。シャフトアセンブリ2000は、図2のハンドルアセンブリ1000に取り付けられ、シャフトアセンブリ4000は、図45のハンドルアセンブリ1000に取り付けられる。シャフトアセンブリ2000は、近位部分2100と、近位部分2100から延在する細長いシャフト2200と、遠位取り付け部分2400と、遠位取り付け部分2400を細長いシャフト2200に回転可能に接続する関節運動ジョイント2300と、を備える。シャフトアセンブリ2000は、遠位取り付け部分2400に取り付けられた交換可能なエンドエフェクタアセンブリ7000を更に備える。交換可能なエンドエフェクタアセンブリ7000は、患者の組織をクランプ及び/又は操作するために開閉されるように構成されたジョーアセンブリ7100を備える。使用時には、以下で更に詳細に説明するように、エンドエフェクタアセンブリ7000は、関節運動ジョイント2300を中心に関節運動することができ、かつ/又は長手方向軸を中心に遠位取り付け部分2400に対して回転されて、患者内でジョーアセンブリ7100をより良好に位置付けることができる。
再び図1を参照すると、ハンドルアセンブリ1000は、とりわけ、駆動モジュール1100を備える。以下でより詳細に説明するように、駆動モジュール1100は、臨床医が例えば、シャフトアセンブリ2000、3000、4000及び5000のうちの1つを駆動モジュール1100に選択的に取り付けることを可能にする遠位装着インターフェースを備える。したがって、シャフトアセンブリ2000、3000、4000及び5000の各々は、駆動モジュール1100の遠位装着インターフェースと係合するように構成された同一の又は少なくとも同様の近位装着インターフェースを備える。以下でより詳細に説明するように、駆動モジュール1100の装着インターフェースは、選択されたシャフトアセンブリを駆動モジュール1100に機械的に固設及び電気的に連結する。駆動モジュール1100は、少なくとも1つの電動モータと、1つ若しくは2つ以上の制御部及び/又はディスプレイと、電気モータを動作させるように構成されたコントローラと、を更に備え、その回転出力は、駆動モジュール1100に取り付けられたシャフトアセンブリの駆動システムに伝達される。更に、駆動モジュール1100は、例えば、電源モジュール1200及び1300などの1つ又は2つ以上の電源モジュールと共に使用可能であり、これは、駆動モジュール1100に動作可能に取り付け可能であり、それに電力を供給する。
上記に加えて、図1及び図2を再び参照すると、ハンドル駆動モジュール1100は、ハウジング1110と、第1のモジュールコネクタ1120と、第2のモジュールコネクタ1120’と、を備える。電源モジュール1200は、ハウジング1210と、コネクタ1220と、1つ又は2つ以上の解放ラッチ1250と、1つ又は2つ以上の電池1230と、を備える。コネクタ1220は、電源モジュール1200を駆動モジュール1100に取り付けるために、駆動モジュール1100の第1のモジュールコネクタ1120と係合するように構成されている。コネクタ1220は、電源モジュール1200のハウジング1210を駆動モジュール1100のハウジング1110に機械的に連結及び固定して固設する1つ又は2つ以上のラッチ1240を備える。ラッチ1240は、電源モジュール1200が駆動モジュール1100から取り外され得るように解放ラッチ1250が押下されると、係合解除位置へと移動可能である。コネクタ1220はまた、電池1230及び/又は電池1230を含む電気回路を駆動モジュール1100内の電気回路と電気通信するように配置する1つ又は2つ以上の電気接点を備える。
上記に加えて、図1及び図2を再び参照すると、電源モジュール1300は、ハウジング1310と、コネクタ1320と、1つ又は2つ以上の解放ラッチ1350と、1つ又は2つ以上の電池1330と、を備える(図47)。コネクタ1320は、電源モジュール1300を駆動モジュール1100に取り付けるために、駆動モジュール1100の第2のモジュールコネクタ1120’と係合するように構成されている。コネクタ1320は、電源モジュール1300のハウジング1310を駆動モジュール1100のハウジング1110に機械的に連結及び固定して固設する1つ又は2つ以上のラッチ1340を備える。ラッチ1340は、電源モジュール1300が駆動モジュール1100から取り外され得るように解放ラッチ1350が押下されると、係合解除位置へと移動可能である。コネクタ1320はまた、電源モジュール1300の電池1330及び/又は電池1330を含む電力回路を駆動モジュール1100内の電力回路と電気通信するように配置する1つ又は2つ以上の電気接点を備える。
上記に加えて、駆動モジュール1100に取り付けられたときの電源モジュール1200は、臨床医が駆動モジュール1100を臨床医の手の上に配置するようにハンドル1000を保持することを可能にし得るピストルグリップを備える。駆動モジュール1100に取り付けられたときの電源モジュール1300は、臨床医がハンドル1000をワンドのように保持することを可能にする端部グリップを備える。電源モジュール1200及び1300は任意の好適な長さを備えることができるが、電源モジュール1200は電源モジュール1300よりも長い。電源モジュール1200は、電源モジュール1300よりも多くの電池セルを有し、その長さにより、これらの追加の電池セルを好適に収容することができる。様々な例において、電源モジュール1200は、電源モジュール1300よりもより多くの電力を駆動モジュール1100に提供することができ、一方、いくつかの例では、電源モジュール1200は、より長い期間電力を提供することができる。いくつかの例では、駆動モジュール1100のハウジング1110は、キー、及び/又は任意の他の好適な機構を備え、これは、電源モジュール1200が第2のモジュールコネクタ1120’に接続されることを防止し、同様に、電源モジュール1300が第1のモジュールコネクタ1120に接続されることを防止する。そのような構成は、より長い電源モジュール1200がピストルグリップ構成で使用され、より短い電源モジュール1300がワンドグリップ構成で使用されることを確実にすることができる。代替的な実施形態では、電源モジュール1200及び電源モジュール1300は、第1のモジュールコネクタ1120又は第2のモジュールコネクタ1120’のいずれかで駆動モジュール1100に選択的に連結され得る。このような実施形態は、ハンドル1000をそれらに好適な様式でカスタマイズするためのより多くの選択肢を臨床医に提供する。
様々な例において、上記に加えて、電源モジュール1200及び1300のうちの1つのみが、一度に駆動モジュール1100に連結される。特定の例では、電源モジュール1200は、例えばシャフトアセンブリ4000が駆動モジュール1100に取り付けられたときに妨げとなり得る。あるいは、電源モジュール1200及び1300の両方は、同時に駆動モジュール1100に動作可能に連結され得る。そのような例では、駆動モジュール1100は、電源モジュール1200及び1300の両方によって提供される電力へのアクセスを有することができる。更に、臨床医は、電源モジュール1200及び1300の両方が駆動モジュール1100に取り付けられたときに、ピストルグリップとワンドグリップとの間で切り替えることができる。更に、そのような構成により、電源モジュール1300は、例えば、駆動モジュール1100に取り付けられたシャフトアセンブリ2000、3000、4000又は5000などのシャフトアセンブリへの釣り合いとして機能することができる。
図7及び図8を参照すると、ハンドル駆動モジュール1100は、フレーム1500と、モータアセンブリ1600と、モータアセンブリ1600と動作可能に係合された駆動システム1700と、制御システム1800と、を更に備える。フレーム1500は、モータアセンブリ1600を通って延在する細長いシャフトを備える。細長いシャフトは、遠位端1510と、遠位端1510に画定された電気接点又はソケット1520と、を備える。電気接点1520は、1つ又は2つ以上の電気回路を介して駆動モジュール1100の制御システム1800と電気通信し、制御システム1800と、例えば、駆動モジュール1100に取り付けられたシャフトアセンブリ2000、3000、4000又は5000などのシャフトアセンブリとの間で信号及び/又は電力を伝達するように構成されている。制御システム1800は、プリント回路基板(printed circuit board、PCB)1810、少なくとも1つのマイクロプロセッサ1820、及び少なくとも1つのメモリデバイス1830を備える。基板1810は、剛性及び/又は可撓性であり得、任意の好適な数の層を備えることができる。マイクロプロセッサ1820及びメモリデバイス1830は、以下でより詳細に説明するように、モータアセンブリ1600の動作を制御する基板1810上に画定された制御回路の一部である。
図12及び図13を参照すると、モータアセンブリ1600は、ハウジング1620と、駆動シャフト1630と、歯車減速システムと、を含む電気モータ1610を備える。電気モータ1610は、巻線1640を含む固定子と、磁気素子1650を含む回転子と、を更に備える。固定子巻線1640はハウジング1620内に支持され、回転子磁気素子1650は駆動シャフト1630に装着される。固定子巻線1640が制御システム1800によって制御された電流で通電されると、駆動シャフト1630は長手方向軸を中心に回転する。駆動シャフト1630は、中央太陽歯車と、太陽歯車に動作可能に噛み合ったいくつかの遊星歯車と、を含む第1の遊星歯車システム1660と動作可能に噛み合っている。第1の遊星歯車システム1660の太陽歯車は、駆動シャフト1630と共に回転するように駆動シャフト1630に固定的に装着される。第1の遊星歯車システム1660の遊星歯車は、第2の遊星歯車システム1670の太陽歯車に回転可能に装着され、また、モータハウジング1620の歯車付き又はスプライン付き内側表面1625と噛み合っている。上記の結果、第1の太陽歯車の回転は、第2の太陽歯車を回転させる第1の遊星歯車を回転させる。上記と同様に、第2の遊星歯車システム1670は、遊星歯車1665(図13)を更に備え、遊星歯車1665は、第3の遊星歯車システム、最終的には駆動シャフト1710を駆動する。遊星歯車システム1660、1670及び1680は、モータシャフト1620によって駆動シャフト1710に適用される速度を減速させるように協働する。減速システムを伴わずに、様々な代替的な実施形態が想定される。このような実施形態は、エンドエフェクタ機能を迅速に駆動することが望ましい場合に好適である。特に、駆動シャフト1630は、それを貫通して延在する開口部又は中空コアを備え、それを通してワイヤ及び/又は電気回路が延在することができる。
制御システム1800は、モータアセンブリ1600及び駆動モジュール1100の電力回路と通信する。制御システム1800は、モータアセンブリ1600に供給される電力を電力回路から制御するように構成されている。電力回路は、一定の、又は少なくともほぼ一定の直流(DC)電圧を供給するように構成される。少なくとも1つの例では、電力回路は、制御システム1800に3VDCを供給する。制御システム1800は、電圧パルスをモータアセンブリ1600に供給するように構成されたパルス幅変調(pulse width modulation、PWM)回路を備える。電圧パルスの持続時間若しくは幅、及び/又はPWM回路によって供給される電圧パルス間の持続時間若しくは幅は、モータアセンブリ1600に印加される電力を制御するために制御され得る。モータアセンブリ1600に印加される電力を制御することによって、PWM回路は、モータアセンブリ1600の出力シャフトの速度を制御することができる。PWM回路に加えて、又はその代わりに、制御システム1800は、周波数変調(frequency modulation、FM)回路を含むことができる。以下でより詳細に論じられるように、制御システム1800は、2つ以上の動作モードで動作可能であり、使用される動作モードに応じて、制御システム1800は、その動作モードに適切であると判定される速度又は速度の範囲でモータアセンブリ1600を動作させることができる。
上記に加えて、図7及び図8を再び参照すると、駆動システム1700は、スプライン付き遠位端1720と、内部に画定された長手方向開口部1730と、を含む回転可能シャフト1710を備える。回転可能シャフト1710は、回転可能シャフト1710がモータ出力シャフトと共に回転するように、モータアセンブリ1600の出力シャフトに動作可能に装着される。ハンドルフレーム1510は、長手方向開口部1730を通って延在し、回転可能シャフト1710を回転可能に支持する。結果として、ハンドルフレーム1510は、回転可能シャフト1710の軸受として機能する。ハンドルフレーム1510及び回転可能シャフト1710は、駆動モジュール1110の装着インターフェース1130から遠位に延在し、シャフトアセンブリ2000が駆動モジュール1100に組み付けられたときに、シャフトアセンブリ2000上の対応する構成要素と連結される。主に図3~図6を参照すると、シャフトアセンブリ2000は、フレーム2500及び駆動システム2700を更に備える。フレーム2500は、シャフトアセンブリ2000を通って延在する長手方向シャフト2510と、シャフト2510から近位に延在する複数の電気接点又はピン2520と、を備える。シャフトアセンブリ2000が駆動モジュール1100に取り付けられると、シャフトフレーム2510上の電気接点2520は、ハンドルフレーム1510上の電気接点1520と係合し、それらの間に電気経路を形成する。
上記と同様に、駆動システム2700は、回転可能な駆動シャフト2710を備え、これは、シャフトアセンブリ2000が駆動モジュール1100に組み付けられたときに、駆動シャフト2710が駆動シャフト1710と共に回転するように、ハンドル1000の回転可能な駆動シャフト1710に動作可能に連結される。この目的のため、駆動シャフト2710はスプライン付き近位端2720を備え、これは、駆動シャフト1710がモータアセンブリ1600によって回転されるときに駆動シャフト1710及び2710が一緒に回転するように、駆動シャフト1710のスプライン付き遠位端1720と嵌合する。駆動シャフト1710と2710との間のスプライン相互接続の性質、並びにフレーム1510と2510との間の電気的相互接続の性質を考慮すると、シャフトアセンブリ2000は、長手方向軸に沿ってハンドル1000に組み付けられる。しかしながら、駆動シャフト1710と2710との間の動作可能な相互接続、並びにフレーム1510と2510との間の電気的相互接続は、シャフトアセンブリが任意の好適な方法でハンドル1000に組み付けられ得る任意の好適な構成を備えることができる。
上述したように、図3~図8を参照すると、駆動モジュール1110の装着インターフェース1130は、例えば、シャフトアセンブリ2000、3000、4000及び5000上の対応する装着インターフェースに連結されるように構成されている。例えば、シャフトアセンブリ2000は、駆動モジュール1100の装着インターフェース1130に連結されるように構成された装着インターフェース2130を備える。より具体的には、シャフトアセンブリ2000の近位部分2100は、装着インターフェース2130を画定するハウジング2110を備える。主に図8を参照すると、駆動モジュール1100は、シャフトアセンブリ2000の装着インターフェース2130を駆動モジュール1100の装着インターフェース1130に対して解放可能に保持するように構成されたラッチ1140を備える。駆動モジュール1100及びシャフトアセンブリ2000が、上述のように長手方向軸に沿って一緒になったとき、ラッチ1140は、装着インターフェース2130に接触し、ロック解除位置へと外向きに回転する。主に図8、図10、及び図11を参照すると、各ラッチ1140は、ロック端部1142及び枢動部分1144を備える。各ラッチ1140の枢動部分1144は、駆動モジュール1100のハウジング1110に回転可能に連結され、ラッチ1140が外向きに回転されると、ラッチ1140は枢動部分1144を中心に回転する。特に、各ラッチ1140は、ラッチ1140をロック位置に内向きに付勢するように構成された付勢ばね1146を更に備える。各付勢ばね1146は、付勢ばね1146がラッチ1140に付勢力を加えるように、駆動モジュール1100のラッチ1140とハウジング1110との間で圧縮される。しかしながら、このような付勢力は、ラッチ1140がシャフトアセンブリ2000によってそれらのロック解除位置へと外向きに回転されるときに打ち消される。これにより、ラッチ1140が装着インターフェース2130に接触した後に外向きに回転すると、ラッチ1140のロック端部1142は、装着インターフェース2130内に画定されたラッチ窓2140内に入ることができる。ロック端部1142がラッチ窓2140を通過すると、ばね1146はラッチ1140を自身のロック位置に戻すことができる。各ロック端部1142は、シャフトアセンブリ2000を駆動モジュール1100にしっかりと保持するロック肩部又は表面を備える。
上記に加えて、付勢ばね1146はラッチ1140をそのロック位置に保持する。遠位端1142は、ラッチ1140がそれらのロック位置にあるときに、シャフトアセンブリ2000と駆動モジュール1100との間の相対的な長手方向の移動、すなわち長手方向軸に沿った並進を防止するか、又は少なくとも抑制するようにサイズ決め及び構成される。更に、ラッチ1140及びラッチ窓1240は、シャフトアセンブリ2000と駆動モジュール1100との間の相対的な横方向の移動、すなわち長手方向軸に対して横方向の並進を防止するようにサイズ決め及び構成される。加えて、ラッチ1140及びラッチ窓2140は、シャフトアセンブリ2000が駆動モジュール1100に対して回転することを防止するようにサイズ決め及び構成される。駆動モジュール1100は、臨床医によって押下されるとラッチ1140をそれらのロック位置からそれらのロック解除位置へと移動させる解放アクチュエータ1150を更に備える。駆動モジュール1100は、ハンドルハウジング1110の第1の側に画定された開口部内に摺動可能に装着された第1の解放アクチュエータ1150と、ハンドルハウジング1110の第2の側、又は反対側に画定された開口部内に摺動可能に装着された第2の解放アクチュエータ1150と、を備える。解放アクチュエータ1150は別々に作動可能であるが、通常、シャフトアセンブリ2000を駆動モジュール1100から完全にロック解除し、シャフトアセンブリ2000を駆動モジュール1100から取り外すことを可能にするために、解放アクチュエータ1150の両方を押下する必要がある。これにより、シャフトアセンブリ2000は、1つの解放アクチュエータ1150のみを押下することによって、駆動モジュール1100から取り外すことが可能となる。
シャフトアセンブリ2000がハンドル1000に固設され、例えば、エンドエフェクタ7000がシャフト2000に組み付けられると、臨床医は、ハンドル1000を操作してエンドエフェクタ7000を患者に挿入することができる。少なくとも1つの例では、エンドエフェクタ7000は、トロカールを通して患者に挿入され、次いで、患者の組織に対してエンドエフェクタアセンブリ7000のジョーアセンブリ7100を位置付けるために操作される。しばしば、ジョーアセンブリ7100は、トロカールを通して嵌合するために、その閉鎖構成又はクランプ構成とする必要がある。トロカールを貫通すると、ジョーアセンブリ7100は、患者組織がジョーアセンブリ7100のジョーの間に嵌合するように開放することができる。そのような時点で、ジョーアセンブリ7100は、ジョーの間の患者組織をクランプするために、その閉鎖構成に戻ることができる。ジョーアセンブリ7100によって患者組織に加えられるクランプ力は、外科手術中に組織を移動させるか、又は別の方法で操作するのに十分である。その後、ジョーアセンブリ7100を再び開放して、患者組織をエンドエフェクタ7000から解放することができる。このプロセスは、患者からエンドエフェクタ7000を取り除くことが望ましくなるまで、繰り返され得る。そのような時点で、ジョーアセンブリ7100は、その閉鎖構成に戻され、トロカールを通して後退させることができる。エンドエフェクタ7000が、開放切開部を通して、又はトロカールを使用せずに患者に挿入される、他の外科的技術が想定される。いずれにしても、ジョーアセンブリ7100は、外科的技術を通じて数回開閉されなければならない場合があることが想定される。
再び図3~図6を参照すると、シャフトアセンブリ2000は、クランプトリガシステム2600及び制御システム2800を更に備える。クランプトリガシステム2600は、シャフトアセンブリ2000の近位ハウジング2110に回転可能に接続されたクランプトリガ2610を備える。後述するように、クランプトリガ2610が作動されると、クランプトリガ2610は、モータ1610を作動させてエンドエフェクタ7000のジョー駆動装置を動作させる。クランプトリガ2610は、ハンドル1000を保持しながら臨床医によって把持可能な細長い部分を備える。クランプトリガ2610は、クランプトリガ2610が固定された軸、又は少なくとも実質的に固定された軸を中心に回転可能であるように、近位ハウジング2110の装着部分2120に枢動可能に接続される装着部分2620を更に備える。閉鎖トリガ2610は、遠位位置と近位位置との間で回転可能であり、閉鎖トリガ2610の近位位置は、遠位位置よりもハンドル1000のピストルグリップに近い。閉鎖トリガ2610は、近位ハウジング2110内で回転する、そこから延在するタブ2615を更に備える。閉鎖トリガ2610がその遠位位置にあるとき、タブ2615は、近位ハウジング2110上に装着されたスイッチ2115の上方に位置付けられるが、接触はしていない。スイッチ2115は、その開放状態にある閉鎖トリガ2610の作動を検出するように構成された電気回路の一部であり、閉鎖トリガ2610は開放位置にある。閉鎖トリガ2610がその近位位置に移動されると、タブ2615はスイッチ2115と接触し、電気回路を閉鎖する。様々な例において、スイッチ2115は、例えば、閉鎖トリガ2610のタブ2615によって接触されたときに開放状態と閉鎖状態との間で機械的に切り替えられるトグルスイッチを備え得る。特定の例では、スイッチ2115は、例えば、近接センサ、及び/又は任意の好適なタイプのセンサを備え得る。少なくとも1つの例では、スイッチ2115は、閉鎖トリガ2610が回転された量を検出し、その回転量に基づいてモータ1610が動作される速度を制御し得るホール効果センサを備える。そのような例では、閉鎖トリガ2610のより大きな回転により、モータ1610の速度が速くなり、その一方で、より小さい回転は、例えば、より遅い速度をもたらす。いずれにしても、電気回路は、シャフトアセンブリ2000の制御システム2800と通信し、これは、以下でより詳細に説明する。
上記に加えて、シャフトアセンブリ2000の制御システム2800は、プリント回路基板(PCB)2810、少なくとも1つのマイクロプロセッサ2820、及び少なくとも1つのメモリデバイス2830を備える。基板2810は、剛性及び/又は可撓性であり得、任意の好適な数の層を備えることができる。マイクロプロセッサ2820及びメモリデバイス2830は、ハンドル1000の制御システム1800と通信する基板2810上に画定された制御回路の一部である。シャフトアセンブリ2000は、信号通信システム2900を更に備え、ハンドル1000は、シャフト制御システム2800とハンドル制御システム1800との間でデータを伝送するように構成された信号通信システム1900を更に備える。信号通信システム2900は、任意の好適なアナログ及び/又はデジタル構成要素を利用して、信号通信システム1900にデータを伝送するように構成される。様々な例において、通信システム2900及び1900は、マイクロプロセッサ1820の入力ゲートがマイクロプロセッサ2820の出力ゲートによって少なくとも部分的に直接制御されることを可能にする、複数の離散したチャネルを使用して通信することができる。いくつかの例では、通信システム2900及び1900は、多重化を利用することができる。少なくとも1つのこのような例において、制御システム2900は、単一の複合信号の形態で同時にキャリアチャネル上で複数の信号を、複合信号から分離信号を復元する制御システム1900の多重化デバイスに同時に送信する、多重化デバイスを含む。
通信システム2900は、回路基板2810に装着された電気コネクタ2910を備える。電気コネクタ2910は、コネクタ本体と、コネクタ本体に装着された複数の導電性コンタクトと、を備える。導電性コンタクトは、例えば、回路基板2810内に画定された電気トレースにはんだ付けされる、雄型ピンを備える。他の例では、雄型ピンは、例えば、ゼロ挿入力(zero-insertion-force、ZIF)ソケットを介して回路基板トレースと通信することができる。通信システム1900は、回路基板1810に装着された電気コネクタ1910を備える。電気コネクタ1910は、コネクタ本体と、コネクタ本体に装着された複数の導電性コンタクトと、を備える。導電性コンタクトは、例えば、回路基板1810内に画定された電気トレースにはんだ付けされる、雌型ピンを備える。他の例では、雌型ピンは、例えば、ゼロ挿入力(ZIF)ソケットを介して回路基板トレースと通信することができる。シャフトアセンブリ2000が駆動モジュール1100に組み付けられると、電気コネクタ2910は、電気接点が電気的経路をそれらの間に形成するように、電気コネクタ1910に動作可能に連結される。上述したように、コネクタ1910及び2910は、任意の好適な電気接点を備えることができる。更に、通信システム1900及び2900は、任意の好適な方法で互いに通信することができる。様々な例において、通信システム1900及び2900は無線で通信する。少なくとも1つのそのような例では、通信システム2900は無線信号送信機を備え、通信システム1900は、シャフトアセンブリ2000がハンドル1000にデータを無線通信できるように無線信号受信機を備える。同様に、通信システム1900は無線信号送信機を備えることができ、通信システム2900は、ハンドル1000がシャフトアセンブリ2000にデータを無線通信できるように、無線信号受信機を備えることができる。
上述のように、ハンドル1000の制御システム1800は、ハンドル1000の電力回路と通信し、ハンドル1000の電力回路を制御するように構成されている。ハンドル制御システム1800はまた、ハンドル1000の電力回路によって電力供給される。ハンドル通信システム1900は、ハンドル制御システム1800と信号通信し、ハンドル1000の電力回路によっても電力供給される。ハンドル通信システム1900は、ハンドル制御システム1800を介してハンドル電力回路によって電力供給されるが、電力回路によって直接電力供給され得る。また上述したように、ハンドル通信システム1900は、シャフト通信システム2900と信号通信する。これにより、シャフト通信システム2900はまた、ハンドル通信システム1900を介してハンドル電力回路によって電力供給される。この目的のため、電気コネクタ1910及び2010は、ハンドル1000とシャフトアセンブリ2000との間の1つ又は2つ以上の信号回路及び1つ又は2つ以上の電力回路の両方を接続する。更に、シャフト通信システム2900は、上述のようにシャフト制御システム2800と信号通信し、また、シャフト制御システム2800に電力を供給するように構成されている。したがって、制御システム1800及び2800並びに通信システム1900及び2900は全て、ハンドル1000の電力回路によって電力供給される。しかしながら、代替的な実施形態では、シャフトアセンブリ2000が、1つ又は2つ以上の電池などのそれ自体の電源、並びに電池からハンドルシステム2800及び2900に電力を供給するように構成された電力回路を備えることが想定される。少なくとも1つのこのような実施形態において、ハンドル制御システム1800及びハンドル通信システム1900は、ハンドル電力システム及びシャフト制御システム2800によって電力供給され、ハンドル通信システム2900は、シャフト電力システムによって電力供給される。
上記に加えて、クランプトリガ2610の作動は、シャフト制御システム2800によって検出され、通信システム2900及び1900を介してハンドル制御システム1800に通信される。クランプトリガ2610が作動されたという信号を受信すると、ハンドル制御システム1800は、モータアセンブリ1600の電動モータ1610に電力を供給して、ハンドル駆動システム1700の駆動シャフト1710及びシャフト駆動システム2700の駆動シャフト2710を、エンドエフェクタ7000のジョーアセンブリ7100を閉鎖する方向に回転させる。駆動シャフト2710の回転をジョーアセンブリ7100の閉鎖運動に変換するための機構は、以下でより詳細に説明される。クランプトリガ2610がその作動位置に保持される限り、電気モータ1610は、ジョーアセンブリ7100がその完全にクランプされた位置に達するまで駆動シャフト1710を回転させる。ジョーアセンブリ7100がその完全にクランプされた位置に達すると、ハンドル制御システム1800は、電気モータ1610への電力を切断する。ハンドル制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100が任意の好適な方法でその完全にクランプされた位置に達したときを判定することができる。例えば、ハンドル制御システム1800は、電動モータ1610の出力シャフトの回転を監視し、その回転をカウントするエンコーダシステムを備えることができ、回転数が所定の閾値に達すると、ハンドル制御システム1800は、電動モータ1610への電力の供給を停止することができる。少なくとも1つの例では、エンドエフェクタアセンブリ7000は、ジョーアセンブリ7100がその完全にクランプされた位置に達したときを検出するように構成された1つ又は2つ以上のセンサを備えることができる。少なくとも1つのこのような例において、エンドエフェクタ7000内のセンサは、例えば電気接点1520及び2520を含み得るシャフトアセンブリ2000を通って延在する電気回路を介してハンドル制御システム1800と信号通信する。
クランプトリガ2610がその近位位置から遠位に回転されると、スイッチ2115は開放され、これはシャフト制御システム2800によって検出され、通信システム2900及び1900を介してハンドル制御システム1800に通信される。クランプトリガ2610がその作動位置から移動されたという信号を受信すると、ハンドル制御システム1800は、モータアセンブリ1600の電気モータ1610に印加される電圧差の極性を逆転させて、ハンドル駆動システム1700の駆動シャフト1710及びシャフト駆動システム2700の駆動シャフト2710を反対方向に回転させる。結果として、エンドエフェクタ7000のジョーアセンブリ7100が開放することになる。ジョーアセンブリ7100がその完全開放位置に達すると、ハンドル制御システム1800は電気モータ1610への電力を切断する。ハンドル制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100が任意の好適な方法でその完全開放位置に達したときを判定することができる。例えば、ハンドル制御システム1800は、エンコーダシステム及び/又は上述の1つ若しくは2つ以上のセンサを利用して、ジョーアセンブリ7100の構成を判定することができる。上記を考慮すると、臨床医は、ジョーアセンブリ7100をそのクランプ構成に維持するために、クランプトリガ2610をその作動位置に保持することに関して注意する必要があり、そうでなければ、制御システム1800はジョーアセンブリ7100を開放することになる。これを念頭に置いて、シャフトアセンブリ2000は、ジョーアセンブリ7100の偶発的な開放を防止するために、クランプトリガ2610をその作動位置に解放可能に保持するように構成されたアクチュエータラッチ2630を更に備える。アクチュエータラッチ2630は、臨床医によって手動で解放されるか、ないしは別の方法で無効にされて、クランプトリガ2610を遠位に回転させ、ジョーアセンブリ7100を開放することができる。
クランプトリガシステム2600は、例えば、クランプトリガシステム2600の閉鎖に抵抗するように構成された、ねじりばねなどの弾性付勢部材を更に備える。ねじりばねはまた、クランプトリガ2610の突然の移動及び/又はジッタを低減及び/又は軽減するのを支援することができる。このようなねじりばねはまた、クランプトリガ2610が解放されると、クランプトリガ2610をその非作動位置に自動的に戻すことができる。上記のアクチュエータラッチ2630は、クランプトリガ2610をその作動位置に、ねじりばねの付勢力に対して好適に保持することができる。
上述したように、制御システム1800は、電気モータ1610を動作させてジョーアセンブリ7100を開閉する。制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100を同じ速度で開閉するように構成されている。そのような例では、制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100を開閉する際に、異なる電圧極性を有する電気モータ1610に同じ電圧パルスを印加する。これにより、制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100を異なる速度で開閉するように構成され得る。例えば、ジョーアセンブリ7100は、第1の速度で閉鎖し、第1の速度よりも速い第2の速度で開放することができる。そのような例では、より遅い閉鎖速度は、臨床医に、組織をクランプしながらジョーアセンブリ7100をより良好に位置付ける機会を与える。あるいは、制御システム1800は、より遅い速度でジョーアセンブリ7100を開放することができる。そのような例では、開放速度が遅いほど、開放ジョーが隣接する組織と衝突する可能性が低くなる。いずれの場合も、制御システム1800は、電圧パルスの持続時間を減少させることができ、かつ/又は電圧パルス間の持続時間を増加させて、ジョーアセンブリ7100の運動を減速かつ/又は加速させることができる。
上述のように、制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100を特定の構成に位置決めするコマンドとしてクランプトリガ2610の位置を解釈するように構成されている。例えば、制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100を閉鎖するコマンドとしてクランプトリガ2610の最近位位置と、ジョーアセンブリ7100を開放するためのコマンドとしてクランプトリガの任意の他の位置を解釈するように構成されている。これにより、制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100を閉鎖するコマンドとして、単一の位置の代わりに、位置の近位範囲におけるクランプトリガ2610の位置を解釈するように構成され得る。このような構成は、ジョーアセンブリ7000が臨床医の入力に応じてより良好になることを可能にし得る。そのような例では、クランプトリガ2610の運動範囲は、ジョーアセンブリ7100を閉鎖するコマンドとして解釈される近位範囲と、ジョーアセンブリ7100を開放するためのコマンドとして解釈される遠位範囲と、に分割される。少なくとも1つの例では、クランプトリガ2610の運動範囲は、近位範囲と遠位範囲との間の中間範囲を有し得る。クランプトリガ2610が中間範囲にあるとき、制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100を開閉しないコマンドとしてクランプトリガ2610の位置を解釈することができる。そのような中間範囲は、開放範囲と閉鎖範囲との間のジッタの可能性を防止又は低減することができる。上述の例では、制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100を開閉する累積コマンドを無視するように構成され得る。例えば、閉鎖トリガ2610が既に最近位位置へと完全に後退している場合、制御アセンブリ1800は、クランプトリガ2610が遠位又は開放範囲に入るまで、近位又はクランプ範囲におけるクランプトリガ2610の運動を無視することができ、そのような時点で、制御システム1800は、次いで、電気モータ1610を作動させて、ジョーアセンブリ7100を開放することができる。
特定の例では、上記に加えて、クランプトリガ範囲内のクランプトリガ2610の位置、又はクランプトリガ範囲の少なくとも一部分は、臨床医が電動モータ1610の速度(したがって、ジョーアセンブリ7100が制御アセンブリ1800によって開閉される速度)を制御することができる。少なくとも1つの例では、センサ2115は、ホール効果センサ、及び/又は、その遠位の非作動位置とその近位の完全作動位置との間のクランプトリガ2610の位置を検出するように構成された任意の他の好適なセンサを備える。ホール効果センサは、ハンドル制御システム1800がクランプトリガ2610の位置に応じて電気モータ1610の速度を制御できるように、シャフト制御システム2800を介してハンドル制御システム1800に信号を伝送するように構成されている。少なくとも1つの例では、ハンドル制御システム1800は、電気モータ1610の速度を、クランプトリガ2610の位置に比例して、又は直線的に制御する。例えば、クランプトリガ2610がその範囲を通って半分に移動される場合、ハンドル制御システム1800は、クランプトリガ2610が完全に後退したときに電気モータ1610が動作する速度の半分で電気モータ1610を動作させる。同様に、クランプトリガ2610がその範囲を通って4分の1に移動される場合、ハンドル制御システム1800は、クランプトリガ2610が完全に後退したときに電気モータ1610が動作する速度の4分の1で電気モータ1610を動作させる。ハンドル制御システム1800が、クランプトリガ2610の位置に対して非線形に電気モータ1610の速度を制御する他の実施形態が想定される。少なくとも1つの例では、制御システム1800は、クランプトリガ範囲の遠位部分において電気モータ1610をゆっくりと動作させる一方で、クランプトリガ範囲の近位部分内の電気モータ1610の速度を素早く加速させる。
上述したように、クランプトリガ2610は、電気モータ1610を動作させてエンドエフェクタ7000のジョーアセンブリ7100を開閉するように移動可能である。電気モータ1610はまた、エンドエフェクタ7000を長手方向軸を中心に回転させ、エンドエフェクタ7000をシャフトアセンブリ2000の関節運動ジョイント2300を中心に細長いシャフト2200に対して関節運動させるように動作可能である。主に図7~図8を参照すると、駆動モジュール1100は、回転アクチュエータ1420及び関節運動アクチュエータ1430を含む入力システム1400を備える。入力システム1400は、制御システム1800のプリント回路基板(PCB)1810と信号通信するプリント回路基板(PCB)1410を更に備える。駆動モジュール1100は、例えば可撓性の配線ハーネス又はリボンなどの電気回路を備え、これは入力システム1400が制御システム1800と通信することを可能にする。回転アクチュエータ1420は、ハウジング1110上に回転可能に支持され、以下でより詳細に説明するように、入力基板1410及び/又は制御基板1810と信号通信する。関節運動アクチュエータ1430は、以下でより詳細に説明するように、入力基板1410及び/又は制御基板1810によって支持され、かつそれらと信号通信する。
主に図8、図10及び図11を参照すると、ハンドルハウジング1110は、上記に加えて、遠位装着インターフェース1130に隣接して内部に画定された環状溝又はスロットを備える。回転アクチュエータ1420は、環状溝内に回転可能に支持された環状リング1422を備え、環状溝の側壁の構成により、環状リング1422は、ハンドルハウジング1110に対して長手方向及び/又は横方向に並進しないように拘束される。環状リング1422は、駆動モジュール1100のフレーム1500を通って延在する長手方向軸を中心に、第1又は時計回りの方向及び第2又は反時計回りの方向に回転可能である。回転アクチュエータ1420は、環状リング1422の回転を検出するように構成された1つ又は2つ以上のセンサを備える。少なくとも1つの例では、回転アクチュエータ1420は、駆動モジュール1100の第1の側に位置付けられた第1のセンサと、駆動モジュール1100の第2の側、又は反対側に位置付けられた第2のセンサと、を備え、環状リング1422は、第1及び第2のセンサによって検出可能な検出可能要素を備える。第1のセンサは、環状リング1422が第1の方向に回転されたときを検出するように構成されており、第2のセンサは、環状リング1422が第2の方向に回転されたときを検出するように構成されている。第1のセンサが、環状リング1422が第1の方向に回転されたことを検出すると、ハンドル制御システム1800は、以下でより詳細に記載されるように、ハンドル駆動シャフト1710、駆動シャフト2710及びエンドエフェクタ7000を第1の方向に回転させる。同様に、ハンドル制御システム1800は、第2のセンサが、環状リング1422が第2の方向に回転したことを検出すると、ハンドル駆動シャフト1710、駆動シャフト2710及びエンドエフェクタ7000を第2の方向に回転させる。上記を考慮して、読者は、クランプトリガ2610及び回転アクチュエータ1420は両方とも駆動シャフト2710を回転させるように動作可能であることを理解すべきである。
様々な実施形態において、上記に加えて、第1及び第2のセンサは、環状リング1422の検出可能要素によって機械的に閉鎖可能であるスイッチを備える。環状リング1422が中心位置から第1の方向に回転されると、検出可能要素は、第1のセンサのスイッチを閉鎖する。第1のセンサのスイッチが閉鎖されると、制御システム1800は、電気モータ1610を動作させて、エンドエフェクタ7000を第1の方向に回転させる。環状リング1422が第2の方向に中心位置に向かって回転されると、検出可能要素は第1のスイッチから係合解除され、第1のスイッチは再び開放される。第1のスイッチが再び開放されると、制御システム1800は電気モータ1610への電力に切断して、エンドエフェクタ7000の回転を停止する。同様に、検出可能要素は、環状リング1422が中心位置から第2の方向に回転されるときに、第2のセンサのスイッチを閉鎖する。第2のセンサのスイッチが閉鎖されると、制御システム1800は、電気モータ1610を動作させて、エンドエフェクタ7000を第2の方向に回転させる。環状リング1422が第1の方向に中心位置に向かって回転されるとき、検出可能要素は、第2のスイッチから係合解除され、第2のスイッチは再び開放される。第2のスイッチが再び開放されると、制御システム1800は電気モータ1610への電力を切断して、エンドエフェクタ7000の回転を停止する。
様々な実施形態において、上記に加えて、回転アクチュエータ1420の第1及び第2のセンサは、例えば、近接センサを備える。特定の実施形態では、回転アクチュエータ1420の第1及び第2のセンサは、ホール効果センサ、並びに/又は環状リング1422の検出可能要素と第1及び第2のセンサとの間の距離を検出するように構成された任意の好適なセンサを備える。第1のホール効果センサが、環状リング1422が第1の方向に回転したことを検出した場合、次いで、上述のように、制御システム1800は、エンドエフェクタ7000を第1の方向に回転させる。加えて、制御システム1800は、検出可能要素が第1のホール効果センサに近接しているときに、検出可能要素が第1のホール効果センサから更に離れているときよりも高速でエンドエフェクタ7000を回転させることができる。第2のホール効果センサが、環状リング1422が第2の方向に回転したことを検出した場合、上述のように、制御システム1800は、エンドエフェクタ7000を第2の方向に回転させる。加えて、制御システム1800は、検出可能要素が第2のホール効果センサに近接しているときに、検出可能要素が第2のホール効果センサから更に離れているときよりも高速でエンドエフェクタ7000を回転させることができる。結果として、エンドエフェクタ7000が回転する速度は、環状リング1422が回転する量又は程度の関数である。制御システム1800は、エンドエフェクタ7000を回転させる方向及び速度を判定するとき、第1のホール効果センサ及び第2のホール効果センサの両方からの入力を評価するように更に構成されている。様々な例において、制御システム1800は、データの主要ソースとして、環状リング1422の検出可能要素に最も近いホール効果センサを、データの主要ソースによって提供されたデータを二重検査するためのデータの確認ソースとして、検出可能要素から最も遠いホール効果センサを使用することができる。制御システム1800は、制御システム1800が競合するデータを提供する状況を解決するためのデータ完全性プロトコルを更に備えることができる。いずれにせよ、ホール効果センサが、検出可能要素がその中心位置、又は第1のホール効果センサと第2のホール効果センサとの間の等距離の位置にあることを検出したとき、ハンドル制御システム1800は、ハンドル制御システム1800がエンドエフェクタ7000を回転させない中立状態に入ることができる。少なくとも1つのこのような例において、制御システム1800は、検出可能要素が位置の中央範囲にあるとき、その中立状態に入ることができる。このような構成は、臨床医がエンドエフェクタ7000を回転させることを意図していないときに回転ジッタの可能性を防止するか、又は少なくとも低減する。
上記に加えて、回転アクチュエータ1420は、臨床医によって解放されるとき、回転アクチュエータ1420を中心に、又は少なくとも実質的に中心になるように構成された1つ又は2つ以上のばねを備えることができる。そのような例では、ばねは電気モータ1610を遮断し、エンドエフェクタ7000の回転を停止するように作用することができる。少なくとも1つの例では、回転アクチュエータ1420は、回転アクチュエータ1420を第1の方向に回転させるように構成された第1のねじりばねと、回転アクチュエータ1420を第2の方向に回転させるように構成された第2のねじりばねと、を備える。第1及び第2のねじりばねは、第1及び第2のねじりばねのバランスによって加えられる力及び/又はトルクが、その中心位置で回転アクチュエータ1420を少なくとも実質的に均衡させるように、同じ又は少なくとも実質的に同じばね定数を有し得る。
上記を考慮して、読者は、クランプトリガ2610及び回転アクチュエータ1420は両方とも駆動シャフト2710を回転させるように動作可能であり、それぞれ、ジョーアセンブリ7100を動作させるか、又はエンドエフェクタ7000を回転させるように動作可能であることを理解すべきである。これらの機能を選択的に実行するために駆動シャフト2710の回転を使用するシステムは、以下により詳細に記載される。
主に図7及び図8を参照すると、関節運動アクチュエータ1430は、第1の押しボタン1432及び第2の押しボタン1434を備える。第1の押しボタン1432は第1の関節運動制御回路の一部であり、第2の押しボタン1434は入力システム1400の第2の関節運動回路の一部である。第1の押しボタン1432は、第1の押しボタン1432が押下されたときに閉鎖される第1のスイッチを備える。ハンドル制御システム1800は、第1のスイッチの閉鎖、更には第1の関節運動制御回路の閉鎖を感知するように構成されている。ハンドル制御システム1800が第1の関節運動制御回路が閉鎖されたことを検出すると、ハンドル制御システム1800は、電気モータ1610を動作させて、関節運動ジョイント2300を中心に第1の関節運動方向にエンドエフェクタ7000を関節運動させる。第1の押しボタン1432が臨床医によって解放されると、第1の関節運動制御回路が開放され、制御システム1800によって検出されると、制御システム1800は、電気モータ1610への電力を切断してエンドエフェクタ7000の関節運動を停止する。
様々な例において、上記に加えて、エンドエフェクタ7000の関節運動範囲は制限されており、制御システム1800は、例えば、エンドエフェクタ7000が第1の方向に回転される量又は程度を監視するように電気モータ1610の回転出力を監視するために、上述のエンコーダシステムを利用することができる。エンコーダシステムに加えて、又はエンコーダシステムの代わりに、シャフトアセンブリ2000は、エンドエフェクタ7000が第1の方向のその関節運動の限度に達したときを検出するように構成された第1のセンサを備えることができる。いずれにしても、制御システム1800が、エンドエフェクタ7000が第1の方向の関節運動の限度に達したと判定すると、制御システム1800は、電気モータ1610への電力を切断して、エンドエフェクタ7000の関節運動を停止することができる。
上記と同様に、第2の押しボタン1434は、第2の押しボタン1434が押下されたときに閉鎖される第2のスイッチを備える。ハンドル制御システム1800は、第2のスイッチの閉鎖、更には第2の関節運動制御回路の閉鎖を感知するように構成されている。ハンドル制御システム1800が第2の関節運動制御回路が閉鎖されたことを検出すると、ハンドル制御システム1800は、電気モータ1610を動作させて、関節運動ジョイント2300を中心に第2の方向にエンドエフェクタ7000を関節運動させる。第2の押しボタン1434が臨床医によって解放されると、第2の関節運動制御回路が開放され、制御システム1800によって検出されると、制御システム1800は、電気モータ1610への電力を切断してエンドエフェクタ7000の関節運動を停止する。
様々な例において、エンドエフェクタ7000の関節運動範囲は制限されており、制御システム1800は、例えば、エンドエフェクタ7000が第2の方向に回転される量又は程度を監視するように電気モータ1610の回転出力を監視するために、上述のエンコーダシステムを利用することができる。エンコーダシステムに加えて、又はエンコーダシステムの代わりに、シャフトアセンブリ2000は、エンドエフェクタ7000が第2の方向のその関節運動の限度に達したときを検出するように構成された第2のセンサを備えることができる。いずれにしても、制御システム1800が、エンドエフェクタ7000が第2の方向の関節運動の限度に達したと判定すると、制御システム1800は、電気モータ1610への電力を切断して、エンドエフェクタ7000の関節運動を停止することができる。
上述のように、エンドエフェクタ7000は、中心又は非関節運動位置(図15)から第1の方向(図16)及び/又は第2の方向(図17)で関節運動可能である。エンドエフェクタ7000が関節運動されると、臨床医は、第1及び第2の関節運動押しボタン1432及び1434を使用することによってエンドエフェクタ7000を再センタリングすることを試み得る。読者が理解することができるように、臨床医は、例えば、エンドエフェクタ7000が患者内に位置付けられると、完全に見えない場合があるため、エンドエフェクタ7000を再センタリングするのに難儀する可能性がある。いくつかの例では、エンドエフェクタ7000が再センタリングされていない、又は少なくとも実質的に再センタリングされていない場合、エンドエフェクタ7000はトロカールを通って戻ることができない。これを念頭に置いて、制御システム1800は、エンドエフェクタ7000がその非関節運動位置又は中心位置に移動されるときに、臨床医にフィードバックを提供するように構成されている。少なくとも1つの例では、フィードバックは、音声フィードバックを備え、ハンドル制御システム1800は、例えば、エンドエフェクタ7000がセンタリングされたときにビープなどの音を発するスピーカを備えることができる。特定の例では、フィードバックは、視覚フィードバックを備え、ハンドル制御システム1800は、例えば、エンドエフェクタ7000がセンタリングされたときに点滅するハンドルハウジング1110上に位置付けられた発光ダイオード(LED)を備えることができる。様々な例において、フィードバックは、触覚フィードバックを備え、ハンドル制御システム1800は、エンドエフェクタ7000がセンタリングされたときにハンドル1000を振動させる偏心要素を備える電動モータを備えることができる。このようにエンドエフェクタ7000を手動で再センタリングすることは、エンドエフェクタ7000がその中心位置に近づいているときにモータ1610を減速させる制御システム1800によって、促進され得る。少なくとも1つの例では、制御システム1800は、例えば、エンドエフェクタ7000がいずれかの方向においておよそ5度の中心内にあるとき、エンドエフェクタ7000の関節運動を減速させる。
上記に加えて、又は上記の代わりに、ハンドル制御システム1800は、エンドエフェクタ7000を再センタリングするように構成され得る。少なくとも1つのこのような例において、ハンドル制御システム1800は、関節運動アクチュエータ1430の関節運動ボタン1432及び1434の両方が同時に押下されると、エンドエフェクタ7000を再センタリングすることができる。ハンドル制御システム1800が、電気モータ1610の回転出力を監視するように構成されたエンコーダシステムを備えるとき、ハンドル制御システム1800は、例えば、エンドエフェクタ7000を再センタリング又は少なくとも実質的に再センタリングするために必要な関節運動の量及び方向を判定することができる。様々な例において、入力システム1400は、例えば、押下されたときにエンドエフェクタ7000を自動的にセンタリングするホームボタンを備えることができる。
主に図5及び図6を参照すると、シャフトアセンブリ2000の細長いシャフト2200は、近位部分2100の近位ハウジング2110に装着された外側ハウジング又はチューブ2210を備える。外側ハウジング2210は、それを通って延在する長手方向開口部2230と、外側ハウジング2210を近位ハウジング2110に固設する近位フランジ2220と、を備える。シャフトアセンブリ2000のフレーム2500は、細長いシャフト2200の長手方向開口部2230を通って延在する。より具体的には、シャフトフレーム2500のシャフト2510は、長手方向開口部2230を通って延在するより小さいシャフト2530にネックダウンする。これにより、シャフトフレーム2500は、任意の好適な構成を備えることができる。シャフトアセンブリ2000の駆動システム2700はまた、細長いシャフト2200の長手方向開口部2230を通って延在する。より具体的には、シャフト駆動システム2700の駆動シャフト2710は、長手方向開口部2230を通って延在するより小さい駆動シャフト2730にネックダウンする。これにより、シャフト駆動システム2700は、任意の好適な構成を備えることができる。
主に図20、図23及び24を参照すると、細長いシャフト2200の外側ハウジング2210は、関節運動ジョイント2300に延在する。関節運動ジョイント2300は、近位フレーム2310と外側ハウジング2210との間の相対並進及び/又は回転がたとえあったとしてもほとんどないように外側ハウジング2210に装着された近位フレーム2310を備える。主に図22を参照すると、近位フレーム2310は、外側ハウジング2210の側壁に装着された環状部分2312と、環状部分2312から遠位に延在するタブ2314と、を備える。関節運動ジョイント2300は、フレーム2310に回転可能に装着され、遠位取り付け部分2400の外側ハウジング2410に装着されたリンク2320及び2340を更に備える。リンク2320は、外側ハウジング2410に装着された遠位端2322を備える。より具体的には、リンク2320の遠位端2322は、外側ハウジング2410内に画定された装着スロット2412内に受容され、固定的に固設される。同様に、リンク2340は、外側ハウジング2410に装着された遠位端2342を備える。より具体的には、リンク2340の遠位端2342は、外側ハウジング2410内に画定された装着スロット内に受容され、固定的に固設される。リンク2320は、近位関節フレーム2310のタブ2314に回転可能に連結された近位端2324を備える。図22には示されていないが、ピンは、近位端2324及びタブ2314に画定された開口部を通って延在して、それらの間に枢動軸を画定する。同様に、リンク2340は、近位関節フレーム2310のタブ2314に回転可能に連結された近位端2344を備える。図22には示されていないが、ピンは、近位端2344及びタブ2314に画定された開口部を通って延在して、それらの間に枢動軸を画定する。これらの枢動軸は、同一直線上、又は少なくとも実質的に同一直線上にあり、関節運動ジョイント2300の関節運動軸Aを画定する。
主に図20、図23及び24を参照すると、遠位取り付け部分2400の外側ハウジング2410は、それを通って延在する長手方向開口部2430を備える。長手方向開口部2430は、エンドエフェクタ7000の近位取り付け部分7400を受容するように構成されている。エンドエフェクタ7000は、遠位取り付け部分2400の長手方向開口部2430内に緊密に受容される外側ハウジング6230を備え、これにより、エンドエフェクタ7000の近位取り付け部分7400とシャフトアセンブリ2000の遠位取り付け部分2400との間の相対的な半径方向移動が、たとえあったとしてもほとんどなくなる。近位取り付け部分7400は、シャフトアセンブリ2000の遠位取り付け部分2400内のエンドエフェクタロック6400によって解放可能に係合される外側ハウジング6230上に画定されたロックノッチ7410の環状アレイを更に備える。エンドエフェクタロック6400がロックノッチ7410のアレイと係合されると、エンドエフェクタロック6400は、エンドエフェクタ7000の近位取り付け部分7400とシャフトアセンブリ2000の遠位取り付け部分2400との間の相対的な長手方向の移動を防止するか、又は少なくとも抑制する。上記の結果として、エンドエフェクタ7000の近位取り付け部分7400とシャフトアセンブリ2000の遠位取り付け部分2400との間の相対回転のみが可能となる。この目的のため、エンドエフェクタ7000の外側ハウジング6230は、シャフトアセンブリ2000の遠位取り付け部分2400内に画定された長手方向開口部2430内に緊密に受容される。
上記に加えて、図21を参照すると、外側ハウジング6230は、内部にOリング6275を受容するように構成された、内部に画定された環状スロット又は陥凹6270を更に備える。Oリング6275は、エンドエフェクタ7000が遠位取り付け部分2400に挿入されるときに、外側ハウジング6230と長手方向開口部2430の側壁との間で圧縮される。Oリング6275は、Oリング6275がエンドエフェクタ7000と遠位取り付け部分2400との間の意図しない相対回転を防止又は低減することができるように、エンドエフェクタ7000と遠位取り付け部分2400との間の相対回転に抵抗するがこれを可能とするように構成されている。様々な例において、Oリング6275は、エンドエフェクタ7000と遠位取り付け部分2400との間に封止を提供して、例えば、シャフトアセンブリ2000内への流体侵入の可能性を防止するか、又は少なくとも低減することができる。
図14~図21を参照すると、エンドエフェクタ7000のジョーアセンブリ7100は、第1のジョー7110及び第2のジョー7120を備える。各ジョー7110、7120は、臨床医がエンドエフェクタ7000で組織を切開するのを支援するように構成された遠位端を備える。各ジョー7110、7120は、臨床医がエンドエフェクタ7000を用いて組織を把持してしっかり捕まえておくのを支援するように構成された複数の歯を更に備える。更に、主に図21を参照すると、各ジョー7110、7120は、ジョー7110、7120を一緒に回転可能に接続する近位端(すなわち、近位端7115、7125)をそれぞれ備える。各近位端7115、7125は、ピン7130をその内部に緊密に受容するように構成された、内部を通って延在する開口部を備える。ピン7130は、ジョー7110、7120の近位端7115、7125に画定された開口部内に緊密に受容される中央本体7135を備え、これにより、ジョー7110、7120とピン7130との間の相対的な並進が、たとえあったとしてもほとんどなくなる。ピン7130は、ジョー7110、7120を回転させ得るジョー軸Jを画定し、また、ジョー7110、7120をエンドエフェクタ7000の外側ハウジング6230に回転可能に装着する。より具体的には、外側ハウジング6230は、内部に画定された開口部を有する遠位延在タブ6235を備え、これはまた、ジョーアセンブリ7100がエンドエフェクタ7000のシャフト部分7200に対して並進しないように、ピン7130を緊密に受容するように構成されている。ピン7130は、ジョー7110、7120がピン7130から外れることを防止し、またジョーアセンブリ7100がシャフト部分7200から外れることを防止する拡大端部を更に備える。この構成は、回転継手7300を画定する。
主に図21及び23を参照すると、ジョー7110及び7120は、駆動リンク7140、駆動ナット7150、及び駆動ねじ6130を含むジョーアセンブリ駆動部によって、それらの開放位置と閉鎖位置との間で回転可能である。以下でより詳細に説明するように、駆動ねじ6130は、シャフト駆動システム2700の駆動シャフト2730によって選択的に回転可能である。駆動ねじ6130は、エンドエフェクタ7000の外側ハウジング6230内に画定されたスロット又は溝6232(図25)内に緊密に受容される環状フランジ6132を備える。スロット6232の側壁は、駆動ねじ6130と外側ハウジング6230との間の長手方向及び/又は半径方向の並進を防止又は少なくとも抑制するが、駆動ねじ6130と外側ハウジング6230との間の相対的な回転運動を可能にするように構成されている。駆動ねじ6130は、駆動ナット7150に画定されたねじ山開口部7160とねじ式に係合するねじ山端部6160を更に備える。駆動ナット7150は、駆動ねじ6130と共に回転することを抑制され、結果として、駆動ねじ6130が回転されると駆動ナット7150が並進する。使用中、駆動ねじ6130は、第1の方向に回転して駆動ナット7150を近位に変位させ、第2の側、又は反対側の方向に回転して、駆動ナット7150を遠位に変位させる。駆動ナット7150は、駆動リンク7140から延在するピン7145を緊密に受容するように構成された、内部に画定された開口部を含む遠位端7155を更に備える。主に図21を参照すると、第1の駆動リンク7140が遠位端7155の一方の側に取り付けられ、第2の駆動リンク7140が遠位端7155の反対側に取り付けられている。第1の駆動リンク7140は、そこから延在する別のピン7145を備え、これは、第1のジョー7110の近位端7115に画定された開口部内に緊密に受容され、同様に、第2の駆動リンク7140は、そこから延在する別のピンを備え、これは、第2のジョー7120の近位端7125に画定された開口部内に緊密に受容される。上記の結果として、駆動リンク7140は、ジョー7110及び7120を駆動ナット7150に動作可能に接続する。駆動ナット7150が上記のように駆動ねじ6130によって近位に駆動されるとき、ジョー7110、7120は、閉鎖構成又はクランプ構成に回転される。それに対応して、駆動ナット7150が駆動ねじ6130によって遠位に駆動されるとき、ジョー7110、7120はそれらの開放構成に回転される。
上述したように、制御システム1800は、電気モータ1610を作動させて、3つの異なるエンドエフェクタ機能(ジョーアセンブリ7100をクランプ/開放すること(図14及び図15)、エンドエフェクタ7000を長手方向軸を中心に回転させること(図18及び図19)、及びエンドエフェクタ7000を関節運動軸を中心に関節運動させること(図16及び図17))を実行するように構成される。主に図26及び図27を参照すると、制御システム1800は、これらの3つのエンドエフェクタ機能を選択的に実行するためにトランスミッション6000を動作させるように構成されている。トランスミッション6000は、駆動シャフト2730が回転される方向に応じて、駆動シャフト2730の回転をエンドエフェクタ7000の駆動ねじ6130に選択的に伝達してジョーアセンブリ7100を開閉するように構成された第1のクラッチシステム6100を備える。トランスミッション6000は、駆動シャフト2730の回転をエンドエフェクタ7000の外側ハウジング6230に選択的に伝達してエンドエフェクタ7000を長手方向軸Lを中心に回転させるように構成された第2のクラッチシステム6200を更に備える。トランスミッション6000はまた、駆動シャフト2730の回転を関節運動ジョイント2300に選択的に伝達して、関節運動軸Aを中心に遠位取り付け部分2400及びエンドエフェクタ7000を関節運動させるように構成された第3のクラッチシステム6300を備える。クラッチシステム6100、6200及び6300は、例えば、シャフト2510、コネクタピン2520、コネクタピン1520及びシャフト1510を通って延在する電気回路を介して制御システム1800と電気通信する。少なくとも1つの例では、これらのクラッチ制御回路の各々は、例えば、2つのコネクタピン2520及び2つのコネクタピン1520を備える。
様々な例において、上記に加えて、シャフト2510及び/又はシャフト1510は、クラッチ制御回路の一部を形成する電気トレースを含むフレキシブル回路を備える。フレキシブル回路は、その中及び/又はその上に画定された導電経路を有するリボン又は基板を備えることができる。フレキシブル回路はまた、センサ及び/又は、例えば、それに装着された信号平滑化コンデンサなどの任意の固体構成要素を備えることができる。少なくとも1つの例では、導電経路の各々は、とりわけ、導電経路を介して伝送される信号の変動を均一にし得る1つ又は2つ以上の信号平滑化コンデンサを備えることができる。様々な例において、フレキシブル回路は、例えばエラストマーなどの少なくとも1つの材料でコーティングすることができ、この材料は、流体侵入に対してフレキシブル回路を封止することができる。
主に図28を参照すると、第1のクラッチシステム6100は、第1のクラッチ6110、拡張可能な第1の駆動リング6120及び第1の電磁アクチュエータ6140を備える。第1のクラッチ6110は環状リングを備え、駆動シャフト2730上に摺動可能に配設されている。第1のクラッチ6110は、磁性材料で構成されており、係合解除位置又は非作動位置(図28)と、第1の電磁アクチュエータ6140によって生成された電磁場EFによる係合位置又は作動位置(図29)との間で移動可能である。様々な例において、第1のクラッチ6110は、例えば、鉄及び/又はニッケルから少なくとも部分的に構成される。少なくとも1つの例では、第1のクラッチ6110は永久磁石を備える。図22Aに示されるように、駆動シャフト2730は、駆動シャフト2730に対するクラッチ6110の長手方向の移動を拘束するように構成された、内部に画定された1つ又は2つ以上の長手方向キースロット6115を備える。より具体的には、クラッチ6110は、キースロット6115内に延在する1つ又は2つ以上のキーを備え、それによりキースロット6115の遠位端がクラッチ6110の遠位移動を停止し、キースロット6115の近位端がクラッチ6110の近位移動を停止する。
第1のクラッチ6110がその係合解除位置にあるとき(図28)、第1のクラッチ6110は駆動シャフト2130と共に回転するが、第1の駆動リング6120に回転運動を伝達しない。図28に見られるように、第1のクラッチ6110は、第1の駆動リング6120から分離されるか、又は接触していない。結果として、駆動シャフト2730及び第1のクラッチ6110の回転は、第1のクラッチアセンブリ6100がその係合解除状態にあるとき、駆動ねじ6130に伝達されない。第1のクラッチ6110がその係合位置にあるとき(図29)、第1のクラッチ6110は、第1の駆動リング6120が半径方向外側に拡張又は伸張されて駆動ねじ6130と接触するように、第1の駆動リング6120と係合される。少なくとも1つの例では、第1の駆動リング6120は、例えば、エラストマーバンドを備える。図29に見られるように、第1の駆動リング6120は、駆動ねじ6130の環状内側側壁6135に対して圧縮される。結果として、駆動シャフト2730及び第1のクラッチ6110の回転は、第1のクラッチアセンブリ6100がその係合状態にあるときに駆動ねじ6130に伝達される。駆動シャフト2730が回転される方向に応じて、第1のクラッチアセンブリ6100は、第1のクラッチアセンブリ6100がその係合状態にあるときに、ジョーアセンブリ7100をその開放構成及び閉鎖構成に移動させることができる。
上述したように、第1の電磁アクチュエータ6140は、第1のクラッチ6110をその係合解除(図28)と係合(図29)との間で移動させる磁場を生成するように構成されている。例えば、図28を参照すると、第1の電磁アクチュエータ6140は、第1のクラッチアセンブリ6100がその係合解除状態にあるときに、第1のクラッチ6110を第1の駆動リング6120から離れるように反発又は駆動する磁場EFを放出するように構成されている。第1の電磁アクチュエータ6140は、巻回コイルを含む第1の電気クラッチ回路を通って第1の方向に流れるときに磁場EFを生成する、シャフトフレーム2530内に画定された空洞内に1つ又は2つ以上の巻回コイルを備える。制御システム1800は、第1の電圧極性を第1の電気クラッチ回路に印加して、第1の方向に流れる電流を生成するように構成されている。制御システム1800は、第1の電圧極性を第1の電気シャフト回路に連続的に印加して、第1のクラッチ6110をその係合解除位置に連続的に保持することができる。そのような構成は、第1のクラッチ6110が、第1の駆動リング6120に意図せず係合することを防止し得るが、そのような構成はまた、多くの電力を消費する場合がある。あるいは、制御システム1800は、第1の電圧極性を第1の電気クラッチ回路に十分な時間印加して、第1のクラッチ6110をその係合解除位置に位置付け、次いで、第1の電圧極性を第1の電気クラッチ回路に印加することを停止し、それによって電力の消費を低減することができる。つまり、第1のクラッチアセンブリ6100は、第1のクラッチ6110をその係合解除位置に解放可能に保持するように構成された、駆動ねじ6130に装着された第1のクラッチロック6150を更に備える。第1のクラッチロック6150は、第1のクラッチ6110が第1の駆動リング6120と意図せず係合されるのを防止するか、又は少なくとも低減するように構成されている。図28に示されるように、第1のクラッチ6110がその係合解除位置にあるとき、第1のクラッチロック6150は、第1のクラッチ6110の自由移動と干渉し、それらの間の摩擦力及び/又は干渉力を介して第1のクラッチ6110を定位置に保持する。少なくとも1つの例では、第1のクラッチロック6150は、例えばゴムから構成されるエラストマープラグ、シート、又は戻り止めを備える。特定の例では、第1のクラッチロック6150は、電磁力によって第1のクラッチ6110をその係合解除位置に保持する永久磁石を備える。いずれにしても、以下でより詳細に説明するように、第1の電磁アクチュエータ6140は、これらの力を打ち消す電磁引力を第1のクラッチ6110に加えることができる。
上記に加えて、図29を参照すると、第1の電磁アクチュエータ6140は、第1のクラッチアセンブリ6100がその係合状態にあるときに、第1のクラッチ6110を第1の駆動リング6120に向かって引くか、又は駆動する磁場EFを放出するように構成されている。第1の電磁アクチュエータ6140のコイルは、電流が第1の電気クラッチ回路を通って第2の、又は反対の方向に流れるとき、磁場EFを生成する。制御システム1800は、反対の電圧極性を第1の電気クラッチ回路に印加して、反対方向に流れる電流を生成するように構成されている。制御システム1800は、反対の電圧極性を第1の電気クラッチ回路に連続的に印加して、第1のクラッチ6110をその係合位置に連続的に保持し、第1の駆動リング6120と駆動ねじ6130との間の動作可能な係合を維持することができる。あるいは、第1のクラッチ6110は、第1のクラッチ6110がその係合位置にあるときに、第1の駆動リング6120内にくさび留めされるように構成されてもよく、そのような例では、制御システム1800は、第1のクラッチアセンブリ6100をその係合状態に保持するために、第1の電気クラッチ回路に電圧極性を連続的に印加する必要がない場合がある。そのような例では、制御システム1800は、第1のクラッチ6110が第1の駆動リング6120内に十分にくさび留めされると、電圧極性の印加を停止することができる。
特に、上記に加えて、第1のクラッチロック6150はまた、第1のクラッチ6110がその係合解除位置にあるときにジョーアセンブリ駆動部をロックアウトするように構成されている。より具体的には、再び図28を参照すると、第1のクラッチ6110がその係合解除位置にあるとき、駆動ねじ6130が外側ハウジング6230に対して回転しないか、又は少なくとも実質的に回転しないように、第1のクラッチ6110は、駆動ねじ6130内の第1のクラッチロック6150をエンドエフェクタ7000の外側ハウジング6230と係合させる。外側ハウジング6230は、第1のクラッチロック6150を受容するように構成された、内部に画定されたスロット6235を備える。第1のクラッチ6110がその係合位置に移動されると、図29を参照すると、第1のクラッチ6110はもはや第1のクラッチロック6150と係合されず、結果として、第1のクラッチロック6150はもはや外側ハウジング6230と係合するように付勢されず、駆動ねじ6130は外側ハウジング6230に対して自由に回転することができる。上記の結果として、第1のクラッチ6110は、少なくとも2つのことを行うことができる。すなわち、第1のクラッチ6110がその係合位置にあるときにジョー駆動装置を動作させ、第1のクラッチ6110がその係合解除位置にあるときにジョー駆動装置をロックアウトすることができる。
更に、上記に加えて、ねじ山付き部分6160及び7160のねじ山は、ジョー駆動装置の逆駆動を防止するか、又は少なくともそれに抵抗するように構成することができる。少なくとも1つの例では、ねじ山付き部分6160及び7160のねじ山ピッチ及び/又は角度は、ジョーアセンブリ7100の逆駆動又は意図しない開口部を防止するように選択することができる。上記の結果、ジョーアセンブリ7100が意図せず開放又は閉鎖する可能性が防止されるか、又は少なくとも低減される。
主に図30を参照すると、第2のクラッチシステム6200は、第2のクラッチ6210、拡張可能な第2の駆動リング6220及び第2の電磁アクチュエータ6240を備える。第2のクラッチ6210は環状リングを備え、駆動シャフト2730上に摺動可能に配設されている。第2のクラッチ6210は、磁性材料で構成されており、係合解除位置又は非作動位置(図30)と、第2の電磁アクチュエータ6240によって生成された電磁場EFによる係合位置又は作動位置(図31)との間で移動可能である。様々な例において、第2のクラッチ6210は、例えば、鉄及び/又はニッケルから少なくとも部分的に構成される。少なくとも1つの例では、第2のクラッチ6210は永久磁石を備える。図22Aに示されるように、駆動シャフト2730は、駆動シャフト2730に対する第2のクラッチ6210の長手方向の移動を拘束するように構成された、内部に画定された1つ又は2つ以上の長手方向キースロット6215を備える。より具体的には、第2のクラッチ6210は、キースロット6215内に延在する1つ又は2つ以上のキーを備え、それによりキースロット6215の遠位端が第2のクラッチ6210の遠位移動を停止し、キースロット6215の近位端が第2のクラッチ6210の近位移動を停止する。
第2のクラッチ6210がその係合解除位置にあるとき、図30を参照すると、第2のクラッチ6210は駆動シャフト2730と共に回転するが、第2の駆動リング6220に回転運動を伝達しない。図30に見られるように、第2のクラッチ6210は、第2の駆動リング6220から分離されるか、又は接触していない。結果として、駆動シャフト2730及び第2のクラッチ6210の回転は、第2のクラッチアセンブリ6200がその係合解除状態にあるとき、エンドエフェクタ7000の外側ハウジング6230に伝達されない。第2のクラッチ6210がその係合位置にあるとき(図31)、第2のクラッチ6210は、第2の駆動リング6220が半径方向外側に拡張又は伸張されて外側ハウジング6230と接触するように、第2の駆動リング6220と係合される。少なくとも1つの例では、第2の駆動リング6220は、例えば、エラストマーバンドを備える。図31に見られるように、第2の駆動リング6220は、外側ハウジング6230の環状内側側壁7415に対して圧縮される。結果として、駆動シャフト2730及び第2のクラッチ6210の回転は、第2のクラッチアセンブリ6200がその係合状態にあるときに、外側ハウジング6230に伝達される。駆動シャフト2730が回転される方向に応じて、第2のクラッチアセンブリ6200は、第2のクラッチアセンブリ6200がその係合状態にあるときに、長手方向軸Lを中心にエンドエフェクタ7000を第1の方向又は第2の方向に回転させることができる。
上述したように、第2の電磁アクチュエータ6240は、第2のクラッチ6210をその係合解除(図30)と係合(図31)との間で移動させる磁場を生成するように構成されている。例えば、第2の電磁アクチュエータ6240は、第2のクラッチアセンブリ6200がその係合解除状態にあるときに、第2のクラッチ6210を第2の駆動リング6220から離れるように反発又は駆動する磁場EFを放出するように構成されている。第2の電磁アクチュエータ6240は、巻回コイルを含む第2の電気クラッチ回路を通って第1の方向に流れるときに磁場EFを生成する、シャフトフレーム2530内に画定された空洞内に1つ又は2つ以上の巻回コイルを備える。制御システム1800は、第1の電圧極性を第2の電気クラッチ回路に印加して、第1の方向に流れる電流を生成するように構成されている。制御システム1800は、第1の電圧極性を第2の電気クラッチ回路に連続的に印加して、第2のクラッチ6120をその係合解除位置に連続的に保持することができる。そのような構成は、第2のクラッチ6210が、第2の駆動リング6220に意図せず係合することを防止し得るが、そのような構成はまた、多くの電力を消費する場合がある。あるいは、制御システム1800は、第1の電圧極性を第2の電気クラッチ回路に十分な時間印加して、第2のクラッチ6210をその係合解除位置に位置付け、次いで、第1の電圧極性を第2の電気クラッチ回路に印加することを停止し、それによって電力の消費を低減することができる。つまり、第2のクラッチアセンブリ6200は、第2のクラッチ6210をその係合解除位置に解放可能に保持するように構成された、外側ハウジング6230に装着された第2のクラッチロック6250を更に備える。上記と同様に、第2のクラッチロック6250は、第2のクラッチ6210が第2の駆動リング6220と意図せず係合されるのを防止するか、又は少なくとも低減することができる。図30に示されるように、第2のクラッチ6210がその係合解除位置にあるとき、第2のクラッチロック6250は、第2のクラッチ6210の自由移動と干渉し、それらの間の摩擦力及び/又は干渉力を介して第2のクラッチ6210を定位置に保持する。少なくとも1つの例では、第2のクラッチロック6250は、例えばゴムから構成されるエラストマープラグ、シート、又は戻り止めを備える。特定の例では、第2のクラッチロック6250は、電磁力によって第2のクラッチ6210をその係合解除位置に保持する永久磁石を備える。これにより、以下でより詳細に説明するように、第2の電磁アクチュエータ6240は、これらの力を打ち消す電磁引力を第2のクラッチ6210に加えることができる。
上記に加えて、図31を参照すると、第2の電磁アクチュエータ6240は、第2のクラッチアセンブリ6200がその係合状態にあるときに、第2のクラッチ6210を第2の駆動リング6220に向かって引くか、又は駆動する磁場EFを放出するように構成されている。第2の電磁アクチュエータ6240のコイルは、電流が第2の電気シャフト回路を通って第2の、又は反対の方向に流れるとき、磁場EFを生成する。制御システム1800は、反対の電圧極性を第2の電気シャフト回路に印加して、反対方向に流れる電流を生成するように構成されている。制御システム1800は、反対の電圧極性を第2の電気シャフト回路に連続的に印加して、第2のクラッチ6210をその係合位置に連続的に保持し、第2の駆動リング6220と外側ハウジング6230との間の動作可能な係合を維持することができる。あるいは、第2のクラッチ6210は、第2のクラッチ6210がその係合位置にあるときに、第2の駆動リング6220内にくさび留めされるように構成されてもよく、そのような例では、制御システム1800は、第2のクラッチアセンブリ6200をその係合状態に保持するために、第2のシャフト電気回路に電圧極性を連続的に印加する必要がない場合がある。そのような例では、制御システム1800は、第2のクラッチ6210が第2の駆動リング6220内に十分にくさび留めされると、電圧極性を印加し続けることができる。
特に、上記に加えて、第2のクラッチロック6250はまた、第2のクラッチ6210がその係合解除位置にあるときにエンドエフェクタ7000の回転をロックアウトするように構成されている。より具体的には、再び図30を参照すると、第2のクラッチ6210がその係合解除位置にあるとき、エンドエフェクタ7000がシャフトアセンブリ2000の遠位取り付け部分2400に対して回転しないか、又は少なくとも実質的に回転しないように、第2のクラッチ6210は、外側シャフト6230内の第2のクラッチロック6250を押して、関節リンク2340と係合させる。図27に示されるように、第2のクラッチロック6250は、第2のクラッチ6210がその係合解除位置にあるときに、関節リンク2340内に画定されたスロット又はチャネル2345内に位置付けられるか、又はくさび留めされる。上記の結果、エンドエフェクタ7000が意図せず回転する可能性が防止されるか、又は少なくとも低減される。更に、上記の結果として、第2のクラッチ6210は、少なくとも2つのことを行うことができる。すなわち、第2のクラッチ6210がその係合位置にあるときにエンドエフェクタ回転駆動部を動作させ、第2のクラッチ6210がその係合解除位置にあるときにエンドエフェクタ回転駆動部をロックアウトすることができる。
主に図22、図24、図25を参照すると、シャフトアセンブリ2000は、関節運動ジョイント2300を中心に遠位取り付け部分2400及びエンドエフェクタ7000を関節運動させるように構成された関節運動駆動システムを更に備える。関節運動駆動システムは、遠位取り付け部分2400内に回転可能に支持される関節運動駆動部6330を備える。これにより、関節運動駆動部6330は、遠位取り付け部分2400内に緊密に受容され、それにより、関節運動駆動部6330は、遠位取り付け部分2400に対して並進しないか、又は少なくとも実質的に並進しない。シャフトアセンブリ2000の関節運動駆動システムは、関節フレーム2310に固定的に装着された固定歯車2330を更に備える。より具体的には、固定歯車2330は、固定歯車2330が関節フレーム2310に対して回転しないように、関節フレーム2310のタブ2314と関節リンク2340とを接続するピンに固定的に装着される。固定歯車2330は、中央本体2335と、中央本体2335の外周の周りに延在する固定歯2332の環状アレイとを備える。関節運動駆動部6330は、固定歯2332と噛み合って係合された駆動歯6332の環状アレイを備える。関節運動駆動部6330が回転されると、関節運動駆動部6330は、固定歯車2330を押し、シャフトアセンブリ2000の遠位取り付け部分2400及び関節運動ジョイント2300を中心とするエンドエフェクタ7000を関節運動させる。
主に図32を参照すると、第3のクラッチシステム6300は、第3のクラッチ6310、拡張可能な第3の駆動リング6320及び第3の電磁アクチュエータ6340を備える。第3のクラッチ6310は環状リングを備え、駆動シャフト2730上に摺動可能に配設されている。第3のクラッチ6310は、磁性材料で構成されており、係合解除位置又は非作動位置(図32)と、第3の電磁アクチュエータ6340によって生成された電磁場EFによる係合位置又は作動位置(図33)との間で移動可能である。様々な例において、第3のクラッチ6310は、例えば、鉄及び/又はニッケルから少なくとも部分的に構成される。少なくとも1つの例では、第3のクラッチ6310は永久磁石を備える。図22Aに示されるように、駆動シャフト2730は、駆動シャフト2730に対する第3のクラッチ6310の長手方向の移動を拘束するように構成された、内部に画定された1つ又は2つ以上の長手方向キースロット6315を備える。より具体的には、第3のクラッチ6310は、キースロット6315内に延在する1つ又は2つ以上のキーを備え、それによりキースロット6315の遠位端が第3のクラッチ6310の遠位移動を停止し、キースロット6315の近位端が第3のクラッチ6310の近位移動を停止する。
第3のクラッチ6310がその係合解除位置にあるとき、図32を参照すると、第3のクラッチ6310は駆動シャフト2730と共に回転するが、第3の駆動リング6320に回転運動を伝達しない。図32に見られるように、第3のクラッチ6310は、第3の駆動リング6320から分離されるか、又は接触していない。結果として、駆動シャフト2730及び第3のクラッチ6310の回転は、第3のクラッチアセンブリ6300がその係合解除状態にあるとき、関節運動駆動部6330に伝達されない。第3のクラッチ6310がその係合位置にあるとき、図33を参照すると、第3のクラッチ6310は、第3の駆動リング6320が半径方向外側に拡張又は伸張されて関節運動駆動部6330と接触するように、第3の駆動リング6320と係合される。少なくとも1つの例では、第3の駆動リング6320は、例えば、エラストマーバンドを備える。図33に見られるように、第3の駆動リング6320は、関節運動駆動部6330の環状内側側壁6335に対して圧縮される。結果として、駆動シャフト2730及び第3のクラッチ6310の回転は、第3のクラッチアセンブリ6300がその係合状態にあるときに関節運動駆動部6330に伝達される。駆動シャフト2730が回転される方向に応じて、第3のクラッチアセンブリ6300は、シャフトアセンブリ2000の遠位取り付け部分2400及びエンドエフェクタ7000を関節運動ジョイント2300を中心に第1又は第2の方向に関節運動させることができる。
上述したように、第3の電磁アクチュエータ6340は、第3のクラッチ6310をその係合解除(図32)と係合(図33)との間で移動させる磁場を生成するように構成されている。例えば、図32を参照すると、第3の電磁アクチュエータ6340は、第3のクラッチアセンブリ6300がその係合解除状態にあるときに、第3のクラッチ6310を第3の駆動リング6320から離れるように反発又は駆動する磁場EFを放出するように構成されている。第3の電磁アクチュエータ6340は、巻回コイルを含む第3の電気クラッチ回路を通って第1の方向に流れるときに磁場EFを生成する、シャフトフレーム2530内に画定された空洞内に1つ又は2つ以上の巻回コイルを備える。制御システム1800は、第1の電圧極性を第3の電気クラッチ回路に印加して、第1の方向に流れる電流を生成するように構成されている。制御システム1800は、第1の電圧極性を第3の電気クラッチ回路に連続的に印加して、第3のクラッチ6310をその係合解除位置に連続的に保持することができる。そのような構成は、第3のクラッチ6310が、第3の駆動リング6320に意図せず係合することを防止し得るが、そのような構成はまた、多くの電力を消費する場合がある。あるいは、制御システム1800は、第1の電圧極性を第3の電気クラッチ回路に十分な時間印加して、第3のクラッチ6310をその係合解除位置に位置付け、次いで、第1の電圧極性を第3の電気クラッチ回路に印加することを停止し、それによって電力の消費を低減することができる。
上記に加えて、第3の電磁アクチュエータ6340は、第3のクラッチアセンブリ6300がその係合状態にあるときに、第3のクラッチ6310を第3の駆動リング6320に向かって引くか、又は駆動する磁場EFを放出するように構成されている。第3の電磁アクチュエータ6340のコイルは、電流が第3の電気クラッチ回路を通って第2の、又は反対の方向に流れるとき、磁場EFを生成する。制御システム1800は、反対の電圧極性を第3の電気シャフト回路に印加して、反対方向に流れる電流を生成するように構成されている。制御システム1800は、反対の電圧極性を第3の電気シャフト回路に連続的に印加して、第3のクラッチ6310をその係合位置に連続的に保持し、第3の駆動リング6320と関節運動駆動部6330との間の動作可能な係合を維持することができる。あるいは、第3のクラッチ6210は、第3のクラッチ6310がその係合位置にあるときに、第3の駆動リング6320内にくさび留めされるように構成されてもよく、そのような例では、制御システム1800は、第3のクラッチアセンブリ6300をその係合状態に保持するために、第3のシャフト電気回路に電圧極性を連続的に印加する必要がない場合がある。そのような例では、制御システム1800は、第3のクラッチ6310が第3の駆動リング6320内に十分にくさび留めされると、電圧極性を印加し続けることができる。いずれにしても、エンドエフェクタ7000は、第3のクラッチアセンブリ6300がその係合状態にあるとき、駆動シャフト2730が回転される方向に応じて、第1の方向又は第2の方向に関節運動可能である。
上記に加えて、図22、図32、及び図33を参照すると、関節運動駆動システムは、第3のクラッチ6310がその係合解除位置にあるとき(図32)、シャフトアセンブリ2000の遠位取り付け部分2400及び関節運動ジョイント2300を中心とするエンドエフェクタ7000の関節運動を防止するか、又は少なくとも抑制するロックアウト6350を更に備える。主に図22を参照すると、関節リンク2340は、内部に画定されたスロット又は溝2350を備え、ロックアウト6350はスロット2350内に摺動可能に位置付けられ、静止関節歯車2330の下に少なくとも部分的に延在する。ロックアウト6350は、第3のクラッチ6310と係合された取り付けフック6352を備える。より具体的には、第3のクラッチ6310は、内部に画定された環状スロット又は溝6312を備え、取り付けフック6352は、ロックアウト6350が第3のクラッチ6310と並進するように環状スロット6312内に位置付けられる。しかしながら、特に、ロックアウト6350は、第3のクラッチ6310と共に回転しないか、又は少なくとも実質的に回転しない。代わりに、第3のクラッチ6310内の環状溝6312は、第3のクラッチ6310がロックアウト6350に対して回転することを可能にする。ロックアウト6350は、固定歯車2330の底部に画定された半径方向に延在するロックアウトスロット2334内に摺動可能に位置付けられるロックアウトフック6354を更に備える。図32に示されるように、第3のクラッチ6310がその係合解除位置にあるとき、ロックアウト6350は、ロックアウトフック6354がエンドエフェクタ7000が関節運動ジョイント2300を中心に回転することを防止するロック位置にある。図33に示されるように、第3のクラッチ6310がその係合位置にあるとき、ロックアウト6350は、ロックアウトフック6354がロックアウトスロット2334内にもはや位置付けられていないロック解除位置にある。代わりに、ロックアウトフック6354は、固定歯車2330の中央又は本体2335内に画定されたクリアランススロット内に位置付けられる。そのような例では、ロックアウトフック6354は、エンドエフェクタ7000が関節運動ジョイント2300を中心に回転するときに、クリアランススロット内で回転することができる。
上記に加えて、図32及び図33に示される半径方向に延在するロックアウトスロット2334は、長手方向に、すなわち、細長いシャフト2200の長手方向軸に平行な軸に沿って延在する。しかしながら、エンドエフェクタ7000が関節運動されると、ロックアウトフック6354は、もはや長手方向ロックアウトスロット2334と整列しない。これを念頭に置いて、固定歯車2330は、固定歯車2330の底部に画定された、複数の又はアレイ状の半径方向に延在するロックアウトスロット2334を備え、それにより、第3のクラッチ6310が非作動にされ、エンドエフェクタ7000が関節運動した後にロックアウト6350が遠位に引かれると、ロックアウトフック6354は、ロックアウトスロット2334の1つに入り、エンドエフェクタ7000をその関節運動位置にロックすることができる。したがって、結果として、エンドエフェクタ7000は、非関節運動位置及び関節運動位置にロックされ得る。様々な例において、ロックアウトスロット2334は、エンドエフェクタ7000の別個の関節運動位置を画定することができる。例えば、ロックアウトスロット2334は、例えば、10度の間隔で画定することができ、これにより、10度の間隔でエンドエフェクタ7000に対する別個の関節運動配向を画定することができる。他の例では、これらの配向は、例えば、5度の間隔であり得る。代替的な実施形態では、ロックアウト6350は、第3のクラッチ6310が第3の駆動リング6320から係合解除されたときに、固定歯車2330内に画定された円周方向肩部と係合するブレーキを備える。このような実施形態では、エンドエフェクタ7000は、任意の好適な配向でロックされ得る。いずれにせよ、ロックアウト6350は、エンドエフェクタ7000が意図せずに関節運動する可能性を防止するか、又は少なくとも低減する。上記の結果として、第3のクラッチ6310は、それがその係合位置にあるときに関節運動駆動部を動作させ、それがその係合解除位置にあるときに関節運動駆動部をロックアウトすることができる。
主に図24及び図25を参照すると、シャフトフレーム2530及び駆動シャフト2730は、関節運動ジョイント2300を通って遠位取り付け部分2400へと延在する。図16及び17に示されるように、エンドエフェクタ7000が関節運動しているとき、シャフトフレーム2530及び駆動シャフト2730は、エンドエフェクタ7000の関節運動に適応するように屈曲する。したがって、シャフトフレーム2530及び駆動シャフト2730は、エンドエフェクタ7000の関節運動に適応する任意の好適な材料で構成される。更に、上述したように、シャフトフレーム2530は、第1、第2、及び第3の電磁アクチュエータ6140、6240及び6340を収容する。様々な例において、第1、第2、及び第3の電磁アクチュエータ6140、6240及び6340はそれぞれ、例えば銅線コイルなどの巻線コイルを備え、シャフトフレーム2530は、第1、第2、及び第3の電磁アクチュエータ6140、6240及び6340の間の短絡を防止するか、又は少なくとも低減する絶縁材料で構成される。様々な例において、シャフトフレーム2530を通って延在する第1、第2、及び第3の電気クラッチ回路は、例えば絶縁電線から構成される。上記に加えて、第1、第2、及び第3の電気クラッチ回路は、電磁アクチュエータ6140、6240及び6340を駆動モジュール1100内の制御システム1800と通信させる。
上述のように、クラッチ6110、6210及び/又は6310は、それらの係合位置へと意図せず移動しないように、それらの係合解除位置に保持され得る。様々な構成において、クラッチシステム6000は、例えば、第1のクラッチ6110をその係合解除位置に付勢するように構成されたばねなどの第1の付勢部材、例えば、第2のクラッチ6210をその係合解除位置に付勢するように構成されたばねなどの第2の付勢部材、及び/又は、例えば、第3のクラッチ6110をその係合解除位置に付勢するように構成されたばねなどの第3の付勢部材を備える。このような構成では、ばねの付勢力は、電流によって通電されたときに電磁アクチュエータによって生成される電磁力によって選択的に打ち消すことができる。上記に加えて、クラッチ6110、6210及び/又は6310は、それぞれ駆動リング6120、6220及び/又は6320によってそれらの係合位置に保持され得る。より具体的には、少なくとも1つの例では、駆動リング6120、6220及び/又は6320は、それらの係合位置において、クラッチ6110、6210及び/又は6310をそれぞれ把捉又は摩擦保持する弾性材料で構成される。様々な代替的な実施形態では、クラッチシステム6000は、例えば、第1のクラッチ6110をその係合位置に付勢するように構成されたばねなどの第1の付勢部材、例えば、第2のクラッチ6210をその係合位置に付勢するように構成されたばねなどの第2の付勢部材、及び/又は、例えば、第3のクラッチ6110をその係合位置に付勢するように構成されたばねなどの第3の付勢部材を備える。このような構成では、ばねの付勢力は、クラッチ6110、6210及び6310をそれらの係合解除位置に選択的に保持するために必要に応じて、電磁アクチュエータ6140、6240及び/又は6340によってそれぞれ加えられる電磁力によって打ち消され得る。外科用システムの任意の1つの動作モードでは、制御アセンブリ1800は、他の2つの電磁アクチュエータを通電して他の2つのクラッチを係合解除する間に、電磁アクチュエータのうちの1つに通電して、クラッチのうちの1つを係合することができる。
クラッチシステム6000は、外科用システムの3つの駆動システムを制御するための3つのクラッチを備えるが、クラッチシステムは、任意の好適な数のシステムを制御するための任意の好適な数のクラッチを備え得る。更に、クラッチシステム6000のクラッチは、それらの係合位置と係合解除位置との間で近位及び遠位に摺動するが、クラッチシステムのクラッチは、任意の好適な方法で移動することができる。加えて、クラッチシステム6000のクラッチは、一度に1つの駆動運動を制御するために1つずつ係合されているが、様々な例において、2つ以上のクラッチが、一度に2つ以上の駆動運動を制御するように係合され得ることが想定される。
上記を考慮すると、読者は、制御システム1800は、第1に、モータシステム1600を動作させて駆動シャフトシステム2700を適切な方向に回転させ、第2に、クラッチシステム6000を動作させて、駆動シャフトシステム2700の回転をエンドエフェクタ7000の適切な機能に伝達するように構成されていることを理解すべきである。更に、上述したように、制御システム1800は、シャフトアセンブリ2000のクランプトリガシステム2600及びハンドル1000の入力システム1400からの入力に応答する。上述のように、クランプトリガシステム2600が作動されると、制御システム1800は、第1のクラッチアセンブリ6100を起動させ、第2のクラッチアセンブリ6200及び第3のクラッチアセンブリ6300を停止する。そのような例では、制御システム1800はまた、モータシステム1600に電力を供給して、駆動シャフトシステム2700を第1の方向に回転させて、エンドエフェクタ7000のジョーアセンブリ7100をクランプする。制御システム1800が、ジョーアセンブリ7100がそのクランプ構成にあることを検出すると、制御システム1800は、モータアセンブリ1600を停止し、第1のクラッチアセンブリ6100を停止する。制御システム1800が、クランプトリガシステム2600がその非作動位置に移動されたか、又は移動されていることを検出すると、制御システム1800は、第1のクラッチアセンブリ6100を起動するか、又は起動維持し、第2のクラッチアセンブリ6200及び第3のクラッチアセンブリ6300を停止するか、又は停止維持する。そのような例では、制御システム1800はまた、モータシステム1600に電力を供給して、駆動シャフトシステム2700を第2の方向に回転させて、エンドエフェクタ7000のジョーアセンブリ7100を開放する。
回転アクチュエータ1420が第1の方向に作動されると、上記に加えて、制御システム1800は、第2のクラッチアセンブリ6200を起動させ、第1のクラッチアセンブリ6100及び第3のクラッチアセンブリ6300を停止する。そのような例では、制御システム1800はまた、モータシステム1600に電力を供給して、駆動シャフトシステム2700を第1の方向に回転させて、エンドエフェクタ7000を第1の方向に回転させる。制御システム1800が、回転アクチュエータ1420が第2の方向に作動されたことを検出すると、制御システム1800は、第2のクラッチアセンブリ6200を起動するか、又は起動維持し、第1のクラッチアセンブリ6100及び第3のクラッチアセンブリ6300を停止するか、又は停止維持する。そのような例では、制御システム1800はまた、モータシステム1600に電力を供給して、駆動シャフトシステム2700を第2の方向に回転させて、駆動シャフトシステム2700を第2の方向に回転させて、エンドエフェクタ7000を第2の方向に回転させる。制御システム1800が、回転アクチュエータ1420が作動していないことを検出すると、制御システム1800は、第2のクラッチアセンブリ6200を停止する。
上記に加えて、第1の関節運動アクチュエータ1432が押下されると、制御システム1800は、第3のクラッチアセンブリ6300を起動させ、第1のクラッチアセンブリ6100及び第2のクラッチアセンブリ6200を停止する。そのような例では、制御システム1800はまた、モータシステム1600に電力を供給して、駆動シャフトシステム2700を第1の方向に回転させて、エンドエフェクタ7000を第1の方向に関節運動させる。制御システム1800が、第2の関節運動アクチュエータ1434が押下されたことを検出すると、制御システム1800は、第3のクラッチアセンブリ6200を起動するか、又は起動維持し、第1のクラッチアセンブリ6100及び第2のクラッチアセンブリ6200を停止するか、又は停止維持する。そのような例では、制御システム1800はまた、モータシステム1600に電力を供給して、駆動シャフトシステム2700を第2の方向に回転させて、エンドエフェクタ7000を第2の方向に関節運動させる。制御システム1800が、第1の関節運動アクチュエータ1432も第2の関節運動アクチュエータ1434も作動されていないことを検出すると、制御システム1800は、第3のクラッチアセンブリ6200を停止する。
上記に加えて、制御システム1800は、シャフトアセンブリ2000のクランプトリガシステム2600及びハンドル1000の入力システム1400から受信する入力に基づいて、ステープリングシステムの動作モードを変更するように構成される。制御システム1800は、シャフト駆動システム2700を回転させる前にクラッチシステム6000をシフトさせて、対応するエンドエフェクタ機能を実行するように構成される。更に、制御システム1800は、クラッチシステム6000をシフトする前にシャフト駆動システム2700の回転を停止するように構成されている。このような構成は、エンドエフェクタ7000の突然の移動を防止することができる。あるいは、制御システム1800は、シャフト駆動システム2700が回転している間にクラッチシステム600をシフトさせることができる。このような構成は、制御システム1800が動作モード間で迅速にシフトすることを可能にし得る。
上述したように、図34を参照すると、シャフトアセンブリ2000の遠位取り付け部分2400は、エンドエフェクタ7000がシャフトアセンブリ2000から意図せずに分離されることを防止するように構成されたエンドエフェクタロック6400を備える。エンドエフェクタロック6400は、エンドエフェクタ7000の近位取り付け部分7400上に画定されたロックノッチ7410の環状アレイと選択的に係合可能なロック端部6410と、近位端6420と、エンドエフェクタロック6400を関節リンク2320に回転可能に接続する枢動部6430と、を備える。図34に示されるように、第3のクラッチアセンブリ6300の第3のクラッチ6310がその係合解除位置にあるとき、第3のクラッチ6310は、エンドエフェクタロック6400の近位端6420と接触し、それにより、エンドエフェクタロック6400のロック端部6410はロックノッチのアレイ7410と係合される。そのような例では、エンドエフェクタ7000は、エンドエフェクタロック6400に対して回転することができるが、遠位取り付け部分2400に対して並進することはできない。図35に示されるように、第3のクラッチ6310がその係合位置に移動されると、第3のクラッチ6310は、エンドエフェクタロック6400の近位端6420ともはや係合していない。そのような例では、エンドエフェクタロック6400は、上向きに自由に枢動し、エンドエフェクタ7000がシャフトアセンブリ2000から取り外されることを可能にする。
上述したように、再び図34を参照すると、臨床医がシャフトアセンブリ2000からエンドエフェクタ7000を取り外すか、又は取り外そうとするとき、第2のクラッチアセンブリ6200の第2のクラッチ6210は、その係合解除位置にあることが可能である。上述のように、第2のクラッチ6210は、第2のクラッチ6210がその係合解除位置にあるときに第2のクラッチロック6250と係合され、そのような例では、第2のクラッチロック6250は、関節リンク2340と係合するように押される。より具体的には、第2のクラッチ6210が第2のクラッチロック6250と係合しているときに、第2のクラッチロック6250は、関節運動2340内に画定されたチャネル2345内に位置付けられ、これにより、エンドエフェクタ7000がシャフトアセンブリ2000から取り外されることを防止するか、又は少なくとも妨げることができる。シャフトアセンブリ2000からエンドエフェクタ7000を解放するのを容易にするために、制御システム1800は、第3のクラッチ6310をその係合位置に移動させることに加えて、第2のクラッチ6210をその係合位置へと移動させることができる。そのような例では、エンドエフェクタ7000は、エンドエフェクタ7000が取り除かれると、エンドエフェクタロック6400及び第2のクラッチロック6250の両方を明確にすることができる。
少なくとも1つの例では、上記に加えて、駆動モジュール1100は、入力システム1400及び/又は制御システム1800を直接的に介して制御システム1800と通信する入力スイッチ及び/又はセンサを備え、これは、作動されると、制御システム1800にエンドエフェクタ7000をロック解除させる。様々な例において、駆動モジュール1100は、臨床医からのロック解除入力を受信するように構成された入力システム1400の基板1410と通信する入力スクリーン1440を備える。ロック解除入力に応答して、制御システム1800は、モータシステム1600が動作している場合にモータシステム1600を停止し、上述のようにエンドエフェクタ7000をロック解除することができる。入力スクリーン1440はまた、入力システム1800が第2のクラッチアセンブリ6200及び/又は第3のクラッチアセンブリ6300をそれらの非作動状態に移動させて、エンドエフェクタ7000をシャフトアセンブリ2000にロックするという臨床医からのロック入力を受信するように構成される。
図37は、少なくとも1つの代替的な実施形態によるシャフトアセンブリ2000’を描写する。シャフトアセンブリ2000’は、多数の点でシャフトアセンブリ2000に類似している。これらの大部分は、本明細書において簡潔にするため、繰り返されない。シャフトアセンブリ2000と同様に、シャフトアセンブリ2000’は、シャフトフレーム、すなわちシャフトフレーム2530’を備える。シャフトフレーム2530’は、長手方向通路2535’、及びそれに加えて、複数のクラッチ位置センサ、すなわち、第1のセンサ6180’、第2のセンサ6280’、及びシャフトフレーム2530’内に位置付けられた第3のセンサ6380’を備える。第1のセンサ6180’は、第1の感知回路の一部として制御システム1800と信号通信する。第1の感知回路は、長手方向通路2535’を通って延在する信号ワイヤを備える。しかしながら、第1の感知回路は、制御システム1800と信号通信するように第1のセンサ6180’を配置するための無線信号送信機及び受信機を備えることができる。第1のセンサ6180’は、第1のクラッチアセンブリ6100の第1のクラッチ6110の位置を検出するように位置付け及び配置される。制御システム1800は、第1のセンサ6180’から受信したデータに基づいて、第1のクラッチ6110がその係合位置、その係合解除位置、又はその間の何らかの場所にあるかどうかを判定することができる。この情報により、制御システム1800は、外科用器具の動作状態を考慮して、第1のクラッチ6110が正しい位置にあるか否かを評価することができる。例えば、外科用器具がそのジョークランプ/開放動作状態にある場合、制御システム1800は、第1のクラッチ6110がその係合位置に適切に位置付けられているかどうかを検証することができる。そのような例では、以下に加えて、制御システム1800はまた、第2のクラッチ6210が第2のセンサ6280’を介してその係合解除位置にあり、第3のクラッチ6310が第3のセンサ6380’を介してその係合解除位置にあることを検証することができる。それに対応して、制御システム1800は、外科用器具がそのジョークランプ/開放状態にない場合、第1のクラッチ6110がその係合解除位置に適切に位置付けられているかどうかを検証することができる。第1のクラッチ6110がその適切な位置にない限り、制御システム1800は、第1のクラッチ6110を適切に位置付ける試みにおいて、第1の電磁アクチュエータ6140を作動させることができる。同様に、制御システム1800は、必要に応じてクラッチ6210及び/又は6310を適切に位置付けるために、電磁アクチュエータ6240及び/又は6340を作動させることができる。
第2のセンサ6280’は、第2の感知回路の一部として制御システム1800と信号通信する。第2の感知回路は、長手方向通路2535’を通って延在する信号ワイヤを備える。しかしながら、第2の感知回路は、制御システム1800と信号通信するように第2のセンサ6280’を配置するための無線信号送信機及び受信機を備えることができる。第2のセンサ6280’は、第1のクラッチアセンブリ6200の第2のクラッチ6210の位置を検出するように位置付け及び配置される。制御システム1800は、第2のセンサ6280’から受信したデータに基づいて、第2のクラッチ6210がその係合位置、その係合解除位置、又はその間の何らかの場所にあるかどうかを判定することができる。この情報により、制御システム1800は、外科用器具の動作状態を考慮して、第2のクラッチ6210が正しい位置にあるか否かを評価することができる。例えば、外科用器具がそのエンドエフェクタ回転動作状態にある場合、制御システム1800は、第2のクラッチ6210がその係合位置に適切に位置付けられているかどうかを検証することができる。そのような例では、制御システム1800はまた、第1のクラッチ6110が第1のセンサ6180’を介してその係合解除位置にあることを検証することができ、以下に加えて、制御システム1800はまた、第3のクラッチ6310が第3のセンサ6380’を介してその係合解除位置にあることを検証することができる。それに対応して、制御システム1800は、外科用器具がそのエンドエフェクタ回転状態にない場合、第2のクラッチ6110がその係合解除位置に適切に位置付けられているかどうかを検証することができる。第2のクラッチ6210がその適切な位置にない限り、制御システム1800は、第2のクラッチ6210を適切に位置付ける試みにおいて、第2の電磁アクチュエータ6240を作動させることができる。同様に、制御システム1800は、必要に応じてクラッチ6110及び/又は6310を適切に位置付けるために、電磁アクチュエータ6140及び/又は6340を作動させることができる。
第3のセンサ6380’は、第3の感知回路の一部として制御システム1800と信号通信する。第3の感知回路は、長手方向通路2535’を通って延在する信号ワイヤを備える。しかしながら、第3の感知回路は、制御システム1800と信号通信するように第3のセンサ6380’を配置するための無線信号送信機及び受信機を備えることができる。第3のセンサ6380’は、第3のクラッチアセンブリ6300の第3のクラッチ6310の位置を検出するように位置付け及び配置される。制御システム1800は、第3のセンサ6380’から受信したデータに基づいて、第3のクラッチ6310がその係合位置、その係合解除位置、又はその間の何らかの場所にあるかどうかを判定することができる。この情報により、制御システム1800は、外科用器具の動作状態を考慮して、第3のクラッチ6310が正しい位置にあるか否かを評価することができる。例えば、外科用器具がそのエンドエフェクタの関節運動動作状態にある場合、制御システム1800は、第3のクラッチ6310がその係合位置に適切に位置付けられているかどうかを検証することができる。そのような例では、制御システム1800はまた、第1のクラッチ6110が第1のセンサ6180’を介してその係合解除位置にあり、第2のクラッチ6210が第2のセンサ6280’を介してその係合解除位置にあることを検証することができる。それに対応して、制御システム1800は、外科用器具がそのエンドエフェクタの関節運動状態にない場合、第3のクラッチ6310がその係合解除位置に適切に位置付けられているかどうかを検証することができる。第3のクラッチ6310がその適切な位置にない限り、制御システム1800は、第3のクラッチ6310を適切に位置付ける試みにおいて、第3の電磁アクチュエータ6340を作動させることができる。同様に、制御システム1800は、必要に応じてクラッチ6110及び/又は6210を適切に位置付けるために、電磁アクチュエータ6140及び/又は6240を作動させることができる。
上記に加えて、クラッチ位置センサ、すなわち、第1のセンサ6180’、第2のセンサ6280’、及び第3のセンサ6380’は、任意の好適なタイプのセンサを備えることができる。様々な例において、第1のセンサ6180’、第2のセンサ6280’、及び第3のセンサ6380’はそれぞれ、近接センサを備える。このような構成では、センサ6180’、6280’及び6380’は、クラッチ6110、6210及び6310がそれぞれそれらの係合位置にあるか否かを検出するように構成される。様々な例において、第1のセンサ6180’、第2のセンサ6280’、及び第3のセンサ6380’はそれぞれ、例えばホール効果センサを備える。このような構成では、センサ6180’、6280’及び6380’は、クラッチ6110、6210及び6310がそれぞれそれらの係合位置にあるか否かを検出するだけでなく、センサ6180’、6280’及び6380’はまた、クラッチ6110、6210及び6310がそれらの係合位置又は係合解除位置に対してどれだけ近いかを検出することができる。
図38は、少なくとも1つの代替的な実施形態によるシャフトアセンブリ2000’及びエンドエフェクタ7000’’を描写する。エンドエフェクタ7000’’は、多数の点でエンドエフェクタ7000に類似している。これらの大部分は、本明細書において簡潔にするため、繰り返されない。エンドエフェクタ7000と同様に、シャフトアセンブリ7000’’は、ジョーアセンブリ7100と、ジョーアセンブリ7100をその開放構成と閉鎖構成との間で移動させるように構成されたジョーアセンブリ駆動部と、を備える。ジョーアセンブリ駆動部は、駆動リンク7140、駆動ナット7150’’、及び駆動ねじ6130’’を備える。駆動ナット7150’’は、内部に位置付けられたセンサ7190’’を備え、これは、駆動ねじ6130’’内に位置付けられた磁気素子6190’’の位置を検出するように構成される。磁気素子6190’’は、駆動ねじ6130’’内に画定された細長い開口部6134’’内に位置付けられ、永久磁石を備えることができ、並びに/又は鉄、ニッケル、及び/若しくは任意の好適な金属から構成されてもよい。様々な例において、センサ7190’’は、例えば、制御システム1800と信号通信する近接センサを備える。特定の例では、センサ7190’’は、例えば、制御システム1800と信号通信するホール効果センサを備える。特定の例では、センサ7190’’は、例えば光学センサを備え、検出可能要素6190’’は、例えば、反射素子などの光学的検出可能要素を備える。いずれの場合も、センサ7190’’は、無線信号送信機及び受信機を介して、及び/又はシャフトフレーム通路2532’を通って延在する有線接続を介して、制御システム1800と無線通信するように構成される。
上記に加えて、センサ7190’’は、磁気素子6190’’がセンサ7190’’に隣接しているときを検出するように構成されており、制御システム1800は、このデータを使用して、ジョーアセンブリ7100がそのクランプストロークの端部に達したと判定することができる。そのような時点で、制御システム1800はモータアセンブリ1600を停止することができる。センサ7190’’及び制御システム1800はまた、ジョーアセンブリ7100を閉鎖するために依然として必要とされる駆動ねじ6130’’の閉鎖ストローク量を計算するために、駆動ねじ6130’’が現在位置付けられている場所と、駆動ねじ6130’’をその閉鎖ストロークの端部に位置付けるべき場所との間の距離を判定するように構成される。更に、そのような情報は、ジョーアセンブリ7100の現在の構成、すなわち、ジョーアセンブリ7100がその開放構成、その閉鎖構成、又は部分的に閉鎖構成にあるかどうかを評価するために、制御システム1800によって使用することができる。センサシステムは、ジョーアセンブリ7100がその完全開放位置に達したときを判定し、その時点でモータアセンブリ1600を停止することができる。様々な例において、制御システム1800は、モータアセンブリ1600が旋回している間にジョーアセンブリ7100が移動していることを確認することによって、このセンサシステムを使用して第1のクラッチアセンブリ6100がその作動状態にあることを確認することができる。同様に、制御システム1800は、モータアセンブリ1600が旋回している間にジョーアセンブリ7100が移動していないことを確認することによって、このセンサシステムを使用して第1のクラッチアセンブリ6100がその非作動状態にあることを確認することができる。
図39は、少なくとも1つの代替的な実施形態によるシャフトアセンブリ2000’’’及びエンドエフェクタ7000’’’を描写する。シャフトアセンブリ2000’’’は、多数の点でシャフトアセンブリ2000及び2000’に類似している。これらの大部分は、本明細書において簡潔にするため、繰り返されない。エンドエフェクタ7000’’’は、多数の点でエンドエフェクタ7000及び7000’’に類似している。これらの大部分は、本明細書において簡潔にするため、繰り返されない。エンドエフェクタ7000と同様に、エンドエフェクタ7000’’’は、ジョーアセンブリ7100と、ジョーアセンブリ7100をその開放構成と閉鎖構成との間で移動させるように構成されたジョーアセンブリ駆動部と、加えて、シャフトアセンブリ2000’の遠位取り付け部分2400に対してエンドエフェクタ7000’’’を回転させるエンドエフェクタ回転駆動部と、を備える。エンドエフェクタ回転駆動部は、第2のクラッチアセンブリ6200によってエンドエフェクタ7000’’’のシャフトフレーム2530’’’に対して回転される外側ハウジング6230’’’を備える。シャフトフレーム2530’’’は、内部に位置付けられたセンサ6290’’’を備え、これは、外側ハウジング6230’’’内及び/又は外側ハウジング6230’’’上に位置付けられた磁気素子6190’’’の位置を検出するように構成されている。磁気素子6190’’’は、永久磁石を備えることができ、並びに/又は鉄、ニッケル、及び/若しくは任意の好適な金属から構成されてもよい。様々な例において、センサ6290’’’は、例えば、制御システム1800と信号通信する近接センサを備える。特定の例では、センサ6290’’’は、例えば、制御システム1800と信号通信するホール効果センサを備える。いずれの場合も、センサ6290’’’は、無線信号送信機及び受信機を介して、及び/又はシャフトフレーム通路2532’を通って延在する有線接続を介して、制御システム1800と無線通信するように構成される。様々な例において、制御システム1800は、センサ6290’’’を使用して、磁気素子6190’’’が回転しているかどうかを確認することができ、したがって、第2のクラッチアセンブリ6200がその作動状態にあることを確認することができる。同様に、制御システム1800は、センサ6290’’’を使用して、磁気素子6190’’’が回転していないかどうかを確認することができ、したがって、第2のクラッチアセンブリ6200がその非作動状態にあることを確認することができる。制御システム1800はまた、センサ6290’’’を使用して、第2のクラッチ6210がセンサ6290’’’に隣接して位置付けられていることを確認することによって、第2のクラッチアセンブリ6200がその非作動状態にあることを確認することができる。
図40は、少なくとも1つの代替的な実施形態によるシャフトアセンブリ2000’’’’を描写する。シャフトアセンブリ2000’’’’は、多数の点でシャフトアセンブリ2000、2000’及び2000’’’に類似している。これらの大部分は、本明細書において簡潔にするため、繰り返されない。シャフトアセンブリ2000と同様に、シャフトアセンブリ2000’’’’は、とりわけ、細長いシャフト2200と、関節運動ジョイント2300と、例えばエンドエフェクタ7000’などのエンドエフェクタを受容するように構成された遠位取り付け部分2400と、を備える。シャフトアセンブリ2000と同様に、シャフトアセンブリ2000’’’’は、関節運動駆動部、すなわち、関節運動ジョイント2300を中心に遠位取り付け部分2400及びエンドエフェクタ7000’を回転させるように構成された関節運動駆動部6330’’’’を備える。上記と同様に、シャフトフレーム2530’’’’は、内部に位置付けられたセンサを備え、これは、関節運動駆動部6330’’’’内及び/又は関節運動駆動部6330’’’’上に位置付けられた磁気素子6390’’’’の位置及び/又は回転を検出するように構成される。磁気素子6390’’’’は、永久磁石を備えることができ、並びに/又は鉄、ニッケル、及び/若しくは任意の好適な金属から構成されてもよい。様々な例において、センサは、例えば、制御システム1800と信号通信する近接センサを備える。特定の例では、センサは、例えば、制御システム1800と信号通信するホール効果センサを備える。いずれの場合も、センサは、無線信号送信機及び受信機を介して、及び/又はシャフトフレーム通路2532’を通って延在する有線接続を介して、制御システム1800と無線通信するように構成される。様々な例において、制御システム1800は、センサを使用して、磁気素子6390’’’が回転しているかどうかを確認することができ、したがって、第3のクラッチアセンブリ6300がその作動状態にあることを確認することができる。同様に、制御システム1800は、センサを使用して、磁気素子6390’’’’が回転していないかどうかを確認することができ、したがって、第3のクラッチアセンブリ6300がその非作動状態にあることを確認することができる。特定の例では、制御システム1800は、センサを使用して、第3のクラッチ6310がセンサに隣接して位置付けられていることを確認することによって、第3のクラッチアセンブリ6300がその非作動状態にあることを確認することができる。
図40を再び参照すると、シャフトアセンブリ2000’’’’は、エンドエフェクタ7000’を例えばシャフトアセンブリ2000’’’’に解放可能にロックするように構成されたエンドエフェクタロック6400’を備える。エンドエフェクタロック6400’は、多数の点でエンドエフェクタロック6400に類似している。これらの大部分は、本明細書において簡潔にするため、議論されない。しかしながら、特に、ロック6400’の近位端6420’は、第3のクラッチ6310の環状スロット6312と係合し、第3のクラッチ6310をその係合解除位置に解放可能に保持するように構成された歯6422’を備える。これにより、第3の電磁アセンブリ6340の作動は、第3のクラッチ6310をエンドエフェクタロック6400’から係合解除することができる。更に、そのような例では、第3のクラッチ6310の係合位置への近位移動は、エンドエフェクタロック6400’をロック位置へと回転させ、ロックノッチ7410と係合させて、エンドエフェクタ7000’をシャフトアセンブリ2000’’’’にロックする。それに対応して、第3のクラッチ6310のその係合解除位置への遠位移動は、エンドエフェクタ7000’をロック解除し、エンドエフェクタ7000’がシャフトアセンブリ2000’’’’から分解されることを可能にする。
上記に加えて、ハンドル及びそれに取り付けられたシャフトアセンブリを含む器具システムは、クラッチアセンブリ6100、6200及び6300の状態を評価するための診断チェックを実行するように構成され得る。少なくとも1つの例では、制御システム1800は、電磁アクチュエータ6140、6240及び/又は6340を任意の好適な順序で順次作動させて、クラッチ6110、6210及び/若しくは6310の位置をそれぞれ検証し、かつ/又はクラッチが電磁アクチュエータに応答し、したがって、スタックしていないことを検証する。制御システム1800は、本明細書に開示されるセンサのいずれかを含むセンサを使用して、電磁アクチュエータ6140、6240及び/又は6340によって生成された電磁場に応答してクラッチ6110、6120及び6130の移動を検証することができる。加えて、診断チェックはまた、駆動システムの運動を検証することも含み得る。少なくとも1つの例では、制御システム1800は、任意の好適な順序で電磁アクチュエータ6140、6240及び/又は6340を順次作動させて、ジョー駆動装置がジョーアセンブリ7100を開閉すること、回転駆動部がエンドエフェクタ7000を回転させること、及び/又は関節運動駆動部がエンドエフェクタ7000を関節運動させることを検証する。制御システム1800は、ジョーアセンブリ7100及びエンドエフェクタ7000の運動を検証するためのセンサを使用することができる。
制御システム1800は、例えば、シャフトアセンブリがハンドルに取り付けられたとき、及び/又はハンドルが電源オンされているときなど、任意の好適な時間に診断試験を実行することができる。制御システム1800が、器具システムが診断試験を合格したと判定した場合、制御システム1800は、器具システムの通常の動作を可能にし得る。少なくとも1つの例では、ハンドルは、例えば、診断チェックが合格したことを示す、緑色LEDなどのインジケータを備え得る。制御システム1800が、器具システムが診断試験に不合格になったと判定した場合、制御システム1800は、器具システムの動作を防止及び/又は修正することができる。少なくとも1つの例では、制御システム1800は、例えば、エンドエフェクタ7000を真っ直ぐにする、及び/又はジョーアセンブリ7100を開閉するなど、器具システムの機能を、患者から器具システムを取り除くのに必要な機能のみに制限することができる。少なくとも1つの点において、制御システム1800は、リンプモードに入る。制御システム1800のリンプモードは、例えば、モータ1610の現在の回転速度を、約75%~約25%の範囲から選択される任意の割合だけ低減させ得る。一実施例では、リンプモードは、モータ1610の現在の回転速度を50%低減させ得る。一実施例では、リンプモードは、モータ1610の現在の回転速度を75%低減させ得る。リンプモードは、例えば、モータ1610の現在トルクを約75%~約25%の範囲から選択される任意の割合だけ低減させ得る。一実施例では、リンプモードは、モータ1610の現在のトルクを50%低減させ得る。ハンドルは、例えば赤色LEDなどのインジケータを備えることができ、これは、器具システムが診断チェックに不合格になったこと、及び/又は器具システムがリンプモードに入ったことを示す。上記したように、例えば、可聴警告及び/又は触覚若しくは振動警告など、器具システムが適切に動作していないことを臨床医に警告するために、任意の好適なフィードバックを使用することができる。
図41~図43は、少なくとも1つの代替的な実施形態によるクラッチシステム6000’を描写する。クラッチシステム6000’は、多数の点でクラッチシステム6000に類似している。これらの大部分は、本明細書において簡潔にするため、繰り返されない。クラッチシステム6000と同様に、クラッチシステム6000’は、回転可能な駆動入力部6030’を回転可能な駆動出力部6130’と選択的に連結するように作動可能であるクラッチアセンブリ6100’を備える。クラッチアセンブリ6100’は、クラッチプレート6110’及び駆動リング6120’を備える。クラッチプレート6110’は、例えば鉄及び/又はニッケルなどの磁性材料から構成されており、永久磁石を備えることができる。以下でより詳細に説明するように、クラッチプレート6110’は、駆動出力部6130’内の非作動位置(図42)と作動位置(図43)との間で移動可能である。クラッチプレート6110’は、クラッチプレート6110’が非作動位置又は作動位置にあるかどうかにかかわらず、クラッチプレート6110’が駆動出力部6130’と共に回転するように、駆動出力部6130’に画定された開口部内に摺動可能に位置付けられる。
クラッチプレート6110’が非作動位置にあるとき、図42に示されるように、駆動入力部6030’の回転は駆動出力部6130’に伝達されない。より具体的には、駆動入力部6030’が回転されると、そのような例では、駆動入力部6030’は、駆動リング6120’を越えて摺動し、駆動リング6120’に対して回転し、結果として、駆動リング6120’はクラッチプレート6110’及び駆動出力部6130’を駆動しない。クラッチプレート6110’が作動位置にあるとき、図43に示されるように、クラッチプレート6110’は駆動リング6120’を駆動入力部6030’に対して弾性的に圧縮する。駆動リング6120’は、例えばゴムなどの任意の好適な圧縮性材料で構成される。いずれの場合も、そのような例では、駆動入力部6030’の回転は、駆動リング6120’及びクラッチプレート6110’を介して駆動出力部6130’に伝達される。クラッチシステム6000’は、クラッチプレート6110’をそれらの作動位置に移動させるように構成されたクラッチアクチュエータ6140’を備える。クラッチアクチュエータ6140’は、例えば鉄及び/又はニッケルなどの磁性材料から構成されており、永久磁石を備えることができる。クラッチアクチュエータ6140’は、駆動入力部6030’を通って延在する長手方向シャフトフレーム6050’内に摺動可能に位置付けられ、クラッチシャフト6060’によって非作動位置(図42)と作動位置(図43)との間で移動することができる。少なくとも1つの例では、可撓性駆動シャフト6060’は、例えば、ケーブルを備える。クラッチアクチュエータ6140’がその作動位置にあるとき、図43に示されるように、クラッチアクチュエータ6140’はクラッチプレート6110’を内向きに引いて、上述のように駆動リング6120’を圧縮する。クラッチアクチュエータ6140’がその非作動位置に移動されると、図42に示されるように、駆動リング6120’は弾性的に拡張し、クラッチプレート6110’を駆動入力部6030’から離れるように押す。様々な代替的な実施形態では、クラッチアクチュエータ6140’は電磁石を備えてもよい。このような構成では、クラッチアクチュエータ6140’は、例えば、クラッチシャフト6060’内に画定された長手方向開口部を通って延在する電気回路によって作動され得る。様々な例において、クラッチシステム6000’は、例えば、長手方向開口部を通って延在する、電気ワイヤ6040’を更に備える。
図44は、ジョーアセンブリ7100aと、ジョーアセンブリ駆動部と、少なくとも1つの別の実施形態によるクラッチシステム6000aと、を含むエンドエフェクタ7000aを描写する。ジョーアセンブリ7100aは、枢動部7130aを中心に選択的に回転可能である第1のジョー7110a及び第2のジョー7120aを備える。ジョーアセンブリ駆動部は、枢動部7150aを中心にアクチュエータロッド7160aに枢動可能に連結された並進可能なアクチュエータロッド7160a及び駆動リンク7140aを備える。駆動リンク7140aはまた、ジョー7110a及び7120aに枢動可能に連結され、それによりジョー7110a及び7120aは、アクチュエータロッド7160aが近位に引かれると回転して閉鎖され、アクチュエータロッド7160aが遠位に押されると回転して開放される。クラッチシステム6000aは、多数の点でクラッチシステム6000及び6000’に類似している。これらの大部分は、本明細書において簡潔にするため、繰り返されない。クラッチシステム6000aは、以下でより詳細に説明するように、駆動入力部6030aの回転を選択的に伝達してジョーアセンブリ7100aを長手方向軸を中心に回転させ、ジョーアセンブリ7100aを関節運動ジョイント7300aを中心に関節運動させるように構成された第1のクラッチアセンブリ6100a及び第2のクラッチアセンブリ6200aを備える。
第1のクラッチアセンブリ6100aは、クラッチプレート6110a及び駆動リング6120aを備え、クラッチプレート6110’及び上述の駆動リング6120’と同様の方法で動作する。クラッチプレート6110aが電磁アクチュエータ6140aによって作動されると、駆動入力部6030aの回転は外側シャフトハウジング7200aに伝達される。より具体的には、外側シャフトハウジング7200aは、近位外側ハウジング7210aと、近位外側ハウジング7210aによって回転可能に支持され、クラッチプレート6110aがそれらの作動位置にあるとき、駆動入力部6030aによって近位外側ハウジング7210aに対して回転される遠位外側ハウジング7220aと、を備える。遠位外側ハウジング7220aの回転は、ジョーアセンブリ7100aの枢動部7130aが遠位外側ハウジング7220aに装着されているという事実により、ジョーアセンブリ7100aを長手方向軸を中心に回転させる。結果として、外側シャフトハウジング7200aは、外側シャフトハウジング7200aが駆動入力部6030aによって第1の方向に回転されるときに、ジョーアセンブリ7100aを第1の方向に回転させる。同様に、外側シャフトハウジング7200aは、外側シャフトハウジング7200aが駆動入力部6030aによって第2の方向に回転されるときに、ジョーアセンブリ7100aを第2の方向に回転させる。電磁アクチュエータ6140aが通電解除されると、駆動リング6120aが拡張し、クラッチプレート6110aがそれらの非作動位置に移動され、それによって、エンドエフェクタ回転駆動部を駆動入力部6030aから分離する。
第2のクラッチアセンブリ6200aは、クラッチプレート6210a及び駆動リング6220aを備え、クラッチプレート6110’及び上述の駆動リング6120’と同様の方法で動作する。クラッチプレート6210aが電磁アクチュエータ6240aによって作動されると、駆動入力部6030aの回転は、関節運動駆動部6230aに伝達される。関節運動駆動部6230aは、エンドエフェクタ取り付け部分7400aの外側シャフトハウジング7410a内に回転可能に支持され、外側シャフトハウジング7410aを通って延在するシャフトフレーム6050aによって回転可能に支持される。関節運動駆動部6230aは、その上に画定された歯車面を備え、この歯車面は、外側シャフトハウジング7200aの近位外側ハウジング7210a上に画定された固定歯車面7230aと動作可能に噛み合う。結果として、関節運動駆動部6230aは、関節運動駆動部6230aが駆動入力部6030aによって第1の方向に回転されるときに、外側シャフトハウジング7200a及びジョーアセンブリ7100aを第1の方向に関節運動させる。同様に、関節運動駆動部6230aは、関節運動駆動部6230aが駆動入力部6030aによって第2の方向に回転されるときに、外側シャフトハウジング7200a及びジョーアセンブリ7100aを第2の方向に関節運動させる。電磁アクチュエータ6240aが通電解除されると、駆動リング6220aが拡張し、クラッチプレート6210aがそれらの非作動位置に移動され、それによって、エンドエフェクタ関節運動駆動部を駆動入力部6030aから分離する。
上記に加えて、シャフトアセンブリ4000が、図45~49に示されている。シャフトアセンブリ4000は、多数の点でシャフトアセンブリ2000、2000’、2000’’’、及び2000’’’’に類似している。これらの大部分は、本明細書において簡潔にするため、繰り返されない。シャフトアセンブリ4000は、近位部分4100と、細長いシャフト4200と、遠位取り付け部分2400と、遠位取り付け部分2040を細長いシャフト4200に回転可能に接続する関節運動ジョイント2300と、を備える。近位部分4100は、近位部分2100と同様に、ハンドル1000の駆動モジュール1100に動作可能に取り付け可能である。近位部分4100は、シャフトアセンブリ4000をハンドル1000の取り付けインターフェース1130に装着するように構成された取り付けインターフェース4130を含むハウジング4110を備える。シャフトアセンブリ4000は、シャフトアセンブリ4000がハンドル1000に取り付けられたときにハンドルフレーム1500のシャフト1510に連結されるように構成されたシャフト4510を含むフレーム4500を更に備える。シャフトアセンブリ4000はまた、シャフトアセンブリ4000がハンドル1000に取り付けられたときにハンドル駆動システム1700の駆動シャフト1710に動作可能に連結されるように構成された回転可能な駆動シャフト4710を含む駆動システム4700を備える。遠位取り付け部分2400は、例えばエンドエフェクタ8000などのエンドエフェクタを受容するように構成されている。エンドエフェクタ8000は、多数の点でエンドエフェクタ7000に類似している。これらの大部分は、本明細書において簡潔にするため、繰り返されない。これにより、エンドエフェクタ8000は、とりわけ組織を把持するように構成されたジョーアセンブリ8100を備える。
上述したように、主に図47~図49を参照すると、シャフトアセンブリ4000のフレーム4500は、フレームシャフト4510を備える。フレームシャフト4510は、内部に画定されたノッチ又は切り欠き部4530を備える。以下でより詳細に論じられるように、切り欠き部4530は、ジョー閉鎖作動システム4600のためのクリアランスを提供するように構成されている。フレーム4500は、遠位部分4550と、遠位部分4550をフレームシャフト4510に接続するブリッジ4540と、を更に備える。フレーム4500は、細長いシャフト4200を通って遠位取り付け部分2400まで延在する長手方向部分4560を更に備える。上記と同様に、フレームシャフト4510は、その上及び/又は内部に画定された1つ又は2つ以上の電気トレースを備える。電気トレースは、長手方向部分4560、遠位部分4550、ブリッジ4540、及び/又はフレームシャフト4510の任意の好適な部分を通って電気接点2520まで延在する。主に図48を参照すると、遠位部分4550及び長手方向部分4560は、内部に画定された長手方向開口部を備え、これは、以下でより詳細に説明するように、ジョー閉鎖作動システム4600のロッド4660を受容するように構成される。
これも上述したように、主に図48及び49を参照すると、シャフトアセンブリ4000の駆動システム4700は、駆動シャフト4710を備える。駆動シャフト4710は、フレームシャフト4510によって近位シャフトハウジング4110内に回転可能に支持され、フレームシャフト4510を通って延在する長手方向軸を中心に回転可能である。駆動システム4700は、伝達シャフト4750及び出力シャフト4780を更に備える。伝達シャフト4750はまた、近位シャフトハウジング4110内で回転可能に支持され、フレームシャフト4510に平行に、又は少なくとも実質的に平行に延在する長手方向軸及びそれを通って画定される長手方向軸を中心に回転可能である。伝達シャフト4750は、それに固定的に装着された近位平歯車4740を備え、それにより、近位平歯車4740は伝達シャフト4750と共に回転する。近位平歯車4740は、駆動シャフト4710の回転が伝達シャフト4750に伝達されるように、駆動シャフト4710の外周の周りに画定された環状歯車面4730と動作可能に噛み合っている。伝達シャフト4750は、それに固定的に装着された遠位平歯車4760を更に備え、それにより、遠位平歯車4760は伝達シャフト4750と共に回転する。遠位平歯車4760は、伝達シャフト4750の回転が出力シャフト4780に伝達されるように、出力シャフト4780の外周の周りに画定された環状歯車4770と動作可能に噛み合っている。上記と同様に、出力シャフト4780は、出力シャフト4780が長手方向シャフト軸を中心に回転するように、シャフトフレーム4500の遠位部分4550によって近位シャフトハウジング4110内に回転可能に支持される。特に、出力シャフト4780は、入力シャフト4710に直接連結されない。むしろ、出力シャフト4780は、伝達シャフト4750によって入力シャフト4710に動作可能に連結される。このような構成は、後述する手動作動式ジョー閉鎖作動システム4600のための余地を提供する。
上記に加えて、主に図47及び図48を参照すると、ジョー閉鎖作動システム4600は、枢動部4620を中心に近位シャフトハウジング4110に回転可能に連結された作動又ははさみトリガ4610を備える。作動トリガ4610は、細長い部分4612と、近位端4614と、臨床医によって把捉されるように構成された近位端4614に画定されたグリップリング開口部4616と、を備える。シャフトアセンブリ4000は、近位ハウジング4110から延在する固定グリップ4160を更に備える。固定グリップ4160は、細長い部分4162と、近位端4164と、臨床医によって把捉されるように構成された近位端4164に画定されたグリップリング開口部4166と、を備える。使用中、以下でより詳細に説明するように、作動トリガ4610は、非作動位置と作動位置(図48)との間、すなわち、固定グリップ4160に向かって回転可能であり、エンドエフェクタ8000のジョーアセンブリ8100を閉鎖する。
主に図48を参照すると、ジョー閉鎖作動システム4600は、枢動部4650を中心に近位シャフトハウジング4110に回転可能に連結された駆動リンク4640と、加えて、駆動リンク4640に動作可能に連結された作動ロッド4660と、を更に備える。作動ロッド4660は、長手方向フレーム部分4560内に画定された開口部を通って延在し、シャフトフレーム4500の長手方向軸に沿って並進可能である。作動ロッド4660は、ジョーアセンブリ8100に動作可能に連結された遠位端と、駆動リンク4640内に画定された駆動スロット4645内に位置付けられた近位端4665とを備え、それにより、作動ロッド4660は、駆動リンク4640が枢動部4650を中心に回転されるときに、長手方向に並進される。特に、近位端4665は、作動ロッド4660がエンドエフェクタ8000と共に回転することができるように、駆動スロット4645内で回転可能に支持される。
上記に加えて、作動トリガ4610は、作動トリガ4610が作動されるとき、すなわち近位シャフトハウジング4110に近接して移動されるとき、駆動リンク4640を近位に係合かつ回転させ、作動ロッド4660を近位に並進させるように構成された駆動アーム4615を更に備える。そのような例では、駆動リンク4640の近位回転は、例えば、駆動リンク4640とフレームシャフト4510との中間に位置付けられたコイルばね4670などの付勢部材を弾性的に圧縮する。作動トリガ4610が解放されると、圧縮コイルばね4670は再び拡張し、駆動リンク4640及び作動ロッド4660を遠位に押して、エンドエフェクタ8000のジョーアセンブリ8100を開放する。更に、駆動リンク4640の遠位回転は、作動トリガ4610がその非作動位置に戻るように駆動及び自動的に回転する。つまり、臨床医は、作動トリガ4610を手動でその非作動位置に戻すことができる。そのような例では、作動トリガ4610はゆっくりと開放することができる。いずれの場合も、シャフトアセンブリ4000は、作動トリガ4610をその作動位置に解放可能に保持するように構成されたロックを更に備え、これにより、臨床医は、ジョーアセンブリ8100が意図せずに開放することなく、自分の手を使用して別のタスクを実行することができる。
様々な代替的な実施形態では、上記に加えて、作動ロッド4660は、ジョーアセンブリ8100を閉鎖するために遠位に押され得る。少なくとも1つのこのような例において、作動ロッド4660は、作動トリガ4610に直接装着され、それにより、作動トリガ4610が作動されると、作動トリガ4610が作動ロッド4660を遠位に駆動する。上記と同様に、作動トリガ4610は、作動トリガ4610が閉鎖されたときにばねを圧縮することができ、これにより、作動トリガ4610が解放されると、作動ロッド4660が近位に押される。
上記に加えて、シャフトアセンブリ4000は、3つの機能(エンドエフェクタのジョーアセンブリを開閉すること、エンドエフェクタを長手方向軸を中心に回転させること、及びエンドエフェクタを関節運動軸を中心に関節運動させること)を有する。シャフトアセンブリ4000のエンドエフェクタの回転及び関節運動機能は、ジョー作動機能がジョー閉鎖作動システム4600によって手動で駆動される間、駆動モジュール1100のモータアセンブリ1600及び制御システム1800によって駆動される。ジョー閉鎖作動システム4600は、モータ駆動システムであってもよいが、その代わりに、ジョー閉鎖作動システム4600は、臨床医がエンドエフェクタ内でクランプされている組織に対してより良好な感触を有することができるように、手動駆動システムに維持されている。エンドエフェクタの回転及び作動システムを電動化することは、エンドエフェクタの位置を制御するための特定の利点を提供するが、ジョー閉鎖作動システム4600を電動化することは、臨床医に組織に加えられている力の触覚的感覚を喪失させ、力が不十分か過剰であるかどうかを評価することができない場合がある。したがって、エンドエフェクタの回転及び関節運動システムがモータ駆動されたとしても、ジョー閉鎖作動システム4600は、手動で駆動される。
図50は、少なくとも1つの実施形態による、図1に示される外科用システムの制御システム1800の論理図である。制御システム1800は制御回路を備える。制御回路は、プロセッサ1820及びメモリ1830を備えるマイクロコントローラ1840を含む。例えば、センサ1880、1890、6180’、6280’、6380’、7190’’及び/又は6290’’’などの1つ又は2つ以上のセンサは、プロセッサ1820にリアルタイムフィードバックを提供する。制御システム1800は、電気モータ1610を制御するように構成されたモータドライバ1850と、例えば、クラッチ6110、6120及び6130などの外科用器具内の1つ若しくは2つ以上の長手方向可動構成要素、及び/又はジョーアセンブリ駆動部の長手方向可動駆動ナット7150の位置を判定するように構成された追跡システム1860と、を更に備える。追跡システム1860はまた、例えば、駆動シャフト2530、外側シャフト6230及び/又は関節運動駆動部6330など、外科用器具内の1つ又は2つ以上の回転構成要素の位置を判定するように構成されている。追跡システム1860は、とりわけ、クラッチ6110、6120及び6130及び駆動ナット7150の位置、並びにジョー7110及び7120の配向を判定するようにプログラム又は構成され得るプロセッサ1820に、位置情報を提供する。モータドライバ1850は、Allegro Microsystems,Incから入手可能なA3941であってもよい。しかしながら、追跡システム1860で使用するために、他のモータドライバが容易に代用され得る。絶対位置決めシステムの詳細な説明は、米国特許出願公開第2017/0296213号、発明の名称「SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT」に記載されており、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
マイクロコントローラ1840は、例えば、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。少なくとも1つの例では、マイクロコントローラ1840は、例えば、その詳細が製品データシートから入手可能である、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(single-cycle serial random access memory、SRAM)、StellarisWare(登録商標)ソフトウェアを搭載した内部読み出し専用メモリ(read-only memory、ROM)、2KBの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ(electrically erasable programmable read-only memory、EEPROM)、1つ又は2つ以上のパルス幅変調(PWM)モジュール、及び/又は周波数変調(FM)モジュール、1つ又は2つ以上の直交エンコーダ入力(quadrature encoder input、QEI)アナログ、12個のアナログ入力チャネルを備える1つ又は2つ以上の12ビットアナログ-デジタル変換器(Analog-to-Digital Converter、ADC)を含む、Texas Instrumentsから入手可能なLM4F230H5QR ARM Cortex-M4Fプロセッサコアであってもよい。
様々な例において、マイクロコントローラ1840は、同じくTexas Instruments製のHercules ARM Cortex R4の商品名で知られるTMS570及びRM4xなどの2つのコントローラ系ファミリーを含む安全コントローラを備える。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能を提供するために、中でも特に、IEC61508及びISO26262の安全限界用途専用に構成されてもよい。
マイクロコントローラ1840は、例えば、ジョー閉鎖アセンブリの駆動ナット7150の速度及び/又は位置を正確に制御するなど、様々な機能を実行するようにプログラムされる。マイクロコントローラ1840はまた、エンドエフェクタ7000の回転速度及び位置、並びにエンドエフェクタ7000の関節運動速度及び位置を正確に制御するようにプログラムされる。様々な例において、マイクロコントローラ1840は、マイクロコントローラ1840のソフトウェアにおける応答を計算する。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決定のために使用される。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を、測定による応答と釣り合わせる好適な同調された値であり、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。
モータ1610は、モータドライバ1850によって制御される。様々な形態では、モータ1610は、例えば、およそ25,000RPMの最大回転速度を有するブラシ付きDC駆動モータである。他の構成では、モータ1610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。モータ駆動器1850は、例えば、電界効果トランジスタ(field-effect transistor、FET)を含むHブリッジドライバを備えてもよい。モータドライバ1850は、Allegro Microsystems,Incから入手可能なA3941であってもよい。A3941ドライバ1850は、ブラシ付きDCモータなどの誘導負荷に合わせて特別に設計された外部のNチャネルパワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(metal oxide semiconductor field effect transistor、MOSFET)と共に使用するフルブリッジコントローラである。様々な例において、ドライバ1850は、固有の電荷ポンプレギュレータを備え、これは、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。ブートストラップコンデンサは、NチャネルのMOSFETに必要な上記の電池供給電圧を提供するために用いられてもよい。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、duty cycle)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使用して高速又は低速減衰モードで駆動され得る。低速減衰モードにおいて、電流の再循環は、ハイサイドのFETによっても、ローサイドのFETによっても可能である。電力FETは、抵抗器で調節可能なデッドタイムによって、シュートスルーから保護される。統合診断は、低電圧、温度過昇、及びパワーブリッジの異常を指示するものであり、ほとんどの短絡状態下でパワーMOSFETを保護するように構成され得る。他のモータドライバは、容易に代用され得る。
追跡システム1860は、例えば、センサ1880、1890、6180’、6280’、6380’、7190’’、及び/又は6290’’’などの1つ又は2つ以上の位置センサを含む、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。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、外科用システムの任意の可動部材を指すために使用される。様々な例において、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変換器(differential variable reluctance transducers、DVRT)、スライドポテンショメータ、移動可能な磁石及び一連の直線上に配置されたホール効果センサを含む磁気感知システム、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含む磁気感知システム、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含む光学検出システム、又は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含む光学検出システム、あるいはこれらの任意の組み合わせを備えてもよい。
位置センサ1880、1890、6180’、6280’、6380’、7190’’、及び/又は6290’’’は、例えば、磁界の全磁界又はベクトル成分を測定するかどう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。両種類の磁気センサを生産するために使用される技術は、物理学及び電子工学の多数の側面を含んでいる。磁場検出に用いられる技術として、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、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、光磁気、及び微小電気機械システム系の磁気センサが挙げられる。
様々な例において、追跡システム1860の位置センサのうちの1つ又は2つ以上は、磁気回転絶対位置決めシステムを備える。このような位置センサは、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く、絶対位置決めシステムを提供するためにコントローラ1840とインターフェース接続することができる。特定の例では、位置センサは、低電圧及び低電力構成要素を備え、磁石に隣接して位置する位置センサの領域に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、1桁毎の方法とボルダーアルゴリズム(Volder's algorithm)でも知られる、CORDIC(座標回転デジタルコンピュータ(Coordinate Rotation Digital Computer)の略)プロセッサが提供されている。角度位置、アラームビット、及び磁界情報は、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コントローラ1840に伝送される。位置センサは、例えば、12ビット又は14ビットの解像度を提供することができる。位置センサは、例えば、小型のQFN16ピン4×4×0.85mmパッケージで提供されるAS5055チップであってもよい。
追跡システム1860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、及び力のパルス幅変調(PWM)及び/又は周波数変調(FM)が挙げられる。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)が提供されてもよい。様々な例において、他のセンサ(複数可)としては、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第9,345,481号、発明の名称「STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM」、その全内容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2014/0263552号、発明の名称「STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM」、及びその全内容が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第15/628,175号、発明の名称「TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT」に記載されているものなどのセンサ構成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。
絶対位置決めシステムは、モータ1610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。
歪みゲージ又は微小歪みゲージを備えるセンサ1880は、例えば、クランプ動作中にジョー7110及び7120が経験する歪みなど、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ている。測定された歪みは、デジタル信号に変換されて、プロセッサ1820に提供される。センサ1880に加えて、又はセンサ1880の代わりに、例えば、負荷センサを備えるセンサ1890は、閉鎖駆動システムによってジョー7110及び7120に加えられる閉鎖力を測定することができる。様々な例において、モータ1610による電流引き込みを測定するために、電流センサ1870を用いることができる。ジョーアセンブリ7100をクランプするために要する力は、例えば、電気モータ1610によって引き出される電流に対応することができる。測定された力は、デジタル信号に変換されて、プロセッサ1820に提供される。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1820に提供され得る。
センサによって測定される、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、追跡されている可動部材の位置及び/又は速度を特性決定するために、コントローラ1840によって使用され得る。少なくとも1つの例では、メモリ1830は、評価においてコントローラ1840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。様々な例において、コントローラ1840は、外科用器具を動作させるべき方法の選択を、外科用器具のユーザに提供することができる。この目的のため、ディスプレイ1440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。更に、ディスプレイ1440上に表示される情報は、1つ若しくは2つ以上の内視鏡の撮像モジュール、及び/又は外科手術中に使用される1つ若しくは2つ以上の追加の外科用器具の撮像モジュールを介して取得された画像と重ね合わせることができる。
上述のように、ハンドル1000並びに/又はシャフトアセンブリ2000、3000、4000及び/若しくは5000の駆動モジュール1100は、例えば、それに取り付け可能な制御システムを備える。制御システムの各々は、1つ若しくは2つ以上のプロセッサ及び/又はメモリデバイスを有する回路基板を備えることができる。とりわけ、制御システムは、例えば、センサデータを記憶するように構成される。これらはまた、シャフトアセンブリをハンドル1000に識別するデータを記憶するように構成されている。更に、これらはまた、シャフトアセンブリが以前に使用されているか否か、及び/又はシャフトアセンブリが何回使用されたかを含むデータを記憶するように構成されている。この情報は、例えば、シャフトアセンブリが使用に好適であるか否か、及び/又は所定の回数未満で使用されたかどうかを評価するために、ハンドル1000によって得ることができる。
上記に加えて、駆動モジュール1100の第1のモジュールコネクタ1120は、駆動モジュール1100の側に画定された側部電池ポートを備える。同様に、第2のモジュールコネクタ1120’は、駆動モジュール1100の近位端に画定された近位電池ポートを備える。このことは、駆動モジュールは、任意の好適な位置に電池ポートを備えることができる。いずれにしても、電源モジュール1200は、図54~図58に示されるように、側部電池ポート1120で、又は図67及び図68に示されるように近位電池ポート1120’で駆動モジュール1100に動作可能に取り付け可能である。これは、モジュール1200のコネクタ1220が側部電池ポート1120及び近位電池ポート1120’と互換性があるため、可能となる。とりわけ、コネクタ1220は、電池ポート1120及び1120’の実質的に円形又は実質的に円筒形の構成と一致する、又は少なくとも実質的に一致する、実質的に円形又は実質的に円筒形の構成を備える。様々な例において、コネクタ1220は、頂部よりも大きい底部と、それらの間に延在する角度付き又はテーパ状の側面とを有する円錐台形、又は少なくとも実質的に円錐台形の形状を備える。上述したように、電源モジュール1200のコネクタ1220は、そこから延在するキー又は突起部を備えておらず、これらは、電源モジュール1200の電池ポート1120及び1120’への組み付けを妨げる。
主に図55及び図56を参照すると、コネクタ1220は、そこから延在する2つのラッチ1240を備える。ラッチ1240は、電源モジュール1200をハンドルモジュール1100に解放可能に保持する対向するラッチ肩部を備えるように、コネクタ1220の両側に位置付けられる。側部電池ポート1120は、電源モジュール1200のラッチ1240を受容するように構成されたハウジング1100内に画定されたラッチ開口部1125を備え、同様に、近位電池ポート1120’は、ハウジング1100内に画定されたラッチ開口部1125’を備え、これはまた、電源モジュール1200のラッチ1240を受容するように構成されている。側部電池ポート1120内のラッチ開口部1125及び近位電池ポート1120’内のラッチ開口部1125’は、電源モジュール1200が各電池ポート1120及び1120’に組み付けられ得る配向、すなわち、各電池ポートに対する2つの配向を制限するが、電源モジュール1200は、それでもなお、電池ポート1120及び1120’の両方に動作可能に取り付け可能である。
上記に加えて、電源モジュール1200のラッチ1240は、駆動モジュール1100とスナップ嵌め方式で係合するように構成されている。様々な例において、電源モジュール1200が駆動モジュール1100に組み付けられたときに、ラッチ1240は半径方向外向きに弾性的に屈曲し、次いで、電源モジュール1200がポート1120及び1120’のうちの1つの内部に完全に据え付けられ、電源モジュール1200を駆動モジュール1100にロックすると、半径方向内向きに弾性的に移動又はスナップ嵌めされる。様々な例において、ラッチ1240は、上で説明されるように半径方向内向き及び外向きに偏向する可撓性アームを備え、いくつかの例では、ラッチ1240は、ラッチ1240を内側又はロック位置に弾性的に押し込むように構成されたばねなどの1つ又は2つ以上の付勢部材を備える。様々な実施形態において、電源モジュール1200は、電源モジュール1200を駆動モジュール1100に保持するために、ポート1120及び1120’内に画定された開口部に圧入される部材を備えることができる。
上記に加えて、電源モジュール1200の電気接点は、コネクタ1220の上部分又は面上に画定される。上で考察されるように、電源モジュール1200の電気接点は、電源モジュール1200が駆動モジュール1100に取り付けられたときにポート1120及び1120’内に画定された対応する電気接点に係合して、電源モジュール1200を駆動モジュール1100と電気通信させる。様々な例において、電源モジュール1200の電気接点は、電源モジュール1200が駆動モジュール1100に取り付けられたときに、駆動モジュール1100の電気接点に対して圧縮される。少なくとも1つのこのような例では、電源モジュール接点及び/又は駆動モジュール接点は、電源モジュール1200が駆動モジュール1100に取り付けられたときに弾性的に偏向するように構成された弾性部材を備える。このような弾性部材は、ラッチ1240と共に、電源モジュール1200と駆動モジュール1100との間に適切な電気的インターフェースが存在することを確実にすることができる。代替的な実施形態では、電源モジュール1200は、ポート1120及び1120’の側面上の電気接点と係合する、その周辺部の周りに延在する環状電気接点を備えることができる。このような構成は、電源モジュール1200と駆動モジュール1100との間の相対回転を可能にし得る。
上記に加えて、電源モジュール1300は、図59~図66に示されるように、近位電池ポート1120’で駆動モジュール1100に動作可能に取り付け可能であるが、図69及び図70に示されるように、側部電池ポート1120では取り付け可能ではない。これは、電源モジュール1300のコネクタ1320が近位電池ポート1120’と互換性があるが、側部電池ポート1120とは互換性がないためである。コネクタ1320は、電池ポート1120及び1120’の実質的に円形又は実質的に円筒形の構成と一致する、又は少なくとも実質的に一致する、実質的に円形又は実質的に円筒形の構成を備え、電源モジュール1300のコネクタ1320は、そこから延在するキー又は突起部1315を備え、これらは、電源モジュール1300の側部電池ポート1120への組み付けを妨げるが、近位電池ポート1120’は妨げない。臨床医が電源モジュール1300を側部電池ポート1120’に組み付けしようと試みると、突起部1315はハウジング1110に接触し、電源モジュール1300のラッチ1340が電源モジュール1300を駆動モジュール1100にロックすることを防止し、電源モジュール1300が駆動モジュール1100に電気的に結合されることを防止する。つまり、主に図63及び図64を参照すると、近位電池ポート1120’は、内部に画定されたクリアランス開口部1115’を備え、これは、電源モジュール1300の突起部1315を受容し、電源モジュール1300が近位電池ポート1120’に組み付けられることを可能にするように構成される。上記と同様に、近位電池ポート1120’のラッチ開口部1125’及びクリアランス開口部1115’は、電源モジュール1300が近位電池ポート1120’に2つの配向に組み付けられ得る配向を制限する。
上記に加えて、他の状況では、電源モジュールが電池ポート1120及び1120’のうちの1つに取り付けられることを防止し得る。例えば、電池ポートのうちの1つは、電源モジュールのうちの1つのみの相補的形状を受容するように構成された非対称形状を有することができる。少なくとも1つのこのような例において、側部電池ポート1120は半円形空洞を備えることができ、近位電池ポート1120’は円形空洞を備えることができ、電源モジュール1200のコネクタ1220は、電池ポート1120及び1120’の両方に受容され得る半円形形状を備え、一方で、電源モジュール1300のコネクタ1320は、近位電池ポート1120’に受容され得るが、側部電池ポート1120には受容されない円形形状を備える。いくつかの例では、駆動モジュール1100に取り付けられたシャフトアセンブリの構成は、電源モジュールのうちの1つの駆動モジュール1100への組み付けを防止することができる。例えば、図59を参照すると、シャフトアセンブリ4000は、作動トリガ4610がそのアセンブリと干渉する際に、電源モジュール1300の側部電池ポート1120への組み付けを防止することができる。特に、このような構成はまた、電源モジュール1200が側部電池ポート1120に組み付けられることを防止する。結果として、臨床医は、シャフトアセンブリ4000を使用するときに、電源モジュールを駆動モジュール1100に連結するために、近位電池ポート1120’を使用する必要がある。図71及び図72を参照すると、特定のシャフトアセンブリの構成は、電源モジュール1200及び1300の両方が同時に駆動モジュール1100に組み付けられることを可能にする。例えば、図51を参照すると、図1のシャフトアセンブリ3000は、電源モジュール1200及び1300の両方が、同時に駆動モジュール1100に電力を供給するために使用されることを可能にする。
電源モジュール1200及び1300は、同じ又は少なくとも実質的に同じ電圧で駆動モジュール1100に電力を供給するように構成されている。例えば、各電源モジュール1200及び1300は、例えば、3VDCで駆動モジュール1100に電力を供給するように構成される。駆動モジュール1100の制御システム1800は、例えば、AC電流が必要とされる程度までDC電流をAC電流に変換するように構成された1つ又は2つ以上の電力インバータを備える。これにより、電源モジュール1200及び1300は、任意の好適な電圧で駆動モジュール1100に電力を供給するように構成され得る。少なくとも1つの例では、電源モジュール1200及び/又は1300は、駆動モジュールにAC電力を供給するように構成される。少なくとも1つのこのような例では、電源モジュール1200及び/又は1300はそれぞれ、1つ又は2つ以上の電力インバータを備える。代替的な実施形態では、電源モジュール1200及び1300は、異なる電圧で駆動モジュール1100に電力を供給するように構成される。このような実施形態では、上で考察されるポート1120及び1120’の構成は、より高い電圧を有する電源モジュールがより低い電圧ポートに取り付けられることを防止し得る。同様に、ポート1120及び1120’の構成は、所望であれば、より低い電圧を有する電源モジュールがより高い電圧ポートに取り付けられることを防止し得る。
様々な例において、電源モジュール1200及び1300は、駆動モジュールに同じ又は少なくとも実質的に同じ電流を提供するように構成される。少なくとも1つの例では、電源モジュール1200及び1300は、駆動モジュール1100に同じ又は少なくとも実質的に同じ電流を供給する。代替的な実施形態では、電源モジュール1200及び1300は、駆動モジュール1100に異なる電流を提供するように構成される。少なくとも1つの例では、電源モジュール1200は、例えば、電源モジュール1300によって提供される電流の2倍の大きさを有する電流を駆動モジュール1100に提供する。少なくとも1つのこのような例では、電源モジュール1200の電池セルは、電源モジュール1300と同じ電圧を提供するが、電流の2倍であるように並列に配置される。上記と同様に、上で考察されるポート1120及び1120’の構成は、より高い電流を有する電源モジュールがより低い電流ポートに取り付けられることを防止し得る。同様に、ポート1120及び1120’の構成は、所望であれば、より低い電流を有する電源モジュールがより高い電流ポートに取り付けられることを防止し得る。
上記に加えて、制御システム1800は、電源モジュール1200及び1300によって提供される電力を適応的に管理するように構成されている。様々な例において、制御システム1800は、電源モジュールによってそれに提供される電圧を逓増及び/又は下降させるように構成された1つ又は2つ以上の変圧器回路を備える。例えば、より高い電圧電源モジュールが低電圧ポートに取り付けられている場合、制御システム1800は、より高い電圧電源モジュールから電圧を下降させるために、変圧器回路を起動又はスイッチオンすることができる。同様に、より低い電圧電源モジュールが高電圧ポートに取り付けられている場合、制御システム1800は、より低い電圧電源モジュールから電圧を逓増させるために、変圧器回路を起動又はスイッチオンすることができる。様々な実施形態において、制御システム1800は、不適切な電圧を有する電源モジュールが駆動モジュール1100内のポートに取り付けられた場合に、電源モジュールをスイッチオフするように構成される。少なくとも1つの例では、制御システム1800は、駆動モジュールに取り付けられた電源モジュールの電圧を評価するように構成された1つ又は2つ以上の電圧計回路を備え、電源モジュールの電圧が不適切であるか、又は適切な電圧範囲外である場合、制御システム1800は、電源モジュールが駆動モジュール1100に電力を供給しないように電源モジュールをスイッチオフすることができる。少なくとも1つのこのような例において、駆動モジュール1100は、各ポート1120及び1120’の電圧計回路を有する。少なくとも1つの例では、制御システム1800は、駆動モジュールに取り付けられた電源モジュールの電流を評価するように構成された1つ又は2つ以上の電流計回路を備え、電源モジュールの電流が不適切であるか、又は適切な電流範囲外である場合、制御システム1800は、電源モジュールが駆動モジュール1100に電力を供給しないように電源モジュールをスイッチオフすることができる。少なくとも1つのこのような例において、駆動モジュール1100は、各ポート1120及び1120’の電流計回路を有する。少なくとも1つの例では、各電源モジュール1200及び1300は、制御システム1800によって開放されると、電力が駆動モジュール1100に供給されることを防止するスイッチ回路を備える。電源モジュールが、正確な電圧又は電源モジュールが取り付けられているポートの適切な電圧範囲内の電圧を備える場合、スイッチ回路は、閉鎖されたままであり、かつ/又は制御システム1800によって閉鎖される。少なくとも1つのこのような例において、駆動モジュール1100は、各ポート1120及び1120’のスイッチ回路を有する。
様々な例において、電源モジュールは、電源モジュールが駆動モジュール1100に電力を供給することを防止するために臨床医によって選択的に作動可能なスイッチを備えることができる。少なくとも1つの例では、スイッチは、例えば、電源モジュールの電源回路内の機械的スイッチを備える。しかしながら、スイッチオフされた電源モジュールは、依然として他の利益を提供し得る。例えば、スイッチオフ電源モジュール1200は、ピストルグリップを依然として提供することができ、スイッチオフ電源モジュール1300は、ワンドグリップを依然として提供することができる。更に、いくつかの例では、スイッチオフ電源モジュールは、臨床医によって選択的に作動され得るパワーリザーブを提供することができる。
上記に加えて、又は上記の代わりに、電源モジュール1200及び1300の各々は、識別メモリデバイスを備える。識別メモリデバイスは、例えば、例えば、その上に記憶されたデータを有する固体チップを備えることができ、このデータは、電源モジュールが駆動モジュール1100に組み付けられたときに制御システム1800によってアクセスされ、かつ/又は制御システム1800に伝送され得る。少なくとも1つの例では、識別メモリデバイス上に記憶されたデータは、例えば、電源モジュールが駆動モジュール1100に供給するように構成されている電圧に関するデータを備え得る。
上記に加えて、シャフトアセンブリ2000、3000、4000及び/又は5000の各々は、例えば、メモリデバイス2830などの識別メモリデバイスを備える。シャフトアセンブリの識別メモリデバイスは、例えば、その上に記憶されたデータを有する固体チップを備えることができ、このデータは、シャフトアセンブリが駆動モジュール1100に組み付けられたときに制御システム1800によってアクセスされ、かつ/又は制御システム1800に伝送され得る。少なくとも1つの例では、識別メモリデバイス上に記憶されたデータは、シャフトアセンブリの駆動システムを動作させるのに必要な電力に関するデータを備え得る。シャフトアセンブリ2000は、駆動モジュール1100によって駆動される3つのシステム(エンドエフェクタ関節運動駆動システム、エンドエフェクタ回転駆動システム、及びジョー駆動システム)を備え、これらはそれぞれ独自の電力要件を有する。ジョー駆動システムは、例えば、エンドエフェクタの関節運動及び回転駆動システムよりも多くの電力を必要とし得る。この目的のため、制御システム1800は、駆動モジュール1100に取り付けられた1つの電源モジュール又は複数の電源モジュールによって提供される電力が、駆動モジュール1100に組み付けられたシャフトアセンブリ2000の全ての駆動システム(ジョー駆動システムを含む)に電力を供給するのに十分であることを検証するように構成されている。したがって、制御システム1800は、駆動モジュール1100に取り付けられた電源モジュール構成が、駆動モジュール1100に取り付けられたシャフトアセンブリと適切にペアリングされることを確実にするように構成されている。電源モジュール構成によって提供される電力が不十分であるか、又は必要な電力閾値を下回る場合、制御システム1800は、異なる及び/又は追加の電源モジュールが必要とされることを臨床医に通知することができる。少なくとも1つの例では、駆動モジュール1100は、例えば、ハウジング1110上及び/又はディスプレイスクリーン1440上に低電力インジケータを備える。特に、シャフトアセンブリ4000のジョー駆動システムは、駆動モジュール1100によって駆動されない。むしろ、臨床医によって手動で電力供給される。したがって、シャフトアセンブリ4000を動作させるのに必要な電力は、例えば、シャフトアセンブリ2000を動作させるのに必要な電力よりも小さくすることができ、制御システム1800は、電源モジュール構成を評価する際に、シャフトアセンブリ4000に必要な電力閾値を低下させることができる。
上記に加えて、組織を把持及び/又は切開するように構成されたエンドエフェクタは、患者の組織をクリップ留めするように構成されたエンドエフェクタよりも少ない電力を必要とし得る。結果として、クリップアプライヤを備えるエンドエフェクタ及び/又はシャフトアセンブリは、ジョーを把持及び/又は切開することを含むエンドエフェクタ及び/又はシャフトアセンブリよりも大きな電力要件を有し得る。このような例では、駆動モジュール1100の制御システム1800は、駆動モジュール1100に取り付けられた1つの電源モジュール又は複数の電源モジュールが駆動モジュール1100に十分な電力を提供することができることを検証するように構成されている。制御システム1800は、駆動モジュール1100に取り付けられた電源モジュール上の識別チップに問い合わせ、並びに/又は、電源モジュール内の電源を評価して、電源モジュールが、クリップアプライヤを動作させるために駆動モジュール1100に適切に電力を供給するのに十分に利用可能な電圧及び/若しくは電流を備えるかどうかを評価するように構成され得る。
上記に加えて、組織を把持及び/又は切開するように構成されたエンドエフェクタは、例えば、患者の組織を縫合するように構成されたエンドエフェクタよりも少ない電力を必要とし得る。結果として、縫合デバイスを備えるエンドエフェクタ及び/又はシャフトアセンブリは、ジョーを把持及び/又は切開することを含むエンドエフェクタ及び/又はシャフトアセンブリよりも大きな電力要件を有し得る。このような例では、駆動モジュール1100の制御システム1800は、駆動モジュール1100に取り付けられた1つの電源モジュール又は複数の電源モジュールが、駆動モジュール1100に取り付けられたシャフトアセンブリに基づいて駆動モジュール1100に十分な電力を提供することができることを検証するように構成される。制御システム1800は、駆動モジュール1100に取り付けられた電源モジュール上の識別チップに問い合わせ、並びに/又は、電源モジュール内の電源を評価して、電源モジュールが、縫合デバイスを動作させるために駆動モジュール1100に適切に電力を供給するのに十分に利用可能な電圧及び/若しくは電流を備えるかどうかを評価するように構成され得る。
上記に加えて、又は上記の代わりに、エンドエフェクタ7000などのエンドエフェクタは、識別メモリデバイスを備える。エンドエフェクタの識別メモリデバイスは、例えば、その上に記憶されたデータを有する固体チップを備えることができ、このデータは、エンドエフェクタがシャフトアセンブリを介して駆動モジュール1100に組み付けられたときに制御システム1800によってアクセスされ、かつ/又は制御システム1800に伝送され得る。少なくとも1つの例では、識別メモリデバイス上に記憶されたデータは、エンドエフェクタの駆動システムを動作させるのに必要な電力に関するデータを備え得る。エンドエフェクタは、シャフトアセンブリを通って延在する電気経路又は回路を介して駆動モジュール1100と通信することができる。上記と同様に、エンドエフェクタはそれ自体を駆動モジュール1100に識別させることができ、この情報により、駆動モジュール1100は、その動作を適合させてエンドエフェクタを適切に動作させることができる。
上で説明されるように、電源モジュール1200及び1300はそれぞれ、1つ又は2つ以上の電池セルを備える。そのため、電源モジュール1200及び1300は、電力を蓄積及び供給するための任意の好適な手段を備えることができる。少なくとも1つの例では、電源モジュール1200及び1300は、エネルギーを蓄積し、エネルギーを駆動モジュール1100に供給するように構成されたコンデンサ及び/又はスーパーコンデンサを備える。コンデンサ及び/又はスーパーコンデンサは、電池セルと同じ電気回路又は異なる電気回路の一部であり得る。スーパーコンデンサは、静電二重層容量及び/又は電気化学擬似容量を備えることができ、これらの両方がスーパーコンデンサの総容量に寄与し得る。様々な例において、静電二重層コンデンサは、電気化学擬似容量よりもはるかに高い静電二重層容量を有する炭素電極又は誘導体を使用し、導電性電極の表面と電解質との間の界面におけるヘルムホルツ二重層の電荷の分離を達成する。電荷の分離は、多くの場合、従来のコンデンサよりもはるかに小さい数オングストローム(0.3~0.8nm)のオーダーである。電気化学擬似コンデンサは、金属酸化物又は導電性ポリマー電極を使用し、二重層容量に加えて電気化学的擬似容量を有する。擬似容量は、レドックス反応、インターカレーション、及び/又は電着を伴うファラデー電子電荷移動によって達成される。例えば、リチウムイオンコンデンサなどのハイブリッドコンデンサもまた、異なる特性を有する電極を備え、一方は主に静電容量を示し、他方は主に電気化学容量を示す。
電源モジュール1200及び1300は、充電式であっても非充電式であってもよい。電源モジュール1200及び1300が充電式でない場合、それらは、1回の使用後に廃棄される。このような例では、電源モジュール1200及び1300は、それらが廃棄されたときに、完全に排出されるか、又は少なくとも実質的に排出されることが望ましい。この目的のため、各電源モジュールは、電源モジュールが駆動モジュール1100に組み付けられたときに係合されるか、又は作動されるドレインを備える。様々な例において、ドレインは、電池セルを含む電源モジュール内部の抵抗回路を備える。作動されると、ドレインは、電源モジュールの電池セルをゆっくりと放電させるが、電源モジュールが外科手術中に駆動モジュール1100に十分な電力を提供することを依然として可能にするレートで放電する。しかしながら、外科手術が完了した後、電源モジュールが駆動モジュール1100にもはや組み付けられなくても、ドレインは電池セルを放電し続ける。したがって、ドレインは、電源モジュールが駆動モジュール1100に電力を供給するか、又はそれに取り付けられているか否かに関わらず、電池セルを放電する。2014年1月21日に出願の米国特許第8,632,525号、発明の名称「POWER CONTROL ARRANGEMENTS FOR SURGICAL INSTRUMENTS AND BATTERIES」、及び2016年3月22日に出願の米国特許第9,289,212号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENTS AND BATTERIES FOR SURGICAL INSTRUMENTS」は、参照により本明細書に組み込まれる。
様々なハンドヘルド器具を含む複数の外科用器具は、異なる機能を実行するために、特定の外科手術中に臨床医によって使用される。各外科用器具は、異なるユーザ制御機構に加えて、異なるハンドル及び/又は把捉構成を備えてもよい。様々なハンドヘルド器具間の切り替えは、臨床医が外科用器具を制御し、ユーザ制御機構を作動させる際に、遅延及び/又は不快感を引き起こし得る。電源は変動し得、かつ/又は電源は全ての電動外科用器具とは互換性がない場合があるため、多くの電動外科用器具の使用では、全ての外科手術の開始前に、多数の電源が充電され、及び/又は機能していることをユーザが確実する必要があり得る。
汎用ハンドル及び電源を備えるモジュール式外科用器具は、汎用ハンドル構成の使用に慣れ親しんでいる感覚を臨床医に提供することができる。モジュール式外科用器具は、多数の外科用ツールアタッチメントと共に使用するように構成される。複数の異なる電源を充電する必要性の代わりに、モジュール式外科用器具は、各外科手術後に廃棄することができる交換可能な電源と共に使用するように構成される。更に、複数の外科用ツールアタッチメントを有する1つの汎用ハンドルの使用は、外科領域内の外科用器具の乱雑さ及び/又は容積を低減することができる。
図73は、モジュール式外科用器具80000の一部分を示し、図74は、モジュール式外科用器具80000の電気アーキテクチャを示す。モジュール式外科用器具80000の構成は、上で考察される図1の外科用器具1000と多数の点で同様である。モジュール式外科用器具80000は、例えば、駆動モジュール80010、シャフト80020、エンドエフェクタ80030、及び電源80040を含む、複数のモジュール式構成要素を備える。様々な例において、駆動モジュール80010はハンドルを備える。駆動モジュール80010は、1つ又は2つ以上の制御スイッチ80012及びモータ80015を備える。
シャフト80020は、外科用器具80000のモジュール式構成要素80010、80020、80030、80040間の通信を容易にするように構成された制御回路80022を備える。外科用器具80000のモジュール式構成要素80010、80020、80030、80040の動作及び機能は、他の外科用器具と関連して、上でより詳細に説明される。
様々な例において、1つ又は2つ以上の制御スイッチ80012は、図7及び図8に関連してより詳細に説明されるように、入力システム1400の回転アクチュエータ1420及び関節運動アクチュエータ1430に対応する。図7及び図8に示されるように、関節運動アクチュエータ1430は、第1の押しボタン1432及び第2の押しボタン1434を備える。第1の押しボタン1432は、第1の押しボタン1434が押下されたときに閉鎖される第1のスイッチを備える。多くの態様において、図7及び図8に示される関節運動アクチュエータ1430及び回転アクチュエータ1420と同様に、1つ又は2つ以上の制御スイッチ80012は、押しボタンを備えてもよい。ユーザ入力が押しボタンを押下すると、スイッチが閉鎖され、ユーザコマンドを示す信号を制御回路80022に送信する。様々な例において、第1の押しボタンは、第1の方向への関節運動又は回転を開始することができ、第2の押しボタンは、第2の方向への関節運動又は回転を開始することができる。これらの制御スイッチ80012の動作及び機能は、上でより詳細に説明される。
様々な例において、シャフト80020は、患者を治療するために使用された後に廃棄可能であるように構成される。このような例では、シャフト80020は、同じ患者に対して1回を超えて使用可能である。以下でより詳細に考察されるように、シャフト80020は、プロセッサ80024と、1つ又は2つ以上の制御プログラムに関する命令を記憶するメモリと、を備える。廃棄可能シャフト80020は、モジュール式外科用器具80000が完全に構成されているか、又は組み付けられたときに、エンドエフェクタ80030、電源80040及び/又は駆動モジュール80010とインターフェース接続するために必要な任意の信号処理回路を備える。エンドエフェクタ80030は、エンドエフェクタ80030のパラメータを監視するように構成されたセンサアレイ80035を備える。このようなセンサアレイ80035は、例えば、エンドエフェクタ80030の識別情報、エンドエフェクタ80030の動作状態、及び/又は、例えば組織特性などの手術部位の環境に関する情報を検出することができる。様々な例において、電源80040は、外科用器具80000に電力を供給するために駆動モジュール80010に直接取り付けられるように構成された交換可能な電池パックを備える。電源80040は、電池80042及びディスプレイ80044を備える。様々な例において、ディスプレイ80044は、例えば、ユーザ入力がプロセッサ80024に送信される、タッチ感知ディスプレイを備える。
様々な例において、駆動モジュール80010は、モジュール式電源80040をそれに取り付けるための電源インターフェースを備える。電源80040と駆動モジュール80010との交換可能な接続により、ユーザは、駆動モジュール80010のハウジングを分解する必要なく、電源80040を容易に交換することができる。モジュール式電源80040内の電池80042は、一次セルを備えるが、二次セルも含み得る。一次セル電池80042は、一度に完全に充電されるように構成されている。換言すれば、一次セル電池80042は、各外科手術後に廃棄されるように構成される。廃棄可能電源の使用は、とりわけ、電池80042が各外科手術の開始時に完全に充電されているという保証を臨床医に提供し得る。
電源インターフェースは、電源80040の駆動モジュール80010への取り付け時に、電池80042とディスプレイ80044の接続との間の相互接続を供給する。換言すれば、電源80040が駆動モジュール80010上の電源インターフェースに交換可能に取り付けられるまで、電源80040内に連続回路は存在しない。したがって、電源80040は、非連結状態で分散させ、かつ滅菌することができる。非連結状態にできることにより、各電源80040を容易に滅菌することができる。例えば、モジュール式電源80040は、非取り付け電源80040内に連続回路が存在しないので、エチレンオキシド及びガンマ線滅菌の両方と適合する。
電源80040と同様に、駆動モジュール80010は、シャフト80020及び電源80040に取り付けられていない間、いかなる連続回路も有しない。少なくともこの理由により、駆動モジュール80010は、各使用後に任意の所望の滅菌プロトコルを使用して滅菌することができる。その非取り付け構成では、駆動モジュール80010は、洗浄プロセス中に完全浸漬に耐性を有するように構成される。
上記に加えて、シャフト80020の制御回路80022は、駆動モジュール80010上の1つ又は2つ以上の制御スイッチ80012からユーザ入力を受け取るように構成されたプロセッサ80024を備える。シャフト80020は、シャフト80020が駆動モジュール80010に組み付けられたときに駆動モジュール80010内のモータ80015を制御するように構成されたモータコントローラ80028を更に備える。様々な例において、制御回路80022は、例えば、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プロセッサ80024を更に備える。安全プロセッサ80026は、拡張性がある性能、接続性及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全特性を提供するために、中でも特に、IEC61508及びISO26262の安全限界用途向けに特異的に構成されてもよい。安全プロセッサ80026は、プロセッサ80024及びモータコントローラ80028と信号通信するように構成されている。モータコントローラ80028は、ハンドル80010内のエンドエフェクタ80030及びモータ80015のセンサアレイ80035と信号通信するように構成されている。モータコントローラ80028は、例えば、モータ80015に供給される電圧(又は電力)を示す電圧信号などの電気信号を送信するように構成されている。電気信号は、例えば、1つ若しくは2つ以上の制御スイッチ80012からのユーザ入力、センサアレイ80035から受信した入力、ディスプレイ80044からのユーザ入力、及び/又はモータ80015からのフィードバックに基づいて判定することができる。様々な例において、モータコントローラ80028は、モータ80015を制御するためにPWM制御信号をモータ80015に出力してもよい。
シャフト80020は、制御プログラムを記憶するように構成されたメモリを更に備え、制御プログラムは、実行されると、プロセッサに、とりわけ、モータ80015を所定のレベルで起動させるようにモータコントローラ80028に命令するように指示する。各シャフト80020の制御回路80022内のメモリは、1つ又は2つ以上の制御プログラムを記憶して、モジュール式外科用器具80000が完全に構成されたときに所望の機能を実行することを可能にするように構成される。様々な例において、シャフト80020は、取り付けられたシャフト80020が制御プログラムを備えない場合、及び/又は記憶された制御プログラムが読み取ることも検出することもできない場合、デフォルトの制御プログラムを備えてもよい。このようなデフォルトの制御プログラムは、モータ80015が最小レベルで実行されることを可能にし、臨床医がモジュール式外科用器具80000の基本的機能を実行することを可能にする。様々な例において、モジュール式外科用器具80000の基本的機能のみがデフォルト制御プログラムで利用可能であり、手術部位内及び/又はその周囲の組織に対する害を最小限に抑える方法で実施される。各交換可能なシャフト80020内の意図された機能に特有の制御プログラムを記憶することで、記憶される必要のある情報の量が最小化され、これにより、駆動モジュール80010の多くが未使用となる可能性のある全ての制御プログラムを記憶する負担を軽減する。様々な例において、外科用器具80000のモジュール式構成要素80010、80020、80030、80040は、異なる時間にかつ/又は異なるソフトウェア及び/若しくはファームウェアの改訂及び更新に従って、設計、製造、プログラミング、及び/又は更新され得る。更に、個々の制御プログラムは、多数の制御プログラムの集合よりも迅速に更新することができる。更新時間が速いほど、臨床医及び/又は補助者が制御プログラムを更新して、各外科手術で最新のプログラムを利用する可能性が高くなる。様々な例において、駆動モジュール80010は、任意の制御プログラムを備えない場合がある。他の例では、駆動モジュール80010は、上で考察されるようなデフォルトの制御プログラムを備え得る。換言すれば、臨床医が第1の機能を実行することを意図する場合、臨床医は、記憶された第1の制御プログラムを備える第1のシャフトをモジュール式外科用器具に取り付けることができる。臨床医が第1の機能とは異なる第2の機能を実行することを意図する場合、臨床医は、汎用駆動モジュールから第1のシャフトを取り除き、記憶された第2の制御プログラムを備える第2のシャフトをモジュール式外科用器具に取り付けることができる。様々な例において、臨床医が検出可能及び/又は機能的に記憶された制御プログラムを伴わずにシャフトを取り付ける場合、駆動モジュール80010は、モジュール式外科用器具80000を最小レベル及び/又は任意の好適なレベルの機能で動作させるためのデフォルト制御プログラムを記憶するメモリを備え得る。記憶された制御プログラムの動作及び機能は米国特許出願第14/226、133号、現在は米国特許出願公開第2015/0272557号、発明の名称「MODULAR SURGICAL INSTRUMENT SYSTEM」に詳細に記載されており、この全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
図75は、取り付けられたシャフト内の対応する駆動部と相互作用して、例えば、エンドエフェクタの回転及び/又は関節運動などの所望の機能を生成するように構成された複数の駆動部を備える駆動モジュール80110を描写する。例えば、駆動モジュール80110は、作動時にエンドエフェクタを回転させるように構成された回転駆動部80120を備える。図75の駆動モジュール80110は、モジュール式シャフトに取り付けられたハンドルのタイプに基づいて動作するように構成されている。複数の駆動部のうちの1つ又は2つ以上は、例えば、はさみグリップハンドルなどの低機能ハンドルがモジュール式シャフトに取り付けられるときに分離される。例えば、低機能ハンドルのモジュール式シャフトへの取り付けの間、低機能ハンドル上の延在ラグは、回転駆動部80120を遠位に前進させて低機能ハンドルとの係合から外すことができる。このような遠位前進は、回転駆動部80120をハンドルから分離し、回転駆動部80120の機能を効果的にロックアウトする。はさみグリップハンドルをモジュール式シャフトから取り外すと、例えば、ばねなどの弾性部材80125は、回転駆動部80120をそのもとの位置に近位に付勢する。様々な例において、全ての駆動部は、低機能ハンドルのモジュール式シャフトへの取り付け時に分離される。他の例では、例えば、回転駆動部80120などの第1の駆動部は、低機能ハンドルのモジュール式シャフトへの取り付け時に分離されてもよく、一方で、第2の駆動部80130は、低機能ハンドルと共に使用するために係合したままである。
様々な例において、回転駆動部80120は、図8、図10及び図11に関連して上でより詳細に説明される回転アクチュエータ1420などの手動回転アクチュエータと通信している。臨床医が回転アクチュエータを回転させると、回転アクチュエータの位置を監視することができる。例えば、外科用器具は、回転アクチュエータの位置を監視するように構成されたエンコーダシステムを備えることができる。エンコーダシステムに加えて、又はエンコーダシステムの代わりに、駆動モジュール80110は、回転アクチュエータの回転度を検出するように構成されたセンサシステムを備えることができる。いずれにしても、回転アクチュエータの検出された位置は、プロセッサ及びモータコントローラ、例えばプロセッサ80024及びモータコントローラ80028にシャフト80020内で通信される。様々な例では、駆動モジュール80110はハンドルを備える。
プロセッサ80024及びモータコントローラ80028は、回転駆動部80120の移動に応じて回転駆動部80120によって手動で駆動されるシステム以外のシャフト80020のシステムを駆動するように構成されている。少なくとも1つの例では、外科用器具は、第1の回転継手及び第2の回転継手を有し、第1の回転継手を中心とした外科用器具の回転が手動で駆動され、第2の回転継手を中心とした外科用器具の回転が電動モータによって駆動される。このような例では、プロセッサ80024は、例えば、外科用器具の回転可能な構成要素を整列した状態に保つために、エンコーダを使用して第1の回転継手を中心とした外科用器具の回転を監視し、モータコントローラ80028を使用して第2の回転継手を中心とした外科用器具を回転させることができる。
図76は、交換可能なシャフト80220と係合する前のハンドル80210を描写する。ハンドル80210は、いくつかの交換可能なシャフトと共に使用可能であり、汎用ハンドルと呼ぶことができる。シャフト80220は、ハンドル80210の遠位ナット80255と機械的に係合するように構成された駆動ロッド80250を備える。駆動ロッド80250の近位端80251は、遠位ナット80255の遠位端に画定された陥凹80256内に嵌合するように構成された特定の形状を備える。遠位ナット80255内の陥凹80256は、駆動ロッド80250の近位端80251の形状に相補的な形状を備える。換言すれば、臨床医及び/又は助手が、駆動ロッド80250がハンドル80210の遠位ナット80255上の陥凹内に嵌合することを可能にするようにシャフト80220を配向すると、交換可能なシャフト80220は、遠位ナット80255と駆動ロッド80250との間に相対的な横方向の動きがほとんどないように、汎用ハンドル80210と正常に整列される。
様々な例において、駆動ナット80255の遠位端80211及び駆動ロッド80250の近位端80223は、上で説明される機械的整列システムに加えて、又はその代わりに、ハンドル80210とシャフト80220との整列を容易にするように構成された複数の磁気素子80260、80265、80270を備える。磁気素子80260、80265、80270のシステムは、シャフト80220とハンドル80210との自己整列を可能にする。様々な例において、複数の磁気素子80260、80265、80270は永久磁石である。図75に見られるように、シャフト80220の近位端80223は、非対称に配向された複数の磁気素子80260、80265を備えるが、磁気素子80260、80265は任意の好適な様式で配置されてもよい。磁気素子80260、80265は、シャフト80220の近位端80223から外側に向く対向する極で位置付けられる。より具体的には、シャフト80220の第1の部分上に位置付けられた磁気素子80260は、それらの正極が近位端80223から外側に向いて位置付けられ、一方、シャフト80220の第2の、又は反対の部分上に位置付けられた磁気素子80265は、それらの負極が近位端80223から外側に向いて位置付けられる。駆動ナット80255の遠位端80211は、それらの負極がハンドル80210の遠位端80211から外側に向くように位置付けられた複数の磁気素子80270を備える。以下でより詳細に説明するように、シャフト80220上の磁気素子80260、80265のこのような非対称パターンにより、シャフト80220及びハンドル80210を1つ又は2つ以上の所定の位置で整列させることができる。磁気素子80260、80265、80270の使用により、ハンドル80210及びシャフト80220を所定の位置へとシフトさせるばね機構の必要性が排除される。
上記に加えて、ハンドル80210上に位置付けられた磁気素子80270がシャフト80220の第1の部分上に位置付けられた磁気素子80260の近傍にあるように、臨床医がハンドル80210をシャフト80220と整列させようと試みる場合、磁気素子80260、80270は、吸引磁力を生成し、それによってモジュール式構成要素80210、80220を整列させる。しかしながら、ハンドル80210上に位置付けられた磁気素子80270がシャフト80220の第2の部分上に位置付けられた磁気素子80265の近傍にあるように、臨床医がハンドル80210をシャフト80220と整列させようと試みる場合、反発磁力により、モジュール式構成要素80210、80220が離れ、それによってハンドル80210とシャフト80220との間の不適切な接続を防止する。
特定の例では、上記に加えて、モジュール式構成要素の間には1つの安定した位置のみが存在する。様々な例において、複数の磁気素子は、それらの極が、ハンドル80210の遠位端の外周及びシャフト80220の近位端に沿って反復パターンで交互になるように位置付けられる。このようなパターンは、複数の安定した整列位置を提供するために作成することができる。磁気素子の反復パターンにより、吸引磁力がモジュール式構成要素80210、80220を多数の位置で引き寄せるため、シャフトとハンドルとの間の一連の安定した整列が可能になる。様々な例において、複数の磁気素子は、双安定性磁気ネットワークを生成する方法で配向される。このような双安定性ネットワークは、モジュール式構成要素80210、80220が最初に整列していないときでも、モジュール式構成要素80210、80220が安定して整列することを確実にする。換言すれば、ハンドル80210とシャフト80220とが整列していないとき、複数の磁気素子によって生成された磁場は互いに相互作用して、整列していない位置から次の最も近い安定した整列への回転を開始する。したがって、整列していないモジュール式構成要素80210、80220が受ける反発磁力は、モジュール式構成要素80210、80220を整列に移行させるのを支援する。モジュール式構成要素80210、80220が反発磁力によって押し離されると、それらは吸引性磁場に回転し、それによってハンドル80210とシャフト80220とを整列させる。様々な例において、反発磁力は、シャフトに対するハンドルの回転を開始し、逆もまた同様である。磁気素子の配向のパターンは、モジュール式構成要素80210、80220を互いに対して特定の方向に回転させることができ、反対方向の回転も防止することができる。例えば、様々な例において、磁気素子は、反発磁力を受けたときに、シャフト80220及びハンドル80210が時計回り方向にのみ互いに対して回転することによって整列を達成することを可能にするパターンで配向される。他の例では、磁気素子は、反発磁力を受けたときに、シャフト80220及びハンドル80210が反時計回り方向にのみ互いに対して回転することによって整列することを可能にするパターンで配向される。様々な例において、磁気素子は、モジュール式構成要素が整列される速度に影響を及ぼし得る。例えば、磁場の強度に基づいて磁気素子を配置することができ、これにより、加速又は減速を整列の内外に引き起こすことができる。複数の磁気素子80260、80265、80270は、永久磁石であるとして上で説明されているが、特定の例では、複数の磁気素子80260、80265、80270は、電磁石である。このような例では、磁気反発力及び吸引力は、複数の磁気素子80260、80265、80270に選択的に通電することによって生成され得る。
様々な例において、ハンドル80210及びシャフト80220は、初期吸引磁力を提供する主磁気素子を備え、主磁気素子は、モジュール式構成要素80210、80220を互いに近づけるように構成されている。モジュール式構成要素80210、80220が主磁気素子によって一緒に引き出された後、複数の磁気素子80260、80265、80270は、ハンドル80210及びシャフト80220の配向を微調節するように構成される。
図77は、シャフト80320と整列され、シャフト80320に取り付けられる前の汎用ハンドル80310を描写する。シャフト80320の近位端80323は、ハンドル80310の遠位端80311に切断されたL字形、又はバヨネット状のスロット80312に係合するように構成されたピン80322を備える。様々な例において、複数のL字形スロット80312は、遠位端80311の周りに切断されて、追加のピン80322のための追加の取り付け支持体を提供してもよい。シャフト80320の近位端80323は、フレームと、その正極は外側に向くようにフレーム内に位置付けられたシャフト磁気素子80324と、を更に備える。ハンドル80310の遠位端80311は、第1の磁気素子80314及び第2の磁気素子80316を更に備える。第1の磁気素子80314は、その正極が外側に向いて配向され、第2の磁気素子80316は、その負極が外側に向くように配向される。臨床医がシャフト80320のピン80322をハンドル80310内のその対応するL字形スロット80312と整列させ始めると、第1の磁気素子80314及びシャフト磁気素子80324は相互作用して反発磁力を生成する。臨床医は、ピン80322をL字形スロット80312と係合するためにこの力を打ち消す必要がある。ピン80322がL字形スロット80312内にあると、かつ/又はシャフト磁気素子80324が第1の磁気素子及び第2の磁気素子80314及び80324に対して閾値距離を超えて移動すると、臨床医はモジュール式構成要素80310、80320を互いに対して手動で回転させ始めることができる。加えて、図78に示されるように、臨床医が反発磁力を打ち消して、L字形スロット80312内にピン80322を位置付けると、磁気素子80324、80316は反応して、一旦シャフト磁気素子80324が閾値を超えた後に吸引磁力を生成することができる。吸引磁力は、ハンドル80310に対するシャフト80320の回転、及びピン80322のL字形スロット80312への完全な係合をもたらす。このような例では、シャフト磁気素子80324及びハンドル80310上の第2の磁気素子80316の磁場間の相互作用は、モジュール式構成要素80310、80320を一緒に引く、及び/又は保持するのに十分な強さである。様々な例において、このような相互作用は、シャフト磁気素子80324と第2の磁気素子80316との間の吸引磁力をもたらし、モジュール式構成要素80310、80320の整列、及びL字形スロット80312内のピン80322の完全な係合をもたらす。磁気素子の配向が具体的に説明されているが、磁気素子は、任意の好適な様式で配向され得ることが想定される。複数の磁気素子80314、80316、80324は、永久磁石であるとして上で説明されているが、特定の例では、複数の磁気素子80314、80316、80324は、電磁石である。このような例では、磁気反発力及び吸引力は、複数の磁気素子80314、80316、80324に選択的に通電することによって生成され得る。
上記の磁気素子は、電磁石、永久磁石、又はこれらの組み合わせを備え得る。上記のような実例において、永久磁気素子のシステムは、シャフト及びハンドルを複数の位置で整列させることができる。このような例では、電磁石を永久磁気素子のシステムに追加することができる。起動されると、電磁石は、永久磁気素子のシステム内の磁場よりも強い磁場を及ぼすように構成される。換言すれば、電磁石は、永久磁石のシステム間の協働を遮断、阻止、及び/又は変化させるために、電磁石が組み込まれてもよい。このような中断は、外科用器具のモジュール式構成要素の整列の選択的制御を発揮する能力をもたらす。例えば、図76の磁気素子80260、80265、82070などの磁気素子のシステムが、シャフト80220及びハンドル80210を好適に整列された位置で一緒に引き出されたとき、臨床医は、電磁石を選択的に起動して、永久磁石の吸引磁力を打ち消し、シャフトをハンドルから離れるように反発させるのに十分な強さの磁場を生成することができる。様々な例において、電磁石の起動は、ハンドルをシャフトから離れるように反発して、ハンドルからシャフトを解放又はロック解除する。様々な例において、電磁石の起動は、永久磁石によって生成された引力を妨害するだけでなく、モジュール式構成要素80210、80220を分離するように構成される。
例えば、図73に示される外科用器具80000などのモジュール式外科用器具は、外科用器具の意図される機能を実行するために互いに通信するように構成された複数の構成要素を備える。モジュール式外科用器具の構成要素間の通信経路は、上で詳細に説明される。このような通信経路は、本質的に無線であり得るが、有線接続もまた好適である。様々な例において、外科用器具のエンドエフェクタ及び/又はシャフトは、トロカール又はカニューレを通して患者に挿入されるように構成されており、例えば、およそ5mm、8mm、及び/又は12mmなどの任意の好適な直径を有することができる。サイズ制約に加えて、例えば、クリップアプライヤなどの様々なモジュール式外科用器具は、例えば、回転及び/又は関節運動するように構成されたエンドエフェクタ及び/又はシャフトを備える。したがって、エンドエフェクタ及び/又はシャフトが回転及び/又は関節運動される際に機能を維持するために、有線通信経路はいずれもコンパクトであり、可撓性を有する必要がある。外科用器具のシャフト及び/又はエンドエフェクタ内の動作要素のサイズを低減するために、様々な微小電気機械機能要素を利用することができる。例えば、外科用器具内に圧電性インチワーム(inchworm)アクチュエータ又は波状モータなどのマイクロエレクトロニクスを組み込むことは、例えば、動作要素に必要な空間の低減に役立ち、例えば、波状モータは、歯車又はカムを伴わずに直線運動を供給するように構成される。
様々な例において、可撓性の基板上に様々な電気トレースを装着することによって、有線通信経路に可撓性が組み込まれる。様々な例において、電気トレースは、任意の好適な方法で可撓性の基板上に支持される。図79は、例えば、外科用器具1000などのモジュール式外科用器具で使用するためのフレックス回路80400を描写する。フレックス回路80400は、図73のシャフト80020などのシャフトのハウジング内に延在するように構成されている。フレックス回路80400の遠位端80401は、エンドエフェクタ内の導電性電気トレースと電気的に結合されるように構成される。少なくとも1つの例では、電気トレースは、例えば、銅及び/又は銀で構成される。遠位端80401は、第1のリング80402へと巻かれ、電気トレース80405は、第1のリング80402の周りに延在する。フレックス回路80400の近位端80403は、ハンドル内の電気トレースと電気的に結合されるように構成されている。近位端80403は、第2のリング80404へと巻かれ、電気トレース80405は、第2のリング80404の周りに延在する。
可撓性の基板上の様々な電気トレースを支持することにより可撓性が提供されるが、とりわけ、フレックス回路80400の寿命を延ばし、及び/又はフレックス回路80400の完全性を保護するために、追加の特徴を追加することができる。図79及び図79Aに描写されるように、一次歪み緩和領域80410は、関節運動継手に対して近位に位置付けられるように構成されている。フレックス回路80400の一次歪み緩和領域80410は、外科用器具の関節運動に応答して、最も変位及び/又はねじれを受ける。例えば、外科用器具が関節運動している間にフレックス回路80400上の歪みを解放するために、かつ/又は一次歪み緩和領域80410内のフレックス回路80400の部分が、外科用器具がその非関節運動後にもとの配向に戻るのを支援するために、1つ又は2つ以上の付勢及び/又は弾性部材80412は、弾性及び/又は可撓性のために存在する。1つ又は2つ以上の付勢部材80412は、外科用器具が関節運動及び/又は回転される際に、屈曲状態と非屈曲状態との間で移行するように構成される。様々な例において、付勢部材80412はばねを備える。付勢部材80412は、例えば、周囲部分の運動に適応するために、フレックス回路80400の基板内に組み込まれる。一次歪み緩和領域80410内のフレックス回路80400の部分は、第1のレッグ80414と、基部80416と、第2のレッグ80418と、を含むパターンを備える。基部80416は、第1のレッグ80414と第2のレッグ80418との間に延在する。付勢部材80412は、第1のレッグ80414と第2のレッグ80418との間に延在し、これらを接続する。付勢部材80412はとりわけ、第1のレッグ80414が第2のレッグ80418に対して偏向され、次いで弾性的にその非屈曲状態に戻ることを可能にする。付勢部材80412は、エンドエフェクタが関節運動しているときに屈曲状態へと屈曲するように構成されており、付勢部材80412は、エンドエフェクタがもはや関節運動していないときに、非屈曲状態に弾性的に戻るように構成されている。
図79及び図79Bに見られるように、フレックス回路80400は、その導電性要素80405が分離され、相互接続されていない、二次歪み緩和領域80420を用いて製造される。導電性要素80405のこのような配向により、フレックス回路80400が折り畳まれることが可能になる。フレックス回路80400の非疲労部分及び可撓性部分は、一次歪み緩和領域80410内のフレックス回路80400に垂直に位置付けられる。二次歪み緩和領域80420は、上記でより詳細に説明される付勢部材80412と同様の1つ又は2つ以上の付勢部材80422を備える。一次歪み緩和領域80410内の付勢部材80412及び二次歪み緩和部分80320内の付勢部材80422の存在は、フレックス回路80400が、例えば図73のシャフト80020などのシャフトの長手方向軸に対して少なくとも2つの別個の平面に伸張性部分を有することを可能にする。第1の平面内の一次歪み緩和部分80410及び第2の平面内の二次歪み緩和部分80320の存在は、エンドエフェクタと、シャフトアセンブリと、エンドエフェクタを関節運動させ、エンドエフェクタを回転させ、シャフトアセンブリを回転させるように構成された外科用器具のハンドルとの間の通信を可能にする。別の例では、フレックス回路80400は、平坦に製造され、続いて、外科用器具の関節運動又は作動部分に相関する一次歪み緩和領域80410などの部分で捻られてもよい。このような設計は、一般にフレックス回路80400の応力緩和の必要性を軽減することができる。
図79Cは、フレックス回路80400の可撓性の基板80430と一体的に形成されたプリント回路基板(printed circuit board、PCB)によって特性決定される、図79のフレックス回路80400の一部分を描写する。図79Cに示されるように、可撓性プラスチックは、導電要素80405上にオーバーモールドされ、様々な制御回路構成要素80432、80434、80436は、フレックス回路80400の可撓性の基板80430と一体的に形成される。
図80は、エンドエフェクタ内に延在するように構成された、エンドエフェクタフレックス回路80500を描写する。エンドエフェクタフレックス回路80500は、例えば、図79~図79Cに示されるフレックス回路80400などの、シャフトフレックス回路と共に使用されるように構成される。エンドエフェクタフレックス回路80500は、可撓性の基板上に支持された電気トレース80505を備える。エンドエフェクタフレックス回路80500の遠位端80503は、リング80504へと巻かれる。電気トレース80505は、リング80504の周りに延在する。図81A及び図81Bに示されるように、リング80504は、例えば、フレックス回路80400の遠位端80401上の第1のリング80402を介して、シャフトフレックス回路と電気的に結合されるように構成されている。フレックス回路80400及び80500の一方又は両方は、フレックス回路80400、80500間の境界面におけるトレース間の電気的接触を維持するための付勢部材を備える。様々な例において、エンドエフェクタフレックス回路80500は、例えば、クリップ供給センサ80510及び/又はクリップカム形態センサ80520などの1つ又は2つ以上のセンサを備える。このようなセンサは、エンドエフェクタのパラメータを検出し、検出されたパラメータを、シャフトフレックス回路80400上の制御回路構成要素80432、80434、80436に通信することができる。様々な例において、制御回路は、外科用器具のハンドル内に位置付けられる。
図82を参照すると、外科用器具215000は、ハンドル215100と、ハンドル215100に取り付けられたシャフトアセンブリ215500と、エンドエフェクタ215600と、エンドエフェクタ215600をシャフトアセンブリ215500に回転可能に接続する関節運動ジョイント215550と、を備える。ハンドル215100は、駆動システム215200と、電源215300と、アクチュエータ215400と、を含む。アクチュエータ215400は、エンドエフェクタ215600を閉鎖するように構成された閉鎖駆動部の一部である。図83を参照すると、駆動システム215200は、第1の駆動モータ215210と、第1のシフタモータ215220と、第2の駆動モータ215250と、第2のシフタモータ215260と、を備える。第1の駆動モータ215210は、回転可能な入力シャフトと、回転可能な入力シャフトに固定的に装着された入力歯車215215と、を備える。第1のシフタモータ215220は、シフタシャフトと、シフタシャフトに回転可能に装着されたピニオン歯車215225と、を備える。ピニオン歯車215225は、第1の駆動モータ215210の入力歯車215215と動作可能に噛み合っており、第1のシフタモータ215220によって第1及び第2の位置間で並進可能である。ピニオン歯車215225がその第1の位置にあるときに、ピニオン歯車215225は、入力歯車215215及び回転可能な出力シャフト215230に固定して装着された出力歯車215235と動作可能に噛み合う。このような例では、第1の駆動モータ215210が動作するときに、第1の駆動モータ215210の回転は、回転可能な出力シャフト215230に伝達される。ピニオン歯車215225がその第2の位置にあるときに、ピニオン歯車215225は、入力歯車215215及び回転可能な出力シャフト215240に固定して装着された出力歯車215245と動作可能に噛み合う。このような例では、第1の駆動モータ215210が動作するときに、第1の駆動モータ215210の回転は、回転可能な出力シャフト215240に伝達される。特に、ピニオン歯車215225は、出力歯車215235及び215245と同時に係合されず、結果として、第1の駆動モータ215210は、外科用器具215000の2つの別個の機能を駆動するために使用することができる。使用中、外科用器具215000のユーザ及び/又は外科用器具215000の制御システムは、第1のシフタモータ215220をシフトさせることによって、2つの機能を選択することができる。
上記に加えて、第2の駆動モータ215250は、回転可能な入力シャフトと、回転可能な入力シャフトに固定して装着された入力歯車215255と、を備える。第2のシフタモータ215260は、シフタシャフトと、シフタシャフトに回転可能に装着されたピニオン歯車215265、を備える。ピニオン歯車215265は、第2の駆動モータ215250の入力歯車215255と動作可能に噛み合っており、第2のシフタモータ215260によって第1及び第2の位置間で並進可能である。ピニオン歯車215265がその第1の位置にあるときに、ピニオン歯車215265は、入力歯車215255及び回転可能な出力シャフト215270に固定して装着された出力歯車215275と動作可能に噛み合う。このような例では、第2の駆動モータ215250が動作するときに、第2の駆動モータ215250の回転は、回転可能な出力シャフト215270に伝達される。ピニオン歯車215265がその第2の位置にあるときに、ピニオン歯車215265は、入力歯車215255及び回転可能な出力シャフト215280に固定して装着された出力歯車215285と動作可能に噛み合う。このような例では、第2の駆動モータ215250が動作するときに、第2の駆動モータ215250の回転は、回転可能な出力シャフト215280に伝達される。特に、ピニオン歯車215265は、出力歯車215275及び215285と同時に係合されず、結果として、第2の駆動モータ215250は、外科用器具215000の2つの別個の機能を駆動するために使用することができる。使用中、外科用器具215000のユーザ及び/又は外科用器具215000の制御システムは、第2のシフタモータ215260をシフトさせることによって、2つの機能を選択することができる。
上記に加えて、図83を再び参照すると、出力シャフト215230、215240、及び215280は、剛性シャフトを備え、同心円状に入れ子にされている。様々な例では、出力シャフト215230と出力シャフト215240との間に軸受が存在し、出力シャフト215240と出力シャフト215280との間に別の軸受が存在する。他の例では、出力シャフト215230、215240、及び215280は、互いに直接支持される。このような構成は、コンパクトな設計を提供することができる。様々な代替的な実施形態では、出力シャフト215230、215240、及び215280のいずれも入れ子にされていない。
図84を参照すると、代替的な駆動システム216200は、外科用器具の合計6つの機能を駆動するように構成されている。上記と同様に、駆動システム216200は、第1の駆動モータ216210、第1のシフタモータ216220、第2の駆動モータ216250、及び第2のシフタモータ216260と、を備える。第1の駆動モータ216210は、回転可能な入力シャフトと、回転可能な入力シャフトに固定的に装着された入力歯車216215と、を備える。第1のシフタモータ216220は、シフタシャフトと、シフタシャフトに回転可能に装着されたピニオン歯車216225と、を備える。ピニオン歯車216225は、第1の駆動モータ216210の入力歯車216215と動作可能に噛み合っており、第1のシフタモータ216220によって第1、第2、及び第3の位置の間で並進可能である。ピニオン歯車216225がその第1の位置にあるときに、ピニオン歯車216225は、入力歯車216215及び回転可能な出力シャフト216230に固定して装着された出力歯車216235と動作可能に噛み合う。このような例では、第1の駆動モータ216210が動作するときに、第1の駆動モータ216210の回転は、回転可能な出力シャフト216230に伝達される。ピニオン歯車216225がその第2の位置にあるときに、ピニオン歯車216225は、入力歯車216215及び回転可能な出力シャフト216240に固定して装着された出力歯車216245と動作可能に噛み合う。このような例では、第1の駆動モータ216210が動作するときに、第1の駆動モータ216210の回転は、回転可能な出力シャフト216240に伝達される。ピニオン歯車216225がその第3の位置にあるときに、ピニオン歯車216225は、入力歯車216215及び回転可能な出力シャフト216290に固定して装着された出力歯車216295と動作可能に噛み合う。このような例では、第1の駆動モータ216210が動作するときに、第1の駆動モータ216210の回転は、回転可能な出力シャフト216290に伝達される。特に、ピニオン歯車216225は、2つ以上の出力歯車216235、216245、及び216295と同時に係合されず、結果として、第1の駆動モータ216210は、外科用器具の3つの別個の機能を駆動するために使用することができる。使用中、外科用器具のユーザ及び/又は外科用器具の制御システムは、第1のシフタモータ216220をシフトさせることによって、3つの機能を選択することができる。
上記に加えて、出力シャフト216230は、出力シャフト216230の回転がシャフト216500に伝達されるように、外科用器具のシャフト216500と動作可能に係合される。より具体的には、出力シャフト216230の遠位端は、シャフトハウジング216510の内部に画定された歯車歯216515のリングと噛み合う歯車を備える。出力シャフト216230は、シャフト216500を1つの方向に回転させるように第1の方向に回転され、シャフト216500を別の方向に回転させるように反対方向に回転される。出力シャフト216240は、ジョークランプ駆動部、例えば、ステープル発射駆動部及び/又は組織切断駆動部などの発射駆動システム、及び/又は例えば、エンドエフェクタ回転駆動部と動作可能に連結され得る可撓性ケーブルを備える。出力シャフト216290は、第1の関節運動駆動部216700と動作可能に係合される。第1の関節運動駆動部216700は、2つの並進可能な関節運動ドライバ216790を備え、これらの各々は、出力シャフト216290とねじ式係合された並進可能な駆動ナット216795に連結される。各駆動ナット216795は、出力シャフト216290内に画定された溝内に延在するピン又は突起を備え、出力シャフト216290の回転が駆動ナット216795を並進させるように回転しないように拘束される。使用中、出力シャフト216290は、外科用器具のエンドエフェクタを1つの方向の第1の関節運動ジョイントの周りで回転させるために第1の方向に回転され、エンドエフェクタを別の方向の第1の関節運動ジョイントの周りで回転させるために反対方向に回転される。出力シャフト216290内に画定されたねじ山は、駆動ナット216795及び関節運動ドライバ216790のうちの一方を遠位に押す一方で、他方の駆動ナット216795及び関節運動度ドライバ216790を近位に引くように構成されている。これにより、1つの駆動ナット及び関節運動ドライバ216795は、第1の関節運動ジョイントの周りでエンドエフェクタを関節運動させるのに十分であり得る。
上記に加えて、第2の駆動モータ216250は、回転可能な入力シャフトと、回転可能な入力シャフトに固定して装着された入力歯車216255と、を備える。第2のシフタモータ216260は、シフタシャフトと、シフタシャフトに回転可能に装着されたピニオン歯車216265、を備える。ピニオン歯車216265は、第2の駆動モータ216260の入力歯車216255と動作可能に噛み合っており、第2のシフタモータ216260によって第1、第2、及び第3の位置の間で並進可能である。ピニオン歯車215665がその第1の位置にあるときに、ピニオン歯車216265は、入力歯車216255及び回転可能な出力シャフト216270に固定して装着された出力歯車215675と動作可能に噛み合う。このような例では、第2の駆動モータ216250の回転は、回転可能な出力シャフト216270に伝達される。ピニオン歯車216265がその第2の位置にあるときに、ピニオン歯車216265は、入力歯車216255及び回転可能な出力シャフト216280に固定して装着された出力歯車216285と動作可能に噛み合う。このような例では、第2の駆動モータ216250の回転は、回転可能な出力シャフト216280に伝達される。ピニオン歯車216265がその第3の位置にあるときに、ピニオン歯車216265は、入力歯車216215及び回転可能な出力シャフト216290に固定して装着された出力歯車216295と動作可能に噛み合う。このような例では、第2の駆動モータ216250の回転は、回転可能な出力シャフト216290に伝達される。特に、ピニオン歯車216265は、2つ以上の出力歯車216275、216285、及び216295と一度に係合されず、結果として、第2の駆動モータ216250は、外科用器具の3つの別個の機能を駆動するために使用することができる。使用中、外科用器具のユーザ及び/又は外科用器具の制御システムは、第2のシフタモータ216260をシフトさせることによって、3つの機能を選択することができる。
上記に加えて、出力シャフト216270及び/又は出力シャフト216280は、ジョークランプ駆動部、例えば、ステープル発射駆動部及び/又は組織切断駆動部などの発射駆動システム、及び/又は例えば、エンドエフェクタ回転駆動部と動作可能に連結され得る。出力シャフト216290は、第2の関節運動駆動部216800と動作可能に係合される。第2の関節運動駆動部216800は、2つの並進可能な関節運動ドライバ216890を備え、これらの各々は、出力シャフト216290とねじ式係合された並進可能な駆動ナット216895に連結される。各駆動ナット216895は、出力シャフト216290内に画定されたねじ山又は溝内に延在するピン又は突起を備え、回転することにより、出力シャフト216290の回転が駆動ナット216895を変位させないように拘束される。使用時には、出力シャフト216290は、外科用器具のエンドエフェクタを1つの方向の第2の関節運動ジョイントの周りで回転させるために第2の方向に回転され、エンドエフェクタを別の方向の第1の関節運動ジョイントの周りで回転させるために反対方向に回転される。出力シャフト216290内に画定されたねじ山は、駆動ナット216895及び関節運動ドライバ216890のうちの一方を遠位に押す一方で、他方の駆動ナット216895及び関節運動度ドライバ216890を近位に引くように構成されている。これにより、1つの駆動ナット及び関節運動ドライバ216895は、第2の関節運動ジョイントを中心にエンドエフェクタを関節運動させるのに十分であり得る。
上で概説したように、第1の駆動モータ216210及び第1のシフタモータ216220は、一度にそれらの3つの機能のうちの1つのみを駆動するように構成されている。同様に、第2の駆動モータ216250及び第2のシフタモータ216260は、一度にそれらの3つの機能のうちの1つのみを駆動するように構成されている。これにより、駆動システム216200は、外科用器具が2つの機能を同時に実施できるように、第1の駆動モータ216210及び第2の駆動モータ216250を同時に動作させるように構成されている。例えば、第1の駆動モータ216210は、駆動シャフト216290を介して第1の関節運動ジョイントの周りでエンドエフェクタを関節運動させることができ、一方、第2の駆動モータ216250は、駆動シャフト216290を介してエンドエフェクタを第2の関節運動ジョイントの周りで関節運動させることができる。同様に、第1の駆動モータ216210は、シャフト216500を長手方向軸の周りで回転させることができ、一方、第2の駆動モータ216250は、長手方向軸の周りでエンドエフェクタを回転させる。しかしながら、いくつかの例では、駆動システム216200の制御システムは、2つのエンドエフェクタの機能が同時に実施されることを防止するように構成され得る。少なくとも1つのこのような例では、制御システムは、ステープル発射ストロークが実施されている間に、エンドエフェクタが開放されるのを防止するように構成されている。
上記に加えて、第1のシフタモータ216220は、駆動シャフトを第1の駆動モータ216210と動作可能に連結するときに、2つの非連結駆動シャフトをロックアウトするように構成され得る。少なくとも1つのこのような例では、第1のシフタモータ216220の並進可能なシャフトは、上部に画定されたロックを備えることができ、このロックは、2つの非連結駆動シャフトと係合して、それを定位置にロックするように構成されている。少なくとも1つの例では、第1のシフタモータ216220は、駆動シャフト216290と第1の駆動モータ216210とを動作可能に係合するときに、駆動シャフト216230及び216240をロックする。同様に、第2のシフタモータ216260は、駆動シャフトと第2の駆動モータ216250とを動作可能に連結するときに、2つの非連結駆動シャフトをロックアウトするように構成され得る。少なくとも1つのこのような例では、第2のシフタモータ216260の並進可能なシャフトは、上部に画定されたロックを備え、このロックは、2つの非連結駆動シャフトと係合して、それを定位置にロックするように構成されている。少なくとも1つの例では、第2のシフタモータ216260は、駆動シャフト216290と第2の駆動モータ216250とを動作可能に係合するときに、駆動シャフト216270及び216280をロックする。このような例では、エンドエフェクタの機能は駆動されていないか、確実に無効化されるか、又はロックアウトされる。これにより、エンドエフェクタ機能が、駆動モータと共に使用又は駆動モータに連結されていないときにロックアウトされる必要がない実施形態が想定される。いずれにしても、第1のシフタモータ216220及び/又は第2のシフタモータ216260は、例えば、それらのシャフトの長手方向変位を生成するためのソレノイドを備えることができる。
上で概説したように、駆動システム215200は、4つの器具機能を駆動するように構成され、駆動システム216200は、6つの器具機能を駆動するように構成されている。これにより、本明細書に開示される器具のための駆動システムは、例えば、6つを超えるエンドエフェクタ機能など、任意の好適な数の機能を駆動するように構成され得る。
上記に加えて、外科用器具のモータ制御システムは、外科用器具の1つ又は2つ以上のモータの動作を適合させることができる。図85を参照すると、外科用器具215000は、外科用器具215000のモータ制御システムと通信する歪みゲージ回路215900を備える。歪みゲージ回路215900は、シャフト215500のシュラウド又はハウジング215510に装着された歪みゲージ215910を備える。歪みゲージ215910は、基部215920と、基部215920上の第1の電気接点215930と、第1の電気接点215930と電気的に導通する回路状電気回路215940と、電気回路215940と電気通信する第2の電気接点215950と、を備える。電気接点215930及び215950は、例えば、歪みゲージ215910をモータ制御システムと通信するように配置するために、導電性ワイヤ及び/又はトレースにはんだ付けされ、かつ/又は他の方法で電気的に連結されるように構成さている。電気回路215940は、以下により詳細に記載されるように、歪みゲージ215910が伸張及び/又は圧縮されるときに、その抵抗が変化する、薄い導電性ワイヤから構成されている。
再び図85を参照すると、歪みゲージ215910の基部215920は、シュラウド215510が張力下に配置されるときに、歪みゲージ215910が伸長し、シュラウド215510が圧縮されるときに収縮するように、シュラウド215510に装着される。図85Aを参照すると、電気回路215940の抵抗は、歪みゲージ215910が、モータ制御システムによって検出可能な長手方向軸Lに沿って張力状態に配置されるときに変化し、すなわち増加する。同様に、図85Bを参照すると、電気回路215940の抵抗は、歪みゲージ215910が長手方向軸Lに沿って圧縮されるときに変化し、すなわち減少し、これもモータ制御システムによって検出可能である。電気回路215940の抵抗の変化は、歪みゲージ215910の位置においてシュラウド215510によって経験される歪みに比例するか、又は少なくとも実質的に比例する。様々な例では、シャフトシュラウド215510における歪みの増加は、何らかの方法で患者組織が過剰に応力を受けていることを示し得る。この情報を使用して、外科用器具215000のモータ制御システムは、外科用器具215000の電気モータの性能を変更することができる。例えば、歪みゲージ回路によって検出された歪みが、モータ制御システムのメモリ及び/又はプロセッサに記憶された所定の値、又は閾値を超えるときに、モータ制御システムは、その時点で、動作しているモータ(複数可)を減速させることができる。少なくとも1つのこのような例では、モータ制御システムは、歪み閾値を超えるときに、ステープル発射ストロークを駆動する電気モータを減速させることができる。他の例では、モータ制御システムは、例えば、歪み閾値を超えるときに、クリップ形成ストロークを駆動する電気モータ、又は縫合糸ストロークを駆動する電気モータを減速させることができる。様々な例では、モータ制御システムは、例えば、エンドエフェクタを閉鎖又はクランプする、及び/又はエンドエフェクタを関節運動させる電気モータを減速させることができる。
上記に加えて、外科用器具215000のモータ制御システムは、1つ又は2つ以上の電気モータの速度を適応的に制御することができる。モータ制御システムは、電気モータの速度を制御するための1つ又は2つ以上のパルス幅変調(PWM)回路、及び/又は任意の他の好適な電力制御回路を備える。PWM回路は、所望の速度で電動モータを駆動するために、電気モータに電圧パルスを印加するように構成されており、長い電圧パルスは電気モータをより速い速度で駆動し、短い電圧パルスは電気モータをより遅い速度で駆動する。様々な例では、モータ制御システムは、電気モータの速度を制御するための1つ又は2つ以上の周波数変調(FM)回路及び/又は電圧変換回路を備える。FM回路は、より速い速度及び/又はより低い周波数で電気モータを駆動して、より低速で電気モータを駆動するために、より高い周波数でモータに電圧パルスを印加することができる。PWM回路及びFM回路は、一定又はほぼ一定の大きさで電気モータに電圧電位を断続的に印加するように構成されている。しかしながら、電気モータによって送達される電力を調整するために電圧電位の大きさを変化させることもできる様々な実施形態が想定される。可変抵抗回路は、例えば、電気モータに印加される電圧の大きさを変化させるために使用することができる。
モータの速度を制御するために外科用器具215000の電動モータに供給される電圧を適応させることに加えて、又はその代わりに、電気モータに送達される電流は、電気モータによって送達される駆動力を制御するように適合され得る。この目的のために、外科用器具は、1つ又は2つ以上のモータ電流制御回路を含むことができる。
歪みゲージ215910は、長手方向軸Lに沿った歪みを測定するのに十分に適した軸方向歪みゲージである。しかしながら、1つの歪みゲージ215910は、シュラウド215510内に発生する歪みの完全な理解を提供しない場合がある。異なる方向に配向された歪みゲージ215910に隣接して位置付けられた追加の歪みゲージは、その位置で発生する歪みに関する追加のデータを提供することができる。例えば、別の歪みゲージは、例えば、横方向軸Tに沿って、及び/又は長手方向軸Lに対して45度の角度で、歪みゲージ215910に直交して位置付けられてもよい。2つ以上の歪みゲージが単一の歪みゲージ基部上に提供される様々な実施形態が想定される。このような構成は、特定の位置における歪みのより高い分解能を提供することができる。上述されたように、任意の好適な歪みゲージを使用することができる。例えば、容量性歪みゲージ、半導体歪みゲージ、ナノ粒子歪みゲージ、及び/又は光ファイバ歪みゲージを使用することができる。
上述されたように、1つ又は2つ以上の抵抗歪みゲージが表面に接合されて歪みを測定するときに、歪みゲージは、図85Cに示されるように、ホイートストンブリッジ回路内に構成することができる。ホイートストンブリッジは、静的又は動的電気抵抗の測定に使用される分割ブリッジ回路である。ホイートストンブリッジの出力電圧は、多くの場合、ボルト入力当たりミリボルト出力で表される。図85Cを参照すると、R1、R2、R3、及びR4が等しい場合、点Aと点Cとの間に電圧VINが印加され、点Bと点Dとの間の出力は電位差を示さないことになる。しかしながら、R4がR1、R2、及びR3に等しくないいくつかの値に変化する場合、ブリッジは不均衡になり、電圧は出力端子に存在することになる。Gブリッジ構成では、可変歪みセンサは抵抗Rgを有し、他方のアームは、固定値抵抗器である。
しかしながら、歪みゲージセンサは、ホイートストンブリッジの1つ、2つ、又は4つのアームを占有することができる。回路(VOUT)の総歪み又は出力電圧は、R1及びR4、又はRgにわたる電圧降下の差に等しい。ブリッジは、R1/R2=Rg/R3のときに均衡されているとみなされ、したがって、VOUTはゼロに等しい。感知グリッドの抵抗の任意の小さい変化により、ブリッジは均衡を崩し、このことは歪みの検出に適している。Rgが唯一の能動歪みゲージであるようにブリッジが設定されている場合、Rgの小さな変化は、ブリッジからの出力電圧をもたらす。
ブリッジに接続されるべき能動歪みゲージの数は、用途に依存する。例えば、外科用器具ハウジング又はシュラウドの両側にある歪みゲージは、一方が圧縮状態で、他方が緊張状態で接続することが有用であり得る。この構成では、同じ歪みのブリッジ出力が効果的に2倍になる。ホイートストンブリッジのアームの4つ全てが歪みゲージに接続される設置では、温度変化による抵抗変化がホイートストンブリッジの4つのアーム全てに対して同じになるため、温度補正は自動的に行われる。
4要素のホイートストンブリッジでは、上記に加えて、通常、2つのゲージが圧縮状態で、2つゲージが緊張状態で配線されるが、任意の好適な構成を使用することができる。例えば、R1及びR3が緊張状態(正)であり、R2及びR4が圧縮状態(負)である場合、出力は、別個に測定された全ての歪みの合計に比例する。ホイートストンブリッジの隣接する脚部に位置するゲージについては、ブリッジは歪みの差に比例して不均衡になる。ホイートストンブリッジの反対側の脚部上のゲージについて、ブリッジは、歪みの合計に比例して均衡になる。曲げ歪み、軸方向歪み、剪断歪み、又はねじり歪みが測定されているかどうかに関わらず、歪みゲージの構成は、測定される歪みの出力と歪みのタイプとの間の関係を決定する。図85Cに示されように、ゲージR2及びR3上で正の引張歪みが発生し、負の歪みがゲージR1及びR4によって経験される場合、全出力VOUTは、単一のゲージの抵抗の4倍である。
他の歪みゲージ回路は、上述されたホイートストンブリッジに加えて、又はその代わりに使用することができる。例えば、定電流及び/又は定電圧構成を使用することができる。
上で概説したように、1つ又は2つ以上の歪みゲージによってモータ制御システムに提供されるデータを使用して、外科用器具の1つ又は2つ以上の電気モータの動作を修正することができる。電気モータを減速させることに加えて、又はその代わりに、モータ制御システムは電気モータを停止させることができる。少なくとも1つの例では、モータ制御システムは、測定された歪みが第1の閾値を超えるときにモータ制御システムが電気モータを減速させるが、測定された歪みが第2の値、又はより高い閾値を超えるときに、電気モータを停止する。特定の例では、モータ制御システムは、測定された歪みが第1の閾値を超え、測定された歪みが第2の閾値、又はより高い閾値を超えるときに、電気モータを更に減速させる。様々な例では、モータ制御システムは、測定された歪みが、それが超えた1つ又は2つ以上の閾値を下回るときに、電気モータの速度を上げ、かつ/又は電気モータの元の速度に戻すように構成され得る。いずれの場合も、モータ制御システムは、高歪み状態への適切な反応を判定することに関して、器具外の外科用ハブから追加のデータを受信するように構成されている。更に、モータ制御システムは、歪みデータを格納及び/又は分析し、上昇した歪み状態への適切な反応に関する戻り信号を発することができる外科用ハブにデータを送信するように構成されている。この目的のために、外科用器具215000は、無線信号送信機及び無線信号受信機を備える。しかしながら、ハードワイヤによる実施形態も想定される。
上記に加えて、正確な歪み読み取り値を取得することが重要であることを理解されたい。これにより、外科用器具215000を取り囲む環境は、歪みゲージ読み取り値の精度に影響を及ぼし得る。とりわけ、歪みゲージ215910及び/又は歪みゲージ215190の下にある基板の温度の変化は、歪みゲージの読み取り値に影響を及ぼし得る。この目的のために、外科用器具215000は、歪みゲージ215910の温度を制御するための温度制御システムを含むことができる。使用中、温度制御システムは、歪みゲージ215910を加熱及び/又は冷却して、歪みゲージ215910の温度を所望の温度又は所定の温度に対して制御するように構成されている。少なくとも1つの実施形態では、温度制御システムは、歪みゲージ215190及び/又は歪みゲージ215190の下にある基板を加熱する抵抗加熱電気回路を備える。温度制御システムは、例えば、歪みゲージ215190及び/又は歪みゲージ215190の下にある基板を冷却するための、二酸化炭素冷凍回路などの作動流体冷凍回路を含むことができる。歪みゲージの温度又は温度変化を評価するために、歪みゲージは、モータ制御システムと信号通信している歪ゲージの基板上の温度センサを含むことができる。あるいは、温度センサは、歪みゲージに隣接していてもよい。いずれの場合も、モータ制御システムは、温度センサからのデータを使用して、上述された加熱及び/又は冷却システムを動作させることができる。歪みゲージを能動的に加熱及び/又は冷却することに加えて、又はその代わりに、モータ制御システムは、温度センサから受信したデータを考慮して歪みゲージからのデータを調節することによって温度の上昇を調節又は補償することができる。少なくとも1つの例では、歪みゲージの電圧を下にある基板によって経験される歪みに関連付ける曲線は、歪みゲージの温度の変化に対して調節することができる。
多くの例では、上記に加えて、測定歪みは、外科用器具が経験している力を判定するための優れたプロキシである。これにより、このような歪み測定値は、このような力を直接測定しない。様々な実施形態では、外科用器具215000は、力を直接測定するために歪みゲージ215910に隣接して位置付けられた1つ又は2つ以上の力センサを備える。少なくとも1つの例では、力センサは、歪みゲージ215910の長手方向軸に平行であるか、又は少なくとも実質的に平行である軸に沿って伸張及び/又は収縮されるばね要素を備える。力センサは、モータ制御システムと通信し、結果として、モータ制御システムは、歪みゲージデータ及び力センサデータの両方を使用して、外科用器具モータの動作を適合させることができる。
上記に加えて、外科用器具215500のシャフトシュラウド215510内の歪み及び/又は力は、外科用器具215500の動作を制御するように測定可能である。様々な例では、シャフトシュラウド215510内の上昇した歪み及び/又は力の読み取り値は、外科用器具215500のシャフトが患者の組織に押し付けられ得ることを示唆する。臨床医に患者組織に加えられている力を認識させるために、外科用器具215500は、シャフトシュラウド215510内の歪みゲージによって測定された歪み及び/又は力ゲージによって測定された力が閾値レベルを超えたときに制御システムによって起動される、外科用器具215500の制御システムと通信しているインジケータを更に備える。インジケータは、例えば、可視フィードバックを生成するように構成された光、聴覚フィードバックを生成するように構成されたスピーカ、触覚フィードバックを生成するように構成された振動モータ、及び/又はディスプレイスクリーン上のアイコンを備えることができる。特定の例では、制御システムは、歪み閾値を超えたときに、外科用器具215500内のモータ又はモータの速度を減少することができる。このように電気モータを制御することにより、例えば、外科用器具215500の一部が関節運動及び/又は回転しているときに、外科用器具215500が過度に偏向し、かつ/又は破断することを防止することができる。少なくとも1つの例では、歪みゲージ及び/又は力センサは、例えば、フレックス回路などの外科用器具215500内の回路基板の上及び/又はその中に配置され得る。このような例では、結果として、回路、特に外科用器具のハウジングに装着された回路内の過剰な力負荷及び/又は偏向を防止することができる。これにより、回転可能なシャフト及び/又は並進可能な駆動部材などの移動構成要素内の歪み及び/又は力も測定することができる。このような構成により、モータ制御システムは、外科用器具215500の駆動システム内の歪み及び/又は力を直接評価し、電気モータ及び/又は駆動構成要素が過剰に応力を受けることを防止することができる。
上述されたように、外科用器具は、任意の好適な位置に歪みゲージを利用することができる。様々な例では、歪みゲージ回路は、エンドエフェクタのジョー上に位置付けられた歪みゲージを備えることができる。とりわけ、このような歪みゲージは、特にジョーの遠位端に位置付けられたときに、ジョーの偏向を検出することができる。このようなデータにより、モータ制御システムは、例えば、過剰に屈曲したジョーに適応するように外科用器具の動作を適応させることができる。少なくとも1つのこのような例では、モータ制御システムは、例えば外科用ステープラのナイフなどの遠位に移動可能な組織切断ナイフを駆動するために使用される電気モータを減速させることができる。使用中、ジョーは、組織がエンドエフェクタのジョー間に捕捉されるときに弾性的に偏向するが、ジョーは、可塑的に又は恒久的に偏向し得る。ジョー上に位置付けられた歪みゲージは、ジョーがクランプされていないときにジョーが恒久的に損傷したことをモータ制御システムが検出することを可能にする。恒久的な損傷が閾値を上回る場合、モータ制御システムは、何らかの方法で外科用器具の機能性を制限し、かつ/又は外科用器具が損傷を受けたことをユーザに示し、かつ/又は損傷の程度を示すことができる。
上記に加えて、歪みゲージ回路の歪みゲージを、ステープルカートリッジを支持する外科用ステープラのジョーに配置することができる。外科用ステープラのジョーがクランプされるときに、歪みゲージは、カートリッジジョー内の歪みを検出することができ、これによりジョーの偏向を明らかにすることができる。これらの線に沿って、ジョーの偏向は、ジョー間の距離、すなわち組織のギャップを明らかにすることができる。この情報により、モータ制御システムは、ジョー間の組織の厚さを評価し、組織切断ナイフを駆動する駆動モータの速度を制御することができる。例えば、モータ制御システムは、組織が厚いときに駆動モータを減速させることができ、かつ/又は組織が薄いときに駆動モータを減速させることができる。上記に加えて、又はその代わりに、歪みゲージ回路の歪みゲージを組織切断ナイフ上に配置することができる。このような歪みゲージは、組織の厚さ及び/又は密度に関するデータをモータ制御システムに提供することができる。上記と同様に、モータ制御システムは、例えば、組織が高密度であるときに駆動モータを減速させることができ、かつ/又は組織が低密度であるときに駆動モータを加速させることができる。更に、モータ制御システムは、測定された歪みが閾値に到達したときにエンドエフェクタのジョーを閉鎖する駆動モータを停止及び/又は一時停止することができる。多くの例では、クランプされた組織内の流体は、エンドエフェクタが最初にクランプされた後にエンドエフェクタ内の組織から流出する時間を必要とし、歪みが閾値を下回る場合、モータ制御システムは、閉鎖駆動モータを再び始動して組織を所望の量だけ圧縮するように構成され得る。このような歪みゲージは、例えば、エンドエフェクタジョー及び/又は閉鎖駆動部材のうちの1つに配置され得る。
本明細書に記載される外科用器具は、図82Cに示されるトロカール219900などのトロカールを通して患者に挿入可能である。トロカールは、そこを通って延在する長手方向開口部219920を備える長尺シャフト219910と、患者の切開部を通って押されるように構成された鋭い遠位端219930と、外科用器具Sを受容するように構成された封止可能ポート又は開放部を備える近位端219940と、を備えることができる。使用中、外科用器具は、封止可能ポートを通って、長手方向開口部内に通過し、患者の体腔内に入る。封止可能ポートは、トロカールを通る患者の体腔からの送気ガスの流れを防止するか、又は少なくとも減少するように構成された封止部を備える。封止部は、それ自体を、閉鎖した、又は少なくとも実質的に閉鎖した構成に付勢するように構成されている。外科用器具が封止可能ポートを通って延在する場合であっても、封止部は外科用器具の側部に対して付勢されて、それらの間に封止された、又は少なくとも実質的に封止されたインターフェースを形成する。使用中、トロカールは切開部内で配向可能であり、外科用器具が体腔内で適切に配向されることを可能にする。様々な例では、外科用器具を使用する臨床医は、外科用器具を所望の方向に押すか又は引いて外科用器具を配向し、このような実施形態では、外科用器具は、トロカールも配向させる長手方向開口部の側壁に接触する。
様々な例では、上記に加えて、トロカールは、トロカールが外科用器具によって配向されたときに患者組織に力を加える。過剰な力は、組織を挟み、傷つけ、かつ/又は他の方法で損傷する可能性がある。この目的のために、トロカールは、外科用器具によってトロカールに印加された力を検出するように構成及び位置付けられた1つ若しくは2つ以上の力センサ回路及び/又は1つ若しくは2つ以上の歪みゲージ回路を備えることができる。様々な例では、力センサ回路は、例えば、トロカールの長手方向開口部内に位置付けられたリボンなどの可撓性基板に埋め込まれる。少なくとも1つのこのような例では、可撓性基板は、トロカールシャフトの内周の周囲に延在し、例えば、1つ又は2つ以上の接着剤によってトロカールシャフトに取り付けられる。力センサ回路は、外科用器具がトロカールに押し付けられたときに外科用器具によって圧縮される、可撓性基板内に支持される1つ又は2つ以上の変換器を備える。圧電変換器などの変換器は、例えば、機械エネルギーを電気エネルギーに変換し、変換器が外科用器具とトロカールの側壁との間で圧縮されるときに、力センサ回路は電圧電位を生成する。トロカールは、力センサ回路と電気的及び/又は信号通信を行う制御システムを更に備え、この制御システムは、力センサ回路内の変換器によって生成された電圧電位、及び電圧電位の大きさを検出するように構成されている。
上記に加えて、トロカールの制御システムは、アルゴリズムを使用して、力センサ回路からの電圧電位が1つ又は2つ以上の閾値を超えるかどうかを判定する。トロカールは、制御システムと通信する、例えば、光、スピーカ、及び/又は偏心モータなどの少なくとも1つの触覚フィードバック生成器を更に備え、電圧電位が力センサ回路を形成して所定の閾値を超えると、制御システムは触覚フィードバック生成器を作動させて、外科用器具を介してトロカール及び患者組織に過剰な力を加えている可能性があることを臨床医に示すようにすることができる。
上記に加えて、トロカールは、トロカールの制御システムと通信する無線信号送信機を備えることができる。無線信号送信機は、特に閾値を超えたときに、力センサ回路に関するデータを含む1つ又は2つ以上の信号を放出するように構成されている。トロカールを通して挿入された外科用器具は、トロカールからの無線信号を受信し、信号又は信号によって送信されたデータを器具制御システムに中継するように構成された、外科用器具の制御システムと通信する無線信号受信機を備えることができる。外科用器具は、制御システムと通信する、例えば、光、スピーカ、及び/又は偏心モータなどの少なくとも1つの触覚フィードバック生成器を更に備え、力センサ回路からの電圧電位が所定の閾値を超えると、器具制御システムは触覚フィードバック生成器を作動させて、外科用器具を介してトロカール及び患者組織に過剰な力を加えている可能性があることを臨床医に示すようにすることができる。
上記に加えて、トロカール及び外科用器具は、外科用ハブシステムの一部であり得る。様々な例では、トロカール及び外科用器具は、上述されたように、直接通信するのではなく、外科用ハブシステムと通信する。
トロカールの力センサ回路を使用して、外科用器具に関する他の情報を評価することができる。少なくとも1つの例では、トロカール制御システムは、1つ又は2つ以上の力センサ回路の電圧電位が変化するときに、外科用器具がトロカール内に存在すると判定することができる。様々な例では、トロカール制御システムは、外科用器具が押される方向を判定することができる。トロカールの一方の側方側にある力センサ回路が電位を変化させ、トロカールの反対側の側方の力センサ回路が電圧電位を変化させないとき、又はより低い電圧電位変化を有するときに、トロカール制御システムは、外科用器具が押される方向を判定することができる。特定の例では、トロカールは、トロカール内の外科用器具の配向を評価するために使用され得る変換器の近位セット及び変換器の遠位セットを備えることができる。トロカールの第1の側方側にある近位変換器が、トロカールの第2の側方側、つまり反対側にある近位変換器よりも高い電圧電位を有し、第2の側方側にある遠位変換器が、第1の側方側にある遠位変換器よりも高い電圧電位を有するときに、トロカール制御システムは、例えば、外科用器具が患者内で第2の方向に配向されていることを判定することができる。このような近位及び遠位変換器はまた、外科用器具がトロカール及び/又は患者組織に印加されるトルクを評価するためにも使用され得る。
上記に加えて、トロカール内の回路及び外科用器具内の回路は、誘導的に連結され得る。様々な例では、1つ又は2つ以上のトロカール回路は、トロカールシャフトの周囲に延在する巻線を備え、トロカール内に場を生成し、これは外科用器具内の1つ又は2つ以上の回路と相互作用する。少なくとも1つのこのような例では、トロカール回路は、例えば、トロカールハウジング内に埋め込まれた銅ワイヤを備え、外科用器具回路は、外科用器具のシャフトを通って延在する銅ワイヤを備える。このような例では、トロカールは、この誘導的な連結を介して外科用器具に電力を送信し、かつ/又は無線データ信号を手術器具に送信することができる。トロカールは、それ自体に電源を有することができ、かつ/又は手術室内の外科用ハブシステムから電力を受け取ることができる。あるいは、外科用器具の回路は、電力及び/又は無線信号データをトロカールに通信するように構成及び配置され得る。このような例では、センサ、制御システム、及び/又は触覚フィードバック生成器は、トロカール内に位置付けられた外科用器具によって電力供給され得る。特定の例では、トロカールは、所定の時間の期間に使用されなかった後で、低電力モード又はスリープモードに入ることができる。トロカール内への外科用器具の挿入は、これらの誘導回路を介してトロカール制御システムによって検出することができ、これにより、トロカールをフルパワー又はウェイクモードに入れることができる。トロカールへの外科用器具の挿入は、これらの誘導回路を介して器具制御システムによって検出することができ、これにより、器具をフルパワー又はウェイクモードに入れることができる。
いずれの場合も、トロカールと外科用器具との間の相互作用に関する上記の説明は、ロボット外科用システムによって動作される手持ち式外科用器具及び/又は外科用器具の両方に適用可能である。
図86を参照すると、外科用器具215000はモータ制御システム215700を備える。モータ制御システム215700は、第1の回路基板すなわちフレックス回路215710を備え、以下により詳細に記載されるように、第2の回路基板、すなわちプリント回路基板(PCB)215720を備える。フレックス回路215710は、非導電性可撓性基板と、非導電性可撓性基部の中及び/又はその上に画定された導電性電気トレースを含む、可撓性基板を備える。フレックス回路215710は、輪郭付け可能であり、ハンドルハウジング215110の内面に対して適合するように輪郭付けされている。ハンドルハウジング215110の内面は概ね凹状であり、フレックス回路215710は、ハンドルハウジング215110の凹状構成と一致するように屈曲されている。しかしながら、これにより、フレックス回路215710は、ハンドル215100内の任意の好適な構成に適合するように輪郭付け可能である。
可撓性基部は、例えばポリイミド及び/又はポリエーテルエーテルケトン(PEEK)で構成され、任意の好適な数の層を備えることができる。導電トレースは、例えば、銅、銀、及び/又は導電性ポリエステルから構成される。導電トレースは、可撓性基部の層間に位置付けられ、かつ/又は可撓性基部内に埋め込まれ、フレックス回路215710上の特定の所定の位置に露出される。導電トレースの露出部分は、例えばスズ及び/若しくは銀などのはんだコーティング、並びに/又は有機フラックスなどのフラックスコーティングで少なくとも部分的に被覆される。フレックス回路215710は、その表面に装着された電子構成要素を更に備える。これらの表面実装電子構成要素は、はんだ付け接続を介してフレックス回路215710の導電トレースの露出部分に機械的及び電気的に取り付けられる。表面実装電子機器は、例えば、リフローはんだ付けプロセスを使用して、フレックス回路215710に迅速に組み立てることができる。表面実装構成要素に加えて、又はその代わりに、フレックス回路215710は、貫通孔電気接点を有する電子部品を含むことができる。このような例では、導電トレースは、電子デバイスから延在する電気接点又はピンを受容するように構成された開口部又は貫通孔を含む。これらのピンは、例えば、リフローはんだ付けプロセス及び/又は波はんだ付けプロセスを使用して、導電トレースにはんだ付けすることができる。はんだ付けされた電気的接続に加えて、電子構成要素は、可撓性基部に機械的に取り付けられて、はんだ付けされた接続部が過剰に応力を受ける可能性を減少することができる。
上記に加えて、フレックス回路215710は、フレックス回路215710の底面がハンドルハウジング215110に適合されるように、1つ又は2つ以上の接着剤を使用してハンドルハウジング215110に装着される。フレックス回路215710はまた、ハンドルハウジング215110内に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。少なくとも1つのこのような例では、ハンドルハウジング215110は、フレックス回路215710の少なくとも一部分の上に射出成形されるプラスチックから構成される。特定の例では、導電トレースは、フレキシブル回路基板を使用せずに、ハンドルハウジング215110に直接取り付けられ、かつ/又はハンドルハウジング215110内に埋め込まれ得る。例えば、導電トレース215760は、電気接点215160と電気通信するハンドルハウジング215510上に画定される。ハンドルハウジング215110の側面が一緒に組み立てられると、ハンドルハウジング215110の一方の側面の電気接点215160は、他方の側面の対応する電気接点に電気接続される。いずれにしても、導電トレースは、導電トレースへの電気的接続を行うことができるように、導電トレースの露出された部分を有する。
使用中、上記に加えて、電源215300は、モータ制御システム215700に電力を供給する。電源215300は、1つ又は2つ以上の直流(DC)電池を含むが、例えば、交流(AC)電源などの任意の好適な電源を備えることができる。電源215300は、電気ワイヤ又は導体215750を介してモータ制御システム215700に所望の電圧電位を提供する電圧変換回路を備えることができる。特に、導体215750は、モータ制御システム215700の第2の回路基板215720に接続されている。第2の回路基板215720はカードを備え、第1の回路基板215710に接続されている。ただし、第2の回路基板215720は、任意の好適な構成を備えることができる。図87を参照すると、第2の回路基板215720は、ハンドルハウジング215110内に画定されたカードスロット215120に挿入可能である。カードスロット215120は、第2の回路基板215720がそこに挿入されると、第2の回路基板215720がハンドルハウジング215110に対して移動しないか、又は少なくとも実質的に移動しないように、第2の回路基板215720を確実に受容するように構成されている。カードスロット215120は、その壁上に装着された電気接点215130及び215140を備え、電気接点215130及び215140は、導電トレース215150を介してフレキシブル回路基板215710と通信する。第2の回路基板215720がカードスロット215120内に着座すると、電気接点215130及び215140は、第2の回路基板215720上の電気接点215730及び215740にそれぞれ電気的に連結される。
上記に加えて、第2の回路基板215720は、基板と、基板上に位置付けられた電子構成要素と、を含むカードを備える。基板は、複数の剛性非導電層と、非導電性層の中間及び/又は上に位置付けられた複数の導電トレースを備えるプリント回路基板(PCB)を含む。第2の回路基板215720の剛性により、導電トレースは、第2の回路基板215720の材料を過熱することなく、トレースが大きな電力負荷を搬送することを可能にする厚さ及び/又は幅であり得る。上記と同様に、第2の回路基板215720は、表面実装電子構成要素及び/又はトレースに取り付けられ、トレースに装着され、かつ電気的に連結された貫通孔ピン電子構成要素を備え、これらの両方は電子構成要素215725として示されている。上記の結果、第2の回路基板215720は、電源215300と外科用器具215000の電気モータとの間で、しばしばかなり高い電気的負荷を伝達するのに好適である。したがって、第1の回路基板215710は、PCBよりも薄く、より低い電力負荷を伝達するのに適したフレックス回路を備えることができる。これにより、フレックス回路は、任意の好適な電力負荷を搬送するように設計することができ、例えば、外科用器具215000内の任意の好適な用途に使用することができる。
上記を考慮すると、第1の回路基板215710は、低電力回路を有し、高電力回路を有するように設計された第2の回路基板215720よりも低い電力負荷を伝達するように設計されている。低電力回路としては、例えば、ハンドル215100及び/又は歪みゲージ回路上の入力に応答する回路などの、信号回路及び/又はセンサ回路が挙げられる。高出力回路としては、例えば、PWM及び/又はFM制御回路を備え得るモータ制御回路が挙げられる。他の高出力回路は、例えば、エンドエフェクタ内に定在波を生成するように構成された無線周波数(RF)生成器回路及び/又は変換器駆動回路を含む。
上記に加えて、第1の回路基板215710及び/又は第2の回路基板215720は、例えば、外科用器具215000の動作、状態、及び/又は条件に関するデータを記憶するように構成されたメモリデバイスを備える。図82A及び図82Bを参照すると、第1の回路基板215710は、メモリデバイスに記憶されたデータにアクセスするために臨床医によって使用され得る、少なくとも1つのデータアクセス端子及び/又は接点215170を備える。この目的のために、ハンドルハウジング215110は、コネクタ及び/又はプローブ215880がそこを通って挿入されて、データアクセス端子215170に動作可能に接続することを可能にするように構成されたアクセスポート215180を備える。アクセスポート215180は、例えばゴムから構成されるエラストマー部分と、エラストマー部分を通って延在する封止されているが開放可能な開口部と、を含む封止部を備える。開口部は、封止部のエラストマー材料によって閉鎖されるか、又は少なくとも実質的に閉鎖されるように付勢され、プローブ215880が開口部を通って挿入されることを可能にするように開放可能である。プローブ215880がアクセスポート215180から引き出されると、封止部はそれ自体を再封止することができる。
上記に加えて、又はその代わりに、ハンドルハウジング215110は、例えば、電気プローブによって穿孔されるように構成された穿孔可能部分を備える。穿刺可能部分は、ハンドルハウジング215110の薄い部分を備えることができ、薄い部分は、電気プローブによって容易に穿孔されて、ハンドルハウジング215110内の回路基板及び/又はモータ制御システムにアクセスすることができる。少なくとも1つの例では、ハンドルハウジング215110は、ハンドルハウジング215110が穿孔され得る場所を示す境界線を備える。少なくとも1つの例では、境界線は、例えば、ハンドルハウジング215110上の着色されたゾーンを備える。
図88及び図89を参照すると、シャフトアセンブリ215500’は、多くの点でシャフトアセンブリ215500と類似している。シャフトアセンブリ215500と同様に、シャフトアセンブリ215500’は、例えば、ハンドル215100などのハンドルとの回転可能なインターフェースを形成し、これにより、シャフトアセンブリ215500’が長手方向軸の周りで回転することを可能にする。シャフトアセンブリ215500’は、シャフトハウジング、すなわちシャフトハウジング215510’の全周の周囲に延在し、環状電気接点215520’を備える、シュラウド215510’の内部に装着されたフレックス回路を備える。ハンドルは、プリント回路基板(PCB)215710’を含むモータ制御システム215700’を備える。PCB 215710’は、環状電気接点215520’と係合し、それと電気通信する電気接点215720’を備える。各電気接点215720’は、PCB 215710’内に着座している基部と、電気接点215720’が、シャフトアセンブリ215500’がハンドルに対して回転される位置にかかわらず、環状電気接点215520’と電気通信するように、環状電気接点215520’と係合するように付勢された柔軟部材又はばね部材と、を備える。シャフトアセンブリ215500’は、電気接点215520’を電気モータ215200’と電気通信させるワイヤ又は導体215530’を更に備える。上記の結果、シャフトアセンブリ215500’内の電気モータ215200’は、ハンドル内の電源によって給電され得る。更に、電気接点215520’と215720’との間のインターフェースは、シャフトアセンブリ215500’とハンドルとの間で信号を送信することができる。このような構成は、ハンドル内のモータ制御システムが、例えば、シャフトアセンブリ215500’内の歪みゲージ及び/又は力センサなどの1つ又は2つ以上のセンサと通信することを可能にすることができる。
図90を参照すると、ハンドル217100は、多くの点でハンドル215100と類似している。とりわけ、ハンドル217100は、ハンドルハウジング217110と、少なくとも1つの電気モータ及びモータ制御システムを備える駆動システムと、モータ制御システムに電力を供給するように構成された取り外し可能な電池217300と、作動されると、ハンドル217100に取り付けられたシャフトアセンブリのエンドエフェクタを閉鎖する作動トリガ217400と、を備える。様々な例では、電気モータは、例えばエンドエフェクタを閉鎖するなど、1つのエンドエフェクタ機能を駆動するように構成されている。他の電動機能が必要とされる限り、このような例では、ハンドル217100は、他のエンドエフェクタ機能を駆動するように構成された他の駆動モータを含むことができる。あるいは、上述されたように、駆動モータを使用して、2つ以上のエンドエフェクタ機能を駆動することができる。
再び図90を参照すると、ハンドル217100は、ハンドル217100のモータ制御システムと通信する制御部217140、217150、及び217160を更に備える。制御部217130は、ハンドル217100内の電気モータを動作させるように作動可能であり、ハンドル217100は、ハンドル217100に取り付けられたシャフトアセンブリの長手方向軸に対してエンドエフェクタを関節運動させる。図92を参照すると、制御217130は、ボタンシェル217132を含むロッカボタンを備える。ロッカボタンシェル217132は、ロッカボタンシェル217132内に画定された凹溝217135によって分離される第1のシェル部分217131及び第2のシェル部分217133を備える。制御部217130は、第1のシェル部分217131に取り付けられ、かつ/又は第1のシェル部分217131に埋め込まれた第1の歪みゲージ回路217137と、第2のシェル部分217133に取り付けられ、かつ/又はその中に埋め込まれた第2の歪みゲージ回路217139と、を更に備える。第1の歪みゲージ回路217137及び第2の歪みゲージ回路217139は、1つ又は2つ以上のワイヤ又は導体217136を介してモータ制御システムと信号通信する。第1のシェル部分217131の壁は、臨床医が第1のシェル部分217131を押下したときに偏向及び/又は変形するように構成されており、このような例では、モータ制御システムは、第1の歪みゲージ回路217137における抵抗の変化を検出するように構成されている。同様に、第2のシェル部分217133の壁は、臨床医が第2のシェル部分217133を押下したときに偏向及び/又は変形するように構成されており、このような例では、モータ制御システムは、第2の歪みゲージ回路217139における抵抗の変化を検出するように構成されている。モータ制御システムが第1の歪みゲージ回路217137における抵抗の増加を検出するときに、モータ制御システムは、関節運動駆動モータを動作させて、エンドエフェクタを第1の方向に関節運動させる。それに応じて、モータ制御システムが第2の歪みゲージ回路217139における抵抗の増加を検出するときに、モータ制御システムは、関節運動駆動モータを動作させて、エンドエフェクタを第2の方向、つまり反対の方向に関節運動させる。臨床医が制御部217130から手を解放するか又は取り除くと、ボタンシェル217132はその元の構成に弾性的に戻り、第1及び第2の歪みゲージ回路217137及び217139における抵抗はその元の状態に戻る。歪みゲージ回路抵抗のこの変化は、モータ制御システムによって検出され、その時点で、モータ制御システムは、関節運動駆動モータの駆動を停止する。
上記に加えて、制御部217140はまた、ハンドル217100内の関節運動駆動モータを動作させるようにも作動可能である。図91を参照すると、制御217140は、ボタンシェル217142を含む押しボタンを備える。制御部217140は、ボタンシェル217142に取り付けられ、かつ/又はその中に埋め込まれた歪みゲージ回路217144を更に備える。歪みゲージ回路217144は、1つ又は2つ以上のワイヤ又は導体217146を介してモータ制御システムと信号通信する。ボタンシェル部分217142の壁は、臨床医がボタンシェル217142を押下したときに偏向及び/又は変形するように構成されており、このような例では、モータ制御システムは、歪みゲージ回路217144における抵抗の変化を検出するように構成されている。モータ制御システムが歪みゲージ回路217144における抵抗の増加を検出するときに、モータ制御システムは、関節運動駆動モータを動作させて、エンドエフェクタをシャフトアセンブリの長手方向軸と少なくとも実質的に再整列させ、すなわち、エンドエフェクタをホーム位置に移動させる。この目的のために、モータ制御システムは、エンドエフェクタを関節運動させて、エンドエフェクタをホーム位置に移動させる方向及び量を知るために、エンドエフェクタの位置を追跡するように構成されている。少なくとも1つの実施形態では、モータ制御システムは、例えば、エンドエフェクタの位置を追跡するためのエンコーダを備える。エンドエフェクタが長手方向シャフト軸を中心に再センタリングされると、モータ制御システムは、関節運動駆動モータを停止させる。臨床医が制御217140から手を解放又は取り除くときに、ボタンシェル217142はその元の構成に弾性的に戻り、歪みゲージ回路217144内の抵抗は元の状態に戻る。
上記に加えて、制御部217150は、ハンドル217100内の発射駆動モータを動作させて、ハンドル217100に取り付けられたシャフトアセンブリのタイプに応じて、例えば、ステープル発射ストローク、クリップ圧着ストローク、又は針縫合ストロークを実施するように作動可能である。図93を参照すると、制御部217150は、クランプアクチュエータ217400上に位置付けられ、ボタンシェル217152を含む押しボタンを備える。制御部217150は、ボタンシェル217152に取り付けられ、かつ/又はその中に埋め込まれた歪みゲージ回路217154を更に備える。歪みゲージ回路217154は、1つ又は2つ以上のワイヤ又は導体217156を介してモータ制御システムと信号通信する。ボタンシェル部分217152の壁は、臨床医がボタンシェル217152を押下したときに偏向及び/又は変形するように構成されており、このような例では、モータ制御システムは、歪みゲージ回路217154における抵抗の変化を検出するように構成されている。モータ制御システムが歪みゲージ回路217154における抵抗の増加を検出するときに、モータ制御システムは、発射駆動モータを動作させて、発射部材を遠位に駆動する。この目的のために、モータ制御システムは、発射部材が発射ストロークの終わりに到達して発射駆動モータを停止するときを知るために、発射部材の位置を追跡するように構成されている。少なくとも1つの実施形態では、モータ制御システムは、例えば、発射部材の位置を追跡するためのエンコーダを備える。上記に加えて、モータ制御システムは、臨床医が制御部217150から手を解放するか又は取り除くときに発射駆動モータを停止するように構成されている。このような例では、上記と同様に、ボタンシェル217152はその元の構成に弾性的に戻り、歪みゲージ回路217154の抵抗は、モータ制御システムによって検出される元の状態に戻る。
上述されたように、制御部217130、217140、及び217150は、外科用器具の機能を作動させるように変形可能である。制御部217130、217140、及び217150が容易に変形可能である限り、それらは、それらのそれぞれの歪みゲージ回路によって容易に検出可能である大きな歪みを経験し得る。図95を参照すると、アクチュエータ217170は、ボタンシェル217172の壁内に画定された1つ又は2つ以上のリビングヒンジ217174を有するボタンシェル217172を備える。このようなリビングヒンジ217174は、ボタンシェル217172が容易に変形することを可能にすることができる。ボタンシェル217172の刻み目も使用することができる。様々な例では、アクチュエータは、力閾値を超えたときに、アクチュエータのハウジングを突然屈曲させるか、弾性的にスナップさせるか、又は離間させる機構を備えることができる。これにより、このような容易に変形可能な制御部は、臨床医によって偶発的に作動され得る。この目的のために、モータ制御システムは、1つ又は2つ以上の測定された歪み閾値を利用することができ、これにより、外科用器具が制御部217130、217140、及び217150の偶発的なタッチに応答する可能性を減少することができる。例えば、閾値を下回るアクチュエータ217140の歪みゲージ回路217144によって測定された歪みに対して、モータ制御システムは、関節運動駆動モータを作動させない。それに応じて、モータ制御システムは、閾値を満たすか又は超えている、測定された歪みのために関節運動駆動モータを作動させる。モータ制御システムはまた、他の制御装置217130及び217150の測定された歪み閾値も含むことができる。測定された歪み閾値は、制御部217130、217140、及び217150の各々について同じであってもよく、又はそれらは異なっていてもよい。異なる種類のボタンが異なるように変形し得ることを考えると、異なる測定された歪み閾値を使用することが有利になり得る。
上記に加えて図94を参照すると、アクチュエータ217160は、固体ボタンシェル217162を備える。ボタンシェル217172とは異なり、ボタンシェル217162は、ボタンシェル217162が作動されるときに著しく変形しないように構成される。結果として、アクチュエータ217160の歪みゲージ回路と通信するモータ制御システムは、はるかに低い測定された歪み値に応答するように構成されている。一方、アクチュエータ217160は、外科用器具の重要な機能を作動させるために使用することができ、アクチュエータ217160のボタン壁が硬いにもかかわらず、重要な機能の偶発的な作動を防止するために、高い測定された歪み閾値を有することが望ましい場合がある。このような例では、臨床医は、アクチュエータ217160を十分に押下して重要な機能を作動させるために、協調した努力を行う必要がある。
アクチュエータが容易に変形可能である場合、上記に加えて、臨床医は、アクチュエータの壁が離間するか、又は弾性的に潰れるときに、アクチュエータを作動させたことを容易に感知することができるべきである。しかしながら、アクチュエータが硬い場合、臨床医は、アクチュエータが作動されたことを直感的に感知することができない場合がある。いずれの場合も、外科用器具は、モータ制御システムと通信する触覚フィードバック生成器を含むことができる。モータ制御システムが、アクチュエータ歪みゲージ回路内の測定された歪みが所定の閾値を超えたと判定するときに、モータ制御システムは、アクチュエータが十分に作動されたことを臨床医に通知することができる触覚フィードバック生成器を起動させることができる。様々な例では、触覚生成器は、例えば、例えばライトなどの少なくとも1つの視覚インジケータデバイス、例えば、スピーカなどの少なくとも1つの聴覚インジケータデバイス、及び/又は例えば偏心した回転要素を有する電気モータなどの少なくとも1つの振動インジケータデバイスを備える。
様々な実施形態では、上記に加えて、モータ制御システムは、例えば、外科用器具の適切な動作を判定するために、アクチュエータ217160などのアクチュエータに関連して、2つ以上の測定された歪み閾値を利用することができる。例えば、モータ制御システムは、第1の歪み閾値と、第1の歪み閾値よりも高い第2の測定された歪み閾値と、を備えることができる。測定された歪みが第1の測定された歪み閾値及び第2の測定された歪み閾値を下回るときに、モータ制御システムは、アクチュエータに関連付けられた駆動システムの電気モータを駆動しない。測定された歪みが第1の測定された歪み閾値以上であるが第2の測定された歪み閾値を下回るときに、モータ制御システムは、例えば、第1のライトなどの第1の触覚フィードバック生成器を作動させるが、電気モータを駆動しない。測定された歪みが第2の測定された歪み閾値以上であるときに、モータ制御システムは、例えば第2の光などの第2の触覚フィードバック生成器を作動させ、電気モータを駆動する。そのような例では、臨床医は、第1の触覚フィードバック発生器を介して、意図的に又は意図せずにアクチュエータを押し下げる警告又は通知が提供される。測定された歪みが、第1の測定された歪み閾値ではなく、第2の測定された歪み閾値を下回るときに、モータ制御システムは、第1の触覚フィードバック生成器ではなく、第2の触覚フィードバック生成器を停止する。モータ制御システムはまた、このような例でも、電気モータの駆動を停止する。測定された歪みが第1の測定された歪み閾値を下回るときに、モータ制御システムは、第1の触覚フィードバック生成器を停止する。
上記に加えて、アクチュエータ217130及び217140は、ハンドルハウジング217110とは異なる材料で構成されている。アクチュエータ217130及び217140は、第1のプラスチック材料で構成されており、ハンドルハウジング217110は、第1のプラスチック材料とは異なる第2のプラスチック材料で構成されている。第1のプラスチック材料は第2のプラスチック材料よりも可撓性が高いので、上述されたように、アクチュエータを変形させて外科用器具を作動させることができる。様々な例では、第1のプラスチック材料は、第1のプラスチック材料の弾性率が第2のプラスチック材料の弾性率よりも低いように選択される。いずれにしても、アクチュエータ217130及び217140は、ハンドルハウジング217110とは別個に製造され、次いでハンドルハウジング217110に組み立てられる。アクチュエータ217130及び217140並びにハンドルハウジング217110は、アクチュエータ217130及び217140をハンドルハウジング217110に接続するようにインターロックする協働機能を備える。少なくとも1つの実施形態では、アクチュエータ217130及び217140は、金型内に配置され、ボタンハウジングが適所に保持されるが、臨床医がそれらを作動させることができるように十分に露出しているように、ハンドルハウジング217110は、アクチュエータ217130及び217140の周囲に射出成形される。上記と同様に、アクチュエータ217130及び217140とハンドルハウジング217110との間のインターロック機構は、アクチュエータ217130及び217140をハンドルハウジング217110に対して適所に保持する射出成形プロセスの間に作成され得る。様々な例では、アクチュエータ217130及び217140は、射出成形プロセスの第1のショットの間に形成され、ハンドルハウジング217110は、射出成形プロセスの第2のショットの間に形成される。これらの構成は、排除しない場合には、アクチュエータ217130及び217140とハンドルハウジング217110との間のシーム開放部のサイズを減少させることができる。上記の説明はまた、一旦製造されるとハンドルハウジング217110に組み立てられ得る閉鎖アクチュエータ217400及びアクチュエータ217150にも適用される。
様々な代替的な実施形態では、上記に加えて、アクチュエータ217130及び217140は、ハンドルハウジング217110と同じ材料で構成されている。少なくとも1つのこのような実施形態では、アクチュエータ217130及び217140は、ハンドルハウジング217110が使用中に許容できないほど変形しないように十分に剛性を有している一方、外科用器具を作動させるために十分に変形することができるように、ハンドルハウジング217110よりも薄くなっている。上記と同様に、アクチュエータ217130及び217140は、ハンドルハウジング217110とは別個に製造され、次いでハンドルハウジング217110に組み立てられ得る。少なくとも1つの代替的な実施形態では、アクチュエータ217130及び217140は、ハンドルハウジング217110と一体的に形成される。このような例では、ハンドルハウジング217110は、例えば、スナップ嵌め接続、締結具、及び/又は1つ又は2つ以上の接着剤によって一緒に組み立てられる2つの半体で形成され得る。少なくとも1つの実施形態では、アクチュエータ217130及び217140並びにハンドルハウジング217110は、射出成形プロセス中に形成される。このような例では、歪みゲージ回路217134及び217144は、歪みゲージ回路217134及び217144がアクチュエータ217130及び217140に少なくとも部分的に埋め込まれるように、溶融プラスチックが金型内に注入される前に、金型内に位置付けることができる。そうでなければ、射出成形プロセスの後に、歪みゲージ回路217134及び217144をそれぞれアクチュエータ217130及び217140に適用することができる。上記と同様に、アクチュエータ217130及び217140は、ハンドルハウジング217110が使用中に許容できないほど変形しないように十分に剛性を有している一方、外科用器具を作動させるために十分に変形することができるように、ハンドルハウジング217110よりも薄くなっている。このような構成は、アクチュエータ217130及び217140とハンドルハウジング217110との間の継ぎ目を排除し、アクチュエータ217130及び217140とハンドルハウジング217110との間に封止されたインターフェースを作成することができる。上記の説明はまた、一旦製造されるとハンドルハウジング217110に組み立てられ得る閉鎖アクチュエータ217400及びアクチュエータ217150にも適用される。
様々な例では、アクチュエータ217130及び217140並びに/又はハンドルハウジング217110を形成するために使用されるプラスチックは、電気めっきされることが可能である。少なくとも1つのこのような例では、導電トレースは、アクチュエータ217130及び217140並びに/又はハンドルハウジング217110上に直接電気めっきされる。電気めっきされた導電トレースは、例えば、スズ及び/又は銀などの任意の好適な材料で構成することができる。
様々な実施形態では、歪みゲージ以外のセンサ及び/又はスイッチを使用して、モータ制御システムの電気モータを作動させることができる。少なくとも1つのこのような実施形態では、外科用器具のハンドル及び/又はシャフトは、センサ及び/又はスイッチに接触してセンサ回路を開放及び/又は閉鎖するように偏向可能な少なくとも1つのアクチュエータを備え、このアクチュエータは、場合によっては、外科用器具の電気モータを作動させることができる。上記と同様に、このようなアクチュエータは、例えば、ハンドルハウジングに組み立てられ、センサ及び/又はスイッチに接触するように内向きに変形可能である、別個の構成要素を備えることができる。また上記と同様に、このようなアクチュエータは、センサ及び/又はスイッチに接触するように内向きに変形可能である、ハンドルハウジングの一体型の薄い部分を備えることができる。いずれの場合も、センサ及び/又はスイッチは、アクチュエータの背後に位置付けられ、アクチュエータと整列され、例えば回路基板に装着され得る。
再び図82を参照すると、シャフトアセンブリ215500は、本明細書に記載される他のアクチュエータと同じ又は類似の方法で動作するように構成されたアクチュエータ215520、215530、及び215540を備える。シャフトアセンブリ215500のアクチュエータは、スライドレールアクチュエータ、ラジアルアクチュエータ、回転アクチュエータ、押しボタンアクチュエータ、及び/又は任意の他の好適なアクチュエータを備える。様々な例では、シャフトアセンブリ215500は、外科手術後に再使用されることを意図しておらず、したがって、使い捨てである。特定の例では、シャフトアセンブリ215500は、許容される作動の最大数を超えておらず、洗浄され、再滅菌されている場合には、再使用することができる。ハンドル215100はまた、使い捨て又は再使用可能であってもよい。
様々な代替的な実施形態では、アクチュエータは、偏向及び/又は変形される必要なく作動され得る。少なくとも1つのこのような実施形態では、アクチュエータは、モータ制御システムと信号通信するハンドルハウジングに取り付けられ、かつ/又はその中に埋め込まれた容量性センサ回路を備える。容量性センサ回路は、臨床医が容量性センサのうちの1つの上及び/又はその上方に指を配置するときに、内部の静電容量の変化について、モータ制御システムによって評価される、1つ又は2つ以上の容量性センサを備える。測定された静電容量又は静電容量の変化が所定の閾値を超えるときに、モータ制御システムは、アクチュエータに関連付けられた駆動システムの電気モータを作動させる。測定された静電容量又は静電容量の変化が所定の閾値を下回るときに、モータ制御システムは、電気モータを駆動しなくなる。これにより、モータ制御システムは、測定された静電容量又は静電容量の変化が所定の閾値を下回るときに、任意の好適な動作を実施するように構成され得る。
少なくとも1つの例では、上記に加えて、ハンドルハウジングは、内部に画定された凹部を備え、容量性センサは、凹部内に位置付けられる。このような構成により、容量性センサは、ハンドルハウジングの外面と同一平面にあるか、又は少なくとも実質的に同一平面になることができる。少なくとも1つのこのような例では、容量性センサは、臨床医によって容易に観察可能であるように、ハンドルハウジングとは異なる色であり得る。
様々な例では、上記に加えて、アクチュエータは、膜スイッチを備える。少なくとも1つの例では、膜スイッチは、導電プレート間に位置付けられた誘電体ドットによって分離された2つの導電プレートを備える。導電プレートの一方又は両方は、膜スイッチが押し下げられるときに屈曲し、膜スイッチの電気的状態を変化させるように構成されている。膜スイッチは、膜スイッチの電気特性を意図せず変化させる可能性のある膜スイッチに、水が侵入し、かつ/又は汚染物質が侵入するのを防止するように、気密封止され得る。
上記に加えて、アクチュエータは、モータ制御システムと信号通信するハンドルハウジングに取り付けられ、かつ/又はその中に埋め込まれた圧電センサ回路を備えることができる。圧電センサ回路は、臨床医が自身の指を圧電センサのうちの1つの上に配置する、及び/又はそれをタップするときに、その電気的特性の変化についてモータ制御システムによって評価される1つ又は2つ以上の圧電センサを備える。測定された電気特性又は電気特性の変化が所定の閾値を超えるときに、モータ制御システムは、アクチュエータに関連付けられた駆動システムの電気モータを作動させる。測定された電気特性又は電気特性の変化が所定の閾値を下回るときに、モータ制御システムは、電気モータを駆動しなくなる。これにより、モータ制御システムは、測定された電気特性又は電気特性の変化が所定の閾値を下回るときに、任意の好適な動作を実施するように構成され得る。少なくとも1つの例では、ハンドルハウジングは、内部に画定された凹部を備え、圧電センサは、凹部内に位置付けられる。このような構成により、圧電センサは、ハンドルハウジングの外面と同一平面にあるか、又は少なくとも実質的に同一平面になることができる。少なくとも1つのこのような例では、圧電センサは、臨床医によって容易に観察可能であるように、ハンドルハウジングとは異なる色であり得る。
図96を参照すると、ハンドル218100は、ハンドルハウジング218110と、ボタンアクチュエータ218140と、回転可能アクチュエータ218400と、位置付け可能なアクチュエータ218800と、を備える。位置付け可能なアクチュエータ218800は、回転軸RAを画定する枢動ピン218820の周りでハンドルハウジング218110に回転可能に装着されるアーム218810を備える。枢動ピン218820は、位置付け可能なアクチュエータ218800がハウジング218110に対して並進しないか、又は少なくとも実質的に並進しないように、ハウジング218110に固設される。更に、枢動ピン218820は、回転軸RAの周りでアーム218810を回転させることが臨床医の側で協調した労力を必要とするように、ハウジング218110の開口部にぴったりと嵌合する。少なくとも1つの例では、枢動ピン218820は、アーム218810を枢動させ、アーム218810を適所に係止するために締め付け可能な係止ねじを備える。いずれにしても、アーム218810は、アーム218810上のジョイスティック218830が臨床医によって容易にアクセス可能であるように、臨床医にとって快適な位置に枢動することができる。ジョイスティック218830は、ハンドル218100のモータ制御システムと通信する1つ又は2つ以上のセンサを備える。使用中、モータ制御システムは、ジョイスティック218830のセンサからの電圧、電流、及び/又は任意の他のデータを解釈及び使用して、ハンドル218100に取り付けられたシャフトアセンブリのエンドエフェクタを関節運動させるように構成されている。エンドエフェクタは、2つ以上の平面で関節運動可能であり、1つ又は2つ以上のモータ駆動関節駆動システムによって1つ又は2つ以上の関節運動ジョイントの周りで関節運動可能であり得る。
図97を参照すると、ハンドル218100’は、ハンドルハウジング218110’と、ボタンアクチュエータ218140と、回転可能アクチュエータ218400と、位置付け可能なアクチュエータ218800’と、を備える。位置付け可能なアクチュエータ218800’は、回転軸RAを画定する枢動ピン218820’の周りでハンドルハウジング218110’に回転可能に装着されるアーム218810’を備える。枢動ピン218820’は、位置付け可能なアクチュエータ218800’がハウジング218110’に対して並進しないか、又は少なくとも実質的に並進しないように、ハウジング218110’に固設される。更に、枢動ピン218820’は、回転軸RAの周りでアーム218810’を回転させることが臨床医の側で協働した労力を必要とするように、ハウジング218110’の開口部にぴったりと嵌合する。少なくとも1つの例では、枢動ピン218820’は、アーム218810’を枢動させ、アーム218810’を適所に係止するために締め付け可能な係止ねじを備える。いずれにしても、アーム218810’は、アーム218810’上のジョイスティック218830’が臨床医によって容易にアクセス可能であるように、臨床医にとって快適な位置に枢動することができる。例えば、アーム218810’は、ハンドル218100’の左側と右側との間で回転可能である。ジョイスティック218830は、ハンドル218100’のモータ制御システムと通信する1つ又は2つ以上のセンサを備える。使用中、モータ制御システムは、ジョイスティック218830’のセンサからの電圧、電流、及び/又は任意の他のデータを解釈及び使用して、ハンドル218100’に取り付けられたシャフトアセンブリのエンドエフェクタを関節運動させるように構成されている。エンドエフェクタは、2つ以上の平面で関節運動可能であり、1つ又は2つ以上のモータ駆動関節駆動システムによって1つ又は2つ以上の関節運動ジョイントの周りで関節運動可能であり得る。
図98を参照すると、外科用器具ハンドル219100は、ハンドルハウジング219110と、ボタンアクチュエータ218140と、ジョイスティック219130と、を備える。ジョイスティック218130とは異なり、ジョイスティック219130は、回転可能なアームに装着されず、代わりにハンドルハウジング219110に直接装着される。ジョイスティック219830は、ハンドル219100のモータ制御システムと通信する1つ又は2つ以上のセンサを備える。使用中、モータ制御システムは、ジョイスティック219830のセンサからの電圧、電流、及び/又は任意の他のデータを解釈及び使用して、ハンドル219100に取り付けられたシャフトアセンブリのエンドエフェクタを関節運動させるように構成されている。エンドエフェクタは、2つ以上の平面で関節運動可能であり、1つ又は2つ以上のモータ駆動関節駆動システムによって1つ又は2つ以上の関節運動ジョイントの周りで関節運動可能であり得る。
エンドエフェクタの関節運動を制御するジョイスティックに加えて、又はその代わりに、外科用器具は、エンドエフェクタの関節運動を制御するための、投影型容量性(projected capacitive、PCAP)タッチスクリーンを含むことができる。PCAPタッチスクリーンは、タッチパネルのセンサ側のグリッドパターンで整列された電極を備える。電極グリッドは、臨床医の指がタッチパネルの表面にタッチしたときに発生する電荷の変化を感知することによって、タッチ点を検出する。このようなデバイスは、PCAPタッチスクリーン上のタッチ及び/又はタッチ運動を解釈し、タッチ及び/又はタッチ運動に平行な様式でエンドエフェクタを移動させるように構成されたモータ制御システムのマイクロプロセッサと共に使用することができる。マイクロプロセッサは、例えば、PCAPタッチスクリーン上で指タップ、指ドラッグ、及び/又は回転指スワイプを解釈し、エンドエフェクタを直感的な様式で関節運動させるように構成されている。例えば、マイクロプロセッサは、PCAPタッチスクリーン上で指タップが発生した位置に対応する位置に位置付けるコマンドとして、PCAPタッチスクリーン上の指タップを解釈するように構成されている。PCAPタッチスクリーンの左側を指でタップすると、例えば、エンドエフェクタは左に関節運動することになり、PCAPタッチスクリーンの右側を指でタップすると、例えば、エンドエフェクタは右に関節運動することになる。PCAPタッチスクリーンの上面を指でタップすると、エンドエフェクタはピッチダウンすることになり、PCAPタッチスクリーンの底面を指でタップすると、エンドエフェクタはピッチアップすことになる。PCAPタッチスクリーン上で指でドラッグすると、エンドエフェクタは、例えば、指ドラッグの方向と指ドラッグの速度で関節運動することになる。左方向の運動によりエンドエフェクタは左に関節運動し、右方向の運動によりエンドエフェクタは右に関節運動し、上方向の運動によりエンドエフェクタはピッチダウンし、下方向の運動によりエンドエフェクタはピッチアップする。指で高速でドラッグすると、エンドエフェクタは素早く関節運動することになり、指で低速でドラッグすると、エンドエフェクタはゆっくりと関節運動することになる。PCAPタッチスクリーン上で指を回転させてスワイプすると、例えば、エンドエフェクタは指を回転させてスワイプする方向に長手方向軸の周りで回転することになる。時計回りに指でスワイプすると、エンドエフェクタは時計回りに回転することになり、反時計回りに指でスワイプすると、エンドエフェクタは反時計回りに回転することになる。
上記に加えて、PCAPタッチスクリーンは、PCAPタッチスクリーンの使用を容易にし、マイクロプロセッサによって指運動がどのように解釈されるかを示唆するアイコンをその上に含むことができる。指タップアイコンが図99に示されている。指ドラッグアイコンが図100に示されている。回転指スワイプが図101に示されている。このようなアイコンはまた、ハンドルハウジング上に位置付けられてもよい。
外科手術室は、多くの場合、無菌野と非無菌野とに分割される。外科手術中、特定の臨床医は滅菌野内に留まり、他の臨床医は非滅菌野に留まる。典型的には、滅菌野内の外科用器具は、滅菌野において臨床医によって扱われる。これにより、外科用器具が無菌野又は非無菌野にいる臨床医が外科用器具と相互作用することを可能にする無菌バリアを備える場合が想定される。少なくとも1つの例では、無菌バリアは、外科用器具に装着された可撓性膜を備える。外科用器具及びその使用に応じて、外科用器具の全体又は外科用器具の一部分のみが、無菌バリアによって保護される。少なくとも1つの例では、外科用器具は、無菌バリアを通して相互作用され得る1つ又は2つ以上の感圧ディスプレイを備える。使用中、無菌バリア内の外科用器具は、熱を生成することができる。この目的のために、無菌バリアは、無菌バリア内から熱を抽出し、周囲環境内に熱を放散させるように構成されたヒートシンクを備えることができる。ヒートシンクは、例えば、銅及び/又は銀などの任意の好適な熱伝導性材料から構成することができる。銀は、その抗菌特性により、追加の利点を提供する。少なくとも1つの例では、ヒートシンクは、無菌バリア内に延在する導電トレースのアレイを備える。導電トレースは、無菌バリア内に埋め込まれ、それに取り付けられ、及び/又はそこに印刷される。このようなトレースは、導電性熱伝達を促進することができる。少なくとも1つの例では、導電トレースは、無菌バリアから延在するフィンを備える。このようなフィンは、対流熱伝達を促進することができる。様々な例では、無菌バリア及び/又は導電トレースの材料は、放射熱伝達を促進する材料で構成されている。
上述されたように、外科用器具は、1又は2つ以上の電気コネクタによって動作可能に相互接続された2つ以上の回路基板を備えることができる。多くの場合、電気接続部は、2つの半体、すなわち、雄型接続半体と雌型接続半体とを備える。雄型接続半体は、例えばピンを含むことができる雄型電気接点を備え、雌型接続半体は、例えば、ピンを受容するように構成されたソケットを含むことができる雌型電気接点を備える。各ソケットは、ソケット内に挿入されたピンと係合し、それらの間に1つ又は2つ以上の電気接点インターフェースを確立するように構成された1つ又は2つ以上の偏向可能な部材又は舌部を備える。理想的な条件下であっても、このような電気接点インターフェースは、電気回路内に電圧降下を生成する。更に、電気接点インターフェースは、経時的に、及び/又は使用の結果として劣化し得る。例えば、接点インターフェースの表面は経時的に酸化することがあり、このような例では、酸化が増加するにつれて接点インターフェースにわたる電圧降下が増加する。このような酸化を低減するために、ピン及び/又はソケットは、例えば、スズ、鉛、銀、及び/又は金で電気めっきすることができる。このような電気めっきは、例えば、およそ5μm~およそ100μmなどの任意の好適な厚さを備えることができる。およそ約5μmの厚さを有する電気めっきは、例えば、電気めっきの「ストライク」と呼ばれることが多く、めっき材料が金などの高価なものである場合に使用されることが多い。接点インターフェースは、他の理由で、特に接点インターフェースが高い電力負荷を搬送するときに劣化することがある。様々な例では、接点インターフェースは、特に鉛が内部に混合されることなくスズめっきが使用されるときに、電気めっき表面から外向きに成長する「ウィスカー」を発達させることができる。このようなウィスカーは、隣接する電気接点対間の距離を減少することができ、その結果、隣接する電気接点対間の電磁干渉を増加させ、かつ/又は電気接点対の間に短絡を生成することができる。これにより、このようなウィスカーの成長を減少するために、電気めっきに様々な金属を導入することができる。いくつかの例では、接点インターフェースは、例えば、熱サイクルの結果として接点インターフェース内のフレッティング腐食を発達させることができる。特定の例では、接点舌部のうちの1つは、電気コネクタが互いに係合されたときに曲がるか、又は降伏することができる。
上記を考慮すると、1つ又は2つ以上の電気的相互接続部を備える外科用器具の制御回路は、外科用器具の構成要素が一緒に組み立てられた後、及び/又は外科用器具の使用中に、電気的相互接続部の接触品質を評価するように構成することができる。制御回路は、電気的接続部をわたる信号が電気的接続部によって歪んでいるかどうかを評価するように構成される。少なくとも1つの例では、制御回路は、電気接点を含む電気回路を通じて信号を放出するように構成された信号エミッタと、戻り信号を予想される戻り信号と比較するように構成された信号受信機と、信号歪みが存在するかどうかを判定するためのデジタル信号プロセッサと、を備える。例えば、信号の二乗平均平方根を使用するアルゴリズムなど、任意の好適なアルゴリズムを使用して信号歪みを評価することができる。電気回路の各々の戻り信号が、それらの予想される戻り信号と十分に一致する場合、制御回路は、外科用器具内の信号忠実度が十分であることを外科用器具のユーザに通信することができる。少なくとも1つの例では、制御回路は、例えば、外科用器具内に十分な信号忠実度が存在することを示すために点灯する、LEDなどのインジケータライトを備える。戻り信号のうちの1つ又は2つ以上が、その予想される戻り信号と十分に一致しない場合、制御回路は、外科用器具内の信号忠実度が十分でない可能性があることを外科用器具のユーザに通信することができる。このような例では、別のLEDを点灯させることができ、かつ/又は信号忠実度LEDは、例えば緑色から赤色に切り替えることができる2色LEDを備えることができる。様々な例では、制御回路は、2つ以上の信号忠実度閾値-第1の閾値であって、それを上回って十分な信号忠実度(又は許容可能な量のノイズ)がある第1の閾値と、第1の閾値を下回る第2の閾値であって、それを上回って十分な信号忠実度(又は潜在的に不適切な量のノイズ)があることを示す第2の閾値と、第2の閾値を下回る第3の閾値であって、不十分な信号忠実度(又は広範囲のノイズ)があることを示す第3の閾値と、を使用するように構成されている。電気回路の信号忠実度が第1及び第2の閾値間にあるときに、制御回路は、信号の忠実度を改善するために、その回路に供給される電力の利得を増加させることができる。少なくとも1つの例では、電圧の大きさは増加する。特定の例では、制御回路は、信号-雑音比を考慮して、電気回路をわたる通信速度を調節することができる。高い信号雑音比では、制御回路は、例えば、高いレートで、又はデータ間、若しくはデータパケット間の短いギャップを使用して、電気接点インターフェースにわたってデータを送信することができる。低い信号雑音比では、制御回路は、例えば、低いレートで、又はデータ間、若しくはデータパケット間の長いギャップを使用して、電気接点インターフェースにわたってデータを送信することができる。
上記に加えて、又はその代わりに、制御回路は、電気接点インターフェースをわたる電圧降下を評価するように構成されている。例えば、制御回路が、予想よりも低い電圧電位が電気回路内の電子デバイスに送達されていることを検出した場合、例えば、制御回路は、その電気回路に供給される電力の利得を増加させることができる。少なくとも1つのこのような例では、例えば、電圧の大きさが増加する。短絡が電気回路内で検出される範囲では、外科用器具は、完全に使用不能であるか、又はそれが実施できる機能が制限されていてもよい。この目的のために、制御回路、処理回路、及び/又はアルゴリズムを利用して、短絡回路が重要な機能上に存在するかどうか、外科用器具を依然として使用できるかどうか、及びどの機能を依然として使用できるかを決定することができる。短絡を検出すると、様々な例では、制御回路は、例えば、外科用器具が患者から取り除かれることを可能にする外科用器具の機能のみを可能にし、かつ/又は外科用器具の状態が臨床医によって監視されることを可能にするリンプモードに入ることができる。上記に加えて、又はその代わりに、制御回路は、検出された短絡が実際に短絡であるかどうかを評価するためのアルゴリズムを実行することができる。少なくとも1つの例では、アルゴリズムは、短絡を検出したときに電気回路内の信号の利得を増加させるように動作し、利得を増加させた後も短絡が検出された場合には、制御回路は、短絡を含む電気回路への電力を速やかに遮断する。しかしながら、信号利得を増加させると、十分な信号忠実度を確立又は再確立する場合、制御回路は、その電気回路の使用を可能にし続けることができる。
上記に加えて、外科用器具構成要素が組み立てられるときに、電気回路内の信号忠実度及び/又は電圧降下を評価することができる。電気回路はまた、外科用器具が、電源がオンにされたとき、及び/又は低電力若しくはスリープモードからウェイクされたときに評価することもできる。電気回路は、外科用器具の動作全体にわたって断続的又は連続的に評価することができる。様々な例では、外科用器具の制御回路は、信号歪み及び/又は電圧降下が所定の閾値を超えるときに、リンプモードに入ることができる。様々な例では、制御回路は、例えば、外科用器具が患者から取り除かれることを可能にする外科用器具の機能のみを可能にし、かつ/又は外科用器具の状態が臨床医によって監視されることを可能にするリンプモードに入ることができる。制御回路はまた、例えば、信号利得を増加させることによって信号歪み及び/又は電圧降下を修正することを試みることができる。しかしながら、電気的インターフェースへの流体侵入が存在するときに、信号利得を増加させても、これらの問題が解決されない場合がある。
様々な例では、上記に加えて、外科用器具は、1つ又は2つ以上の電気回路内の信号歪み及び/又は電圧降下が高いか、又は所定の閾値を上回るときに、電気的インターフェースにわたって空気を吹き込むように位置付けられたファンを備えることができる。様々な例では、ファンは制御回路の一部を形成する。少なくとも1つの例では、ファンは、例えば、空気が近位方向から遠位方向に吹送されるように、電気的インターフェースに対して近位に位置付けられる。特定の例では、外科用器具は、例えば、患者に二酸化炭素を少なくとも部分的に吹送するように構成され得る。そのような例では、吹送経路は、電気的インターフェースを通過することができ、これは、電気的インターフェースを乾燥させ、かつ/又は最初の場所における流体侵入を防止することができる。制御回路は、例えば、異なる速度でファンを動作させるように構成された、パルス幅変調(PWM)回路、周波数変調(FM)回路、及び/又は可変抵抗回路などの速度制御回路を備える。このような例では、制御回路は、信号歪み及び/又は電圧降下がより高いときにはより高い速度でファンを動作させ、信号歪み及び/又は電圧降下がより低いときにはより低い速度でファンを動作させるように構成されている。様々な例では、患者はまた、患者の中に延在する1つ又は2つ以上のトロカール又はポートを通して送気され得る。このような例では、制御回路は、吹送量が外科用ハブシステムによって適切に管理され得るように、ファンがオン、オフ、加速、及び/又は減速されるときに、外科用ハブシステムと通信するように構成されている。吹送システム及び/若しくは外科用器具によって、吹送ガスが患者に押し込まれるとき、及び/又は外科用器具を通して患者内に押し込まれる吹送ガスの量が過剰に増加するときに、外科用ハブシステムは、吹送ガスが吹送トロカールを通して患者内に押し込まれる吹送ガスの量を減少するように動作することができる。外科用器具を通して患者に押し込まれる吹送ガスの量が過度に減少すると、外科用ハブシステムは、吹送ガスが吹送トロカールを通して患者内に押し込まれる吹送ガスの量を増加させるように動作することができる。
上記に加えて、又はその代わりに、外科用器具は、電気回路のうちの1つの水侵入が制御回路によって検出されるときに、電気的インターフェースを乾燥させるように位置付け及び構成された加熱回路を備える。少なくとも1つのこのような例では、加熱回路は、例えば、電気的インターフェースに隣接する加熱抵抗器を備える抵抗加熱回路を備える。信号歪み及び/又は電圧降下が所定の閾値を超えると、制御回路は、例えば、加熱回路に電力を供給することができ、かつ/又は加熱回路を通る電流を増加させることができる。信号歪み及び/又は電圧降下が所定の閾値を下回るときに、制御回路は、例えば、加熱回路を直ちにオフにすることができ、予め設定された追加の時間期間の加熱回路に電力を供給し、かつ/又は加熱回路内の電流を減少することができる。
上述されたように、シャフトアセンブリは、外科用器具のハンドルに選択的に取り付け可能であり得る。また上述されたように、シャフトアセンブリは、シャフトフレックス回路を備えることができ、ハンドルは、ハンドルフレックス回路を備えることができる。様々な例では、シャフトフレックス回路及びハンドルフレックス回路は、フレックス回路が互いに電気通信して配置されるように、シャフトアセンブリがハンドルに装着されるときに、相互接続されるか、又は電気的に連結されるようになる電気コネクタを備える。電気コネクタの一方又は両方は、電気コネクタが嵌合されると電気相互接続を封止することができる封止部を備えることができる。しかしながら、電気コネクタの一方又は両方は、相互接続が行われる前に、封止されていない、又は暴露した電気接点を備えることができる。特定の例では、電気接点は、流体及び/又は汚染物質に暴露され得る。ハンドルフレックス回路219220及びシャフトフレックス回路219520を示す代替的なアプローチが図101Aに示されている。ハンドルフレックス回路219220は、可撓性基板と、可撓性基板内に埋め込まれた電気トレース219230と、を備える。同様に、シャフトフレックス回路219520は、可撓性基板と、可撓性基板内に埋め込まれた電気トレース219530と、を備える。図101Bを参照すると、電気トレース219230及び219530は、シャフトアセンブリがハンドルに装着され、互いに通信して配置されるときに、互いに隣接して位置付けられる。このような例では、トレース219230及び219530は、容量性及び/又は誘導性接続インターフェースを形成し、それらの間のインターフェースにわたって電気信号及び/又は電力を通信することができる。結果として、重なり合うトレース219230及び219250は、流体及び/又は汚染物質への曝露が排除されない場合には、封入及び/又は封止される。トレース219230及び219530を取り囲む基板の壁は薄くてもよく、様々な例では、トレース219230及び219530は、それらの間の相互接続の忠実度を改善するために、それらのそれぞれの基板上に印刷することができる。
図101A及び101Bに示されるように、トレース219230及び219530は、フレックス回路219220及び219520が相互接続されたときに互いに重なり合う先端部を備える。この相互接続を容易にするために、ハンドルフレックス回路219220は、磁石219240を備え、シャフトフレックス回路219520は、磁石219540を備え、これらは、図101Bに示されるように、互いに接近したときに互いに引き合い、フレックス回路219220及び219520を互いに接触させるような様式で構成した。磁石219240及び219540は、2対で構成されているが、任意の好適な数及び/又は構成を備えることができる。
外科用器具の制御回路を利用して、外科用器具のモータ駆動システムの可変速度制御を実現することができる。このようなモータ駆動システムは、例えば、閉鎖システム、発射システム、及び/又は外科用器具の関節運動システムを含むことができる。いくつかの例では、モータ駆動システムの可変速度制御を実現するために、制御回路のハードウェアのみの実装を利用することが有益である。例えば、ハードウェアのみの実装を利用して、処理デバイスによって実行されるソフトウェア及び/又はファームウェアを必要とする実装よりも高速な動作を提供することができる。また、ハードウェアのみの実装を利用して、プロセッサ、ソフトウェア、及び/又はファームウェアで必要とされるコスト及び複雑性を排除することができる。更に、ハードウェアのみの実装は、制御回路の信頼性の向上、耐久性の向上、及び寿命の向上を提供することができる。更に、ハードウェアのみの実装はまた、外科用器具の滅菌に利用可能な選択肢を拡張することができる。
様々な例では、外科用器具のノブの回転、及び/又は外科用器具の入力デバイスを引くか又は押すことは、モータの比例的な位置変化を引き起こし得る。特定の例では、外科用器具のスイッチ又は他の入力デバイスの可変引張は、モータ前進の比例した速度を引き起こすことができる。
図102は、外科用器具の制御回路220000を示す。制御回路220000は、組み合わせ論理回路として示され、外科用器具のモータの回転速度を制御するモータコントローラ220002に入力信号及び/又は波形を提供するために利用される。制御回路220000からの入力信号に応答して、モータコントローラ200002は、実施される機能の結果として感知又はトリップされるパラメータに基づいて、デバイス機能の動作速度を変更するように動作する。例えば、様々な例では、デバイス機能は、外科用器具のエンドエフェクタの関節運動であってもよく、動作速度は、シャフトの長手方向軸から離れる関節運動の速度(speed)又は速度(velocity)であってもよく、パラメータは、シャフトの長手方向軸に対するエンドエフェクタの位置であってもよい。様々な例では、感知又はトリップされ得るパラメータは、外科用器具のユーザによって変化又は「バンプ(bumped)」することができるスイッチングデバイス(開放又は閉鎖のいずれか)などの入力デバイスの状態である。
上記に加えて、制御回路220000は、第1及びゲート220004と、単安定マルチバイブレータ220006と、非同期カウンタ220008と、第1のインバータ220010(円として示される)と、第2のANDゲート220012と、ORゲート220014と、第2のインバータ220016(円として示される)と、第3のANDゲート220018と、を含む。様々な例では、制御回路220000はまた、モータコントローラ22002を含む。
ユーザスイッチとして図102に示される感知デバイス220020は、第1及びゲート220004の第1の入力端子220022、及び単安定マルチバイブレータ220006の入力端子220024に接続される。様々な例では、制御回路220000はまた、とりわけ、リミットスイッチ、位置センサ、圧力センサ、及び/又は力センサなどの切り替えデバイスとして実装され得る感知デバイス220020も含む。様々な態様によれば、感知デバイス220020は、外科用器具のユーザによって作動又は「バンプ」され得る切り替えデバイスなどの入力デバイスとして実装されてもよい。
感知デバイス220020は、外科用器具と関連付けられたパラメータを感知し、感知されたパラメータを表す信号を出力するように構成されている。例えば、様々な態様によれば、感知されたパラメータは、感知デバイス220020を「押す」又は「バンプする」外科用器具のユーザであり得る。他の態様によれば、感知されたパラメータは、センタリング状態の周囲に画定されたゾーンを(例えば、シャフトの長手方向軸に対して画定されたゾーンを)通過することができる。感知デバイス220020によって出力される信号は、制御回路220000への入力のために必要に応じて調整されてもよい(図示せず)。様々な態様によれば、感知デバイス220020は、エンドエフェクタがセンタリング状態の周囲に画定されたゾーン内にないときに、論理「1」又は「高」信号(例えば、0.5ボルト)を表す信号を出力してもよく、エンドエフェクタがセンタリング状態の周囲に画定されたゾーン内にあるときに、論理「0」又は「低」信号(例えば、0.0ボルト)を表す信号を出力してもよい。論理「1」のための0.5ボルト、又は論理「0」のための「高」信号及び0.0ボルトの上記の例は、単なる例示に過ぎないことを理解されたい。制御回路220000で利用される論理構成要素の特定の製造及びモデルに応じて、0.5ボルト以外の電圧は、論理「1」又は「高」信号を表すことができ、0.0ボルト以外の電圧は、論理「0」又は「低」信号を表すことができる。より詳細に後述されるように、様々な態様によれば、複数の感知デバイス220020(すなわち、2つの感知デバイス、3つの感知デバイスなど)は、制御回路220000に入力される信号を出力することができる。
「ワンショット」としても知られる単安定マルチバイブレータ220006は、図102に示されるような抵抗器220026及びコンデンサ220028と、第1の出力端子220030と、第2の出力端子220032と、を含む。第2の出力端子220032から出力される信号
Figure 0007480045000001
は、第1の出力端子220030から出力される信号Qの褒め言葉である。抵抗器220026及びコンデンサ220028は、集合的にRC回路を形成する。単安定マルチバイブレータ220006は、1つの安定状態(例えば、論理「0」の出力状態)のみを有するように構造化される。感知デバイス220020からの好適なトリガ信号又はパルスが、単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加されるとき(例えば、外科用器具のユーザが感知デバイス220020を押すか又はバンプするとき)に、単安定バイブレータ220006は、第1の出力端子220030で出力信号Q(例えば、指定された幅の単一の出力パルス)を一定の時間期間生成し、そのプロセスにおいて、その安定状態(例えば、論理「0」出力状態)から別の状態(例えば、論理「1」の出力状態)に強制される。出力信号Qは、「高」信号又は「低」信号のいずれかであり、時間期間はRC回路の時定数によって判定される。追加の「バンプ」がユーザによって感知デバイス220020に印加されておらず、かつ/又は感知デバイス220020からのトリガ信号若しくはパルスが、時間期間中に、単安定マルチバイブレータ220006の入力端子220024に印加されていない場合、単安定マルチバイブレータ220006は、時間期間が経過した後にその安定状態に戻る(例えば、出力信号Qは論理「1」の出力状態から論理「0」の出力状態へと進む)。第1の出力端子Q220030は、第2のANDゲート220012の第1の入力端子220034に接続される。第2の出力端子220032は、非同期カウンタ220008のリセット入力端子220036に接続されている。
以下により詳細に記載されるように、様々な態様によれば、単安定マルチバイブレータ220006は、再トリガ可能な単安定マルチバイブレータであってもよい。出力信号Qが安定状態(例えば、論理「0」状態)に戻される前に、ユーザが感知デバイス220020に別の「バンプ」を適用し、かつ/又は感知デバイス220020からの別の有効なトリガ信号又はパルスが単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加される場合、出力信号Qのパルスの幅が増加する。換言すれば、出力信号Qは、より長い時間期間、その不安定な状態(例えば、論理「1」状態)に留まる。出力信号Qが安定状態に戻る前に、感知デバイス220020の任意の数のユーザ起動型「バンプ」及び/又は複数の感知デバイス220020からの任意の数の有効なトリガ信号若しくはパルスを、単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加することができ、各印加は、出力信号Qのパルスの幅を更に増加させるように動作する。
非同期カウンタ220008は、複数のフリップフロップ(図示せず)を含み、フリップフロップのうちの第1のフロップは外部クロックによってクロックされ、後続のフリップフロップの各々は、前述のフリップフロップの出力によってクロックされる。外部クロック信号は、複数のフリップフロップをリップルしたときに伝搬遅延を蓄積するため、非同期カウンタ220008は、リプルカウンタとしても知られる。図102に示されるように、非同期カウンタ220008は、第1のANDゲート220004の出力端子220040に接続された第1の入力端子220038と、単安定マルチバイブレータ220006の第2の出力端子220032に接続されたリセット入力端子220036と、第1の出力端子220042と、第2の出力端子220044と、第3の出力端子220046と、を含む。非同期カウンタ220008の第1の出力端子220042は、第2のANDゲート220012の第2の入力端子220048に接続されている。非同期カウンタ220006の第2の出力端子220044は、ORゲート220014の第1の入力端子220050に接続されている。非同期カウンタ220006の第3の出力端子220046は、第1のANDゲート220004の第2の入力端子220056に接続された出力端子220054を有する第1のインバータ220010の入力端子220052(円として示される)に接続されている。様々な態様によれば、第1のインバータ220010は、第1のANDゲート220004に組み込まれる。非同期カウンタ220008の第3の出力端子220046もまた、ORゲート220014の第2の入力端子220058に接続されている。
第2のANDゲート220012の出力端子220060は、第3のANDゲート220018の第1の入力端子220062に接続されている。ORゲート220014の出力端子220064は、第2のインバータ220016の入力端子220066(円として示される)に接続され、第2のインバータ220016は、第3のANDゲート220018の第2の入力端子220070に接続される出力端子220068を有する。様々な態様によれば、第2のインバータ220016は、第3のANDゲート220018に組み込まれる。また、ORゲート220014の出力端子220064は、モータコントローラ220002の「高速」入力端子220072にも接続されている。第3のANDゲート220018の出力端子220074は、モータコントローラ220002の「低速」入力端子220076に接続されている。様々な態様によれば、モータコントローラ220002の「低速」入力端子220074が「高」信号を受信するときに、モータコントローラ220002は、低速で外科用器具のモータ(例えば、関節運動モータ)を動作させるように動作する。同様に、モータコントローラ220002の「高速」入力端子220072が高信号を受信するときに、モータコントローラ200002は、高速で外科用器具のモータ(例えば、関節運動モータ)を動作させるように動作する。
制御回路220000は、図102のハードウェアのみの制御回路の特定の構成として示されているが、他の態様によれば、制御回路220000の機能性(例えば、外科用器具のモータ駆動システムの比例速度制御を実現すること)は、他の論理要素及び/又は論理要素の他の構成で実装することができることが理解されるであろう。
図103は、本開示の少なくとも1つの態様による、図102の制御回路220000に関連付けられたタイミング図220100を示す。第1のタイミング図220102は、図103の左側に示されており、外科用器具のユーザが感知デバイス220020を一度に「上昇させる」とき、又は感知デバイス220020からの単一のトリガ信号若しくはパルスが、単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加されるときの例を表している。
単安定マルチバイブレータ220006が安定状態にあるときに(例えば、ユーザが感知デバイス220020を「バンプ」していないか、又は感知デバイス200020がまだ開放状態にないときに)、図103の最も左側に示されるように、感知デバイス220020又は感知デバイス200020は開放状態にあるとき)、単安定マルチバイブレータ220006の第1の出力端子220030における出力信号Qは、低信号であり、非同期カウンタ220008の第1、第2、及び第3の出力端子220042、220044、220046における出力信号Q、Q、及びQは、低信号であり、モータコントローラ220002への「低速」及び「高速」入力端子220076、220072における信号は、低信号である。
ユーザが感知デバイス220020を1回「バンプ」するか、又は感知デバイス220020が1回トリガされ、かつ/又は遷移するときに、感知デバイス220020に関連付けられた信号が変化し、変化した信号(例えば、図103に示されるように、高から低へ、次いで高に戻るパルスの形態)が入力端子220024で、単安定マルチバイブレータ220006に入力される。入力信号のパルスのリーディングエッジに応答して、単安定マルチバイブレータ220006の第1の出力端子220030におけるQ出力信号は、低信号から、継続時間Tを有するパルスの形態の高信号に遷移する。非同期カウンタ220008は、この第1の変化(例えば、0から1へのカウントの変化)を認識し、非同期カウンタ220008の第1の出力端子220042における出力信号Qを、持続時間Tを有するパルスの形態で、低信号から高信号に遷移させるように動作する。非同期カウンタ220008の第2及び第3の出力端子220044、220046における出力信号Q及びQは、感知デバイス220020に関連付けられた信号の第1の変化の影響を受けず、低信号のままである。
第2のANDゲート220012の第1及び第2の入力端子220034、220048に高信号を有することによって、高信号が第2のANDゲート220012の出力端子220060にあり、この高信号はまた、第3のANDゲート220018の第1の入力端子220062にもある。ORゲート220014の第1及び第2の入力端子220050、220058に低信号を有することによって、ORゲート220064の出力端子220064及びモータコントローラ220002の「高速」端子における信号も低信号である。ORゲートの出力端子220064からの低信号は、第2のインバータ220016によって低信号から高信号に変換され、この高信号は第3のANDゲート220018の第2の入力端子220070にある。第3のANDゲート220018の第1及び第2の入力端子220062、220070に高信号を有することによって、第3のANDゲートの出力端子220074における信号は高信号であり、この高信号(持続時間Tを有するパルスの形態)もまた、モータコントローラ220002の「低速」入力端子220076にある。したがって、ユーザが感知デバイス220020を1回「バンプ」するか、又は感知デバイス220020からの1回のトリガ信号若しくはパルスが単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加されるときに、モータコントローラ220002は、外科用器具のモータを時間Tの間「低速」の速度で動作させる。
第2のタイミング図220104は、第1のタイミング図220102のすぐ右に示されており、ユーザが感知デバイスを2回「バンプ」するか、又は感知デバイス220020から(又は感知デバイス220020から)の2つのトリガ信号若しくはパルスが単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加されるときの例を表しており、ここで、「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスのうちの第2の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが、出力信号Qが安定状態(例えば、論理「0」状態)に戻る前に、単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加される。第2のタイミング図22104は、第2の「バンプ」又は第2のトリガ信号若しくはパルスが発生する時間まで、第1のタイミング図220102と同じである。出力信号Qが安定状態(例えば、論理「0」状態)に戻る前に、「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスの第2の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが発生すると、出力信号Qのパルス幅が増加し(出力信号Qは、一定の時間期間にわたって高信号のままである)、モータコントローラ220002の「低速」入力端子220076への信号入力のパルスの幅が増加し(信号は、一定の時間期間にわたって高信号のままである)、その結果、第1の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスの時間から、出力信号Qの立下りエッジが発生するまで、モータは、「低速」の速度で動作されることになる。
更に、非同期カウンタ220008は、この第2の変化(例えば、1から2へのカウントの変化)を認識し、非同期カウンタ220008の第1の出力端子220042における出力信号Qを、高信号から低信号に遷移させるように動作し、非同期カウンタ220008の第2の出力端子220044における出力信号Qを、持続時間Tを有するパルスの形態で、低信号から高信号に遷移させるように動作する。非同期カウンタ220008の第3の出力端子220046における出力信号Qは、感知デバイス220020に関連付けられた信号の第2の変化の影響を受けず、低信号のままである。したがって、感知デバイス220002の2つのユーザ起動型「バンプ」又は感知デバイス220020から(又は複数の感知デバイス220020から)の2つのトリガ信号若しくはパルスが、単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加され、ここで、2つの「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスの第2の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが、出力信号Qがまだ高い間に印加される場合、モータコントローラ220002は、外科用器具のモータをTより大きい時間だけ「低速」の速度で動作させるように動作する。この例では、Tよりも大きい時間は、第2の「バンプ」又は第2のトリガ信号若しくはパルスのリーディングエッジによって短縮された時間Tに時間Tを加えた合計である。
第3のタイミング図220106は、第2のタイミング図220104のすぐ右に示されており、3回の「バンプ」が感知デバイス220020に適用されるか、又は感知デバイス220020から(又は感知デバイス220020から)の3つのトリガ信号若しくはパルスが単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加されるときの例を表しており、ここで、「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスのうちの第2及び第3の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが、出力信号Qが安定状態(例えば、論理「0」状態)に戻る前に、単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加される。第3のタイミング図22106は、第3の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが発生する時間まで、第2のタイミング図220104と同じである。出力信号Qが安定状態(例えば、論理「0」状態)に戻る前に、第3の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが発生すると、出力信号Qのパルスの幅が増加する(出力信号Qは、一定の時間期間、高信号のままである)。これにより、出力信号Qの立ち上がりエッジが出力信号Qの立ち下がりエッジ及び出力信号Qの立ち上がりエッジの発生まで、モータコントローラ220002は、第1及び第2の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスに関連付けられた時間の間、モータを「低速」の速度で動作させる。その後、モータコントローラ220002は、出力信号Qの立ち下がりエッジ、信号Qの立ち下がりエッジ、及び出力信号Qの立ち下がりエッジの発生まで、第3の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスの後の時間Tの間、モータを「高速」の速度で動作させるように動作する。
非同期カウンタ220008は、この第3の変化(例えば、2から3へのカウントの変化)を認識し、非同期カウンタ220008の第2の出力端子220044における出力信号Qを、高信号から低信号に遷移させ、非同期カウンタ220008の第1の出力端子220042における出力信号Qを、持続時間Tを有するパルスの形態で、低信号から高信号に遷移させるように、かつ非同期カウンタ220008の第3の出力端子220046における出力信号Qを低信号から高信号に遷移させるように動作する。図103に示されるように、ある程度の伝搬遅延に起因して、出力信号Qは、出力信号Qよりもいくらか遅れて遷移し、したがって、Tよりもいくらか短い継続時間を有する。出力信号Q、出力信号Q、及び出力信号Qの遷移は、モータコントローラ220002の低速入力端子220076における信号を高信号から低信号に遷移させ、かつモータコントローラ220002の「高速」入力端子220072における信号を低信号から高信号に遷移させる(例えば、持続時間Tを有するパルスの形態で)ように動作する。したがって、3つの「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが、感知デバイス220020から(又は複数の感知デバイス220020から)信号若しくはパルスが、Q出力信号がまだ高い間に、3つの「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスのうちの第2及び第3の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加されるときに、モータコントローラ220002は、外科用器具のモータを、Tよりも大きい時間(すなわち、第2のトリガ信号又はパルスのリーディングエッジによって短縮された時間Tに時間Tを加えた合計)、「低速」の速度で動作させ、次いで、時間Tの間「高速」の速度で動作させるように動作する。
第4のタイミング図220108は、第3のタイミング図220106の直ぐ右に示されており、複数(例えば、3つよりも多い)「バンプ」は、感知デバイス220020に印加されるか、又は感知デバイス220020から(若しくは感知デバイス200020から)の複数のトリガ信号若しくはパルスが、単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加されるときの例を表しており、ここで、「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスの各々は、第1の「バンプ」が感知デバイス220020に印加された後、又は第1のトリガ信号若しくはパルスが、出力信号Qが安定状態(例えば、論理「0」状態)に戻る前に単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加された後に発生する。第4のタイミング図22108は、第4の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが発生する時間まで、第3のタイミング図220106と同じである。出力信号Qが安定状態(例えば、論理「0」状態)に戻る前に、第4の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが発生すると、出力信号Qのパルスの幅が増加する(出力信号Qは、一定の時間期間、高信号のままである)。これにより、モータコントローラ220002は、Q出力信号が高い限り(例えば、第4の「バンプ」、トリガ信号若しくはパルスの後の時間T)、モータを「高速」の速度で動作させ続ける。非同期カウンタ220008は、出力信号Q2の立ち下がりエッジ上にリセットされる。
非同期カウンタ220008は、この第4の変化(例えば、3から4へのカウントの変化)を認識し、非同期カウンタ220008の第2の出力端子220044における出力信号Qのパルスの幅を延長するように、かつ非同期カウンタ220006の第1の出力端子220042における出力信号Qの第2のパルスの持続時間を短縮するように動作する。
タイミング図220108に示されるように、追加の「バンプ」(例えば、第5の「バンプ」、第6の「バンプ」など)が、感知デバイス220020又に印加されるか、又は感知デバイス220020から(又は感知デバイス200020から)の追加のトリガ信号若しくはパルス(例えば、第5のトリガ信号若しくはパルス、第6のトリガ信号若しくはパルスなど)が、出力信号Qが安定状態(例えば、論理「0」状態)に戻る前に単安定バイブレータ220006の入力端子220024に印加されるときに、出力信号Qのパルスの幅が、最後の「バンプ」、トリガ信号若しくはパルスが出力信号Qが安定状態(例えば、論理「0」状態)に戻る前に印加された後に時間Tが経過するまで延長される。したがって、出力信号Qがまだ高い間に、4つ以上の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが発生した場合、4つ以上の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスの第2、第3、第4の「バンプ」又はトリガ信号若しくはパルスが印加されるときに、モータコントローラ220002は、外科用器具のモータをTよりも大きい時間(すなわち、第2のトリガ信号若しくはパルスのリーディングエッジによって短縮された時間Tに時間Tを加えた合計)、「低速」の速度で動作させるように、次いで、最後の「バンプ」、トリガ信号若しくはパルスが出力信号Qが安定状態に戻る前に印加された後に時間Tが経過するまで、「高速」の速度で動作させるように動作する。Q出力信号は、非同期カウンタ220008が出力信号Qの立ち下がりエッジ上でリセットされるまで高いままである。
いくつかの用途では、制御回路220000は、図102に示されるように精巧である必要はない。例えば、いくつかの用途では、モータを最初に「低速」の速度で短い時間期間動作させ、その後、モータをより速い速度に又は全速にまで加速させることが望ましい場合がある。これは、例えば、外科用器具のエンドエフェクタを関節運動させるときに有用であり得る。例えば、様々な態様によれば、外科用器具の関節運動システムのための制御回路は、「エンドオブストローク」スイッチと共に実装することができ、「エンドオブストローク」スイッチは、それがトリップされている間、関節運動モータを逆方向に動作させるが、それ以上は順方向に動作させないようにする。他の用途では、制御可能な期間、低速から高速、又は高速から低速にモータの速度を変化させることが望ましい場合がある。
図104は、外科用器具の制御回路220200を示す。制御回路220200は、組み合わせ論理回路として示されており、入力信号及び/又は波形をモータコントローラ(図104の簡略化の目的のために図示されていない)に提供するために利用されてもよい。制御回路220200からの入力信号に応答して、モータコントローラは、外科用器具の入力デバイスが一定期間、所定の位置に保持されたときに、モータ速度を変化させるように動作する。
制御回路220200は、制御回路220200が、単安定マルチバイブレータ220202と、第1のインバータ220204と、第2のインバータ220206と、を含む点で図102の制御回路220000と類似しているが、制御回路220000の他の構成要素を含まず、異なる機能を有するという点で異なる。様々な態様によれば、制御回路220200は、図102のモータコントローラ220002と類似又は同一であり得るモータコントローラを含む。
図104に切り替え要素として示されている感知デバイス220208は、第1のインバータ220204の入力端子220210、第2のインバータ220206の入力端子220212、及び単安定マルチバイブレータ220202の第1の入力端子220214に接続される。様々な態様によれば、制御回路220200はまた、とりわけ、トリガ、押しボタン、リミットスイッチ、位置センサ、圧力センサ、及び/又は力センサなどの切り替えデバイスとして実装されてもよい感知デバイス220208も含む。
単安定マルチバイブレータ220202は、単安定バイブレータ220006と類似又は同一であり得、図104に示されるような抵抗器220216と、コンデンサ220218と、を含み、第1の入力端子220214はリセット入力端子220220と、第1の出力端子220222と、を含む。抵抗器220216及びコンデンサ220218は、集合的にRC回路を形成する。単安定マルチバイブレータ220202の第1の出力端子220222は、モータコントローラの「モータ高速」入力端子に接続される。
第1のインバータ220204はまた、モータコントローラの「モータ減速」入力端子に接続される出力端子220224も含む。第2のインバータ220206はまた、単安定マルチバイブレータ220202のリセット入力端子220220に接続された出力端子220226も含む。
動作中、感知デバイス220208が、図104に示されるような開放位置から閉鎖位置へと変化し、一定の時間期間(例えば、外科用器具のユーザによって)、所定の位置に保持されるとき、「低」信号が、第1のインバータ220204の入力端子220210、第2のインバータ220206の入力端子220212、及び単安定マルチバイブレータ220202の第1の入力端子220214に印加される。第1のインバータ220204は、第1のインバータ220204の出力端子220224において「低」信号を「高」信号に反転させるように動作し、その結果、「高」信号がモータコントローラの「モータ減速」入力端子で得られ、その結果、外科用器具のモータ(例えば、関節運動モータ)が「低速」速度で動作するようになる。第2のインバータ220206はまた、第2のインバータ220206の出力端子220226において「低」信号を「高」信号に反転させるようにも動作し、その結果、「高」信号が単安定マルチバイブレータ220202のリセット入力端子220220で得られる。感知デバイス220208がその「保持」位置から解放されると、RC回路の時定数によって判定された一定の期間後、単安定マルチバイブレータ220202は、単安定マルチバイブレータ220202の出力端子220222において「高」信号(出力信号Q)を生成するように動作し、その結果、モータコントローラの「高速」入力端子で「高」信号が得られる。時間定数は、例えば、およそ0.5秒~1.0秒程度であり得る。モータコントローラの「モータ高速」入力端子における「高」信号は、外科用器具のモータが「低速」の回転速度から「完全な」回転速度の「高速」にへの変化をもたらす。感知デバイス220208が閉鎖状態から開放状態に変化して戻ると(例えば、押しボタンを解放することによって)、単安定マルチバイブレータ220202のタイマーは、リセットされる。したがって、感知デバイス220208と協働して、制御回路220200を利用して、制御可能な一定の時間期間、「低速」モータ速度を生成することができ、続いて、モータの速度を「高速」モータ速度に、又は「完全」モータ速度に至るまで増加させることができる。
制御回路220200は、制御可能な「低速」速度、続いて「高速」速度に関連して上述されているが、制御回路220200はまた、制御可能な「高速」速度、続いて「低速」速度を実現するようにも構成され得ることが理解されるであろう。制御回路220200は、異なるモータ速度を生成するように構成されたソリッドステート回路と共に実装され得ることが理解されるであろう。様々な態様によれば、外科用器具は、関節運動アークの既定の部分を通過するときに関節運動モータを減速させるように構成された切り替えシステムを含むことができる。様々な態様によれば、外科用器具はまた、アンビルを比較的高速で開放位置に回転させるように構成された切り替えシステムも含むことができる。例えば、スイッチは、正の開放タブが接触する点でアンビル上に位置することができ、スイッチの閉鎖は、スイッチがトリップされたときに迅速な開放期間を引き起こすように動作することができる。様々な態様によれば、制御回路は、モータ制御回路における単一点故障を防止するように構成され得る。
上述されたように、制御回路は、電気モータに送達される電力を制御するように構成されている。いくつかの例では、発光ダイオード(LED)アレイは、モータ速度又は電流を示す比例ディスプレイとして構成することができる。例えば、Texas InstrumentsによるLM3914などのディスプレイドライバを利用して、電流に比例するディスプレイを駆動することができる。異なる色、異なる配置、又は異なるLED(又は更には、ディスプレイアレイ上のいくつかのLEDをスキップすること)を利用して、電流がモータシステム上の負荷に比例することを強調することができる。
図104Aは、電気モータに送達されている電力を示すように構成された制御回路220400を示す。制御回路220400は、電源220410と、モータ制御回路220420と、LM3914集積回路(又は類似のディスプレイドライバ)220430と、集積回路220430上に画定された複数のゲート又は接点220440と通信するセグメント化ディスプレイ220450と、を備える。集積回路220430は、例えば、10個の比較器と、抵抗器変倍ネットワークと、を備え、しかしながら、集積回路220430は、電気モータによって引き込まれる電流を示す目盛り付きディスプレイ(図104Bを参照)を駆動するための任意の好適な構成を備えることができる。分割されたディスプレイ220450は、10個の発光ダイオード(LED)、すなわち、接点220440のうちの1つと各々通信する220451~220460を備える。制御回路220400では、LED 220451~220460は、順方向又は逆方向のいずれかにおいて、モータによって印加/送達されるトルクに比例して、引き込まれるモータ電流に比例して点灯する。
各LEDは、電気モータに対する最大適用可能電流の10パーセントを表す。したがって、LED 220541は、電気モータが利用可能な全電流の10パーセント超を引き込んでいるとき(及びモータが低トルクを印加/送達しているとき)に点灯する。しかしながら、モータ電流引き込みが20パーセントを超えない場合、第2のLED 220452は点灯せず、LED 220453~220460も点灯しない。電気モータが利用可能な全電流の20パーセントを超えて引き込まれるときに、第2のLED 220452は点灯し、以下同様である。電気モータが利用可能な電流の100%を引き込んでいるとき(及びモータが高トルクを印加/送達しているとき)に、LED 220451~220460の全てが点灯する。
少なくとも1つの代替的な態様では、第9及び第10のLED 220459及び220460などのLEDのいくつかは、電気モータのオーバー駆動状態を表す。更に、10個のLEDが便利に理解可能なディスプレイを提供しているが、例えば3個のLEDなど、任意の好適な数のLEDを使用することができる。このような例では、第1のLEDは、例えば、点灯するときに低トルク状態を表し、第2のLEDは、点灯するときに中間トルク状態を表し、第3のLEDは、点灯するときに高トルク状態を表す。図104A及び図104Bは、モータによって引き込まれる電流の文脈において、モータ電流の代わりにモータ電圧を測定及び表示することによって、モータ速度の指示を提供するために、同様の回路を利用できることが理解されるであろう。
図104Cは、ハンドル220100を備える外科用器具を示す。ハンドル220100は、ハンドルハウジング220110と、アクチュエータと、外科用器具を動作させるように構成された制御システムと、を備える。本明細書に開示される他の外科用器具と同様に、ハンドル220100の制御システムは、外科用ハブシステムと通信するように構成されている。ハンドル220100は、電磁波を介して外科用ハブシステムと無線通信するように構成され得るが、ハンドル220100は、音響スピーカ及び/又は外科用ハブシステムと通信するように構成された音響センサを備える。外科用ハブシステムはまた、外科用器具と通信するように外科用器具と同じ部屋に、又は少なくとも十分な聴覚範囲内にある音響スピーカ及び/又は音響センサを備える。このようなデータ通信は無線であり、例えば、ヒトの聴覚範囲内であってもなくてもよい様々なチャープを含むことができる。信号は、ヒトの聴覚範囲の上方、内部、及び/又は下方にあることができる。音響システムは、有利には、例えば、外科用器具及び/又はシステムの動作に干渉し得る電磁波を、同じ手術室で放出することに依存しない。
いくつかの例では、回路が通電される前の回路の適合性を判定するための回路を構成することが望ましい。例えば、電気外科用回路の戻り経路容量を検出し、戻り経路容量が十分でない場合、既定の局所的電流閾値を超えることなく、患者に印加される電気外科的エネルギーの量を制限することが望ましい。様々な態様によれば、接地パッドの表面積及び抵抗レベルを使用して戻り経路容量を判定し、戻り経路容量が不十分であることが判明した場合、単極生成器の出力は局所的な電流レベル閾値を下回るレベルに制限される。実際には、患者の接触品質が変化したとき、又は火傷が可能な閾値下回ったときに、出力を制限しながら、最高の効率を得るために、患者への生成器の連結を最大化し、最高の電気外科的性能を実現することが有益である。様々な態様によれば、電気外科用システムの印刷フレックス回路は、戻り経路の最大容量を定義するためにヒューズとして機能する変更区域を有する既定ゾーンを含む。
図105は、本開示の少なくとも1つの態様による、外科用システム220300を示す。外科用システム220300は、外科用ハブ220302と、電気外科用器具220304と、容量性戻りパッド220306と、容量性戻りパッド220306を外科用ハブ220302と接続するケーブル又はコード220308と、を含む。容量性戻りパッド220306及びケーブル若しくはコード220308は、電気外科用器具220304を介して患者に印加される電気外科的エネルギーの戻り経路を集合的に形成する。電気外科的エネルギーを患者に印加するときに、戻り経路の通電容量が、患者に印加される電気外科的エネルギーの量を取り扱うのに十分であることを確実にすることが重要である。
外科用ハブ220302は、単極生成器モジュール220310を含み、単極生成器モジュール220310は、電気外科的エネルギーの戻り経路内の電気的連続性を感知するように構成された感知デバイス(図106を参照)を含む。外科用ハブの様々な態様は、2018年3月29日に出願された米国特許出願第15/940,629号、発明の名称「COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS」により詳細に記載されており、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。電気外科用器具及び容量性戻りパッドの様々な態様は、2018年6月29日に出願された米国特許出願第16/024,090号、発明の名称「CAPACITIVE COUPLED RETURN PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS」により詳細に記載されており、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
以下により詳細に記載されるように、外科用システム220300は、戻り経路の通電容量を検出し(戻り経路の連続性を感知することによって)、既定の局所的な電流閾値を超えることなく、患者に印加される電気外科用エネルギーの最大量を制限する(単極生成器モジュール220310によって送達される電気外科的エネルギーを制御することによって)ように構成されている。
図106は、本開示の少なくとも1つの態様による、図105の外科用システム220300の電流及び信号経路を表す概略図220400を示す。電気外科用電流は、外科用ハブ220302の単極生成器モジュール220310によって、患者220312に選択的に適用される電気外科用器具220304に供給される。印加された電気外科用電流は、患者220312の身体を通過し、容量性戻りパッド220306によって受容され、次いで、ケーブル又はコード220308を通って、外科用ハブ220302の単極生成器モジュール220310に戻って、経路を完成させ、続いて電気外科用電流を完成させる。
外科用ハブ220302の単極生成器モジュール220310の感知デバイス220314は、容量性戻りパッド220306と電気外科用器具220304との間の電気的連続性を感知するように、図106に概略的に示されているが、感知デバイス220314は、単極生成器モジュール220310内に位置付けられた感知デバイス220314を介して、容量性戻りパッド220306及びケーブル若しくはコード220308から電気外科用器具220304への電気的導通を感知することが理解されるであろう。感知デバイス220314は、連続性を監視するように動作し、戻り経路の完全性及び/又は通電容量を表す出力信号を生成するように構成されている。感知デバイス220314によって生成された出力信号は、単極生成器モジュール220310の制御システム220316に渡され、制御システム220316は、電気外科用器具220304に送達される電気外科的エネルギーの量を制御するように動作する。戻り経路の連続性が絶対値よりも小さい場合(例えば、戻り経路の完全性が絶対的に変化する場合)、制御システム220316は、既定の局所的な電流閾値を超えることなく、電気外科用器具220304に送達される電気外科的エネルギーの量を制限するように動作する。
図107は、本開示の少なくとも1つの態様による、患者220312の連続性レベルと、図105の外科用システム220300の単極生成器モジュール220310によって供給される電気外科用電力のレベルとの間の関係を示すグラフ220500を示す。患者220312の抵抗によって測定される患者220312の連続性レベルは、外科用システム220300の戻り経路の連続性レベルのプロキシとして機能することができる。グラフ220500は、2つの水平軸-「上側」横軸220502及び「下側」横軸220504を含む。時間tは、「下側」横軸220504に沿って示されているが、明瞭さのために「上側」x軸220502に沿って示されていない。しかしながら、図107に示される垂直破線によって示されるように、「上側」横軸220502及び「下側」横軸220504は互いに整列されている。グラフ220500はまた、2つの縦軸-「上側」縦軸220506及び「下側」縦軸220508も含む。外科用システム220300の単極生成器モジュール220310によって供給される電気外科用電力のレベルは、「上側」y軸220506に沿って示され、患者220312の抵抗によって測定される患者220312の連続性レベルは、「下側」y軸220508に沿って示されている。
グラフ220500は、単極生成器モジュール220310の最大電力閾値220510と、患者220312に適用するために電気外科用器具220304で利用可能な電位電力レベル220514と、単極生成器モジュール220310によって供給される電力レベルのユーザ設定220516と、電気外科用器具220304によって適用される電気外科的エネルギーの実際の電力レベル220518と、患者220312の抵抗によって測定される患者220312の電気的連続性220520と、を更に含む。以下により詳細に記載されるように、患者220312の連続性が変化する(検出された戻り経路の完全性の変化に対応する)と、単極生成器モジュール220310によって供給される電気外科的エネルギーのレベルは変化する。
「下側」横軸220504の左側、及び「上側」横軸220502の左側で時刻t=0で始まり、時刻tに向かって移動し、患者220312の連続性が増加し始めると、単極生成器モジュール220310によって供給される電力のレベルは増加し始める。時間tから時間tまで、患者220312の連続性が横ばいになり、相対的に一定のままになると、単極生成器モジュール220310によって供給される電力のレベルは横ばいになり、相対的に一定のままになる。時刻tから時刻tまで、患者220312の連続性が更に増加するにつれて、単極生成器モジュール220310によって供給される電力のレベルは更に増加し、単極生成器モジュール220310のユーザ設定220516に到達する。時間tから時間tまで、患者220312の連続性が横ばいになり、相対的に一定のままになると、単極生成器モジュール220310によって供給される電力レベルは横ばいになり、相対的に一定のままになる。時刻tにおいて、患者220312の連続性レベルが減少すると、単極生成器モジュール220310によって供給される電力レベルは減少する。様々な態様による図107に示されるように、戻り経路の完全性の損失が検出された場合、単極生成器モジュール220310によって供給される電力を一定の時間期間オフにして(単極生成器モジュール220310によって供給される電力のレベルがゼロに減少する)、電力が単極生成器モジュール220310によって再び供給され始めることを可能にする前に、(例えば、単極生成器モジュール220310の制御システム220316によって)戻りパスの完全性が検証されることを可能にすることができる。図107では、時間期間は、時間tと時間tとの間の時間期間として示される待機時間tによって表される。
時間tから時間tまで、単極生成器モジュール220310によって供給される電力がゼロとして示されている間に、患者220312の連続性のレベルは横ばいになり、相対的に一定のままになる。時間tにおいて、待機時間tに達すると、単極発生器モジュール220310への電力が復元され、単極生成器モジュール220310によって供給される電力が増加する。時間tから時間tまで、患者220312の連続性が比較的一定であり続けると、単極生成器モジュール220310によって供給される電力のレベルは横ばいになり、相対的に一定のままになる。時間tにおいて、患者の連続性レベルが再び増加すると、単極生成器モジュール220310によって供給される電力のレベルは再び増加し、この場合、ユーザ設定220516に関連付けられた電力レベルまで増加するが、それを超えることはない。時間tの後、患者220312の連続性が横ばいになり、その後、比較的一定のままであった後に、単極生成器モジュール220310によって供給される電力レベルは、ユーザ設定220516に関連付けられた電力レベルで横ばいになり、次いで、相対的に一定のままになる。
様々な態様によれば、特定の機能(例えば、関節運動)をより容易に達成するために、外科用器具は、1つ又は2つ以上のフレキシブル回路を含む。様々な態様によれば、フレキシブル回路は、(1)フレキシブル回路上の任意の振動の影響が最小化されるように、(2)固体チップ取り付け位置が流体から封止され、かつ/又は(3)フレキシブル回路が互いに容易に内部接続可能であるように構成される。様々な態様によれば、1つ又は2つ以上のフレキシブル回路の基板は、患者の組織と生体適合性であり、このようなフレキシブル回路は患者内に埋め込むことができる。様々な態様によれば、フレキシブル回路は、フレキシブル回路が組み立てられている間、フレキシブル回路からのリード線を収容するための管状部分の特徴を有することができるが、必ずしも最終的な組み立て位置にない。様々な態様によれば、電気的センサ及び/又は機械的センサをフレキシブル回路に組み込むことができる。
遮蔽は、望ましくない無線周波数(RF)干渉がフレキシブル回路の性能に影響を及ぼすことを防止するために、フレキシブル回路と一体化/内蔵することができる。特定の態様では、フレキシブル回路は、ツイストペア配線の様々な構成を含むことができる。外科用器具内の電力及び/又は信号の送信を提供することに加えて、ツイストペア配線は、1つ又は2つ以上の二次機能を提供するように構成することができる。このような二次機能としては、例えば、電磁干渉、短絡検出、及び/又は汚染検出からツイストペア配線を遮蔽することを含むことができる。
図108は、外科用器具のフレキシブル回路220600を示す。フレキシブル回路220600は、ツイストペアの導体を含み、ツイストペアの導体は、「上部」導電トレース220602と、「底部」導電トレース220604と、を含む。図108に示されるように、「上部」及び「底部」導電トレース220602、220604は、規則的な間隔で互いに重なり合う。電流又は信号がツイストペアの導体を通して搬送されるとき、「上部」及び「底部」導電トレース220602、220604の重なり合った構成は、外部電磁場からの電位干渉から、電流又は信号をより良好に保護するように動作する。これは、フレキシブル回路220600の主要なマクロ方向が、電位干渉を引き起こし得る電磁場の源に平行である場合に特に当てはまる。
フレキシブル回路220600はまた、絶縁材料の第1の層220606と、絶縁材料の第2の層220608と、絶縁材料の第3の層220610とを含む。絶縁材料の第1の層220606は、「底部」導電トレース220604の「下」に位置付けられる。第2の層220608は、「底部」導電トレース220604の「上」及び「上部」導電トレース220602の「下」(すなわち、「上部」及び「底部」導電トレース220602、220604間)に位置付けられる。第3の絶縁層220610は、「上部」導電トレース220602の「上」に位置付けられる。様々な態様によれば、「底部」導電トレース220604は、絶縁材料の第1の層220606上に直接形成され、「上部」導電トレース220602は、絶縁材料の第2の層220608又は絶縁材料の第3の層220610のいずれかに直接形成される。様々な態様によれば、第1の層220606、第2の層220608、及び第3の層220610は各々、例えば、ポリイミドなどのポリマーを含む。
図109は、図108のフレキシブル回路220600の断面図を示す。「上部」及び「底部」導電トレース220602、220604上に示される斜線領域は、「上部」及び「下部」導電トレース220602、220604が互いに重なる領域を表す。図109に示されるように、源220612が電磁場220614(電磁場線として示される)を生成すると、「上部」及び「底部」導電トレース220602、220604の重なり合った構成は、電磁場220614を遮断又は阻止するように動作し、これは、特に破線220616の方向に沿って電位干渉を引き起こす可能性がある。様々な態様によれば、ツイストペアの導体を有するフレキシブル回路以外のフレキシブル回路は、上述の二次機能を提供するように構成することができる。
図110は、外科用器具のフレキシブル回路220700を示す。フレキシブル回路220700は、第1の複数の導電トレース220702と、第2の複数の導電トレース220704と、を含み、第1及び第2の複数の導電トレース220702、220704は、フレキシブル回路220700の異なる層に位置付けられる。フレキシブル回路220700はまた、絶縁材料の第1の層220706と、絶縁材料の第2の層220708と、絶縁材料の第3の層220710と、絶縁材料の第4の層22712と、絶縁材料の第5の層22714と、も含む。絶縁材料の第1の層220706は、第2の複数の導電トレース220704の「下」に位置付けられる。第2の層220708は、第2の複数の導電トレース220704の「上」、及び第1の複数の導電トレース220702の「下」(すなわち、第1及び第2の複数の導電トレース220702、220704間)に位置付けられる。第3の絶縁層220610は、第1の複数の導電トレース220702の「上」に位置付けられる。様々な態様によれば、第2の複数の導電トレース220704は、絶縁材料の第1の層220706上に直接形成され、第1の複数の導電トレース220702は、絶縁材料の第2の層220708又は絶縁材料の第3の層220710のいずれかに直接形成される。様々な態様によれば、第1の層220706、第2の層220708、第3の層220710、第4の層220712、及び第5の層220714は各々、例えば、ポリイミドなどのポリマーを含む。
図111を参照すると、フレキシブル回路220700は、第1の遮蔽層220716、第2の縦遮層220718、及び縦遮蔽部220720を更に含む。縦遮蔽部220720は、絶縁材料の第1、第2、及び第3の層220706、220708、220710内のビアを通じて形成される。第1の遮蔽層220716、第2の遮蔽層220718、及び縦遮蔽部220720は、外部電磁場からの電位干渉から、第1及び/又は第2の複数の導電トレース220702、220704を通じて搬送される電流又は信号をより良好に保護するように集合的に動作する。第1の遮蔽層220716は、絶縁材料の第3の層220710の「上」、絶縁材料の第5の層220714の「下」(すなわち、絶縁材料の第3及び第5の層220710、220714間)に位置付けられる。第2の遮蔽層220718は、絶縁材料の第4の層220712の「上」、及び絶縁材料の第1の層220706の「下」(すなわち、絶縁材料の第5及び第1の層220712、220706間)に位置付けられる。縦遮蔽部220720は、第1及び第2の遮蔽層220712、220714に接続され、第1及び第2の複数の導電トレース220702、220704の「左」及び「右」側を取り囲む。第1の遮蔽層220712が第2の複数の導電トレース220704の「底部」を覆い、第2の遮蔽層220714が第1の複数の導電トレース220702の「上部」を覆うように、第1の遮蔽層220712、第2の遮蔽層220714、及び縦遮蔽部220720は、第1及び第2の複数の導電トレース220702、220704の断面を取り囲む電磁遮蔽部を形成するように集合的に協働する。
上記に加えて、フレキシブル回路220700は、遮蔽トレース220722(図111を参照)を更に含むことができ、遮蔽トレース220722は、第1の遮蔽層220712、第2の遮蔽層220714、縦遮蔽部220720、及びトレース遮蔽部220722が、第1及び第2の複数の導電トレース220702、220704の長さを取り囲む電磁遮蔽部を形成するように集合的に協働するように、第1及び第2の複数の導電トレース220702、220704の「左」及び「右」側の長さに沿って横並びに位置付けることができる。絶縁材料の第1、第2、第3、第4、及び/又は第5の層220706、220708、220710、220712、220714の位置及び構成は、第1及び第2の複数の導電トレース220702、220704間、並びに/又は電磁遮蔽部と第1及び第2の複数の導電トレース220702、220704との間に短絡保護を提供するという二次機能を提供する。第1及び第2の複数の導電トレース220702、220704の長さを効果的に取り囲むことによって、第1の遮蔽層220712、第2の遮蔽層220714、縦遮蔽部220720、及びトレース遮蔽部220722は、フレキシブル回路220700を外部電磁場からの電位干渉から保護するように集合的に動作する。
上記に加えて、外科用器具のフレックス回路は、例えば、外科用器具及び/又は隣接する外科用器具内の構成要素から電磁干渉(electromagnetic interference、EMI)を吸収、分配、及び/又は他の方法で対処するように構成された構成要素を備えることができる。図111Aを参照すると、回路フレックス回路219520は、シャフトシュラウド219510に沿って延在し、特定の例では、例えば、219590などのEMI放出構成要素に近接して通過する。フレックス回路は、必要に応じて、例えば、フェライト、インダクタ、コンデンサ、及び/又はスナバネットワークなどの構成要素219550を更に備える。EMIを吸収する負担が複数の構成要素にわたって共有される場合、より小さい構成要素を使用することができる。特定の例では、構成要素219550は、フレックス回路219520内の2つ以上の導電トレース219530間にブリッジ又は延在する。
短絡検出及び/又は汚染検出を提供するために提供する側面は、本明細書中の図101A及び図101Bを参照して記載される。
外科用器具の制御回路を利用して、外科用器具の1つ又は2つ以上のモータ駆動システムを制御することができる。このようなモータ駆動システムは、例えば、エンドエフェクタ閉鎖システム、エンドエフェクタ関節運動システム、及び/又は発射システムを含むことができる。いくつかの例では、モータ駆動システムを制御するためにモータ駆動システムのパラメータを利用することが有益である。例えば、以下により詳細に記載されるように、モータ駆動システムに関連付けられた音響データ、振動データ、及び/又は加速度データなどのパラメータは、例えば、モータ駆動システムの1つ又は2つ以上の構成要素が劣化を経験している、損傷状態で動作している、及び/又は故障しそうであるという指示を提供することができ、これらの潜在的な問題を考慮してモータ駆動システムを制御するために利用することができる。
図112は、外科用器具の制御回路221000を示す。制御回路221000は、音響測定を利用して、例えば、外科用器具の駆動モータなどの電気モータの回転速度を制御する閉ループシステムとして構成されている。電気モータの回転速度は、電気モータによって印加/送達されるトルクとは異なる関係を有する(速度及びトルクは互いに反比例し得る)ため、制御回路221000はまた、例えば、外科用器具の駆動モータなどの電気モータによって印加/送達されるトルクを制御するために音響測定を利用する閉ループシステムとして構成されているとみなすこともできる。簡単にするために、制御回路221000は、外科用器具の電気モータの回転速度を制御する文脈で以下に記載される。
制御回路221000は、少なくとも1つの音響センサ221002と、少なくとも1つの信号調整器221004と、少なくとも1つの高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform、FFT)回路221006と、少なくとも1つの周波数-電圧変換器221008と、少なくとも1つの加算増幅器221010と、を含む。制御回路221000は、以下により詳細に記載されるように、電気モータを制御するように構成されたモータ駆動回路221020を更に備える。様々な例では、制御回路221000は、外科用器具の別の制御回路の一部を形成する。例えば、制御回路221000は、例えば、外科用器具のメイン処理回路及び/若しくはメインプロセッサ、並びに/又は1つ又は2つ以上のメモリデバイスを含む制御回路の一部を形成することができる。
音響センサ221002は、電気モータ221012、このモータ221012に動作可能に連結された歯車ボックス221014、221016、及び/又は歯車ボックス221014、221016に動作可能に連結された駆動トレーン221018に関連付けられた音響情報を、振動エネルギーの形態で感知するように構成されている。電気モータ221012は、歯車ボックス221014、221016、及び駆動トレーン221018は、外科用器具の駆動システムを集合的に形成する。したがって、音響センサは、外科用器具の駆動システムのパラメータを測定するように構成されているとみなすことができる。様々な例では、音響センサ221002は、例えば、モータ221012、歯車ボックス221014、221016、及び/又は駆動トレーン221018から放出される音波によって伝達される音響力に応答する圧電ピックアップを備える。音響センサ221002は、音波からの機械的エネルギーを、音響センサ221002の回路内の電気信号又は電圧電位の形態で電気的エネルギーに変換するように構成されている。特に、音響センサ221002によって感知される音響情報は、人間の聴力の範囲内の振動に限定されない。人間の聴力の範囲を上回るか又は下回る振動はまた、音響センサ221002によって感知され、電気エネルギーに変換され得る。
上記に加えて、歯車ボックス221014、221016は、電気モータ221012の出力速度よりも遅い回転出力を生成するように構成された減速歯車ボックスを備える。その結果、電気モータ221012及び駆動トレーン221018は、異なる速度で回転し、したがって、異なる音響シグネチャを有する。第1の歯車ボックス221014の入力は電気モータ221012の速度で回転し、一方、第1の歯車ボックス221014の出力は電気モータ221012よりも遅い速度で回転し、したがって、第1の歯車ボックス221014は、電気モータ221012とは異なる音響シグネチャを有する。同様に、第2の歯車ボックス221016の入力は、第1の歯車ボックス221014の出力速度で回転し、第2の歯車ボックス221016の出力は、その入力とは異なる速度で回転する。したがって、第2の歯車ボックス22106は、第1の歯車ボックス221014とは異なる音響シグネチャを有する。これらの音響シグネチャの各々は、それぞれの構成要素の速度に関連する波長及び振幅/大きさを含む周波数成分を有する。
信号調整器221004は、音響センサ221002から音響情報(例えば、電気信号又は電圧電位)を受信し、音響情報を別の種類の電気信号に変換するように構成されている。例えば、様々な例では、信号調整器221004は、音響センサ221002からの電気信号の大きさを増幅したり、音響フィルタ221002からの電気信号内のノイズをフィルタリングしたりしてもよい。高速フーリエ変換(FFT)回路221006は、信号調整器221004からの電気信号を分析し、時間領域から周波数領域の表現に電気信号を変換するFFTアルゴリズムを実行する。様々な例では、外科用器具のメイン処理回路は、FFTアルゴリズムを実行することができる。変換された電気信号は、周波数成分信号とみなすことができる。周波数-電圧変換器221008は、FFT回路221006によって提供される周波数成分信号を比例電圧信号に変換するように構成されている。比例電圧信号は、加算増幅器221010に入力されるフィードバック信号として使用される。加算増幅器221010は、モータコントローラ221018によって提供されるモータ速度指令信号(電圧信号である)と比例電圧信号を比較し、必要に応じてモータ速度命令信号を調節する。例えば、周波数-電圧変換器221008からの比例電圧信号がモータコントローラ221018によって提供されるモータ速度命令信号と同じである場合、モータ速度命令信号の調節は必要とされない。しかしながら、周波数-電圧変換器221008からの比例電圧信号が、モータコントローラ221018によって提供されるモータ速度命令信号とは異なる場合(例えば、それよりも小さいか又はそれよりも大きい)場合、加算増幅器221010は、モータが所望の回転速度を実現することができるようにモータ速度コマンド信号を増幅又は減少させる。調節されたモータ速度指令信号は、モータに電圧を提供するように動作するモータ駆動回路221020に送られ、電圧は、調節されたモータ速度命令信号によって呼び出されるモータの所望の回転速度に従って変化する。様々な例では、モータコントローラ221018及び/又はモータ駆動回路221020は、制御回路221000の一部であるか、又は制御回路22100と通信する別個の回路を備えることができる。特定の例では、モータコントローラ221018及び/又はモータ駆動回路221020は、外科用器具のメインプロセッサを含む制御回路の一部である。
上記に加えて、制御回路221000は、単一の音響センサを使用して、外科用器具の様々な電気モータ、歯車ボックス、及び/又は駆動トレーンの異なる音響シグネチャ間で区別するように構成されている。様々な他の例では、制御回路221000は、複数の音響センサ221002を備えることができる。少なくとも1つのこのような例では、各音響センサ221002は、例えば、電気モータ、歯車ボックス、又は駆動トレーンなどの外科用器具の単一の構成要素の音波をピックアップするために排他的に専用である。いずれの場合も、外科用器具の回転可能な構成要素のそれぞれの音響シグネチャのベースラインは、外科用器具の組み立て中に確立することができ、このようなベースラインは、感知された音響シグネチャを正しい構成要素と関連付けるための制御回路221000の基準として機能し、また、外科用器具が正常に動作しているか否かを判定する。更に、このように1つ又は2つ以上の音響センサ221002を利用することによって、例えば、使用中に、モータ及び/又は歯車ボックスの速度を感知/測定することができ、並進可能部材による移動の開始を検出することができ、かつ/又は並進可能部材による移動の終了を検出することができる。
様々な例では、上記に加えて、音響情報を利用することにより、モータ速度の遠隔感知が可能になり、それによって、例えば、直接連結されたセンサ及び/又はエンコーダの必要性を排除する。様々な例では、音響センサ221002のコストは、エンコーダ及びエンコーダを支持するためのアセンブリ、配線、及び電子機器よりも大幅に小さくすることができる。更に、音響センサ221002及びFFT回路221006は、他のシステムからの読み取りを確認する冗長システムの一部であり得る。このような構成は、リスクを軽減するために有用であり得、例えば、単一点故障耐性設計を作成することができる。更に、上述のように、音響センサ221002及びFFT回路221006は、外科用器具の駆動構成要素の故障、摩耗などの様々な指示を提供することができる。駆動トレーンの故障の検出に関する更なる詳細は、例えば、2016年4月18日に出願された米国特許出願第15/131,963号、発明の名称「METHOD FOR OPERATING A SURGICAL INSTRUMENT」(現在の米国特許出願公開第2017/0296173号)に見出すことができ、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。2016年2月12日に出願された米国特許出願第15/043,289号、発明の名称「MECHANISMS FOR COMPENSATING FOR DRIVETRAIN FAILURE IN POWERED SURGICAL INSTRUMENTS」(現在は、米国特許出願公開第2017/0231628号)の開示の内容全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
制御回路221000は、音響センサ221002に関して上述されたが、モータ速度制御を提供するために、外科用器具の他のパラメータを感知/測定することができることを理解されたい。例えば、加速度計及び/又は振動センサを、音響センサ221002に加えて、又はその代わりに利用して、外科用器具のモータ駆動システムに関連付けられた加速度データ、振動データなどを感知/測定することができる。このようなデータは、以下により詳細に記載されるように、モータの回転速度を制御するために利用することができる。
上記に加えて、制御回路221000の機能は、外科用器具の駆動構成要素の分解及び/又は故障を識別するための1つ又は2つ以上の方法を実施するために利用される。このような駆動構成要素としては、例えば、モータ221012、第1の歯車ボックス221014、第2の歯車ボックス221016、及び/又は駆動トレーン221018は、例えば、ラックアンドピニオン221022(図115を参照)構成を含むことができる。
図113は、外科用器具の構成要素の劣化又は故障を識別するための方法221100を示す。初期工程、すなわち、工程221102として、モータ221012、第1の歯車ボックス221014、第2の歯車ボックス221016、及び/又は駆動トレーン221018のそれぞれの音響シグネチャのベースライン測定が行われる。工程221104で、FFT回路221006は、それぞれの音響シグネチャのベースライン測定値を表す周波数成分信号を生成する。このシーケンスは、様々な速度及び負荷条件に対して、任意の数の異なる回数繰り返すことができる。図114を参照すると、グラフ221200は、少なくとも1つの例では、構成要素によって分解されたそれぞれの音響シグネチャのベースライン測定値を表す周波数成分信号を示す。より具体的には、グラフ221200は、モータ221012の周波数プロファイル221012a、第1の歯車ボックス221014の周波数プロファイル221014a、第2の歯車ボックス221016の周波数プロファイル221016a、及び駆動トレーン221018の周波数プロファイル221018aを示す。図114の複合周波数プロファイルに示されるように、周波数プロファイル221012a、221014a、221016a、及び221018aのいずれも互いに重なり合わず、しかしながら、隣接する周波数プロファイル間に部分的な重なりが存在する状況が生じる場合がある。これらの周波数プロファイル、又はそれらのそれぞれの成分信号は、例えば、外科用器具のメインプロセッサを含む制御回路のソリッドステートメモリデバイスなどの1つ又は2つ以上のメモリデバイスに記録及び記憶される。記憶された周波数プロファイルは、制御回路221000によってアクセスすることができる。以下でより詳細に記載されるように、「ベースライン」周波数成分信号は、外科用器具のモータ駆動システムが何らかの劣化又は故障を経験したかどうかを判定するために利用される。
ベースライン周波数成分信号が確立され、工程221404で記録された後、外科用器具はその後操作され、工程221106において、外科用器具のそのような動作に関連付けられた音響シグネチャの周波数プロファイルが判定され、外科用器具の動作中に監視される。外科用器具の動作に関連付けられた周波数プロファイルは、外科用器具のメインプロセッサを含む制御回路221000及び/又は制御回路によって監視され得る。工程221018において、周波数プロファイルは、FFT回路221006によってそれらのそれぞれの周波数成分信号に変換される。工程221110において、工程221108からのそれぞれの周波数成分信号を、工程221104からのベースライン周波数成分信号と比較して、モータ駆動システムの構成要素のいずれかが何らかの劣化を経験しているかどうかを判定する。この比較は、例えば、外科用器具のメインプロセッサ及び/又は外科用器具のアルゴリズムを含む制御回路によって、制御回路221000によって実装することができる。図115のグラフ221300に示されるように、第2の歯車ボックス221016の周波数成分信号は、工程221404において確立されたベースラインから逸脱したときに、第2の歯車ボックス221016に対する可能な疲労及び/又は損傷を示す。確立されたベースラインからの一定量の逸脱が予想され、すなわち正常であり、したがって、劣化及び/又は故障を示すものではないことを理解されたい。この目的のために、制御回路221000は、外科用器具のメインプロセッサを含む制御回路、及び/又はアルゴリズムは、ベースラインからの非結果的な逸脱と、ベースラインからの結果的な逸脱との間を区別するために、1つ又は2つ以上の所定の閾値を利用する。
方法221100は、モータ221012、第1の歯車ボックス221014、第2の歯車ボックス221016、及び/又は駆動トレーン221018の劣化又は故障を判定する文脈で記載されたが、方法221100はまた、外科用器具の他の構成要素の劣化又は故障を判定するためにも利用できることを理解されたい。
図116は、外科用器具の駆動構成要素の劣化又は故障を識別するための方法221400を示す。初期工程として、モータ221012によって引き込まれる電流のベースライン測定は、工程221402において経時的に行われる。ベースライン電流測定は、例えば、電流センサ回路などによって任意の好適な方法で行うことができ、外科用器具のモータ駆動システムが通常の様式で動作しているとき、すなわちモータ221012、歯車ボックス221014及び221016、並びに駆動トレーン221018がまだいかなる劣化及び/又は損傷も経験していないときに、モータ221012によって引き込まれている電流の量の指示を提供することができる。工程221404において、FFT回路221006と類似又は同一であり得るFFT回路は、モータ221012によって引き込まれる電流のベースライン測定値を表す周波数成分信号を生成する。このシーケンスは、様々な速度及び負荷条件に対して、任意の数の異なる回数繰り返すことができる。以下でより詳細に記載されるように、「ベースライン」周波数成分信号を利用して、外科用器具のモータ駆動システムが何らかの劣化又は故障を経験したかどうかを判定することができる。
工程221404の後、モータ221012によって引き込まれる電流は、例えば工程221406において電流センサ回路によって感知/測定され、工程221408においてFFT回路によってそれぞれの周波数成分信号に変換される。工程221410において、工程221408からのそれぞれの周波数成分信号を、工程221404からのベースライン周波数成分信号と比較して、モータ駆動システムの構成要素のいずれかが何らかの劣化を経験しているかどうかを判定する。この比較は、例えば、外科用器具のメインプロセッサ及び/又は外科用器具のアルゴリズムを含む制御回路によって、制御回路221000によって実施することができる。様々な例では、制御回路221000は、外科用器具のメインプロセッサを含む制御回路及び/又はアルゴリズムは、例えば、歯車ボックスの歯車上のチップ化された歯などの回転故障を示し得る周波数で反復的な事象を探す。
図117を参照すると、グラフ221500は、モータ221102によって引き込まれる電流のベースライン測定値221502(実線)及び後続の測定値221504(破線)を示す。グラフ221500はまた、モータ221102によって引き込まれる電流のベースライン測定値及び後続の測定値を表すベースライン周波数成分信号221506(前方スラッシュバー)及び後続の周波数成分信号221508(後方スラッシュバー)も示す。グラフ221500は、2つの水平軸-「上側」横軸221510及び「下側」横軸220512を含む。時間tは、「上側」横軸221510に沿って示され、周波数Hzは「下側」横軸221512に沿っている。グラフ221500はまた、2つの縦軸-「上側」縦軸220514及び「下側」縦軸221516も含む。電流は、「上側」縦軸220514に沿って示され、高速フーリエ変換の大きさは、「下側」縦軸221516に沿って示される。以下に記載されるように、この情報は、外科用器具のメインプロセッサ及び/又は外科用器具のアルゴリズムを含む制御回路221000によって使用され、反復的な異常な電流の引き込み及び/又は音響事象を評価する。
再び図117を参照すると、破線221504によって表される後続の電流測定値は、モータ221012によって経験される異常事象の3つの異なる例を示す。これらの異常事象は、モータ電流引き込みにおけるスパイクを含み、破線221504の3つのピークによって表される。制御回路221000、外科用器具のメインプロセッサを含む制御回路、及び/又はアルゴリズムは、ベースライン電流引き込みピークと異常電流引き込みピークとを区別するように動作する。少なくとも1つの例では、アルゴリズムは、電流引き込みがベースライン電流引き込みに対する閾値差を超えるときに、異常電流引き込みピークが発生したと判定する。様々な例では、閾値差は、例えば、ベースライン電流引き込みの50%である。他の例では、閾値差は、例えば、ベースライン電流引き込みの100%であるが、任意の好適な閾値を使用することができる。様々な例では、アルゴリズムは、モータ電流引き込み閾値のみを使用して、異常事象が発生したかどうかを判定することができる。特定の例では、アルゴリズムは、異常事象を評価するためのモータ電流引き込み閾値に加えて、他のパラメータを使用することができる。例えば、アルゴリズムは、異常事象間の時間を使用して、異常事象が反復的であるかどうかを判定することができる。反復する事象間の反復する時間期間がアルゴリズムによって確立され得る場合、アルゴリズムは、電流ピークが閾値を超えない場合であっても、駆動システム内の回転構成要素のうちの1つに劣化及び/又は損傷が存在し得ると判定することができる。これにより、反復事象間に確立された時間期間がないことは、必ずしも劣化及び/又は損傷が発生していないことを示すものではない。その代わりに、このような例では、劣化及び/又は損傷の早期の指示とすることができる。少なくとも1つの例では、ピーク間の一貫した時間期間が確立され得る場合、モータ電流引き込みが異常であるかどうかを判定するための閾値がより低くなる。これに応じて、一貫した時間期間が確立されない場合、閾値はより高くなる。
特に、上述の異常電流引き込みは、ベースライン音響周波数プロファイルの対応する変化に対応しても、対応しなくてもよい。例えば、図117では、ベースライン電流及び後続の電流の周波数成分は、上述の3つのモータ電流スパイク中の通常の予期される範囲内にあり、これは、破線によって区切られた3つのグループ化比較221518に示されている。しかしながら、測定されたモータ電流ピークに時間的に対応する周波数成分内に異常な反復事象も存在する場合、アルゴリズムは、駆動構成要素の劣化及び/又は損傷を示す異常なモータ電流引き込みを判定するために、より低い閾値を適用することができる。上述されたように、対応するモータ電流スパイクを伴わない周波数成分内での異常な反復事象もまた、駆動構成要素の劣化及び/又は損傷を示すことができる。図117は、このような異常な追加の周波数221520を描写する。異常な周波数の大きさが所定の閾値を超えるときに、アルゴリズムは、劣化及び/又は損傷が発生したと判定することができる。様々な例では、アルゴリズムは、対応するモータスパイクが存在するときの周波数の大きさに対して低い閾値を使用し、対応するモータスパイクが存在しないときの周波数の大きさに対して高い閾値を使用することができる。したがって、アルゴリズムは、対応する異常なモータ電流の引き込みの有無にかかわらず、劣化及び/又は損傷が発生したと判定することができ、またその逆も可能である。
図116の方法221400は、モータ221012によって引き込まれる電流の比較に基づいて、モータ駆動システムの劣化又は故障を判定するという文脈で記載されたが、他の比較を利用する類似の方法もまた、外科用器具の駆動構成要素の劣化又は故障を判定するために利用され得ることが理解されるであろう。例えば、測定されたモータ負荷は、経時的に測定されたシャフト電力と比較することができ、2つの間の損失の変化を利用して、外科用器具のモータ駆動システムの構成要素に対する考えられる疲労及び/又は損傷を識別することができる。更に、方法221100及び/又は方法221400と類似の方法を、外科用器具の無菌バリア内の熱管理の目的で利用することができる。
図118は、外科用器具のモータ制御アルゴリズムを調節するための方法221600を示す。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、記憶、伝達、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とることができる物理量の操作を指す。モータ制御アルゴリズムの文脈において、モータ制御アルゴリズムは、外科用器具のモータの速度を制御するために利用される。方法221600は、駆動の劣化又は故障が検出されたときはいつでも、駆動の損傷を最小限に抑えるか又は制限するために、モータ制御アルゴリズムを調節するために利用されてもよい。方法221600の開始前に、方法221100の方法221400及び/又は類似の方法を利用して、モータ駆動システムの劣化及び/又は損傷を検出することができる。
劣化又は故障が検出された場合、再び図118を参照すると、外科用器具の制御回路(例えば、外科用器具のメインプロセッサを含む制御回路)は、工程221602において電気モータの速度を調節又は制御するようにモータ制御アルゴリズムを調節して、モータ駆動システムの構成要素上のノイズ、振動、及び/又は摩耗を減少するように試みる。様々な例では、速度制御は、システム上の経験されたトルク(負荷)を考慮してモータ速度を加速又は減速させるように、パルス幅変調(PWM)デューティサイクルを調節することによって調節することができる。モータコントローラによって提供されるモータ速度命令信号の電圧を増加させるようにPWMデューティサイクルを調節することにより、モータに印加される電圧を増加させるように動作し、これにより、モータ速度を増加させるように動作する。モータコントローラ221018によって提供されるモータ速度命令信号の電圧を減少させるようにPWMデューティサイクルを調節することにより、モータに印加される電圧を減少させるように動作し、これにより、モータ速度を減少させるように動作する。モータ速度を減少させることにより、モータ駆動システムの音響感知をより低い周波数レベルに移動させることが可能になる。モータ速度を増加又は減少させることにより、モータ駆動システムの動作を、モータ駆動システムの自然共振すなわち自然周波数高調波から離れるように移動させることができる。
工程221602においてPWMデューティサイクルが調節された後、モータ駆動システムは、モータ駆動システムの何らかの劣化又は故障が発生したかどうかを判定するために、工程221604において、モータ駆動システムを再度チェックする。判定は、方法221100、方法221400、及び/又は類似の方法を利用することによって行うことができる。様々な例では、このような判定は、モータ駆動システムが使用されているときはいつでも、周期的に又は連続的に行われる。工程221604において劣化又は故障が検出された場合、制御回路は、モータ制御アルゴリズムを調節して、モータ駆動システムの検出された摩耗レベルに比例して、工程221606においてモータコントローラの電流制限を調節して、更なる摩耗又は壊滅的故障の可能性を最小限に抑えるように試みる。モータによって引き込まれるために利用可能な電流の量を低下させることによって、モータによって印加/送達される力又はトルクも制限される。したがって、モータ駆動システムの検出された摩耗レベルに比例してモータコントローラの電流制限を低下させることによって、モータの電力は、モータ駆動システムの検出された摩耗レベルに比例して減少する。
工程221606においてモータコントローラ221108の電流制限が調節された後、モータ駆動システムの何らかの劣化又は故障が検出されたかどうかを判定するために、モータ駆動システムは、工程221608において再びチェックされる。判定は、方法221100、方法221400、又は類似の方法を利用することによって行うことができる。様々な例では、このような判定は、モータ駆動システムが使用されているときはいつでも、周期的に又は連続的に行われる。
工程221608において劣化又は故障が検出された場合、制御回路は、モータ制御アルゴリズムを調節して、工程221610において外科用器具の速度制御又はモータコントローラの電流制限の調節を振動させて、モータ駆動システムの検出された故障点に一致させて、検出された損傷を補償することを試みる。例えば、歯車上の歯が故障しているか、割れているか、又は部分的に損傷している場合、音響センサ221002は、損傷から生じるカタカタという音を検出することができる。例えば、高速フーリエ変換回路221006などの高速フーリエ変換回路によって提供される分解は、外乱の周期を定義することができ、次いで、モータ制御アルゴリズムは、モータコントローラの電流制限を調節することができ、モータコントローラによって提供されるモータ速度命令信号(電圧)、及び/又はその期間に同期したPWMデューティサイクルを調節して、システム全体の振動及びモータ駆動システムの更なる過負荷を減少することができる。
工程221610において、外科用器具の速度制御及び/又はモータコントローラの電流制限が振動様式で調節された後、モータ駆動システムは、ステップ221612で再びチェックされて、モータ駆動システムの劣化及び/又は故障を監視する。この判定は、方法221100、方法221400、及び/又は類似の方法を利用することによって行うことができる。このような判定は、モータ駆動システムが使用されているときはいつでも、周期的に又は連続的に行われる。工程221612において追加の劣化又は故障が検出された場合、上述のプロセスはそれ自体を繰り返すことができ、任意の回数繰り返すことができる。以下により詳細に記載されるように、閾値を超える劣化又は故障が工程221612において検出される場合、プロセスは終了してもよい。方法221600について特定の順序の工程が記載されているが、工程の順序は異なり得ることが理解されるであろう。例えば、速度制御が調節される前に、及び/又は速度制御が調節されるのと同時に、電流閾値を調整することができる。
モータ駆動システム故障が外科手術中に開始するが、モータ駆動システム又はその構成要素が完全に故障しない場合、モータ制御アルゴリズムは、モータ駆動システムの性能(例えば、速度、能力、負荷)を低下させるように動作し、臨床医が外科手術を遅延させることなく継続することを可能にし、異なる外科用器具が取得されることを可能にする。部分的故障に応答して、制御回路及び/又はアルゴリズムは、1つ又は2つ以上の警告をユーザに生成することができる。このような警告は、例えば、可聴警告、視覚警告、触覚警告、及び/又はこれらの組み合わせの形態であってもよく、例えば、外科用器具が差し迫った故障を経験するであろうこと、弛緩モードで動作されていること、及び/又は、すぐに整備される必要があることを示すことができる。制御回路及び/又はアルゴリズムはまた、外科用器具の整備が必要とされるまでどれくらいの時間が残っているかを臨床医が知るのを助けるために、損傷、損傷からの時間、及び/又は性能劣化の割合としてのカウントダウンを含むことができる。
上記に加えて、制御回路及び/又はアルゴリズムは、故障の深刻度に関する評価を提供することができる。評価は、例えば、処置への遅延及び/又は別の外科用器具を使用するコストのバランスをとりながら、患者の安全を確保する複数の決定結果を通知することができる。故障の深刻度が制御回路及び/又はアルゴリズムによって壊滅的であるとみなされる場合、制御回路及び/又はアルゴリズムは、適切なフィードバック生成器によって臨床医に判定を通知することができる。故障の深刻度が処置工程を完了することができないようなほぼ壊滅的であるとみなされる場合、制御回路及び/又はアルゴリズムは、ユーザが外科用器具を患者から安全に解放するために適切な工程を追求しなければならないことをユーザに知らせるように動作することができる。外科用器具がモータ駆動組織切断ステープル留め器具である場合、例えば、制御回路及び/又はアルゴリズムは、可能であれば、駆動モータがナイフの方向を逆にすること、及び/又はナイフを引っ込めるために手動緊急離脱に戻ることだけを可能にするように動作することができる。故障の深刻度が深刻な損傷であるが、壊滅的ではないとみなされる場合、制御回路及び/又はアルゴリズムは、臨床医に損傷レベルを通知し、臨床医が処置工程を完了することを可能にするように動作するが、処置工程が完了し、外科用器具が患者から安全に取り除かれた後に、外科用器具の使用を無効にすることができる。故障の深刻度が損傷しているが深刻ではないとみなされる場合、制御回路及び/又はアルゴリズムは、損傷が発生したこと、及び外科用器具の機能性が変更され得るが、現在の手順工程を超えて手順を継続することが可能であることを臨床医に通知するように動作することができる。
様々な例では、制御回路及び/又はアルゴリズムは、状況認識を使用して、損傷した外科用器具及び残りの手順工程のリスク評価を実施して、推奨される動作コースを臨床医に通知するように構成されている。肥満処置では、例えば、外科用ステープル留め及び切断器具が、患者の胃の一部分を横切開及びステープル留めするために使用される。特に、胃組織は、横切開及びステープル留め経路に沿って厚さが変化し得る。実際に、この経路に沿った組織厚さの変化は、通常、非常に予測可能である。胃バンドを取り除く再置換の肥満処置では、例えば、外科用ステープル留め及び切断器具の最初のステープル留め発射は、胃の肛門、すなわち、胃の組織が最も厚いところにある。このような例では、結果として、外科用ステープル留め及び切断器具の駆動トレーンは、この最初のステープル留め発射中に高い負荷、応力、及び歪みを経験する可能性が高い。したがって、この第1のステープル留め発射の前に器具が何らかの方法で損傷した場合、最初のステープル留め発射は、器具を壊滅的に損傷しない場合に更に損傷し得る可能性がある。これを考慮すると、様々な例では、外科用器具は、外科用ハブシステムと通信し、外科用ハブシステムから、外科用器具がこの種類の肥満処置で使用されようとしているという通知を受信するように構成されている、無線及び/又は有線の信号送信機及び受信機を備える。このような例では、制御回路及び/又はアルゴリズムは、外科用器具の損傷状態並びに/又は外科用器具に対する現在の損傷及び更なる損傷の可能性を外科用器具のユーザに通知するように構成されている。更に、制御回路及び/又はアルゴリズムは、壊滅的故障の可能性を減少し、任意に、臨床医がより低い電流制限をオーバーライドすることを可能にするように、電気モータに利用可能な電流を制限するように構成され得る。制御回路及び/又はアルゴリズムは、追加の損傷のために、この最初のステープル留め発射後の外科用器具の駆動システムの状態を再評価するように更に構成され得る。現在の損傷が依然として許容可能な閾値を下回る場合、制御回路及び/又はアルゴリズムは、組織切開及びステープル留め経路を完了するために必要な外科用器具の後続のステープル発射を可能にすることができる。現在の損傷が許容可能な閾値を上回る場合、制御回路及び/又はアルゴリズムは、外科用器具を交換して処置を完了することを推奨することができる。したがって、外科用ハブシステムからのデータの結果として、器具は、横切開及びステープル留めされようとしている組織の厚さ、密度、及び/又は質を状況認識している。更に、外科用ハブシステムからのデータは、以前のステープル留め線の存在、胃バンドの存在、及び/又は組織瘢痕化などの胃組織を含む以前の外科手術に関するデータを含むことができ、これらは、器具によって横切開及びステープル留めされるときに、器具駆動システム上の応力を増加させることができる。制御回路及び/又はアルゴリズムは、上述のプロセスと類似の様式で動作して、器具駆動システムの現在の劣化又は損傷を評価し、臨床医にこの劣化又は損傷を通知し、外科手術を更に進める方法として、臨床医に選択肢を提供することができる。
状況認識に関する追加の「詳細は、例えば、2018年3月29日に出願の米国特許出願第15/940,654号、発明の名称「SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS」に記載されており、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
様々な例では、モータ駆動システムの状態は、定期的に、又は連続的に外科用ハブシステムに通信される。したがって、検出された故障の前のモータ駆動システムの状態は、外科用ハブシステムによって知られている。外科用ハブシステムは、2018年3月29日出願の米国特許出願第15/940,629号、発明の名称「COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS」により詳細に記載されており、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。外科用ハブシステムの制御回路及び/又はプロセッサによって実行されるアルゴリズムは、現在のケースにおける外科用器具の使用履歴、外科用器具の寿命履歴、及び外科用ハブの状況認識を利用して、現在のケースにおける外科用器具の故障の可能性、現在のケースにおける外科用器具の実際の故障をより完全に診断し、他のケースにおいて使用されている類似の外科用器具における類似の故障をより良く予測することができる。外科用ハブシステムの機能性によって提供される知識は、故障モードのより良好な理解を提供し、データ及び分析に基づいて将来の故障を予測及び/又は回避することを可能にし、ライフサイクルを改善し、将来の故障を回避するために外科用器具の改良を設計するための方向性を提供することができることが理解されるであろう。外科用ハブシステムが外科用器具の故障が差し迫っていると判定するときに、外科用ハブシステムは、外科用ハブシステムのディスプレイ及び/又はスピーカを介して、この情報を外科用器具のユーザに通信することができる。
様々な例では、外科用器具のハンドルは、外科的環境に対して改善された耐久性及び堅牢性を有するハンドル内の電気システムを提供するように構成され得る。例えば、完全に封止することができ、状態のスイッチを引き起こす力を必要としないタッチレス制御部を、ハンドルの設計に組み込むことができる。また、再使用可能なハンドルは、改善された交換式スイッチ及び制御要素が設けられてもよい。
多くの外科手術において、外科手術を完了するために、2つ以上の外科用器具が利用される。多くの例では、少なくとも2つの外科用器具を同時に患者内に位置付けることができ、2つの外科用器具が互いに接触及び/又は近接することが可能である。いくつかの状況では、これは大きな懸念を引き起こさない。外科用器具のうちの1つが電気外科用器具又は超音波外科用器具である場合などの他の状況では、例えば、別の外科用器具が電気外科用器具又は超音波外科用器具と接触しないようにすることが望ましい。
図119は、外科手術の環境222000を示す。環境222000は、第1の外科用器具222002と、第2の外科用器具222004と、患者222006と、患者222006と接触する接地パッド222008と、を含む。第1及び第2の外科用器具222002、222004は、患者222006内に、すなわち、例えば、接地パッド220008上に横たわっている患者の腹腔内に位置付けられて示されている。第1の外科用器具222002は、様々な異なる外科用器具のいずれであってもよい。例えば、第1の外科用器具222002は、シャフト222010と、ジョー222012を備えるエンドエフェクタと、を備える、エンドカッター又は組織切断及びステープル留め器具であり得る。シャフト222010及び/又はエンドカッタ222002のジョー222012の外面は、例えば、ステンレス鋼及び/又は任意の他の適切な金属などの導電性材料を含む。
第2の外科用器具222004は、源から高周波電気外科的エネルギーを受信し、当該技術分野において周知の様式で高周波電気外科的エネルギーを患者222006に印加することができる単極器具である。例えば、高周波電気外科的エネルギーは、第2の外科用器具222004の電極先端部222013によって印加される。源は、例えば、外科用ハブ220302の単極生成器モジュール220310などの単極生成器であり得る。通常の状況下で、患者222006に印加された電気外科的エネルギーは、患者222006を通って接地パッド220008まで通過し、そこで、戻り経路の導電体(図示せず)を介して電気外科的エネルギーの源に戻り、電気外科的電気回路を完成させる。
外科手術中の特定の時間に患者222006内の第1の外科用器具222002と第2の外科用器具222004とが近接していることに起因して、外科手術中に第2の外科用器具222004によって患者222006に印加された過度に多くの高周波電気外科的エネルギーが、意図されたような接地パッド222008とは対照的にシャフト222010及び/又はジョー222012の高い導電性のために、患者222006を通って第1の外科用器具222002に迂回される危険性がある。第1の外科用器具222002が患者222006内の第2の外科用器具222004に近づくほど、過度に多くの高周波電気外科的エネルギーが、患者222206を通って第1の外科用器具222002まで通過する危険性が高くなる。最悪の場合のシナリオでは、第1の外科用器具222002の導電性部分が第2の外科用器具222004の電極先端部と直接接触する場合、第2の外科用器具222004から第1の外科用器具222002へ直接、電気的短絡が確立される。
過度に多くの高周波電気外科的エネルギーが患者222006を通って第1の外科用器具222002まで通過する可能性を軽減するために、第2の外科用器具222004は、第2の外科用器具222004が患者222006に全レベルの電気外科的エネルギーを印加する前に、試験電流として患者222006に低電流を印加するように構成されている。試験電流源は、例えば、外科用ハブ220302の単極生成器モジュール220310などの単極生成器であり得る。試験電流を印加するために、第2の外科用器具222004は、第2の外科用器具222004のシャフト222018上に電気終端222014(図120、図121、図122参照)を含む。電気終端222014は、電気外科的エネルギー源及び/又は電池に電気接続され、試験電流を患者222006に印加することができる。一方法では、電気終端222014は、第2の外科用器具222004から患者222006を通って接地パッド222008に至る経路に沿った電気的連続性を判定するのに役立つ連続性センサとして利用される。様々な態様によれば、電気終端222014は、第2の外科用器具222004の制御回路の一部分を形成し、制御回路及び/又はアルゴリズムを利用して、試験電流を患者222006に印加することができる。
試験電流は、十分な器具-患者-パッドの連続性が上述のように存在するかどうかを適切に判定するために、例えば数ミリ秒などの短い時間期間だけ印加されてもよい。様々な態様によれば、連続性は、接地パッド222008に組み込まれた感知デバイス、戻り経路のコード若しくはケーブルに組み込まれた感知デバイス、及び/又は外科用ハブ220302の単極生成器モジュール220310などの単極生成器によって判定することができる。更に、試験電流は、例えば、わずか数ミリアンペアのアンペア数を含んでもよい。試験電流の印加が、第1の外科用器具222002と第2の外科用器具222004との間の短絡又は有意なシャントの存在を示さない場合、制御回路は、第2の外科用器具222004が、その後患者222006に印加され得る完全なレベルの電気外科的エネルギーを提供することを可能にするように動作する。しかしながら、試験電流の印加が、第1の外科用器具222002と第2の外科用器具222004との間に短絡又は有意なシャントが存在することを示す場合、制御回路は、第2の外科用器具222004が完全なレベルの電気外科用エネルギーが提供されることを防止するように動作し、器具222002及び222004が、それらの間の短絡又はシャントを排除するために十分に分離されるまで、第2の外科用器具222004が完全なレベルの電気外科的エネルギーを患者220006に印加することを効果的に阻止又は停止する。様々な態様によれば、試験電流はまた、外科手術全体にわたって周期的又は連続的に印加することができ、外科手術中に患者222006に印加される電気外科的エネルギーは、第1の外科用器具222002と第2の外科用器具222004との間の短絡及び/又は有意なシャントの感知及び/又は検出に基づいて、減少するか又は更に中断することができる。
図120~図122を参照すると、電気終端222014から放出されるものとして示される信号222016は、電気終端222014から出る試験電流の表現である。電気終端222014は、第2の外科用器具222004のシャフト222018上に位置付けられているものとしてのみ示されているが、電気終端222014はまた、第2の外科用器具222004の本体222020上にも位置付けられる。このような構成は、例えば、第2の外科用器具222004の本体222020から、第1の外科用器具222002のシャフト222010及び/又はジョー222012、並びに第2の外科用器具222004のシャフト222018から、第1の外科用器具222002のシャフト222010及び/又はジョー222012への潜在的な漏れ経路を提供する。
図123は、外科用器具222004の漏れ電流222102と、外科用環境222000内の他の物体の外科用器具222004との近接性との関係を示すグラフ222100を示している。時間Tは横軸222104に沿って示され、漏れ電流は縦軸222106に沿って示される。第2の外科用器具222004からおよそ5センチメートル以内に空気以外の何もない場合、第2の外科用器具222004からの電流損失は、もしあるとしても、ほとんどない。実際に、このような例における電流損失は、外科用器具222004が患者又は別の外科用器具と接触していないと外科用器具222004の制御回路によって解釈され得る第1の閾値を下回る。外科用器具222004は、例えば、制御回路と通信する、外科用器具222004のスクリーン上の光及び/又は記号などの第1のインジケータを更に備え、第1のインジケータは、制御回路によって作動されたときに、外科用器具222004が、例えば、それが患者の組織に影響を及ぼし得る、並びに/又は別の外科用器具に対して短絡及び/若しくは接触し得る位置にないことを臨床医に示す。少なくとも1つの例では、第1のインジケータは、例えば緑色LEDを備える。
図123を再び参照すると、外科用器具222004が患者に近接して移動すると、漏れ電流は、第1の閾値を上回って増加する。少なくとも1つのこのような例では、例えば、近接はおよそ3cmであり得る。外科用器具222004は、例えば、外科用器具222004のスクリーン上の光及び/又は記号などの第2のインジケータを更に備え、第2のインジケータは、漏れ電流が第1の閾値を超えるときに制御回路によって起動される制御回路と通信する。少なくとも1つの例では、第2のインジケータは、例えば黄色LEDを備える。第2のインジケータの作動は、外科用器具222004が患者組織に影響を及ぼし得る位置にあり得ることを臨床医に示す。しかしながら、漏れ電流は依然として第2の閾値を下回っているので、例えば、外科用器具222004のスクリーン上の光及び/又は記号などの、制御回路と通信する第3のインジケータは作動されない。このような例では、臨床医は、外科用器具222004が、例えば、別の外科用器具に対して短絡及び/又は接触する位置にないことを理解することができる。少なくとも1つの例では、第3のインジケータは、例えば赤色LEDを備える。外科用器具222004が患者と接触しているが、別の外科用器具と接触していないときに、漏れ電流は、以下に記載されるように、外科用器具222004が別の外科用器具に近接して移動されない限り、第1の閾値を超えているが、依然として第2の閾値を下回っている。
図123を再び参照すると、外科用器具222004が別の外科用器具に近接して移動するときに、漏れ電流は、第2の閾値を上回って増加する。少なくとも1つのこのような例では、例えば、近接はおよそ3cmであり得る。このような例では、外科用器具222004の制御回路は、第3のインジケータを作動させる。このような例では、臨床医は、外科用器具222004が、例えば、別の外科用器具に対して短絡及び/又は接触する位置あり得ることを理解することができる。外科用器具222004が、例えば、およそ1cm以内など、別の外科用器具に更に近接して移動するときに、電流漏れは著しく増加し得る。このような例では、制御回路は、例えば、制御回路と通信する外科用器具222004内のスピーカを介して可聴警告を生成することができる。このような可聴警告はまた、外科用器具222004が他の外科用器具と接触するときにも生成され得る。外科用器具222004が他の外科用器具から離れるように移動し、漏れ電流が減少すると、制御回路は、可聴警告を停止する。漏れ電流が第2の閾値を下回る場合、制御回路は、第3のインジケータを停止する。漏れ電流が第1の閾値を下回る場合、制御回路は、第2のインジケータを停止する。上記の結果として、臨床医は、その環境に対する外科用器具222004の位置決付けを理解することができる。
望ましくない接触の誤った警告を軽減するために、1つに、第2の外科用器具222004と患者222006の身体又はトロカールとの間、2つに、第2の外科用器具222004と患者222006の標的組織との間、並びに3つに、第2の外科用器具222004及び第1の外科用器具222002又は外科手術の環境222000内の別の外科用器具との間の接触を区別するために利用され得る閾値を確立することが有益である。
図124は、外科手術中の第2の外科用器具222004の試験電流の直流(DC)出力電圧222202を示すグラフ222200を示す。外科手術の時間tは、横軸222204に沿って示され、試験電流の電圧vは、縦軸222206に沿って示されている。時間tにおいて、試験電流の電圧222202は、第2の外科用器具222004が患者に挿入されるときに、第2の外科用器具222004トロカールと接触するを示すv電圧閾値222208を超える。次いで、試験電流の電圧vは、第2の外科用器具222014の連続性センサ222014がトロカールを通過するときに、短い時間期間、上向きにスパイクする。その後、センサ222014がトロカールを通過し、第2の外科用器具222004が更に患者に挿入されると、試験電流の電圧は、より低いレベルに戻る。時間tにおいて、試験電流の電圧222202は、第2の外科用器具222004が患者222006の組織と接触するか又は近接していることを示すv電圧閾値222210を超える。その後、電圧222202は、外科用器具222004が患者組織に対して移動及び操作されるときに、v電圧閾値22210を上回ったままである。時間tにおいて、試験電流の電圧222202は、第2の外科用器具222004が外科手術の環境222000内で第1の外科用器具222004又は別の外科用器具と接触するか又は近接していることを示す、v電圧閾値222212を超える。試験電流の電圧222202は、第2の外科用器具222004が隣接する器具から離れるように移動するにつれて、より低いレベルに戻る。v電圧閾値222208は、器具-トロカール接触閾値とみなすことができ、v電圧閾値222210は、器具対標的組織接触閾値とみなすことができ、v電圧閾値222210は、器具間接触閾値とみなすことができる。
様々な例では、制御回路及び/又はアルゴリズムを利用して、継続的又は連続的にDC出力電圧vを分析することができる。制御回路及び/又はアルゴリズムは、例えば、DC出力電圧222202の大きさ、DC出力電圧222202の傾き、及び/又はDC出力電圧222202の傾きの変化率を考慮する。このようなデータを使用して、制御回路及び/又はアルゴリズムは、第2の外科用器具222004が実際にトロカール又は患者222006の身体、患者222006の標的組織、及び外科手術の環境222000内の第1の外科用器具222002又は別の外科用器具と接触するときの、より正確な指示を提供することができる。制御回路及び/又はアルゴリズムによって提供されるより正確な指示は、望ましくない接触の誤った警告を軽減するように動作する。
上記に加えて、様々な形態の電流漏れ又は相互作用は、外科的環境において2つ以上の外科用器具間で発生し得る。例えば、患者内に位置付けられたエンドカッターのステープルカートリッジジョーの周囲に流体が存在する場合、エンドカッターの露出した電気接点のセットは、隣接する電動ディセクタの感知に干渉し得る。したがって、隣接する電動外科用デバイス間の電気的相互作用を感知及び監視することが望ましい。様々な例では、外科用器具及び/又は電動外科用器具の相互接続された金属シャフト構成要素における1つ又は2つ以上の回路基板の電位を感知し、監視することができる。特定の例では、電位は、高周波電気外科用電力源によって感知される。少なくとも1つの例では、電位は、電動外科用器具のそれぞれの感知デバイスによって感知される。感知された電位に基づいて、電動外科用器具のそれぞれの制御回路及び/又はアルゴリズムは、電動外科用器具のいずれかが出血電流であるか、又は寄生相互作用を有しており、隣接する外科用器具を誤った信号に不注意にさらす可能性があるかどうかを判定することができる。
図125は、電動外科用器具222300を示している。電動外科用器具222300のシャフトは、電気感知グリッド222302と、電気絶縁体222304と、を含む。電気感知グリッド222302は、接地に対する電位を検出するように構成されている。電気絶縁材222304は、電気感知グリッド222302を取り囲み、電動外科用器具222300の外部の環境から電気感知グリッド222302を電気的に絶縁するように動作する。少なくとも1つの例では、電気的感知グリッド222302は、感知グリッド222302に接触する流体の可能性を防止又は減少するために、シャフトのシュラウドに対して封止される。
図126は、本開示の少なくとも1つの態様による、図125の電動外科用器具222300と関連付けられた電位222402を示すグラフ222400を示す。時間tは横軸222404に沿って示され、電位vextは縦軸222406に沿って示される。グラフ222400の左下に沿って示される電位222402の低い値は、電動外科用器具222300の内部にある電気構成要素間に何らかの寄生又は露出した電流が存在することを示している。電動外科用器具222300が、例えば、別の電動外科用器具などの外部電源に近接するつれて、電位222402が増加し始める。電位222402は、電動外科用器具222300が外部電源により接近するようになり、かつより近接するにつれて、ますます増加する。破線222408によって表される、増加した電位の傾きを利用して、外部電源の存在及び/又は近接を示すことができる。様々な例では、制御回路及び/又はアルゴリズムを利用して電位222402を分析することができ、電位222402の大きさ、電位222402の傾き、及び/又は電位222402の傾きの変化率を考慮に入れて、例えば、制御回路及び/又はアルゴリズムは、電動外科用器具222300が外部電気源にどれだけ近接しているかの正確な判定を提供することができる。
図127は、第1及び第2の外科用器具222502、222504によって利用される能動的送信及び感知スキーム222500を示す。第1の外科用器具222502は、「スマート」外科用器具であり、第1の外科用器具222502のシャフト222510及び/又はエンドエフェクタ222512に沿って磁気放出及び検出を提供するように集合的に動作する送信機222506(磁気送信機であり得る)及び受信回路222508を含む。第1の外科用器具222502は、ステープルカートリッジジョー及びアンビルジョーを含むエンドカッターを備えるが、任意の好適な外科用器具を備えることができる。第2の外科用器具222504は、「非送信可能な」外科用器具であり、第2の外科用器具222504のシャフト又は本体222518上で互いに対向して位置付けられた第1及び第2の感知デバイス222514、222516を含む。第2の外科用器具222504は、クランプ可能なジョーと、加えて、組織を切断及び/又は凝固するように構成された定在振動トランスデューサと通信するブレードと、を備える。第1の感知デバイス222514は、第2の外科用器具222504の「ブレード側」上に位置付けられ、第2の感知デバイス222516は、第2の外科用器具222504の「ジョー側」上に位置付けられる。第1及び第2の感知デバイス222514、222516は、例えば、磁気センサである。シャフト又は本体222518の両側に互いに対向して位置付けられることによって、第1及び第2の感知デバイス222514、222516は、第1の外科用器具222502が第1の外科用器具222502に対する第2の外科用器具222504の位置及び配向を判定することを可能にする。
送信機222506及び受信回路222508は、第1の外科用器具222502のシャフト222510及び/又はエンドエフェクタ222512の長さに沿って延在する。送信機222506及び受信回路222508は、シャフト222510及び/又はエンドエフェクタ222512内の任意の好適な位置でフレキシブル回路内に位置付けられ、以下により詳細に記載されるように、連続的又は断続的に、同時にアクティブにすることができる。送信機222506は、第2の外科用器具222504の第1及び第2の感知デバイス222514、222516によって反射される磁場の形態の信号222519を送信して、同じく磁場の形態であるそれぞれの戻り信号222520、222522を形成するように構成されている。これにより、磁場以外の信号を放出し、他の態様で反射させることができる。受信回路222508は、戻り信号222520、222522を受信するように構成されている。様々な態様によれば、受信回路222508は、磁気感知デバイスを組み込んでいるか、又は考慮することができる。様々な例では、受信回路222508は、以下により詳細に記載されるように、送信機が信号222519を放出した後に、送信機222506からの応答を探すように構成されている。
様々な例では、送信機222506の磁気電源は、ランダムにシーケンス化されたオンオフパルスを生成する。換言すれば、送信機222506によって放出される磁場は周期的ではなく、代わりに、磁場は、第1の外科用器具222502の制御回路及び/又はアルゴリズムによって判定されるように、ランダムな時間に放出される。これにより、磁場は、例えば、毎秒およそ10回の平均速度で、及び約1kHzの周波数で放出される。更に、磁場パルスの持続時間はランダム化される。パルス間で、受信回路222508は、スイッチを入れることができ、戻り信号222520、222522をリッスンするように構成することができる。受信機回路222508は、戻り信号222520、222522を受信し、戻り信号222520、222522を表す情報を第1の外科用器具222502の制御回路及び/又はアルゴリズムに渡す。制御回路はまた、送信機222506によって放出される信号222519を表す情報を有してもよい。信号222519を表す情報及び戻り信号222520、222522を表す情報に基づいて、制御回路及び/又はアルゴリズムは、第1の外科用器具222502に対する第2の外科用器具222504の位置及び配向を判定することができる。何らかの理由で、受信機回路222508は、戻り信号222520、222522のうちの1つのみを受信する場合、制御回路及び/又はアルゴリズムは、第1の外科用器具222502に対する第2の外科用器具222504の位置を判定することができるが、その配向を決定することはできないであろう。
別の磁気信号放出外科用器具が第1及び第2の外科用器具222502、222504の外科領域内に存在する場合、第1の外科用器具222502の受信機回路222508は、他の信号放出外科用器具の磁気信号を受信する可能性が高い。それ以上のことがなければ、制御回路及び/又はアルゴリズムは、第1の外科用器具222502に対する第2の外科用器具222504の位置及び/又は配向を適切に分析することができない可能性がある。このような状況は、他の信号放出外科用器具が、受信機回路222508内の1つ又は2つ以上のローパスフィルタ及び/又はハイパスフィルタによってフィルタリングすることができる周波数でその信号を放出する場合に回避することができる。このような状況はまた、他の信号放出外科用器具が、例えば、およそ10回/秒の平均速度及び約1kHzの周波数で、磁場の形態の信号を放出する場合にも、おそらく回避することができる。第1の外科用器具222502及び他の信号放出外科用器具によって放出される信号のパルス持続時間及び速度のランダム性に起因して、また受信機回路222508及び他の信号放出外科用器具内の対応する受信機回路内の切り替えのランダム性にも起因して、2つの信号放出外科用器具からの磁気放出が完全に同期している状況は、軽減及び/又は回避される。したがって、上述の能動的送信及び感知スキーム222500はまた、両方とも能動的な送信及び感知手段を有する2つの外科用器具と共にも利用され得ることが理解されるであろう。
図128は、図127の第1の外科用器具222502によって送信及び受信された信号のグラフ222600を示す。送信された信号222602は、送信機222506によって送信された信号を表し、右下がりの斜線で示されている。受信された信号222604は、戻り信号222520、222522を表し、右上がりの斜線で示されている。時間tは、横軸222608に沿って示され、送信及び受信信号222602、222604の振幅は、縦軸222606に沿って示されている。図128に示されるように、送信された信号222602の各々の振幅は、1kHzの放出周波数に対する所与の帯域内にある。所与の振幅帯域は、破線222605A、222605Bによって境界されているように示されている。これにより、受信信号222604のうちのいくつかの振幅は、所与の帯域内にある。以下でより詳細に記載されるように、各信号セットの送信された信号222602と受信信号222604との差、及び各連続信号セット間の差を分析することによって、第1の外科用器具222502の制御回路及び/又はアルゴリズムは、第1の外科用器具222502に対する第2の外科用器具222504の近接及び配向を判定することができる。
図129は、第1の外科用器具222502に対する第2の外科用器具222504の、第1の感知デバイス222514の近接測定222702及び第2の感知デバイス222516の近接測定値222704を示すグラフ222700を示す。第1の感知デバイス222514の近接測定値222702は、右下がりの斜線で示され、第2の感知デバイス222516の近接測定値値222704は、右上がりの斜線で示される。時間tは横軸222706に沿って示され、センチメートル単位の距離は縦軸222708に沿って示される。第1のサンプルの間に取られたグラフ222700の左側付近の「近接バー」の第1のセットによれば、第2の外科用器具220504は、いくらか角度付けされた配向で、第1の外科用デバイス222502に対して約10センチメートルのいずれかの場所に位置している。第2のサンプルの間に取られた第1のセットのちょうど右にある「近接バー」の第2のセットによれば、第2の外科用器具220504は、幾分角度付けされた配向で、第1の外科用デバイス222502の7~9センチメートル以内のいずれかの場所にある。第3のサンプルの間に取られた第2のセットの「近接バー」の第3のセットによれば、第2の外科用器具222504の「ジョー側」上に位置付けられた第2の感知デバイス222516は、第1の外科用デバイス222502の1センチメートル以内にある。しかしながら、第2の外科用器具222504は、第1の外科用器具222502に対して急角度で角度付けられている。第4のサンプルの間に取られたグラフ222700の右側の第4のセットの「近接バー」によれば、第2の外科用器具220504の「ブレード側」の反対側に位置付けられた第1の感知デバイス222514は、第1の外科用デバイス222502の1センチメートル以内にある。第1及び第2の感知デバイス222514、222516の両方の近接度が第1の外科用器具222502に対して判定されると、第1の外科用器具222502に対する第2の外科用器具222504の配向もまた、この様式で判定されることが理解されるであろう。
能動的感知に加えて、又はその代わりに、例えば、誘導性感知及び/又は容量性感知などの受動的感知を利用して、別の外科用器具に対する1つの外科用器具の近接度を判定することができる。
図130は、第1の外科用器具222801及び第2の外科用器具222804によって利用される受動的感知スキーム222800を示す。第1の外科用器具222802は、磁気送信機222806と、変換器222808と、を含む。変換器222808は、その出力電圧を磁場に応じて変化させるように構成されている。変換器222808は、ホール効果センサを備えるが、任意の好適なセンサを備えることができる。以下により詳細に記載されるように、ホール効果センサ222808は、誘導性近接センサとみなすことができる。磁気送信機222806は、磁気送信機222806から外向きに発散する一次磁場222810を生成するように動作する。第2の外科用器具222804が第1の外科用器具222802の特定の距離内に入るときに、一次磁場222810は、第2の外科用器具222804の導電性材料内に電流を誘導する。少なくとも1つの例では、例えば、第2の外科用器具222804のシャフト及び/又はジョーは、導電性材料を備える。第2の外科用器具222804の導電性材料中の誘導電流は、第2の外科用器具222804の導電性材料から発散される二次磁場222812を生成するように動作する。二次磁場222812は、一次磁場222810に対向する傾向があり、一次磁場222810に対して弱化効果を有する。影響を受けていない状態(一次磁場222810に影響を有しないように、第2の外科用器具222804が第1の外科用器具222802から非常に離れている場合)と、影響を受けた状態(一次磁場222810に影響を有するように、第2の外科用器具222804が第1の外科用器具222802に十分近接している場合)との両方において、ホール効果センサ222808における磁場の正味の強度は、ホール効果センサ222808によって感知され、これは、ホール効果センサ222808における正味の磁場の強度を表す出力信号又はホール電流を生成し、したがって、第2の外科用器具222804の第1の外科用器具222802との近接度を表す出力信号又はホール電流を生成する。
図131は、ホール効果センサ222808に近接した影響を受けない状態での一次磁場222810を示す。一次磁場222810に影響を有するように第1の外科用器具222802に十分に近接している物体が存在しない場合、一次磁場222810の状態は影響を受けない状態にあるとみなされる。したがって、図130に示される場線222814は、一次磁場222810の影響を受けない状態、及び別の器具の存在なしに第1の外科用器具222802の受信回路によって受信されることが予想されるものを表すとみなすことができる。
図132は、ホール効果センサ222808に近接した影響を受けた状態での一次磁場222810を示す。物体が一次磁場222810に影響を有するように第1の外科用器具222802に十分に近接している場合、一次磁場222810の状態は影響を受けた状態にあるとみなされる。図130の磁場線222814とは異なっており、破線として示されている図131に示される一次磁場222810の場線222816は、一次磁場222810の影響を受けた状態を表すものとみなされ、第1の外科用器具222802の受信回路によって受信されると予想されるものではない。
図133は、図130の第1の外科用器具222802のホール効果センサ222808によって出力されたホール電流222902を示すグラフ222900を示す。ホール効果センサ222808によって感知された正味の磁場の強度は、磁場強度Hであっても磁束密度Bであっても、横軸222904に沿って示され、電流Iは縦軸222906に沿って示される。ホール効果センサ222808によって感知された正味の磁場の強度が増加するにつれて、ホール電流222902の大きさは減少する。グラフ222900の左ハド側に沿って示されるホール電流222902の高い大きさは、例えば、第2の外科用器具222804などの他の導電性物体が第1の外科用器具222802に近接していないことを示している。磁場強度の第1及び第2の磁場強度間のホール電流の大きさの減少は、第2の外科用器具222804が第1の外科用器具222802からいくらかの距離にあることを示している。磁場強度の第2及び第3の磁場強度間のホール電流の大きさの更なる減少は、第2の外科用器具222804が第1の外科用器具222802に接近していることを示している。磁場強度の第3及び第4の磁場強度間のホール電流の大きさのより更なる減少は、第2の外科用器具222804が第1の外科用器具222802に密接に近接していることを示している。ホール電流は、第1の外科用器具222802の制御回路に送られ得、制御回路及び/又はアルゴリズムは、ホール電流の大きさ、ホール電流の傾き、及び/又はホール電流の傾きの変化率を分析して、例えば、第1の外科用器具222802の第2の外科用器具222804との近接度の指示を提供することができる。
図134及び図135は、第1の外科用器具223002及び第2の外科用器具223004によって利用される受動的感知スキーム223000を示す。この受動的感知スキーム223000では、第1の外科用器具223002は、第1の外科用器具223002の感知ヘッド内に収容された第1及び第2のコンデンサプレート223006、223008を含む。図134及び図135に示されるもののような平行プレートコンデンサ構成では、第1及び第2のコンデンサプレート223006、223008間に電圧が印加されると、第1及び第2のコンデンサプレート223006、223008間に均一な電場が生成される。電場の強度は、印加される電圧に正比例し、第1及び第2のコンデンサプレート223006、223008間の距離に反比例する。電場に影響を有するように第1の外科用器具223002に十分に近接している物体がない場合、電場の状態は、影響を受けない状態にあるとみなされる。したがって、図134に示される場線223010は、電場の影響を受けない状態、及び第1の外科用器具223002の受信回路によって受信されることが予想されるものを表すとみなすことができる。
物体が電場に影響を有するように第1の外科用器具222802に十分に近接している場合、電場の状態は影響を受けた状態にあると考えられる。例えば、第2の外科用器具223004などの別の導電性物体が、例えば、図135に示されるように第1の外科用器具223002に接近すると、第1の外科用器具223002の第1及び第2のコンデンサプレート223006、223008に関連付けられた静電容量が増加する。増加した静電容量は、図135の追加の場線223012によって概念的に示されており、図135の電場は図134の電場とは異なる。図135に示される電場は、電場の影響を受けた状態を表すとみなすことができ、別の外科用器具の存在なしで第1の外科用器具223002の受信回路によって受信されることが予想されるものではない。様々な態様によれば、容量性センサなどの感知デバイスは、静電容量を感知し、感知された静電容量を表す出力信号を生成することができる。出力信号は、感知された静電容量を表す電圧信号に変換され得、電圧信号は、第1の外科用器具223002の制御回路に送られ得る。感知された静電容量を表す電圧信号に基づいて、制御回路及び/又はアルゴリズムは、感知された静電容量を監視し、静電容量の変化及び/又は電場の変化を分析して、第1の外科用器具223002の第2の外科用器具223004との近接度の指示を提供することができる。したがって、容量性センサは、容量性近接センサとみなすことができる。
様々な態様では、上述のような誘導性近接感知又は容量性近接感知を利用する代わりに、外科用器具は、異なる近接感知スキームを利用することができる。図136は、直流(DC)電源223102と、発振器223104と、コイル223106と、電流センサ223108と、を含む外科用器具223100を示す。DC電源223102は、直流(DC)電力を発振器223104に提供する。発振器223104は、直流(DC)電力をコイル223106に送られる交流(AC)信号に変換するように構成されている。交流がコイル22306に供給されると、コイル223106は、コイル223106内の電流を誘導する変化磁場223110を生成する。コイル223106からの電流は、電流センサ223108によって感知/測定される。別の外科用器具などの導電性物体が外科用器具223100に接近すると、他の外科用器具は、例えば、磁場223110の強度に影響を与え、これにより、誘導電流の大きさに影響を与えることができる。誘導電流を感知/測定することによって、外科用器具223100の制御回路及び/又はアルゴリズムは、別の物体が接近及び/又は近接しているときを判定することができる。
図137は、少なくとも1つの例における、図136の外科用器具223100の電流センサ223108によって測定された誘導電流223202を示すグラフ223200を示す。時間tは横軸223204に沿って示され、電流Iは縦軸223206に沿って示される。誘導電流223202の大きさが、図137の左側に示される時間期間に関して示されるように相対的に一定であるときに、誘導電流223202は、他の物体/外科用器具が外科用器具223100に接近も近接もしていない状況を示す。誘導電流223202の大きさが図137の右側に示される時間期間に関して示されるように増加するときに、誘導電流223202は、別の物体/外科用器具が外科用器具223100に接近及び/又は近接している状況を示す。外科用器具223100の制御回路及び/又はアルゴリズムは、例えば、測定された電流の大きさ、測定された電流の傾き、及び/又は測定された電流の傾きの変化率を分析して、外科用器具223100の別の導電性物体/外科用器具との近接度の指示を提供することができる。
外科用器具のエンドエフェクタ及び/又はシャフト内に電気構成要素を含む多くの外科用器具が存在する。特定の外科手術において、利用される外科用器具は、外科処置中に患者から、又は患者に導入された様々な液体と接触することがある。場合によっては、液体は、外科用器具のエンドエフェクタ及び/又はシャフト内の電気構成要素と接触することがある。これが発生すると、電気構成要素の性能、ひいては外科用器具の性能は、様々な程度で影響を受ける可能性がある。液体への曝露に起因する電気構成要素及び/又は外科用器具の性能の劣化は、多くの場合、液体汚染と呼ばれる。
いくつかの例では、液体汚染が発生すると、電気構成要素は依然としてその一次機能を実施することができるが、そうでなければ必ずしも可能であろうほどではない。他の例では、電気構成要素のうちの1つ又は2つ以上は、もはやその一次機能を実施することができず、これは、外科用器具の故障につながる可能性がある。液体汚染に関連付けられた潜在的な性能問題に起因して、外科用器具の電気構成要素の液体汚染を感知及び検出し、液体汚染を調節するための措置を取ることが望ましい。
図138は、エンドエフェクタ223302,と、シャフト223304と、第1の対の感知デバイス223306A、223306Bと、第2の対の感知デバイス223308A、223308Bと、流体検出回路223310と、を含む感知アレイを含む外科用器具223300を示す。外科用器具223300はまた、電気絶縁材料223312と、吸収材料223314と、を含む。シャフト223304は、シャフト223304の外部ハウジング/シュラウド223318を通る1つ又は2つ以上の開放部223316を含み、これは、流体及び/又は他の汚染物質223320がシャフト223304の外部の環境からシャフト223304内の位置まで通過することを可能にし得る。
第1の対の感知デバイス223306A、223306B、及び第2の対の感知デバイス223308A、223308Bは、シャフト223304内に位置付けられ、シャフト223304のシュラウド223318によって取り囲まれる。図138に示されるように、感知デバイス223306Aは感知デバイス223306Bから離間され、感知デバイス223308Aは感知デバイス223308Bから離間され、第1及び第2の対の感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308Bは互いに離間されている。感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308Bの各々は、流体検出回路223310に接続されている。第1及び第2の対の感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308Bの構成に基づいて、感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308B及びそれらの流体検出回路223310へのそれぞれの接続経路は、ラダー回路と見なすことができ、ここで、ラダーの2つの「ラング」は、それぞれの第1及び第2の対の感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308Bによって表され、ラダーの2つの「レール」は、流体検出回路223310へのそれぞれの接続経路によって表される。2対の感知デバイスのみが図138に示されているが、外科用器具223300は、互いに離間され、第1及び/又は第2の対の感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308Bのような様式で、及び/又は任意の他の好適な様式で、流体検出回路223310に接続される、任意の数の対の感知デバイスを含み得ることが理解されるであろう。
感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308Bは、電気絶縁材料223312によって互いに電気絶縁された導電性電極を備える。電気絶縁材料223312は、感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308Bの位置に対応する4つ以上の開放部を含むことができ、これにより、シャフト223304内の流体が開放部を通過し、感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308Bと接触することを可能にする。感知デバイス223036A及び223306B間に流体が存在しないことにより、第1の対の感知デバイス223306A、223306Bが互いに電気絶縁されるときに、流体検出回路223310は、シャフト223304の内部容積が外科用器具223300の通常動作に十分に乾燥していることを示す信号を出力する。信号はその後、外科用器具223300の制御回路(図示せず)に送られ、ここで信号は、シャフト223304の内部容積が、外科用器具223300の通常動作を可能にするように十分に乾燥している状態を示すものとして解釈される。制御回路は、外科用器具223300のメインプロセッサを含むシャフト処理回路及び/又はハンドル処理回路を含むことができる。あるいは、流体検出回路223310は、第1の対の感知デバイス223306A、223306Bが互いに電気絶縁されたときに信号を出力しないことがあり、制御回路は、この信号の欠如を、シャフト223304の内部容積が外科用器具223300の通常動作を可能にするように十分に乾燥している状態を示すものとして解釈してもよい。
シャフト223304内の流体が、第1の対の感知デバイス223306A、223306Bが流体を介して互いに電気接続されることを可能にする十分な容積を有している場合、流体検出回路223310は、第1の対の感知デバイス223306A、223306B間の電気接続を認識し、第1の対の感知デバイス223306A、223306Bの位置に近接した液体汚染状態を示す信号を出力する。次いで、信号は制御回路に送られる。液体汚染信号に応答して、制御回路は、外科用器具223300の動作を調節するように機能するを果たす1つ又は2つ以上の制御信号を発する。例えば、制御回路は、外科用器具223300に利用可能な電力量を低下させるように機能する1つ又は2つ以上の制御信号を発し、外科用器具223300の1つ又は2つ以上の機能をロックアウト若しくは無効化し、かつ/又は例えば、信号損失若しくは短絡を受けやすい1つ又は2つ以上の電気トレースを停止若しくは無効化するように機能する。また、例えば、流体検出回路223310は、感知デバイス223306A、223306Bが流体を介して互いに電気接続されているときに信号を出力しないことがあり、制御回路は、この信号の欠如を、液体汚染状態を示すものとして解釈してもよい。感知デバイス223306A、223306B間の電気接続は、流体が外科用器具223300内に第1の距離を侵入したかどうかの指示を提供し、ここで、第1の距離は、シャフト223304内の感知デバイス223306A、223306Bの位置に対応する。
第2の対の感知デバイス223308A、223308Bが互いに電気絶縁されるときに、流体検出回路223310は、シャフト223304の内部容積が外科用器具223300の継続動作に十分に乾燥していることを示す信号を出力することができる。信号はその後、外科用器具223300の制御回路に送られ、ここで信号は、感知デバイス223308A、223308Bの位置に近接するシャフト223304の内部容積が、外科用器具223300の継続動作を可能にするように十分に乾燥している状態を示すものとして解釈される。あるいは、流体検出回路223310は、第2の対の感知デバイス223308A、223308Bが互いに電気絶縁されたときに信号を出力しないことがあり、制御回路は、この信号の欠如を、シャフト223304の内部容積が外科用器具223300の継続動作を可能にするように十分に乾燥している状態を示すものとして解釈してもよい。
シャフト223304内の流体が、第2の対の感知デバイス2233086A、223308Bが流体を介して互いに電気接続されることを可能にする十分な容積を有している場合、流体検出回路223310は、第2の対の感知デバイス223308A、223308B間の電気接続を認識し、感知デバイス2233086A、223308Bの位置に近接した液体汚染状態を示す信号を出力する。次いで、信号は制御回路に送られる。液体汚染信号に応答して、制御回路は、外科用器具223300の動作を調節する役割を果たす1つ又は2つ以上の制御信号を発する。例えば、制御回路は、外科用器具223300に利用可能な電力量を低下させるように機能する1つ又は2つ以上の制御信号を発し、1つ又は2つ以上の機能の外科用器具223300をロックアウト若しくは無効化し、かつ/又は例えば、信号損失若しくは短絡を受けやすい1つ又は2つ以上の電気トレースをロックアウト若しくは無効化するように機能する。あるいは、流体検出回路223310は、感知デバイス223308A、223308Bが流体を介して互いに電気接続されているときに信号を出力しないことがあり、制御回路は、この信号の欠如を、液体汚染状態を示すものとして解釈してもよい。感知デバイス223308A、223308B間の電気接続は、流体が外科用器具223300内に第2の距離を更に侵入したかどうかの指示を提供し、ここで、第2の距離は、シャフト223304内の感知デバイス223308A、223308Bの位置に対応する。
様々な例では、感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308B、電気絶縁材料223312、及び/又は流体検出回路223310は、シャフト223004内に位置付けられ、シャフト223004の外部ハウジング又はシュラウド223318の内面に適合することができるフレックス回路223322の部分を形成することができる。これにより、感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308B、電気絶縁材料223312、及び/又は流体検出回路223310は、任意の好適な様式で構成され得る。
吸収材料223314は、シャフト223004内の流体を吸収するように構成されている。流体を吸収することによって、吸収材料223314は、外科用器具223300への流体の侵入を遅らせる。しかしながら、流体は、最終的に、吸収材料223314を通って第2の対の感知デバイス223308A、223308Bに向かって吸い上げられる。特に、第1の対の感知デバイス223306A、223306Bは、吸収材料223314に対して遠位に位置付けられ、その結果、任意の初期流体侵入が第1の対の感知デバイス223306A、223306Bに迅速に到達することになる。一方、吸収材料223314の少なくとも一部分は、第1の対の感知デバイス223306A、223306Bと第2の対の感知デバイス223308A、223308Bとの間に存在し、その結果、流体侵入は、第2の対の感知デバイス223308A、223308Bに到達してもよいし到達しなくてもよい。結果として、流体検出回路223310は、第1の対の感知デバイス223306A、223306B間の電気接続を、必ずしも外科用器具223300の任意の動作を変更しない流体侵入/汚染警告として使用し、第2の対の感知デバイス223308A、223308B間の電気接続を、外科用器具223300の動作を変化させる流体侵入/汚染警告として使用するように構成されている。
図138に示されるように、吸収材料223314は、シャフト223004の外部ハウジング/シュラウド223318と同心であるリング又はシリンダの形態で構成されてもよい。第2の対の感知デバイス223308A、223308Bは、吸収材料223314と外部ハウジング/シュラウド223318との間に位置付けられ、これにより、外科用器具223300への流体の潜在的な侵入を更に制限及び制御する。
様々な例では、上述の感知アレイ及び/又は別の類似の感知アレイは、シャフト223304内の流体の存在を検出するだけでなく、流体が外科用器具223300の様々な電気構成要素によってもはや適切に取り扱うことができない量に到達したときに検出するために、吸収材料223314と協調して使用することができる。換言すれば、この組み合わせは、シャフト223304内にどれだけの流体があるかを判定するのに役立ち得る。外科用器具223300のいくつかの電気構成要素は、両方が同じ容積の流体に曝露されたときに、外科用器具223300の他の電気構成要素よりも良好にそれらの一次機能を実施できることが理解されるであろう。同様に、外科用器具223300のいくつかの電気的構成要素は、両方が同じ容積の流体に曝露されたときに、外科用器具223300の他の電気構成要素が故障する前に故障する。
図139は、図138の外科用器具223300の電気回路223400を示す。電気回路223400、又は電気回路223400の少なくとも一部分は、外科用器具223300の吸収材料223314内に位置付けることができ、シャフト223004内の流体が、外科用器具223300の1つ又は2つ以上の電気構成要素によってもはや適切に取り扱うことができない容積に到達したときを判定するために利用することができる。電気回路223400は、第1の対の感知デバイス223402A、223402Bと、第2の対の感知デバイス223404A、223404Bと、を含む感知アレイを含む。第1及び第2の対の感知デバイス223402A、223402B、223404A、223404Bは、それぞれ、図138に示される第1及び第2の対の感知デバイス223306A、223306B、223308A、223308B、又は追加の感知デバイスであってもよい。したがって、電気回路223400は、フレキシブル回路223322の一部を形成することができ、また、流体検出回路223310に電気接続され得ることが理解されるべきである。
電気回路223400はまた、第1の対の感知デバイス223402A、223402Bに電気接続された第1の比較器223406と、第2の対の感知デバイス223404A、223404Bに電気接続された第2の比較器223408と、を含む。以下でより詳細に説明されるように、第1及び第2の比較器223406、223408は、入力がいくらかの所定の値に達したかどうかを判定するために利用される。様々な例では、第1及び第2の比較器223406、223408は、演算増幅器で実現される。特定の例では、第1及び第2の比較器223406、223408は、専用の比較器集積回路で実現される。電気回路223400は、第1の対の感知デバイス223402A、223402Bに電気接続された第1の抵抗要素223410と、第2の対の感知デバイス223404A、223404Bに電気接続された第2の抵抗要素223412と、を更に含む。
第1及び第2の対の感知デバイス223402A、223402B、223404A、223404Bの構成及びそれらのそれぞれの接続経路に基づいて、電気回路223400の少なくとも一部はラダー回路とみなすことができ、ここで、ラダーの2つのラングは、それぞれの第1及び第2の対の感知デバイス223402A、223402B、223404A、223404Bによって表され、ラダーの2つのレールは、電源Vに戻るそれぞれの接続経路によって表される。図139には、2対の感知デバイスのみが示されているが、電気回路223400は、互いに離間され、第1及び/又は第2の対の感知デバイス223402A、223402B、223404A、223404B、並びに任意の数の対応する比較器のような様式で電源Vに接続される、任意の数の対の感知デバイスを含み得ることを理解されたい。
動作中、シャフト223004内の十分な量の流体が、流体を介して第1の対の感知デバイス223402A、223402Bを互いに電気接続するときに、第1の対の感知デバイス223402A、223402Bは、第1の比較器223406の第1の入力(例えば、負-入力)に電圧信号を提供する。次いで、第1の比較器223406は、第1の対の感知デバイス223402A、223402Bからの電圧信号と第1の比較器223406の第2の入力(例えば、正+入力)に接続された基準電圧とを比較する。どちらの電圧が大きいかに基づいて、第1の比較器223406は、次いで、「高」信号又は「低」信号のいずれかを出力する。例えば、基準電圧が第1の対の感知デバイス223402A、223402Bからの電圧信号よりも大きいときに、第1の比較器223406は、第1の対の感知デバイス223402A、223402Bに近接するシャフト223004内の流体の容積が、外科用器具223300の電気構成要素によって適切に取り扱うことができないレベルにまだ到達していないという指示である「低」信号を出力する。これはまた、感知デバイス223402A、223402Bが互いに電気絶縁されている場合である。一方、第1の対の感知デバイス223402A、223402Bからの電圧信号が基準電圧よりも大きいときに、第1の比較器223406は、第1の対の感知デバイス223402A、223402Bに近接する流体の量が外科用器具223300の1つ又は2つ以上の電気構成要素によってもはや適切に取り扱うことができないシャフト223304内のレベルに到達しているという指示である「高」信号を出力する。いずれの場合でも、第1の比較器223406によって出力される信号は、更なる動作のために、外科用器具223300の制御回路に送られてもよい。
同様に、吸収材料223314が、吸収された流体を介して第2の対の感知デバイス223404A、223404Bが互いに電気接続されるようにシャフト223004内から十分な量の流体を吸収したときに、第2の対の感知デバイス223404A、223404Bは、第2の比較器223408の第1の入力(例えば、負-入力)に電圧信号を提供する。次いで、第1の比較器223408は、第2の対の感知デバイス223404A、223404Bからの電圧信号と第2の比較器223408の第2の入力(例えば、正+入力)に接続された基準電圧とを比較する。どちらの電圧が大きいかに基づいて、第2の比較器223408は、次いで、「高」信号又は「低」信号のいずれかを出力する。例えば、基準電圧が第2の対の感知デバイス223404A、223404Bからの電圧信号よりも大きいときに、第2の比較器223408は、シャフト223004内の流体の容積が、外科用器具223300の電気構成要素によって適切に取り扱うことができないレベルにまだ到達していないという指示である「低」信号を出力する。これはまた、感知デバイス223404A、223404Bが互いに電気絶縁されている場合である。一方、第2の対の感知デバイス223404A、223404Bからの電圧信号が基準電圧よりも大きいときに、第2の比較器223408は、吸収材料223314によって吸収された流体の量が飽和レベルに到達したという指示である「高」信号を出力し、これは、シャフト223004内の流体の容積が、外科用器具223300の1つ又は2つ以上の電気構成要素によって、もはや適切に取り扱うことができないという指示である。いずれの場合でも、第2の比較器223408によって出力される信号は、更なる動作のために外科用器具223300の制御回路に送られてもよい。
第1の比較器223406及び/又は第2の比較器223408からの「高」出力信号に応答して、制御回路は、例えば、信号劣化警告を発行すること、構成要素及び/又はサブシステムの故障警告を発行すること、外科用器具223300に利用可能な電力量を低下させること、外科用器具223300の1つ又は2つ以上の機能的特徴をロックアウト又は無効化すること、及び/又は信号損失又は短絡の影響を受けやすい1つ又は複数の電気トレースをロックアウト又は無効化すること、などに役立つ1つ又は2つ以上の制御信号を発行することができる。
同じ基準電圧が、第1の比較器223406及び第2の比較器223408に印加されるように図139に示されているが、第1の基準電圧は、第1の比較器223406に印加され得、第2の基準電圧は、第1及び第2の電圧基準が互いに異なる第2の比較器223408に印加され得ることが理解されるであろう。例えば、第1の基準電圧が第2の基準電圧よりも低い場合、第1の比較器223406からの出力信号は、電気信号が劣化し、かつ/又は外科用器具223000の少なくとも1つの電気構成要素の性能が影響を受ける危険性があるシャフト223004内で「レベル1」流体汚染レベルに到達したという指示を提供することができ、第2の比較器223408からの出力信号は、電気信号が更に劣化し、かつ/又は外科用器具223000の少なくとも1つの他の電気構成要素の性能が影響を受ける危険性があるシャフト223004内で「レベル2」流体汚染レベルに到達したという指示を提供することができる。外科用器具223300の制御回路に送られた出力信号の異なる意味に基づいて、制御回路は、外科用器具223300の動作を異なるように調節する、及び/又は外科用器具223000の異なる動作を調節するように機能する制御信号を発行することができる。例えば、「レベル1」流体汚染レベル信号が第1の比較器223406から出力されるとき、制御回路は、外科用器具223300に利用可能な電力量を低下させるように機能する1つ又は2つ以上の制御信号を発行する。「レベル2」流体汚染レベル信号が第2の比較器223408から出力されるとき、制御回路は、例えば、外科用器具223300に利用可能な電力量を更に低下させ、外科用器具223300の1つ又は2つ以上の機能的特徴をロックアウト若しくは無効化し、かつ/又は信号損失若しくは短絡を受けやすい1つ又は2つ以上の電気トレースをロックアウト若しくは無効化するように機能する1つ又は2つ以上の制御信号を発行する。
更に、感知デバイス223402A、223402B、223404A、223404Bは、「開放」位置にある(例えば、互いに電気接続されていない)ように図139に示されているが、電気回路223400の上述の機能性はまた、感知デバイス223402A、223402B、223404A、223404Bが「閉鎖」位置にある状態でも実現され得る。感知デバイス223402A、223402B、223404A、223404Bが「閉鎖」位置に留まり、それぞれの電圧信号を第1及び第2の比較器223406、223408に送る限り、第1の比較器223406及び/又は第2の比較器223408の出力信号は、シャフト223004内の流体の容積が、外科用器具223300の電気構成要素によって適切に取り扱うことができないレベルにまだ到達していないという指示であろう。より多くの流体がシャフト223004に入り、吸収材料223314によって吸収されると、吸収材料223314は更に膨張し、最終的に、第2の対の感知デバイス感知223404A、223404B間の電気接続が破断/引き離され、それによって、電気回路223400内の電気的連続性/導電性を破壊/変化させる点に到達する。連続性/導電性の破断/変化は、第1及び第2の比較器223406、223408の第1の入力(例えば、負-入力)に印加されるそれぞれの電圧信号を変化させ、これにより、第1及び第2の比較器223406、223408によって出力される信号の意味を変化させる。
外科手術中に外科用器具が使用されるときに、外科手術が行われる環境に関連付けられた空気の密度は、外科用器具の性能に影響を有する可能性がある。ほとんどの場合、外科手術を行う高度は、空気密度の代理とすることができる。例えば、空気が海上レベルよりも一般的に低密度である高い高度位置で使用される外科用器具は、手術器具が海上レベルで又はその付近で使用されるときとは異なって実施することができる。空気密度/高度に関連付けられた性能上の問題に起因して、外科用器具が動作している空気密度/高度を感知/検出し、高度の差を補償するために様々な閾値、制御パラメータ、及び/又は感知された値を調節することが望ましい。
外科用器具内の放熱は、高度に変化する1つの性能特性である。高度が増加するにつれて、所与の容積に対して空気が減少し、その結果、大気圧が低下する。大気圧が低下すると、空気分子が更に広がり、温度が低下する。外科用器具の動作によって生成される熱を放散させるために対流冷却に依存する外科用器具の特定の部分が存在する。対流冷却により、外科用器具の動作によって生成された熱は、外科用器具から外科用器具を取り囲む空気に伝達される。大気圧がより低く、空気がより少ない(空気密度がより低い)より高い高度では、空気がより少ないことに起因して対流冷却が効率的ではなく、例えば、モータを駆動し、無線周波数(RF)、及び/又は超音波種類のアプリケーションのための高周波電気外科的エネルギーを生成する外科用器具の電子機器によって生成された廃熱を、対流冷却が効率的ではないことに起因して放散することが困難になる。これは、モータの熱放散効率が、高度が上昇するにつれて低下する理由である。
外科手術で利用される排煙システム内のコンプレッサポンプによって送達される空気容積は、高度によって変化する別の性能特性である。コンプレッサポンプは、空気の重量又は密度にかかわらず同じ容積の空気を送達する(高度が上昇するにつれて、空気の重量及び密度はますます低くなる)。しかしながら、高度が上昇すると空気の重量が低下する、より高い高度で同じ容積の空気を送達しようとすると、コンプレッサポンプはより少ない電力を必要とする。換言すれば、より高い高度で所与の容積の空気を送達するために、コンプレッサポンプのモータ速度を低下させることができる。これにより、より高い高度で所与の重量の空気を送達するために、コンプレッサポンプのモータ速度が増加する。
上記を考慮すると、外科用器具が動作している高度(空気密度の代理として)を感知/検出し、高度の差を補償するために様々な閾値、制御パラメータ、及び/又は感知された値を調節することが望ましい理由が理解されるであろう。高度は、多数の異なる方法で感知/検出することができる。例えば、外科用器具は、例えば気圧センサなどの大気圧/気圧を感知及び測定する感知デバイスを含むことができる。感知された大気圧は、高度の代理である。感知された大気圧に基づいて、外科用器具の制御回路及び/又はアルゴリズムは、高度/空気密度を考慮して外科用器具の通常動作を変更/調節するように動作する1つ又は2つ以上の制御信号を発行することができる。大気圧の直接読み取り値を取ることに加えて、又はその代わりに、外科用器具は、受信機の正確な位置を判定する全地球測位システム(global positioning system、GPS)受信機を含むことができる。このような例では、制御回路及び/又はアルゴリズムは、GPSの読み取り値を、GPSの位置、GPSの位置での既知の高度及び平均大気圧の測定値と相関させ、その位置での高度/空気密度を考慮して外科用器具の通常動作を変更/調節するための1つ又は2つ以上の制御信号を発行することができる。高度/空気密度の変化を考慮して、様々な閾値、制御パラメータ、及び/又は感知された値に適用され得るディレーティング係数を推定/計算するいくつかの方法も存在する。
図140は、様々な例において、外科用器具によって利用される高度、大気圧223502、及び電力223504の間の関係を示すグラフ223500を示す。グラフ223500は、高度が異なる空気密度の代理である場合に、異なる感知/検出された高度に対応するディレーティング係数を判定するために利用することができる。高度は、海上からの標高として第1の横軸223506に沿って示されている。第2の横軸223508は、第1の横軸223506と整列され、海上からの標高も表している。電力割合が第1の縦軸223510に沿って示され、目盛り付きの大気圧が第2の縦軸223512に沿って示されている。図140に示されるように、標高が増加するにつれて、大気圧223502は減少し、外科用器具によって利用される電力223504は減少する。海上(標高=0)では、大気圧223502は、1の目盛りレベルにあり、電力223504は100%の電力(全電力)である。海上10,000フィートの標高では、大気圧223502は、およそ0.20の目盛りレベルにあり、電力223504は70%の電力(全電力よりも30%少ない)である。換言すれば、海上10,000フィートの標高に関連付けられた大気圧223502では、外科用器具に関連付けられた温度閾値は、30%だけディレーティングされ得る。第1の横軸223506上の所与の標高と整列した縦線が電力223504及び大気圧223502を超える場所を単純に判定することによって、類似のディレーティング割合を判定することができる。様々な例では、ディレーティング割合は、外科用器具の制御回路のメモリデバイス内のルックアップテーブルとして記憶することができ、制御回路及び/又はアルゴリズムによって利用されて、感知/検出された空気密度を考慮して、様々な閾値、制御パラメータ、及び/又は感知された値にディレーティング係数を適用することができる。
高度の差に対するディレーティング係数及び/又は他の適用可能な調節を判定するための別の方法は、例えば、Bruno Zoccaliにより著された「A METHOD FOR APPROXIMATING COMPONENT TEMPERATURES AT ALTITUDE CONDITIONS BASED ON CFD ANALYSIS AT SEA LEVEL CONDITIONS」と題されるホワイトペーパーに見出すことができ、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。ホワイトペーパーは、TDMG Inc.のウェブサイト(www.tdmginc.com)で公開されている(2018年12月6日現在)。
本明細書に開示される外科用器具は、ハンドルアセンブリ及び/又は外科用器具のシャフト内に位置付けられた温度センサを含むように構成されている。外科用器具は、本明細書に記載される外科用器具のいずれであってもよい。温度センサは、ハンドルアセンブリ及び/又は外科用器具のシャフト内に位置付けられた特定の構成要素及び/又はサブシステムの温度を感知するように位置付けられる。例えば、温度センサは、例えば、電気モータ、電源回路、及び/又は通信回路の温度を感知するように位置付けられてもよい。感知された温度は、例えば、外科用器具のハンドルアセンブリ内のメインプロセッサなどの外科用器具の制御回路、及び/又は外科用器具の動作を調節する/適応させるアルゴリズムによって利用されてもよい。
様々な例では、熱感知デバイスは、外科用器具の異なる部分内のフレックス回路に組み込むことができ、熱感知デバイスによって測定/感知された温度は、制御回路及び/又はアルゴリズムによって利用されて、所与の構成要素及び/又はサブシステムの温度が警告又は危険ゾーン内にあるかどうかを判定することができる。所与の構成要素及び/又はサブシステムの感知/測定された温度が警告レベルを上回ると判定されると、制御回路及び/又はアルゴリズムは、最高熱生成構成要素及び/又はシステムに供給される電力のレベルを低下し始めるように更に動作することができる。例えば、外科用器具の駆動モータに供給される電力のレベルを低下することができる。
所与の構成要素及び/又はサブシステムの感知/測定された温度が所定の臨界閾値を超えていると判定されると、制御回路及び/又はアルゴリズムは、外科用器具をシャットダウン状態にするように機能することができ、ここで、外科用ハブとの通信を提供するように機能する外科用器具の電子機器は通電されたままであるが、外科用器具は、例えば、閉鎖ジョー、発射ステープル、及び/又は高周波電気外科的エネルギーの送達などの特定の機能を実施することを防止する。外科用ハブとの通信を提供するために機能する電子機器を通電状態に保つことによって、外科用ハブは、外科用器具のユーザに外科用器具の動作状態に関する情報を提供し続けることができる。外科用ハブの様々な態様は、2018年3月29日出願の米国特許出願第15/940,629号、発明の名称「COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS」により詳細に記載されており、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
外科用器具の構成要素及び/又はサブシステムの温度、並びに頻繁な使用条件下での外科用器具の継続動作を管理するために、様々な例では、動作の優先順位は、実施される構成要素、サブシステム、及び/又はタスクの重要度レベルに基づくことができる。したがって、特定の状況では、外科用器具は、最高熱生成器が規制されない状態になるか、又は重要なタスクが達成された後にのみ管理され得るように規制され得る。
いくつかの例では、外科用器具の構成要素及び/又はサブシステムが規制されているときに、外科用器具のハンドルアセンブリ内のメインプロセッサなどの外科用器具の制御回路は、例えば、どのように進めるのが最善かについてのより多くの情報を受信するために、外科用ハブと通信することができる。いくつかの例では、外科用ハブの状況認識機能は、外科用器具が重要なタスクの途中にあることを外科用器具の制御回路に通知するように動作することができ、制御回路及び/又はアルゴリズムは、次いで、熱警告を無視するか、又は規制されていた構成要素及び/又はサブシステムの重要度を再優先させるように外科用器具を制御することができる。状況認識機能の様々な態様は、例えば、2018年3月29日に出願の米国特許出願第15/940,654号、発明の名称「SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS」に記載されており、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
いくつかの例では、外科用器具は、感知/測定された温度又は推定された温度に基づいて、モータ電力使用を比例的に制限するように制御され得る。例えば、所定の温度閾値を超え、かつ/又は温度上昇率が所定の閾値を超え、かつ/又はモデル化された熱蓄積が所定の閾値に接近している場合、外科用器具は、第1の優先順位としてモータに利用可能な電力のレベルを減少させ、次に、エネルギーモダリティ(例えば、電気外科的エネルギー、超音波エネルギー)のために利用可能な電力を、もしあれば減少させるように制御することができる。
図141は、所定の温度閾値を超える発生を予測するために、経時的に感知/測定された温度から熱流束を判定するための方法223600を示す。工程223602において、外科用器具のハンドルアセンブリ及び/又はシャフト内に位置付けられた構成要素及び/又はサブシステムの温度は、温度感知デバイスによって感知/測定される。工程223604において、外科用器具の各モータ及び電力回路に送達されるエネルギーは、エネルギー測定デバイスによって経時的に測定される。工程223606において、外科用器具の内側に蓄積された熱は、工程223602及び223604において判定された情報に基づいて推定される。工程223608において、外科用器具内の温度上昇率は、外科用器具の制御回路及び/又はアルゴリズムによって判定される。工程223608において判定された温度上昇率に基づいて、既定の温度閾値を超えるであろう時間は、工程223610において、外科用器具の制御回路及び/又はアルゴリズムによって判定され得る。いくつかの例では、方法223600は、工程223612を更に含み、ここで、ステップ223608において判定された温度上昇率を、モデル化された熱蓄積によって予測される温度上昇率と比較して、判定された温度上昇率の精度のより高いレベルの信頼性を確立することができる。この比較は、外科用器具の制御回路によって実施され得る。
図142は、感知温度223702、近似温度223704、及び外科用器具のエネルギー使用量223706の間の関係を示すグラフ223700を示す。時間tは、第1の横軸223708に沿って、かつ第3の横軸223712に沿って示される。第2の横軸223710はまた、時間tを表す。第1の縦軸223714は、近似温度223704に関連付けられ、第2の縦軸223716は、感知温度223702に関連付けられ、第3の縦軸223718は、エネルギー使用量223706に関連付けられる。様々な例では、検知された温度223702は、外科用器具のハンドルアセンブリ内で感知される温度であり、近似温度は、発熱モデルによって推定される温度であり、エネルギー使用量223706は、外科手術における使用中に外科用器具によって消費される全てのエネルギーの合計を表す。
図142に示されるように、外科用器具が最初に通電されるときに、外科用器具によって使用されるエネルギー223706のレベルは非常に低い。感知温度223702の小さな増加は、外科用器具内の電気回路が通電されていることに起因し得る。外科用器具のエンドエフェクタが関節運動しているときに、時間tから時間tまで、エネルギー使用量223706が増加し、感知温度223702が増加する。近似温度223704は、時間tにおいて増加していることが示されている。関節運動が時間tと時間tとの間で一次停止されると、エネルギー使用量223706は同じままであり、感知温度223702は増加し続け、近似温度223704は同じままである。エンドエフェクタが更に関節運動するときに、時間tから時間tまで、エネルギー使用量223706が増加し、感知温度223702が増加する。近似温度223704は、時間tにおいて増加していることが示されている。
関節運動が時間tと時間tとの間で再び一次停止されると、エネルギー使用量223706は同じままであり、感知温度223702は増加し続け、近似温度223704は同じままである。時間tにおいて、例えば、機械エネルギー、電気外科的エネルギー、及び/又は超音波エネルギーの印加などの外科用器具のエネルギーモダリティが通電され、エネルギー使用量223706は大幅に増加し始め、感知温度223702は、モータ温度閾値223720(感知温度223702及び近似温度223704について同じである)に到達し、近似温度223704は上昇し、そのプロセスにおいてモータ閾値223720を通過する。
時間tから時刻tまで、エネルギーモダリティが通電され続けると、エネルギー使用量223706は大幅に増加し、感知温度223702は、およそ時間tにおいてモータ閾値223720を超え、時間tにおいてエネルギー閾値223722に到達する。感知温度223702がおよそ時間tにおいてモータ閾値223720を超えた結果、例えば、外科用器具のハンドルアセンブリ内のメインプロセッサなどの外科用器具の制御回路及び/若しくはアルゴリズム、並びに/又はアルゴリズムは、外科用器具のモータ(又はモータ)に送達される電力を制限するように機能する。この制限は、感知温度223702が、およそ時間t10においてモータ閾値223720を下回って戻るまで有効なままである。
およそ時間tにおいて、感知温度223702は、エネルギー閾値223722を通過する。感知温度223702がおよそ時間tにおいてエネルギー閾値223722を超えた結果、制御回路及び/又はアルゴリズムは、外科用器具のエネルギーモダリティに送達される電力を制限するように機能する。この制限は、感知温度223702が、およそ時間tにおいてエネルギー閾値223722を下回って戻るまで有効なままである。エネルギーモダリティ223702に送達される電力の制限が時間tにおいて停止されると、感知温度223702は低下し始める。時間tから時間tまで、感知温度223702は依然としてモータ閾値223720を上回っているが、感知温度223702は減少しているので、制御回路及び/又はアルゴリズムは、エンドエフェクタを再び関節運動させることを可能にし得る。
様々な態様によれば、モータ閾値223720及びエネルギー閾値223722は、上述されたように、制御回路及び/又はアルゴリズムによって、空気密度、高度、及び/又は大気圧の差を補償するように変更/調節され得る。
主題の出願に開示されているデバイス、システム、及び方法は、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第13/832,786号、現在は米国特許第9,398,905号、発明の名称「CIRCULAR NEEDLE APPLIER WITH OFFSET NEEDLE AND CARRIER TRACKS」、米国特許出願第14/721,244号、現在は米国特許第10,022,120号、発明の名称「SURGICAL NEEDLE WITH RECESSED FEATURES」、及び米国特許出願第14/740,724号、現在は米国特許第9,888,914号、発明の名称「SUTURING INSTRUMENT WITH MOTORIZED NEEDLE DRIVE」に開示されているデバイス、システム、及び方法と共に使用することができる。
主題の出願に開示されているデバイス、システム、及び方法は、全内容が本明細書に組み込まれる、2018年4月19日出願の米国仮特許出願第62/659,900号、発明の名称「METHOD OF HUB COMMUNICATION」、2017年12月28日出願の米国仮特許出願第62/611,341号、発明の名称「INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM」、2017年12月28日出願の米国仮特許出願第62/611,340号、発明の名称「CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS」、及び2017年12月28日出願の米国仮特許出願第62/611,339号、発明の名称「ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM」に開示されているデバイス、システム、及び方法と共に使用することができる。主題の出願に開示されているデバイス、システム、及び方法はまた、全内容が本明細書に組み込まれる、2018年2月28日出願の「SURGICAL INSTRUMENT WITH REMOTE RELEASE」と題する米国特許出願第15/908,021号、2018年2月28日出願の「SURGICAL INSTRUMENT HAVING DUAL ROTATABLE MEMBERS TO EFFECT DIFFERENT TYPES OF END EFFECTOR MOVEMENT」と題する米国特許出願第15/908,012号、2018年2月28日出願の「SURGICAL INSTRUMENT WITH ROTARY DRIVE SELECTIVELY ACTUATING MULTIPLE END EFFECTOR FUNCTIONS」と題する米国特許出願第15/908,040号、2018年2月28日出願の「SURGICAL INSTRUMENT WITH ROTARY DRIVE SELECTIVELY ACTUATING MULTIPLE END EFFECTOR FUNCTIONS」と題する米国特許出願第15/908,057号、2018年2月28日出願の「SURGICAL INSTRUMENT WITH MODULAR POWER SOURCES」と題する米国特許出願第15/908,058号、及び2018年2月28日出願の「SURGICAL INSTRUMENT WITH SENSOR AND/OR CONTROL SYSTEMS」と題する米国特許出願第15/908,143号に開示されているデバイス、システム、及び方法と共に使用することができる。主題の出願に開示されている装置、システム、及び方法はまた、全内容が参照により本明細書に組み込まれる、2014年3月26日出願の「MODULAR SURGICAL INSTRUMENT SYSTEM」と題する米国特許出願第14/226,133号、現在は、米国特許出願公開第2015/0272557号に開示されているデバイス、システム、及び方法と共に使用することができる。
本明細書に記載される主題の様々な態様を、以下の実施例セットにおいて説明する。
実施例セット1.
実施例1-外科用器具を制御するための方法。電気モータ及びモータ制御回路によって駆動される駆動システムを動作させることと、モータ制御回路と通信する歪みゲージ回路を介して外科用器具内の歪みを感知することと、歪みゲージ回路からの入力に基づいてモータ制御回路を介して電気モータの速度を変化させることと、を含む、方法。
実施例2-変化させる工程は、歪みゲージ回路によって測定された歪みが閾値限界を超えるときに、電気モータの速度を減速させることを含む、実施例1に記載の方法。
実施例3-変化させる工程は、歪みゲージ回路によって測定された歪みが閾値限界を下回って戻る場合に、電気モータの速度を増加させることを含む、実施例2に記載の方法。
実施例4-外科用器具が、シャフトと、シャフトに回転可能に接続されたエンドエフェクタと、を備え、動作工程が、エンドエフェクタをシャフトに対して回転させることを含む、実施例1に記載の方法。
実施例5-外科用器具が、移動可能なジョーを含むエンドエフェクタを備え、動作工程が、ジョーを移動させることを含む、実施例1、2、又は3に記載の方法。
実施例6-外科用器具が、移動可能な発射部材を含む発射システムを備え、動作工程が、発射部材を移動させることを含む、実施例1、2、3、4、又は5に記載の方法。
実施例7-外科用器具が、シュラウドを備え、歪みゲージ回路が、シュラウドに取り付けられた歪みゲージを備える、実施例1、2、3、4、5、又は6に記載の方法。
実施例8-外科用器具が、シュラウドを備え、歪みゲージ回路が、シュラウドに取り付けられた歪みゲージを備える、実施例1、2、3、4、5、又は6に記載の方法。
実施例9-外科用器具が、シュラウドを備え、歪みゲージ回路が、シュラウドに埋め込まれた歪みゲージを備える、実施例1、2、3、4、5、又は6に記載の方法。
実施例10-外科用器具が、ハンドルハウジングを含むハンドルを備え、歪みゲージ回路が、ハンドルハウジングに取り付けられた歪みゲージを備え、方法が、ハンドルハウジングを押して電気モータの速度を制御することを更に含む、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、又は9に記載の方法。
実施例11-外科用器具が、ハンドルハウジングを含むハンドルを備え、歪みゲージ回路が、ハンドルハウジングに埋め込まれた歪みゲージを備え、方法が、ハンドルハウジングを押して電気モータの速度を制御することを更に含む、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、又は9に記載の方法。
実施例12-駆動システムが、駆動シャフトを備え、歪みゲージ回路の少なくとも一部分が、駆動シャフトに装着されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11に記載の方法。
実施例13-モータ制御回路が、デフォルト動作制御部を備え、歪みゲージ回路が、モータ制御回路にデータを提供し、モータ制御回路が、歪みゲージ回路からのデータに基づいてデフォルト動作制御を修正する、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、又は12に記載の方法。
実施例14-外科用器具を制御するための方法。電気モータ及びモータ制御システムによって駆動される駆動システムを動作させることと、モータ制御システムと通信する歪みゲージ回路を介して外科用器具内の歪みを感知することと、歪みゲージ回路からのデータに基づいてモータ制御システムを介して電気モータの速度を変化させることと、を含む、方法。
実施例15-モータ制御システムが、デフォルト動作制御部を備え、モータ制御システムが、歪みゲージ回路からのデータに基づいてデフォルト動作制御を修正する、実施例14に記載の方法。
実施例16-外科用器具が、ハンドルハウジングを含むハンドルを備え、歪みゲージ回路が、ハンドルハウジングに取り付けられた歪みゲージを備え、方法が、ハンドルハウジングを押して電気モータの速度を制御することを更に含む、実施例14又は15に記載の方法。
実施例17-外科用器具が、ハンドルハウジングを含むハンドルを備え、歪みゲージ回路が、ハンドルハウジングに埋め込まれた歪みゲージを備え、方法が、ハンドルハウジングを押して電気モータの速度を制御することを更に含む、実施例14又は15に記載の方法。
実施例18-外科用器具を制御するための方法。制御システムを使用して外科用器具を動作させることであって、外科用器具がシュラウドを備える、動作させることと、制御システムと通信するセンサ回路を使用してシュラウドのパラメータを感知することと、センサ回路からのデータに基づいて外科用器具の動作を修正することと、を含む、方法。
実施例19-制御システムが、デフォルト動作制御部を備え、制御システムが、センサ回路からのデータに基づいてデフォルト動作制御を修正する、実施例18に記載の方法。
実施例セット2.
実施例1-ハンドルと、ハンドルから延在するシャフトと、シャフトから延在するエンドエフェクタと、駆動電気モータと、第1の構成、第2の構成、及び第3の構成で構成可能なシフタ電気モータと、を備える、外科用器具。外科用器具は、第1のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第1の駆動システムを更に備える。第1の駆動システムは、シフタ電気モータが第1の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能である。外科用器具は、第2のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第2の駆動システムを更に備える。第2の駆動システムは、シフタ電気モータが第2の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能である。外科用器具は、第3のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第3の駆動システムを更に備える。第3の駆動システムは、シフタ電気モータが第3の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能である。第2の駆動システム及び第3の駆動システムは、シフタ電気モータが第1の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能ではない。第1の駆動システム及び第3の駆動システムは、シフタ電気モータが第2の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能ではない。第1の駆動システム及び第2の駆動システムは、シフタ電気モータが第3の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能ではない。
実施例2-シフタ電気モータがソレノイドを備える、実施例1に記載の外科用器具。
実施例3-駆動電気モータが、回転可能な駆動出力シャフトと、駆動出力シャフトに装着された駆動出力歯車と、を備え、シフタ電気モータが、並進可能なシフタシャフトと、回転可能なシフタ歯車と、を備え、シフタ歯車が、駆動出力歯車と動作可能に係合し、かつ第1の駆動システム、第2の駆動システム、及び第3の駆動システムと選択的に係合可能である、実施例1又は2に記載の外科用器具。
実施例4-第1の駆動システムが、第1の回転可能な駆動シャフトを備え、第2の駆動システムが、第2の回転可能な駆動シャフトを備え、第3の駆動システムが、第3の回転可能な駆動シャフトを備え、第1の回転可能な駆動シャフト、第2の回転可能な駆動シャフト、及び第3の回転可能な駆動シャフトが、長手方向軸に沿って入れ子にされている、実施例1、2、又は3に記載の外科用器具。
実施例5-エンドエフェクタをシャフトに回転可能に接続する関節運動ジョイントを更に備え、エンドエフェクタが、クランプ可能なジョーと、並進可能な発射部材と、を備え、第1のエンドエフェクタ機能が、シャフトに対してエンドエフェクタを関節運動させることを備え、第2のエンドエフェクタ機能が、ジョーをクランプ位置内に移動させることを備え、第3のエンドエフェクタ機能が、発射ストロークを通して発射部材を移動させることを備える、実施例1、2、3、又は、4に記載の外科用器具。
実施例6-内部に取り外し可能に格納されたステープルを含むステープルカートリッジを更に備え、発射部材が、発射ストローク中にステープルカートリッジからステープルを展開するように構成されている、実施例5に記載の外科用器具。
実施例7-第4の駆動システムを駆動して第2のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第2の駆動モータを更に備える、実施例5又は6に記載の外科用器具。
実施例8-第4の駆動システムを駆動して第2のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第2の駆動モータを更に備える、実施例1、2、3、又は4に記載の外科用器具。
実施例9-駆動電気モータ及び第2の駆動モータが、同時に動作可能である、実施例7又は8に記載の外科用器具。
実施例10-駆動電気モータ及び第2の駆動モータが、異なる時間に動作可能である、実施例7、8、又は9に記載の外科用器具。
実施例11-ステープルを備えるステープルカートリッジを更に備える、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10に記載の外科用器具アセンブリ。
実施例12-ハウジングと、ハウジングから延在するシャフトと、シャフトから延在するエンドエフェクタと、駆動電気モータと、第1の構成、第2の構成、及び第3の構成で構成可能なシフタ電気モータと、を備える、外科用システム。外科用システムは、第1のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第1の駆動システムを更に備える。第1の駆動システムは、シフタ電気モータが第1の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能である。外科用システムは、第2のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第2の駆動システムを更に備える。第2の駆動システムは、シフタ電気モータが第2の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能である。外科用システムは、第3のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第3の駆動システムを更に備える。第3の駆動システムは、シフタ電気モータが第3の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能である。第2の駆動システム及び第3の駆動システムは、シフタ電気モータが第1の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能ではない。第1の駆動システム及び第3の駆動システムは、シフタ電気モータが第2の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能ではない。第1の駆動システム及び第2の駆動システムは、シフタ電気モータが第3の構成にあるときに、駆動電気モータによって駆動可能ではない。
実施例13-ハウジングがハンドルを備える、実施例12に記載の外科用システム。
実施例14-ハウジングが、ロボット外科用システムに取り付けられるように構成されている、実施例12又は13に記載の外科用システム。
実施例15-ロボット外科用システムを更に備える、実施例14に記載の外科用システム。
実施例16-ハウジングと、ハウジングから延在するシャフトと、シャフトから延在するエンドエフェクタと、第1の駆動電気モータと、第1の構成及び第2の構成で構成可能な第1のシフタ電気モータと、第1のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第1の駆動システムと、を備える外科用システム。第1の駆動システムは、第1のシフタ電気モータが第1の構成にあるときに、第1の駆動電気モータによって駆動可能である。外科用システムは、第2のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第2の駆動システムを更に備える。第2の駆動システムは、第1のシフタ電気モータが第2の構成にあるときに、第1の駆動電気モータによって駆動可能である。第2の駆動システムは、第1のシフタ電気モータが第1の構成にあるときに、第1の駆動電気モータによって駆動可能ではない。第1の駆動システムは、第1のシフタ電気モータが第2の構成にあるときに、第1の駆動電気モータによって駆動可能ではない。外科用システムは、第2の駆動電気モータと、第2のシフタ電気モータと、第3の駆動システムと、を更に備える。第2のシフタ電気モータは、第3の構成及び第4の構成で構成可能である。第3の駆動システムは、第3のエンドエフェクタ機能を実施するように構成されている。第3の駆動システムは、第2のシフタ電気モータが第3の構成にあるときに、第2の駆動電気モータによって駆動可能である。外科用システムは、第4のエンドエフェクタ機能を実施するように構成された第4の駆動システムを更に備える。第4の駆動システムは、第2のシフタ電気モータが第4の構成にあるときに、第2の駆動電気モータによって駆動可能である。第4の駆動システムは、第2のシフタ電気モータが第3の構成にあるときに、第2の駆動電気モータによって駆動可能ではない。第3の駆動システムは、第2のシフタ電気モータが第4の構成にあるときに、第2の駆動電気モータによって駆動可能ではない。
実施例17-ハウジングがハンドルを備える、実施例16の外科用システム。
実施例18-ハウジングが、ロボット外科用システムに取り付けられるように構成されている、実施例16又は17に記載の外科用システム。
実施例19-ロボット外科用システムを更に備える、実施例18に記載の外科用システム。
実施例20-第1の駆動電気モータ及び第2の駆動電気モータが同時に動作可能である、実施例16、17、18、又は19に記載の外科用システム。
実施例21-第1の駆動電気モータ及び第2の駆動電気モータが異なる時間に動作可能である、実施例16、17、18、19、又は20に記載の外科用システム。
実施例セット3.
実施例1-ハンドルと、ハンドルから延在するシャフトと、シャフトから延在するエンドエフェクタと、駆動システムと、を備える、外科用器具。駆動システムは、電気モータと、電気モータに動作可能に結合された駆動シャフトと、電気モータと通信するモータ制御システムと、駆動シャフトに埋め込まれた歪みゲージ回路と、を備える。歪みゲージ回路は、ロボット制御システムと信号通信する。モータ制御システムは、歪みゲージ回路からの信号に基づいてエンドエフェクタ機能を実施するように、電気モータの動作を制御するように構成されている。
実施例2-歪みゲージ回路が、駆動シャフト内の歪みを測定するように構成され、モータ制御システムが、測定された歪みが所定の閾値を超えるときに電気モータを停止するように構成されたプロセッサ及びアルゴリズムを含む、実施例1に記載の外科用器具。
実施例3-駆動システムが、アクチュエータと、作動センサと、を更に備え、作動センサがモータ制御システムと通信し、アクチュエータが、非作動位置と作動位置との間で移動可能であり、アクチュエータの作動が、モータ制御システムによって停止された後に電気モータを再始動させる、実施例2に記載の外科用器具。
実施例4-歪みゲージ回路が、駆動シャフト内の歪みを測定するように構成され、モータ制御システムが、測定された歪みが所定の閾値を超えるときに電気モータを減速させるように構成されたプロセッサ及びアルゴリズムを含む、実施例1に記載の外科用器具。
実施例5-駆動システムが、アクチュエータと、作動センサと、を更に備え、作動センサがモータ制御システムと通信し、アクチュエータが、非作動位置と作動位置との間で移動可能であり、アクチュエータの作動が、モータ制御システムによって減速された後に電気モータを加速させる、実施例4に記載の外科用器具。
実施例6-歪みゲージ回路の温度を規制するための手段を更に備える、実施例1、2、3、4、又は5に記載の外科用器具。
実施例7-手段が、所定の温度に対する歪みゲージ回路の温度変化を最小化するように構成されている、実施例6に記載の外科用器具。
実施例8-所定の温度が、外科用器具を取り囲む周囲温度とは無関係である、実施例7に記載の外科用器具。
実施例9-手段が、歪みゲージ回路の温度を一定の温度で保持するように構成されている、実施例6に記載の外科用器具。
実施例10-一定の温度が、外科用器具を取り囲む周囲温度とは異なる、実施例9に記載の外科用器具。
実施例11-送信機と、受信機と、更に備える、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10に記載の外科用器具。送信機は、ロボット制御システムと信号通信する。送信機は、外科用器具システムに無線信号を放出するように構成されている。受信機は、モータ制御システムと信号通信する。受信機は、外科用器具システムから無線信号を受信するように構成さている。
実施例12-エンドエフェクタをシャフトに回転可能に接続する関節運動ジョイントを更に備え、エンドエフェクタ機能が、関節運動ジョイントの周りでエンドエフェクタを回転させることを備え、モータ制御システムは、駆動シャフトにおける歪みが閾値レベルを超えるときに、エンドエフェクタの関節運動を停止するように構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11に記載の外科用器具。
実施例13-エンドエフェクタをシャフトに回転可能に接続する関節運動ジョイントを更に備え、エンドエフェクタ機能が、関節運動ジョイントの周りでエンドエフェクタを回転させることを含み、モータ制御システムは、駆動シャフトにおける測定された歪みが閾値レベルを超えるときに、エンドエフェクタの関節運動を停止するように構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11に記載の外科用器具。
実施例14-エンドエフェクタをシャフトに回転可能に接続する関節運動ジョイントを更に備え、エンドエフェクタ機能が、関節運動ジョイントの周りでエンドエフェクタを回転させることを含み、モータ制御システムは、駆動シャフトにおける測定された歪みが閾値レベルを超えるときに、エンドエフェクタの関節運動を減速させるように構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11に記載の外科用器具。
実施例15-エンドエフェクタが、回転可能なジョーを含み、エンドエフェクタ機能が、ジョーを回転させることを含み、モータ制御システムは、駆動シャフトにおける測定された歪みが閾値レベルを超えるときに、ジョーの回転を停止するように構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11に記載の外科用器具。
実施例16-エンドエフェクタが、回転可能なジョーを含み、エンドエフェクタ機能が、ジョーを回転させることを含み、モータ制御システムが、駆動シャフト内の測定された歪みが閾値レベルを超えるときに、ジョーの回転を減速させるように構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11に記載の外科用器具。
実施例17-エンドエフェクタが組織切断部材を含み、エンドエフェクタ機能が、切断ストロークを通して組織切断部材を変位させることを含み、モータ制御システムは、駆動シャフトにおける測定された歪みが閾値レベルを超えるときに、組織切断部材の並進を停止するように構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11に記載の外科用器具。
実施例18-エンドエフェクタが組織切断部材を含み、エンドエフェクタ機能が、切断ストロークを通して組織切断部材を変位させることを含み、モータ制御システムは、駆動シャフトにおける測定された歪みが閾値レベルを超えるときに、組織切断部材の並進を減速させるように構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11に記載の外科用器具。
実施例19-エンドエフェクタが、内部に取り外し可能に格納されたステープルを含むステープルカートリッジを備える、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、又は18に記載の外科用器具。
実施例20-ハンドルと、ハンドルから延在するシャフトと、シャフトから延在するエンドエフェクタと、駆動システムと、を備える、外科用器具。駆動システムは、電気モータと、電気モータに動作可能に結合された駆動シャフトと、電気モータと通信するモータ制御システムと、を備える。外科用器具は、モータ制御システムと信号通信する歪みゲージ回路を更に備える。モータ制御システムは、歪みゲージ回路からの信号に基づいてエンドエフェクタ機能を実施するように、電気モータの動作を制御するように構成されている。
実施例21-ハウジングと、ハウジングから延在するシャフトと、シャフトから延在するエンドエフェクタと、駆動システムと、を備える、外科用システム。駆動システムは、電気モータと、電気モータに動作可能に結合された駆動シャフトと、電気モータと通信するモータ制御システムと、を備える。外科用システムは、モータ制御システムと信号通信する歪みゲージ回路を更に備える。モータ制御システムは、歪みゲージ回路からの信号に基づいてエンドエフェクタ機能を実施するように、電気モータの動作を制御するように構成されている。
実施例22-モータ制御システムと信号通信する力測定回路を更に備え、モータ制御システムが、力測定回路からの信号に基づいてエンドエフェクタ機能を実施するために、電気モータの動作を制御するように構成されている、実施例21に記載の外科用システム。
実施例23-モータ制御システムと信号通信する力測定回路を更に備え、モータ制御システムが、力測定回路からの信号に基づいて異なるエンドエフェクタ機能を実施するために、電気モータの動作を制御するように構成されている、実施例21に記載の外科用システム。
実施例24-力測定回路がばね要素を備える、実施例22又は23に記載の外科用システム。
実施例25-第1の器具と、第2の器具と、を備える、外科用システム。第1の器具は、歪みゲージ回路と、歪みゲージ回路と通信する送信機と、を備える。第2の器具は、電気モータと、電気モータに動作可能に連結された駆動シャフトと、電気モータ及び送信機と通信するモータ制御システムと、を備える。モータ制御システムは、歪みゲージ回路からの信号に基づいて電気モータの動作を制御するように構成されている。
実施例26-外科用データハブを更に備え、モータ制御システムが、外科用データハブを介して送信機と通信する、実施例25に記載の外科用システム。
実施例セット4.
実施例1-ハンドルと、ハンドルから延在するシャフトアセンブリと、を備える外科用器具。ハンドルは、ハウジングと、ハウジング内に位置付けられた回路基板と、ハウジング内に画定されたポートと、を備える。回路基板は、電気コネクタを備える。ポートは、封止部を備える。封止部は、自己封止開口部を備える。ポートは、電気コネクタに係合するために、自己封止開口部を通して通信プローブを挿入することを可能にするように構成されている。
実施例2-回路基板が、ハウジングに装着されたフレックス回路を備える、実施例1の外科用器具。
実施例3-フレックス回路と通信する第2の回路基板を更に備え、第2の回路基板が、ラミネート回路基板を備える、実施例2の外科用器具。
実施例4-フレックス回路が閾値アンペア数を下回るが閾値アンペア数を上回らない電流を伝導し、ラミネート回路基板が、閾値アンペア数を上回る電流を伝導する、実施例3に記載の外科用器具。
実施例5-回路基板が、第1の回路基板を含み、外科用器具が、第2の回路基板を更に備える、ハウジングが、内部に画定されたカードスロットを備え、第2の回路基板が、カードスロット内に取り外し可能に保持されたカードを備える、実施例1の外科用器具。
実施例6-第1の回路基板が閾値アンペア数を下回るが閾値アンペア数を上回らない電流を伝導し、第2の回路基板が、閾値アンペア数を上回る電流を伝導する、実施例5に記載の外科用器具。
実施例7-カードスロット内に電気接点を更に備え、電気接点は、第2の回路基板がカードスロット内に着座したときに、第1の回路基板と通信する第2の回路基板を配置する、実施例5又は6の外科用器具。
実施例8-回路基板が、第1の回路基板を備え、外科用器具が、第2の回路基板を更に備え、第1の回路基板が、閾値アンペア数を下回るが閾値アンペア数を上回らない電流を伝導し、第2の回路基板が、閾値アンペア数を上回る電流を伝導し、外科用器具が、電気モータを更に備え、第2の回路基板が、電気モータを制御するように構成されたモータコントローラを備える、実施例1に記載の外科用器具。
実施例9-回路基板が、第1の回路基板を備え、外科用器具が、第2の回路基板を更に備え、第1の回路基板が、閾値アンペア数を下回るが閾値アンペア数を上回らない電流を伝導し、第2の回路基板が、閾値アンペア数を上回る電流を伝導し、外科用器具が、RF生成器を更に備え、第2の回路基板が、RF生成器を制御するように構成されたモータコントローラを備える、実施例1に記載の外科用器具。
実施例10-回路基板が、第1の回路基板を備え、外科用器具が、第2の回路基板を更に備え、第1の回路基板が、閾値アンペア数を下回るが閾値アンペア数を上回らない電流を伝導し、第2の回路基板が、閾値アンペア数を上回る電流を伝導し、外科用器具が、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するように構成された変換器を更に備え、第2の回路基板が、変換器を制御するように構成されたコントローラを備える、実施例1に記載の外科用器具。
実施例11-回路基板が、ハウジング上に印刷された電気トレースを備える、実施例1の外科用器具。
実施例12-回路基板が、電気トレース上に装着された固体構成要素表面を更に備える、実施例11に記載の外科用器具。
実施例13-回路基板がハウジング内に埋め込まれた電気トレースを備え、ハウジングが、電気トレースを少なくとも部分的に露出するようにエッチングされている、実施例1に記載の外科用器具。
実施例14-回路基板が、ハウジング内に埋め込まれたフレックス回路を備える、実施例1の外科用器具。
実施例15-フレックス回路と通信する第2の回路基板を更に備え、第2の回路基板が、ラミネート回路基板を備える、実施例2又は14の外科用器具。
実施例16-フレックス回路が閾値アンペア数を下回るが閾値アンペア数を上回らない電流を伝導し、ラミネート回路基板が、閾値アンペア数を上回る電流を伝導する、実施例15に記載の外科用器具。
実施例17-内部に取り外し可能に格納されたステープルを含むステープルカートリッジを更に備える、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、又は16に記載の外科用器具。
実施例18-ポートが、エラストマー材料からなる、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、又は17に記載の外科用器具。
実施例19-ハンドルハウジングと、ハンドルハウジング内に埋め込まれた第1の回路基板と、第1の回路基板と通信する第2の回路基板と、を備える外科用器具。第1の回路基板は、閾値アンペア数を下回るが閾値アンペア数を上回らない電流を伝導する。第2の回路基板は、閾値アンペア数を上回る電流を伝導する。
実施例20-第1の回路基板が、フレックス回路を備える、実施例19に記載の外科用器具。
実施例21-ハンドルハウジングが、内部に画定されたカードスロットを備え、第2の回路基板が、カードスロット内に取り外し可能に保持されたカードを含む、実施例19又は20に記載の外科用器具。
実施例22-電気モータを更に備え、第2の回路基板は、電気モータを制御するように構成されたモータコントローラを備える、実施例19、20、又は21に記載の外科用器具。
実施例23-RF生成器を更に備え、第2の回路基板が、RF生成器を制御するように構成されたコントローラを備える、実施例19、20、21、又は22に記載の外科用器具。
実施例24-電気エネルギーを機械エネルギーに変換するように構成された変換器を更に備え、第2の回路基板が、変換器を制御するように構成されたコントローラを備える、実施例19、20、21、又は22に記載の外科用器具。
実施例25-第1の回路基板が、ハンドルハウジング上に印刷された電気トレースを備える、実施例19、20、21、22、23、又は24に記載の外科用器具。
実施例26-第1の回路基板が、電気トレース上に装着された固体構成要素表面を更に備える、実施例25又は26に記載の外科用器具。
実施例27-ハンドルハウジングが、電気トレースを少なくとも部分的に露出するようにエッチングされている、実施例25又は26に記載の外科用器具。
実施例28-ハンドルハウジング内に画定されたポートを更に備え、ポートが、封止部を備え、封止部が自己封止開口部を備え、第1の回路基板が、電気接点を含み、ポートが、電気接点に係合するために、自己封止開口部を通して通信プローブを挿入することを可能にするように構成されている、実施例19、20、21、22、23、24、25、26、又は27に記載の外科用器具。
実施例29-ハンドルハウジングを備える、外科用器具。ハンドルハウジングは、回転インターフェースと、回転インターフェース上に画定された電気的インターフェースと、を備える。ハンドルハウジングは、電気的インターフェースを少なくとも部分的に露出させるようにエッチングされている。外科用器具は、回転インターフェースにおいてハンドルハウジングに回転可能に装着されたシャフトを更に備える。シャフトは、電気的インターフェースに係合される電気接点を備える。
実施例30-電気的インターフェースがフレックス回路を備える、実施例29に記載の外科用器具。
実施例セット5.
実施例1-ハウジングと、ハウジング内に位置付けられた制御回路と、ボタンシェルと、ボタンシェル内に少なくとも部分的に埋め込まれたフレックス回路と、を備える、外科用器具ハンドル。フレックス回路は、制御回路と電気通信する。
実施例2-ボタンシェルが、フレックス回路の少なくとも一部分を露出させるようにエッチングされている、実施例1に記載の外科用器具ハンドル。
実施例3-ボタンシェルが、フレックス回路の少なくとも一部分上に成形されている、実施例1又は2に記載の外科用器具ハンドル。
実施例4-ボタンシェル及びハウジングが、アセンブリを備える、実施例1、2、又は3の外科用器具ハンドル。
実施例5-ボタンシェルがハウジングと一体的に形成されている、実施例1、2、3、又は4に記載の外科用器具ハンドル。
実施例6-フレックス回路が容量性スイッチ要素を備える、実施例1、2、3、4、又は5に記載の外科用器具ハンドル。
実施例7-ボタンシェルが、外科用器具ハンドルのユーザによってアクセス可能な外側表面を備え、容量性切り替え要素が外面に装着されている、実施例6に記載の外科用器具ハンドル。
実施例8-フレックス回路が、力感知圧電切り替え要素を備える、実施例1、2、3、4、又は5に記載の外科用器具ハンドル。
実施例9-ボタンシェルが、外科用器具ハンドルのユーザによってアクセス可能な外面を備え、力感知圧電切り替え要素が外面に装着されている、実施例8に記載の外科用器具ハンドル。
実施例10-フレックス回路が、歪みゲージを備える、実施例1、2、3、4、又は5に記載の外科用器具ハンドル。
実施例11-歪みゲージが、ボタンシェル内に含まれている、実施例10に記載の外科用器具ハンドル。
実施例12-ボタンシェルは、ボタンシェルが外科用器具ハンドルのユーザによって押下されたときに、ボタンシェルが観察可能に偏向することを可能にするように構成された柔軟部分を備える、実施例1、2、3、4、又は5に記載の外科用器具ハンドル。
実施例13-フレックス回路は、ボタンシェルがユーザによって偏向されたときにスイッチと接触するように、ボタンシェルに隣接して位置付けられたスイッチを備える、実施例12に記載の外科用器具ハンドル。
実施例14-ボタンシェルが、リビングヒンジを備える、実施例12又は13に記載の外科用器具ハンドル。
実施例15-ボタンシェルは、ボタンシェルが観察可能に偏向することを可能にするように構成されたミシン目を備える、実施例12又は13に記載の外科用器具ハンドル。
実施例16-ボタンシェルが、外科用器具ハンドルのユーザによって押下されたときに、観察可能な偏向に抵抗するように構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、又は15に記載の外科用器具ハンドル。
実施例17-制御回路が、触覚フィードバック生成器を備え、制御回路は、ボタンシェルが押下されたときに触覚フィードバック生成器を作動させる、実施例16に記載の外科用器具ハンドル。
実施例18-ハウジング及びボタンシェルが同じ材料で構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、又は17に記載の外科用器具ハンドル。
実施例19-ハウジング及びボタンシェルが、異なる材料で構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、又は17に記載の外科用器具ハンドル。
実施例20-ハウジングと、ハウジング内に位置付けられた制御回路と、ボタンシェルと、ボタンシェルで形成された作動回路と、を備える外科用器具。作動回路は、制御回路と電気通信する。
実施例21-作動回路がボタンシェル内に少なくとも部分的に埋め込まれている、実施例20に記載の外科用器具。
実施例22-作動回路が、ボタンシェルに少なくとも部分的に取り付けられている、実施例20に記載の外科用器具。
実施例23-作動回路が、ボタンシェル上に少なくとも部分的に印刷されている、実施例20に記載の外科用器具。
実施例24-作動回路が、電気トレースと、電気トレースに接続された表面実装構成要素と、を備える、実施例20、21、22、又は23に記載の外科用器具。
実施例25-ハウジングと、制御回路と、ボタン壁と、を備える外科用器具。制御回路が、ボタン壁と少なくとも部分的に形成される。
実施例26-制御回路が、ボタン壁に少なくとも部分的に埋め込まれている、実施例25に記載の外科用器具。
実施例27-制御回路が、ボタン壁に少なくとも部分的に取り付けられている、実施例25に記載の外科用器具。
実施例28-制御回路が、ボタン壁上に少なくとも部分的に印刷されている、実施例25に記載の外科用器具システム。
実施例29-制御回路が、電気トレースと、電気トレースに接続された表面実装構成要素と、を備える、実施例25、26、27、又は28に記載の外科用器具。
実施例セット6.
実施例1-電気モータと、制御回路と、を備える外科用器具。制御回路は、複数の論理ゲートと、論理ゲートのうちの第1の論理ゲートに接続された単安定マルチバイブレータと、を備える。制御回路は、感知されたパラメータに基づいて電気モータの回転速度を制御することによって、外科用器具の機能の動作速度を変更するように構成されている。
実施例2-複数の論理ゲートが、(1)ANDゲートと、(2)ORゲートと、(3)インバータゲートと、のうちの少なくとも1つを含む、実施例1に記載の外科用器具。
実施例3-単安定マルチバイブレータが、再トリガ可能な単安定マルチバイブレータを備える、実施例1又は2に記載の外科用器具。
実施例4-外科用器具の機能が、外科用器具のエンドエフェクタの関節運動を含む、実施例1、2、又は3に記載の外科用器具。
実施例5-動作速度が、外科用器具のシャフトの長手方向軸から離れるエンドエフェクタの関節運動の速度を含む、実施例1、2、3、又は4に記載の外科用器具。
実施例6-エンドエフェクタが外科用器具のシャフトのセンタリング状態の周囲に画定されたゾーンを通過するときに、関節運動の速度が減速される、実施例5に記載の外科用器具。
実施例7-感知されたパラメータが、エンドエフェクタのシャフトの長手方向軸に対するエンドエフェクタの感知された位置を含む、実施例1、2、3、4、5、又は6に記載の外科用器具。
実施例8-感知されたパラメータが、切り替えデバイスの状態を含む、実施例1、2、3、4、5、6、又は7に記載の外科用器具。
実施例9-制御回路が、単安定マルチバイブレータに接続された非同期カウンタを更に備える、実施例1、2、3、4、5、6、7、又は8に記載の外科用器具。
実施例10-非同期カウンタが、リプルカウンタを備える、実施例9に記載の外科用器具。
実施例11-単安定マルチバイブレータに接続された感知デバイスを更に備える、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10に記載の外科用器具。
実施例12-電気モータの回転速度を制御するように構成されたモータコントローラを更に備える、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、又は11に記載の外科用器具。
実施例13-少なくとも2つの導体を含むフレキシブル回路を備える外科用器具。フレキシブル回路は、フレキシブル回路内で電力を伝達し、フレキシブル回路内で信号を搬送し、二次機能を提供するように構成されている。
実施例14-フレキシブル回路が、多層フレキシブル回路を備える、実施例13に記載の外科用器具。
実施例15-少なくとも2つの導体が、規則的な間隔で互いに重なり合う、ツイストペアの導体を備える、実施例12又は13に記載の外科用器具。
実施例16-ツイストペアの導体が、外部源からの電磁場からの干渉を軽減するように構成されている、実施例15に記載の外科用器具。
実施例17-少なくとも2つの導体が、第1及び第2の複数の導体を備える、実施例13、14、15、又は16に記載の外科用器具。
実施例18-フレキシブル回路が、第1及び第2の複数の導体を取り囲む電磁遮蔽を更に備える、実施例17に記載の外科用器具。
実施例19-二次機能が、電磁遮蔽を含む、実施例13、14、15、16、17又は18に記載の外科用器具。
実施例20-二次機能が、短絡保護を含む、実施例13、14、15、16、17又は18に記載の外科用器具。
実施例21-二次機能が、汚染保護を含む、実施例13、14、15、16、17又は18に記載の外科用器具。
実施例セット7.
実施例1-駆動システム及び制御回路を備える外科用器具。駆動システムは、電気モータを備える。制御回路は、音響センサを備える。制御回路は、音響センサによって測定された駆動システムのパラメータを利用して、電気モータの速度を制御するように構成されている。
実施例2-駆動システムが、歯車ボックス及び駆動トレーンを更に備える、実施例1に記載の外科用器具。
実施例3-制御回路が、(1)高速フーリエ変換回路と、(2)制御回路のプロセッサによって実行可能な高速フーリエ変換アルゴリズムと、のうちの少なくとも1つを更に含む、実施例1又は2に記載の外科用器具。
実施例4-制御回路が、駆動システムの劣化を判定するように更に構成されている、実施例1、2、又は3に記載の外科用器具。
実施例5-制御回路が、駆動システムの判定された劣化に応じてモータ制御アルゴリズムを調節するように更に構成されている、実施例4に記載の外科用器具。
実施例6-モータ制御アルゴリズムが、外科用器具によって実行されるときに、(1)電気モータの速度と、(2)外科用器具のモータコントローラによって提供されるモータ速度命令信号と、(3)電気モータに印加される電圧と、(4)パルス幅変調デューティサイクルと、(5)外科用器具のモータコントローラの電流制限と、のうちの少なくとも1つを調節するように構成されている、実施例5に記載の外科用器具。
実施例7-制御回路が、外科用器具の差し迫った故障の指示を提供するように更に構成されている、実施例1、2、3、4、5、又は6に記載の外科用器具。
実施例8-駆動システムと、制御回路と、を備える外科用器具。駆動システムは、電気モータを備える。制御回路は、音響センサを備える。制御回路は、音響センサによって測定された駆動システムのパラメータを利用して、電気モータによって印加されるトルクを制御するように構成されている。
実施例9-駆動システムが、歯車ボックス及び駆動トレーンを更に備える、実施例8に記載の外科用器具。
実施例10-制御回路が、高速フーリエ変換回路を更に備える、実施例8又は9に記載の外科用器具。
実施例11-制御回路が、駆動システムの劣化を判定するように更に構成されている、実施例8、9、又は10に記載の外科用器具。
実施例12-制御回路が、駆動システムの判定された劣化に応じてモータ制御アルゴリズムを調節するように更に構成されている、実施例11に記載の外科用器具。
実施例13-モータ制御アルゴリズムが、外科用器具によって実行されるときに、(1)電気モータの速度と、(2)外科用器具のモータコントローラによって提供されるモータ速度命令信号と、(3)電気モータに印加される電圧と、(4)パルス幅変調デューティサイクル、(5)外科用器具のモータコントローラの電流制限と、のうちの少なくとも1つを調節するように構成されている、実施例12に記載の外科用器具。
実施例14-制御回路が、外科用器具の差し迫った故障の指示を提供するように更に構成されている、実施例8、9、10、11、12、又は13に記載の外科用器具。
実施例15-外科用器具と、外科用ハブシステムと、を備える外科用システム。外科用器具は、駆動システムと、制御回路と、を備える。駆動システムは、電気モータを備える。制御回路は、感知デバイスを備える。制御回路は、感知デバイスによって感知された駆動システムのパラメータを利用して、電気モータの速度を制御するように構成されている。外科用ハブシステムは、外科用器具と通信する。外科用ハブシステムは、制御回路に第2のパラメータを供給するように構成されている。制御回路は、外科用器具の動作を修正するために第2のパラメータを利用するように更に構成されている。
実施例16-感知デバイスが、(1)音響センサと、(2)振動センサと、(3)加速度計と、のうちの少なくとも1つを備える、実施例15に記載の外科用器具。
実施例17-制御回路が高速フーリエ変換回路を更に備える、実施例15又は16に記載の外科用システム。
実施例18-第2のパラメータが、患者の組織内の以前のステープル留め線の存在を含む、実施例15、16、又は17に記載の外科用システム。
実施例19-第2のパラメータが、患者の組織内の胃バンドの存在を含む、実施例15、16、又は17に記載の外科用システム。
実施例20-第2のパラメータが、以前の外科手術からの瘢痕組織の存在を含む、実施例15、16、又は17に記載の外科用システム。
実施例21-外科用ハブシステムが、外科用器具の故障を予測するように更に構成されている、実施例15、16、17、18、19、又は20に記載の外科用システム。
実施例22-外科用ハブシステムが、外科用器具の予測された故障の通知を提供するように更に構成されている、実施例15、16、17、18、19、又は20に記載の外科用システム。
実施例23-外科用ハブシステムが、外科用器具の予測された故障を外科用器具に通信するように更に構成されている、実施例15、16、17、18、19、又は20に記載の外科用システム。
実施例セット8.
実施例1-本体と、シャフトと、少なくとも1つの感知デバイスを備える制御回路と、を備える、外科用器具。制御回路は、外科手術の環境内で外科用器具に近接した別の外科用器具の存在を判定するように構成されている。
実施例2-外科用器具が、単極外科用器具を備える、実施例1に記載の外科用器具。
実施例3-少なくとも1つの感知デバイスが、受動感知デバイスを備える、実施例1又は2に記載の外科用器具。
実施例4-受動感知デバイスが、別の外科用器具に関連付けられた磁場によって起動されるように構成されている、実施例3に記載の外科用器具。
実施例5-受動感知デバイスが、別の外科用器具に関連付けられた電場によって起動されるように構成されている、実施例3又は4に記載の外科用器具。
実施例6-少なくとも1つの感知デバイスが、連続性センサを備え、(1)単極外科用器具の本体及び(2)単極外科用器具のシャフトのうちの少なくとも1つに位置付けられている、実施例2に記載の外科用器具。
実施例7-少なくとも1つの感知デバイスが、外科手術の環境内の別の外科用器具の存在を検出するように構成された近接センサを備える、実施例1、2、3、4、5、又は6に記載の外科用器具。
実施例8-近接センサが、(1)誘導性近接センサと、(2)容量性近接センサと、のうちの少なくとも1つを備える、実施例7に記載の外科用器具。
実施例9-少なくとも1つの感知デバイスが、電気感知グリッドを備える、実施例1、2、3、4、5、6、7、又は8に記載の外科用器具。
実施例10-制御回路が、外科用器具内の電気的連続性を判定するように更に構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、又は9に記載の外科用器具。
実施例11-制御回路が、電気外科的エネルギーを搬送するように構成された電気回路内の電気的連続性を判定するように更に構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10に記載の外科用器具。
実施例12-送信機と、受信機と、制御回路と、を備える、外科用器具。送信機は、信号を送信するように構成されている。受信機は、送信された信号に関連付けられた反射信号を受信するように構成されている。制御回路は、反射信号に基づいて、別の外科用器具の外科用器具への近接を判定するように構成されている。
実施例13-送信機が、磁気送信機を備える、実施例12に記載の外科用器具。
実施例14-送信機が、ランダムシーケンス化オンオフパルスを生成するように更に構成されている、実施例12又は13に記載の外科用器具。
実施例15-(1)送信機と、(2)受信機と、のうちの少なくとも1つが、フレキシブル回路の一部を形成する、実施例12、13、又は14に記載の外科用器具。
実施例16-送信機と、変換器と、を備える、外科用器具。送信機は、信号を送信するように構成されている。変換器は、送信機に関連付けられた一次磁場を感知するように構成されている。外科用器具は、一次磁場の状態に基づいて、別の外科用器具の外科用器具への近接を判定するための手段を更に備える。
実施例17-送信機が磁気送信機を備える、実施例16に記載の外科用器具。
実施例18-変換器が、ホール効果センサを備える、実施例16又は17に記載の外科用器具。
実施例19-状態が、(1)外科用器具に近接する金属を含む物体を有しないことを示す、影響を受けていない状態、及び(2)外科用器具に近接する金属を備える物体を有することを示す、影響を受けた状態のうちの1つを含む、実施例16、17、又は18の外科用器具。
実施例20-物体が、別の外科用器具を備える、実施例19に記載の外科用器具。
実施例セット9.
実施例1-シャフトと、シャフト内に位置付けられた感知アレイと、感知アレイに電気的に連結された検出回路と、を備える、外科用器具。検出回路は、シャフトの外部の環境から生じる流体がシャフト内に存在するときを判定するように構成されている。
実施例2-感知アレイがフレキシブル回路の一部を形成する、実施例1に記載の外科用器具。
実施例3-感知アレイが、第1及び第2の感知デバイスを備える、実施例1又は2の外科用器具。
実施例4-第1及び第2の感知デバイスが、導電性電極を備える、実施例3に記載の外科用器具。
実施例5-感知アレイが、第3及び第4の感知デバイスを更に備える、実施例3に記載の外科用器具。
実施例6-第1及び第2の感知デバイス間に位置付けられた電気絶縁材料を更に備える、実施例3に記載の外科用器具。
実施例7-電気絶縁材料がフレキシブル回路の一部を形成する、実施例6に記載の外科用器具。
実施例8-シャフト内に位置付けられた吸収材料を更に備える、実施例1、2、3、4、5、6又は7に記載の外科用器具。
実施例9-吸収材料が、シャフトと同心である吸収材料のリングを備える、実施例8に記載の外科用器具。
実施例10-感知アレイに電気接続された電気回路を更に備え、電気回路は、シャフト内の流体の量が閾値量を超えるかどうかを判定するように構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、又は9に記載の外科用器具。
実施例11-電気回路が、少なくとも1つの比較器を備える、実施例10に記載の外科用器具。
実施例12-電気回路が、複数の比較器を備える、実施例10に記載の外科用器具。
実施例13-検出回路に連結可能な制御回路を更に備え、制御回路が、検出回路からの信号に基づいて外科用器具の動作を調節するように構成されている、実施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、又は12に記載の外科用器具。
実施例14-感知デバイス及び制御回路を備える、外科用器具。感知デバイスは、大気圧を感知するように構成されている。制御回路は、感知された大気圧に基づいて、外科用器具の高度を判定するように構成されている。制御回路は、検知された大気圧に基づいて、(1)制御回路によって利用される閾値と、(2)外科用器具の制御パラメータと、のうちの少なくとも1つを調節するように更に構成されている。
実施例15-閾値が、(1)温度閾値と、(2)エネルギー閾値と、のうちの少なくとも1つを含む、実施例14に記載の外科用器具。
実施例16-制御パラメータが、モータ速度を含む、実施例14、又は15に記載の外科用器具。
実施例17-制御回路が、感知された大気圧に基づいてディレーティング係数を判定するように更に構成されている、実施例14、15、又は16に記載の外科用器具。
実施例18-ハンドルアセンブリと、少なくとも1つの感知デバイスと、制御回路と、を備える、外科用器具。ハンドルアセンブリは、ハウジングを備える。少なくとも1つの感知デバイスは、ハウジング内に位置付けられ、温度を測定するように構成されている。制御回路は、測定された温度に基づいて、(1)外科用器具の電気構成要素と、(2)外科用器具のサブアセンブリと、のうちの少なくとも1つが、危険ゾーンで動作しているかどうかを判定するように構成されている。
実施例19-少なくとも1つの感知デバイスが、フレキシブル回路の一部を形成する、実施例18に記載の外科用器具。
実施例20-制御回路が、測定された温度に基づいて外科用器具の動作を調節するように更に構成されている、実施例18又は19に記載の外科用器具。
本明細書で説明する外科用器具システムは、電気モータにより動作するが、本明細書に記載された外科用器具システムは、任意の好適な様態で動作することができる。特定の例では、本明細書に開示されるモータは、ロボット制御式システムの1つ又は複数の部分を備えることができる。例えば、米国特許出願第13/118,241号、発明の名称「SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITH ROTATABLE STAPLE DEPLOYMENT ARRANGEMENTS」、現在は米国特許第9,072,535号は、ロボット外科用器具システムのいくつかの例をより詳細に開示しており、この開示の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書に記載される外科用器具システムは、ステープルの展開及び変形に接続して使用することができる。例えば、クランプ又はタックなど、ステープル以外の締結要素を展開する様々な実施形態が想定される。更に、組織を封止するための任意の好適な手段を利用する、様々な実施形態も想到される。例えば、様々な実施形態によるエンドエフェクタは、組織を加熱して封止するように構成された電極を備え得る。また例えば、特定の実施形態によるエンドエフェクタは、組織を封止するために振動エネルギーを加えることができる。加えて、組織を切断するために好適な切断手段を利用する様々な実施形態が想定される。
以下の開示の内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
-米国特許出願第11/013,924号、発明の名称「TROCAR SEAL ASSEMBLY」、現在は米国特許第7371227号、
-米国特許出願第11/162,991号、発明の名称「ELECTROACTIVE POLYMER-BASED ARTICULATION MECHANISM FOR GRASPER」、現在は米国特許第7862579号、
-米国特許出願第12/364,256号、発明の名称「SURGICAL DISSECTOR」、現在は米国特許出願公開第2010/0198248号、
-米国特許出願第13/536,386号、発明の名称「EMPTY CLIP CARTRIDGE LOCKOUT」、現在は米国特許第9282974号、
-米国特許出願第13/832,786号、発明の名称「CIRCULAR NEEDLE APPLIER WITH OFFSET NEEDLE AND CARRIER TRACKS」、現在は米国特許第9398905号、
-米国特許出願第12/592,174号、発明の名称「APPARATUS AND METHOD FOR MINIMALLY INVASIVE SUTURING」、現在は米国特許第8123764号、
-米国特許出願第12/482,049号、発明の名称「ENDOSCOPIC STITCHING DEVICES」、現在は米国特許第8628545号、
-米国特許出願第13/118,241号、発明の名称「SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITH ROTATABLE STAPLE DEPLOYMENT ARRANGEMENTS」、現在は米国特許第9,072,535号、
-米国特許出願第11/343,803号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT HAVING RECORDING CAPABILITIES」、現在は米国特許第7,845,537号、
-米国特許出願第14/200,111号、発明の名称「CONTROL SYSTEMS FOR SURGICAL INSTRUMENTS」、現在は米国特許第9629629号、
-米国特許出願第14/248,590号、発明の名称「MOTOR DRIVEN SURGICAL INSTRUMENTS WITH LOCKABLE DUAL DRIVE SHAFTS」、現在は米国特許第9,826,976号、
-米国特許出願第14/813,242号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT COMPRISING SYSTEMS FOR ASSURING THE PROPER SEQUENTIAL OPERATION OF THE SURGICAL INSTRUMENT」、現在は米国特許出願公開第2017/0027571号、
-米国特許出願第14/248,587号、発明の名称「POWERED SURGICAL STAPLER」、現在は米国特許第9867612号、
-米国特許出願第12/945,748号、発明の名称「SURGICAL TOOL WITH A TWO DEGREE OF FREEDOM WRIST」、現在は米国特許第8852174号、
-米国特許出願第13/297,158号、発明の名称「METHOD FOR PASSIVELY DECOUPLING TORQUE APPLIED BY A REMOTE ACTUATOR INTO AN INDEPENDENTLY ROTATING MEMBER」、現在は米国特許第9095362号、
-国際出願PCT/US2015/023636号、発明の名称「SURGICAL INSTRUMENT WITH SHIFTABLE TRANSMISSION」、現在は国際公開第2015/153642(A1)号、
-国際出願PCT/US2015/051837号、発明の名称「HANDHELD ELECTROMECHANICAL SURGICAL SYSTEM」、現在は国際公開第2016/057225(A1)号、
-米国特許出願第14/657,876号、発明の名称「SURGICAL GENERATOR FOR ULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES」、現在は米国特許出願公開第2015/0182277号、
-米国特許出願第15/382,515号、発明の名称「MODULAR BATTERY POWERED HANDHELD SURGICAL INSTRUMENT AND METHODS THEREFOR」、現在は米国特許出願公開第2017/0202605号、
-米国特許出願第14/683,358号、発明の名称「SURGICAL GENERATOR SYSTEMS AND RELATED METHODS」、現在は米国特許第10,117,702号、
-米国特許出願第14/149,294号、発明の名称「HARVESTING ENERGY FROM A SURGICAL GENERATOR」、現在は米国特許第9795436号、
-米国特許出願第15/265,293号、発明の名称「TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR」、現在は米国特許出願公開第2017/0086910号、及び
-米国特許出願第15/265,279号、発明の名称「TECHNIQUES FOR OPERATING GENERATOR FOR DIGITALLY GENERATING ELECTRICAL SIGNAL WAVEFORMS AND SURGICAL INSTRUMENTS」、現在は米国特許出願公開第2017/0086914号は、参照により本明細書に組み込まれる。
特定の実施形態と共に本明細書で様々なデバイスについて説明したが、それらの実施形態に対して修正及び変更が実施されてもよい。特定の特徴、構造又は特性を、1つ又は2つ以上の実施形態で、任意の好適な様態で組み合わせてもよい。したがって、一実施形態に関して図示又は説明される特定の特徴、構造、又は特性は、無制限に1つ又は2つ以上の他の実施形態の特徴、構造、又は特性と全て、あるいは、部分的に組み合わせてもよい。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。更に、様々な実施形態に従って、所与の機能(複数可)を実行するために、単一の構成要素を複数の構成要素に置き換えてもよく、また複数の構成要素を単一の構成要素に置き換えてもよい。以上の説明及び以下の特許請求の範囲は、そのような修正及び変形形態を全て包含することが意図される。
本明細書に開示されるデバイスは、1回の使用後に廃棄されるように設計することができ、又は複数回使用されるように設計することができる。しかしながら、いずれの場合も、デバイスは少なくとも1回の使用後に再利用のために再調整され得る。再調整には、デバイスの分解工程、それに続くデバイスの特定の部品の洗浄工程又は交換工程、及びその後のデバイスの再組み立て工程の任意の組み合わせを含むことができるが、これらに限定されない。具体的には、再調整の施設及び/又は外科チームは、デバイスを分解することができ、デバイスの特定の部品を洗浄及び/又は交換した後、デバイスをその後の使用のために再組み立てすることができる。当業者であれば、デバイスの再調整が、分解、洗浄/交換、及び再組み立てのための様々な技術を利用できることを理解するであろう。このような技術の使用、及び結果として得られる再調整されたデバイスは、全て本出願の範囲内にある。
本明細書に開示のデバイスは、手術前に処理され得る。最初に、新品又は使用済みの器具が入手され、必要に応じて洗浄されてもよい。次いで器具を滅菌することができる。1つの滅菌技術では、器具は、プラスチックバッグ又はTYVEKバッグなど、閉鎖され密封された容器に入れられる。次いで、容器及び器具を、γ線、X線、及び/又は高エネルギー電子などの、容器を透過し得る放射線野に置くことができる。放射線は、器具上及び容器内の細菌を死滅させることができる。この後、滅菌済みの器具を滅菌容器内で保管することができる。密封容器は、医療施設で開けられるまで、器具を滅菌状態に保つことができる。デバイスはまた、β線、γ線、エチレンオキシド、過酸化水素プラズマ、及び/又は水蒸気が挙げられるが、これらに限定されない、当該技術分野で既知の任意の他の技術を用いて滅菌され得る。
代表的な設計を有するものとして本発明について記載してきたが、本発明は、本開示の趣旨及び範囲内で更に修正されてもよい。したがって、本出願は、その一般的原理を使用する本発明のあらゆる変形、使用、又は適合を包含するものとする。
その全体又は部分において本明細書に参照により組み込まれるものとする特許、刊行物、又はその他の開示文献はいずれも、組み込まれる資料が本開示に記載される既存の定義、見解、又はその他の開示内容と矛盾しない範囲においてのみ本明細書に組み込まれるものとする。それ自体、また必要な範囲で、本明細書に明瞭に記載される開示内容は、参照により本明細書に組み込まれ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。
〔実施の態様〕
(1) 外科用器具ハンドルであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に位置決めされた制御回路と、
ボタンシェルと、
前記ボタンシェルに少なくとも部分的に埋め込まれたフレックス回路であって、前記制御回路と電気通信する、フレックス回路と、を備える、外科用器具ハンドル。
(2) 前記ボタンシェルが、前記フレックス回路の少なくとも一部分を露出させるようにエッチングされている、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(3) 前記ボタンシェルが、前記フレックス回路の少なくとも一部分の上に成形されている、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(4) 前記ボタンシェル及び前記ハウジングが、アセンブリを備える、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(5) 前記ボタンシェルが、前記ハウジングと一体形成されている、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(6) 前記フレックス回路が、容量性スイッチ素子を備える、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(7) 前記ボタンシェルが、前記外科用器具ハンドルのユーザによってアクセス可能な外側表面を備え、前記容量性スイッチ素子が、前記外側表面に装着されている、実施態様6に記載の外科用器具ハンドル。
(8) 前記フレックス回路が、力感知圧電スイッチ素子を備える、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(9) 前記ボタンシェルが、前記外科用器具ハンドルのユーザによってアクセス可能な外側表面を備え、前記力感知圧電スイッチ素子が、前記外側表面に装着されている、実施態様8に記載の外科用器具ハンドル。
(10) 前記フレックス回路が、歪みゲージを備える、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(11) 前記歪みゲージが、前記ボタンシェル内に収容されている、実施態様10に記載の外科用器具ハンドル。
(12) 前記ボタンシェルは、前記外科用器具ハンドルのユーザによって押下されたとき、前記ボタンシェルが観察可能に偏向することを可能にするように構成された柔軟なセクションを備える、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(13) 前記フレックス回路が、前記ボタンシェルに隣接して位置決めされたスイッチを備え、そのため前記ボタンシェルが前記ユーザによって偏向されるとき、前記ボタンシェルが前記スイッチと接触する、実施態様12に記載の外科用器具ハンドル。
(14) 前記ボタンシェルが、リビングヒンジを備える、実施態様12に記載の外科用器具ハンドル。
(15) 前記ボタンシェルは、前記ボタンシェルが観察可能に偏向することを可能にするように構成されたスコアリングを備える、実施態様12に記載の外科用器具ハンドル。
(16) 前記ボタンシェルが、前記外科用器具ハンドルの前記ユーザによって押下されたとき、観察可能な偏向に抵抗するように構成されている、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(17) 前記制御回路が、触覚フィードバック発生器を備え、前記制御回路は、前記ボタンシェルが押下されるとき、前記触覚フィードバック発生器を作動させる、実施態様16に記載の外科用器具ハンドル。
(18) 前記ハウジング及び前記ボタンシェルが、同じ材料から構成されている、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(19) 前記ハウジング及び前記ボタンシェルが、異なる材料から構成されている、実施態様1に記載の外科用器具ハンドル。
(20) 外科用器具であって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に位置決めされた制御回路と、
ボタンシェルと、
前記ボタンシェルを伴って形成された作動回路であって、前記制御回路と電気通信する、作動回路と、を備える、外科用器具。
(21) 前記作動回路が、前記ボタンシェル内に少なくとも部分的に埋め込まれている、実施態様20に記載の外科用器具。
(22) 前記作動回路が、前記ボタンシェルに少なくとも部分的に取り付けられている、実施態様20に記載の外科用器具。
(23) 前記作動回路が、前記ボタンシェル上に少なくとも部分的に印刷されている、実施態様20に記載の外科用器具。
(24) 前記作動回路が、電気トレースと、前記電気トレースに接続された表面装着構成要素と、を備える、実施態様23に記載の外科用器具。
(25) 外科用器具であって、
ハウジングと、
制御回路と、
ボタン壁であって、前記制御回路が、前記ボタン壁を伴って少なくとも部分的に形成されている、ボタン壁と、を備える、外科用器具。
(26) 前記制御回路が、前記ボタン壁に少なくとも部分的に埋め込まれている、実施態様25に記載の外科用器具。
(27) 前記制御回路が、前記ボタン壁に少なくとも部分的に取り付けられている、実施態様25に記載の外科用器具。
(28) 前記制御回路が、前記ボタン壁上に少なくとも部分的に印刷されている、実施態様25に記載の外科用器具。
(29) 前記制御回路が、電気トレースと、前記電気トレースに接続された表面装着構成要素と、を備える、実施態様28に記載の外科用器具。

Claims (11)

  1. 外科用器具ハンドルであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に位置決めされた制御回路と、
    ボタンシェルと、
    前記ボタンシェルがフレックス回路を備え、
    前記フレックス回路は歪みゲージを備え、
    前記フレックス回路は前記制御回路と電気通信するように構成され、
    前記歪みゲージが前記ボタンシェルの壁内に少なくとも部分的に埋め込まれており、
    前記ボタンシェルは、前記外科用器具ハンドルのユーザによって押下されたとき、前記ボタンシェルが観察可能に偏向することを可能にするように構成された柔軟なセクションを備え、
    前記柔軟なセクションが、リビングヒンジまたはスコアリングを備える、
    外科用器具ハンドル。
  2. 前記ボタンシェルが、前記フレックス回路の少なくとも一部分の上に成形されている、請求項1に記載の外科用器具ハンドル。
  3. 前記ボタンシェルが、前記ハウジングと一体形成されている、請求項1に記載の外科用器具ハンドル。
  4. 前記フレックス回路が、容量性スイッチ素子を備える、請求項1に記載の外科用器具ハンドル。
  5. 前記ボタンシェルが、前記外科用器具ハンドルのユーザによってアクセス可能な外側表面を備え、前記容量性スイッチ素子が、前記外側表面に装着されている、請求項に記載の外科用器具ハンドル。
  6. 前記フレックス回路が、力感知圧電スイッチ素子を備える、請求項1に記載の外科用器具ハンドル。
  7. 前記ボタンシェルが、前記外科用器具ハンドルのユーザによってアクセス可能な外側表面を備え、前記力感知圧電スイッチ素子が、前記外側表面に装着されている、請求項に記載の外科用器具ハンドル。
  8. 前記フレックス回路が、前記ボタンシェルに隣接して位置決めされたスイッチを備え、そのため前記ボタンシェルが前記ユーザによって偏向されるとき、前記ボタンシェルが前記スイッチと接触する、請求項1に記載の外科用器具ハンドル。
  9. 前記制御回路が、触覚フィードバック発生器を備え、前記制御回路は、前記ボタンシェルが押下されるとき、前記触覚フィードバック発生器を作動させる、請求項に記載の外科用器具ハンドル。
  10. 前記ハウジング及び前記ボタンシェルが、同じ材料から構成されている、請求項1に記載の外科用器具ハンドル。
  11. 前記ハウジング及び前記ボタンシェルが、異なる材料から構成されている、請求項1に記載の外科用器具ハンドル。
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