KR102133698B1 - 의료 장치용 직렬 통신 프로토콜 - Google Patents
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Abstract
기기가 개시된다. 기기는 한 쌍의 전기 도전체들을 통해 신호를 직렬 프로토콜로서 전송하도록 구성되는 회로를 포함한다. 직렬 프로토콜은 적어도 하나의 전송 프레임을 통해 분산되는 일련의 펄스들로서 정의된다. 전송 프레임 내의 적어도 하나의 펄스가, 2개의 제1 논리 상태들 중 하나를 나타내도록 펄스의 진폭을 변조하고 2개의 제2 논리 상태들 중 하나를 나타내도록 펄스의 폭을 변조함으로써, 동시에 인코딩된다. 기구 및 생성기가 또한 개시된다.
Description
우선권 주장
본 출원은 2012년 4월 9일자로 출원되었고 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된 미국 가출원 제61/621,876호의 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 초음파 수술 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 외과 의사가 절단 및 응고를 수행하는 것을 가능하게 하는 초음파 및 전기 수술(electrosurgical) 시스템에 관한 것이다.
초음파 수술 기구들은 그러한 기구들의 고유한 성능 특성들로 인해 수술 절차들에서 점점 더 확대되는 응용들을 발견하고 있다. 특정 기구 구성들 및 동작 파라미터들에 따라, 초음파 수술 기구들은 실질적으로 동시적인 조직의 절단 및 응고에 의한 지혈을 제공하여, 환자의 외상을 바람직하게 최소화할 수 있다. 절단 작용은 전형적으로 기구의 원위 단부(distal end)에 있는 엔드 이펙터(end effector) 또는 블레이드 팁(blade tip)에 의해 실현되며, 엔드 이펙터는 엔드 이펙터와 접촉되는 조직에 초음파 에너지를 전달한다. 이러한 특성의 초음파 기구들은 개복 수술 용도, 로봇 보조식 절차를 포함한 복강경 또는 내시경 수술 절차들을 위해 구성될 수 있다.
일부 수술 기구들은 정밀한 절단 및 제어된 응고 둘 모두를 위해 초음파 에너지를 이용한다. 초음파 에너지는 전기 수술에 의해 사용되는 것보다 낮은 온도를 사용하여 절단하고 응고시킨다. 고 주파수(예컨대, 55,500회/초)에서 진동함으로써, 초음파 블레이드는 점착성 응고물(sticky coagulum)을 형성하도록 조직 내의 단백질을 변성시킨다. 블레이드 표면에 의해 조직에 가해지는 압력은 혈관을 허탈 상태로 만들고, 응고물(coagulum)이 지혈 봉합부를 형성하게 한다. 절단 및 응고의 정밀도는 외과 의사의 기술, 및 전력 레벨, 블레이드 에지, 조직 수축 및 블레이드 압력의 조정에 의해 제어된다.
그러나, 의료 장치들에 대한 초음파 기술의 주요 난제는 혈관을 계속 봉합하는 것이다. 본 출원인 및 다른 사람들에 의해 수행된 연구는 표준 초음파 에너지의 인가 전에 혈관의 내부 근육층이 외막층으로부터 분리되어 멀리 이동될 때 최적의 혈관 봉합이 발생한다는 것을 보여주었다. 이러한 분리를 달성하기 위한 현재의 노력들은 혈관에 인가되는 클램프 힘의 증가를 수반하였다.
더구나, 사용자는 절단되는 조직의 시각적 피드백을 반드시 갖는 것은 아니다. 따라서, 시각적 피드백이 이용 가능하지 않을 때, 절단이 완료된 것을 사용자에게 나타내기 위한 위한 일부 형태의 피드백을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 더욱이, 절단이 완료된 것을 나타내기 위한 일부 형태의 피드백 표시기가 없는 경우, 사용자는 절단이 완료될지라도 고조파(harmonic) 기구를 계속 활성화시킬 수 있으며, 이는 조오(jaw)들 사이에 거의 또는 아무것도 없이 고조파 기구를 활성화시킬 때 발생되는 열에 의해 고조파 기구 및 주변 조직에 가능한 손상을 유발한다.
초음파 트랜스듀서는 정적 커패시턴스(static capacitance)를 포함하는 제1 분로(branch) 및 공진기의 전자기계적 특성들을 정의하는 직렬 접속된 인덕턴스, 저항 및 커패시턴스를 포함하는 제2 "동적(motional)" 분로를 갖는 등가 회로로서 모델링될 수 있다. 종래의 초음파 생성기는 공진 주파수에서 정적 커패시턴스를 튜닝 아웃(tuning out)하기 위한 튜닝 인덕터를 포함할 수 있어, 생성기의 전류 출력의 실질적으로 전부가 동적 분로 내로 흐르게 한다. 동적 분로 전류는 구동 전압과 함께 임피던스 및 위상 크기를 정의한다. 따라서, 튜닝 인덕터를 사용하여, 생성기의 전류 출력은 동적 분로 전류를 나타내며, 따라서 생성기는 초음파 트랜스듀서의 공진 주파수에서 그의 구동 출력을 유지할 수 있다. 튜닝 인덕터는 또한 생성기의 주파수 로크(frequency lock) 능력을 개선하기 위해 초음파 트랜스듀서의 위상 임피던스 플롯(plot)을 변환시킨다. 그러나, 튜닝 인덕터는 초음파 트랜스듀서의 특정 정적 커패시턴스와 정합되어야 한다. 상이한 정적 커패시턴스를 갖는 상이한 초음파 트랜스듀서는 상이한 튜닝 인덕터를 필요로 한다.
조직을 치료 및/또는 파괴하기 위해 조직에 전기 에너지를 인가하기 위한 전기 수술 장치는 또한 수술 절차에서 점점 더 확대되는 응용들을 발견하고 있다. 전기 수술 장치는 전형적으로 핸드피스, 즉 원위에 장착된 엔드 이펙터(예컨대, 하나 이상의 전극)를 갖는 기구를 포함한다. 엔드 이펙터는 전류를 조직 내에 도입하도록 조직에 맞대어져 위치될 수 있다. 전기 수술 장치는 양극(bipolar) 또는 단극(monopolar) 동작을 위해 구성될 수 있다. 양극 동작 동안, 엔드 이펙터의 활성 전극 및 반환 전극 각각에 의해 전류가 조직 내에 도입되고 조직으로부터 반환된다. 단극 동작 동안에는, 전류가 엔드 이펙터의 활성 전극에 의해 조직 내에 도입되고, 환자의 신체 상에 별개로 위치된 반환 전극(예컨대, 접지 패드)을 통해 반환된다. 조직을 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는 열은 조직 내에 그리고/또는 조직들 사이에 지혈 봉합부를 형성할 수 있으며, 따라서 예를 들어 혈관들을 봉합하는 데에 특히 유용할 수 있다. 전기 수술 장치의 엔드 이펙터는 또한 조직을 절개하기 위해 조직 및 전극들에 대해 이동 가능한 절단 부재를 포함할 수 있다.
전기 수술 장치에 의해 인가되는 전기 에너지는 핸드피스와 통신하는 생성기에 의해 기구로 전달될 수 있다. 전기 에너지는 무선 주파수(radio frequency, "RF") 에너지의 형태일 수 있다. RF 에너지는 300 ㎑ 내지 1 ㎒의 주파수 범위 내에 있을 수 있는 전기 에너지의 형태이다. 적용 시에, 전기 수술 장치는 조직을 통해 저 주파수 RF 에너지를 전달할 수 있고, 이는 이온성 진동(ionic agitation) 또는 마찰, 사실상 저항성 가열을 일으켜서 조직의 온도를 증가시킨다. 영향받은 조직과 주변 조직 사이에 뚜렷한 경계가 생성될 수 있기 때문에, 외과 의사들은 목표가 아닌 인접 조직을 희생시키지 않고서 높은 레벨의 정밀도 및 제어로 수술할 수 있다. RF 에너지의 낮은 동작 온도는 연조직을 제거하거나, 수축시키거나, 스컬프팅(sculpting)함과 동시에 혈관을 봉합하는 데 유용하다. RF 에너지는 주로 콜라겐으로 구성되고 열과 접촉될 때 수축되는 결합 조직(connective tissue)에 대해 특히 잘 작용한다.
현재의 기구들의 결점들 중 일부를 극복하는 수술 기구를 제공하는 것이 바람직할 것이다. 본 명세서에서 설명되는 수술 시스템은 그러한 결점들을 극복한다.
설명되는 형태들의 신규한 특징들은 특히 첨부된 특허청구범위에 기재된다. 그러나, 설명된 형태는 동작의 방법 및 조직화 둘 모두에 관하여, 첨부 도면과 관련하여 취해진 하기의 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.
<도 1>
도 1은 일 형태의 초음파 수술 기구를 도시하는 사시도.
<도 2>
도 2는 일 형태의 초음파 수술 기구의 분해 사시 조립도.
<도 3>
도 3은 힘 계산을 예시하는 일 형태의 클램프 아암(clamp arm)의 개략도.
<도 4>
도 4는 고전력 및 저부하에서의 통상의 발진기의 전류, 전압, 전력, 임피던스 및 주파수 파형들의 그래프.
<도 5>
도 5는 고전력 및 고부하에서의 통상의 발진기의 전류, 전압, 전력, 임피던스 및 주파수 파형들의 그래프.
<도 6>
도 6은 무부하에서의 일 형태의 발진기의 전류 계단 함수 파형 및 전압, 전력, 임피던스 및 주파수 파형들의 그래프.
<도 7>
도 7은 저부하에서의 일 형태의 발진기의 전류 계단 함수 파형 및 전압, 전력, 임피던스 및 주파수 파형들의 그래프.
<도 8>
도 8은 고부하에서의 일 형태의 발진기의 전류 계단 함수 파형 및 전압, 전력, 임피던스 및 주파수 파형들의 그래프.
<도 9>
도 9는 초음파 트랜스듀서를 구동하기 위한 초음파 전기 신호를 생성하는 생성기의 일 형태의 구동 시스템을 도시하는 도면.
<도 10>
도 10은 초음파 수술 기구, 및 조직 임피던스 모듈을 포함하는 생성기를 포함하는 일 형태의 수술 시스템을 도시하는 도면.
<도 11>
도 11은 조직 임피던스 모듈을 포함하는 생성기의 일 형태의 구동 시스템을 도시하는 도면.
<도 12>
도 12는 수술 시스템과 함께 채용될 수 있는 일 형태의 클램프 아암 조립체를 도시하는 도면.
<도 13>
도 13은 조직이 사이에 배치된 블레이드와 클램프 아암 조립체에 결합된 조직 임피던스 모듈의 개략도.
<도 14>
도 14는 수술 기구의 초음파 구동 시스템에 결합된 엔드 이펙터를 구동하기 위한 일 형태의 방법을 도시하는 도면.
<도 15a>
도 15a는 일 형태의 조직 상태의 변화의 결정 및 이에 따른 출력 표시기의 활성화의 논리 흐름도.
<도 15b>
도 15b는 주파수 변곡점 분석 모듈의 일 형태의 동작을 나타내는 논리 흐름도.
<도 15c>
도 15c는 전압 강하 분석 모듈의 일 형태의 동작을 나타내는 논리 흐름도(900).
<도 16>
도 16은 생성기 및 그와 함께 사용 가능한 다양한 수술 기구들을 포함하는 일 형태의 수술 시스템을 도시하는 도면.
<도 16a>
도 16a는 도 16의 초음파 수술 기구의 도면.
<도 17>
도 17은 도 16의 수술 시스템의 도면.
<도 18>
도 18은 일 형태의 동적 분로 전류를 나타내는 모델.
<도 19>
도 19는 일 형태의 생성기 아키텍처의 구조도.
<도 20>
도 20은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 조직 알고리즘(tissue algorithm)의 논리 흐름도.
<도 21>
도 21은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 20에 도시된 조직 알고리즘의 신호 평가 조직 알고리즘 부분의 논리 흐름도.
<도 22>
도 22는 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 21에 도시된 신호 평가 조직 알고리즘에 대한 조건 세트들을 평가하기 위한 논리 흐름도.
<도 23a>
도 23a는 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 기울기(주파수의 1차 시간 도함수) 대 시간 파형의 그래프.
<도 23b>
도 23b는 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 도 23a에 도시된 파형 위에 중첩된 대시 선으로 도시되는 주파수 기울기의 기울기(주파수의 2차 시간 도함수) 대 시간 파형의 그래프.
<도 24>
도 24는 도 23a에 도시된 그래프와 관련되는 바와 같은 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 25>
도 25는 도 23a에 도시된 그래프와 관련되는 바와 같은 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 구동 전력 대 시간 파형의 그래프.
<도 26>
도 26은 번인(burn-in) 시험 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 기울기 대 시간 파형의 그래프.
<도 27>
도 27은 도 26에 도시된 그래프와 관련되는 바와 같은 번인 시험 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 28>
도 28은 도 26에 도시된 그래프와 관련되는 바와 같은 번인 시험 동안의 일 형태의 생성기의 전력 소비 대 시간 파형의 그래프.
<도 29>
도 29는 번인 시험들 동안의 몇몇 생성기/기구 조합들의 주파수 변화 대 시간 파형의 그래프.
<도 30>
도 30은 생성기를 내내 동작시키면서, 절개된 돼지 공장(porcine jejunum) 조직에 대해 가능한 한 신속하게 10회의 연속 절단을 수행하기 위해 초음파 기구에 결합된 일 형태의 생성기의 정규화되고 조합된 임피던스, 전류, 주파수, 전력, 에너지 및 온도 파형들의 그래프.
<도 31a>
도 31a는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 임피던스 및 전류 대 시간 파형들의 그래프.
<도 31b>
도 31b는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 31c>
도 31c는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 전력, 에너지 및 온도 대 시간 파형들의 그래프.
<도 32>
도 32는 일 형태의 생성기의 주파수, 0.1의 알파 값을 갖는 지수 가중 이동 평균(exponentially weighted moving average)을 통해 계산된 가중 주파수 기울기 및 온도 대 시간 파형의 조합된 그래프.
<도 33>
도 33은 도 32에 도시된 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 34>
도 34는 도 32에 도시된 가중 주파수 기울기 대 시간 파형의 그래프.
<도 35>
도 35는 공장 조직에 대한 10회의 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형의 그래프, 및 온도 대 시간 신호의 그래프.
<도 36>
도 36은 개재된 조직의 활성화와 더불어 공장 조직에 대한 10회 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 도 35에 도시된 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 37>
도 37은 공장 조직에 대한 10회의 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 주파수 기울기 대 시간 파형의 그래프.
<도 38>
도 38은 공장 조직에 대한 10회 절단에 걸쳐 일 형태의 생성기에 의해 소비되는 전력을 나타내는 전력 대 시간 파형의 그래프.
<도 39>
도 39는 공장 조직에 대한 10회의 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 전류 대 시간 파형의 그래프.
<도 40>
도 40은 일 형태의 생성기의 주파수 기울기 대 시간 파형과 관련된 "크로스-백(cross-back) 주파수 기울기 임계치" 파라미터의 그래프.
<도 41>
도 41은 정규화된 전력, 전류, 에너지 및 주파수 파형 대 시간을 나타내는, 절개된 경동맥에 대한 일 형태의 초음파 기구의 펄스식 인가의 조합된 그래프.
<도 42a>
도 42a는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 임피던스 및 전류 대 시간 파형들의 그래프.
<도 42b>
도 42b는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 42c>
도 42c는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 전력, 에너지 및 온도 대 시간 파형들의 그래프.
<도 43>
도 43은 도 41 및 도 50a 내지 도 50c에 도시된 펄스식 인가에 대한 계산된 주파수 기울기 파형의, 전체 스케일로 플로팅된(plotted) 그래프.
<도 44>
도 44는 도 43에 도시된 펄스식 인가에 대한 계산된 주파수 기울기 파형의 그래프의 확대도.
<도 45>
도 45는 임피던스, 전력, 에너지, 온도와 같은 관심대상의 다른 데이터 파형들의 그래프.
<도 46>
도 46은 다양한 초음파 기구 유형들에 대한 가중 주파수 기울기 대 전력 레벨의 요약의 그래프.
<도 47>
도 47은 일 형태의 생성기의 공진 주파수, 평균 공진 주파수 및 주파수 기울기 대 시간 파형들의 그래프.
<도 48>
도 48은 도 47에 도시된 공진 주파수 및 평균 공진 주파수 대 시간 파형들의 확대도.
<도 49>
도 49는 일 형태의 생성기의 공진 주파수 및 전류 대 시간 파형들의 확대도.
<도 50>
도 50은 초음파 기구에 결합된 일 형태의 생성기의 정규화되고 조합된 전력, 임피던스, 전류, 에너지, 주파수 및 온도 파형들의 그래프.
<도 51a 및 도 51b>
도 51a 및 도 51b는 초음파 바이트(bite) 동안 일 형태의 초음파 기구에 의해 표시되는 공진 주파수 및 주파수 기울기 각각의 그래프.
<도 52a 및 도 52b>
도 52a 및 도 52b는 다른 초음파 조직 바이트 동안 일 형태의 초음파 기구에 의해 표시되는 공진 주파수 및 주파수 기울기 각각의 그래프.
<도 53>
도 53은 초음파 블레이드의 기준선 공진 주파수를 고려하기 위해 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 기준선 주파수 컷오프 조건을 구현하는 일 형태의 조직 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 54a 및 도 54b>
도 54a 및 도 54b는 상이한 예시적인 초음파 활성화들에서 나타나는 블레이드 주파수의 그래프.
<도 55>
도 55는 초음파 블레이드에 의한 다수회의 절단을 포함하는 일 형태에 대한 공진 주파수 및 초음파 임피던스 대 시간의 그래프.
<도 56>
도 56은 기준선 주파수 컷오프 조건을 다른 조건들과 관련하여 구현하기 위해 일 형태의 생성기 및/또는 기구에서 구현될 수 있는 조직 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 57>
도 57은 기준선 주파수 컷오프 조건을 고려하는 도 20에 도시된 조직 알고리즘의 일 형태의 신호 평가 조직 알고리즘 부분의 논리 흐름도.
<도 58>
도 58은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 일 형태의 부하 모니터링 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 59>
도 59는 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 57에 도시된 신호 평가 조직 알고리즘에 대한 조건 세트들을 평가하기 위한 논리 흐름도.
<도 60>
도 60은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 59에 도시된 일 형태의 비-필터링된(unfiltered) 조건 세트 논리를 구현하기 위한 논리 흐름도.
<도 61>
도 61은 한 쌍의 부하 이벤트들을 나타내는 주파수 기울기 및 주파수의 2차 시간 도함수의 그래프.
<도 62>
도 62는 부하 이벤트를 나타내는 주파수 기울기, 주파수의 2차 시간 도함수 및 롤링 델타(rolling delta)의 그래프.
<도 63>
도 63은 다른 부하 이벤트를 나타내는 다른 형태의 주파수 기울기, 주파수의 2차 시간 도함수 및 롤링 데이터의 그래프.
<도 64>
도 64는 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 부하 이벤트 트리거를 포함하는 조건 세트를 적용하는 일 형태의 알고리즘을 구현하기 위한 논리 흐름도.
<도 65>
도 65는 부하 조건이 수술 기구 내에 존재하는지 여부를 결정하기 위한 일 형태의 논리를 구현하기 위한 논리 흐름도.
<도 66>
도 66은 응답 세트 트리거들을 제공하기 위해 부하 이벤트를 이용하는 조건 세트를 고려하는 도 20에 도시된 조직 알고리즘의 일 형태의 신호 평가 조직 알고리즘 부분의 논리 흐름도.
<도 67>
도 67은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 66에 도시된 신호 평가 조직 알고리즘에 대한 조건 세트들을 평가하기 위한 논리 흐름도.
<도 68>
도 68은 도 67에 도시된 바와 같은, 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 일 형태의 부하 모니터링 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 69>
도 69는 일 형태의 생성기에 의해 구현될 수 있는 도 67에 도시된 일 형태의 비-필터링된 조건 세트 논리의 논리 흐름도.
<도 70>
도 70은 도 71의 알고리즘의 하나의 예시적인 구현예에 대한 전력 또는 변위 플롯을 예시하는 차트.
<도 71>
도 71은 초음파 기구를 2개의 전력 레벨들에서 순차적으로 구동하기 위한 일 형태의 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 72>
도 72는 수술 기구가 도 71의 알고리즘에 따라 동작되고 기구를 단일 전력 레벨에서 활성화함으로써 동작되는 상태에서 얻어지는 버스트 압력들을 예시하는 차트.
<도 73>
도 73은 도 72에 나타낸 시도들에 대해 얻어진 절개 시간들을 예시하는 차트.
<도 74>
도 74는 도 71의 일 형태의 알고리즘에 따른 구동 신호 패턴을 예시하는 차트.
<도 75>
도 75는 기구의 비활성화와 후속 활성화 사이에 휴지 시간을 구현하는 도 71의 알고리즘의 다른 형태의 논리 흐름도.
<도 76>
도 76은 도 75의 일 형태의 알고리즘에 따른 구동 신호 패턴을 예시하는 차트.
<도 77>
도 77은 제3 구동 신호를 구현하는 도 71의 알고리즘의 다른 형태의 논리 흐름도.
<도 78>
도 78은 도 71의 알고리즘에 따라 동작하는 수술 기구 대 도 77의 알고리즘에 따라 동작하는 수술 기구를 이용하여 얻어진 버스트 압력들을 예시하는 차트.
<도 79>
도 79는 도 71의 알고리즘에 따라 동작하는 기구와 유사한 수술 기구 대 도 78의 알고리즘에 따라 동작하는 수술 기구를 이용하여 얻어진 버스트 압력들을 예시하는 차트.
<도 80>
도 80은 도 79에 나타낸 시도들에 대해 얻어진 절개 시간들을 예시하는 차트.
<도 81>
도 81은 초기 클램핑 기간을 구현하는 일 형태의 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 82>
도 82는 초기 클램핑 기간을 구현하는 다른 형태의 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 83>
도 83은 도 82의 알고리즘에 따른 구동 신호 패턴을 예시하는 차트.
<도 84>
도 84는 예시적인 신경망을 도시하는 도면.
<도 85>
도 85는 신경망의 숨겨진 뉴런들 및/또는 출력 뉴런(들)에 대한 활성화 함수의 예시적인 부분의 플롯.
<도 86>
도 86은 신경망의 숨겨진 뉴런들 및/또는 출력 뉴런(들)에 대한 예시적인 활성화 함수를 나타내는 도면.
<도 87>
도 87은 후방 전파를 이용하여, 도 86의 신경망과 같은 신경망을 훈련시키기 위한 일 형태의 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 88>
도 88은 다변수 모델(multi-variable model)을 이용하여 초음파 기구에 대한 조건 세트를 검출하기 위한 일 형태의 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 89>
도 89는 예를 들어 본 명세서에서 설명되는 신경망과 같은 다변수 모델을 이용하는 일 형태의 알고리즘을 나타내는 논리 흐름도.
<도 90>
도 90은 도 89의 알고리즘의 일 구현예의 구동 신호 패턴을 예시하는 차트.
<도 91>
도 91은 도 89의 알고리즘의 다른 구현예의 구동 신호 패턴을 예시하는 차트.
<도 92>
도 92는 다수의 조건들을 포함하는 조건 세트를 모니터링하기 위해 다변수 모델을 이용하기 위한 일 형태의 알고리즘을 나타내는 논리 흐름도.
<도 93>
도 93은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 회전 가능 전기 접속부를 포함하는 일 형태의 초음파 수술 기구 구성의 측면도.
<도 94>
도 94는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 핸들 조립체 내로의 핸드피스의 삽입 이전의 핸들 조립체 및 핸드피스를 나타내는 도 93의 초음파 수술 기구 구성의 측면도.
<도 95>
도 95는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 회전 가능 전기 접속부를 포함하는 초음파 수술 기구의 핸들 조립체의 단면도.
<도 96>
도 96은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 플렉스 회로(flex circuit) 및 핸드피스에 결합된 초음파 수술 기구의 커넥터 모듈의 사시도.
<도 97>
도 97은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 96에 도시된 커넥터 모듈의 분해도.
<도 98>
도 98은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 커넥터 모듈의 내부 및 외부 링들 및 대응하는 링크들의 배열의 사시도.
<도 99>
도 99는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 커넥터 모듈의 하우징 내에 위치되는 제1 링 도전체 및 제2 링 도전체의 사시도.
<도 100>
도 100은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 회전 커플링의 리세스 부분들 내에 배치된 내부 및 외부 링 도전체들 및 대응하는 링크들을 갖는 회전 커플링의 원위측의 사시도.
<도 101>
도 101은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 핸드피스의 원위 단부에 결합된 커넥터 모듈의 사시도.
<도 102>
도 102는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 회전 커플링 내에 배치된 내부 및 외부 링 도전체들 및 대응하는 링크들의 근위 도면.
<도 103>
도 103은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 회전 커플링의 리세스 부분들 내에 배치된 내부 및 외부 링 도전체들 및 대응하는 링크들을 갖는 회전 커플링의 원위측의 사시도.
<도 104>
도 104는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 초음파 핸들 조립체의 좌측면도.
<도 105>
도 105는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 좌측 핸들 하우징 세그먼트가 제거된, 도 104의 초음파 핸들 조립체의 다른 좌측면도.
<도 106>
도 106은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 초음파 수술 기구에 대한 스위치 조립체의 측면도.
<도 107>
도 107은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 106의 스위치 조립체의 정면도.
<도 108>
도 108은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 106 및 107의 스위치 조립체의 저면도.
<도 109>
도 109는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 106 내지 도 109의 스위치 조립체의 평면도.
<도 109a>
도 109a는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 다른 초음파 핸들 조립체의 일부분의 좌측면도.
<도 110>
도 110은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 다른 초음파 핸들 조립체의 좌측면도.
<도 111>
도 111은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 110의 초음파 핸들 조립체의 우측면도.
<도 112>
도 112는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 다른 초음파 핸들 조립체의 일부분의 사시도.
<도 113>
도 113은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 다른 제2 스위치 배열체의 사시도.
<도 114>
도 114는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 113의 제2 스위치 배열체의 배면도.
<도 115>
도 115는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 다른 제2 스위치 배열체의 배면도.
<도 116>
도 116은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 제2 스위치 배열체 및 핸들 조립체의 일부분의 평면도.
<도 117>
도 117은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 다양한 초음파 핸들 조립체들과 관련하여 사용될 수 있는 스위치 조립체의 개략도.
<도 118>
도 118은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 중앙 스위치가 작동된 작동 위치에서의, 도 117의 스위치 조립체의 다른 개략도.
<도 119>
도 119는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 우측 스위치가 작동된 다른 작동 위치에서의, 도 117 및 도 118의 스위치 조립체의 다른 개략도.
<도 120>
도 120은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 좌측 스위치가 작동된 다른 작동 위치에서의, 도 117 내지 도 119의 스위치 조립체의 다른 개략도.
<도 121>
도 121은 의료 기구 및 회로에 결합된 생성기를 도시하는 시스템의 블록도.
<도 122>
도 122는 기구 내의 회로의 블록도.
<도 123>
도 123은 생성기 출력에서의 직렬 프로토콜의 전송 프레임 내의 전류 펄스들의 타이밍도.
<도 124>
도 124는 회로 출력에서의 직렬 프로토콜의 전송 프레임 내의 전압 펄스들의 타이밍도.
<도 125a>
도 125a는 직렬 프로토콜의 부분 타이밍도.
<도 125b>
도 125b는 직렬 프로토콜의 부분 타이밍도.
<도 125c>
도 125c는 직렬 프로토콜의 부분 타이밍도.
<도 125d>
도 125d는 직렬 프로토콜의 부분 타이밍도.
<도 126>
도 126은 직렬 프로토콜의 하나의 예시적인 타이밍도.
<도 127>
도 127은 직렬 프로토콜의 하나의 예시적인 타이밍도.
<도 128>
도 128은 직렬 프로토콜의 예시적인 타이밍도.
<도 1>
도 1은 일 형태의 초음파 수술 기구를 도시하는 사시도.
<도 2>
도 2는 일 형태의 초음파 수술 기구의 분해 사시 조립도.
<도 3>
도 3은 힘 계산을 예시하는 일 형태의 클램프 아암(clamp arm)의 개략도.
<도 4>
도 4는 고전력 및 저부하에서의 통상의 발진기의 전류, 전압, 전력, 임피던스 및 주파수 파형들의 그래프.
<도 5>
도 5는 고전력 및 고부하에서의 통상의 발진기의 전류, 전압, 전력, 임피던스 및 주파수 파형들의 그래프.
<도 6>
도 6은 무부하에서의 일 형태의 발진기의 전류 계단 함수 파형 및 전압, 전력, 임피던스 및 주파수 파형들의 그래프.
<도 7>
도 7은 저부하에서의 일 형태의 발진기의 전류 계단 함수 파형 및 전압, 전력, 임피던스 및 주파수 파형들의 그래프.
<도 8>
도 8은 고부하에서의 일 형태의 발진기의 전류 계단 함수 파형 및 전압, 전력, 임피던스 및 주파수 파형들의 그래프.
<도 9>
도 9는 초음파 트랜스듀서를 구동하기 위한 초음파 전기 신호를 생성하는 생성기의 일 형태의 구동 시스템을 도시하는 도면.
<도 10>
도 10은 초음파 수술 기구, 및 조직 임피던스 모듈을 포함하는 생성기를 포함하는 일 형태의 수술 시스템을 도시하는 도면.
<도 11>
도 11은 조직 임피던스 모듈을 포함하는 생성기의 일 형태의 구동 시스템을 도시하는 도면.
<도 12>
도 12는 수술 시스템과 함께 채용될 수 있는 일 형태의 클램프 아암 조립체를 도시하는 도면.
<도 13>
도 13은 조직이 사이에 배치된 블레이드와 클램프 아암 조립체에 결합된 조직 임피던스 모듈의 개략도.
<도 14>
도 14는 수술 기구의 초음파 구동 시스템에 결합된 엔드 이펙터를 구동하기 위한 일 형태의 방법을 도시하는 도면.
<도 15a>
도 15a는 일 형태의 조직 상태의 변화의 결정 및 이에 따른 출력 표시기의 활성화의 논리 흐름도.
<도 15b>
도 15b는 주파수 변곡점 분석 모듈의 일 형태의 동작을 나타내는 논리 흐름도.
<도 15c>
도 15c는 전압 강하 분석 모듈의 일 형태의 동작을 나타내는 논리 흐름도(900).
<도 16>
도 16은 생성기 및 그와 함께 사용 가능한 다양한 수술 기구들을 포함하는 일 형태의 수술 시스템을 도시하는 도면.
<도 16a>
도 16a는 도 16의 초음파 수술 기구의 도면.
<도 17>
도 17은 도 16의 수술 시스템의 도면.
<도 18>
도 18은 일 형태의 동적 분로 전류를 나타내는 모델.
<도 19>
도 19는 일 형태의 생성기 아키텍처의 구조도.
<도 20>
도 20은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 조직 알고리즘(tissue algorithm)의 논리 흐름도.
<도 21>
도 21은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 20에 도시된 조직 알고리즘의 신호 평가 조직 알고리즘 부분의 논리 흐름도.
<도 22>
도 22는 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 21에 도시된 신호 평가 조직 알고리즘에 대한 조건 세트들을 평가하기 위한 논리 흐름도.
<도 23a>
도 23a는 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 기울기(주파수의 1차 시간 도함수) 대 시간 파형의 그래프.
<도 23b>
도 23b는 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 도 23a에 도시된 파형 위에 중첩된 대시 선으로 도시되는 주파수 기울기의 기울기(주파수의 2차 시간 도함수) 대 시간 파형의 그래프.
<도 24>
도 24는 도 23a에 도시된 그래프와 관련되는 바와 같은 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 25>
도 25는 도 23a에 도시된 그래프와 관련되는 바와 같은 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 구동 전력 대 시간 파형의 그래프.
<도 26>
도 26은 번인(burn-in) 시험 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 기울기 대 시간 파형의 그래프.
<도 27>
도 27은 도 26에 도시된 그래프와 관련되는 바와 같은 번인 시험 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 28>
도 28은 도 26에 도시된 그래프와 관련되는 바와 같은 번인 시험 동안의 일 형태의 생성기의 전력 소비 대 시간 파형의 그래프.
<도 29>
도 29는 번인 시험들 동안의 몇몇 생성기/기구 조합들의 주파수 변화 대 시간 파형의 그래프.
<도 30>
도 30은 생성기를 내내 동작시키면서, 절개된 돼지 공장(porcine jejunum) 조직에 대해 가능한 한 신속하게 10회의 연속 절단을 수행하기 위해 초음파 기구에 결합된 일 형태의 생성기의 정규화되고 조합된 임피던스, 전류, 주파수, 전력, 에너지 및 온도 파형들의 그래프.
<도 31a>
도 31a는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 임피던스 및 전류 대 시간 파형들의 그래프.
<도 31b>
도 31b는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 31c>
도 31c는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 전력, 에너지 및 온도 대 시간 파형들의 그래프.
<도 32>
도 32는 일 형태의 생성기의 주파수, 0.1의 알파 값을 갖는 지수 가중 이동 평균(exponentially weighted moving average)을 통해 계산된 가중 주파수 기울기 및 온도 대 시간 파형의 조합된 그래프.
<도 33>
도 33은 도 32에 도시된 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 34>
도 34는 도 32에 도시된 가중 주파수 기울기 대 시간 파형의 그래프.
<도 35>
도 35는 공장 조직에 대한 10회의 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형의 그래프, 및 온도 대 시간 신호의 그래프.
<도 36>
도 36은 개재된 조직의 활성화와 더불어 공장 조직에 대한 10회 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 도 35에 도시된 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 37>
도 37은 공장 조직에 대한 10회의 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 주파수 기울기 대 시간 파형의 그래프.
<도 38>
도 38은 공장 조직에 대한 10회 절단에 걸쳐 일 형태의 생성기에 의해 소비되는 전력을 나타내는 전력 대 시간 파형의 그래프.
<도 39>
도 39는 공장 조직에 대한 10회의 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 전류 대 시간 파형의 그래프.
<도 40>
도 40은 일 형태의 생성기의 주파수 기울기 대 시간 파형과 관련된 "크로스-백(cross-back) 주파수 기울기 임계치" 파라미터의 그래프.
<도 41>
도 41은 정규화된 전력, 전류, 에너지 및 주파수 파형 대 시간을 나타내는, 절개된 경동맥에 대한 일 형태의 초음파 기구의 펄스식 인가의 조합된 그래프.
<도 42a>
도 42a는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 임피던스 및 전류 대 시간 파형들의 그래프.
<도 42b>
도 42b는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형의 그래프.
<도 42c>
도 42c는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 전력, 에너지 및 온도 대 시간 파형들의 그래프.
<도 43>
도 43은 도 41 및 도 50a 내지 도 50c에 도시된 펄스식 인가에 대한 계산된 주파수 기울기 파형의, 전체 스케일로 플로팅된(plotted) 그래프.
<도 44>
도 44는 도 43에 도시된 펄스식 인가에 대한 계산된 주파수 기울기 파형의 그래프의 확대도.
<도 45>
도 45는 임피던스, 전력, 에너지, 온도와 같은 관심대상의 다른 데이터 파형들의 그래프.
<도 46>
도 46은 다양한 초음파 기구 유형들에 대한 가중 주파수 기울기 대 전력 레벨의 요약의 그래프.
<도 47>
도 47은 일 형태의 생성기의 공진 주파수, 평균 공진 주파수 및 주파수 기울기 대 시간 파형들의 그래프.
<도 48>
도 48은 도 47에 도시된 공진 주파수 및 평균 공진 주파수 대 시간 파형들의 확대도.
<도 49>
도 49는 일 형태의 생성기의 공진 주파수 및 전류 대 시간 파형들의 확대도.
<도 50>
도 50은 초음파 기구에 결합된 일 형태의 생성기의 정규화되고 조합된 전력, 임피던스, 전류, 에너지, 주파수 및 온도 파형들의 그래프.
<도 51a 및 도 51b>
도 51a 및 도 51b는 초음파 바이트(bite) 동안 일 형태의 초음파 기구에 의해 표시되는 공진 주파수 및 주파수 기울기 각각의 그래프.
<도 52a 및 도 52b>
도 52a 및 도 52b는 다른 초음파 조직 바이트 동안 일 형태의 초음파 기구에 의해 표시되는 공진 주파수 및 주파수 기울기 각각의 그래프.
<도 53>
도 53은 초음파 블레이드의 기준선 공진 주파수를 고려하기 위해 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 기준선 주파수 컷오프 조건을 구현하는 일 형태의 조직 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 54a 및 도 54b>
도 54a 및 도 54b는 상이한 예시적인 초음파 활성화들에서 나타나는 블레이드 주파수의 그래프.
<도 55>
도 55는 초음파 블레이드에 의한 다수회의 절단을 포함하는 일 형태에 대한 공진 주파수 및 초음파 임피던스 대 시간의 그래프.
<도 56>
도 56은 기준선 주파수 컷오프 조건을 다른 조건들과 관련하여 구현하기 위해 일 형태의 생성기 및/또는 기구에서 구현될 수 있는 조직 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 57>
도 57은 기준선 주파수 컷오프 조건을 고려하는 도 20에 도시된 조직 알고리즘의 일 형태의 신호 평가 조직 알고리즘 부분의 논리 흐름도.
<도 58>
도 58은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 일 형태의 부하 모니터링 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 59>
도 59는 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 57에 도시된 신호 평가 조직 알고리즘에 대한 조건 세트들을 평가하기 위한 논리 흐름도.
<도 60>
도 60은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 59에 도시된 일 형태의 비-필터링된(unfiltered) 조건 세트 논리를 구현하기 위한 논리 흐름도.
<도 61>
도 61은 한 쌍의 부하 이벤트들을 나타내는 주파수 기울기 및 주파수의 2차 시간 도함수의 그래프.
<도 62>
도 62는 부하 이벤트를 나타내는 주파수 기울기, 주파수의 2차 시간 도함수 및 롤링 델타(rolling delta)의 그래프.
<도 63>
도 63은 다른 부하 이벤트를 나타내는 다른 형태의 주파수 기울기, 주파수의 2차 시간 도함수 및 롤링 데이터의 그래프.
<도 64>
도 64는 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 부하 이벤트 트리거를 포함하는 조건 세트를 적용하는 일 형태의 알고리즘을 구현하기 위한 논리 흐름도.
<도 65>
도 65는 부하 조건이 수술 기구 내에 존재하는지 여부를 결정하기 위한 일 형태의 논리를 구현하기 위한 논리 흐름도.
<도 66>
도 66은 응답 세트 트리거들을 제공하기 위해 부하 이벤트를 이용하는 조건 세트를 고려하는 도 20에 도시된 조직 알고리즘의 일 형태의 신호 평가 조직 알고리즘 부분의 논리 흐름도.
<도 67>
도 67은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 66에 도시된 신호 평가 조직 알고리즘에 대한 조건 세트들을 평가하기 위한 논리 흐름도.
<도 68>
도 68은 도 67에 도시된 바와 같은, 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 일 형태의 부하 모니터링 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 69>
도 69는 일 형태의 생성기에 의해 구현될 수 있는 도 67에 도시된 일 형태의 비-필터링된 조건 세트 논리의 논리 흐름도.
<도 70>
도 70은 도 71의 알고리즘의 하나의 예시적인 구현예에 대한 전력 또는 변위 플롯을 예시하는 차트.
<도 71>
도 71은 초음파 기구를 2개의 전력 레벨들에서 순차적으로 구동하기 위한 일 형태의 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 72>
도 72는 수술 기구가 도 71의 알고리즘에 따라 동작되고 기구를 단일 전력 레벨에서 활성화함으로써 동작되는 상태에서 얻어지는 버스트 압력들을 예시하는 차트.
<도 73>
도 73은 도 72에 나타낸 시도들에 대해 얻어진 절개 시간들을 예시하는 차트.
<도 74>
도 74는 도 71의 일 형태의 알고리즘에 따른 구동 신호 패턴을 예시하는 차트.
<도 75>
도 75는 기구의 비활성화와 후속 활성화 사이에 휴지 시간을 구현하는 도 71의 알고리즘의 다른 형태의 논리 흐름도.
<도 76>
도 76은 도 75의 일 형태의 알고리즘에 따른 구동 신호 패턴을 예시하는 차트.
<도 77>
도 77은 제3 구동 신호를 구현하는 도 71의 알고리즘의 다른 형태의 논리 흐름도.
<도 78>
도 78은 도 71의 알고리즘에 따라 동작하는 수술 기구 대 도 77의 알고리즘에 따라 동작하는 수술 기구를 이용하여 얻어진 버스트 압력들을 예시하는 차트.
<도 79>
도 79는 도 71의 알고리즘에 따라 동작하는 기구와 유사한 수술 기구 대 도 78의 알고리즘에 따라 동작하는 수술 기구를 이용하여 얻어진 버스트 압력들을 예시하는 차트.
<도 80>
도 80은 도 79에 나타낸 시도들에 대해 얻어진 절개 시간들을 예시하는 차트.
<도 81>
도 81은 초기 클램핑 기간을 구현하는 일 형태의 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 82>
도 82는 초기 클램핑 기간을 구현하는 다른 형태의 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 83>
도 83은 도 82의 알고리즘에 따른 구동 신호 패턴을 예시하는 차트.
<도 84>
도 84는 예시적인 신경망을 도시하는 도면.
<도 85>
도 85는 신경망의 숨겨진 뉴런들 및/또는 출력 뉴런(들)에 대한 활성화 함수의 예시적인 부분의 플롯.
<도 86>
도 86은 신경망의 숨겨진 뉴런들 및/또는 출력 뉴런(들)에 대한 예시적인 활성화 함수를 나타내는 도면.
<도 87>
도 87은 후방 전파를 이용하여, 도 86의 신경망과 같은 신경망을 훈련시키기 위한 일 형태의 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 88>
도 88은 다변수 모델(multi-variable model)을 이용하여 초음파 기구에 대한 조건 세트를 검출하기 위한 일 형태의 알고리즘의 논리 흐름도.
<도 89>
도 89는 예를 들어 본 명세서에서 설명되는 신경망과 같은 다변수 모델을 이용하는 일 형태의 알고리즘을 나타내는 논리 흐름도.
<도 90>
도 90은 도 89의 알고리즘의 일 구현예의 구동 신호 패턴을 예시하는 차트.
<도 91>
도 91은 도 89의 알고리즘의 다른 구현예의 구동 신호 패턴을 예시하는 차트.
<도 92>
도 92는 다수의 조건들을 포함하는 조건 세트를 모니터링하기 위해 다변수 모델을 이용하기 위한 일 형태의 알고리즘을 나타내는 논리 흐름도.
<도 93>
도 93은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 회전 가능 전기 접속부를 포함하는 일 형태의 초음파 수술 기구 구성의 측면도.
<도 94>
도 94는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 핸들 조립체 내로의 핸드피스의 삽입 이전의 핸들 조립체 및 핸드피스를 나타내는 도 93의 초음파 수술 기구 구성의 측면도.
<도 95>
도 95는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 회전 가능 전기 접속부를 포함하는 초음파 수술 기구의 핸들 조립체의 단면도.
<도 96>
도 96은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 플렉스 회로(flex circuit) 및 핸드피스에 결합된 초음파 수술 기구의 커넥터 모듈의 사시도.
<도 97>
도 97은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 96에 도시된 커넥터 모듈의 분해도.
<도 98>
도 98은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 커넥터 모듈의 내부 및 외부 링들 및 대응하는 링크들의 배열의 사시도.
<도 99>
도 99는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 커넥터 모듈의 하우징 내에 위치되는 제1 링 도전체 및 제2 링 도전체의 사시도.
<도 100>
도 100은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 회전 커플링의 리세스 부분들 내에 배치된 내부 및 외부 링 도전체들 및 대응하는 링크들을 갖는 회전 커플링의 원위측의 사시도.
<도 101>
도 101은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 핸드피스의 원위 단부에 결합된 커넥터 모듈의 사시도.
<도 102>
도 102는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 회전 커플링 내에 배치된 내부 및 외부 링 도전체들 및 대응하는 링크들의 근위 도면.
<도 103>
도 103은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 회전 커플링의 리세스 부분들 내에 배치된 내부 및 외부 링 도전체들 및 대응하는 링크들을 갖는 회전 커플링의 원위측의 사시도.
<도 104>
도 104는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 초음파 핸들 조립체의 좌측면도.
<도 105>
도 105는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 좌측 핸들 하우징 세그먼트가 제거된, 도 104의 초음파 핸들 조립체의 다른 좌측면도.
<도 106>
도 106은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 초음파 수술 기구에 대한 스위치 조립체의 측면도.
<도 107>
도 107은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 106의 스위치 조립체의 정면도.
<도 108>
도 108은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 106 및 107의 스위치 조립체의 저면도.
<도 109>
도 109는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 106 내지 도 109의 스위치 조립체의 평면도.
<도 109a>
도 109a는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 다른 초음파 핸들 조립체의 일부분의 좌측면도.
<도 110>
도 110은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 다른 초음파 핸들 조립체의 좌측면도.
<도 111>
도 111은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 110의 초음파 핸들 조립체의 우측면도.
<도 112>
도 112는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 다른 초음파 핸들 조립체의 일부분의 사시도.
<도 113>
도 113은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 다른 제2 스위치 배열체의 사시도.
<도 114>
도 114는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 도 113의 제2 스위치 배열체의 배면도.
<도 115>
도 115는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 다른 제2 스위치 배열체의 배면도.
<도 116>
도 116은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른 제2 스위치 배열체 및 핸들 조립체의 일부분의 평면도.
<도 117>
도 117은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 다양한 초음파 핸들 조립체들과 관련하여 사용될 수 있는 스위치 조립체의 개략도.
<도 118>
도 118은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 중앙 스위치가 작동된 작동 위치에서의, 도 117의 스위치 조립체의 다른 개략도.
<도 119>
도 119는 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 우측 스위치가 작동된 다른 작동 위치에서의, 도 117 및 도 118의 스위치 조립체의 다른 개략도.
<도 120>
도 120은 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에 따른, 좌측 스위치가 작동된 다른 작동 위치에서의, 도 117 내지 도 119의 스위치 조립체의 다른 개략도.
<도 121>
도 121은 의료 기구 및 회로에 결합된 생성기를 도시하는 시스템의 블록도.
<도 122>
도 122는 기구 내의 회로의 블록도.
<도 123>
도 123은 생성기 출력에서의 직렬 프로토콜의 전송 프레임 내의 전류 펄스들의 타이밍도.
<도 124>
도 124는 회로 출력에서의 직렬 프로토콜의 전송 프레임 내의 전압 펄스들의 타이밍도.
<도 125a>
도 125a는 직렬 프로토콜의 부분 타이밍도.
<도 125b>
도 125b는 직렬 프로토콜의 부분 타이밍도.
<도 125c>
도 125c는 직렬 프로토콜의 부분 타이밍도.
<도 125d>
도 125d는 직렬 프로토콜의 부분 타이밍도.
<도 126>
도 126은 직렬 프로토콜의 하나의 예시적인 타이밍도.
<도 127>
도 127은 직렬 프로토콜의 하나의 예시적인 타이밍도.
<도 128>
도 128은 직렬 프로토콜의 예시적인 타이밍도.
본 출원의 출원인은 또한 본 출원과 동일자로 출원되었고 각각이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 하기의 미국 특허 출원들을 소유한다:
- 발명의 명칭이 "조직의 절단 및 응고를 위한 장치 및 기술(DEVICES AND TECHNIQUES FOR CUTTING AND COAGULATING TISSUE)"인 미국 특허 출원(대리인 관리 번호 END7126USNP/120116);
- 발명의 명칭이 "초음파 수술 기구용 스위치 배열체(SWITCH ARRANGEMENTS FOR ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENTS)"인 미국 특허 출원(대리인 관리 번호 END7126USNP1/120116-1);
- 발명의 명칭이 "초음파 수술 기구용 회전 가능 전기 접속(ROTATABLE ELECTRICAL CONNECTION FOR ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENTS)"인 미국 특허 출원(대리인 관리 번호 END7126USNP2/120116-2); 및
- 발명의 명칭이 "초음파 수술 기구를 위한 조직 절단 및 응고를 위한 기술(TECHNIQUES FOR CUTTING AND COAGULATING TISSUE FOR ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENTS)"인 미국 특허 출원(대리인 관리 번호 END7126USNP4/120116-4).
다양한 형태의 초음파 수술 기구들을 상세히 설명하기 전에, 예시적인 형태들이 응용 또는 사용에 있어서 첨부 도면 및 설명에 예시된 부분들의 구성 및 배열의 상세 사항으로 한정되지 않는다는 것에 유의해야 한다. 예시적인 형태들은 다른 형태, 변형 및 수정으로 구현되거나 그에 통합될 수 있으며, 다양한 방식으로 실시되거나 실행될 수 있다. 또한, 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서에 채용된 용어 및 표현은 독자의 편의를 위해 예시적인 형태들을 설명할 목적으로 선택되었으며, 이를 제한하는 목적을 위한 것은 아니다.
또한, 이하에서 설명되는 형태들, 형태들의 표현들, 예들 중 임의의 하나 이상이 이하에서 설명되는 다른 형태들, 형태들의 표현들 및 예들 중 임의의 하나 이상과 조합될 수 있다는 것이 이해된다.
다양한 형태들은 수술 절차 동안 조직 절개, 절단 및/또는 응고를 달성하도록 구성되어진 개선된 초음파 수술 기구들에 관한 것이다. 일 형태에서, 초음파 수술 기구 장치는 개복 수술 절차에서 사용되도록 구성되지만, 다른 유형의 수술, 예를 들어 복강경, 내시경 및 로봇-보조식 절차에서의 응용들을 갖는다. 초음파 에너지의 선택적 사용에 의해 다방면의 사용이 용이하게 된다.
다양한 형태들은 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 초음파 기구와 조합되어 설명될 것이다. 그러한 설명은 제한이 아니라 예로서 제공되며, 본 발명의 범주 및 응용들을 제한하고자 의도하지 않는다. 예를 들어, 설명되는 형태들 중 임의의 하나는, 예를 들어 미국 특허 제5,938,633호; 제5,935,144호; 제5,944,737호; 제5,322,055호; 제5,630,420호; 및 제5,449,370호에 설명된 것들을 포함한 다수의 초음파 기구들과의 조합으로 유용하다.
아래의 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 본 명세서에서 설명되는 수술 기구의 형태들이 수술 시스템의 발진기 유닛과 연관되어 사용될 수 있음으로써, 발진기 유닛으로부터의 초음파 에너지가 본 수술 기구를 위한 원하는 초음파 작동을 제공한다는 것이 고려된다. 본 명세서에서 설명되는 수술 기구의 형태들이 수술 시스템의 신호 생성기 유닛과 연관되어 사용될 수 있음으로써, 예를 들어 무선 주파수(RF)의 형태의 전기 에너지가 수술 기구에 관한 피드백을 사용자에게 제공하는 데 사용되는 것이 또한 고려된다. 초음파 발진기 및/또는 신호 생성기 유닛은 분리 불가능하게 수술 기구와 통합될 수 있거나, 수술 기구에 전기적으로 부착 가능할 수 있는 개별 구성요소로서 제공될 수 있다.
본 수술 장치의 일 형태는 특히, 그의 간단한 구성에 의하여 일회용 사용을 위해 구성된다. 그러나, 본 수술 기구의 다른 형태들이 일회용이 아니거나 다수회 사용을 위해 구성될 수 있다는 것이 또한 고려된다. 본 수술 기구와 관련 발진기 및 신호 생성기 유닛과의 분리 가능한 접속은, 예시적인 목적으로 단일 환자 사용을 위해 현재 개시된다. 그러나, 본 수술 기구와 관련 발진기 및/또는 신호 생성기 유닛과의 분리 불가능한 통합 접속이 또한 고려된다. 따라서, 현재 설명되는 수술 기구들의 다양한 형태들은 분리 가능한 그리고/또는 분리 불가능한 통합 발진기 및/또는 신호 생성기 유닛과 함께 제한 없이 단일 사용 및/또는 다수회 사용을 위해 구성될 수 있으며, 그러한 구성들의 모든 조합들은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 간주된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 초음파 수술 기구(100)를 포함하는 일 형태의 수술 시스템(19)이 도시되어 있다. 수술 시스템(19)은 케이블(22)과 같은 적합한 전송 매체를 통해 초음파 트랜스듀서(50)에 접속된 초음파 생성기(30), 및 초음파 수술 기구(100)를 포함한다. 현재 개시된 형태에서 생성기(30)가 수술 기구(100)와는 별개로 도시되어 있지만, 일 형태에서 생성기(30)는 수술 기구(100)와 일체로 형성되어 단일형 수술 시스템(19)을 형성할 수 있다. 생성기(30)는 생성기(30) 콘솔의 전면 패널 상에 위치된 입력 장치(406)를 포함한다. 입력 장치(406)는 도 9와 관련하여 후속 설명되는 바와 같이 생성기(30)의 동작을 프로그래밍하는 데 적합한 신호들을 생성하는 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3을 여전히 참조하면, 케이블(22)은 초음파 트랜스듀서(50)의 양(+) 및 음(-) 전극들에 전기 에너지를 인가하기 위한 다수의 전기 도전체를 포함할 수 있다. 일부 응용들에서 초음파 트랜스듀서(50)가 "핸드피스" 또는 "핸들 조립체"로서 지칭될 수 있는데, 그 이유는 외과 의사가 다양한 절차 및 수술 동안에 초음파 트랜스듀서(50)를 파지하고 조작할 수 있도록 수술 시스템(19)의 수술 기구(100)가 구성될 수 있기 때문이라는 것을 알 것이다. 적합한 생성기(30)는 그 모두가 본 명세서에 참고로 포함된 하기의 미국 특허들: 미국 특허 제6,480,796호(0의 부하 조건 하에서 초음파 시스템의 시동을 개선하는 방법(Method for Improving the Start Up of an Ultrasonic System Under Zero Load Conditions)); 미국 특허 제6,537,291호(초음파 수술 시스템에 연결된 핸들에서 느슨한 블레이드를 검출하는 방법(Method for Detecting a Loose Blade in a Handle Connected to an Ultrasonic Surgical System)); 미국 특허 제6,626,926호(시동 시에 블레이드 공진 주파수의 획득을 개선하도록 초음파 시스템을 구동하는 방법(Method for Driving an Ultrasonic System to Improve Acquisition of Blade Resonance Frequency at Startup)); 미국 특허 제6,633,234호(속도 및/또는 임피던스 정보를 사용하여 블레이드 파손을 검출하는 방법(Method for Detecting Blade Breakage Using Rate and/or Impedance Information)); 미국 특허 제6,662,127호(초음파 시스템에서 블레이드의 존재를 검출하는 방법(Method for Detecting Presence of a Blade in an Ultrasonic System)); 미국 특허 제6,678,621호(초음파 수술 핸들에서 위상 여유를 사용한 출력 변위 제어(Output Displacement Control Using Phase Margin in an Ultrasonic Surgical Handle)); 미국 특허 제6,679,899호(초음파 핸들에서 횡단하는 진동을 검출하는 방법(Method for Detecting Transverse Vibrations in an Ultrasonic Handle)); 미국 특허 제6,908,472호(초음파 수술 시스템에서 생성기 함수를 변경하기 위한 장치 및 방법(Apparatus and Method for Altering Generator Functions in an Ultrasonic Surgical System)); 미국 특허 제6,977,495호(수술 핸드피스 시스템용 검출 회로(Detection Circuitry for Surgical Hand piece System)); 미국 특허 제7,077,853호(트랜스듀서 온도를 결정하기 위해 트랜스듀서 커패시턴스를 계산하는 방법(Method for Calculating Transducer Capacitance to Determine Transducer Temperature)); 미국 특허 제7,179,271호(시동 시에 블레이드 공진 주파수의 획득을 개선하도록 초음파 시스템을 구동하는 방법(Method for Driving an Ultrasonic System to Improve Acquisition of Blade Resonance Frequency at Startup)); 및 미국 특허 제7,273,483호(초음파 수술 시스템에서 생성기 함수를 알리기 위한 장치 및 방법(Apparatus and Method for Alerting Generator Function in an Ultrasonic Surgical System)) 중 하나 이상에 개시된 바와 같은, 미국 오하이오주 신시내티 소재의 에티콘 엔도-서저리, 인크.(Ethicon Endo-Surgery, Inc.)로부터 입수 가능한 GEN 300이다.
설명되는 형태들에 따르면, 초음파 생성기(30)는 특정 전압, 전류 및 주파수, 예컨대 55,500 사이클/초(㎐)의 전기 신호 또는 구동 신호를 생성한다. 생성기(30)는 초음파 트랜스듀서(50)를 형성하는 압전 세라믹 요소들을 포함하는 핸들 조립체(68)에 케이블(22)에 의해 접속된다. 핸들 조립체(68) 상의 스위치(312a) 또는 다른 케이블에 의해 생성기(30)에 접속된 풋(foot) 스위치(434)에 응답하여, 생성기 신호가 트랜스듀서(50)에 인가되며, 이는 그의 요소들의 길이방향 진동을 유발한다. 트랜스듀서(50)는 커넥터(300)를 통해 핸들 조립체(68)에 고정된다. 설치될 때, 트랜스듀서(50)는 구조물 또는 도파관(80)(도 2)을 통해 수술 블레이드(79)에 음향적으로 결합된다. 결과적으로, 구조물(80) 또는 블레이드(79)는 구동 신호가 트랜스듀서(50)에 인가될 때 초음파 주파수로 진동된다. 구조물(80)은 선택된 주파수로 공진하여서, 트랜스듀서(50)에 의해 시작된 움직임을 증폭하도록 설계된다. 일 형태에서, 생성기(30)는 높은 해상도, 정밀도 및 반복성을 갖고서 계단화될(stepped) 수 있는 특정 전압, 전류 및/또는 주파수 출력 신호를 생성하도록 구성된다.
도 4를 참조하면, 현재의 시스템들에서, 통상적인 발진기가 시각 0에서 활성화되어, 전류(300)가 대략 340mA의 원하는 설정점까지 상승되게 한다. 대략 2초에서, 저부하가 인가되어, 전압(310), 전력(320), 임피던스(330)의 대응하는 증가 및 공진 주파수(340)의 변화를 초래한다.
도 5를 참조하면, 현재의 시스템들에서, 통상적인 발진기가 시각 0에서 활성화되어, 전류(300)가 대략 340mA의 원하는 설정점까지 상승되게 한다. 대략 2초에서, 점점 증가하는 부하가 인가되어, 전압(310), 전력(320), 임피던스(330)의 대응하는 증가 및 공진 주파수(340)의 변화를 초래한다. 대략 7초에서, 부하는 발진기가 균일 전력 모드에 들어가는 점까지 증가하였으며, 이러한 모드에서는 발진기가 전원의 전압 한도 내에 있는 한, 부하의 추가적인 증가들이 전력을 35 W로 유지한다. 전류(300) 및 이에 따른 변위는 균일 전력 모드 동안 변한다. 대략 11.5초에서, 부하는 전류(300)가 대략 340mA의 원하는 설정점으로 복귀하는 점까지 감소된다. 전압(310), 전력(320), 임피던스(330) 및 공진 주파수(340)는 부하에 따라 변한다.
이제, 도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 핸들 조립체(68)는 초음파 트랜스듀서(50) 내에 포함된 음향 조립체의 진동들로부터 조작자를 격리하도록 구성된 멀티-피스 조립체일 수 있다. 핸들 조립체(68)는 사용자에 의해 통상적인 방식으로 파지되도록 형상화될 수 있지만, 설명되는 바와 같이, 본 초음파 수술 기구(100)가 기구의 핸들 조립체에 의해 제공되는 트리거형 배열체에 의해 주로 파지 및 조작된다는 것이 고려된다. 멀티-피스 핸들 조립체(68)가 도시되어 있지만, 핸들 조립체(68)는 단일 또는 일체 구성요소를 포함할 수 있다. 초음파 수술 기구(100)의 근위 단부는 핸들 조립체(68) 내로의 트랜스듀서(50)의 삽입에 의해 초음파 트랜스듀서(50)의 원위 단부를 수용하고 그에 맞춤된다. 일 형태에서, 초음파 수술 기구(100)는 초음파 트랜스듀서(50)에 유닛으로서 부착되고 그로부터 제거될 수 있다. 다른 형태들에서, 초음파 수술 기구(100)와 초음파 트랜스듀서(50)는 일체형 유닛으로서 형성될 수 있다. 초음파 수술 기구(100)는 정합하는 하우징 부분(69), 하우징 부분(70) 및 전달 조립체(71)를 포함하는 핸들 조립체(68)를 포함할 수 있다. 본 기구가 내시경 용도를 위해 구성될 때, 이 구성은 전달 조립체(71)가 대략 5.5 mm의 외경을 갖도록 치수 설정될 수 있다. 초음파 수술 기구(100)의 긴 전달 조립체(71)는 기구 핸들 조립체(68)로부터 직교방향으로 연장된다. 전달 조립체(71)는 아래에 더 설명되는 바와 같이 회전 노브(29)에 의해 핸들 조립체(68)에 대해 선택적으로 회전될 수 있다. 핸들 조립체(68)는 폴리카르보네이트 또는 액정 중합체와 같은 내구성 플라스틱으로 구성될 수 있다. 핸들 조립체(68)가 대안적으로 다른 플라스틱, 세라믹 또는 금속을 포함하는 다양한 재료들로 제조될 수 있다는 것이 또한 고려된다.
전달 조립체(71)는 외부 튜브형 부재 또는 외부 시스(sheath)(72), 내부 튜브형 작동 부재(76), 도파관(80), 및 엔드 이펙터(81)를 포함할 수 있으며, 엔드 이펙터는 예를 들어 블레이드(79), 클램프 아암(56) 및 하나 이상의 클램프 패드(58)를 포함한다. 트랜스듀서(50) 및 전달 조립체(71)(엔드 이펙터(81)를 포함하거나 포함하지 않음)는 초음파 구동 시스템으로서 지칭될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 외부 시스(72), 작동 부재(76) 및 도파관(80) 또는 전달 로드(rod)는 핸들 조립체(68)에 대하여 (초음파 트랜스듀서(50)와 함께) 하나의 유닛으로서 회전하도록 함께 결합될 수 있다. 초음파 트랜스듀서(50)로부터 블레이드(79)로 초음파 에너지를 전달하도록 구성된 도파관(80)은 가요성이거나 반-가요성이거나 강성일 수 있다. 도파관(80)은 또한 당업계에 잘 알려진 바와 같이 도파관(80)을 통해 블레이드(79)로 전달되는 기계적 진동을 증폭하도록 구성될 수 있다. 도파관(80)은 도파관(80)을 따른 길이방향 진동의 이득을 제어하기 위한 특징부들, 및 도파관(80)을 시스템의 공진 주파수로 튜닝하기 위한 특징부들을 추가로 구비할 수 있다. 특히, 도파관(80)은 임의의 적합한 단면 치수를 가질 수 있다. 예를 들어, 도파관(80)은 실질적으로 균일한 단면을 가질 수 있거나, 도파관(80)은 다양한 섹션들에서 테이퍼 형성될 수 있거나 그의 전체 길이를 따라 테이퍼 형성될 수 있다. 현재 형태의 일 표현에서, 도파관 직경은 블레이드(79)에서의 휨의 양을 최소화하기 위해 공칭으로 약 0.113 인치이어서, 엔드 이펙터(81)의 근위 부분에서의 간극 형성이 최소화되게 한다.
블레이드(79)는 도파관(80)과 일체로 되어 단일 유닛으로서 형성될 수 있다. 현재 형태의 대안적인 표현에서, 블레이드(79)는 나사 연결, 용접 조인트 또는 다른 결합 메커니즘들에 의해 연결될 수 있다. 음향 조립체가 조직에 의한 부하를 받지 않을 때 음향 조립체를 바람직한 공진 주파수(fo)로 튜닝하기 위해 블레이드(79)의 원위 단부는 안티-노드(anti-node) 근처에 배치된다. 초음파 트랜스듀서(50)가 동력공급될 때, 블레이드(79)의 원위 단부는 예를 들어 55,500 ㎐의 사전결정된 진동 주파수(fo)에서, 예를 들어 피크에서 피크까지 대략 10 내지 500 마이크로미터의 범위 내에서, 바람직하게는 약 20 내지 약 200 마이크로미터의 범위 내에서 길이방향으로 이동하도록 구성된다.
특히 도 1 내지 도 3을 참조하면, 도면에는 본 초음파 수술 기구(100)와 함께 사용되고, 블레이드(79)와 상호보완적으로 작용하도록 구성되는 일 형태의 클램프 부재(60)가 도시되어 있다. 블레이드(79)와 조합된 클램프 부재(60)는 일반적으로 엔드 이펙터(81)로서 지칭되며, 클램프 부재(60)는 또한 일반적으로 조오로서 지칭된다. 클램프 부재(60)는 조직 맞물림 패드 또는 클램프 패드(58)와 조합되어 외부 시스(72) 및 작동 부재(76)의 원위 단부에 연결되는 피벗 이동 가능한 클램프 아암(56)을 포함한다. 클램프 아암(56)은 트리거(34)에 의해 피벗 이동 가능하며, 엔드 이펙터(81)는 회전 노브(29)에 의해 회전 이동 가능하다. 예를 들어, 트리거(34)는 임상의의 손에 의해 근위방향으로 병진이동 가능할 수 있다. 예를 들어, 핸들(34)은 피벗 핀(36)을 중심으로 피벗할 수 있다. 트리거(34)의 근위방향 움직임 또는 피벗은 튜브형 작동 부재(76)에 기계적으로 결합된 요크(301)의 원위방향 움직임을 유발할 수 있다. 튜브형 작동 부재의 원위방향 움직임은 클램프 아암(56)이 블레이드(79)에 대해 닫히도록 피벗하게 할 수 있다. 초음파 수술 장치들에 대한 폐쇄 메커니즘들의 추가 상세 사항들이 본 명세서에서 도 93 내지 도 95와 관련하여 아래에서 그리고 각각이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 출원 제12/503,769호, 제12/503,770호 및 제12/503,766호에 제공되어 있다.
본 형태의 일 표현에서, 클램프 패드(58)는 저 마찰 계수의 중합체 재료인 이. 아이. 듀폰 드 네모아 앤드 컴퍼니(E. I. Du Pont de Nemoours and Company)의 상표명 테플론(TEFLON)(등록상표) 또는 임의의 다른 적합한 저 마찰 재료로 형성된다. 클램프 패드(58)는 블레이드(79)와 상호작용하도록 클램프 아암(56) 상에 설치되는데, 이때 클램프 아암(56)의 피벗 이동은 클램프 패드(58)를 블레이드(79)와 실질적으로 평행한 관계로 그리고 블레이드와 접촉하도록 위치시킴으로써 조직 처리 영역을 한정한다. 이러한 구성에 의해, 조직이 클램프 패드(58)와 블레이드(79) 사이에서 파지된다. 도시된 바와 같이, 클램프 패드(58)는 블레이드(79)와 상호작용하여 조직의 파지를 향상시키기 위해 톱니형 구조와 같은 매끄럽지 않은 표면이 구비될 수 있다. 톱니형 구조 또는 치형(teeth)은 블레이드(79)의 이동에 대항한 견인력을 제공한다. 치형은 또한 블레이드(79) 및 클램핑 이동에 대한 반대 견인력을 제공한다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 톱니형 구조는 블레이드(79)의 이동에 대한 조직의 이동을 방지하기 위한 많은 조직 맞물림 표면들의 단지 일례일 뿐이다. 다른 예시적인 예들은 범프(bump), 열십자 패턴, 트레드(tread) 패턴, 비드(bead) 또는 샌드블라스팅된 표면을 포함한다.
사인파 움직임으로 인해, 움직임의 최대 변위 또는 진폭은 블레이드(79)의 최원위 부분에 위치되지만, 조직 처리 영역의 근위 부분은 원위 팁 진폭의 50% 정도이다. 동작 동안, 엔드 이펙터(81)의 근위 영역 내의 조직은 건조되고 얇아질 것이며, 엔드 이펙터(81)의 원위 부분은 그 원위 영역에서 조직을 절개함으로써, 근위 영역 내의 건조되고 얇아진 조직이 엔드 이펙터(81)의 보다 활동적인 영역 내로 원위방향으로 활주하게 하여 조직 절개를 완료하게 할 것이다.
도 3은 힘의 도면, 및 (작동 부재(76)에 의해 제공되는) 작동력(FA)과 (최적의 조직 처리 영역의 중간 지점에서 측정된) 절개력(FT) 사이의 관계를 도시한다.
[수학식 1]
FT = FA (X2/X1)
여기서, FA는 일 형태에서 약 12.5 파운드인 근위 스프링(94)의 스프링 예비하중(더 낮은 마찰 손실)이고, FT는 약 4.5 파운드이다.
FT는 조직 마크(61a, 61b)들에 의해 정의되는 바와 같이 최적의 조직 처리가 발생하는 클램프 아암/블레이드 계면의 영역에서 측정된다. 조직 마크(61a, 61b)들은 클램프 아암(56) 상에서 에칭되거나 융기되어, 외과의사에게 가시적인 마크를 제공하여, 외과의사가 최적 조직 처리 영역의 명백한 표시를 갖게 한다. 조직 마크(61a, 61b)들은 약 7 mm 거리로 이격되고, 더 바람직하게는 약 5 mm 거리로 이격된다.
도 9는 구동 신호로서 또한 지칭되는, 초음파 트랜스듀서를 구동하기 위한 초음파 전기 신호를 생성하는 생성기(30)의 구동 시스템(32)의 일 형태를 도시한다. 구동 시스템(32)은 가요성이며, 초음파 트랜스듀서(50)를 구동하기 위한 요구되는 주파수 및 전력 레벨 설정에서의 초음파 전기 구동 신호(416)를 생성할 수 있다. 다양한 형태들에서, 생성기(30)는 모듈들 및/또는 블록들과 같은 여러 개의 개별 기능 요소들을 포함할 수 있다. 소정의 모듈들 및/또는 블록들이 예로서 설명될 수 있지만, 더 많거나 적은 수의 모듈들 및/또는 블록들이 사용될 수 있고, 여전히 형태들의 범주 내에 속한다는 것을 알 수 있다. 또한, 설명을 용이하게 하도록 다양한 형태들이 모듈들 및/또는 블록들과 관련하여 설명될 수 있지만, 그러한 모듈들 및/또는 블록들은 하나 이상의 하드웨어 구성요소, 예를 들어 프로세서, 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor, DSP), 프로그래밍 가능 논리 장치(Programmable Logic Device, PLD), 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 회로, 레지스터 및/또는 소프트웨어 구성요소, 예컨대 프로그램, 서브루틴, 논리 및/또는 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소들의 조합들에 의해 구현될 수 있다.
일 형태에서, 생성기(30) 구동 시스템(32)은 펌웨어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 임의 조합으로서 구현되는 하나 이상의 내장된 애플리케이션을 포함할 수 있다. 생성기(30) 구동 시스템(32)은 소프트웨어, 프로그램, 데이터, 드라이버, 애플리케이션 프로그램 인터페이스(application program interface, API) 등과 같은 다양한 실행 가능 모듈을 포함할 수 있다. 펌웨어는 비트-마스크(bit-masked) 판독-전용 메모리(read-only memory, ROM) 또는 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리(nonvolatile memory, NVM)에 저장될 수 있다. 다양한 구현예에서, ROM에의 펌웨어의 저장은 플래시 메모리를 보전할 수 있다. NVM은 예를 들어 프로그래밍가능한 ROM(PROM), 소거가능하고 프로그래밍가능한 ROM(EPROM), 전기적으로 소거가능하고 프로그래밍가능한 ROM(EEPROM), 또는 동적 RAM(DRAM), 더블 데이터 레이트(Double-Data-Rate) DRAM(DDRAM) 및/또는 동기 DRAM(SDRAM)과 같은 배터리 지원 랜덤-액세스 메모리(battery backed random-access memory, RAM)를 포함하는 다른 유형의 메모리를 포함할 수 있다.
일 형태에서, 생성기(30) 구동 시스템(32)은 초음파 수술 기구(100)(도 1)의 다양한 측정 가능 특성들을 모니터링하고 절단 및/또는 응고 동작 모드들에서 초음파 트랜스듀서(50)를 구동하기 위한 계단 함수 출력 신호를 생성하기 위한 프로그램 명령어들을 실행하기 위한 프로세서(400)로서 구현되는 하드웨어 구성요소를 포함한다. 생성기(30) 및 구동 시스템(32)이 추가적인 또는 더 적은 구성요소를 포함할 수 있으며, 본 명세서에서는 간결성 및 명료성을 위해 생성기(30) 및 구동 시스템(32)의 간단화된 버전만이 설명된다는 것을 당업자는 알 것이다. 다양한 형태들에서, 앞서 논의된 바와 같이, 하드웨어 구성요소들은 DSP, PLD, ASIC, 회로 및/또는 레지스터로서 구현될 수 있다. 일 형태에서, 프로세서(400)는 트랜스듀서(50), 엔드 이펙터(81) 및/또는 블레이드(79)와 같은 초음파 수술 기구(100)의 다양한 구성요소들을 구동하기 위한 계단 함수 출력 신호들을 생성하기 위한 컴퓨터 소프트웨어 프로그램 명령어들을 저장 및 실행하도록 구성될 수 있다.
일 형태에서, 하나 이상의 소프트웨어 프로그램 루틴의 제어 하에, 프로세서(400)는 설명되는 형태들에 따른 방법들을 실행하여, 다양한 시간 구간 또는 기간(T)들 동안에 전류(I), 전압(V) 및/또는 주파수(f)를 포함하는 구동 신호들의 계단 파형에 의해 형성되는 계단 함수를 생성한다. 구동 신호들의 계단 파형들은 생성기(30) 구동 신호들, 예컨대 출력 구동 전류(I), 전압(V) 및/또는 주파수(f)를 계단화함으로써 생성되는 복수의 시간 구간들에 걸치는 상수 함수들의 구분적 선형 조합을 형성함으로써 생성될 수 있다. 시간 구간 또는 기간(T)들은 사전결정될 수 있거나(예컨대, 고정되고/되거나 사용자에 의해 프로그래밍될 수 있거나), 가변적일 수 있다. 가변 시간 구간들은, 구동 신호를 제1 값으로 설정하고, 모니터링되는 특성에서 변화가 검출될 때까지 구동 신호를 그 값으로 유지함으로써 한정될 수 있다. 모니터링되는 특성들의 예는 예를 들어 트랜스듀서 임피던스, 조직 임피던스, 조직 가열, 조직 절개, 조직 응고 등을 포함할 수 있다. 생성기(30)에 의해 생성되는 초음파 구동 신호들은, 제한 없이, 예를 들어 주 길이방향 모드 및 그의 고조파들뿐만 아니라 휨 및 비틀림 진동 모드들과 같은 다양한 진동 모드들에서 초음파 트랜스듀서(50)를 여기시킬 수 있는 초음파 구동 신호들을 포함한다.
일 형태에서, 실행 가능 모듈들은 메모리에 저장되는 하나 이상의 계단 함수 알고리즘(들)(402)을 포함하며, 이러한 알고리즘(들)은 실행될 때 프로세서(400)로 하여금 다양한 시간 구간 또는 기간(T)들 동안 전류(I), 전압(V) 및/또는 주파수(f)를 포함하는 구동 신호들의 계단 파형에 의해 형성되는 계단 함수를 생성하게 한다. 구동 신호들의 계단 파형들은 생성기(30)의 출력 구동 전류(I), 전압(V) 및/또는 주파수(f)를 계단화함으로써 생성되는 둘 이상의 시간 구간들에 걸치는 상수 함수들의 구분적 선형 조합을 형성함으로써 생성될 수 있다. 구동 신호들은 하나 이상의 계단 출력 알고리즘(들)(402)에 따라 사전결정되어진 고정된 시간 구간 또는 기간(T)들 또는 가변 시간 구간 또는 기간 동안 생성될 수 있다. 프로세서(400)의 제어 하에, 생성기(30)는 사전결정된 기간(T) 동안 또는 모니터링되는 특성(예컨대, 트랜스듀서 임피던스, 조직 임피던스)의 변화와 같은 사전결정된 조건이 검출될 때까지 전류(I), 전압(V) 및/또는 주파수(f)를 특정 해상도에서 위 또는 아래로 계단화한다(예컨대, 증가시키거나 감소시킨다). 계단들은 프로그래밍된 증가분 또는 감소분만큼 변할 수 있다. 다른 계단들이 요구되는 경우, 생성기(30)는 측정된 시스템 특성들에 기초하여 계단을 적응적으로 증가 또는 감소시킬 수 있다.
동작 시에, 사용자는 생성기(30) 콘솔의 전면 패널 상에 위치된 입력 장치(406)를 사용하여 생성기(30)의 동작을 프로그래밍할 수 있다. 입력 장치(406)는 생성기(30)의 동작을 제어하기 위해 프로세서(400)에 인가될 수 있는 신호(408)들을 생성하는 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 다양한 형태들에서, 입력 장치(406)는 버튼, 스위치, 썸휠(thumbwheel), 키보드, 키패드, 터치스크린 모니터, 포인팅 장치, 범용 또는 전용 컴퓨터에 대한 원격 접속을 포함한다. 다른 형태들에서, 입력 장치(406)는 적합한 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 따라서, 입력 장치(406)에 의해, 사용자는 생성기(30)의 계단 함수 출력을 프로그래밍하기 위한 전류(I), 전압(V), 주파수(f) 및/또는 기간(T)을 설정 또는 프로그래밍할 수 있다. 이어서, 프로세서(400)는 라인(410) 상에서 신호를 출력 표시기(412)로 전송함으로써 선택된 전력 레벨을 표시한다.
다양한 형태들에서, 출력 표시기(412)는, 예를 들어 초음파 수술 기구(100)의 측정된 특성, 예컨대 트랜스듀서 임피던스, 조직 임피던스 또는 후술되는 바와 같은 다른 측정치들에 기초하여, 조직 절단 및 응고가 완료된 때와 같은 수술 절차의 상태를 표시하기 위한 시각, 가청 및/또는 촉각 피드백을 외과의사에게 제공할 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 시각 피드백은 백열등 또는 발광 다이오드(LED), 그래픽 사용자 인터페이스, 디스플레이, 아날로그 표시기, 디지털 표시기, 막대 그래프 디스플레이, 디지털 영숫자 디스플레이를 포함한 임의의 유형의 시각적 표시 장치를 포함한다. 제한이 아닌 예로서, 가청 피드백은 임의의 유형의 버저(buzzer), 컴퓨터 생성 톤(computer generated tone), 컴퓨터화된 언어, 음성/언어 플랫폼을 통해 컴퓨터들과 상호작용하기 위한 음성 사용자 인터페이스(voice user interface, VUI)를 포함한다. 제한이 아닌 예로서, 촉각 피드백은 기구 하우징 핸들 조립체(68)를 통해 제공되는 임의의 유형의 진동 피드백을 포함한다.
일 형태에서, 프로세서(400)는 디지털 전류 신호(414) 및 디지털 주파수 신호(418)를 생성하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 이러한 신호(414, 418)들은 직접 디지털 합성기(direct digital synthesizer, DDS) 회로(420)에 인가되어, 트랜스듀서(50)로의 전류 출력 신호(416)의 진폭 및 주파수(f)를 조정하게 한다. DDS 회로(420)의 출력은 증폭기(422)에 인가되며, 증폭기의 출력은 변압기(424)에 인가된다. 변압기(424)의 출력은 도파관(80)(도 2)에 의해 블레이드(79)에 결합된 초음파 트랜스듀서(50)에 인가되는 신호(416)이다.
일 형태에서, 생성기(30)는 초음파 기구(100)(도 1)의 측정 가능 특성들을 모니터링하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 측정 모듈 또는 구성요소를 포함한다. 도시된 형태에서, 프로세서(400)는 시스템 특성들을 모니터링하고 계산하기 위해 채용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 프로세서(400)는 트랜스듀서(50)에 인가되는 전류 및 트랜스듀서(50)에 인가되는 전압을 모니터링함으로써 트랜스듀서(50)의 임피던스(Z)를 측정한다. 일 형태에서, 트랜스듀서(50)를 통해 흐르는 전류를 감지하기 위해 전류 감지 회로(426)가 채용되고, 트랜스듀서(50)에 인가되는 출력 전압을 감지하기 위해 전압 감지 회로(428)가 채용된다. 이러한 신호들은 아날로그 멀티플렉서(430) 회로 또는 스위칭 회로 배열체를 통해 아날로그-디지털 컨버터(432)에 인가될 수 있다. 아날로그 멀티플렉서(430)는 적절한 아날로그 신호를 변환을 위해 ADC(432)로 라우팅한다. 다른 형태들에서, 멀티플렉서(430) 회로 대신에 다수의 ADC(432)들이 각각의 측정된 특성들에 대해 사용될 수 있다. 프로세서(400)는 ADC(432)의 디지털 출력(433)을 수신하고, 전류 및 전압의 측정 값들에 기초하여 트랜스듀서 임피던스(Z)를 계산한다. 프로세서(400)는 출력 구동 신호(416)를 조정하여, 원하는 전력 대 부하 곡선을 생성할 수 있게 한다. 프로그래밍된 계단 함수 알고리즘(402)들에 따라, 프로세서(400)는 트랜스듀서 임피던스(Z)에 응답하여 구동 신호(416), 예를 들어 전류 또는 주파수를 임의의 적합한 증가분 또는 감소분만큼 계단화할 수 있다.
수술 블레이드(79)가 실제로 진동하게 하기 위하여, 예를 들어 블레이드(79)를 작동시키기 위해, 사용자는 풋 스위치(434)(도 1) 또는 핸들 조립체(68) 상의 스위치(312a)(도 1)를 활성화한다. 이러한 활성화는 전류(I), 주파수(f) 및 대응하는 기간(T)의 프로그래밍된 값들에 기초하여 구동 신호(416)를 트랜스듀서(50)로 출력한다. 사전결정되어진 고정된 기간(T) 또는 트랜스듀서(50)의 임피던스(Z)의 변화와 같은 측정 가능 시스템 특성에 기초하는 가변 기간 후에, 프로세서(400)는 프로그래밍된 값들에 따라 출력 전류 계단 또는 주파수 계단을 변경한다. 출력 표시기(412)는 프로세스의 특정 상태를 사용자에게 전송한다.
생성기(30)의 프로그래밍된 동작은 도 6, 도 7 및 도 8을 참조하여 더 설명될 수 있는데, 이 도면들에는 각각 무부하 상태, 저부하 상태 및 고부하 상태에 있는 생성기(30)에 대해 전류(300), 전압(310), 전력(320), 임피던스(330) 및 주파수(340)의 그래프가 도시되어 있다. 도 6은 무부하 상태에 있는 일 형태의 생성기(30)의 전류(300), 전압(310), 전력(320), 임피던스(330) 및 주파수(340) 파형들의 그래프이다. 도시된 형태에서, 생성기(30)의 전류(300) 출력이 계단화되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 생성기(30)는 대략 시각 0에서 처음 활성화되어, 전류(300)가 약 100mA의 제1 설정점(I1)까지 상승하게 한다. 전류(300)는 제1 기간(T1) 동안 제1 설정점(I1)에서 유지된다. 제1 기간(T1), 예컨대 도시된 형태에서 약 1초의 말기에, 전류(300) 설정점(I1)은 소프트웨어, 예컨대 계단 함수 알고리즘(들)(402)에 따라 생성기(30)에 의해 제2 기간(T2), 예를 들어 도시된 형태에서 약 2초 동안 약 175mA의 제2 설정점(I2)으로 변경되는데, 예를 들어 계단화된다. 제2 기간(T2), 예컨대 도시된 형태에서 약 3초의 말기에, 생성기(30) 소프트웨어는 전류(300)를 약 350mA의 제3 설정점(I3)으로 변경한다. 전압(310), 전류(300), 전력(320) 및 주파수는 약간만 응답하는데, 그 이유는 시스템 상에 부하가 존재하지 않기 때문이다.
도 7은 저부하 상태 하에서의 일 형태의 생성기(30)의 전류(300), 전압(310), 전력(320), 임피던스(330) 및 주파수(340) 파형들의 그래프이다. 도 7을 참조하면, 생성기(30)는 약 시각 0에서 활성화되어, 전류(300)가 약 100mA의 전류(300) 설정점(I1)까지 상승하게 한다. 약 1초에서, 전류(300) 설정점은 생성기(30) 내에서 소프트웨어에 의해 약 175mA의 I2로 변경되고, 이어서 다시 약 3초에서 생성기(30)는 전류(300) 설정점을 약 350mA의 I3으로 변경한다. 전압(310), 전류(300), 전력(320) 및 주파수(340)는 도 4에 도시된 것과 유사하게 저부하에 응답하는 것으로 도시되어 있다.
도 8은 고부하 상태 하에서의 일 형태의 생성기(30)의 전류(300), 전압(310), 전력(320), 임피던스(330) 및 주파수(340) 파형들의 그래프이다. 도 8을 참조하면, 생성기(30)는 약 시각 0에서 활성화되어, 전류(300)가 약 100mA의 제1 설정점(I1)까지 상승하게 한다. 약 1초에서, 전류(300) 설정점은 생성기(30) 내에서 소프트웨어에 의해 약 175mA의 I2로 변경되고, 이어서 다시 약 3초에서 생성기(30)는 전류(300) 설정점을 약 350mA의 I3으로 변경한다. 전압(310), 전류(300), 전력(320) 및 주파수(340)는 도 5에 도시된 것과 유사하게 고부하에 응답하는 것으로 도시되어 있다.
당업자는 도 6 내지 도 8에 도시된 전류(300) 계단 함수 설정점(예컨대, I1, I2, I3)들 및 계단 함수 설정점들 각각에 대한 시간 구간 또는 지속 기간(예컨대, T1, T2)들이 본 명세서에서 설명되는 값들로 한정되지 않으며, 수술 절차들의 주어진 세트에 대해 요구될 수 있는 바대로 임의의 적합한 값들로 조정될 수 있다는 것을 알 것이다. 추가적인 또는 더 적은 설정점들 및 지속 기간들이 설계 특성들 또는 성능 제약들의 주어진 세트에 대해 요구될 수 있는 바대로 선택될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 기간들은 프로그래밍에 의해 사전결정될 수 있거나, 측정 가능 시스템 특성들에 기초하여 가변적일 수 있다. 형태들은 이와 관련하여 한정되지 않는다. 예를 들어, 소정의 형태들에서, 연속 펄스들의 진폭들(설정점들)은 증가하거나, 감소하거나, 동일하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 소정 형태들에서, 연속 펄스들의 진폭들은 동일할 수 있다. 또한, 소정 형태들에서, 펄스들의 시간 구간 또는 주기들은 예를 들어 초, 분, 시간 등의 분수들을 포함한 임의의 적합한 값을 취할 수 있다. 하나의 예시적인 형태에서, 펄스들의 시간 구간 또는 기간들은 55초일 수 있다.
수술 시스템(19)의 다양한 형태들의 동작 상세 사항들을 설명하였지만, 상기 수술 시스템(19)의 동작들이 도 9를 참조하여 설명되는 트랜스듀서 임피던스 측정 능력들 및 입력 장치(406)를 포함하는 수술 기구를 채용하여 혈관을 절단 및 응고시키기 위한 프로세스와 관련하여 더 설명될 수 있다. 동작 상세 사항들과 관련하여 특정 프로세스가 설명되지만, 이 프로세스가 본 명세서에서 설명되는 일반적인 기능이 수술 시스템(19)에 의해 어떻게 구현될 수 있는지의 일례를 제공할 뿐이라는 것을 알 수 있다. 또한, 주어진 프로세스는 달리 지시되지 않는다면 본 명세서에 제시되는 순서로 반드시 실행될 필요는 없다. 앞서 논의된 바와 같이, 입력 장치(406)는 초음파 트랜스듀서(50)/블레이드(79) 조립체로의 계단화된 출력(예컨대, 전류, 전압, 주파수)을 프로그래밍하기 위해 채용될 수 있다.
따라서, 이제 도 1 내지 도 3 및 도 6 내지 도 9를 참조하면, 혈관을 봉합하기 위한 하나의 기술은 혈관을 절개하고 봉합하기 위해 표준 초음파 에너지를 인가하기 전에 혈관의 내부 근육층을 외막층으로부터 분리하고 이동시키는 것을 포함한다. 통상적인 방법들은 클램프 부재(60)에 인가되는 힘을 증가시킴으로써 이러한 분리를 달성하였지만, 클램프 힘에만 의존하지 않고서 조직을 절단하고 응고시키기 위한 대안적인 장치 및 방법이 개시된다. 예를 들어, 혈관의 조직층들을 더 효과적으로 분리하기 위해, 생성기(30)는 초음파 트랜스듀서(50)에 주파수 계단 함수를 적용하여 계단 함수에 따라 다수의 모드들에서 블레이드(79)를 기계적으로 변위시키도록 프로그래밍될 수 있다. 일 형태에서, 주파수 계단 함수는 사용자 인터페이스(406)에 의해 프로그래밍될 수 있는데, 사용자는 계단화된 주파수 프로그램, 각각의 계단에 대한 주파수(f), 및 초음파 트랜스듀서(50)가 여기될 각각의 계단에 대한 대응하는 지속 기간(T)을 선택할 수 있다. 사용자는 다양한 수술 절차를 수행하기 위해 다수의 기간들에 대한 다수의 주파수들을 설정함으로써 완전한 동작 사이클을 프로그래밍할 수 있다.
소정 형태들에서, 연속 계단들 또는 펄스들의 진폭들은 증가하거나, 감소하거나, 동일하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 소정 형태들에서, 연속 펄스들의 진폭들은 동일할 수 있다. 또한, 소정 형태들에서, 펄스들의 기간들은 예를 들어 초, 분, 시간 등의 분수들을 포함한 임의의 적합한 값을 취할 수 있다. 하나의 예시적인 형태에서, 펄스들의 기간은 55초일 수 있다.
일 형태에서, 혈관을 절단하고 봉합하기 위해 제2 초음파 주파수를 인가하기 전에 제1 초음파 주파수가 초기에 혈관의 근육 조직층을 기계적으로 분리하도록 설정될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 프로그램의 일 구현예에 따르면, 초기에, 생성기(30)는 (예컨대, 약 1초 미만인) 제1 기간(T1) 동안 제1 구동 주파수(f1)를 출력하도록 프로그래밍되며, 제1 주파수(f1)는 공진으로부터 상당히 벗어나는데, 예를 들어 fo/2, 2fo 또는 다른 구조적 공진 주파수들이고, 여기서 fo은 공진 주파수(예컨대, 55.5 ㎑)이다. 제1 주파수(f1)는 블레이드(79)에 낮은 레벨의 기계적 진동 작용을 제공하며, 이 작용은 공진 시에 일반적으로 발생하는 상당한 가열을 유발하지 않고서 클램프 힘과 함께 혈관의 근육 조직층을 기계적으로 분리한다(치료 수준 이하). 제1 기간(T1) 후에, 생성기(30)는 혈관을 절개 및 봉합하기 위해 제2 기간(T2) 동안 구동 주파수를 공진 주파수(fo)로 자동 스위칭하도록 프로그래밍된다. 제2 기간(T2)의 지속 기간은 프로그래밍될 수 있거나, 사용자에 의해 결정되는 바와 같이 혈관을 절단 및 봉합하기 위해 실제로 걸리는 시간의 길이에 의해 결정될 수 있거나, 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같은 트랜스듀서 임피던스(Z)와 같은 측정된 시스템 특성들에 기초할 수 있다.
일 형태에서, (예컨대, 외막층으로부터 혈관의 근육층을 분리하고, 혈관을 절개/봉합하는) 조직/혈관 절개 프로세스는 트랜스듀서(50)의 임피던스(Z) 특성들을 감지하여 언제 조직/혈관의 절개가 발생하는지를 검출함으로써 자동화될 수 있다. 임피던스(Z)는 근육층의 절개 및 혈관의 절개/봉합과 상관되어, 프로세서(400)가 주파수 및/또는 전류 계단 함수 출력을 생성하기 위한 트리거를 제공할 수 있다. 도 9를 참조하여 앞서 논의된 바와 같이, 트랜스듀서(50)의 임피던스(Z)는 블레이드(79)가 다양한 부하 하에 있는 동안에 트랜스듀서(50)를 통해 흐르는 전류 및 트랜스듀서(50)에 인가되는 전압에 기초하여 프로세서(400)에 의해 계산될 수 있다. 트랜스듀서(50)의 임피던스(Z)는 블레이드(79)에 인가되는 부하에 비례하므로, 블레이드(79)에 대한 부하가 증가함에 따라 트랜스듀서(50)의 임피던스(Z)가 증가하고, 블레이드(79)에 대한 부하가 감소함에 따라 트랜스듀서(50)의 임피던스(Z)가 감소한다. 따라서, 트랜스듀서(50)의 임피던스(Z)는 외막층으로부터의 혈관의 내부 근육 조직층의 절개를 검출하기 위해 모니터링될 수 있고, 또한 혈관이 언제 절개되고 봉합되었는지를 검출하기 위해 모니터링될 수 있다.
일 형태에서, 초음파 수술 기구(110)는 프로그래밍된 계단 함수 알고리즘에 따라 트랜스듀서 임피던스(Z)에 응답하여 동작할 수 있다. 일 형태에서, 주파수 계단 함수 출력은 트랜스듀서 임피던스(Z)와 블레이드(79)에 대한 조직 부하들과 상관된 하나 이상의 사전결정된 임계치의 비교에 기초하여 시작될 수 있다. 트랜스듀서 임피던스(Z)가 임계치 위로 또는 아래로 전이할 때(예컨대, 가로지를 때), 프로세서(400)는 디지털 주파수 신호(418)를 DDS 회로(420)에 인가하여, 구동 신호(416)의 주파수를 트랜스듀서 임피던스(Z)에 응답하여 계단 함수 알고리즘(들)(402)에 따라 사전결정된 단차만큼 변경한다. 동작 시에, 블레이드(79)는 먼저 조직 처리 부위에 위치된다. 프로세서(400)는 제1 디지털 주파수 신호(418)를 인가하여, 공진을 벗어나는 제1 구동 주파수(f1)(예컨대, fo/2, 2fo 또는 다른 구조적 공진 주파수들, 여기서 fo는 공진 주파수)를 설정한다. 구동 신호(416)는 핸들 조립체(68) 상의 스위치(312a) 또는 풋 스위치(434)의 활성화에 응답하여 트랜스듀서(50)에 인가된다. 이 기간 동안, 초음파 트랜스듀서(50)는 제1 구동 주파수(f1)에서 블레이드(79)를 기계적으로 활성화한다. 이러한 프로세스를 용이하게 하기 위해 클램프 부재(60) 및 블레이드(79)에 힘 또는 부하가 인가될 수 있다. 이 기간 동안, 프로세서(400)는 블레이드(79)에 대한 부하가 변화하여 트랜스듀서 임피던스(Z)가 조직층이 절개되었음을 표시하기 위한 사전결정된 임계치를 가로지를 때까지 트랜스듀서 임피던스(Z)를 모니터링한다. 이어서, 프로세서(400)는 제2 디지털 주파수 신호(418)를 인가하여, 조직을 절개, 응고 및 봉합하기 위한 제2 구동 주파수(f2), 예컨대 공진 주파수(fo) 또는 다른 적합한 주파수를 설정한다. 이어서, 조직의 다른 부분(예컨대, 혈관)이 클램프 부재(60)와 블레이드(79) 사이에서 파지된다. 이제, 트랜스듀서(50)는 풋 스위치(434) 또는 핸들 조립체(68) 상의 스위치(312a)를 작동시킴으로써 제2 구동 주파수(f2)에서 구동 신호(416)에 의해 동력공급된다. 당업자는 구동 전류(I) 출력이 또한 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명된 바와 같이 트랜스듀서 임피던스(Z)에 기초하여 계단화될 수 있다는 것을 알 것이다.
하나의 계단 함수 알고리즘(402)에 따라, 프로세서(400)는 초기에 외막층으로부터 혈관의 내부 근육층을 분리하기 위해 공진으로부터 상당히 벗어난 제1 구동 주파수(f1)를 설정한다. 이 동작 기간 동안, 프로세서(400)는 트랜스듀서 임피던스(Z)를 모니터링하여, 근육층이 언제 외막층으로부터 절개 또는 분리되는지를 결정한다. 예를 들어, 트랜스듀서 임피던스(Z)는 블레이드(79)에 인가되는 부하에 상관되므로, 더 많은 조직의 절단은 블레이드(79)에 대한 부하 및 트랜스듀서 임피던스(Z)를 감소시킨다. 내부 근육층의 절개는 트랜스듀서 임피던스(Z)가 사전결정된 임계치 아래로 떨어질 때 검출된다. 트랜스듀서 임피던스(Z)의 변화가 혈관이 내부 근육층으로부터 분리되었음을 표시할 때, 프로세서(400)는 구동 주파수를 공진 주파수(fo)로 설정한다. 이어서, 혈관이 블레이드(79)와 클램프 부재(60) 사이에서 파지되고, 트랜스듀서(50)는 혈관을 절개 및 봉합하기 위해 풋 스위치 또는 핸들 조립체(68) 상의 스위치를 작동시킴으로써 활성화된다. 일 형태에서, 임피던스(Z) 변화는 조직과의 초기 접촉 시점으로부터 근육층이 절개 및 봉합되기 직전의 시점까지 기본 임피던스 측정치들의 약 1.5배 내지 약 4배의 범위일 수 있다.
도 10은 초음파 수술 기구(120) 및 조직 임피던스 모듈(502)을 포함하는 생성기(500)를 포함하는 일 형태의 수술 시스템(190)을 도시한다. 현재 개시된 형태에서 생성기(500)가 수술 기구(120)와는 별개로 도시되어 있지만, 일 형태에서 생성기(500)는 수술 기구(120)와 일체로 형성되어 단일형 수술 시스템(190)을 형성할 수 있다. 일 형태에서, 생성기(500)는 조직의 전기 임피던스(Zt)를 모니터링하고, 조직 임피던스(Zt)에 기초하여 시간 및 전력 레벨의 특성들을 제어하도록 구성될 수 있다. 일 형태에서, 조직 임피던스(Zt)는 치료 수준 이하의 무선 주파수(RF) 신호를 조직에 인가하고, 클램프 부재(60) 상의 반환 전극을 통해 조직을 통과하는 전류를 측정함으로써 결정될 수 있다. 도 10에 도시된 형태에서, 수술 시스템(190)의 엔드 이펙터(810) 부분은 외부 시스(72)의 원위 단부에 연결된 클램프 아암 조립체(451)를 포함한다. 블레이드(79)는 제1(예컨대, 동력공급) 전극을 형성하고, 클램프 아암 조립체(451)는 제2(예컨대, 반환) 전극을 형성하는 전기 도전성 부분을 포함한다. 조직 임피던스 모듈(502)은 케이블(504)과 같은 적합한 전송 매체를 통해 블레이드(79) 및 클램프 아암 조립체(451)에 결합된다. 케이블(504)은 조직에 전압을 인가하고, 조직을 통해 다시 임피던스 모듈(502)로 흐르는 전류에 대한 반환 경로를 제공하기 위한 다수의 전기 도전체들을 포함한다. 다양한 형태들에서, 조직 임피던스 모듈(502)은 생성기(500)와 일체로 형성될 수 있거나, 생성기(500)에 결합된 개별 회로로서 제공될 수 있다(이러한 옵션을 나타내기 위해 가상선으로 도시됨). 생성기(500)는 조직 임피던스 모듈(502)의 부가된 특징부를 갖는 생성기(30)와 실질적으로 유사하다.
도 11은 조직 임피던스 모듈(502)을 포함하는 생성기(500)의 구동 시스템(321)의 일 형태를 도시한다. 구동 시스템(321)은 초음파 트랜스듀서(50)를 구동하기 위한 초음파 전기 구동 신호(416)를 생성한다. 일 형태에서, 조직 임피던스 모듈(502)은 블레이드(79)와 클램프 아암 조립체(451) 사이에서 파지되는 조직의 임피던스(Zt)를 측정하도록 구성될 수 있다. 조직 임피던스 모듈(502)은 RF 발진기(506), 전압 감지 회로(508) 및 전류 감지 회로(510)를 포함한다. 전압 및 전류 감지 회로(508, 510)들은 블레이드(79) 전극에 인가되는 RF 전압(vrf), 및 블레이드(79) 전극, 조직 및 클램프 아암 조립체(451)의 도전성 부분을 통해 흐르는 RF 전류(irf)에 응답한다. 감지된 전압(vrf) 및 전류(irf)는 ADC(432)에 의해 아날로그 멀티플렉서(430)를 통해 디지털 형태로 변환된다. 프로세서(400)는 ADC(432)의 디지털 출력(433)을 수신하고, 전압 감지 회로(508) 및 전류 감지 회로(510)에 의해 측정된 RF 전압(vrf) 대 전류(irf)의 비를 계산함으로써 조직 임피던스(Zt)를 결정한다. 일 형태에서, 내부 근육층 및 조직의 절개는 조직 임피던스(Zt)를 감지함으로써 검출될 수 있다. 따라서, 조직 임피던스(Zt)의 검출은 공진 시에 통상적으로 발생하는 상당한 양의 열을 유발하지 않고서 조직을 절개하기 전에 외부 외막층으로부터 내부 근육층을 분리하기 위한 자동화된 프로세스와 일체화될 수 있다.
도 12는 수술 시스템(190)(도 10)과 함께 채용될 수 있는 클램프 아암 조립체(451)의 일 형태를 도시한다. 도시된 형태에서, 클램프 아암 조립체(451)는 기부(449)에 설치된 도전성 재킷(472)을 포함한다. 도전성 재킷(472)은 제2 전극, 예컨대 반환 전극을 형성하는 클램프 아암 조립체(451)의 전기 도전성 부분이다. 일 구현예에서, 클램프 아암(56)(도 3)은 도전성 재킷(472)이 상부에 설치되는 기부(449)를 형성할 수 있다. 다양한 형태들에서, 도전성 재킷(472)은 중심부(473), 및 기부(449)의 하부 표면(475) 아래로 연장될 수 있는 적어도 하나의 하향 연장 측벽(474)을 포함할 수 있다. 도시된 형태에서, 도전성 재킷(472)은 기부(449)의 대향 측부들에서 하향 연장되는 2개의 측벽(474)들을 갖는다. 다른 형태들에서, 중심부(473)는 기부(449)로부터 연장되는 돌출부(477)를 수용하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 개구(476)를 포함할 수 있다. 그러한 형태들에서, 돌출부(477)들은 도전성 재킷(472)을 기부(449)에 고정하기 위해 개구(476)들 내에 가압-끼워맞춤될 수 있다. 다른 형태들에서, 돌출부(477)들은 개구(476)들 내에 삽입된 후에 변형될 수 있다. 다양한 형태들에서, 도전성 재킷(472)을 기부(449)에 고정하기 위해 체결구들이 사용될 수 있다.
다양한 형태들에서, 클램프 아암 조립체(451)는 예를 들어 도전성 재킷(472)과 기부(449) 중간에 배치되는 플라스틱 및/또는 고무와 같은 전기 비도전성 또는 절연성 재료를 포함할 수 있다. 전기 절연성 재료는 도전성 재킷(472)과 기부(449) 사이에 전류가 흐르거나 단락되는 것을 방지할 수 있다. 다양한 형태들에서, 기부(449)는 피벗 핀(도시되지 않음)을 수용하도록 구성될 수 있는 적어도 하나의 개구(478)를 포함할 수 있다. 피벗 핀은, 예를 들어 기부(449)를 시스(72)(도 10)에 피벗 가능하게 장착하도록 구성될 수 있어, 클램프 아암 조립체(451)가 시스(72)에 대해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전될 수 있게 한다. 도시된 형태에서, 기부(449)는 기부(449)의 대향 측부들에 위치된 2개의 개구(478)들을 포함한다. 일 형태에서, 피벗 핀은, 예를 들어 기부(449)가 예를 들어 도전성 재킷(472)과 전기적으로 접촉할지라도 전류가 시스(72) 내로 흐르는 것을 방지하도록 구성될 수 있는 플라스틱 및/또는 고무와 같은 전기 비도전성 또는 절연성 재료로 형성되거나 이를 포함할 수 있다. 다양한 형태의 전극들을 포함하는 추가적인 클램프 아암 조립체들이 채용될 수 있다. 그러한 클램프 아암 조립체들의 예들이 공동 소유의 미국 특허 출원 제12/503,769호, 제12/503,770호 및 제12/503,766호에 설명되어 있으며, 이들 각각은 전체적으로 명세서에 참고로 포함된다.
도 13은 조직(514)이 사이에 배치된 블레이드(79)와 클램프 아암 조립체(415)에 결합된 조직 임피던스 모듈(502)의 개략도이다. 이제, 도 10 내지 도 13을 참조하면, 생성기(500)는 조직 절개 프로세스 동안에 블레이드(79)와 클램프 아암 조립체(451) 사이에 배치된 조직(514)의 임피던스(Zt)를 모니터링하도록 구성되는 조직 임피던스 모듈(502)을 포함한다. 조직 임피던스 모듈(502)은 케이블(504)에 의해 초음파 수술 기구(120)에 결합된다. 케이블(504)은 블레이드(79)에 접속된 제1 "동력공급" 도전체(504a)(예컨대, 양[+] 전극) 및 클램프 아암 조립체(451)의 도전성 재킷(472)에 접속된 제2 "반환" 도전체(504b)(예컨대, 음[-] 전극)를 포함한다. 일 형태에서, RF 전압(vrf)이 블레이드(79)에 인가되어, RF 전류(irf)가 조직(514)을 통해 흐르게 한다. 제2 도전체(504b)는 전류(irf)를 조직 임피던스 모듈(502)로 반환하기 위한 반환 경로를 제공한다. 반환 도전체(504b)의 원위 단부는 도전성 재킷(472)에 접속되어, 전류(irf)가 블레이드(79)로부터 도전성 재킷(472)과 블레이드(79) 중간에 배치된 조직(514) 및 도전성 재킷(472)을 통해 반환 도전체(504b)로 흐를 수 있게 한다. 임피던스 모듈(502)은 제1 및 제2 도전체(504a, 504b)들을 통해 회로에 접속된다. 일 형태에서, RF 에너지는 초음파 트랜스듀서(50) 및 도파관(80)(도 2)을 통해 블레이드(79)에 인가될 수 있다. 조직 임피던스(Zt)를 측정하는 목적을 위해 조직(514)에 인가되는 RF 에너지는 조직(514)의 처리에 크게 또는 전혀 기여하지 않는 낮은 레벨의 치료 수준 이하의 신호라는 것에 주목할 가치가 있다.
수술 시스템(190)의 다양한 형태들의 동작 상세 사항들을 설명하였지만, 상기 수술 시스템(190)의 동작들이 입력 장치(406) 및 조직 임피던스 모듈(502)을 포함하는 수술 기구를 채용하여 혈관을 절단 및 응고시키기 위한 프로세스와 관련하여 도 10 내지 도 13을 참조하여 더 설명될 수 있다. 동작 상세 사항들과 관련하여 특정 프로세스가 설명되지만, 이 프로세스가 본 명세서에서 설명되는 일반적인 기능이 수술 시스템(190)에 의해 어떻게 구현될 수 있는지의 일례를 제공할 뿐이라는 것을 알 수 있다. 또한, 주어진 프로세스는 달리 지시되지 않는다면 본 명세서에 제시되는 순서로 반드시 실행될 필요는 없다. 앞서 논의된 바와 같이, 입력 장치(406)는 초음파 트랜스듀서(50)/블레이드(79) 조립체로의 계단 함수 출력(예컨대, 전류, 전압, 주파수)을 프로그래밍하기 위해 채용될 수 있다.
일 형태에서, 제1 도전체 또는 와이어가 기구(120)의 외부 시스(72)에 접속될 수 있으며, 제2 도전체 또는 와이어가 블레이드(79)/트랜스듀서(50)에 접속될 수 있다. 설계 특성상, 블레이드(79) 및 트랜스듀서(50)는 외부 시스(72)뿐만 아니라 기부(449) 및 내부 시스(76)를 포함한 기구(120)를 위한 작동 메커니즘의 다른 요소들로부터 전기적으로 절연된다. 외부 시스(79), 및 기부(449)와 내부 시스(76)를 포함한 작동 메커니즘의 다른 요소들은 모두 서로 전기적으로 연속적인데, 즉 이들은 모두 금속이고, 서로 접촉한다. 따라서, 제1 도전체를 외부 시스(72)에 접속하고, 제2 도전체를 블레이드(79) 또는 트랜스듀서(50)에 접속하여 조직이 이러한 2개의 도전성 경로들 사이에 존재하게 함으로써, 시스템은 조직이 블레이드(79) 및 기부(449) 둘 모두와 접촉하는 한, 조직의 전기 임피던스를 모니터링할 수 있다. 이러한 접촉을 용이하게 하기 위해, 기부(449) 자체는 도전성 재킷(472)을 기부(449) 내에 효과적으로 통합하면서 조직 접촉을 보장하기 위한, 외향 및 가능하게는 하향으로 돌출하는 특징부들을 포함할 수 있다.
일 형태에서, 초음파 수술 기구(120)는 프로그래밍된 계단 함수 알고리즘(402)에 따라 조직 임피던스(Zt)에 응답하여 동작될 수 있다. 일 형태에서, 주파수 계단 함수 출력은 조직 임피던스(Zt)와 다양한 조직 상태들(예컨대, 건조, 절개, 봉합)과 상관된 사전결정된 임계치들의 비교에 기초하여 시작될 수 있다. 조직 임피던스(Zt)가 임계치 위로 또는 아래로 전이할 때(예컨대, 가로지를 때), 프로세서(400)는 디지털 주파수 신호(418)를 DDS 회로(420)에 인가하여, 초음파 발진기의 주파수를 조직 임피던스(Zt)에 응답하여 계단 함수 알고리즘(402)에 따라 사전결정된 단차만큼 변경한다.
동작 시에, 블레이드(79)는 조직 처리 부위에 위치된다. 조직(514)은 블레이드(79)와 클램프 아암 조립체(451) 사이에서 파지되어, 블레이드(79) 및 도전성 재킷(472)이 조직(514)과 전기적으로 접촉하게 한다. 프로세서(400)는 제1 디지털 주파수 신호(418)를 인가하여, 공진을 벗어나는 제1 구동 주파수(f1)(예컨대, fo/2, 2fo 또는 다른 구조적 공진 주파수들, 여기서 fo는 공진 주파수)를 설정한다. 블레이드(79)는 조직 임피던스 모듈(502)에 의해 공급되는 낮은 레벨의 치료 수준 이하의 RF 전압(vrf)에 의해 전기적으로 동력공급된다. 구동 신호(416)는 조직 임피던스(Zt)가 사전결정된 양만큼 변할 때까지 핸들 조립체(68) 상의 스위치(312a) 또는 풋 스위치(434)의 작동에 응답하여 트랜스듀서(50)/블레이드(79)에 인가된다. 이어서, 클램프 아암 조립체(451) 및 블레이드(79)에 힘 또는 부하가 인가된다. 이 기간 동안, 초음파 트랜스듀서(50)는 제1 구동 주파수(f1)에서 블레이드(79)를 기계적으로 활성화하며, 결과적으로 조직(514)은 블레이드(79)와 클램프 아암 조립체(451)의 하나 이상의 클램프 패드(58) 사이에 인가되는 초음파 작용으로부터 건조되기 시작하여 조직 임피던스(Zt)가 증가하게 된다. 결국, 조직이 초음파 작용 및 인가된 클램프 힘에 의해 절개됨에 따라, 블레이드(79)와 도전성 재킷(472) 사이에 도전성 경로가 존재하지 않도록 조직이 완전히 절개되므로 조직 임피던스(Zt)는 매우 높거나 무한대가 된다. 당업자는 구동 전류(I) 출력이 또한 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명된 바와 같이 조직 임피던스(Zt)에 기초하여 계단화될 수 있다는 것을 알 것이다.
일 형태에서, 조직 임피던스(Zt)는 하기의 프로세스에 따라 임피던스 모듈(502)에 의해 모니터링될 수 있다. 측정 가능한 RF 전류(i1)가 제1 동력공급 도전체(504a)를 통해 블레이드(79)로, 조직(514)을 통해, 그리고 도전성 재킷(472) 및 제2 도전체(504b)를 통해 임피던스 모듈(502)로 다시 전달된다. 조직(514)이 하나 이상의 클램프 패드(58)에 대해 작용하는 블레이드(79)의 초음파 작용에 의해 건조 및 절단됨에 따라, 조직(514)의 임피던스가 증가하고, 따라서 반환 경로, 즉 제2 도전체(504b) 내의 전류(i1)는 감소한다. 임피던스 모듈(502)은 조직 임피던스(Zt)를 측정하고, 대표 신호를 ADC(432)로 전달하며, 그의 디지털 출력(433)이 프로세서(400)에 제공된다. 프로세서(400)는 이러한 측정된 vrf 및 irf 값들에 기초하여 조직 임피던스(Zt)를 계산한다. 프로세서(400)는 조직 임피던스(Zt)의 변화에 응답하여 주파수를 임의의 적합한 증가분 또는 감소분만큼 계단화한다. 프로세서(400)는 구동 신호(416)들을 제어하며, 조직 임피던스(Zt)에 응답하여 임의의 필요한 진폭 및 주파수 조정을 행할 수 있다. 일 형태에서, 프로세서(400)는 조직 임피던스(Zt)가 사전결정된 임계치에 도달할 때 구동 신호(416)를 차단할 수 있다.
따라서, 제한이 아닌 예로서, 일 형태에서, 초음파 수술 기구(120)는 프로그래밍된 계단 출력 알고리즘에 따라 동작되어, 혈관을 절개 및 봉합하기 전에 외막층으로부터 혈관의 내부 근육층을 분리할 수 있게 한다. 앞서 논의된 바와 같이, 하나의 계단 함수 알고리즘에 따라, 프로세서(400)는 초기에 공진으로부터 상당히 벗어난 제1 구동 주파수(f1)를 설정한다. 트랜스듀서(50)는 외막층으로부터 혈관의 내부 근육층을 분리하도록 활성화되며, 조직 임피던스 모듈(502)은 치료 수준 이하의 RF 전압(vrf) 신호를 블레이드(79)에 인가한다. 이 동작 기간(T1) 동안, 프로세서(400)는 조직 임피던스(Zt)를 모니터링하여, 내부 근육층이 언제 외막층으로부터 절개 또는 분리되는지를 결정한다. 조직 임피던스(Zt)는 블레이드(79)에 인가되는 부하에 상관되는데, 예를 들어 조직이 건조될 때 또는 조직이 절개될 때, 조직 임피던스(Zt)는 매우 높아지거나 무한대가 된다. 조직 임피던스(Zt)의 변화는 혈관이 내부 근육층으로부터 분리 또는 절개되었음을 표시하며, 생성기(500)는 제2 기간(T2) 동안 비활성화된다. 이어서, 프로세서(400)는 구동 주파수를 공진 주파수(fo)로 설정한다. 이어서, 혈관은 블레이드(79)와 클램프 아암 조립체(451) 사이에서 파지되며, 트랜스듀서(50)는 혈관을 절개 및 봉합하도록 다시 활성화된다. 조직 임피던스(Zt)의 계속적인 모니터링은 혈관이 언제 절개되고 봉합되는지에 대한 표시를 제공한다. 또한, 조직 임피던스(Zt)는 조직 절단 및/또는 응고 프로세스의 완료의 표시를 제공하기 위해 또는 조직 임피던스(Zt)가 사전결정된 임계치에 도달할 때 초음파 생성기(500)의 활성화를 중지하기 위해 모니터링될 수 있다. 조직 임피던스(Zt)에 대한 임계치는 예를 들어 혈관이 절개되었음을 나타내도록 선택될 수 있다. 일 형태에서, 조직 임피던스(Zt)는 초기 시점으로부터 근육층이 절개 및 봉합되기 직전의 시점까지 약 10 옴 내지 약 1000 옴의 범위일 수 있다.
본 발명자들은 전류 설정점들 및 일시정지 시간(dwell time)들의 변화를 실행하는(증가 및 감소시키는) 실험들이, 설명되는 형태들이 사용되어서 절개 완료 전에 외부 외막층으로부터 내부 근육층을 분리할 수 있어, 절개 부위에서의 개선된 지혈 및 잠재적으로 낮은 총 에너지(열)를 초래할 수 있다는 것을, 나타낸다는 것을 발견하였다. 더구나, 수술 기구(100, 120)들이 근육층이 언제 외막으로부터 분리되는지를 결정하기 위한 임계 임피던스 검출 계획들과 관련하여 설명되었지만, 어떠한 검출 계획도 채용하지 않는 다른 형태들이 본 발명의 범주 내에 존재한다. 예를 들어, 수술 기구(100, 120)들의 형태들은, 조직을 절단하기 위해 공진 전력을 인가하기 전에, 비공진 전력이 인가되어 대략 1초 이하의 사전결정된 시간 동안 층들을 분리하는 간단화된 수술 시스템들에서 채용될 수 있다. 형태들은 이와 관련하여 한정되지 않는다.
다양한 형태의 수술 시스템(19(도 1), 190(도 10))들의 동작 상세 사항들을 설명하였지만, 전술된 수술 시스템들(19, 190)의 동작들은 일반적으로 입력 장치(406) 및 조직 임피던스 모듈(502)을 포함하는 수술 기구를 채용하여 조직을 절단하고 응고시키기 위한 프로세스와 관련하여 추가로 설명될 수 있다. 동작 상세 사항들과 관련하여 특정 프로세스가 설명되지만, 이 프로세스가 본 명세서에서 설명되는 일반적인 기능이 수술 시스템(19, 190)들에 의해 어떻게 구현될 수 있는지의 일례를 제공할 뿐이라는 것을 알 수 있다. 또한, 주어진 프로세스는 달리 지시되지 않는다면 본 명세서에 제시되는 순서로 반드시 실행될 필요는 없다. 앞서 논의된 바와 같이, 입력 장치(406)는 초음파 트랜스듀서(50)/블레이드(79) 조립체로의 계단화된 출력(예컨대, 전류, 주파수)을 프로그래밍하기 위해 채용될 수 있다.
도 14는 수술 기구의 초음파 구동 시스템에 결합된 엔드 이펙터를 구동하기 위한 일 형태의 방법(600)을 도시한다. 방법(600) 및 본 명세서에서 설명되는 임의의 다른 방법, 알고리즘 등은 임의의 적합한 방식으로 시작될 수 있다. 예를 들어, 방법(600) 및 본 명세서에서 설명되는 임의의 다른 방법, 알고리즘 등은, 예를 들어 본 명세서에서 설명되는 것들을 포함한 버튼, 스위치 및/또는 풋 페달 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 통해 제공되는 사용자 입력에 응답하여 시작될 수 있다. 도 1 내지 도 3 및 도 6 내지 도 14를 참조하면, 제한이 아닌 예로서, 초음파 수술 기구(100, 120)들은 방법(600)에 따라 혈관을 절개 및 봉합하기 전에 외막층으로부터 혈관의 내부 근육층을 분리하도록 동작될 수 있다. 따라서, 다양한 형태들에서, 수술 기구(예컨대, 수술 기구(100, 120))의 엔드 이펙터(예컨대, 엔드 이펙터(81, 810))가 방법(600)에 따라 구동될 수 있다. 생성기(예컨대, 생성기(30, 500))가 초음파 구동 시스템에 결합된다. 초음파 구동 시스템은 도파관(예컨대, 도파관(80))에 결합되는 초음파 트랜스듀서(예컨대, 초음파 트랜스듀서(50))를 포함한다. 엔드 이펙터(81)는 도파관(80)에 결합된다. 초음파 구동 시스템 및 엔드 이펙터(81)는 공진 주파수(예컨대, 55.5 ㎑)에서 공진하도록 구성된다. 일 형태에서, 602에서, 생성기(30)는 제1 초음파 구동 신호를 생성한다. 604에서, 초음파 트랜스듀서(50)는 생성기(30)에 접속된 핸들 조립체(예컨대, 핸들 조립체(68)) 상의 스위치(예컨대, 스위치(34)) 또는 풋 스위치(예컨대, 풋 스위치(434))의 활성화에 응답하여 제1 기간 동안 제1 초음파 구동 신호에 의해 작동된다. 제1 기간 후에, 606에서, 생성기(30)는 제2 초음파 구동 신호를 생성한다. 608에서, 초음파 트랜스듀서(50)는 생성기(30)에 접속된 핸들 조립체(68) 상의 스위치(34) 또는 풋 스위치(434)의 활성화에 응답하여 제2 기간 동안 제2 초음파 구동 신호에 의해 작동된다. 제1 구동 신호는 각자의 제1 및 제2 기간들에 걸쳐 제2 구동 신호와는 상이하다. 제1 및 제2 구동 신호들은 제1 및 제2 기간들에 걸쳐 계단 함수 파형을 한정한다.
일 형태에서, 생성기(30)는 제3 초음파 구동 신호를 생성한다. 초음파 트랜스듀서(50)는 제3 기간 동안 제3 초음파 구동 신호에 의해 작동된다. 제3 구동 신호는 제1, 제2 및 제3 기간들에 걸쳐 제1 및 제2 구동 신호들과는 상이하다. 제1, 제2 및 제3 구동 신호들은 제1, 제2 및 제3 기간들에 걸쳐 계단 함수 파형을 한정한다. 일 형태에서, 제1, 제2 및 제3 초음파 구동 신호들을 생성하는 것은 대응하는 제1, 제2 및 제3 구동 전류를 생성하고, 제1 기간 동안 제1 구동 전류에 의해 초음파 트랜스듀서(50)를 작동시키고, 제2 기간 동안 제2 구동 전류에 의해 초음파 트랜스듀서(50)를 작동시키고, 제3 기간 동안 제3 구동 전류에 의해 초음파 트랜스듀서(50)를 작동시키는 것을 포함한다.
소정 형태들에서, 제1, 제2 및 제3 구동 전류들은 서로에 대해 증가하거나, 감소하거나, 동일하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 소정 형태들에서, 제1, 제2 및 제3 구동 전류들의 일부 또는 전부가 동일하다. 또한, 소정 형태들에서, 제1, 제2 및 제3 기간들은 예를 들어 초, 분, 시간 등의 분수들을 포함한 임의의 적합한 값을 취할 수 있다. 하나의 예시적인 형태에서, 제1, 제2 및 제3 기간들의 일부 또는 전부가 55초일 수 있다.
일 형태에서, 생성기(30)는 공진 주파수와는 상이한 제1 주파수에서 제1 초음파 구동 신호를 생성한다. 이어서, 초음파 트랜스듀서(50)는 제1 기간 동안 제1 주파수에서 제1 초음파 구동 신호에 의해 작동된다. 제1 주파수에서의 작동은 예를 들어 제1 조직을 제2 조직으로부터 분리하는 데 적합한 제1 레벨의 기계적 진동을 엔드 이펙터(81)에 제공하여, 혈관의 내부 근육층을 외막층으로부터 분리한다. 생성기(30)는 공진 주파수, 예를 들어 55.5 ㎑에서 제2 초음파 구동 신호를 생성하고, 제1 기간에 이어지는 제2 기간 동안 공진 주파수에서 제2 초음파 구동 신호를 이용하여 초음파 트랜스듀서(50)를 작동시킨다. 제2 공진 주파수에서의 작동은 일단 혈관과 같은 제1 조직이 내부 근육층으로부터 분리되면 이를 절개 및 봉합하기에 적합한 제2 레벨의 기계적 진동을 엔드 이펙터(81)에 제공한다. 일 형태에서, 공진 주파수에서의 제2 초음파 구동 신호는 제1 기간 후에 생성기(30)에 의해 자동으로 생성된다. 일 형태에서, 제1 주파수는 공진 주파수와 실질적으로 상이하며, 제1 기간은 약 1초 미만이다. 예를 들어, 일 형태에서, 제1 주파수는 하기 수학식: f1 = 2*fo에 의해 정의되는데, 여기서 f1은 제1 주파수이고, fo은 공진 주파수이다. 다른 형태에서, 제1 주파수는 하기 수학식: f1 = fo/2에 의해 정의되는데, 여기서 f1은 제1 주파수이고, fo은 공진 주파수이다. 제1, 제2 및 제3 초음파 구동 신호들은 또한 초음파 트랜스듀서(50)의 진동 모드들을 길이방향, 휨 및 비틀림 모드들 및 이들의 고조파들에서 여기시키도록 고려된다.
일 형태에서, 생성기(30)는 초음파 구동 시스템의 측정 가능 특성을 모니터링하고, 측정된 특성에 기초하여 제1 및 제2 구동 신호들 중 어느 하나를 생성한다. 예를 들어, 생성기(30)는 초음파 트랜스듀서(50)의 임피던스(Z)를 모니터링한다. 생성기(30)는 트랜스듀서(50)의 임피던스를 측정하는 데 적합한 전기 회로를 포함한다. 예를 들어, 전류 감지 회로(예컨대, 전류 감지 회로(426))가 트랜스듀서(50)를 통해 흐르는 전류를 감지하고, 전압 감지 회로(예컨대, 전압 감지 회로(428))가 트랜스듀서(50)에 인가되는 출력 전압을 감지한다. 멀티플렉서(예컨대, 멀티플렉서(430))가 적절한 아날로그 신호를 아날로그-디지털 컨버터(예컨대, ADC(432))로 라우팅하며, 그의 디지털 출력은 프로세서(예컨대, 프로세서(400))에 제공된다. 프로세서(400)는 측정된 전류 및 전압 값들에 기초하여 트랜스듀서 임피던스(Z)를 계산한다.
일 형태에서, 생성기(500)는 엔드 이펙터(예컨대, 엔드 이펙터(810))와 접촉하는 조직 부분의 임피던스를 측정하기 위한 임피던스 모듈(예컨대, 조직 임피던스 모듈(502))을 포함한다. 임피던스 모듈(502)은 치료 수준 이하의 RF 신호를 생성하기 위한 RF 발진기(예컨대, RF 발진기(506))를 포함한다. 치료 수준 이하의 RF 신호는 동력공급 전극을 형성하는 엔드 이펙터(810)의 블레이드(예컨대, 블레이드(79)) 부분에 인가된다. 조직 부분은 조직(예컨대, 조직(514))의 임피던스를 측정하기 위해 엔드 이펙터(810)와 클램프 아암 조립체(예컨대, 클램프 아암 조립체(451))의 반환 전극 사이에 파지된다. 이어서, 조직 임피던스가 임피던스 모듈(502)의 전압 감지 회로(예컨대, 전압 감지 회로(508)) 및 전류 감지 회로(예컨대, 전류 감지 회로(510))에 의해 측정된다. 이러한 신호들은 멀티플렉서(430)를 통해 ADC(432)에 인가된다. ADC(432)의 디지털 출력은 프로세서(400)에 제공되며, 프로세서는 조직을 통과하는 전류 및 엔드 이펙터(810)의 블레이드(79) 부분에 인가되는 전압의 측정 값들에 기초하여 조직 임피던스(Zt)를 계산한다.
도 15a 내지 도 15c는 초음파 수술 기구에 의해 조작되는 조직의 상태 변화를 결정하고, 조직이 그러한 상태 변화를 겪었거나, 조직이 그러한 상태 변화를 겪었을 가능성이 높다는 것을 표시하기 위한 피드백을 사용자에게 제공하기 위한 동작(700, 800, 900)들의 다양한 형태의 논리 흐름도들을 도시한다. 동작(700, 800, 900)들 및 이들의 다양한 치환들은 조직의 상태가 모니터링되는 임의의 구현예에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 동작(700, 800, 900 등)들 중 하나 이상은 수술 시스템이 사용 중일 때 자동으로 실행될 수 있다. 또한, 동작(700, 800, 900 등)들은 예를 들어 하나 이상의 버튼, 스위치 및 페달 등(예컨대, 본 명세서에서 설명되는 버튼, 스위치, 페달 등)을 통한 임상의의 입력에 기초하여 트리거링될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 조직은, 예를 들어 도 1 및 도 10에 도시된 초음파 수술 기구(100, 120)의 엔드 이펙터(81, 810)와 같은 초음파 수술 기구의 엔드 이펙터에 의해 조작되는 동안, 조직이 조직 또는 뼈의 다른 층들로부터 분리될 때, 조직이 절단 또는 절개될 때, 조직이 응고될 때 등에 상태 변화를 겪을 수 있다. 조직 상태의 변화는 조직 분리 이벤트의 발생의 가능성에 기초하여 결정될 수 있다.
다양한 형태들에서, 피드백은 도 9 및 도 11에 도시된 출력 표시기(412)에 의해 제공된다. 출력 표시기(412)는 엔드 이펙터(81, 810)에 의해 조작되는 조직이 사용자의 시야 밖에 있고, 사용자가 조직에서 상태 변화가 언제 발생하는지를 알 수 없는 응용들에서 특히 유용하다. 출력 표시기(412)는 논리 흐름도(700, 800, 900)들과 관련하여 설명되는 동작들에 따라 결정되는 바와 같은 조직 상태의 변화의 발생을 사용자에게 전달한다. 앞서 논의된 바와 같이, 출력 표시기(412)는 조직이 조직의 상태 또는 조건의 변화를 겪었음을 사용자(예컨대, 외과의사, 임상의)에게 표시하기 위한 시각, 가청 및/또는 촉각 피드백을 제한 없이 포함하는 다양한 유형의 피드백을 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 앞서 논의된 바와 같이, 시각 피드백은 백열등 또는 LED, 그래픽 사용자 인터페이스, 디스플레이, 아날로그 표시기, 디지털 표시기, 막대 그래프 디스플레이, 디지털 영숫자 디스플레이를 포함한 임의의 유형의 시각적 표시 장치를 포함한다. 제한이 아닌 예로서, 가청 피드백은 음성/언어 플랫폼을 통해 컴퓨터들과 상호작용하기 위하여 임의의 유형의 버저, 컴퓨터 생성 톤, 컴퓨터화된 언어, VUI를 포함한다. 제한이 아닌 예로서, 촉각 피드백은 기구 하우징 핸들 조립체(68)를 통해 제공되는 임의의 유형의 진동 피드백을 포함한다. 조직의 상태의 변화는 전술된 바와 같은 트랜스듀서 및 조직 임피던스 측정치들에 기초하여 또는 도 15a 내지 도 15c와 관련하여 후술되는 논리 흐름도(700, 800, 900)들과 관련하여 설명되는 동작들에 따른 전압, 전류 및 주파수 측정치들에 기초하여 결정될 수 있다.
일 형태에서, 논리 흐름도(700, 800, 900)들은 생성기(30, 500)의 프로세서(400)(도 9, 11, 14) 부분에 의해 실행될 컴퓨터 판독 가능 명령어들을 포함하는 실행 가능 모듈(예컨대, 알고리즘)들로서 구현될 수 있다. 다양한 형태들에서, 논리 흐름도(700, 800, 900)들과 관련하여 설명되는 동작들은 하나 이상의 소프트웨어 구성요소, 예컨대 프로그램, 서브루틴, 논리; 하나 이상의 하드웨어 구성요소, 예컨대 프로세서, DSP, PLD, ASIC, 회로, 레지스터; 및/또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합들로서 구현될 수 있다. 일 형태에서, 논리 흐름도(700, 800, 900)들에 의해 설명되는 동작들을 수행하기 위한 실행 가능 명령어들은 메모리에 저장될 수 있다. 실행될 때, 명령어들은 프로세서(400)로 하여금 논리 흐름도(800, 900)들에서 설명되는 동작들에 따라 조직 상태의 변화를 결정하고, 출력 표시기(412)에 의해 사용자에게 피드백을 제공하게 한다. 그러한 실행 가능 명령어들에 따라, 프로세서(400)는 생성기(30, 500)로부터 입수 가능한 전압, 전류 및/또는 주파수 신호 샘플들을 모니터링 및 평가하고, 그러한 신호 샘플들의 평가에 따라 조직 상태의 변화가 발생하였는지를 결정한다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 조직 상태의 변화는 초음파 기구의 유형 및 기구에 동력공급하는 전력 레벨에 기초하여 결정될 수 있다. 피드백에 응답하여, 초음파 수술 기구(100, 120)의 동작 모드가 사용자에 의해 제어될 수 있거나, 자동 또는 반자동으로 제어될 수 있다.
도 15a는 조직 상태의 변화를 결정하고, 그에 따라 출력 표시기(412)를 활성화하는 일 형태의 논리 흐름도(700)를 도시한다. 이제, 도 15a에 도시된 논리 흐름도(700) 및 도 9에 도시된 생성기(30)의 구동 시스템(32)을 참조하면, 702에서, 구동 시스템(32)의 프로세서(400) 부분은 생성기(30)의 전압(v), 전류(i) 및 주파수(f) 신호들을 샘플링한다. 도시된 형태에서, 704에서, 주파수 및 전압 신호 샘플들이 개별적으로 분석되어, 대응하는 주파수 변곡점 및/또는 전압 강하점을 결정하게 한다. 다른 형태들에서, 전압 및 주파수 신호 샘플들에 더하여 또는 전압 신호 샘플들 대신에 전류 신호 샘플들이 개별적으로 분석될 수 있다. 706에서, 도 15b의 논리 흐름도(800)에 도시된 바와 같이 조직 상태의 변화를 결정하기 위해 현재의 주파수 신호 샘플이 주파수 변곡점 분석 모듈에 제공된다. 708에서, 도 15c의 논리 흐름도(900)에 도시된 바와 같이 조직 상태의 변화를 결정하기 위해 현재의 전압 신호 샘플이 전압 강하점 분석 모듈에 제공된다.
주파수 변곡점 분석 모듈 및 전압 강하점 분석 모듈은 특정 초음파 기구 유형 및 기구를 구동하는 에너지 레벨과 관련되는 상관된 경험 데이터에 기초하여 조직 상태의 변화가 언제 발생했는지를 결정한다. 714에서, 주파수 변곡점 분석 모듈로부터의 결과(710) 및/또는 전압 강하점 분석 모듈로부터의 결과(712)가 프로세서(400)에 의해 판독된다. 프로세서(400)는 주파수 변곡점 결과(710) 및/또는 전압 강하점 결과(712)가 조직 상태의 변화를 표시하는지를 결정한다(716). 결과(710, 714)들이 조직 상태의 변화를 표시하지 않는 경우, 프로세서(400)는 702로의 "아니오" 분기를 따라 계속하여, 생성기(30)로부터의 추가적인 전압 및 주파수 신호 샘플을 판독한다. 분석에서 생성기 전류를 이용하는 형태들에서, 프로세서(400)는 이제 생성기(30)로부터의 추가적인 전류 신호 샘플을 또한 판독할 것이다. 결과(710, 714)들이 조직 상태의 충분한 변화를 표시하는 경우, 프로세서(400)는 718로의 "예" 분기를 따라 계속하여, 출력 표시기(412)를 활성화한다.
전술된 바와 같이, 출력 표시기(412)는 조직 상태의 변화가 발생했음을 초음파 수술 기구(100, 120)의 사용자에게 알리기 위하여 시각, 가청 및/또는 촉각 피드백을 제공할 수 있다. 다양한 형태들에서, 출력 표시기(412)로부터의 피드백에 응답하여, 생성기(30, 500) 및/또는 초음파 기구(100, 120)의 동작 모드가 수동으로, 자동으로 또는 반자동으로 제어될 수 있다. 동작 모드들은 생성기(30, 500)의 출력 전력의 접속해제 또는 중단, 생성기(30, 500)의 출력 전력의 감소, 생성기(30, 500)의 출력 전력의 순환, 생성기(30, 500)의 출력 전력의 펄스화, 및/또는 생성기(30, 500)로부터의 고전력 순간 서지(surge)의 출력을 제한 없이 포함한다. 초음파 기구의 동작 모드들은 조직 상태의 변화에 응답하여, 예를 들어 엔드 이펙터(81, 810)의, 예를 들어 클램프 패드(58)(도 1 내지 도 3)의 가열 효과를 최소화하고, 수술 기구(100, 120) 및/또는 주변 조직에 대한 가능한 손상을 방지하거나 최소화하도록 선택될 수 있다. 이는, 조직이 엔드 이펙터로부터 실질적으로 분리된 때와 같은, 조직 상태의 변화가 발생하는 경우에서처럼 엔드 이펙터(81, 810)의 조오들 사이에 아무것도 없이 트랜스듀서(50)가 활성화될 때 열이 빠르게 생성되기 때문에 유리하다.
도 15b는 주파수 변곡점 분석 모듈의 일 형태의 동작을 나타내는 논리 흐름도(800)이다. 802에서, 주파수 샘플이 논리 흐름도(700)의 706으로부터 프로세서(400)에 의해 수신된다. 804에서, 프로세서(400)는 주파수 변곡 분석을 위해 지수 가중 이동 평균(EWMA)을 계산한다. EWMA는 주파수 샘플들로부터 생성기로부터의 잡음을 필터링하기 위해 계산된다. EWMA는 주파수 이동 평균 수학식(806) 및 알파 값(α)(808)에 따라 계산된다:
[수학식 2]
Stf = αYtf+(1-α)Stf-1
여기서,
Stf는 샘플링된 주파수 신호의 현재 이동 평균이고,
Stf-1은 샘플링된 주파수 신호의 이전 이동 평균이고,
α는 평활화 계수이고,
Ytf는 샘플링된 주파수 신호의 현재 데이터 점이다.
α 값(808)은 원하는 필터링 또는 평활화 계수에 따라 약 0에서 약 1까지 변할 수 있으며, 약 0에 접근하는 작은 α 값(808)은 많은 양의 필터링 또는 평활화를 제공하고, 약 1에 접근하는 큰 α 값(808)은 적은 양의 필터링 또는 평활화를 제공한다. α 값(808)은 초음파 기구 유형 및 전력 레벨에 기초하여 선택될 수 있다. 일 형태에서, 블록 804, 806 및 808은 가변 디지털 저역 통과 필터(810)로서 구현될 수 있으며, 이때 α 값(808)은 필터(810)의 차단(cutoff) 점을 결정한다. 일단 주파수 샘플들이 필터링되면, 812에서, 주파수 샘플들의 기울기가 아래와 같이 계산된다:
[수학식 3]
주파수 기울기 = 델타 f / 델타 t
계산된 주파수 기울기 데이터 점들을 "느린 응답" 이동 평균 필터(814)에 제공하여, 주파수 기울기에 대한 EWMA 이동 평균을 계산하여, 시스템 잡음을 더 줄인다. 일 형태에서, "느린 응답" 이동 평균 필터(814)는 818에서 하기의 주파수 기울기 이동 평균 수학식(820) 및 알파 값(α')(822)에 따라 주파수 기울기에 대한 EWMA를 계산함으로써 구현될 수 있다:
[수학식 4]
S'tf = α'Y'tf+(1-α')S'tf-1
여기서,
S'tf는 샘플링된 주파수 신호의 주파수 기울기의 현재의 이동 평균이고,
S'tf-1은 샘플링된 주파수 신호의 주파수 기울기의 이전의 이동 평균이고,
α'는 평활화 계수이고,
Y'tf는 샘플링된 주파수 신호의 현재의 기울기 데이터 점이다.
α' 값(822)은 디지털 필터 블록(810)과 관련하여 전술된 바와 같이 바람직한 필터링 또는 평활화 계수에 따라 약 0에서 약 1까지 변하며, 0에 접근하는 작은 α' 값(822)은 많은 양의 필터링 또는 평활화를 제공하며, 1에 접근하는 큰 α' 값(822)은 적은 양의 필터링 또는 평활화를 제공한다. α' 값(822)은 초음파 기구 유형 및 전력 레벨에 기초하여 선택될 수 있다.
계산된 주파수 기울기 데이터 점들을 "빠른 응답" 필터(816)에 제공하여, 주파수 기울기에 대한 이동 평균을 계산한다. 824에서, "빠른 응답" 필터(816)는 데이터 점(826)들의 개수에 기초하여 주파수 기울기에 대한 이동 평균을 계산한다.
도시된 형태에서, "느린 응답" 이동 평균 필터(814)의 출력 "Slope EWMA"는 가산기(828)의 (+) 입력에 인가되고, "빠른 응답" 필터(816)의 출력 "Slope Avg"는 가산기(828)의 (-) 입력에 인가된다. 가산기(828)는 "느린 응답" 이동 평균 필터(814) 및 "빠른 응답" 필터(816)의 출력들 사이의 차이를 계산한다. 830에서, 이러한 출력들 사이의 차이는 사전결정된 한계치(832)와 비교된다. 한계치(832)는 초음파 기구의 유형 및 특정 유형의 초음파 기구에 동력공급하는 전력 레벨에 기초하여 결정된다. 한계치(832) 값은 사전결정되고, 룩업 테이블(look-up table) 등의 형태로 메모리에 저장될 수 있다. "Slope EWMA"와 "Slope Avg" 사이의 차이가 한계치(832)보다 크지 않은 경우, 프로세서(400)는 "아니오" 분기를 따라 계속하여, 샘플링된 주파수 신호에서 변곡점이 발견되지 않았고, 따라서 조직 상태의 변화가 검출되지 않았다는 것을 표시하는 값(834)을 결과(710) 블록으로 반환한다. 그러나, "Slope EWMA"와 "Slope Avg" 사이의 차이가 한계치(832)보다 큰 경우, 프로세서(400)는 "예" 분기를 따라 계속하여, 주파수 변곡점(836)이 발견된 것으로 결정하고, 샘플링된 주파수 데이터에서 변곡점이 발견되었고, 따라서 조직 상태의 변화가 검출되었다는 것을 표시하는 점 인덱스(point index)(838)를 결과(710) 블록으로 반환한다. 도 15a를 참조하여 앞서 논의된 바와 같이, 주파수 변곡점(836)이 발견되는 경우, 718(도 15a)에서, 프로세서(400)는 조직 상태 변화 표시기(718)를 활성화한다.
도 15c는 전압 강하 분석 모듈의 일 형태의 동작을 나타내는 논리 흐름도(900)이다. 902에서, 전압 샘플이 논리 흐름도(700)의 708로부터 프로세서(400)에 의해 수신된다. 904에서, 프로세서(400)는 전압 강하점 분석을 위해 지수 가중 이동 평균(EWMA)을 계산한다. EWMA는 전압 샘플들로부터 생성기로부터의 잡음을 필터링하기 위해 계산된다. EWMA는 전압 이동 평균 수학식(906) 및 알파 값(α)(908)에 따라 계산된다:
[수학식 5]
Stv = αYtv+(1-α)Stv-1
여기서,
Stv는 샘플링된 전압 신호의 현재의 이동 평균이고,
Stv-1은 샘플링된 전압 신호의 이전의 이동 평균이고,
α는 평활화 계수이고,
Ytv는 샘플링된 전압 신호의 현재의 데이터 점이다.
전술된 바와 같이, α 값(908)은 바람직한 필터링 또는 평활화 계수에 따라 0에서 1까지 변하며, 초음파 기구 유형 및 전력 레벨에 기초하여 선택될 수 있다. 일 형태에서, 블록 904, 906 및 908은 가변 디지털 저역 통과 필터(910)로서 구현될 수 있으며, 이때 α 값(908)은 필터(910)의 차단 점을 결정한다. 일단 전압 샘플들이 필터링되면, 전압 샘플들의 기울기가 아래와 같이 912에서 계산된다:
[수학식 6]
전압 기울기 = 델타 v / 델타 t
계산된 전압 기울기 데이터 점들을 "느린 응답" 이동 평균 필터(914)에 제공하여, 전압 기울기에 대한 EWMA 이동 평균을 계산하여, 시스템 잡음을 더 줄인다. 일 형태에서, "느린 응답" 이동 평균 필터(914)는 918에서 전압 기울기 이동 평균 수학식(920) 및 알파 값(α')(822)에 따라 전압 기울기에 대한 EWMA를 계산함으로써 구현될 수 있다:
[수학식 7]
S'tv = α'Y'tv+(1-α')S'tv-1
여기서,
S'tv는 샘플링된 전압 신호의 전압 기울기의 현재의 이동 평균이고,
S'tv-1은 샘플링된 전압 신호의 전압 기울기의 이전의 이동 평균이고,
α'는 평활화 계수이고,
Y'tv는 샘플링된 전압 신호의 현재의 기울기 데이터 점이다.
α' 값(922)은 디지털 필터 블록(910)과 관련하여 전술된 바와 같이 바람직한 필터링 또는 평활화 계수에 따라 약 0에서 약 1까지 변하며, 약 0에 접근하는 작은 α' 값(922)은 많은 양의 필터링 또는 평활화를 제공하며, 약 1에 접근하는 큰 α' 값(922)은 적은 양의 필터링 또는 평활화를 제공한다. α' 값(922)은 초음파 기구 유형 및 전력 레벨에 기초하여 선택될 수 있다.
계산된 전압 기울기 데이터 점들을 "빠른 응답" 필터(916)에 제공하여, 전압 기울기에 대한 이동 평균을 계산한다. 924에서, "빠른 응답" 필터(916)는 데이터 점(926)들의 개수에 기초하여 전압 기울기에 대한 이동 평균을 계산한다.
도시된 형태에서, "느린 응답" 이동 평균 필터(914)의 출력 "Slope EWMA"는 가산기(928)의 (+) 입력에 인가되고, "빠른 응답" 필터(916)의 출력 "Slope Avg"는 가산기(928)의 (-) 입력에 인가된다. 가산기(928)는 "느린 응답" 이동 평균 필터(914) 및 "빠른 응답" 필터(916)의 출력들 사이의 차이를 계산한다. 930에서, 이러한 출력들 사이의 차이는 사전결정된 한계치(932)와 비교된다. 한계치(932)는 초음파 기구의 유형 및 특정 유형의 초음파 기구에 동력공급하는 전력 레벨에 기초하여 결정된다. 한계치(932) 값은 사전결정되고, 룩업 테이블 등의 형태로 메모리에 저장될 수 있다. "Slope EWMA"와 "Slope Avg" 사이의 차이가 한계치(932)보다 크지 않은 경우, 프로세서(400)는 "아니오" 분기를 따라 계속하여, 940에서 카운터를 0으로 재설정하고, 이어서 전압 강하점이 샘플링된 전압 신호들에서 발견되지 않았고, 따라서 조직 상태 변화가 검출되지 않았다는 것을 표시하는 값(934)을 결과(710) 블록으로 반환한다. 그러나, "Slope EWMA"와 "Slope Avg" 사이의 차이가 한계치(932)보다 큰 경우, 프로세서(400)는 "예" 분기를 따라 계속하여, 942에서 카운트를 증가시킨다. 944에서, 프로세서(400)는 카운터가 1, 또는 예를 들어 몇몇 다른 사전결정된 임계치보다 큰지를 결정한다. 다시 말하면, 프로세서(400)는 전압 강하점과 관련하여 적어도 2개의 데이터 점들을 취한다. 카운터가 임계치(예컨대, 도시된 형태에서 1)보다 크지 않은 경우, 프로세서(400)는 "아니요" 분기를 따라 계속하여, 전압 강하점이 샘플링된 전압 신호들에서 발견되지 않았고, 따라서 조직 상태 변화가 검출되지 않았다는 것을 표시하는 값(934)을 결과(710) 블록으로 반환한다. 카운터가 임계치(예컨대, 도시된 형태에서 1)보다 큰 경우, 프로세서(400)는 "예" 분기를 따라 계속하여, 전압 강하점(936)이 발견된 것으로 결정하며, 샘플링된 전압 신호들에서 전압 강하점이 발견되었고, 따라서 조직 상태 변화가 검출되었다는 것을 표시하는 점 인덱스(938)를 결과(712) 블록으로 반환한다. 도 15a를 참조하여 앞서 논의된 바와 같이, 전압 점(836)이 발견되는 경우, 718(도 15a)에서, 프로세서(400)는 조직 상태 변화 표시기(718)를 활성화한다.
도 16은 생성기(1002) 및 그와 함께 사용 가능한 다양한 수술 기구(1004, 1006)들을 포함하는 일 형태의 수술 시스템(1000)을 도시한다. 도 16a는 도 16의 초음파 수술 기구(1004)의 도면이다. 생성기(1002)는 수술 장치들과 함께 사용되도록 구성 가능하다. 다양한 형태들에 따르면, 생성기(1002)는, 예를 들어 초음파 장치(1004) 및 전기 수술 또는 RF 수술 장치들, 예를 들어 RF 장치(1006)를 포함하는 상이한 유형의 상이한 수술 장치들과 함께 사용되도록 구성 가능할 수 있다. 도 16의 형태에서 생성기(1002)가 수술 장치(1004, 1006)들로부터 분리된 것으로 도시되어 있지만, 일 형태에서 생성기(1002)는 수술 장치(1004, 1006)들 중 어느 하나와 일체로 형성되어 단일형 수술 시스템을 형성할 수 있다. 생성기(1002)는 생성기(1002) 콘솔의 전면 패널 상에 위치된 입력 장치(1045)를 포함한다. 입력 장치(1045)는 생성기(1002)의 동작을 프로그래밍하는 데 적합한 신호들을 생성하는 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다.
도 17은 도 16의 수술 시스템(1000)의 도면이다. 다양한 형태들에서, 생성기(1002)는 모듈들 및/또는 블록들과 같은 여러 개의 개별 기능 요소를 포함할 수 있다. 상이한 기능 요소들 또는 모듈들은 상이한 종류의 수술 장치(1004, 1006)들을 구동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 초음파 생성기 모듈(1008)은 초음파 장치(1004)와 같은 초음파 장치들을 구동할 수 있다. 전기 수술/RF 생성기 모듈(1010)은 전기 수술 장치(1006)를 구동할 수 있다. 예를 들어, 각자의 모듈(1008, 1010)들은 수술 장치(1004, 1006)들을 구동하기 위한 각자의 구동 신호들을 생성할 수 있다. 다양한 형태들에서, 초음파 생성기 모듈(1008) 및/또는 전기 수술/RF 생성기 모듈(1010)은 각각 생성기(1002)와 일체로 형성될 수 있다. 대안적으로, 모듈(1008, 1010)들 중 하나 이상은 생성기(1002)에 전기적으로 결합되는 별개의 회로 모듈로서 제공될 수 있다. (모듈(1008, 1010)들은 이러한 옵션을 예시하기 위해 가상선으로 도시되어 있다.) 또한, 일부 형태들에서, 전기 수술/RF 생성기 모듈(1010)은 초음파 생성기 모듈(1008)과 일체로 형성될 수 있거나, 그 반대일 수 있다. 또한, 일부 형태들에서, 생성기(1002)는 완전히 생략될 수 있으며, 모듈(1008, 1010)들은 각자의 기구(1004, 1006)들 내의 프로세서들 또는 다른 하드웨어에 의해 실행될 수 있다.
설명되는 형태들에 따르면, 초음파 생성기 모듈(1008)은 특정 전압, 전류 및 주파수, 예컨대 55,500 사이클/초(㎐)의 구동 신호 또는 신호들을 생성할 수 있다. 구동 신호 또는 신호들은 초음파 장치(1004)에, 구체적으로 트랜스듀서(1014)에 제공될 수 있으며, 이들은 예를 들어 전술된 바와 같이 동작할 수 있다. 트랜스듀서(1014), 및 샤프트(1015)를 통해 연장되는 도파관(도 16a에는 도파관이 도시되지 않음)은 집합적으로, 엔드 이펙터(1026)의 초음파 블레이드(1017)를 구동하는 초음파 구동 시스템을 형성할 수 있다. 일 형태에서, 생성기(1002)는 높은 해상도, 정밀도 및 반복성으로 계단화되거나 달리 변경될 수 있는 특정 전압, 전류 및/또는 주파수 출력 신호의 구동 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
생성기(1002)는 임의의 적합한 방식으로 구동 신호를 트랜스듀서(1014)에 제공하도록 활성화될 수 있다. 예를 들어, 생성기(1002)는 풋 스위치 케이블(1022)을 통해 생성기(1002)에 결합되는 풋 스위치(1020)를 포함할 수 있다. 임상의는 풋 스위치(1020)를 누름으로써 트랜스듀서(1014)를 활성화할 수 있다. 풋 스위치(1020)에 더하여 또는 그 대신에, 초음파 장치(1004)의 일부 형태들은 활성화될 때 생성기(1002)로 하여금 트랜스듀서(1014)를 활성화되게 할 수 있는, 핸드피스 상에 위치된 하나 이상의 스위치를 이용할 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어 하나 이상의 스위치는 예를 들어 장치(1004)의 동작 모드를 결정하기 위한 한 쌍의 토글 버튼(1036a, 1036b)(도 16a)을 포함할 수 있다. 토글 버튼(1036a)이 눌려질 때, 예를 들어 초음파 생성기(1002)는 최대 구동 신호를 트랜스듀서(1014)에 제공하여, 최대 초음파 에너지 출력을 생성하게 할 수 있다. 토글 버튼(1036b)을 누르는 것은 초음파 생성기(1002)가 사용자-선택 가능 구동 신호를 트랜스듀서(1014)에 제공하게 하여, 최대 초음파 에너지 출력보다 작은 출력을 생성하게 할 수 있다. 장치(1004)는 추가적으로 또는 대안적으로, 예를 들어 엔드 이펙터(1026)의 조오들을 동작시키기 위해 조오 폐쇄 트리거의 위치를 표시하기 위한 제2 스위치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 또한, 일부 형태들에서, 초음파 생성기(1002)는 조오 폐쇄 트리거의 위치에 기초하여 활성화될 수 있다(예컨대, 임상의가 조오를 폐쇄하기 위해 조오 폐쇄 트리거를 누름에 따라, 초음파 에너지가 인가될 수 있다).
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 스위치가, 눌려질 때 생성기(1002)가 펄스형 출력을 제공하게 하는 토글 버튼(1036c)을 포함할 수 있다. 펄스는 예를 들어 임의의 적합한 주파수 및 그룹핑(grouping)에서 제공될 수 있다. 소정 형태들에서, 펄스들의 전력 레벨은 예를 들어 토글 버튼(1036a, 1036b)과 관련되는 전력 레벨(최대, 최대 미만)일 수 있다.
장치(1004)가 토글 버튼(1036a, 1036b, 1036c)들의 임의의 조합을 포함할 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 장치(1004)는 2개의 토글 버튼, 즉 최대 초음파 에너지 출력을 생성하기 위한 토글 버튼(1036a) 및 최대 또는 최대 미만의 전력 레벨에서 펄스형 출력을 생성하기 위한 토글 버튼(1036c)만을 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 생성기(1002)의 구동 신호 출력 구성은 5개의 연속 신호 및 5개 또는 4개 또는 3개 또는 2개 또는 1개의 펄스형 신호일 수 있다. 소정 형태들에서, 특정 구동 신호 구성은 예를 들어 생성기(1002) 내의 EEPROM 설정 및/또는 사용자 전력 레벨 선택(들)에 기초하여 제어될 수 있다.
소정 형태들에서, 토글 버튼(1036c)에 대한 대안으로서 2-위치 스위치가 제공될 수 있다. 예를 들어, 장치(1004)는 최대 전력 레벨에서 연속적인 출력을 생성하기 위한 토글 버튼(1036a) 및 2-위치 토글 버튼(1036b)을 포함할 수 있다. 제1 멈춤 위치에서, 토글 버튼(1036b)은 최대 전력 레벨 미만에서 연속적인 출력을 생성할 수 있으며, 제2 멈춤 위치에서, 토글 버튼(1036b)은 (예컨대, EEPROM 설정에 따라, 최대 또는 최대 미만의 전력 레벨에서) 펄스형 출력을 생성할 수 있다.
설명되는 형태들에 따르면, 전기 수술/RF 생성기 모듈(1010)은 무선 주파수(RF) 에너지를 사용하여 양극 전기 수술을 수행하기에 충분한 출력 전력을 갖는 구동 신호 또는 신호들을 생성할 수 있다. 양극 전기 수술 응용들에서, 구동 신호는 예를 들어 전기 수술 장치(1006)의 전극들에 제공될 수 있다. 따라서, 생성기(1002)는 조직을 처리(예컨대, 응고, 소작, 조직 용접)하기에 충분한 전기 에너지를 조직에 인가함으로써 치료 목적을 위해 구성될 수 있다.
생성기(1002)는 예를 들어 생성기(1002) 콘솔의 전면 패널 상에 위치된 입력 장치(1045)(도 16)를 포함할 수 있다. 입력 장치(1045)는 생성기(1002)의 동작을 프로그래밍하는 데 적합한 신호들을 생성하는 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 동작 시에, 사용자는 입력 장치(1045)를 사용하여 생성기(1002)의 동작을 프로그래밍하거나 달리 제어할 수 있다. 입력 장치(1045)는 생성기(1002)의 동작(예컨대, 초음파 생성기 모듈(1008) 및/또는 전기 수술/RF 생성기 모듈(1010)의 동작)을 제어하기 위해 생성기에 의해(예컨대, 생성기 내에 포함된 하나 이상의 프로세서에 의해) 사용될 수 있는 신호들을 생성하는 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 다양한 형태들에서, 입력 장치(1045)는 버튼, 스위치, 썸휠, 키보드, 키패드, 터치스크린 모니터, 포인팅 장치, 범용 또는 전용 컴퓨터에 대한 원격 접속 중 하나 이상을 포함한다. 다른 형태들에서, 입력 장치(1045)는 예를 들어 터치스크린 모니터 상에 표시되는 하나 이상의 사용자 인터페이스 스크린과 같은 적합한 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 따라서, 입력 장치(1045)에 의해, 사용자는 예를 들어 초음파 생성기 모듈(1008) 및/또는 전기 수술/RF 생성기 모듈(1010)에 의해 생성되는 구동 신호 또는 신호들의 전류(I), 전압(V), 주파수(f) 및/또는 주기(T)와 같은, 생성기의 다양한 동작 파라미터들을 설정 또는 프로그래밍할 수 있다.
생성기(1002)는, 예를 들어 생성기(1002) 콘솔의 전면 패널 상에 위치된 출력 표시기와 같은 출력 장치(1047)(도 16)를 또한 포함할 수 있다. 출력 장치(1047)는 사용자에게 감각 피드백을 제공하기 위한 하나 이상의 장치를 포함한다. 그러한 장치들은 예를 들어 시각 피드백 장치들(예컨대, 시각 피드백 장치는 백열등, 발광 다이오드(LED), 그래픽 사용자 인터페이스, 디스플레이, 아날로그 표시기, 디지털 표시기, 막대 그래프 디스플레이, 디지털 영숫자 디스플레이, LCD 디스플레이 스크린, LED 표시기를 포함할 수 있음), 오디오 피드백 장치들(예컨대, 오디오 피드백 장치는 스피커, 버저, 가청의 컴퓨터 생성 톤, 컴퓨터화된 언어, 음성/언어 플랫폼을 통해 컴퓨터와 상호작용하기 위한 음성 사용자 인터페이스(VUI)를 포함할 수 있음), 또는 촉각 피드백 장치들(예컨대, 촉각 피드백 장치는 임의의 유형의 진동 피드백, 햅틱 액추에이터를 포함함)을 포함할 수 있다.
생성기(1002)의 소정 모듈들 및/또는 블록들이 예로서 설명될 수 있지만, 더 많거나 적은 수의 모듈들 및/또는 블록들이 사용될 수 있고, 형태들의 범주 내에 여전히 속한다는 것을 알 수 있다. 또한, 설명을 용이하게 하도록 다양한 형태들이 모듈들 및/또는 블록들과 관련하여 설명될 수 있지만, 그러한 모듈들 및/또는 블록들은 하나 이상의 하드웨어 구성요소, 예를 들어 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 프로그래밍 가능 논리 장치(PLD), 주문형 집적 회로(ASIC), 회로, 레지스터 및/또는 소프트웨어 구성요소, 예컨대 프로그램, 서브루틴, 논리 및/또는 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소들의 조합들에 의해 구현될 수 있다. 또한, 일부 형태들에서, 본 명세서에서 설명되는 다양한 모듈들은 기구(100, 120, 1004, 1006)들 내에 배치된 유사한 하드웨어를 이용하여 구현될 수 있다(즉, 생성기(30, 50, 1002)가 생략될 수 있다).
일 형태에서, 초음파 생성기 구동 모듈(1008) 및 전기 수술/RF 구동 모듈(1010)은 펌웨어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 임의의 조합으로서 구현되는 하나 이상의 내장 애플리케이션을 포함할 수 있다. 모듈(1008, 1010)들은 소프트웨어, 프로그램, 데이터, 드라이버, 애플리케이션 프로그램 인터페이스(application program interface, API) 등과 같은 다양한 실행가능 모듈을 포함할 수 있다. 펌웨어는 비트-마스크 판독-전용 메모리(ROM) 또는 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리(NVM)에 저장될 수 있다. 다양한 구현에서, ROM에의 펌웨어의 저장은 플래시 메모리를 보전할 수 있다. NVM은 예를 들어 프로그래밍가능한 ROM(PROM), 소거가능하고 프로그래밍가능한 ROM(EPROM), 전기적으로 소거가능하고 프로그래밍가능한 ROM(EEPROM), 또는 동적 RAM(DRAM), 더블 데이터 레이트(Double-Data-Rate) DRAM(DDRAM) 및/또는 동기 DRAM(SDRAM)과 같은 배터리 지원 랜덤-액세스 메모리(battery backed random-access memory, RAM)를 포함하는 다른 유형의 메모리를 포함할 수 있다.
일 형태에서, 모듈(1008, 1010)들은 장치(1004, 1006)들의 다양한 측정 가능 특성들을 모니터링하고, 장치(1004, 1006)들을 동작시키기 위한 대응하는 출력 제어 신호들을 생성하기 위한 프로그램 명령어들을 실행하기 위한 프로세서로서 구현되는 하드웨어 구성요소를 포함한다. 생성기(1002)가 장치(1004)와 함께 사용되는 형태들에서, 출력 제어 신호는 절단 및/또는 응고 동작 모드들에서 초음파 트랜스듀서(1014)를 구동할 수 있다. 장치(1004) 및/또는 조직의 전기적 특성들이 측정되어, 생성기(1002)의 동작 태양들을 제어하는 데 사용되고/되거나 사용자에게 피드백으로서 제공될 수 있다. 생성기(1002)가 장치(1006)와 함께 사용되는 형태들에서, 출력 제어 신호는 절단, 응고 및/또는 건조 모드들에서 엔드 이펙터(1032)에 전기 에너지(예컨대, RF 에너지)를 공급할 수 있다. 장치(1006) 및/또는 조직의 전기적 특성들이 측정되어, 생성기(1002)의 동작 태양들을 제어하는 데 사용되고/되거나 사용자에게 피드백으로서 제공될 수 있다. 다양한 형태들에서, 앞서 논의된 바와 같이, 하드웨어 구성요소들은 DSP, PLD, ASIC, 회로 및/또는 레지스터로서 구현될 수 있다. 일 형태에서, 프로세서는 컴퓨터 소프트웨어 프로그램 명령어들을 저장하고 실행하여, 초음파 트랜스듀서(1014) 및 단부 작동기(1026, 1032)들과 같은 장치(1004, 1006)들의 다양한 구성요소들을 구동하기 위한 계단 함수 출력 신호들을 생성하도록 구성될 수 있다.
도 18은 일 형태에 따른 초음파 트랜스듀서(1014)와 같은 초음파 트랜스듀서의 등가 회로(1050)를 도시한다. 회로(1050)는 공진기의 전기 기계적 특성들을 정의하는 직렬 접속된 인덕턴스(Ls), 저항(Rs) 및 커패시턴스(Cs)를 갖는 제1 "동적" 분로 및 정적 커패시턴스(Co)를 갖는 제2 용량성 분로를 포함한다. 구동 전류(Ig)가 구동 전압(Vg)에서 생성기로부터 수신될 수 있고, 이때 동적 전류(Im)가 제1 분로를 통해 흐르고, 전류(Ig - Im)가 용량 분로를 통해 흐른다. Ig 및 Vg를 적합하게 제어함으로써 초음파 트랜스듀서의 전기기계적 특성들의 제어가 달성될 수 있다. 전술된 바와 같이, 통상적인 생성기 아키텍처들은 병렬 공진 회로에서 공진 주파수에서 정적 커패시턴스(C0)를 튜닝 아웃하기 위한 튜닝 인덕터(Lt)(도 18에서 가상선으로 도시됨)를 포함하여, 생성기의 전류 출력(Ig)의 실질적으로 전부가 동적 분로를 통해 흐르게 한다. 이러한 방식으로, 생성기 전류 출력(Ig)을 제어함으로써 동적 분로 전류(Im)의 제어가 달성된다. 그러나, 튜닝 인덕터(Lt)는 초음파 트랜스듀서의 정적 커패시턴스(Co)에 고유하며, 상이한 정적 커패시턴스를 갖는 상이한 초음파 트랜스듀서는 상이한 튜닝 인덕터(Lt)를 필요로 한다. 더욱이, 튜닝 인덕터(Lt)는 단일 공진 주파수에서의 정적 커패시턴스(Co)의 공칭 값에 정합되므로, 그 주파수에서만 동적 분로 전류(Im)의 정확한 제어가 보증되며, 주파수가 트랜스듀서 온도에 따라 하향 이동함에 따라, 동적 분로 전류의 정확한 제어가 손상된다.
생성기(1002)의 형태들은 동적 분로 전류(Im)를 모니터링하기 위해 튜닝 인덕터(Lt)에 의존하지 않는다. 대신에, 생성기(1002)는 특정 초음파 수술 장치(1004)에 대한 전력의 인가들 사이에서의 정적 커패시턴스(Co)의 측정 값을 (구동 신호 전압 및 전류 피드백 데이터와 함께) 사용하여, 동적 분로 전류(Im)의 값들을 동적으로 그리고 진행 방식으로(예컨대, 실시간으로) 결정할 수 있다. 따라서, 생성기(1002)의 그러한 형태들은 정적 커패시턴스(Co)의 공칭 값에 의해 지시되는 단일 공진 주파수에서만이 아니라 임의의 주파수에서 정적 커패시턴스(Co)의 임의의 값에 튜닝되거나 공진하는 시스템을 시뮬레이션하기 위한 가상 튜닝을 제공할 수 있다.
도 19는 많은 이점들 중에서 특히, 전술된 바와 같은 인덕터를 사용하지 않는 튜닝을 제공하기 위한 생성기(1002)의 일 형태의 간단화된 블록도이다. 생성기(1002)의 추가 상세 사항들이, 통상적으로 양도되고 동시에 출원된, 발명의 명칭이 "초음파 및 전기 수술 장치용 수술 생성기(Surgical Generator For Ultrasonic And Electrosurgical Devices)"인 미국 특허 출원 제12/896,360호(대리인 관리 번호 END6673USNP/100558)에서 기술되어 있으며, 그 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 도 19를 참조하면, 생성기(1002)는 전력 변압기(1056)를 통해 비-절연 스테이지(1054)와 통신하는 환자 절연 스테이지(1052)를 포함할 수 있다. 전력 변압기(1056)의 보조 권선(1058)은 절연 스테이지(1052) 내에 포함되며, 구동 신호들을 예를 들어 초음파 수술 장치(1004) 및 전기 수술 장치(1006)와 같은 상이한 수술 장치들로 출력하기 위한 구동 신호 출력(1060a, 1060b, 1060c)들을 정의하기 위한 탭 형성된(tapped) 구성(예컨대, 중앙에 탭 형성된 또는 비-중앙에 탭 형성된 구성)을 포함할 수 있다. 특히, 구동 신호 출력(1060a, 1060c)들은 초음파 구동 신호(예컨대, 420V RMS 구동 신호)를 초음파 수술 장치(1004)로 출력할 수 있고, 구동 신호 출력(1060b, 1060c)들은 전기 수술 구동 신호(예컨대, 100V RMS 구동 신호)를 전기 수술 장치(1006)로 출력할 수 있으며, 이때 출력(1060b)은 전력 변압기(1056)의 중앙 탭에 대응한다.
소정 형태들에서, 초음파 및 전기 수술 구동 신호들은 상이한 수술 기구들에 동시에 그리고/또는 초음파 및 전기 수술 에너지 둘 모두를 조직에 전달하기 위한 능력을 갖는 단일 수술 기구에 제공될 수 있다. 하나의 예시적인 형태의 그러한 수술 기구의 블레이드(79) 및 클램프 아암 조립체(415)의 일례가 도 13과 관련하여 위에서 제공되었다. 전용 전기 수술 기구 및/또는 겸용 초음파/전기 수술 기구에 제공되는 전기 수술 신호가 치료 레벨 또는 치료 수준 이하 레벨 신호일 수 있다는 것을 알 것이다.
비-절연 스테이지(1054)는 전력 변압기(1056)의 주 권선(1064)에 접속된 출력을 갖는 전력 증폭기(1062)를 포함할 수 있다. 소정 형태들에서, 전력 증폭기(1062)는 푸시-풀(push-pull) 증폭기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비-절연 스테이지(1054)는 디지털 출력을 디지털-아날로그 컨버터(DAC)(1068)에 공급하기 위한 논리 장치(1066)를 추가로 포함할 수 있으며, 이어서 DAC는 대응하는 아날로그 신호를 전력 증폭기(1062)의 입력에 공급한다. 소정 형태들에서, 논리 장치(1066)는 예를 들어 많은 논리 회로 중에서 특히 프로그래머블 게이트 어레이(PGA), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 프로그래머블 논리 장치(PLD)를 포함할 수 있다. 따라서, 논리 장치(1066)는 DAC(1068)를 통해 전력 증폭기(1062)의 입력을 제어함으로써, 구동 신호 출력(1060a, 1060b, 1060c)들에서 나타나는 구동 신호들의 임의의 다수의 파라미터(예컨대, 주파수, 파형 형상, 파형 진폭)를 제어할 수 있다. 소정 형태들에서 그리고 이하에서 논의되는 바와 같이, 논리 장치(1066)는 프로세서(예컨대, 이하에서 논의되는 디지털 신호 프로세서)와 관련하여, 생성기(1002)에 의해 출력되는 구동 신호들의 파라미터들을 제어하기 위한 다수의 디지털 신호 처리(DSP) 기반 및/또는 다른 제어 알고리즘들을 구현할 수 있다.
스위치 모드 조절기(1070)에 의해 전력 증폭기(1062)의 전력 레일(rail)에 전력이 제공될 수 있다. 소정 형태들에서, 스위치 모드 조절기(1070)는 예를 들어 조정 가능한 벅(buck) 조절기를 포함할 수 있다. 비-절연 스테이지(1054)는 제1 프로세서(1074)를 추가로 포함할 수 있으며, 이는 일 형태에서 예를 들어 미국 메사추세츠주 노우드 소재의 아날로그 디바이시즈(Analog Devices)로부터 입수 가능한 아날로그 디바이시즈 ADSP-21469 SHARC DSP와 같은 DSP 프로세서를 포함할 수 있지만, 다양한 형태들에서는 임의의 적합한 프로세서가 채용될 수 있다. 소정 형태들에서, 프로세서(1074)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(1076)를 통해 DSP 프로세서(1074)에 의해 전력 증폭기(1062)로부터 수신되는 전압 피드백 데이터에 응답하여 스위치-모드 전력 컨버터(1070)의 동작을 제어할 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, DSP 프로세서(1074)는 전력 증폭기(1062)에 의해 증폭되는 신호(예컨대, RF 신호)의 파형 포락선(waveform envelope)을 ADC(1076)를 통해 입력으로서 수신할 수 있다. 이어서, DSP 프로세서(1074)는 (예컨대, 펄스-폭 변조(pulse-width modulated, PWM) 출력을 통해) 스위치-모드 조절기(1070)를 제어할 수 있어서, 전력 증폭기(1062)에 공급되는 레일 전압은 증폭된 신호의 파형 포락선을 따른다. 파형 포락선에 기초하여 전력 증폭기(1062)의 레일 전압을 동적으로 변조함으로써, 전력 증폭기(1062)의 효율은 고정 레일 전압 증폭기 계획들에 비해 상당히 개선될 수 있다.
소정 형태들에서, 논리 장치(1066)는 DSP 프로세서(1074)와 관련하여, 생성기(1002)에 의해 출력되는 구동 신호들의 파형 형상, 주파수 및/또는 진폭을 제어하기 위해 직접 디지털 합성기(DDS) 제어 계획을 구현할 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, 논리 장치(1066)는 FPGA에 내장될 수 있는 동적 갱신 룩업 테이블(LUT), 예를 들어 RAM LUT에 저장된 파형 샘플들을 재호출함으로써 DDS 제어 알고리즘을 구현할 수 있다. 이 제어 알고리즘은 초음파 트랜스듀서(1014)와 같은 초음파 트랜스듀서가 그의 공진 주파수에서 순수한 사인파 전류에 의해 구동될 수 있는 초음파 응용에 특히 유용하다. 다른 주파수들은 기생 공진들을 유발할 수 있으므로, 동적 분로 전류의 총 왜곡을 최소화하거나 감소시킴으로써 바람직하지 않은 공진 효과들을 최소화하거나 감소시킬 수 있다. 생성기(1002)에 의해 출력되는 구동 신호의 파형 형상은 출력 구동 회로(예컨대, 전력 변압기(1056), 전력 증폭기(1062)) 내에 존재하는 다양한 왜곡 소스들에 의해 영향을 받으므로, 구동 신호에 기초하는 전압 및 전류 피드백 데이터가 DSP 프로세서(1074)에 의해 구현되는 에러 제어 알고리즘과 같은 알고리즘에 입력될 수 있으며, 이 알고리즘은 LUT에 저장된 파형 샘플들을 동적 진행 방식으로(예컨대, 실시간으로) 적절히 사전-왜곡시키거나 변경함으로써 왜곡을 보상한다. 일 형태에서, LUT 샘플들에 적용되는 사전-왜곡의 양 또는 정도는 계산된 동적 분로 전류와 원하는 전류 파형 형상 사이의 에러에 기초할 수 있으며, 에러는 샘플 단위로 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 사전-왜곡된 LUT 샘플들은 구동 회로를 통해 처리될 때 동적 분로 구동 신호가 초음파 트랜스듀서를 최적으로 구동하기 위한 원하는 파형 형상(예컨대, 사인파)을 갖게 할 수 있다. 따라서, 그러한 형태들에서, LUT 파형 샘플들은 구동 신호의 원하는 파형 형상을 나타내는 것이 아니라, 오히려 왜곡 효과들이 고려될 때 동적 분로 구동 신호의 원하는 파형 형상을 궁극적으로 생성하는 데 필요한 파형 형상을 나타낼 것이다.
비-절연 스테이지(1054)는 생성기(1002)에 의해 출력되는 구동 신호들의 전압 및 전류를 각각 샘플링하기 위해 각각의 절연 변압기(1082, 1084)들을 통해 전력 변압기(1056)의 출력에 결합되는 ADC(1078) 및 ADC(1080)를 추가로 포함할 수 있다. 소정 형태들에서, ADC(1078, 1080)들은 구동 신호들의 오버샘플링을 가능하게 하기 위해 고속(예컨대, 80 MSPS)으로 샘플링하도록 구성될 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, ADC(1078, 1080)들의 샘플링 속도는 구동 신호들의 약 200x (주파수에 따름) 오버샘플링을 가능하게 할 수 있다. 소정 형태들에서, ADC(1078, 1080)의 샘플링 동작들은 양방향 멀티플렉서를 통해 입력 전압 및 전류 신호들을 수신하는 단일 ADC에 의해 수행될 수 있다. 생성기(1002)의 형태들에서의 고속 샘플링의 사용은 많은 것 중 특히 (소정 형태들에서, 전술된 DDS 기반 파형 형상 제어를 구현하는 데 사용될 수 있는) 동적 분로를 통해 흐르는 복합 전류의 계산, 샘플링된 신호들의 정확한 디지털 필터링, 및 실제 전력 소비의 고정밀도 계산을 가능하게 할 수 있다. ADC(1078, 1080)들에 의해 출력되는 전압 및 전류 피드백 데이터는 논리 장치(1066)에 의해 수신 및 처리(예컨대, FIFO 버퍼링, 다중화)될 수 있으며, 예를 들어 DSP 프로세서(1074)에 의한 후속 검색을 위해 데이터 메모리에 저장될 수 있다. 전술된 바와 같이, 전압 및 전류 피드백 데이터는 LUT 파형 샘플들을 동적으로 그리고 진행 방식으로 사전-왜곡시키거나 변경하기 위한 알고리즘에 대한 입력으로서 사용될 수 있다. 소정 형태들에서, 이는 각각의 저장된 전압 및 전류 피드백 데이터 쌍이 이 전압 및 전류 피드백 데이터 쌍을 획득할 때 논리 장치(1066)에 의해 출력된 대응하는 LUT 샘플에 기초하여 인덱싱되거나 달리 그와 관련되는 것을 필요로 할 수 있다. 이러한 방식의 LUT 샘플들과 전압 및 전류 피드백 데이터의 동기화는 사전-왜곡 알고리즘의 정확한 타이밍 및 안정성에 기여한다.
소정 형태들에서, 전압 및 전류 피드백 데이터는 구동 신호들의 주파수 및/또는 진폭(예컨대, 전류 진폭)을 제어하는 데 사용될 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, 전압 및 전류 피드백 데이터는 임피던스 위상을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이어서, 구동 신호의 주파수는 결정된 임피던스 위상과 임피던스 위상 설정점(예컨대, 0°) 사이의 차이를 최소화하거나 감소시킴으로써 고조파 왜곡의 영향들을 최소화하거나 감소시키고, 그에 따라 임피던스 위상 측정 정확도를 향상시키도록 제어될 수 있다. 위상 임피던스 및 주파수 제어 신호의 결정은, 예를 들어 DSP 프로세서(1074)에서 구현될 수 있으며, 이때 주파수 제어 신호는 논리 장치(1066)에 의해 구현되는 DDS 제어 알고리즘에 입력으로서 공급될 수 있다.
다른 형태에서, 예를 들어, 구동 신호의 전류 진폭을 전류 진폭 설정점으로 유지하기 위해 전류 피드백 데이터가 모니터링될 수 있다. 전류 진폭 설정점은 직접 지정될 수 있거나, 지정된 전압 진폭 및 전력 설정점들에 기초하여 간접 결정될 수 있다. 소정 형태들에서, 전류 진폭의 제어는 프로세서(1074)에서 예를 들어 PID 제어 알고리즘과 같은 제어 알고리즘에 의해 구현될 수 있다. 구동 신호의 전류 진폭을 적합하게 제어하기 위해 제어 알고리즘에 의해 제어되는 변수들은 예를 들어 논리 장치(1066)에 저장된 LUT 파형 샘플들의 스케일링 및/또는 DAC(1086)를 통한 (전력 증폭기(1062)에 입력을 공급하는) DAC(1068)의 풀-스케일(full-scale) 출력 전압을 포함할 수 있다.
비-절연 스테이지(1054)는 특히 사용자 인터페이스(UI) 기능을 제공하기 위한 제2 프로세서(1090)를 추가로 포함할 수 있다. 일 형태에서, UI 프로세서(1090)는 예를 들어 미국 캘리포니아주 새너제이 소재의 아트멜 코포레이션(Atmel Corporation)으로부터 입수 가능한 ARM 926EJ-S 코어를 갖는 아트멜 AT91SAM9263 프로세서를 포함할 수 있다. UI 프로세서(1090)에 의해 지원되는 UI 기능의 예는 가청 및 시각적 사용자 피드백, (예컨대, 유니버설 직렬 버스(USB) 인터페이스를 통한) 주변 장치들과의 통신, 풋 스위치(1020)와의 통신, 입력 장치(1009)(예컨대, 터치스크린 디스플레이)와의 통신 및 출력 장치(1047)(예컨대, 스피커)와의 통신을 포함할 수 있다. 프로세서(1090)는 (예컨대, 직렬 주변장치 인터페이스(serial peripheral interface, SPI) 버스들을 통해) 프로세서(1074) 및 논리 장치(1066)와 통신할 수 있다. UI 프로세서(1090)는 주로 UI 기능을 지원할 수 있지만, 소정 형태들에서는 DSP 프로세서(1074)와 협력하여 위험 완화를 구현할 수 있다. 예를 들어, UI 프로세서(1090)는 사용자 입력 및/또는 다른 입력들(예컨대, 터치스크린 입력들, 풋 스위치(1020) 입력들(도 17), 온도 센서 입력들)의 다양한 태양들을 모니터링하도록 프로그래밍될 수 있으며, 에러 조건이 검출될 때 생성기(1002)의 구동 출력을 디스에이블할 수 있다.
소정 형태들에서, DSP 프로세서(1074) 및 UI 프로세서(1090) 둘 모두는 예를 들어 생성기(1002)의 동작 상태를 결정 및 모니터링할 수 있다. DSP 프로세서(1074)의 경우, 생성기(1002)의 동작 상태는 예를 들어 DSP 프로세서(1074)에 의해 어떠한 제어 및/또는 진단 프로세스들이 구현되는지를 지시할 수 있다. UI 프로세서(1090)의 경우, 생성기(1002)의 동작 상태는 예를 들어 사용자 인터페이스의 어떤 요소들(예컨대, 디스플레이 스크린, 사운드)이 사용자에게 제공되는지를 지시할 수 있다. 각자의 DSP 및 UI 프로세서(1074, 1090)들은 생성기(1002)의 현재의 동작 상태를 독립적으로 유지하고, 현재의 동작 상태로부터 가능한 전이들을 인식 및 평가할 수 있다. DSP 프로세서(1074)는 이러한 관계에서 마스터로서 기능하고, 동작 상태들 사이의 전이가 언제 발생할지를 결정할 수 있다. UI 프로세서(1090)는 동작 상태들 사이의 유효한 전이를 인식할 수 있고, 특정 전이가 적절한지를 확인할 수 있다. 예를 들어, DSP 프로세서(1074)가 UI 프로세서(1090)에게 특정 상태로 전이하도록 지시할 때, UI 프로세서(1090)는 요청된 전이가 유효한지를 확인할 수 있다. 요청된 상태들 사이의 전이가 UI 프로세서(1090)에 의해 유효하지 않은 것으로 결정되는 경우, UI 프로세서(1090)는 생성기(1002)가 실패 모드에 들어가게 할 수 있다.
비-절연 스테이지(1054)는 입력 장치(1045)(예컨대, 생성기(1002)를 온 및 오프 상태로 하는 데 사용되는 용량성 터치 센서, 용량성 터치스크린)를 모니터링하기 위한 제어기(1096)를 추가로 포함할 수 있다. 소정 형태들에서, 제어기(1096)는 UI 프로세서(1090)와 통신하는 적어도 하나의 프로세서 및/또는 다른 제어기 장치를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, 제어기(1096)는 하나 이상의 용량성 터치 센서를 통해 제공되는 사용자 입력을 모니터링하도록 구성되는 프로세서(예컨대, 아트멜로부터 입수 가능한 Mega168 8비트 제어기)를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 제어기(1096)는 용량성 터치스크린으로부터의 터치 데이터의 획득을 제어 및 관리하기 위한 터치스크린 제어기(예컨대, 아트멜로부터 입수 가능한 QT5480 터치스크린 제어기)를 포함할 수 있다.
소정 형태들에서, 생성기(1002)가 "파워 오프" 상태에 있을 때, 제어기(1096)는 (이하에서 논의되는 전원(2011)과 같은 생성기(1002)의 전원으로부터 라인을 통해) 동작 전력을 계속 수신할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기(196)는 생성기(1002)를 온 및 오프 상태로 하기 위한 입력 장치(1045)(예컨대, 생성기(1002)의 전면 패널 상에 배치된 용량성 터치 센서)를 계속 모니터링할 수 있다. 생성기(1002)가 파워 오프 상태에 있을 때, 제어기(1096)는 사용자에 의한 "온/오프" 입력 장치(1045)의 활성화가 검출되는 경우에 전원을 깨울 수 있다(예컨대, 전원(2011)의 하나 이상의 DC/DC 전압 컨버터(2013)의 동작을 가능하게 할 수 있다). 따라서, 제어기(1096)는 생성기(1002)를 "파워 온" 상태로 전이시키기 위한 시퀀스를 시작할 수 있다. 역으로, 생성기(1002)가 파워 온 상태에 있을 때 "온/오프" 입력 장치(1045)의 활성화가 검출되는 경우에, 제어기(1096)는 생성기(1002)를 파워 오프 상태로 전이시키기 위한 시퀀스를 시작할 수 있다. 소정 형태들에서, 예를 들어, 제어기(1096)는 "온/오프" 입력 장치(1045)의 활성화를 프로세서(1090)에 보고할 수 있으며, 이어서 이 프로세서는 생성기(1002)를 파워 오프 상태로 전이시키는 데 필요한 프로세스 시퀀스를 구현한다. 그러한 형태들에서, 제어기(196)는 생성기의 파워 온 상태가 설정된 후에 생성기(1002)로부터 전력의 제거를 유발하기 위한 독립적인 능력을 갖지 않을 수 있다.
소정 형태들에서, 제어기(1096)는 생성기(1002)로 하여금 파워 온 또는 파워 오프 시퀀스가 개시되었다는 것을 사용자에게 경고하기 위한 가청 또는 다른 감각 피드백을 제공하게 할 수 있다. 그러한 경고는 파워 온 또는 파워 오프 시퀀스의 시작 시에 그리고 시퀀스와 관련된 다른 프로세스들의 시작 전에 제공될 수 있다.
소정 형태들에서, 절연 스테이지(1052)는 예를 들어 수술 장치의 제어 회로(예컨대, 핸드피스 스위치들을 포함하는 제어 회로)와 예를 들어 프로그래밍 가능 논리 장치(1066), DSP 프로세서(1074) 및/또는 UI 프로세서(190)와 같은 비-절연 스테이지(1054)의 구성요소들 사이에 통신 인터페이스를 제공하기 위한 기구 인터페이스 회로(1098)를 포함할 수 있다. 기구 인터페이스 회로(1098)는 예를 들어 적외선(IR)-기반 통신 링크와 같이 스테이지(1052, 1054)들 사이에 적합한 정도의 전기 절연을 유지하는 통신 링크를 통해 비-절연 스테이지(1054)의 구성요소들과 정보를 교환할 수 있다. 예를 들어, 비-절연 스테이지(1054)로부터 구동되는 절연 변압기에 의해 급전되는 로우-드롭아웃(low-dropout) 전압 조절기를 사용하여 기구 인터페이스 회로(1098)에 전력이 제공될 수 있다.
일 형태에서, 기구 인터페이스 회로(198)는 신호 컨디셔닝 회로(2002)와 통신하는 논리 장치(2000)(예컨대, 논리 회로, 프로그래밍 가능 논리 회로, PGA, FPGA, PLD)를 포함할 수 있다. 신호 컨디셔닝 회로(2002)는 논리 회로(2000)로부터 주기적인 신호(예컨대, 2 ㎑ 구형파)를 수신하여, 동일 주파수를 갖는 양극 질의 신호(bipolar interrogation signal)를 생성하도록 구성될 수 있다. 질의 신호는 예를 들어 차동 증폭기에 의해 공급되는 양극 전류 소스를 사용하여 생성될 수 있다. 질의 신호는 (예컨대, 생성기(102)를 수술 장치에 연결하는 케이블 내의 도전체 쌍을 사용함으로써) 수술 장치 제어 회로로 전달될 수 있고, 제어 회로의 상태 또는 구성을 결정하기 위해 모니터링될 수 있다. 제어 회로는 질의 신호의 하나 이상의 특성(예컨대, 진폭, 정류)을 변경하여 제어 회로의 상태 또는 구성이 하나 이상의 특성에 기초하여 고유하게 식별될 수 있게 하기 위한 다수의 스위치, 저항기 및/또는 다이오드를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, 신호 컨디셔닝 회로(2002)는 질의 신호의 제어 회로 통과로부터 발생하는 제어 회로의 입력들에 걸쳐 나타나는 전압 신호의 샘플들을 생성하기 위한 ADC를 포함할 수 있다. 이어서, 논리 장치(2000)(또는 비-절연 스테이지(1054)의 구성요소)는 ADC 샘플들에 기초하여 제어 회로의 상태 또는 구성을 결정할 수 있다.
일 형태에서, 기구 인터페이스 회로(1098)는 논리 회로(2000)(또는 기구 인터페이스 회로(1098)의 다른 요소)와 수술 장치 내에 배치되거나 그와 달리 관련된 제1 데이터 회로 사이의 정보 교환을 가능하게 하기 위한 제1 데이터 회로 인터페이스(2004)를 포함할 수 있다. 소정 형태들에서, 예를 들어, 제1 데이터 회로(2006)(도 16a)는 수술 장치 핸드피스에 일체로 부착된 케이블 내에 또는 특정 수술 장치 유형 또는 모델을 생성기(1002)와 인터페이싱하기 위한 어댑터 내에 배치될 수 있다. 데이터 회로(2006)는 임의의 적합한 방식으로 구현될 수 있으며, 예를 들어 회로(6006)와 관련하여 본 명세서에서 설명되는 것들을 포함한 임의의 적합한 프로토콜에 따라 생성기와 통신할 수 있다. 소정 형태들에서, 제1 데이터 회로는 전기적으로 소거가능하고 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리(EEPROM) 장치와 같은 비휘발성 저장 장치를 포함할 수 있다. 소정 형태들에서 그리고 도 19를 다시 참조하면, 제1 데이터 회로 인터페이스(2004)는 논리 장치(2000)와 별개로 구현될 수 있으며, 프로그래밍 가능 논리 장치(2000)와 제1 데이터 회로 사이의 통신을 가능하게 하기 위한 적합한 회로(예컨대, 개별 논리 장치, 프로세서)를 포함할 수 있다. 다른 형태들에서, 제1 데이터 회로 인터페이스(2004)는 논리 장치(2000)와 일체로 될 수 있다.
소정 형태들에서, 제1 데이터 회로(2006)는 그와 관련된 특정 수술 장치에 관한 정보를 저장할 수 있다. 그러한 정보는 예를 들어 모델 번호, 일련 번호, 수술 장치가 사용된 수술들의 수 및/또는 임의의 다른 유형의 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 기구 인터페이스 회로(1098)에 의해(예컨대, 논리 장치(2000)에 의해) 판독될 수 있고, 출력 장치(1047)를 통해 사용자에게 제공하기 위해 그리고/또는 생성기(1002)의 기능 또는 동작을 제어하기 위해 비-절연 스테이지(1054)의 구성요소로(예컨대, 논리 장치(1066), DSP 프로세서(1074) 및/또는 UI 프로세서(1090)로) 전송될 수 있다. 부가적으로, 임의의 유형의 정보가 제1 데이터 회로 인터페이스(2004)를 통해(예컨대, 논리 장치(2000)를 사용하여) 저장을 위해 제1 데이터 회로(2006)로 전달될 수 있다. 그러한 정보는 예를 들어 수술 장치가 사용된 수술들의 갱신된 수 및/또는 그의 사용 날짜들 및/또는 시각들을 포함할 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 수술 기구는 기구 상호교환성 및/또는 처분성을 증진시키기 위해 핸드피스로부터 분리 가능할 수 있다(예컨대, 기구(1024)가 핸드피스(1014)로부터 분리 가능할 수 있다). 그러한 경우에, 통상적인 생성기들은 사용되는 특정 기구 구성들을 인식하고, 그에 따라 제어 및 진단 프로세스를 최적화하는 그들의 능력에 있어서 제한될 수 있다. 그러나, 이러한 문제를 해결하기 위해 수술 장치 기구들에 판독가능 데이터 회로들을 추가하는 것은 호환성 관점에서 문제가 된다. 예를 들어, 필요한 데이터 판독 기능이 없는 발생기들과 역호환가능하게 유지되도록 수술 장치를 설계하는 것은 예를 들어 상이한 신호 계획들, 설계 복잡성 및 비용으로 인해 실용적이지 못할 수 있다. 본 명세서에서 논의되는 기구들의 형태들은 경제적으로 그리고 수술 장치들과 현재의 생성기 플랫폼들의 호환성을 유지하기 위한 최소한의 설계 변경들을 이용하여 기존의 수술 기구들 내에 구현될 수 있는 데이터 회로들을 사용함으로써 이들 문제를 해결한다.
부가적으로, 생성기(1002)의 형태들은 기구 기반 데이터 회로들과의 통신을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 생성기(1002)는 수술 장치(도 16a)의 기구(예컨대, 기구(1024)) 내에 포함된 제2 데이터 회로(2007)와 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 형태들에서, 제2 데이터 회로(2007)는 본 명세서에서 설명되는 데이터 회로(6006)와 매우 유사하게 구현될 수 있다. 기구 인터페이스 회로(1098)는 이러한 통신을 가능하게 하는 제2 데이터 회로 인터페이스(2010)를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 제2 데이터 회로 인터페이스(2010)는 3-상태 디지털 인터페이스를 포함할 수 있지만, 다른 인터페이스들이 또한 사용될 수 있다. 소정 형태들에서, 제2 데이터 회로는 일반적으로 데이터를 전송 및/또는 수신하기 위한 임의의 회로일 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, 제2 데이터 회로는 그와 관련된 특정 수술 기구에 관한 정보를 저장할 수 있다. 그러한 정보는 예를 들어 모델 번호, 일련 번호, 수술 기구가 사용된 수술들의 수 및/또는 임의의 다른 유형의 정보를 포함할 수 있다. 일부 형태들에서, 제2 데이터 회로(2007)는 관련 트랜스듀서(1014), 엔드 이펙터(1026) 또는 초음파 구동 시스템의 전기 및/또는 초음파 특성들에 대한 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 제1 데이터 회로(2006)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 번인 주파수 기울기를 표시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 임의의 유형의 정보가 제2 데이터 회로 인터페이스(2010)를 통해(예컨대, 논리 장치(2000)를 사용하여) 저장을 위해 제2 데이터 회로로 전달될 수 있다. 그러한 정보는 예를 들어 기구가 사용된 수술들의 갱신된 수 및/또는 그의 사용 날짜들 및/또는 시각들을 포함할 수 있다. 소정 형태들에서, 제2 데이터 회로는 하나 이상의 센서(예컨대, 기구 기반 온도 센서)에 의해 획득된 데이터를 전송할 수 있다. 소정 형태들에서, 제2 데이터 회로는 생성기(1002)로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터에 기초하여 사용자에게 표시(예컨대, LED 표시 또는 다른 시각적 표시)를 제공할 수 있다.
소정 형태들에서, 제2 데이터 회로 및 제2 데이터 회로 인터페이스(2010)는 논리 장치(2000)와 제2 데이터 회로 사이의 통신이 이러한 목적을 위해 추가적인 도전체들(예컨대, 핸드피스를 생성기(1002)에 연결하는 케이블의 전용 도전체들)을 제공할 필요 없이 실행될 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, 신호 컨디셔닝 회로(2002)로부터 핸드피스 내의 제어 회로로 질의 신호들을 전송하는 데 사용되는 도전체들 중 하나와 같은 기존 케이블링 상에 구현되는 1-와이어 버스 통신 계획을 사용하여 제2 데이터 회로로 그리고 제2 데이터 회로로부터 정보가 전달될 수 있다. 이러한 방식으로, 그렇지 않을 경우에 필요할 수 있는 수술 장치에 대한 설계 변경들 또는 수정들이 최소화되거나 감소될 수 있다. 더욱이, 공통 물리 채널을 통해 구현되는 상이한 유형의 통신들이 주파수 대역 분리될 수 있으므로, 제2 데이터 회로의 존재는 필요한 데이터 판독 기능을 갖지 않는 생성기들에게는 "보이지 않을" 수 있으며, 따라서 수술 장치 기구의 역호환성을 가능하게 할 수 있다.
소정 형태들에서, 절연 스테이지(1052)는 환자로의 DC 전류의 통과를 방지하기 위해 구동 신호 출력(1060b)에 접속되는 적어도 하나의 차단 커패시터(2096-1)를 포함할 수 있다. 예를 들어 의료 규정들 또는 표준들을 따르기 위해 단일 차단 커패시터가 요구될 수 있다. 단일-커패시터 설계의 실패는 비교적 드물지만, 그럼에도 불구하고 그러한 실패는 부정적인 결과들을 가질 수 있다. 일 형태에서, 제2 차단 커패시터(2096-2)가 차단 커패시터(2096-1)와 직렬로 제공될 수 있으며, 이때 차단 커패시터(2096-1, 2096-2)들 사이의 일 지점으로부터의 전류 누설이 누설 전류에 의해 유발되는 전압을 샘플링하기 위해 예를 들어 ADC(2098)에 의해 모니터링될 수 있다. 샘플들은 예를 들어 논리 회로(2000)에 의해 수신될 수 있다. (도 19의 형태에서 전압 샘플들에 의해 표시되는 바와 같은) 누설 전류의 변화들에 기초하여, 생성기(1002)는 차단 커패시터(2096-1, 2096-2)들 중 적어도 하나가 언제 실패했는지를 결정할 수 있다. 따라서, 도 19의 형태는 단일 장애점(single point of failure)을 갖는 단일-커패시터 설계를 능가하는 이점을 제공한다.
소정 형태들에서, 비-절연 스테이지(1054)는 적합한 전압 및 전류의 DC 전력을 출력하기 위한 전원(2011)을 포함할 수 있다. 전원은 예를 들어 48 VDC 시스템 전압을 출력하기 위한 400W 전원을 포함할 수 있다. 전원(2011)은 전원의 출력을 수신하여 생성기(1002)의 다양한 구성요소들에 의해 요구되는 전압들 및 전류들의 DC 출력들을 생성하기 위한 하나 이상의 DC/DC 전압 컨버터(2013)를 추가로 포함할 수 있다. 제어기(1096)와 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, DC/DC 전압 컨버터(2013)들 중 하나 이상은 사용자에 의한 "온/오프" 입력 장치(1045)의 활성화가 제어기(1096)에 의해 검출될 때 제어기(1096)로부터 입력을 수신하여, DC/DC 전압 컨버터(2013)들의 동작을 가능하게 하거나 이들을 깨울 수 있다.
다양한 형태의 수술 시스템(19(도 1), 190(도 10), 1000(도 16))들의 동작 상세 사항들을 설명하였지만, 전술된 수술 시스템(19, 190, 1000)들의 동작들은 일반적으로 입력 장치(406, 1045) 및 생성기(1002)를 포함하는 수술 기구를 채용하여 조직을 절단하고 응고시키기 위한 프로세스와 관련하여 추가로 설명될 수 있다. 동작 상세 사항들과 관련하여 특정 프로세스가 설명되지만, 이 프로세스는 본 명세서에서 설명되는 일반적인 기능이 수술 시스템(19, 190, 1000)들 중 어느 하나에 의해 어떻게 구현될 수 있는지의 일례를 제공할 뿐이라는 것을 알 수 있다. 또한, 주어진 프로세스는 달리 지시되지 않는다면 본 명세서에 제시되는 순서로 반드시 실행될 필요는 없다. 앞서 논의된 바와 같이, 입력 장치(406, 1045)들 중 어느 하나는 수술 장치(100(도 1), 120(도 10), 1002(도 16), 1006(도 16))들의 출력(예컨대, 임피던스, 전류, 전압, 주파수)을 프로그래밍하는 데 채용될 수 있다.
도 20 내지 도 22는 초음파 엔드 이펙터(1026) 블레이드의 빠른 가열이 언제 발생하는지를 검출하고, 시각, 가청 및/또는 촉각 피드백을 생성할 기회를 제공하고/하거나, 기구 및/또는 생성기의 동작 모드를 변경하기 위한 조직 알고리즘과 관련된 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들의 다양한 형태들을 도시한다. 예를 들어, 피드백은 출력 표시기(412)(도 9, 11) 및/또는 출력 장치(1047)(도 16)(예컨대, 통지, 전력 출력의 변조 및/또는 내용의 표시)를 통해 제공될 수 있다. 본 발명에 따르면, "초음파 수술 기구(100, 120, 1004)"와 같은 요소를 설명하기 위해 다수의 도면 부호가 사용될 때, 이는 요소들 중 어느 하나, 예를 들어 "초음파 수술 기구(100)" 또는 "초음파 수술 기구(120)" 또는 "초음파 수술 기구(1004)"를 언급한다는 것을 이해해야 한다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 임의의 알고리즘이 본 명세서에서 설명되는 임의의 기구(100, 120, 1004)에서 실행하는 데 적합하다는 것을 알 것이다.
다양한 형태들에서, 피드백은 도 9 및 11에 도시된 출력 표시기(412) 또는 도 16의 출력 장치(1047)에 의해 제공될 수 있다. 이러한 피드백 장치(예컨대, 출력 표시기(412), 출력 장치(1047))들은 엔드 이펙터(81(도 1), 810(도 10), 1026(도 16))에 의해 조작되는 조직이 사용자의 시야 밖에 있어서 사용자가 조직에서 상태 변화가 언제 발생하는지를 볼 수 없는 응용들에서 특히 유용하다. 피드백 장치는 대응하는 조직 알고리즘들과 관련될 때 논리 흐름도(700, 800, 900, 1200, 1300, 1400)들과 관련하여 설명되는 동작들에 따라 결정되는 바와 같은 조직 상태의 변화가 발생하였음을 사용자에게 전달한다. 피드백 장치들은 조직의 현재 상태 또는 조건에 따라 다양한 유형의 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다. 조직의 상태 변화는, 예를 들어 도 15a 내지 도 15c와 관련하여 전술된 논리 흐름도(700, 800, 900)들 및 도 20 내지 도 22와 관련하여 후술되는 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들뿐만 아니라 본 명세서에서 설명되는 다양한 다른 논리 흐름도들과 관련하여 설명되는 동작들에 따라 전압, 전류 및 주파수 측정들에 기초하는 트랜스듀서 및/또는 조직 측정들에 기초하여 결정될 수 있다.
일 형태에서, 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들은 생성기(30, 500)의 프로세서(400)(도 9, 11, 14) 부분 또는 생성기(1002)(도 16, 17, 19)에 의해 실행될 컴퓨터 실행 가능 명령어들을 포함하는 실행 가능 모듈들(예컨대, 알고리즘들)로서 구현될 수 있다. 다양한 형태들에서, 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들과 관련하여 설명되는 동작들은 하나 또는 둘 이상의 소프트웨어 구성요소, 예컨대 프로그램, 서브루틴, 논리; 하나 또는 둘 이상의 하드웨어 구성요소, 예컨대 프로세서, DSP, PLD, PGA, FPGA, ASIC, 회로, 논리 회로, 레지스터; 및/또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합들로서 구현될 수 있다. 일 형태에서, 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들에 의해 설명되는 동작들을 수행하기 위한 실행 가능 명령어들은 메모리에 저장될 수 있다. 실행될 때, 명령어들은 프로세서(400), DSP 프로세서(1074)(도 19) 또는 논리 장치(1066)(도 19)로 하여금 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들에서 설명되는 동작들에 따라 조직 상태의 변화를 결정하고, 출력 표시기(412)(도 9, 11) 또는 출력 표시기(1047)(도 16, 17)에 의해 사용자에게 피드백을 제공하게 한다. 그러한 실행 가능 명령어들에 따라, 프로세서(400), DSP 프로세서(1074) 및/또는 논리 장치(1066)는 생성기(30, 500, 1002)로부터 입수 가능한 전압, 전류 및/또는 주파수 신호 샘플들을 모니터링 및 평가하고, 그러한 신호 샘플들의 평가에 따라, 조직 상태의 변화가 발생하였는지를 결정한다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 조직 상태의 변화는 초음파 기구의 유형 및 기구에 동력공급하는 전력 레벨에 기초하여 결정될 수 있다. 피드백에 응답하여, 초음파 수술 기구(100, 120, 1004)들 중 어느 하나의 동작 모드가 사용자에 의해 제어될 수 있거나, 자동 또는 반자동으로 제어될 수 있다.
이제, 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들에 의해 표현되는 조직 알고리즘의 간단한 요약이 대응하는 생성기(30(도 1), 500(도 10), 1002(도 17))에 의해 구동되는 초음파 수술 기구(100, 120, 1004)들 중 어느 하나와 관련하여 설명될 것이다. 일 태양에서, 조직 알고리즘은 초음파 엔드 이펙터(81(도 1), 810(도 10), 1026(도 17))의 블레이드 부분의 온도(및 따라서, 공진)가 언제 빠르게 변하는지를 검출한다(증가하는 변화가 가장 관심대상이다). 클램핑 또는 전단기 유형의 기구의 경우, 이러한 변화는 일반적인 임상 시나리오에, 특히 최소의 조직, 조직 파편 또는 유체가 블레이드에 인접하거나 어떠한 조직, 조직 파편 또는 유체도 블레이드에 인접하지 않고, 블레이드가 클램프 아암, 클램프 패드 또는 다른 적합한 조직 편의 부재(tissue biasing member)에 대해 활성화될 때에 대응할 수 있다. 클램프 아암 및 관련 메커니즘을 갖거나 갖지 않는 기구가 조직을 처리하는 데 사용되는 비-클램핑 응용들에서, 이러한 변화는 블레이드가 뼈 또는 다른 경질 재료들에 대해 활성화될 때 또는 블레이드를 조직 타겟들에 결합하기 위해 과도한 힘이 사용될 때와 같이 빠른 가열이 발생하는 조건들에 대응한다. 이들은 예시적인 경우들이며, 빠른 블레이드 가열이 발생할 수 있는 다른 임상 시나리오들이 상상될 수 있으며, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 그러한 조직 알고리즘은 이점을 갖는다.
논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들에 의해 표현되는 조직 알고리즘 및 본 명세서에서 설명되는 임의의 알고리즘은, 본 명세서에서 설명되는 임의의 생성기(30, 500, 1002) 및 본 명세서에서 개시되는 알고리즘 또는 기술을 이용할 수 있는 다른 적합한 생성기들, 예를 들어 미국 오하이오주 신시내티 소재의 에티콘 엔도-서저리로부터 입수 가능한 GEN 04, GEN 11 생성기들 및 관련 장치들, 시스템들과 관련하여 채용될 수 있다. 따라서, 흐름도(1200, 1300, 1400)들과 관련된 조직 알고리즘의 설명에서는 대응하는 도 1 내지 도 9, 도 10 내지 도 13 및 도 16 내지 도 19와 관련하여 설명되는 생성기(30, 500, 1002)들을 참조한다.
따라서, 이제 도 1 내지 도 14를 참조하면, 초음파 수술 기구(100, 120, 1004)들 중 어느 하나의 블레이드/핸드피스 공진 시스템의 주파수는 온도에 의존한다. 예를 들어, 초음파 전단기 유형 엔드 이펙터가 클램핑된 조직 조각을 통해 절단할 때, 블레이드는 궁극적으로 조직을 통해 절단할 때까지 조직을 가열하고 얇게 한다. 이 시점에서, 블레이드는 조직 패드에 대항하여 위치하며, 둘 사이에 클램프 압력이 남아 있는 경우, 블레이드와 패드의 계면은 패드에 대한 블레이드의 기계 또는 진동 움직임을 통해 전력을 인출할 것이다. 계면에 "쌓인" 전력은 주로 블레이드 팁 내로 전도되는데, 그 이유는 패드 재료가 절연성이 크기 때문이다. 이러한 열 에너지는 블레이드 팁의 강성을 변경시키고, 따라서 이러한 (팁에 대해) 국소화된 조건들로 인해 시스템 공진이 변화할 것이다. 생성기(30, 500, 1002)는 이러한 공진을 추적한다. 전단기 예는 알고리즘이 유용한 하나의 시나리오를 예시한다. 추가적인 시나리오들은 클램프 아암이 폐쇄되어 있는 전단기 장치를 이용하는 후방 절단, 질기거나 경질인 조직에 대한 블레이드 절단, 또는 블레이드 엔드 이펙터의 열 조건을 아는 것이 요구되는 임의의 시나리오이다. 이제, 이러한 공진 추적에 논리를 적용하는 조직 알고리즘, 및 따라서 블레이드 팁 열 조건이 도 20 내지 도 22의 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들과 관련하여 설명된다.
게다가, 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들과 관련하여 설명되는 조직 알고리즘의 설명은, 본 명세서에서 설명되는 대응하는 생성기(30, 500, 1002)를 포함하는 초음파 수술 기구(100, 120, 1004)들 중 어느 하나를 사용하여 얻어지는 데이터를 통해 예시적인 예들이 곁들여질 것이다.
논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들과 관련하여 설명되는 조직 알고리즘은 전기 구동 신호들의 모니터링, 특히 구동 신호의 공진 주파수와 상관된 것들에 의존한다. 알고리즘은 공진 주파수 및 그의 시간에 따른 변화(즉, 시간에 대한 주파수의 1차 도함수)를 모니터링한다. 본 개시 내용의 전반에서, 이러한 시간에 따른 주파수 변화는 주파수 기울기로서 지칭된다. 주파수 기울기는 인접하는 (또는 비교적 가까운) 데이터 점들의 주파수 변화를 계산하고 대응하는 시간 변화로 나눔으로써 (시간 관점에서) 국소적으로 계산된다. 신호 과도 현상으로 인해, (경향을 더 쉽게 식별할 수 있고, 조건 세트들을 빠르게 온/오프시키는 것을 방지하기 위해) 평균 또는 임의의 다양한 적용 가능한 필터링 또는 평활화 기술이 사용될 수 있다. 도 62, 도 63, 도 64에 도시된 데이터 플롯들은 제어/모니터링에 유용한 주파수 기울기 값들을 얻기 위한 주파수 기울기의 계산 및 평균 기술들(예컨대, 지수 가중 이동 평균, 즉 EWMA)의 이용을 예시한다. 주파수 기울기의 다른 설명들은 "주파수의 1차 도함수" 또는 "시간에 대한 주파수 변화"를 제한 없이 포함한다.
도 20은 생성기(30, 500, 1002) 및/또는 기구의 온보드 생성기 또는 제어 회로의 일 형태에서 구현될 수 있는 조직 알고리즘의 논리 흐름도(1200)이다. 일반 레벨에서, 논리 흐름도(1200)와 관련하여 설명되는 조직 알고리즘은 관심 있는 이벤트들(예컨대, 초음파 기구의 블레이드가 빠르게 가열됨)과 상관되는 논리 조건들의 세트에 대해 실시간으로 전기 신호들을 평가한다. 따라서, 생성기(30, 500, 1002)는 논리 조건들의 세트가 언제 발생하는지를 결정하고, 대응하는 응답들의 세트를 트리거링한다. 용어 "조건 세트" 및 "응답 세트"는 하기와 같이 정의된다.
(1) 조건 세트 - 전기 신호들이 실시간으로 모니터링되는 논리 조건들의 세트.
(2) 응답 세트 - 충족된 조건 세트에 대한 생성기(30, 500, 1002) 시스템의 하나 이상의 응답.
1202에서, 생성기(30, 500, 1002)는 준비 상태에서 초음파 구동 모드로 배치된다.
1204에서, 생성기(30, 500, 1002)는 사전결정된 전력 레벨(N)에서 활성화된다. 사용자가 수술 시스템(19, 190, 1000)을 활성화할 때, 대응하는 생성기(30, 500, 1002)는 수술 시스템(19, 190, 1000)의 공진을 찾은 후에 엔드 이펙터(81, 810, 1026)들로의 출력을 명령된 전력 레벨에 대한 타겟 레벨들로 램핑(ramping)함으로써 응답한다.
1206에서, 조직 알고리즘은 적어도 하나의 조건 세트/응답 세트 플래그가 언제 인에이블되는지를 결정함으로써 조직 알고리즘과 관련된 파라미터들이 사용되고 있는지를 결정한다. 어떠한 그러한 플래그도 인에이블되지 않을 때, 알고리즘은 "아니오" 경로를 따라 진행하여, 1208에서 수술 시스템(19, 190, 1000)은 통상의 초음파 모드에서 동작하며, 1210에서 대응하는 생성기(30, 500, 1002)는 조직 절차가 완료될 때 비활성화된다.
조건 세트들/응답 세트들을 설정하기 위한 적어도 하나의 플래그가 인에이블될 때, 알고리즘은 "예" 경로를 따라 진행하고, 생성기(30, 500, 1002)는 타이머 X 및 타이머 X 래치(latch)를 재설정한 후에 조직 알고리즘(1300) 신호 평가를 이용한다. 아래에 더 상세히 설명되는 조직 알고리즘(1300)은 주어진 조건 세트가 현재 충족되는지 또는 "참"인지에 대한 표시를 반환할 수 있다. 일 형태에서, 조건 세트들/응답 세트들을 설정하기 위한 적어도 하나의 플래그는 각각의 생성기(30, 500, 1002)에 부착된 기구(100, 120, 1004)의 EEPROM 이미지 내에 저장될 수 있다. 조건 세트들/응답 세트들을 인에이블 상태로 설정하기 위한 EEPROM 플래그들이 표 1에 포함되어 있다.
일 형태에서, 논리 흐름도(1200)의 조직 알고리즘(1300) 신호 평가 부분은 2개의 조건 세트를 이용하며, 이러한 2개의 조건 세트 각각은 논리 흐름도(1300, 1400)들과 관련하여 더 상세히 설명되는 응답 세트를 갖는다. 조직 알고리즘(1300) 논리는 하기와 같이 설명될 수 있다: 조건 세트 1이 충족될 때, 응답 세트 1이 트리거링된다. 2개의 조건 세트를 갖는 것은 계층적 응답(조건 레벨에 기초하는 차별화된 응답들)을 가능하게 하며, 또한 복잡한 이벤트 시리즈를 관리하기 위한 능력을 제공한다.
1210에서, 충족된 조건 세트들에 대한 응답들이 트리거링된다. 조건 세트들이 충족되고, 생성기(30, 500, 1002)가 1214에서 비활성화될 때까지, 루프 1212가 반복된다.
펄스화 응답은 더 상세하게 되며, 비교적 간단한 오디오 및 LCD 표시 응답들보다 더 많은 설명을 필요로 한다. 펄스화 응답이 트리거링될 때, 생성기(30, 500, 1002)는 하기의 4개의 파라미터들에 의해 정의되는 바와 같이 펄스화된 출력을 구동한다.
(1) 제1 펄스 진폭(EEPROM 파라미터, 각각의 전력 레벨에 대해 하나의 값) - 제1 펄스에 대한 구동 진폭;
(2) 제1 펄스 시간(EEPROM 파라미터) - 제1 펄스 진폭이 구동되는 시간;
(3) 제2 펄스 진폭(EEPROM 파라미터, 각각의 전력 레벨에 대해 하나의 값) - 제2 펄스에 대한 구동 진폭;
(4) 제2 펄스 시간(EEPROM 파라미터) - 제2 펄스 진폭이 구동되는 시간.
소정 형태들에서, 제1 펄스 진폭 및 제2 펄스 진폭은 증가하거나, 감소하거나, 서로 동일하게 유지될 수 있다. 예를 들어, 소정 형태들에서, 제1 펄스 진폭 및 제2 펄스 진폭은 동일할 수 있다. 또한, 소정 형태들에서, 제1 펄스 기간 및 제2 펄스 기간은 예를 들어 초, 분, 시간 등의 분수들을 포함하는 임의의 적합한 값들을 취할 수 있다. 하나의 예시적인 형태에서, 제1 펄스 기간 및 제2 펄스 기간은 55초일 수 있다.
펄스화된 출력을 구동할 때, 생성기(30, 500, 1002)는 제1 펄스, 이어서 제2 펄스를 구동한 후에 반복한다. 펄스 진폭은 명령된 전력 레벨의 출력 전류의 백분율의 단위로 표현될 수 있다. 명령된 전력 레벨은 활성화 스위치(MIN 또는 MAX), 및 MIN이 활성화될 때의 생성기 설정에 의해 설정될 수 있다.
도 21은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 20에 도시된 조직 알고리즘의 신호 평가 조직 알고리즘 부분의 논리 흐름도(1300)이다. 조직 알고리즘(1300)은 하나 이상의 조건 세트가 충족되는지를(그리고 따라서, 대응하는 응답 세트들이 1210에서 트리거링되어야 하는지를) 결정할 수 있다. 도 21에 도시된 조직 알고리즘 신호 평가 흐름은 "대기 시간" 파라미터(1304)의 적용 및 주파수 기울기의 계산(실행 계산이므로 국소적 주파수 기울기로도 지칭됨)을 나타낸다.
1302에서, 알고리즘은 1204(도 20)에서 활성화가 개시된 이후의 시간을 계산한다. 이 시간은 TSytem - TPowerOn인 TElapse로서 표현된다. 앞서 논의된 바와 같이, 사용자가 수술 시스템(19, 190, 1000)을 활성화할 때, 대응하는 생성기(30, 500, 1002)는 초음파 시스템(100, 120, 1004)의 공진을 찾은 후에 대응하는 엔드 이펙터(81, 810, 1026)들로의 출력을 명령된 전력 레벨에 대한 타겟 레벨들로 램핑함으로써 응답한다.
이 시간 동안, 관련된 신호 과도 현상들은 알고리즘 논리의 적용을 어렵게 할 수 있다. 따라서, 알고리즘은 초음파 수술 기구(100, 120, 1004)의 핸드피스 부분에 위치되는 EEPROM 이미지 내에 저장된 "대기 시간" 파라미터(1304)를 이용한다. "대기 시간" 파라미터(1304)(EEPROM 파라미터)는 알고리즘 논리에 대한 공진 찾기 및 구동 램프(ramp) 신호 과도 현상의 영향을 줄이기 위해 생성기(30, 500, 1002)가 조직 알고리즘을 적용하지 않는 활성화의 시작에서의 시간으로서 정의된다. 전형적인 "대기 시간" 파라미터(1304) 값은 약 0.050 내지 0.600초(50 내지 600 밀리초)이다.
1306에서, TElapse가 "대기 시간" 파라미터(1304) 값과 비교된다. TElapse가 "대기 시간" 파라미터(1304) 값 이하일 때, 알고리즘은 "아니오" 경로를 따라 진행하여, 1302에서 새로운 TElapse를 계산한다. TElapse가 "대기 시간" 파라미터(1304) 값보다 클 때, 알고리즘은 "예" 경로를 따라 진행하여 신호를 평가한다.
1308에서, 알고리즘은 신호 평가/모니터링 기능을 수행한다. 전술된 바와 같이, 함수 알고리즘의 일 태양은 주파수 기울기를 모니터링하는 것이다. 물리적인 의미에서, 주파수 기울기는 본 명세서에서 개시되는 초음파 시스템(100, 120, 1004)들과 같은 블레이드 및 핸드피스 음향 부조립체를 포함하는 공진 시스템의 내외부로 열 플럭스(heat flux)와 상관된다. 조직 상의 활성화 동안의 주파수 및 주파수 기울기의 변화들은 엔드 이펙터에서 발생하는 변경 조건들(조직 건조, 분리, 및 클램프 아암 패드와 접촉하는 블레이드)에 의해 좌우된다. 블레이드가 가열될 때(즉, 블레이드 내로의 열 플럭스), 주파수 기울기는 음이다. 블레이드가 냉각될 때(즉, 블레이드 외부로의 열 플럭스), 주파수 기울기는 양이다. 따라서, 알고리즘은 주파수 데이터 점들, 즉 들어오는 주파수 데이터 점(1310)(Ft)들과 이전의 Ft 데이터 점(1312)들 사이의 기울기를 계산한다. 계산된 주파수 기울기는 실행 계산이므로 국소적 주파수 기울기로 또한 지칭될 수 있다. 국소적 주파수 기울기는 공진 주파수(Ft)에서의 주파수 기울기(FSlope_Freq)인 FSlope_Freq, Ft로서 지칭될 수 있다. 국소적 주파수 기울기는 예를 들어 도 22에 도시된 흐름도(1400)에 따른 평가를 위해 조건 세트 1, 조건 세트 2(1400)로 라우팅될 수 있다. 2개의 조건 세트가 도시되어 있지만, 일부 예시적인 형태들에서는 추가적인 조건 세트들이 추가될 수 있다는 것을 알 것이다.
도 22는 30, 50, 1002와 같은 생성기의 일 형태에서 구현될 수 있는 도 21에 도시된 신호 평가 조직 알고리즘에 대한 조건 세트들을 평가하기 위한 논리 흐름도(1400)이다. 논리 흐름도(1400)는 조건 세트 X를 평가하는데, 여기서 X는 예를 들어 1 또는 2이다.
조직 알고리즘에 따라, 1402에서, 1308(도 21)에서 계산된 국소적 주파수 기울기가 전력 레벨 N에서의 조건 세트 X에 대한 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404) 값과 비교된다. 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404)들은 부착된 기구(100, 120, 1004) 내에 위치되는 EEPROM에 저장될 수 있으며, 각각의 전력 레벨에 대해 하나의 EEPROM 파라미터 값이 저장된다. 1308에서 계산된 국소적 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404) 값 아래로 떨어질 때, 1210(도 20)에서 제1 응답 세트가 트리거링될 수 있다. 블레이드가 비교적 빠른 속도로 가열될 때, 주파수 기울기는 더 큰 음의 값을 갖게 되며, 조직 알고리즘은 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404) 값 아래로 떨어지는 주파수 기울기를 통해 이러한 조건을 식별한다. 다시, 주파수 기울기는 블레이드의 내외부로의 열 플럭스 또는 블레이드의 열 변화의 속도를 나타낸다.
조직 알고리즘에 따라, 또한 1402에서, 공진 주파수는 조건 세트 X에 대한 주파수 임계치 파라미터(1406) 값과 비교된다. 주파수 임계치 파라미터(1406) 값은 부착된 기구(100, 120, 1004) 내에 위치되는 EEPROM에 저장될 수 있다. 공진 주파수가 임계 주파수 파라미터(1406) 값 아래로 떨어질 때, 1210(도 20)에서 제2 응답 세트가 트리거링될 수 있다. 블레이드가 계속 가열됨에 따라, 주파수는 계속 떨어질 것이다. 주파수 임계치 파라미터(1406) 값은 (더 동적인 표시자인 주파수 기울기에 더하여) 블레이드의 열 조건에 대한 추가 정보를 제공함으로써 알고리즘 강건성을 개선하도록 의도된다. 실온과 같은 일부의 공지 조건으로부터의 주파수 강하는 이러한 공지된 열 조건들과 관련된 공진 시스템의 열 상태의 양호한 표시를 제공한다.
일부 형태들에서, 주파수 기울기 및 공진 주파수는 공통 조건 세트에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 조건 세트는 주파수 기울기 및 공진 주파수 둘 모두가 주어진 임계치들을 충족시키지 못하는 경우에는 충족되지 못할 수 있다. 예를 들어, 1402에서, 주파수 기울기(FSlope_Freq)가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404) 값보다 작고, 공진 주파수(Ft)가 주파수 임계치 파라미터(1406) 값보다 작을 때, 알고리즘은 "예" 경로를 따라 1408로 진행하여, 타이머 X를 증가시킨다(여기서, X는 조직 알고리즘에 의해 평가되는 특정 조건 세트에 대응한다).
전기 신호들, 예를 들어 주파수 기울기(FSlope_Freq) 및 공진 주파수(Ft)를 각자의 임계치 파라미터(1404, 1406)들과 비교할 때, 신호가 임계치를 가로질러 전후로 바운싱(bouncing)하는 경계선 조건들이 하기와 같이 고려될 수 있다. 일 태양에서, 조직 알고리즘은 이러한 고려사항을 설명하기 위해 특정 조건 세트 X에 대한 "트리거 전의 필요 시간" 파라미터(1412) 값(이 값은 또한 기구 EEPROM에 저장될 수 있음)을 채용한다. "트리거 전의 필요 시간" 파라미터(1412) 값은 트리거 전에 필요한 시간(EEPROM 파라미터) - 주파수 기울기 및/또는 주파수가 트리거링될 응답 세트에 대한 그들 각각의 임계치들보다 작아지는 데 필요한 시간 - 으로서 정의된다. 이는 응답의 빠른 "전후" 트리거링을 방지하도록 의도된다. 그러나, 발생할 수 있는 빠르지 않은 "전후" 트리거링을 추적하는 것이 유용할 수 있다.
따라서, 1414에서, 알고리즘은 타이머 X 값이 조건 세트 X에 대한 "트리거 전의 필요 시간" 파라미터(1412) 값보다 큰지를 결정한다. 타이머 X 값이 "트리거 전의 필요 시간" 파라미터(1412) 값보다 클 때, 알고리즘은 "예" 경로를 따라 진행하여, 1416에서 조건 세트 X에 대한 래치를 설정한다. 출력(1418)은 조건 세트 X가 충족됨을 표시한다. 타이머 X 값이 "트리거 전의 필요 시간" 파라미터(1412) 값 이하일 때, 알고리즘은 "아니오" 경로를 따라 진행하여, 출력 1420에서 조건 세트 X가 충족되지 않음을 표시한다.
1402에서, 주파수 기울기(FSlope_Freq)가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404) 값 이상이거나, 공진 주파수(Ft)가 주파수 임계치 파라미터(1406) 값 이상일 때, 알고리즘은 "아니오" 경로를 따라 진행하여, 1410에서 타이머 X를 재설정한다(여기서, X는 조직 알고리즘에 의해 평가되는 특정 조건 세트에 대응한다).
추가적인 강건성을 위해, 2개의 래칭 파라미터가 알고리즘에 의해 채용된다. 래칭을 사용하지 않는 경우, 알고리즘은 (a) 시스템이 비활성화될 때 또는 (b) 신호 또는 신호들이 더 이상 그들의 각자의 임계치들 아래에 있지 않을 때 응답 세트를 종료하도록 구성된다. 2개의 래칭 파라미터들이 이용될 수 있다. 이들은 "최소 래치 시간" 파라미터(1422) 및 "크로스-백 주파수 기울기 임계치" 파라미터(1424)이다. 이러한 래치 파라미터(1422, 1424)들은 (a) 상승된 온도에서 더 미끄러워지는 클램프 아암 패드 표면 및 (b) 펄스 전이들에서의 신호 과도 현상들이 예상되는 펄스화 출력에 맞추어 강건성을 위해 중요하다.
최소 래치 시간 파라미터(1422)(EEPROM 파라미터)는 조건 세트 X에 대한 응답(들)이 트리거링되기 위한 최소의 시간량으로서 정의될 수 있다. 최소 래치 시간에 대한 고려사항들은 (a) 트리거링된 가청 응답을 재생하는 데 필요한 시간의 길이(예컨대, 일 형태에서, "사전알림" WAV 오디오 파일은 약 0.5초의 길이를 가질 수 있음), (b) 이벤트에 대한 전형적인(약 0.5 내지 1.0초) 또는 극단적인(약 1.5 내지 2.0초) 사용자 응답 시간들 또는 (c) 다중 절단("행진(marching)"으로 알려짐) 응용에 대한 전형적인 조직 재유지 시간(약 1.6초의 평균을 갖는 약 1.1 내지 2.0초)을 포함한다.
크로스-백 주파수 기울기 임계치 파라미터(1424)(EEPROM 파라미터)는 트리거링된 응답이 그 이상에서는 중지되는(즉, 더 이상 트리거링되지 않는) 주파수 기울기 임계치로서 정의될 수 있다. 이는 (조직에 대한 활성화 및 패드에 대한 활성화를 구별하는 것과 대비되는) 개방된 패드 및 조오에 대한 활성화를 구별하는 것과 관련하여 부과되는 더 높은 "크로스-백-오버" 주파수 기울기 임계치를 제공한다.
논리 흐름도(1400)에 의해 표현되는 조직 알고리즘 부분에 따라, 1410에서 타이머 X가 재설정된 후, 1426에서, 조직 알고리즘은 조건 세트 X에 대한 래치 또는 크로스-백 주파수 기울기 래치가 설정되는지를 결정한다. 둘 모두의 래치가 설정되지 않을 때, 알고리즘은 "아니오"를 따라 진행하여, 출력 1420에서 조건 세트 X가 충족되지 않음을 표시한다. 래치들 중 어느 하나가 설정될 때, 알고리즘은 "예" 경로를 따라 1428로 진행한다.
1428에서, 알고리즘은 조건 세트 X에 대한 래칭된 시간이 조건 세트 X에 대한 최소 래치 시간 파라미터(1422) 값보다 큰지 그리고 주파수 기울기(FSlope_Freq)가 크로스-백 주파수 기울기 임계치 파라미터(1424) 값보다 큰지를 결정하고, 그러한 경우에 알고리즘은 "예" 경로를 따라 진행하여, 1430에서 타이머 X에 대한 래치를 재설정하고, 출력 1420에서 조건 세트 X가 충족되지 않음을 표시한다. 조건 세트 X에 대한 래칭된 시간이 조건 세트 X에 대한 최소 래치 시간 파라미터(1422) 값 이하이고, 주파수 기울기(FSlope_Freq)가 크로스-백 주파수 기울기 임계치 파라미터(1424) 값 이하일 때, 알고리즘은 "아니오" 경로를 따라 진행하여, 출력 1432에서 조건 세트 X가 충족됨을 표시한다.
도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 흐름 관점에서 2개의 동일한 조건 세트 1 및 조건 세트 2가 존재한다. 이러한 조건 세트 1 및 조건 세트 2는 표 2에 포함된 바와 같은 파라미터들의 복제 세트들을 갖는다. 조건 세트 1 및 조건 세트 2에 의해 공유되는 알고리즘 파라미터들이 표 3에 포함되어 있다.
표 2는 조건 세트들 각각에 대한 복제된 알고리즘 EEPROM 파라미터들 및 조건 세트별 파라미터들의 개수의 요약을 포함한다.
표 3은 조건 세트들 각각에 대한 공유된 알고리즘 EEPROM 파라미터들(복제되지 않음) 및 파라미터들의 개수의 요약을 포함한다.
개시의 명료화를 위해, 각자의 도 20 내지 도 22에 도시된 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들과 관련하여 설명되는 조직 알고리즘이 이제 4개의 예들과 관련하여 설명될 것이다. 조직 알고리즘의 기본 응용은 주파수 기울기, 공진 주파수 또는 이들 각자의 임계치들 둘 모두에 대한 모니터링을 포함한다. 따라서, 제1 예는 주파수 기울기의 그의 각자의 임계치에 대한 모니터링을 포함하며, 도 23 내지 도 28에 도시되어 있다. 제2 예는 공진 주파수의 그의 각자의 임계치에 대한 모니터링을 포함하며, 도 29 내지 도 31에 도시되어 있다. 제3 예는 주파수 기울기 및 공진 주파수 둘 모두의 그들 각자의 임계치에 대한 모니터링을 포함하며, 도 32 내지 도 34에 도시되어 있다. 마지막으로, 제4 예가 또한 주파수 기울기 및 공진 주파수 둘 모두의 그들 각자의 임계치에 대한 모니터링을 포함한다.
예 1: 각자의 임계치에 대한 주파수 기울기의 모니터링
제1 예의 경우는 각자의 임계치에 대한 주파수 기울기의 모니터링을 포함하며, 도 23 내지 도 28을 참조하여 설명된다. 제1 예이고 가장 간단한 예는 주파수 기울기에만 기초하여 응답 세트를 트리거링하는 예이다. 표 4는 본 명세서에서 개시되는 초음파 기구(100, 120, 1004)들과 같은 대응하는 초음파 기구를 포함하는 본 명세서에서 개시되는 수술 기구(19, 190, 1000)들 중 어느 하나와 같은 수술 기구들에 대한 이러한 목적을 위한 대표적인 파라미터들을 포함한다.
도 23 내지 도 25는 표 4에 포함된 대표적인/예시적인 파라미터들을 이용하여 생성기에 의해 생성된 신호 데이터를 나타낸다. 생성기는 본 발명에 따라 조직에 적용되는 초음파 모드에서 동작하는 각각의 수술 시스템(19, 190, 1000)(예컨대, 초음파 시스템(19, 190, 1000))의 일부분을 형성하는, 본 명세서에서 개시되는 생성기(30, 500, 1002)들 중 어느 하나와 유사할 수 있다.
주파수 기울기만을 사용하여 응답 세트를 트리거링하는 것은 "번인" 시나리오 또는 시험에서 더 설명될 수 있다. 도 26 내지 도 28은 "번인" 시나리오 또는 시험 동안에 표 4에 포함된 대표적인/예시적인 파라미터들을 이용하여 생성기에 의해 생성된 신호 데이터를 나타낸다. "번인"은 사용자가 개재된 조직 없이 전단기 유형 초음파 수술 기구를 활성화하는 사용의 경우(예컨대, 폐쇄된 조오들을 이용한 후방 절단)를 시뮬레이션한다. 이러한 시험은 예를 들어 "응답 시간"과 같은 장치 특성들을 정량화하는 데에 또한 유용할 수 있다.
초음파 기구의 응답 시간은 초음파 시스템(기구, 핸드피스 및 조직 알고리즘을 갖는 생성기)이 블레이드와 접촉하는 클램프 아암 패드에 응답하는 데 필요한 시간으로서 정의될 수 있다. 초음파 시스템은 통상적으로 처음에 "공기 중에서"(즉, 로딩되지 않은 상태에서) 활성화되고, 클램프 아암은 블레이드에 대해 폐쇄되어 있고, 일정 기간 동안 유지되며, 이어서 클램프 아암이 개방되고, 초음파 시스템이 비활성화된다. 응답 시간은 정지 전력(공기 중의 전력)이 클램프 아암 패드가 블레이드와의 접촉을 시작하는 것으로 인해 변하기 시작하는 시점과 응답 세트가 트리거링되는 시점 사이의 시간이다. 이는 또한 냉각 속도의 정량화를 가능하게 하는 시험이다 - (유사한 대류 경계 조건들을 가정할 때) 냉각 속도가 높을수록 블레이드 내에 더 많은 열 에너지 또는 잔열이 존재한다 -. 냉각 속도는 주파수 기울기에 비례한다(보강하기 위해: 양의 주파수 기울기 값은 블레이드 외부로의 순간 열 플럭스와 상관된다). 나중에 상세하게 되는 바와 같이, 냉각 속도는 또한 제어 목적을 위해 모니터링되고 사용될 수 있어서, 예를 들어 양의 주파수 기울기에 의해 정의되는 바와 같은 냉각 속도가 임계치보다 큰 경우에 블레이드가 많은 양의 열 에너지를 "지니고" 있고, 그것을 빠르게 방출하고 있음을 알게 한다.
도 23a는 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 파형(1502)의 주파수 기울기 대 시간의 그래프(1500)이다. 전력 레벨 5로 설정된 대응하는 초음파 수술 기구들을 포함하는 초음파 시스템들 중 어느 하나를 이용하는 전형적인 조직 절단에 대해 주파수 기울기(㎑/sec)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다. 이러한 응용에서 사용되는 주파수 기울기 임계치(1504)는 -0.06 ㎑/sec이었으며, 수평 대시 선으로 표시된다. 수직 대시-점선(1506)은 조직이 분리되기 시작하는 시간(2.32초)을 나타내고, 수직 대시 선(1508)은 초음파 시스템이 응답 세트(이 경우에서는 표 4에 대해 가청 사운드만)를 트리거링한 시간(2.55초)을 나타낸다.
도 23b는 통상적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 도 23에 도시된 파형(1502) 위에 중첩된 (대시 선으로 표시된) 주파수의 2차 시간 도함수(주파수 기울기의 기울기) 대 시간 파형(1503)의 그래프이다.
도 24는 도 23a에 도시된 그래프(1500)와 관련되는 바와 같은 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형(1512)의 그래프(1510)이다. 전력 레벨 5로 설정된 초음파 시스템들 중 어느 하나를 이용하는 전형적인 조직 절단에 대해 공진 주파수(㎑)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다. 수직 대시-점선(1506)은 조직이 분리되기 시작하는 시간(2.32초)을 나타내고, 수직 대시 선(1508)은 초음파 시스템이 응답 세트(이 경우에서는, 가청 사운드만)를 트리거링한 시간(2.55초)을 나타낸다.
도 25는 도 23a에 도시된 그래프(1500)와 관련된 바와 같은 전형적인 조직 절단 동안의 일 형태의 생성기의 전력 소비 대 시간 파형(1514)의 그래프(1514)이다. 전력 레벨 5로 설정된 초음파 시스템들 중 어느 하나를 이용하는 전형적인 조직 절단에 대해 전력(W)은 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다. 수직 대시-점선(1506)은 조직이 분리되기 시작하는 시간(2.32초)을 나타내고, 수직 대시 선(1508)은 초음파 시스템이 응답 세트(이 경우에서는, 가청 사운드만)를 트리거링한 시간(2.55초)을 나타낸다.
도 26은 번인 시험 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 기울기 대 시간 파형(1518)의 그래프(1516)이다. 이 시험에 대한 파라미터들은 표 4에 포함된 것들과 일치한다. 전력 레벨 5로 설정된 초음파 시스템들 중 어느 하나를 이용하는 전형적인 조직 절단에 대해 주파수 기울기(㎑/sec)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다. 이러한 응용에서 사용되는 주파수 기울기 임계치(1504)는 수평 대시 선에 의해 표시되는 바와 같이 -0.06 ㎑/sec이었다. 수직 점선(1524)은 정지 전력이 클램핑으로 인해 변하기 시작하는 시점(2.49초)을 나타내고, 수직 대시-점선(1506)은 전력이 램프-업을 완료한 시간(2.66초)을 나타내며, 수직 대시 선(1508)은 초음파 시스템이 응답 세트(이 경우에서는, 가청 사운드만)를 트리거링한 시간(2.72초)을 나타낸다. 그래프(1516)에 도시된 바와 같이, 1520에서의 주파수 기울기는 냉각 속도 또는 블레이드의 외부로의 열 플럭스와 상관된다. 또한, 초음파 시스템의 응답 시간(1522)은 정지 전력이 클램핑으로 인해 변하기 시작하는 시점(2.49초)과 초음파 시스템이 응답 세트를 트리거링한 시간(2.72초) 사이의 시간 경과로서 측정된다.
도 27은 도 26에 도시된 그래프(1516)와 관련된 바와 같은 번인 시험 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형(1526)의 그래프(1524)이다. 전력 레벨 5로 설정된 초음파 시스템들 중 어느 하나를 이용하는 전형적인 조직 절단에 대해 공진 주파수(㎑)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
도 28은 도 26에 도시된 그래프(1516)와 관련된 바와 같은 번인 시험 동안의 일 형태의 생성기의 전력 소비 대 시간 파형(1530)의 그래프(1528)이다. 전력 레벨 5로 설정된 초음파 시스템들 중 어느 하나를 이용하는 전형적인 조직 절단에 대해 전력(W)은 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
예 2: 주파수 임계치에만 기초한 응답 세트의 트리거링
제2 예는 도 29 내지 도 35와 관련된 주파수 임계치에만 기초한 응답 세트의 트리거링을 포함한다. 표 5는 본 명세서에서 개시되는 초음파 기구(100, 120, 1004)들과 같은 대응하는 초음파 기구들을 포함하는 본 명세서에 개시되는 수술 기구(19, 190, 1000)들 중 어느 하나와 같은 수술 기구들과 관련된 이러한 목적을 위한 대표적인 파라미터들을 포함한다. 주파수 임계치를 통한 트리거링이 동적 엔드 이펙터 조건들을 덜 표시하고 개시 내용의 완전성을 위해 본 명세서에 제공되므로, 제한된 용도를 가질 수 있다는 것을 알 것이다. 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들과 관련하여 설명되는 조직 알고리즘 내의 주파수 기울기의 포함은 본 명세서의 다음 섹션에서 커버되는 (주파수 기울기 임계치의 사용과 조합되는) 조합 논리에서의 사용을 의도한다.
도 29 내지 도 34는 표 5에 포함된 대표적인/예시적인 파라미터들을 이용하여 생성기에 의해 생성된 파형들을 나타낸다. 생성기는 본 발명에 따라 조직에 적용되는 초음파 모드에서 동작하는 각각의 수술 시스템(19, 190, 1000)(예컨대, 초음파 시스템(19, 190, 1000))의 일부분을 형성하는, 본 명세서에서 개시되는 생성기(30, 500, 1002)들 중 어느 하나와 유사할 수 있다.
표 5에서 주파수 임계치로서의 55,100 ㎐의 선택은 2개의 남용의 경우: (1) 초음파 기구가 연장된 기간 동안 조직 패드에 대해 활성화되는 경우; 및 (2) 생성기를 계속 동작시키면서 초음파 기구가 절개된 돼지 공장 조직에 대해 가능한 한 빠르게 10번의 연속 절단을 행하는 데 사용되는 경우에 대한 시험 데이터에 기초하였다. 이러한 2개의 남용의 경우 각각은, 각자의 도 29, 및 도 30 내지 도 31a 내지 도 31c 각각과 관련하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 29는 번인 시험 동안의 여러 생성기의 파형들의 시간에 대한 주파수 변화(1602)의 그래프(1600)이다. X초의 번인 후의 주파수 변화(㎑)가 수직축을 따라 도시되고, 초음파 수술 기구 장치 번호가 수평축을 따라 표시된다. 도 29는 초음파 수술 기구가 연장된 기간(연장된 번인) 동안 조직 패드에 대해 활성화되는 초음파 수술 기구의 연장된 번인 후의 주파수 변화 데이터를 나타낸다. 55,100 ㎐의 선택은 이러한 조건을 4초 시간 간격 또는 55,800 ㎐의 공칭 실온 공진 주파수로부터의 약 700 ㎐의 주파수 강하 이하로 제한된다. 주파수 변화 데이터(16021, 16022, 16023, 16024)는 대응하는 1, 2, 3 및 4초에서의 생성기(30, 500, 1002) 데이터로부터 번인으로 끌어왔다. 5개의 초음파 수술 기구에 대한 공칭 시작 주파수는 55.8 ㎑였다(블레이드들은 실온에서 시작됨). 제2 및 제5 장치들은 모든 시간 동안의 완전한 데이터 세트를 생성할 만큼 충분히 오래 동작하지 못했다.
도 30은 생성기를 계속 동작시키면서 조직(예컨대, 절개된 돼지 공장 조직)에 대해 가능한 한 빠르게 10회의 연속 절단을 행하는 데 사용된 대응하는 초음파 기구에 결합된 일 형태의 생성기에 대한 정규화되고 조합된 임피던스, 전류, 주파수, 전력 소비, 공급 에너지 및 온도 대 시간 파형들의 그래프(1604)이다. 이러한 데이터 및 이를 획득하는 데 사용된 방법들은 남용 사용 조건들을 나타낸다.
도 30의 대표적인 데이터는 도 31a 내지 도 31c를 참조하여 더 명확하게 나타내어진다. 도 31a는 일정 기간에 걸친 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 임피던스 대 시간 파형(1608) 및 전류 대 시간 파형(1610)의 그래프(1606)이다. 임피던스(옴) 및 전류(mA)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
도 31b는 일정 기간에 걸친 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 신호의 공진 주파수 대 시간 파형(1614)의 그래프(1612)이다. 공진 주파수(㎑)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
도 31c는 일정 기간에 걸친 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 전력 파형(1618), 에너지 파형(1620) 및 온도 파형(1622) 대 시간의 그래프(1616)이다. 전력(w), 에너지(J) 및 온도(C)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
따라서, 이제, 도 31a 내지 도 31c를 참조하면, 그래프(1612)에 도시된 바와 같이, 공진 주파수 곡선(1614)이 제3 절단에서 1615에서 700 ㎐만큼(55.8 ㎑로부터 55.1 ㎑로) 강하된 것을 알 수 있다(이는 조직이 팁 로딩된 특별한 남용 절단임). 공진 주파수 파형(1614)이 제3 절단에서 700 ㎐만큼(55.8 ㎑로부터 55.1 ㎑로) 강하된 후, 초음파 기구는 생성기를 포화시키기 시작하며, 전류 파형(1610)은 모든 연속 절단들에서 약간씩 강하된다. 구동 전류 파형(1610)은 블레이드 팁 변위에 비례하므로, 전류 파형(1610) 강하는 더 느린 속도의 조직 효과 및 따라서 더 낮은 에너지 침적 속도(및 더 낮은 가열 속도, 즉 주파수 기울기가 더 작은 음의 값을 가짐)를 유발한다. 응용 시퀀스 내의 전류 파형(1610)의 강하로 인한 이러한 변화의 관리는 본 명세서의 후속 섹션들에서 예 3 및 예 4와 관련하여 설명되는 바와 같이 주파수 변화 및 주파수 기울기 변화 둘 모두를 이용하여 가능하다.
도 32는 본 명세서에서 설명되는 생성기들의 일 형태와 유사한 생성기에 의해 생성된 시간에 대한 주파수 파형(1632), 가중 주파수 기울기 파형(1634)(0.1의 알파 값을 갖는 지수 가중 이동 평균을 통해 계산됨) 및 온도 파형(1636)의 결합된 그래프(1630)이다. 초음파 시스템은 표 5를 구성한 것보다 약간 높은 실온 공진 주파수(길이방향 모드)를 가졌다. 따라서, 주파수 임계치(1633)는 대시 선으로 표시되는 바와 같이 표 5에 나타낸 55,100 ㎐로부터 도 33에 나타낸 약 55,200 ㎐로 증가되었다. 전력 레벨 5로 설정된 약 55.9 ㎑의 실온 공진을 갖는 초음파 시스템을 이용하여 조직(예컨대, 절개된 돼지 공장 조직)에 대해 활성화가 수행되었다. 조직 분리가 6.25초에서 발생하고, 조직의 일측이 약 8초에 블레이드로부터 분리되며, 약 10초에 완전한 분리가 일어난다. 도 33은 일 형태의 생성기(30, 500, 1002)의 주파수 대 시간 파형(1632)의 그래프이다. 주파수(㎑)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다. 도 33은 표 5에 나타낸 것들과 일치하는 파라미터들만을 이용하지만, 대시 선 1633에 의해 표시되는 바와 같이 약 55,200 ㎐로 조정되는 주파수 임계치(1633)를 이용하는 예를 나타낸다. 공진 주파수(1632)는 약 11초에서 주파수 임계치(1633)(대시 수평선 - 실온 공진 아래의 700 ㎐로 설정됨)와 교차하고, 이 시점에서 응답 세트가 트리거링될 수 있다.
도 34는 일 형태의 생성기의 가중 주파수 기울기 대 시간 파형(1634)의 그래프(1634)이다. 가중 주파수 기울기(㎑/sec)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다. 주파수 기울기 파형(1634)은 0.1의 알파 값을 갖는 지수 가중 이동 평균을 통해 계산된다. 도 34에서, 주파수 기울기 파형(1634)은 주파수 기울기 임계치(1635)(대시 수평선)와 교차하며, 응답 세트는 약 5.8초에서 트리거링될 수 있다.
나머지 예 3 및 예 4는 다수의 조건 세트의 사용과 관련하며, 이들은 조직 알고리즘의 더 복잡한 적용을 필요로 하고, 주파수 기울기 및/또는 주파수의 그들 각자의 임계치들에 대한 모니터링을 포함하고, 응답 세트들의 트리거링에 대한 계층적 접근법을 포함할 수 있다.
예 3: 주파수 기울기 임계치 및 주파수 임계치 둘 모두에 기초하는 응답 세트의 트리거링
제3 예는 주파수 기울기 임계치 및 주파수 임계치 둘 모두에 기초하는 응답 세트의 트리거링을 포함한다. 표 6은 본 명세서에서 개시되는 초음파 기구(100, 120, 1004)들과 같은 대응하는 초음파 기구들을 포함하는 본 명세서에서 개시되는 수술 기구(19, 190, 1000)들 중 어느 하나와 같은 수술 기구들과 관련된 이러한 목적을 위한 대표적인 파라미터들을 포함한다.
이러한 예 3의 경우에는, 계층화된 또는 계층적 응답이 설명된다. 주파수 기울기 임계치와 주파수 임계치의 결합된 논리는 도 32 내지 도 34에 도시된 동일한 그래프들을 이용하여 설명될 것이다. 도 34에서, 조건 세트 1은 약 6초에서 주파수 기울기 임계치(1635) 값과 교차하는 주파수 기울기 파형(1634)에 의해 트리거링된다. 조건 세트 1에 대한 응답 세트는 예를 들어 저레벨 가청 표시자를 포함할 수 있다. 사용자가 최소의 개재된 조직을 갖는 기구를 계속 활성화함에 따라, 도 33에 도시된 바와 같이 약 11초에서 공진 주파수가 주파수 임계치(1633) 아래로 떨어짐에 따라 조건 세트 2가 트리거링된다. 조건 세트 2에 대한 응답 세트는 예를 들어 상승된 가청 표시자일 수 있다.
예 4: 주파수 기울기 임계치 및 주파수 임계치 둘 모두에 기초하는 응답 세트의 트리거링
제4 예는 수술 기구의 남용 조건들 동안의 주파수 및 주파수 기울기 임계치들 둘 모두의 적용으로 확장된다. 다양한 이유로 인해, 주파수 기울기 신호 레벨들은 확장된 적용에서 감소할 수 있다(즉, 더 작은 음의 값을 갖게 될 수 있다).
남용 조건들에서는, 정상 동작으로부터 벗어날 수 있는 주파수, 주파수 기울기 및 전류 파형들이 초음파 기구가 전력 레벨 5에서 항상 활성화되는 동안 생성될 수 있으며, 초음파 기구의 조오들은 1초 동안 개방된 후에 1초 동안 폐쇄되고, 17 사이클 동안 반복된다.
초음파 기구가 패드에 대해 직접 여러 번 활성화될 때, 생성기가 포화되기 전의 제1 영역에서의 특성 주파수 기울기 파형은 주로 시스템 효율 및 결과적인 변위/전류 강하로 인해 생성기가 포화된 후의 제2 영역에서보다 더 작은 음의 값을 갖게 된다. 주파수 기울기 파형의 비포화 영역에서, 초음파 시스템은 아직 포화되지 않았으며, 전류는 전력 레벨 5에 대한 타겟 전류로 또는 그에 가깝게 유지된다. 주파수 기울기 파형의 포화 영역에서, 전류(따라서, 블레이드 팁 변위)는 계속 강하하여 주파수 기울기가 증가하게 한다(가열 속도가 떨어진다). 여러 남용 사이클, 예를 들어 비포화 및 포화 영역들 사이의 대략적인 경계인 네 번째 남용 사이클 후에, 공진 주파수는 도 29 내지 도 31a 내지 도 31c에 따라 감소한다는 점에 유의한다. 비포화 및 포화 영역들 각각에 대한 개별 조건 세트들이 적용될 수 있다. 공진 주파수 조건들이 사전결정된 주파수 임계치 위에 있을 때 비포화 영역에서 제1 주파수 기울기 임계치가 사용될 수 있으며, 공진 주파수 조건들이 동일한 사전결정된 주파수 임계치 아래에 있을 때 포화 영역에서 제2의 더 작은 음의 값의 주파수 기울기 임계치가 사용될 수 있다.
가중 주파수 기울기(㎑/sec) 대 시간 파형이 생성기의 일 형태일 수 있다. 기구가 패드에 대한 남용 조건들에서 사용될 때, 비포화 영역에서의 특성 주파수 기울기 파형은 재료 연화 및 대응하는 패드 마찰 계수 감소로 인해 포화 영역에서 보다 더 작은 음의 값을 갖게 된다. 주파수 기울기 파형의 비포화 영역은 조직 패드가 아직 충분히 가열되기 시작하지 않았을 때에 대응한다. 주파수 기울기 파형의 포화 영역에서, 패드는 연화되기 시작하고, 블레이드와 패드 사이의 계면은 더 미끄럽게 되어, 주파수 기울기 파형이 증가하게 한다(가열 속도가 떨어진다). 비포화 및 포화 영역들 각각에 대한 개별 조건 세트들이 보증될 수 있다. 공진 주파수 조건이 사전결정된 주파수 기울기 임계치 위에 있을 때 비포화 영역에서 제1 주파수 기울기 임계치가 사용될 수 있으며, 공진 주파수가 동일한 사전결정된 주파수 기울기 임계치 아래에 있을 때 포화 영역에서 제2의 더 작은 음의 값의 주파수 기울기 임계치가 사용될 수 있다.
이제, 다른 예시적인 경우가 고려된다. 표 7은 시스템 포화 및 전류 강하로 인한 주파수 기울기 신호 레벨들의 감소를 설명하기 위해 2개의 조건 세트가 사용되는 초음파 기구에 대한 파라미터들을 포함한다.
이러한 예시적인 실행에 대해 생성된 데이터는 공장 조직을 가능한 한 빠르게 열 번 연속 절단하도록 초음파 기구를 이용하여 생성되었다. 표 7로부터의 파라미터 값들을 이용하여, 예시적인 샘플 경우에 대한 주파수 대 시간 플롯들이 도 35 및 도 36에 도시되어 있다.
도 35는 조직(예컨대, 공장 조직)에 대한 10회 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형(1802)의 그래프(1800) 및 온도 대 시간 파형(1805)의 그래프(1804)이다. 그래프(1800)에서, 주파수(㎐)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다. 그래프(1804)에서, 온도(℉)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
도 36은 참조 번호 1806에 의해 표시되는 부분들에서의 개재된 조직의 활성화와 더불어 조직(예컨대, 공장 조직)에 대한 10회 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 도 35에 도시된 주파수 대 시간 파형(1802)의 그래프(1805)이다. 주파수(㎐)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
도 35 및 도 36에 도시된 주파수 파형(1802)은 전기 시스템 포화(변위 감소)로 인한 주파수 기울기 감소를 설명하기 위해 2개의 조건 세트를 사용하는 예시적인 경우에 대한 것이다. 이는 도 29 내지 도 31a 내지 도 31c에 도시된 것과 동일한 시험 실행이라는 점에 유의한다. 도 36에서, 강조된 부분(1806)들은 개재된 조직을 갖는 활성화를 표시하고(주파수 강하, 조직의 건조와 관련된 국소적 주파수 곡선의 형상 - 낮은 시작 기울기, 조직 건조에 따라 높아짐), 강조된 부분(1808)들은 최소한의 개재된 조직을 갖거나 개재된 조직을 갖지 않는 활성화를 표시하며(국소적 주파수 기울기가 매우 높음, 곡선 형상이 더 선형적임, 점점 높아짐), 강조 부분(1810)을 갖지 않는 곡선의 섹션은 장치가 다음의 절단, 공기 중에서의 블레이드 냉각 및 조직 상에 배치될 때의 빠른 냉각을 위해 재배치되는 시간을 표시한다(주파수 상승).
도 37은 공장 조직에 대한 10회 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 주파수 기울기 대 시간 파형(1814)의 그래프(1812)이다. 주파수 기울기(㎑/sec)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다. 주파수 기울기 파형(1814)의 영역 B는 10회 절단 실행의 영역을 나타내는데, 여기서 10회 절단 실행 동안 처음으로 조건 세트 1에 앞서 조건 세트 2가 트리거링된다(주파수는 55.1 ㎑ 아래이며, 주파수 기울기는 -0.045 ㎑/sec보다 낮다). 조건 세트 1에 앞서 조건 세트 2가 트리거링되는 영역 B에 도시된 조건이 바람직한데, 그 이유는 초음파 시스템이 실행 내의 이 지점까지 계속 포화되기 때문이다(전압이 포화되고, 전류가 감소하여 변위가 감소하며, 따라서 가열 속도가 감소하여 더 큰 주파수 기울기 임계치를 필요로 한다).
도 38은 조직(예컨대, 공장 조직)에 대한 10회 절단에 걸쳐 일 형태의 생성기에 의해 소비되는 전력을 나타내는 전력 대 시간 파형(1818)의 그래프(1816)이다. 전력(W)은 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
도 39는 공장 조직에 대한 10회 절단에 걸치는 일 형태의 생성기의 전류 대 시간 파형(1822)의 그래프(1820)이다. 전류(mA)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
주파수 기울기, 공진 주파수 또는 이들 둘 모두를 이들 각자의 임계치들에 대해 모니터링하는 것과 관련하여 도 20 내지 도 22에 도시된 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들과 관련하여 설명되는 조직 알고리즘의 기본 응용을 설명하였지만, 이제는 래칭 논리 및 래칭 논리가 조직 알고리즘과 관련될 때의 대응하는 사용의 설명에 대해 논의한다. 래칭 논리를 조직 알고리즘에 추가하게 된 동기는 (a) 패드에 대한 블레이드 남용 조건 동안 블레이드/패드 계면이 더 미끄러워짐으로 인한 조건 세트의 재설정(조건 세트가 참에서 거짓으로 바뀜)을 방지하고, (b) 빠른 가열의 기간들이 덜 빠른 가열의 기간들과 뒤섞이는(블레이드 내로의 열 플럭스의 섹션들과 블레이드로부터의 열 플럭스의 섹션들이 뒤섞이는) 펄스화된 활성화로 인한 조건 세트의 재설정(조건 세트가 참에서 거짓으로 바뀜)을 방지하기 위한 것이다. 이러한 제1 및 제2 동기들은 각각 도 48 및 도 49에 도시되어 있다. 본 명세서에서 앞서 정의된 바와 같이, 이러한 동기들을 해결하는 2개의 래치 파라미터는 도 40에 도시된 바와 같은 "크로스-백 주파수 기울기 임계치" 및 "최소 래치 시간"이다. 개시의 완전함을 위해, 도 43은 도 41 및 도 42a 내지 도 42c에 도시된 펄스화된 실행에 대한 계산된 주파수 기울기 곡선을 나타낸다.
도 40은 주파수 기울기 대 시간 파형(1902)과 관련된 "크로스-백 주파수 기울기 임계치" 파라미터의 그래프(1900)이다. 도 40에 도시된 바와 같이, "주파수 기울기 임계치"(1904)는 -0.15 ㎑/sec에서 수평 대시 선에 의해 표시된다. "크로스-백 주파수 기울기 임계치"(1906)는 -0.02 ㎑/sec에서 수평 대시-점선에 의해 표시된다. 이 예에서는, 아래를 가리키는 화살표(1908)에 의해 표시된 바와 같이, 계산된 국소적 주파수 기울기가 "주파수 기울기 임계치"와 교차할 때, 조건 세트가 충족되고, 응답 세트가 트리거링된다. 위를 가리키는 화살표(1910)에 의해 표시된 바와 같이, 계산된 국소적 주파수 기울기가 "크로스-백 주파수 기울기 임계치"와 교차할 때 조건 세트는 충족되지 않는다(응답 세트가 더 이상 트리거링되지 않는다). 이 예에서 "크로스-백 오버 주파수 기울기 임계치"를 사용하지 않으면, 응답 세트는 국소적 주파수 기울기가 크로스 오버 포인트(1911)에 표시된 약 4.7초에서 수평 대시 선(1904)을 넘어 다시 교차할 때 트리거링되지 않았을 것임에 유의한다.
도 41은 시간에 대해 플로팅되어진 정규화된 전력, 전류, 에너지 및 주파수 데이터를 나타내는, 절개된 경동맥에 대한 일 형태의 초음파 기구의 펄스식 인가의 조합된 그래프(1920)이다.
도 42a는 일정 기간에 걸친 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 임피던스 대 시간 파형(1922) 및 전류 대 시간 파형(1924)의 그래프(1921)이다. 임피던스(옴) 및 전류(mA)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
도 42b는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 주파수 대 시간 파형(1925)의 그래프(1923)이다. 주파수(㎑)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
도 42c는 일정 기간에 걸치는 연속 조직 절단들 동안의 일 형태의 생성기의 시간에 대해 도시된 전력 파형(1926), 에너지 파형(1927), 제1 온도 파형(1928) 및 제2 온도 파형(1929)의 그래프(1930)이다. 전력(W), 에너지(J) 및 온도(℃)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
도 42a 내지 도 42c는 절개된 경동맥에 대한 초음파 기구의 펄스식 인가를 나타내는데, 여기서 제1 펄스 시간은 1초이고, 제1 펄스 진폭은 전력 레벨 3 출력 전류의 100%이다. 제2 펄스 시간은 1.5초이고, 제2 펄스 진폭은 전력 레벨 3 출력 전류의 10%보다 낮다. 참고로, 공진 주파수 파형(1925)은 가열(블레이드 내로의 열 플럭스) 및 냉각(블레이드로부터의 열 플럭스) 둘 모두의 섹션들을 나타낸다. 본 명세서에서 조건 세트 X에 대한 응답(들)이 트리거링될 최소의 시간량으로서 정의되는 "최소 래치 시간" 파라미터는 펄스식 인가 동안 응답 세트의 트리거링을 유지하도록 의도된다(래치 시간의 일례는 약 1초일 수 있다). 추가적인 참고로서, 도 42a에 도시된 바와 같이, 부하 또는 임피던스 파형(1922)은 실행 시퀀스 전반에서 200 옴 아래로 떨어지지 않는다. 이는 절단들 사이에 공기 중에서 동작하는 동안 행진 적용에 대한 임피던스 파형(1922)이 일관되게 약 150 옴 아래로 떨어지는 것에 비해 유리할 수 있으며, 이는 임피던스 한계가 조건 세트들의 재설정을 위해 사용될 수 있다는 것을 암시한다. 일 태양에서, 이러한 임피던스 한계는 토마스(Thomas)의 미국 특허 제5,026,387호에 개시된 바와 같은 "공기 중에서의 낮은 구동(low drive in air)" 개념의 구현을 위해 사용될 수 있다.
도 43은 도 41 및 도 42a 내지 도 42c에 도시된 펄스식 인가에 대한 계산된 주파수 기울기 파형(1934)의, 전체 스케일로 프로팅된 그래프(1932)이다. 도 44는 도 43에 도시된 펄스식 인가에 대한 계산된 주파수 기울기 파형(1934)의 그래프의 확대도이다. 도 43 및 도 44 둘 모두는 도 41 및 도 42a 내지 도 42c에 도시된 펄스식 인가에 대한 계산된 주파수 기울기 파형(1934)을 나타낸다. 주파수 기울기(㎑/sec)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다. 2개의 스케일이 도시되는데, 도 43은 주파수 기울기에 대한 전체 스케일을 나타내고, 도 44는 "확대된" 도면을 나타낸다. 주파수 기울기에 대해, 연속 구동 하에 보여지는 동일한 경향들이, 블레이드 내로의(음의 주파수 기울기) 그리고 블레이드 밖으로의(양의 주파수 기울기) 열 플럭스에 양호하게 상관되는 값들을 포함하는 펄스식 구동에서 도시되어 있다. 주파수 기울기의 이동 평균 계산과 조합된, 펄스화로 인한 주파수 곡선 및 주파수 기울기 곡선의 과도 특성은 펄스화 동안의 주파수 기울기 곡선의 사용을 어렵게 한다. 참고로, 조직은 13초에서 분리되었다. 도 43 및 특히 도 44에서 알 수 있듯이, 냉각 속도는 (도 20 내지 도 22의 논리 흐름들에 의해 도시되지 않은) 논리를 이용하여 펄스화된 출력들의 일시 정지 부분들에서의 빠른 냉각을 조직 절개의 완료에 상관시키는 응답을 트리거링하는 데 사용될 수 있으며, 주파수 기울기 파형(1934)은 일시 정지 기간들의 말기들(즉, 정해진 영역들)에서 샘플링될 때 이 예에서 약 0.04 ㎑/sec의 임계치를 초과한다. 도 42a에서 알 수 있듯이, 임피던스 파형(1922)은 (다시, 도 20 내지 도 22의 논리 흐름들에 의해 도시되지 않은) 논리를 이용하여 높은 임피던스(기계적 모션 또는 진동에 대한 높은 저항)를 조직 절개의 완료에 상관시키는 응답을 트리거링하는 데 사용될 수 있으며, 트랜스듀서 임피던스 파형(1922)은 일시 정지 기간들의 시작들(즉, 정해진 영역들)에서 샘플링될 때 이 예에서 약 700 옴의 임계치를 초과한다.
도 45는 임피던스, 전력, 에너지, 온도와 같은 관심대상의 다른 데이터 파형(1938)들의 그래프(1936)이다. 도 45에서, 우측의 수직 스케일은 임피던스 곡선에만 적용된다.
이제, 본 개시 내용은 초음파 기구에서의 전력 레벨 및 클램프 압력 프로파일에 대한 고려사항으로 향한다. 블레이드 대 패드 계면의 가열 속도는 블레이드 변위, 계면 마찰 계수 및 부하(클램프 압력 또는 수직력)에 비례한다. 변위(전력 레벨)들 및 클램프 압력과 (주로 패드 재료들 및 블레이드 코팅들에 의해 정의되는) 마찰 계수의 장치 고유 조합들의 범위에서 조직 알고리즘을 평가하기 위해 시험이 수행되었다.
도 46은 다양한 초음파 기구 유형들에 대한 가중 주파수 기울기 대 전력 레벨의 요약의 그래프(1940)이다. 가중 주파수 기울기(㎑/sec)는 수직축을 따라 표시되고, 전력 레벨, 장치 유형 및 장치는 수평축을 따라 표시된다. 그래프(1940)에 요약된 데이터를 생성하는 데 사용된 기구들은 일부를 제외하고는 일반적으로 구매 가능하다. 하나의 시험 절차는 장치를 고정시키는 단계, 장치를 3초 동안 활성화하는 단계, 및 3초 전체에 걸쳐 평균 주파수 기울기를 계산하는 단계를 포함하였다. 그러나, 다른 메트릭(metric)들이 채용될 수 있다. 대부분의 장치들의 경우, 도 46에 요약된 데이터는 최소 주파수 기울기 값을 대략적으로 나타낼 것이다. 도 46은 전단기 유형의 초음파 기구들의 번인 시험에 대한 주파수 기울기 요약 데이터를 나타내는데, 여기서 기구들이 고정된 후에 3초 동안 활성화된 후에 고정 해제되었으며, 3초의 활성화 전체에 걸치는 평균 주파수 기울기가 도시된 바와 같이 계산되고 그래프화되었다.
사전결정된 시험들 및 도 46으로부터의 시험 데이터에 기초하여, 소정의 초음파 기구들에 대해 유용한 주요 전력 레벨들에 대해 아래의 주파수 기울기 임계치들이 제안된다.
(1) 레벨 5 주파수 기울기 임계치: -0.060 ㎑/sec;
(2) 레벨 3 주파수 기울기 임계치: -0.045 ㎑/sec;
(3) 레벨 5 주파수 기울기 임계치: -0.070 ㎑/sec;
(4) 레벨 3 주파수 기울기 임계치: -0.050 ㎑/sec.
시스템 강성은 블레이드 강성(외팔보) 및 패드 강성/패드 열 안정성 둘 모두를 포함한다. 무부하 상태(조직 없음)의 시스템 강성과 유부하 상태(조직에 고정됨)의 시스템 강성의 차이가 클수록, 조직 알고리즘 성능은 더 강건하다. 물론, 다른 제약들이 하이 엔드에서 시스템 강성을 제한할 수 있다.
변위 영향들의 추가적인 조사가 더 큰 데이터 세트에 기초하여 분석되었다. 초음파 시스템의 경우, 전력 레벨들은 출력 전류 타겟 값들, 및 진동 진폭 또는 변위에 비례하는 전류에 의해 본질적으로 구별된다. 이러한 데이터의 분석은 사용 가능한 주파수 기울기 곡선들을 획득하기 위한 주파수 데이터의 디지털 평활화를 또한 포함할 수 있다.
도 47 내지 도 49는 전력 레벨 5에서 돼지 경동맥을 절개하기 위해 일 형태의 생성기 및 초음파 기구를 이용하여 획득된 주파수 및 전류 대 시간 파형들을 나타낸다.
도 47은 일 형태의 생성기의 공진 주파수 대 시간 파형(1972), 평균 공진 주파수 대 시간 파형(1974) 및 주파수 기울기 대 시간 파형(1976)의 그래프(1970)이다. 주파수(㎑) 및 주파수 기울기(㎑/sec)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 도시된다. 주파수 기울기 파형(1976)은 평균 주파수 데이터에 기초하며, 주파수 파형(1972) 데이터를 후처리하여 획득되었다. 원시 주파수 데이터가 플로팅되어 있을 뿐만 아니라 (스트리밍되는 데이터의 라운딩으로 인해 원시 주파수 데이터가 계단을 포함함으로 인해, 평활화된 데이터로부터 계산된) (간단한 이동 평균을 통해) 평활화된 주파수 데이터 및 주파수 기울기이다. 평균 공진 주파수 파형(1974)은 공진 주파수 데이터의 70 밀리초 이동 평균(㎑)을 통해 획득된다.
도 48은 일 형태의 생성기의 공진 주파수 대 시간 파형(1972) 및 평균 공진 주파수 대 시간 파형(1974)의 확대된 도면(1978)이다. 주파수(㎑)는 수직축을 따라 표시되고, 시간(초)은 수평축을 따라 표시된다.
도 49는 일 형태의 생성기의 공진 주파수 파형(1972) 및 전류 대 시간 파형(1982)의 확대된 도면(1980)이다. 주파수(㎐) 및 전류(A)는 수직축들을 따라 표시된다.
도 48 및 도 49에서, 각각의 확대된 도면(1978, 1980)들은 주파수 데이터의 평활화의 효과를 알 수 있고, 적용의 시작에서의 상승 정보를 알 수 있도록 도시되며, 이는 대기 시간과 같은 파라미터들의 평가에 도움이 될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 조직 알고리즘의 다른 태양들은 (초음파 블레이드와 클램프 아암 사이에) 개재된 조직이 거의 또는 전혀 남지 않고 낭비 에너지가 엔드 이펙터 내로 버려지고 있는 상황들에 적용될 수 있다. 따라서, 일 형태에서, 조직 알고리즘은 이러한 상황에 대한 피드백을 사용자에게 제공하도록 변경될 수 있다. 구체적으로, 조직 알고리즘은 초음파 블레이드의 공진이 온도에 대해 상대적으로 변하는(온도 증가에 따라 감소하고, 온도 감소에 따라 증가하는) 사실을 이용한다.
일 태양에서, 본 명세서에서 개시되는 조직 알고리즘은 파형의 주파수 기울기를 모니터링하는 데 사용될 수 있으며, 알고리즘은 공진 주파수 기울기의 변화를 모니터링하여 조직의 조건 변화를 표시한다. 예를 들어, 도 50에 도시된 예에서, 주파수 응답 곡선의 변곡은 조직이 분리되기 시작하는 점과 상관되며(즉, 조직 태그가 존재하고, 사용자는 기구를 계속 활성화함), 이는 실험에 의해 검증될 수 있다. 주파수 기울기의 변화는 (낭비 에너지가 엔드 이펙터 내로 버려지고 있다는) 시각, 가청 및/또는 촉각 피드백(예컨대, 앞서 논의된 것들 중에서 특히 상이한 비프 사운드, 섬광, 촉각 진동)을 사용자에게 제공하는 데 사용될 수 있거나, 생성기 출력이 제어 또는 중지될 수 있다.
다른 태양에서, 본 명세서에서 개시되는 조직 알고리즘은 파형의 주파수 임계치를 모니터링하는 데 사용될 수 있으며, 알고리즘은 파형이 소정의 임계치 또는 소정의 공지 상태(예컨대, 실온)로부터의 차이와 교차할 때 주파수 변화를 모니터링한다. 주파수 기울기의 모니터링과 유사하게, 주파수 변화가 소정의 임계치 또는 차이 아래로 떨어질 때, 장치 엔드 이펙터가 가속된 속도로 가열되고 있다는 표시가 사용자에게 제공될 수 있다. 다시, 도 50은 주파수 임계치의 예시적인 그래프를 제공한다.
또 다른 태양에서, 본 명세서에서 개시되는 조직 알고리즘은 주파수 기울기 변화 및 주파수 임계치를 함께 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 주파수 기울기의 상당한 변화 및 소정의 임계치 아래로의 주파수 강하의 조합은 고온의 표시를 제공하는 데 사용될 수 있다.
이제, 도 50을 참조하면, 이는 초음파 기구에 결합된 일 형태의 생성기의 정규화되고 조합된 전력(1991), 임피던스(1992), 전류(1993), 에너지(1994), 주파수(1995) 및 온도(1996) 파형들의 그래프(1990)이다. 도시된 바와 같이, 조직은 6.672초에서 분리되기 시작한다. 이 시점으로부터 조직이 완전히 분리될 때까지 전체 주파수 강하의 약 55 내지 60%가 얻어지며, 온도는 약 1.92배(219℃에서 418℃로) 증가하고, 인가된 전체 에너지의 약 28%가 전달된다. 주파수 대 시간 파형들의 국소적 기울기들은 공진 주파수 기울기의 빠른 변화를 나타내는 대시 선(1997)들의 제1 세트에 의해 나타내어진다. 이러한 기울기(1997)의 모니터링은, 개재된 조직이 없는 것으로 제한되어 있고, 전력의 대부분이 블레이드/조직 패드 계면에 인가될 때 전형적으로 발생하는 극적인 변화를 표시할 기회를 제공한다. 마찬가지로, 공지된 상태(예컨대, 실온)에서의 그의 공진으로부터의 주파수 변화는 고온을 표시하는 데 사용될 수 있으며, 주파수 변화 임계치는 제2 대시 선(1998)으로 나타내어진다. 또한, 이들 2개, 즉 주파수 기울기 변화 및 주파수 변화 임계치의 조합은 표시의 목적을 위해 모니터링될 수 있다. 이 경우에 주파수는 약 55,400 ㎐로 표시된 임계치와 함께 55,712 ㎐의 초기 값으로부터 55,168 ㎐의 최종 값으로 변한다는 점에 유의한다.
일부 예시적인 형태들에서, 수술 및/또는 기구 관련 조건들은 전술된 조건 세트들이 기구의 상태를 정확히 반영하는 능력을 저하시킬 수 있다. 일부 상황들에서, 블레이드는 정상보다 느리게 가열되어, 공진 주파수가 더 높아지게 하고, 주파수 기울기가 예상보다 완만하게 할 수 있다. 그러한 상황의 일례는 조직이 블레이드의 비-클램핑 표면에 부착될 때 발생할 수 있다. 상기 및 다른 상황들에서, 블레이드와 클램프 아암 패드 사이에 조직이 최소로 존재하거나 전혀 존재하지 않을 때 조직 바이트의 완료 시에도 더 완만한 가열 속도가 관찰된다. 이는 이어서, 국소적 주파수 기울기와 주파수 기울기 임계치 파라미터의 비교 및/또는 국소적 공진 주파수와 주파수 임계치 파라미터의 비교에 기초하여 다양한 조건 세트들의 충족을 지연시킬 수 있다. 결과적으로, 가청 톤, 펄스식 모드, 전류 비활성화 등을 구현하는 응답 세트들이 불필요하게 지연될 수 있다.
도 51a 및 도 51b는 초음파 조직 바이트 동안 초음파 기구의 일 형태에 의해 각각 표시되는 공진 주파수 및 주파수 기울기의 그래프들이다. 도 51a 및 도 51b에 도시된 바이트는 초음파 기구의 블레이드의 완만한 가열을 유발하였다. 도 51a는 수평축(2100)에 시간을 나타내고 수직축(2104)에 블레이드 공진 주파수를 나타내는 차트이다. 플롯(2105)은 시간에 대한 블레이드의 공진 주파수를 나타낸다. 도 51b는 수평축(2104)에 시간을 나타내고 수직축(2106)에 주파수 기울기를 나타내는 차트이다. 플롯(2107)은 시간에 걸친 주파수 기울기를 나타낸다. 도 51a 및 도 51b에 도시된 절단 예에서, 조직 분리는 2초와 3초 사이에 발생하였다. 조직 분리는 2108에 표시된 공진 주파수의 작은 변화 및 2100에 표시된 주파수 기울기의 얕은 최소를 유발하였다. 그러나, 신호 특징(2108, 2110)들은 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터 아래로 떨어지고/지거나 공진 주파수가 주파수 임계치 파라미터 아래로 떨어질 것을 요구하는 조건 세트를 적시에 트리거링하기에 충분하지 못할 수 있다.
도 52a 및 도 52b는 다른 초음파 조직 바이트 동안 초음파 기구의 일 형태에 의해 각각 표시되는 공진 주파수 및 주파수 기울기의 그래프들이다. 다시, 도시된 조직 바이트는 초음파 기구의 블레이드의 완만한 가열을 유발하였다. 플롯(2112)은 도 52a 내지 도 52b의 조직 바이트에 대한 공진 주파수 대 시간을 나타내고, 플롯(2114)은 도 52a 내지 도 52b의 조직 바이트에 대한 주파수 기울기 대 시간을 나타낸다. 도시된 조직 바이트에서, 조직은 5초와 7초 사이에 블레이드로부터 분리되기 시작했으며, 약 9초에서 블레이드로부터 조직 태그가 완전히 분리되었다. 알 수 있듯이, 조직 분리는 2116에서 시작하는 공진 주파수의 작은 변화 및 2118에 의해 표시되는 주파수 기울기의 얕은 최소를 유발하였다. 그러나, 다시, 블레이드의 느린 가열로 인해, 신호 특징(2116, 2118)들은 원하는 조건 세트를 트리거링하기에 충분하지 않을 수 있다.
소정 형태들에서, 30, 500, 1002와 같은 생성기들 및/또는 100, 120, 1004와 같은 초음파 수술 기구들은 동적 주파수 컷오프를 고려하는 하나 이상의 조건 세트를 이용하여 구현될 수 있다. 이들 및 본 명세서에서 설명되는 다른 조건 세트들은 스위치, 버튼 또는 페달로부터의 입력 신호의 수신 시에 임상의에 의해 작동되거나, 일부 형태들에서는 다른 알고리즘들(예컨대, 기구 제어 알고리즘들)이 실행되는 동안에 배경에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 초음파 임피던스가 임계 임피던스를 초과할 때 기준선 공진 주파수가 캡처될 수 있다. 예를 들어, 임계 임피던스의 초과는 클램프 아암이 폐쇄되는 것(예컨대, 조직 바이트가 시작되는 것)을 표시할 수 있다. 하나 이상의 조건 세트는 블레이드의 공진 주파수가 기준선 편차 임계치 파라미터 초과만큼 기준선 주파수와 상이할 때 충족되는 기준선 주파수 컷오프 조건을 포함할 수 있다. 소정 형태들에서, 기준선 주파수 컷오프 조건은 공진 주파수 또는 주파수 기울기에 기초하는 다른 조건들이 충족되지 않을 때에도 충족된다. 다른 조건들과의 논리 "합" 배열에서 사용될 때, 기준선 주파수 컷오프 조건들은 블레이드 가열이 정상보다 완만한 상황들, 예를 들어 전술된 상황들에서 소정 조건/응답 세트 쌍들이 트리거링되는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 53은 초음파 블레이드의 기준선 공진 주파수를 고려하기 위해 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 기준선 주파수 컷오프 조건을 구현하는 일 형태의 조직 알고리즘(2120)의 논리 흐름도이다. 2122에서, 블레이드의 활성화가 시작된다. 예를 들어, 생성기는 "N"으로서 지시되는 특정 전력 레벨에서 활성화될 수 있다. 선택적으로, 2124에서, 생성기는 임계 기간을 대기할 수 있다. 임계 기간은 활성화 시의 임의의 주파수 또는 다른 과도 현상들이 소멸되는 것을 가능하게 하기에 충분할 수 있다. 예를 들어, 도 54a 및 54b는 상이한 예시적인 초음파 활성화들에서 나타나는 블레이드 주파수의 그래프들이다. 플롯(2136)은 제1의 예시적인 활성화에 대한 주파수 대 시간을 나타내며, 2140에서 과도 주파수 특징 또는 블립(blip)(2140)을 나타낸다. 플롯(2138)은 제2의 예시적인 활성화에 대한 주파수 대 시간을 나타내며, 과도 특징 또는 블립(2142)을 나타낸다.
2124를 다시 참조하면, 알고리즘(2120)은 모든 또는 대부분의 신호 과도 현상들 또는 블립들의 소멸을 지나 연장하는 임의의 적합한 임계 기간을 이용할 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 임계 기간은 0.1 내지 1.0초일 수 있다. 일부 예시적인 형태들에서, 임계 기간은 0.2 내지 0.5초일 수 있다. 하나의 예시적인 형태에서, 임계 기간은 약 0.2초일 수 있다. 2126에서, 생성기는 초음파 임피던스의 표시를 수신할 수 있다. 다양한 예시적인 형태들에서, 초음파 임피던스는 트랜스듀서 블레이드 시스템의 전기 임피던스 및/또는 본 명세서에서 전술된 바와 같은 "동적 분로"의 임피던스를 나타낸다. 2128에서, 생성기는 초음파 임피던스가 임계 임피던스보다 큰지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 이것은 블레이드 또는 조직에 대한 클램프 아암의 폐쇄일 수 있다. 일부 형태들에서, 2128에서, 생성기는 초음파 임피던스가 설정된 시간량("임피던스 초과 시간" 기간) 동안 임계치보다 크지 않은 경우에 초음파 임피던스가 임계치보다 크다고 결론짓지 않을 수 있다. 임피던스 초과 시간 기간은 임의의 적절한 값일 수 있으며, 예를 들어 30 밀리초를 포함하는 10 내지 100 밀리초일 수 있다.
2128에서 초음파 임피던스가 임계 임피던스보다 크지 않은 경우(또는 "임피던스 초과 시간" 기간 동안 임계 임피던스를 초과하지 않는 경우), 생성기는 2126 및 2128로 복귀하여, 초음파 임피던스가 임계 임피던스를 초과할 때까지 초음파 임피던스를 계속 모니터링할 수 있다. 2128에서 초음파 임피던스가 임계 임피던스를 초과하는 경우, 생성기는 2130에서 블레이드의 국소적 공진 주파수를 기준선 주파수로서 캡처할 수 있다. 활성화가 계속될 때, 생성기는 2132에서 주파수 델타, 즉 기준선 주파수와 블레이드의 국소적 공진 주파수 사이의 차이가 기준선 편차 임계치 파라미터를 초과하는지를 결정할 수 있다. 주파수 델타가 기준선 편차 임계치 파라미터를 초과하는 경우, 기준선 컷오프 조건이 충족될 수 있다. 기준선 컷오프 조건의 충족이 완전한 조건 세트의 충족을 유발하는 경우, 2134에서 대응하는 응답 세트가 트리거링될 수 있다. 일부 형태들에서, 기준선 컷오프 조건은 주파수 델타가 주파수 델타 초과 시간 기간 동안 기준선 편차 임계치 파라미터 값을 초과할 때까지 또는 초과하지 않는 한은 충족되지 않는다.
일부 예시적인 형태들에서, 알고리즘(2120)과 관련하여 설명된 바와 같이 기준선 주파수 및 주파수 델타를 이용하는 것은 초음파 블레이드의 공진 주파수가 활성화들 또는 절단들 사이에서 표류하는 수술 상황들에서 발생하는 문제들을 또한 해결한다. 이는 예를 들어 초음파 블레이드가 비활성화되지 않고 다수의 절단을 위해 사용될 때 발생할 수 있다. 도 55는 초음파 블레이드에 의한 다수회의 절단을 포함하는 일 형태에 대한 공진 주파수(2144) 및 초음파 임피던스(2150) 대 시간의 그래프이다. 각각의 특징부(2147)는 초음파 블레이드를 이용하는 상이한 조직 바이트, 절단 또는 다른 조직 처리를 나타낸다. 도 55로부터, (예컨대, 클램프 아암이 조직 상에서 폐쇄됨에 따라) 각각의 절단의 시작에서 공진 주파수의 스파이크가 발생한다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 클램프 아암이 조직 상에서 폐쇄될 때, 블레이드는 비교적 차가운 조직과 접촉하게 될 수 있다. 이는 블레이드를 냉각시켜, 도시된 바와 같이 공진 주파수의 일시적인 양(positive)의 기울기를 유발할 수 있다. 초음파 에너지가 블레이드에 인가됨에 따라, 블레이드가 가열되기 시작하여, 각각의 절단에 대한 도시된 공진 주파수 저하를 유발한다. 이제, 알고리즘(2120)과 관련하여 도 55를 참조하면, 초음파 임피던스는 각각의 절단(2147)의 시작에서 고조파 임계 임피던스를 초과하여, 그 시간에 생성기가 기준선 주파수를 캡처하게 할 수 있다. 예를 들어, 라인 2148은 초음파 임피던스가 임계 임피던스를 초과하였고 기준 주파수가 취해진 예시적인 시점을 표시한다.
소정 형태들에서, 기준선 주파수 컷오프 조건이 하나 이상의 다른 조건을 갖는 공통 조건 세트에서 사용될 수 있다. 도 56은 다른 조건들과 관련하여 기준선 주파수 컷오프 조건을 구현하기 위해 일 형태의 생성기 및/또는 기구에서 구현될 수 있는 조직 알고리즘(2150)의 논리 흐름도이다. 2152에서, 생성기는 주파수 델타를 계산할 수 있다. 주파수 델타는 예를 들어 알고리즘(2120)과 관련하여 전술된 바와 같이 계산될 수 있다. 예를 들어, 생성기는 초음파 임피던스가 임피던스 임계치를 초과할 때 기준선 주파수를 캡처하고, 국소적 공진 주파수와 기준선 주파수 사이의 차이로서 주파수 델타를 발견할 수 있다. 2154에서, 생성기는 하나 이상의 다른 조건을 적용할 수 있다. 그러한 조건들은 도 20 내지 도 22와 관련하여 전술된 것들과 유사할 수 있다. 예를 들어, 다른 조건들은 국소적 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404)보다 작은지의 여부, 국소적 공진 주파수가 주파수 임계치 파라미터보다 작은지의 여부 등을 포함할 수 있다. 다른 조건들은 임의의 논리적인 방식으로 적용될 수 있다. 예를 들어, 다른 조건들은 다른 조건들 중 하나가 충족된 경우에 충족된 것으로 간주될 수 있고(예컨대, 논리합), 다른 조건들 모두가 충족된 경우에만 충족된 것으로 간주될 수 있고(예컨대, 논리곱), 기타 등등일 수 있다.
2154에서 다른 조건들이 충족된 경우, 조건 세트는 충족된 것으로 간주될 수 있으며, 생성기는 2158에서 적절한 응답 세트를 트리거링할 수 있다. 2154에서 다른 조건들이 충족되지 않은 경우, 생성기는 2156에서 주파수 델타가 기준선 편차 임계치 파라미터보다 큰지를 결정할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 2154에서 다른 조건들이 다시 적용될 수 있다. 그러한 경우, 다른 조건들이 충족되지 않을지라도 조건 세트가 충족된 것으로 간주될 수 있다. 2128에서 응답 세트가 트리거링되면, 2160에서 응답 세트를 종료하기 위한 파라미터들이 충족된 것으로 결정되고, 트리거링된 조건이 2162에서 종료될 때까지 응답 세트는 계속 실행될 수 있다. 그러한 파라미터들은 예를 들어 조건 세트 최소 래치 시간 파라미터의 만료, 크로스-백 주파수 기울기 임계치를 초과하는 주파수 기울기 등을 포함할 수 있다.
다양한 예시적인 형태들에서, 전술된 도 20 내지 도 22의 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들과 관련하여 기준선 주파수 컷오프 조건이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 57은 기준선 주파수 컷오프 조건을 고려하는 도 20에 도시된 조직 알고리즘(1200)의 일 형태의 신호 평가 조직 알고리즘 부분(1300')의 논리 흐름도이다. 알고리즘(1300')은 본 명세서에서 전술된 알고리즘(1300)과 유사한 방식으로 실행될 수 있다. 그러나, 2164에서, 생성기는 부하 모니터링 플래그가 주어진 조건 세트 X에 대해 설정되는지를 결정할 수 있다. 일부 예시적인 형태들에서, 부하 모니터링 플래그(2167)는 주파수 컷오프 조건이 고려되어야 할지를 표시할 수 있다.
부하 모니터링 플래그(2167)가 설정되지 않은 경우, 주파수 델타는 0으로 설정될 수 있다(예컨대, 0의 주파수 델타는 기준선 편차 임계치를 결코 초과하지 않아서, 알고리즘(1300')이 알고리즘(1300)과 유사한 방식으로 동작하게 할 수 있다). 부하 모니터링 플래그(2167)가 설정되는 경우, 생성기는 상태 유지 플래그(2168)를 입력으로 수신할 수 있는 부하 모니터링 알고리즘(2166)을 실행할 수 있다. 상태 유지 플래그는 도 54a, 도 54b와 관련하여 설명된 바와 같이 과도 특징들 또는 블립들을 피하기 위해 초음파 임피던스를 고려하기 전에 임계 기간 동안 대기할지를 생성기에 표시할 수 있다.
부하 모니터링 알고리즘(2166)은 주파수 델타를 반환할 수 있다. 부하 모니터링 알고리즘이 주파수 델타를 어떻게 반환하는지에 대한 추가 상세 사항들이 본 명세서에서 도 58을 참조하여 아래에 제공된다. 도 57을 다시 참조하면, 2172에서, 생성기는 둘 이상의 공진 주파수 데이터 점들 사이의 기울기를 계산할 수 있으며, 본 명세서에서 전술된 바와 같이, 적절한 평균화 및/또는 평활화를 이용할 수 있다. 2172에서의 입력은 들어오는 공진 주파수 데이터 점(2174)(Ft) 및 들어오는 초음파 임피던스 데이터 점(2176)(
)을 포함할 수 있으며, 이들은 순간적이고/이거나 여러 데이터 점에 걸쳐 평균화될 수 있다. 1306에서, 전술된 바와 같이, 대기 시간 타이머가 적용될 수 있다. 대기 시간이 경과한 경우, 생성기는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 하나 이상의 조건 세트 알고리즘(1400/1400')을 실행할 수 있다. 각각의 조건 세트 알고리즘(1400/1400')은 초음파 임피던스, 주파수 기울기, 공진 주파수 및 주파수 델타를 독립변수들로서 수신할 수 있다.
도 58은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 일 형태의 부하 모니터링 알고리즘(2166)의 논리 흐름도이다. 부하 모니터링 알고리즘(2166)은 국소적 초음파 임피던스(
), 국소적 공진 주파수(Ft) 및 상태 유지 플래그(FMaintain Status)의 상태를 입력으로서 취할 수 있다. 2178에서, 생성기는 상태 유지 플래그가 설정되는지를 결정할 수 있다. 설정되지 않은 경우, 2210에서 주파수 델타(Fdelta)가 0으로 설정될 수 있다. 소정 형태들에서, 주파수 델타를 0으로 설정하는 것은 부하 모니터링을 효과적으로 디스에이블할 수 있다. 상태 유지 플래그가 설정되는 경우, 2180에서 유지 타이머(2180)가 증가될 수 있다. 2182에서, 생성기는 유지 타이머가 블립 소멸을 위한 임계 기간에 도달하였는지를 결정할 수 있다. 도달하지 않은 경우, 2210에서 주파수 델타는 0으로 설정될 수 있다. 도달한 경우, 2184에서 생성기는 수신된 국소적 초음파 임피던스가 임계 임피던스(2186)보다 큰지를 결정할 수 있다. 큰 경우, 2192에서, 전술된 임계 임피던스 초과 시간을 구현하기 위한 부하 타이머가 증가될 수 있다.
2190에서, 생성기는 부하 타이머가 임계 임피던스(2188) 초과 시간보다 큰지를 결정할 수 있다. 큰 경우, 2194에서 생성기는 기준선 주파수 래치가 설정되는지를 결정할 수 있다. 기준선 주파수 래치는 기준선 주파수가 초음파 임피던스에 의해 지시되는 조오 폐쇄 이벤트 동안 바운싱하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 기준선 주파수 래치가 설정되는 경우, 이는 기준선 주파수가 주어진 부하 이벤트 동안 이미 취해졌다는 것을 표시할 수 있다. 기준선 주파수 래치가 설정되지 않는 경우, 2196에서 생성기는 래치를 설정하고, 기준선 주파수를 시스템의 현재 공진 주파수로서 설정할 수 있다. 2206에서, 생성기는 다시 기준선 주파수 래치가 설정되는지를 결정할 수 있다. 설정되는 경우, 2208에서 주파수 델타는 기준선 주파수 - 국소적 공진 주파수로 설정될 수 있다. 기준선 래치가 설정되지 않는 경우, 2210에서 주파수 델타가 0으로 설정될 수 있다.
2184를 다시 참조하면, 초음파 임피던스가 임계 임피던스보다 크지 않은 경우, 2198에서 생성기는 부하 타이머를 재설정할 수 있다. 2202에서, 생성기는 초음파 임피던스가 재설정된 임계 임피던스(
재설정 임계치)보다 작은지를 결정할 수 있다. 초음파 임피던스가 재설정된 임계 임피던스보다 작은 경우, 2204에서 생성기는 기준선 주파수 래치를 재설정할 수 있고, 전술된 바와 같이 2206으로 진행할 수 있다. 초음파 임피던스가 재설정된 임계 임피던스보다 작지 않은 경우, 생성기는 기준선 주파수 래치를 재설정하지 않고서 전술된 바와 같이 2206으로 진행할 수 있다.
도 59는 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 57에 도시된 신호 평가 조직 알고리즘(1300')에 대한 조건 세트들을 평가하기 위한 논리 흐름도(1400')이다. 2212에서, 생성기는 비-필터링된 조건 세트가 평가된 조건 세트에 대해 충족되는지를 결정하기 위한 논리를 구현할 수 있다. 논리(2212)는 도 60과 관련하여 아래에서 더 상세히 설명되며, "참" 또는 "거짓" 응답을 반환할 수 있다. 2214에서, 생성기는 필터링된 조건 세트 래치가 설정되는지를 결정할 수 있다. 필터링된 조건 세트 래치는 후술되는 바와 같이 예를 들어 필터링된 조건 세트가 임계 기간 동안 설정되는 것으로 표시되는 것을 보장하기 위해 필터링된 조건 세트가 충족될 때 설정될 수 있다. 필터링된 조건 세트 래치가 설정되는 경우, 생성기는 2218에서 래치 타이머를 증가시킬 수 있고, 2220에서 비-필터링된 조건 세트가 충족되는지를 결정할 수 있다. 비-필터링된 조건 세트가 충족되는 경우, 논리 흐름(1400')은 필터링된 조건 세트가 충족되었다는 표시를 반환할 수 있다.
2220에서 비-필터링된 조건 세트가 충족되지 않는 경우, 생성기는 2222에서 조건 세트가 여전히 충족되는지를 평가할 수 있다. 예를 들어, 생성기는 (i) 필터링된 조건 세트 래치 타이머가 최소 래치 타이머(1422)를 초과했는지; (ii) 주파수 기울기가 크로스-백 주파수 기울기 임계치(1424)보다 큰지; 및 (iii) [부하 모니터링(2167)이 디스에이블되는지 또는 부하 이벤트가 완료되었는지](예컨대, 초음파 임피던스가 임피던스 재설정 임계치(2228)보다 작은지)를 결정할 수 있다. 이러한 조건들이 충족되는 경우, 생성기는 2224에서 필터링된 조건 세트 래치를 해제하고; 디바운스 타이머(예컨대, 도 22의 타이머 X)를 재설정하고; 래치 타이머를 재설정하고; 부하 타이머(예컨대, 임피던스 초과 시간 기간)를 재설정하고; 기준선 주파수 래치를 재설정하고; 주파수 델타를 0과 동일하게 설정할 수 있다. 논리 흐름(1400')은 필터링된 조건 세트가 충족되지 않았다는 표시를 반환할 수 있다.
이제, 2214를 다시 참조하면, 필터링된 조건 세트 래치가 설정되지 않은 경우, 2216에서 생성기는 (2212의 반환에 기초하여) 비-필터링된 조건 세트가 충족되는지를 결정할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 디바운스 타이머가 1410에서 재설정될 수 있으며, 논리 흐름(1400')은 필터링된 조건 세트가 충족되지 않았다는 표시를 반환할 수 있다. 그러한 경우, 생성기는 1408에서 디바운스 타이머를 증가시킬 수 있다. 1414에서, 생성기는 전술된 바와 같이 트리거 파라미터(1412) 전에 디바운스 타이머가 필요한 시간보다 큰지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 알고리즘(1400')은 "예" 경로를 따라 진행하여, 1416에서 필터링된 조건 세트 래치를 래칭하고, 필터링된 조건 세트가 충족되었다는 표시를 반환할 수 있다.
도 60은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 59에 도시된 일 형태의 비-필터링된 조건 세트 논리(2212)를 구현하기 위한 논리 흐름도이다. 2232에서, 생성기는 국소적 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404)보다 작은지를 결정할 수 있다. 일부 형태들에서, 주파수 기울기 임계치 파라미터는 전술된 바와 같이 생성기에 의해 전달되는 전력 레벨에 의존할 수 있다. 국소적 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404)보다 작은 경우, 생성기는 2236에서 국소적 공진 주파수가 주파수 임계치 파라미터(1406)보다 작은지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 알고리즘(2212)은 비-필터링된 조건 세트가 충족되었다는 표시를 반환할 수 있다. 일부 형태들에서, 조건(2232, 2236)들은 도시된 논리 "곱" 방식이 아니라 논리 "합" 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 국소적 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404)보다 작다는 결정 후에, 알고리즘은 비-필터링된 조건 세트가 충족되었다는 표시를 반환할 수 있다. 유사하게, 국소적 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404)보다 작지 않다는 결정 시에, 알고리즘은 2236에서 공진 주파수 및 주파수 임계치 파라미터(1406)를 평가할 수 있다.
(어떠한 논리 배열이 사용되든) 2232 및 2236에서 평가된 조건들이 충족되지 않는 경우, 생성기는 2240에서 (예컨대, 2196에서 설정된 바와 같은) 기준선 주파수와 국소적 공진 주파수 사이의 차이(예컨대, 주파수 델타)가 기준선 편차 임계치 파라미터(2242)를 초과하는지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 알고리즘(2212)은 비-필터링된 조건 세트가 충족되었다는 표시를 반환할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 알고리즘(2212)은 비-필터링된 조건 세트가 충족되지 않았다는 표시를 반환할 수 있다.
소정 형태들에서, 30, 500, 1002와 같은 생성기들 및/또는 100, 120, 1004와 같은 초음파 수술 기구들은 응답 세트 트리거들을 갖추기 위해 부하 이벤트들을 이용하는 하나 이상의 조건 세트를 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 생성기는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 부하 이벤트들을 검출할 수 있다. 부하 이벤트는 예를 들어 초음파 블레이드에 대한 부하가 변화(예컨대, 급격한 또는 빠른 변화)를 경험할 때 발생할 수 있다. 부하 변화를 유발할 수 있는 물리적 조건들은 예를 들어 클램프 아암의 개폐, 조직을 통한 초음파 블레이드의 급격한 강하 등을 포함한다. 다양한 형태들에서, 부하 이벤트의 검출 시, 응답 세트 트리거들이 갖춰질 수 있거나, 대응하는 조건 세트 내의 다른 조건들의 발생시에 트리거링될 수 있다. 부하 이벤트가 검출되지 않을 때, 응답 세트 트리거들은 갖춰지지 않거나, 대응하는 조건 세트 내의 다른 조건들의 발생 시에도 트리거링되지 못할 수 있다. 부하 이벤트의 존재는 다양한 조건 세트들(예컨대, 조직 분리, 건조 등과 같은 조직 상태의 변화)에 의해 검출될 물리적 조건들의 유형들의 대안적인 표시자로서 사용될 수 있다. 따라서, 부하 이벤트 트리거들을 사용하는 조건 세트들은 거짓 양성들(예컨대, 조건 세트가 충족되지만, 기본적인 물리 조건이 존재하지 않는 상황들)을 반환할 가능성이 적다. 결과적으로, 부하 이벤트들을 이용하는 조건 세트들은 주파수 기울기 임계치(1404)들, 주파수 임계치(1406)들 등에 대해 더 낮거나 더 민감한 임계치들을 또한 사용할 수 있다.
다양한 형태들에 따르면, 부하 이벤트들은 시간 경과에 따른 주파수 기울기의 변화를 검사함으로써 검출될 수 있다. 도 61은 한 쌍의 부하 이벤트를 나타내는 초음파 블레이드에 대한 주파수 기울기(2302) 및 주파수의 2차 시간 도함수(2304)의 그래프이다. 부하 이벤트들은 주파수 기울기 플롯(2302)에서의 특징부(2305, 2306)들에서 그리고 2차 시간 도함수 플롯(2304)에서의 특징부(2307, 2308)들에서 명백하다. 도 61에 도시된 특성들을 생성한 블레이드는 수평축들에서 표시되는 바와 같이 약 1/2초에서 무부하 상태에서 활성화되었고, 약 1.5초에서 클램핑되었고, 약 3.5초에서 클램핑 해제되었다. 클램핑 및 클램핑 해제는 2305, 2307, 2306, 2308에 의해 표시되는 부하 이벤트들에 대응할 수 있다. 주파수 기울기 자체는 열 이벤트들(예컨대, 블레이드의 온도 변화) 및 부하 이벤트들 둘 모두에 의해 영향을 받을 수 있다는 것을 알 것이다. 이는 도 61에 도시되어 있는데, 이는 주파수 기울기 플롯(2302)이 특징부(2305, 2306)들에 더하여 다양한 변화들을 포함하기 때문이다. 이와 달리, 2차 시간 도함수 플롯(2304)은 특징부(2307, 2308)들에서의 극적인 변화들 외에는 대략 일정하다.
이를 고려하여, 소정 형태들은 롤링 윈도우(rolling window)를 통해 주파수 기울기의 변화를 검사함으로써 부하 이벤트의 존재를 검출한다. 예를 들어, 현재의 또는 국소적 주파수 기울기가 윈도 오프셋 시간만큼 국소적 주파수 기울기로부터 오프셋된 과거의 주파수 기울기와 비교된다. 계속적인 비교 결과들은 롤링 델타로서 지칭될 수 있다. 윈도우 오프셋 시간은 임의의 적합한 시간일 수 있으며, 소정 형태들에서 약 100 밀리초일 수 있다. 롤링 델타가 주파수 기울기 임계치 파라미터를 초과할 때, 부하 이벤트가 검출될 수 있다. 소정 형태들에서, 블레이드가 언로딩될 때 시작되는 부하 이벤트들은 고려되지 않을 수 있다(예컨대, 응답 세트 트리거들이 갖춰지지 않을 수 있다). 예를 들어, 롤링 윈도우를 통해 주파수 기울기를 검사하기 전에, 생성기는 먼저 임피던스 임계치를 초과하는 초음파 임피던스의 증가를 검출할 수 있다. (일부 형태들에서, 임피던스 임계치는 생성기가 부하 이벤트를 검출하기 전에 임피던스 초과 시간 임계치 파라미터 동안 유지되어야 한다.) 임피던스 임계치는 임의의 적합한 값일 수 있으며, 소정 형태들에서 약 5 옴 내지 약 260 옴이고, 약 5 옴의 해상도를 갖는다. 하나의 예시적인 형태에서, 임피던스 임계치는 약 100 옴이다. 임계치를 초과하는 초음파 임피던스의 증가는 예를 들어 클램프 아암이 폐쇄되어 부하 이벤트의 가능성이 커진다는 것을 표시할 수 있다.
도 62는 부하 이벤트를 나타내는 주파수 기울기(2310), 주파수의 2차 시간 도함수(2312) 및 롤링 델타(2314)의 그래프이다. 롤링 델타 플롯(2314)의 특징부(2316)는 롤링 델타가 주파수 기울기 임계치 파라미터를 초과하였다는 것을 표시하며, 따라서 부하 이벤트를 표시한다. 도 63은 다른 부하 이벤트를 나타내는 다른 형태의 주파수 기울기(2318), 주파수의 2차 시간 도함수(2320) 및 롤링 델타(2322)의 그래프이다. 롤링 델타 플롯(2322) 내의 특징부(2324), 2차 도함수 플롯(2320) 내의 특징부(2326) 및 주파수 기울기 플롯(2328) 내의 특징부(2328)는 부하 이벤트를 표시한다.
도 64는 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 부하 이벤트 트리거를 포함하는 조건 세트를 적용하는 일 형태의 알고리즘(2330)을 구현하기 위한 논리 흐름도이다. 2332에서, 생성기는 부하 이벤트가 발생하고 있는지를 결정할 수 있다. 생성기가 부하 이벤트가 발생하고 있는지를 결정할 수 있는 방법의 추가 예들이 본 명세서에서 도 65와 관련하여 제공된다. 부하 이벤트가 발생하지 않는 경우, 생성기는 2332에서 부하 이벤트에 대한 시험을 계속할 수 있다. 부하 이벤트가 발생하는 경우, 생성기는 2334에서 "관련 응답 세트"를 "갖출" 수 있다. 응답 세트를 갖추는 것은 응답 세트가 그의 대응하는 조건 세트의 충족 시에 트리거링되는 것을 가능하게 하는 것을 포함할 수 있다. 2336에서, 생성기는 국소적 초음파 임피던스가 임피던스 재설정 임계치 파라미터 아래인지를 결정할 수 있다. 임피던스 재설정 임계치 파라미터는 생성기가 부하 이벤트가 종결된 것으로 결론짓는 임피던스 레벨일 수 있다. 국소적 초음파 임피던스가 임피던스 재설정 임계치 파라미터 아래인 경우, 생성기는 2342에서 응답 세트를 갖추지 못할 수 있다. 국소적 초음파 임피던스가 임피던스 재설정 임계치 아래에 있지 않은 경우, 생성기(예컨대, 30, 500, 1002)는 2338에서 조건 세트 파라미터들이 충족된 것으로 결정할 수 있다. 조건 세트가 충족되는 경우, 생성기는 2340에서 적절한 응답 세트를 트리거링할 수 있다.
도 65는 부하 조건이 수술 기구 내에 존재하는지를 결정하기 위한 알고리즘(2332)의 일 형태를 구현하기 위한 논리 흐름도이다. 2342에서, 생성기는 초음파 블레이드/트랜스듀서 시스템의 국소적 초음파 임피던스가 임피던스 임계치를 초과하는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 초음파 임피던스가 임계치를 초과하며, 이는 클램프 아암의 폐쇄를 표시할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 알고리즘(2332)은 2334에서 부하 이벤트가 존재하지 않는다는 표시를 반환할 수 있다. 국소적 초음파 임피던스가 임피던스 임계치를 초과하는 경우, 생성기는 2346에서 주파수 롤링 델타가 주파수 기울기 임계치 파라미터보다 큰지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 알고리즘(2332)은 부하 이벤트(2348)를 반환할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 알고리즘(2344)은 무부하 이벤트를 반환할 수 있다.
다양한 예시적인 형태들에서, 응답 세트 트리거들을 갖추기 위해 부하 이벤트들을 이용하는 조건 세트들은 전술된 도 20 내지 도 22의 논리 흐름도(1200, 1300, 1400)들과 관련하여 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 66은 응답 세트 트리거들을 갖추기 위해 부하 이벤트를 이용하는 조건 세트를 고려하는 도 20에 도시된 조직 알고리즘(1200)의 일 형태의 신호 평가 조직 알고리즘 부분(1300")의 논리 흐름도이다. 다양한 형태들에서, 신호 평가 조직 알고리즘(1300")은 몇몇 차이점을 가지고서 전술된 알고리즘(1300)과 유사한 방식으로 동작할 수 있다. 예를 들어, 알고리즘(1300")에서, 신호 평가/모니터링 기능(1308)은 1306에서의 대기 시간 비교 전에 수행될 수 있지만, 이러한 작용들은 본 명세서에서 설명되는 임의의 알고리즘(1300, 1300', 1300")에 대해 임의의 적절한 순서로 배열될 수 있다는 것을 알 것이다. 부가적으로, 신호 평가/모니터링 기능(1308)은 또한 국소적 초음파 임피던스(
) 및 롤링 델타(Fslope_delta)를 캡처할 수 있으며, 이들은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 다양한 조건 세트 평가 알고리즘(1400)들로 전달될 수 있다. 예를 들어, 알고리즘(1300)은 국소적 초음파 임피던스, 롤링 델타, 국소적 주파수 기울기(Fslope) 및 국소적 공진 주파수(Ft)를 독립변수들로서 전달할 수 있다.
도 67은 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 도 66에 도시된 신호 평가 조직 알고리즘(1300")에 대한 조건 세트들을 평가하기 위한 알고리즘(1400")의 논리 흐름도이다. 2352에서, 생성기는 상태 유지 플래그(2354)가 설정되는지를 결정할 수 있다. 설정되지 않는 경우, 2358에서, 알고리즘(1400")의 조건 세트에 대응하는 응답 세트가 갖춰질 수 있다. 소정 형태들에서, 2358에서 응답 세트를 갖추는 것은 부하 모니터링을 효과적으로 디스에이블할 수 있다. 상태 유지 플래그(2354)가 설정되는 경우, 부하 모니터링 알고리즘(2356)이 실행될 수 있다. 부하 모니터링 알고리즘(2356)은 부하 이벤트의 검출 여부에 따라 응답 세트 트리거를 갖추거나 갖추지 않을 수 있다. 부하 모니터링 알고리즘(2356)의 추가 상세 사항들이 도 68과 관련하여 이하에서 제공된다. 2360에서, 생성기는 비-필터링된 조건 세트가 평가된 조건 세트에 대해 충족되는지를 결정하기 위한 논리를 구현할 수 있다. 논리(2360)는 도 69와 관련하여 이하에서 더 상세히 설명되며, "참" 또는 "거짓" 응답을 반환할 수 있다.
2368에서, 생성기는 필터링된 조건 세트 래치가 설정되는지를 결정할 수 있다. 필터링된 조건 세트 래치는 후술되는 바와 같이 예를 들어 필터링된 조건 세트가 임계 기간 동안 설정되는 것으로 표시되는 것을 보장하기 위해 필터링된 조건 세트가 충족될 때 설정될 수 있다. 필터링된 조건 세트 래치가 설정되는 경우, 생성기는 2365에서 래치 타이머를 증가시킬 수 있고, 2366에서 비-필터링된 조건 세트가 충족되는지를 결정할 수 있다. 비-필터링된 조건 세트가 충족되는 경우, 논리 흐름(1400")은 필터링된 조건 세트가 충족되었다는 표시를 반환할 수 있다.
2366에서 비-필터링된 조건 세트가 충족되지 않는 경우, 생성기는 2368에서 조건 세트가 여전히 충족되는지를 평가할 수 있다. 예를 들어, 생성기는 (i) 필터링된 조건 세트 래치 타이머가 최소 래치 타이머(1422)를 초과했는지; 그리고 (ii) 주파수 기울기가 크로스-백 주파수 기울기 임계치(1424)보다 큰지를 결정할 수 있다. 이러한 조건들이 충족되는 경우, 생성기는 2378에서 필터링된 조건 세트 래치를 해제하고, 디바운스 타이머(예컨대, 도 22의 타이머 X)를 재설정하고; 래치 타이머를 재설정하고; 부하 타이머(예컨대, 임피던스 초과 시간 기간)를 재설정하고, 응답 세트 트리거를 갖추지 않을 수 있다. 논리 흐름(1400")은 필터링된 조건 세트가 충족되지 않았다는 표시를 반환할 수 있다.
이제, 2362를 다시 참조하면, 필터링된 조건 세트 래치가 설정되지 않는 경우, 2364에서 생성기는 (예컨대, 2360의 반환에 기초하여) 비-필터링된 조건 세트가 충족되는지를 결정할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 디바운스 타이머가 1410에서 재설정될 수 있으며, 논리 흐름(1400")은 필터링된 조건 세트가 충족되지 않았다는 표시를 반환할 수 있다. 그러한 경우, 생성기는 1408에서 디바운스 타이머를 증가시킬 수 있다. 1414에서, 생성기는 전술된 바와 같이 트리거 파라미터(1412) 전에 디바운스 타이머가 필요한 시간보다 큰지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 알고리즘(1400")은 "예" 경로를 따라 진행하여, 1416에서 필터링된 조건 세트 래치를 래칭하고, 필터링된 조건 세트가 충족되었다는 표시를 반환할 수 있다.
도 68은 도 67에 도시된 바와 같은, 일 형태의 생성기에서 구현될 수 있는 일 형태의 부하 모니터링 알고리즘(2356)의 논리 흐름도이다. 부하 모니터링 알고리즘(2356)은 국소적 초음파 임피던스(
) 및 롤링 델타(Fslope_delta)를 입력으로서 수신할 수 있다. 출력으로서, 알고리즘(2356)은 관련 응답 세트를 갖추거나 갖추지 않을 수 있다. 2380에서, 생성기는 초음파 임피던스가 임피던스 임계치(2381)를 초과하는지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 생성기는 2382에서 부하 타이머를 증가시킬 수 있다. 부하 타이머는 국소적 초음파 임피던스를 디바운스하도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 생성기는 초음파 임피던스가 타이머의 사전결정된 개수의 틱(tick) 동안 임계치(2381)보다 크지 않는 한은 초음파 임피던스가 임계치보다 높은 것으로 간주할 수 없다.
2384에서, 생성기는 부하 타이머가 임계치 초과 필요 시간 파라미터(2386)보다 큰지를 결정할 수 있다. 큰 경우, 생성기는 2396에서 부하 트리거를 갖출 수 있으며, 2398로 진행할 수 있다. 예를 들어, 부하 트리거는 초음파 임피던스에 의해 부하가 표시될 때 갖춰질 수 있다. 2384에서 크지 않은 경우, 생성기는 부하 트리거를 갖추지 않고서 2398로 직접 진행할 수 있다. 2398에서, 생성기는 부하 트리거가 갖춰지는지를 결정할 수 있다. 갖춰지지 않은 경우, 부하 세트 모니터링 알고리즘(2356)은 부하 트리거 및 응답 세트 트리거 둘 모두가 갖춰지지 않은 상태에서 복귀할 수 있다. 갖춰진 경우, 생성기는 2400에서 롤링 델타가 주파수 기울기 임계치 파라미터(2402)를 초과하는지를 결정할 수 있다. 초과하지 않는 경우, 알고리즘(2356)은 부하 트리거 세트 및 응답 세트 트리거 둘 모두가 갖춰지지 않은 상태에서 복귀할 수 있다. 초과하는 경우, 2404에서 응답 세트 트리거가 갖춰질 수 있으며, 알고리즘(2356)은 복귀할 수 있다. 2380을 다시 참조하면, 초음파 임피던스가 임피던스 임계치를 초과하지 않는 경우, 생성기는 2388에서 부하 타이머를 재설정할 수 있다. 2390에서, 생성기는 초음파 임피던스가 임피던스 재설정 임계치 파라미터(2392)보다 낮은지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 생성기는 2394에서 응답 세트 트리거 및 부하 트리거를 갖추지 않을 수 있다. 그렇지 않은 경우, 생성기는 전술된 바와 같이 2398로 진행할 수 있다.
도 69는 일 형태의 생성기에 의해 구현될 수 있는 도 67에 도시된 일 형태의 비-필터링된 조건 세트 논리(2360)의 논리 흐름도이다. 2406에서, 생성기는 국소적 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404)보다 작은지를 결정할 수 있다. 일부 형태들에서, 주파수 기울기 임계치 파라미터는 전술된 바와 같이 생성기에 의해 전달되는 전력 레벨에 의존할 수 있다. 국소적 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404)보다 작은 경우, 생성기는 2408에서 국소적 공진 주파수가 주파수 임계치 파라미터(1406)보다 작은지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 생성기는 2410에서 부하 트리거 및 응답 세트 트리거가 갖춰지는지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 알고리즘(2360)은 비-필터링된 조건 세트가 충족되었다는 표시를 반환할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 생성기는 2412에서 필터링된 조건 세트 래치가 설정되는지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 알고리즘(2360)은 비-필터링된 조건 세트가 충족되었다는 표시를 반환할 수 있다. 2406, 2408 또는 2412 중 어느 하나에서 그렇지 않은 경우, 알고리즘(2360)은 비-필터링된 조건 세트가 충족되지 않았다는 표시를 반환할 수 있다.
일부 형태들에서, 조건(2406, 2408)들은 도시된 논리 "곱" 방식이 아니라 논리 "합" 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 국소적 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404)보다 작다는 결정 후에, 알고리즘(2360)은 2410으로 직접 점프할 수 있다. 유사하게, 국소적 주파수 기울기가 주파수 기울기 임계치 파라미터(1404)보다 작지 않다는 결정 시에, 알고리즘은 2408에서 공진 주파수 및 주파수 임계치 파라미터(1406)를 평가할 수 있다.
신호 평가 조직 알고리즘(1300, 1300' 1300")들에 대한 조건 세트들을 평가하기 위한 다양한 형태의 알고리즘(1400, 1400', 1400")들이 설명된다. 다수의 조건 세트 평가 알고리즘이 본 명세서에서 설명되는 신호 평가 조직 알고리즘(1300, 1300', 1300")들 중 임의의 것을 이용하여 구현될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 소정 형태들에서, 생성기는 본 명세서에서 전술된 바와 같이 부하 이벤트 트리거를 이용하는 조건 세트 평가 알고리즘(1400')과 관련하여 조건 세트 평가 알고리즘(1400)을 구현할 수 있다. 알고리즘(1300, 1300', 1300", 1400, 1400', 1400")들의 임의의 적합한 조합이 사용될 수 있다.
초음파 수술 기구 및 생성기의 일부 예시적인 형태들에서, 전류는 비교적 일정하도록 유지된다. 이는 초음파 블레이드에 대한 실질적으로 일정한 변위를 확립할 수 있으며, 이는 이어서 조직 처리 활동의 실질적으로 일정한 속도를 확립한다. 일부 형태들에서, 기계적 부하가 초음파 임피던스에 의해 반영되는 경우에는 기계적 부하가 변하는 경우에도 전류가 유지된다. 이를 달성하기 위해, 기계적 부하의 차이들이 인가 전압의 변조에 의해 실질적으로 보상될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 효율적으로 동작하기 위해(예컨대, 트랜스듀서에서의 낭비 열을 최소화하기 위해), 수술 기구(예컨대, 블레이드와 트랜스듀서 조합)는 시스템의 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 구동될 수 있다. 시스템의 주파수는 전류 및 전압 신호들의 위상 차이를 통해 결정될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 시스템의 공진 주파수는 열 변화에 따라 변한다. 예를 들어, 열 에너지(예컨대, 열)의 추가는 블레이드 및/또는 다른 시스템 구성요소들을 연화시켜 시스템의 공진 주파수를 변경한다. 따라서, 일부 예시적인 형태들에서 생성기는 2개의 제어 루프들을 구현한다. 제1 루프는 가변 부하들에 걸쳐 실질적으로 일정한 전류를 유지하며, 제2 제어 루프는 시스템 공진 주파수를 추적하고, 그에 따라 구동 전기 신호들을 변경한다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 초음파 수술 기구들에서 사용하기 위한 다양한 알고리즘들은 기구에 제공되는 전기 신호들에 기초하여 기구(예컨대, 그의 초음파 블레이드)의 물리적 조건들을 근사화한다. 예를 들어, 도 58 및 도 65와 관련하여, 클램프 아암의 폐쇄는 초음파 임피던스의 모니터링에 의해 결정된다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 임의의 형태에서, 클램프 아암의 폐쇄는 대안으로서 임의의 적합한 방식으로, 예를 들어 기구에 제공되는 임의의 적합한 전기 신호 및/또는 그의 파생물들로부터 결정될 수 있다는 것을 알 것이다. 전류가 실질적으로 일정하게 유지되는 일부 예시적인 형태들에서, 전압 신호의 값은 초음파 임피던스에 비례한다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 다양한 초음파 임피던스 임계치들은 대안으로서 전압 임계치들로서 구현될 수 있다. 유사하게, 전류가 실질적으로 일정한 경우에, 블레이드에 전달되는 전력 또는 에너지도 초음파 임피던스에 비례할 것이며, 대응하는 전력, 에너지 변화, 시간에 대한 전압, 전력 또는 에너지 변화 등도 클램프 아암 폐쇄를 표시할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 클램프 아암이 처음 폐쇄될 때, 초음파 블레이드의 온도는 차가운 조직과 접촉함에 따라 떨어질 수 있다. 따라서, 블레이드 폐쇄는 대안으로서 블레이드의 공진 주파수의 상승 및/또는 본 명세서에서 설명되는 다른 방법들 중 하나에 의해 지시되는 블레이드 온도의 강하를 모니터링함으로써 검출될 수 있다. 또한, 일부 형태들에서, 클램프 아암의 폐쇄는 폐쇄 트리거 및/또는 폐쇄 제어의 활성화의 검출에 기초하여 결정될 수 있다. 다양한 형태들은 설명되는 전기 신호 특성들의 일부 또는 전부의 조합들을 이용하여 클램프 아암 폐쇄를 검출할 수 있다.
또한, 예를 들어, 부하 이벤트들이 예를 들어 도 65를 참조하여 본 명세서에서 설명된다. 도 65 및 관련 설명에서, 부하 이벤트들은 주파수 롤링 델타에 기초하여 검출된다. 기구에 제공되는 전기 신호들의 다양한 다른 품질들이 또한 부하 이벤트를 표시하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 주파수 롤링 델타에 의해 지시되는 물리적 변화들은 또한 전압 신호, 시간에 대한 전압 신호의 변화, 자신의 기울기를 포함하는 초음파 임피던스, 주파수의 2차 도함수, 전류, 시간에 대한 전류의 변화 등에 의해 표시될 수 있다. 게다가, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 블레이드의 온도의 변화들은 주파수 기울기의 변화들의 검출에 기초하여 결정된다. 블레이드 온도에 기초하여 변할 수 있는 추가적인 전기 신호 특성들은 예를 들어 블레이드에 제공되는 전력 및/또는 에너지의 기울기를 포함할 수 있다.
다양한 형태들에 따르면, 기구(100, 120, 1004)들과 같은 초음파 기구는 기구를 상이한 전력 레벨들에서 순차적으로 구동하는 것을 포함하는 제어 알고리즘에 따라 구동될 수 있다. 예를 들어, 초음파 수술 기구가 활성화될 때, 초음파 수술 기구는 제1 전력 레벨에서 구동될 수 있다. 예를 들어, 생성기(예컨대, 생성기(30, 500, 1002)들 및/또는 내부 생성기)는 제1 전력 레벨에서 구동 신호를 제공할 수 있다. 제1 기간의 만료 후에, 생성기는 제1 전력 레벨보다 낮은 제2 전력 레벨에서 제2 구동 신호를 제공할 수 있다. 일부 응용들에서, 제1의 더 높은 전력 레벨은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 혈관의 내부 근육층을 외막층으로부터 분리하는 데 사용될 수 있다.
도 71은 초음파 기구를 2개의 전력 레벨에서 순차적으로 구동하기 위한 일 형태의 알고리즘(3021)의 논리 흐름도이다. 도 70은 도 71의 알고리즘의 하나의 예시적인 구현예에 대한 전력 또는 변위 플롯을 예시하는 차트이다. 알고리즘(3021)은 100, 120, 1004와 같은 초음파 기구를 구동하기 위해 30, 500, 1002와 같은 생성기 및/또는 내부 생성기에 의해 구현될 수 있다. 도 70에서, 수직축(3002)은 엔드 이펙터 블레이드의 변위에 대응한다. 수평축(3004)은 초 단위의 시간에 대응한다. 알고리즘(3021)은 본 명세서에서 생성기(30, 500, 1002)들 중 하나와 같은 생성기에 의해 구현되는 것으로 설명되며, 알고리즘(3021)은 대안으로서 100, 120, 1004와 같은 기구에 의해(예컨대, 그의 제어 회로(2009)에 의해) 구현될 수 있다는 것을 알 것이다.
3020에서, 생성기는 임상의에 의해 제공되는 트리거 신호를 수신할 수 있다. 트리거 신호는 임의의 적합한 방식으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 임상의는 기구 자체 상의 버튼 또는 다른 입력 장치(예컨대, 버튼(312a, 1036a, 1036b, 1036c), 풋 스위치(434, 1020) 등)를 이용하여 트리거 신호를 제공한다. 3022에서, 생성기는 제1 구동 신호를 제공함으로써 기구를 활성화할 수 있다. 도 70을 참조하면, 기구의 활성화가 3006에 표시되어 있다. 제1 구동 신호는 기구의 엔드 이펙터에 제공되는 전력의 제1 레벨에 대응한다. 3024에서, 생성기는 제1 기간 동안 제1 구동 신호를 유지한다. 제1 구동 신호에 대응하는 엔드 이펙터 변위가 도 70에서 3009에 표시되어 있다. 도 70의 예에 도시된 바와 같이, 제1 전력 레벨은 약 75 마이크로미터와 같은 60 내지 120 마이크로미터의 엔드 이펙터 변위에 대응한다. 제1 전력 레벨은 혈관의 내부 근육층을 외막층으로부터 분리하고/하거나 절개 및/또는 봉합 프로세스를 개선하는 데 도움이 되는 다른 조직 효과들을 제공하도록 선택될 수 있다. 일부 형태들에서, 제1 구동 신호는 또한 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 오프-공진(off-resonance)을 제공하여, 외막층으로부터의 혈관의 내부 근육층의 분리를 더 도울 수 있다.
생성기는 3026에서 제1 기간이 만료되었는지를 결정한다. 제1 기간은 임의의 적합한 방식으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 제1 기간은 기구의 활성화 이후에 사전결정된 시간량의 경과한 후에 만료되는 설정된 기간이다. 이는 도 70에 도시된 예의 경우이며, 여기서 제1 기간은 1초이다. 또한, 일부 형태들에서, 제1 기간은 특정 조직 상태 변화가 발생할 때 만료된다. 본 명세서에서 설명되는 임의의 조직 상태 변화는 제1 기간의 종료를 표시할 수 있으며, 예를 들어 조직 조건 변화를 검출하기 위한 본 명세서에서 설명되는 임의의 알고리즘이 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 제1 기간의 종료는 트랜스듀서의 임피던스의 변화에 의해 표시될 수 있다.
제1 기간이 만료될 때, 생성기는 3028에서 제2 전력 레벨의 제2 구동 신호를 제공한다. 도 70의 예에서, 제1 구동 신호로부터 제2 구동 신호로의 전이가 3007에 표시되어 있다. 제2 구동 신호에서의 엔드 이펙터 변위가 도 70에서 약 37.5 마이크로미터와 같은 약 20 내지 60 마이크로미터 사이에 있는 것으로 표시되어 있다. 도 70에는 제2 구동 신호가 연속 신호인 것으로 표시되어 있지만, 일부 형태들에서 제2 구동 신호는 예를 들어 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 펄스식 구동 신호라는 것을 알 것이다. 제2 구동 신호는 임의의 적합한 종점까지 기구에 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 70을 참조하면, 조직 절개의 완료가 3008에 표시되어 있다. 기구의 비활성화가 3010에 표시되어 있다. 일부 형태들에서, 조직 절개는 본 명세서에서 설명되는 조직 상태 변화를 검출하기 위한 임의의 알고리즘을 사용하여 검출될 수 있다. 일부 형태들에서, 생성기는 절개 점(3008) 및/또는 그 후에(예컨대, 사전결정된 기간 후에) 기구를 자동으로 비활성화할 수 있다.
알고리즘(3021)은 단지 단일 전력 레벨에서 기구를 활성화하는 것에 비해 기구의 성능을 개선할 수 있다. 도 72는 도 71의 알고리즘에 따라 동작되고(3030) 단일 전력 레벨에서 기구(1004)를 활성화함으로써 동작되는(3032) 기구(1004)와 유사한 수술 기구를 이용하여 얻어지는 버스트 압력들을 예시하는 차트이다. 도 72의 예에서, 플롯(3032)은 알고리즘(3021)의 제2 전력 레벨에 대응하는 단일 전력 레벨에서 활성화되는 기구(1004)에 대응한다. 알고리즘(3021)에 대한 시험들 및 단일 전력 레벨에서의 시험들 둘 모두는 5 내지 7mm 돼지 경동맥에 대해 수행되었다. 알 수 있듯이, 알고리즘(3012)은 더 높은 품질의 봉합 및 절개에 대응할 수 있는 더 높은 버스트 압력들을 유발한다. 도 73은 도 72에 나타낸 시험들에 대해 얻어진 절개 시간들을 예시하는 차트이다. 도시된 바와 같이, 알고리즘(3021)은 우수한 절개 시간을 제공할 수 있다.
사용 시에, 알고리즘(3021)은 임상의들에 의한 남용의 가능성을 갖는다. 예를 들어, 도 74는 일 형태의 알고리즘(3021)에 따른 구동 신호 패턴을 예시하는 차트(3040)이다. 도 74에서, 수직축(3042)은 제공된 전력 레벨에 대응하고, 수평축(3004)은 시간에 대응한다. 제1 및 제2 전력 레벨들이 축(3042) 상에서 각각 "5" 및 "1"로서 표시되어 있다. 예를 들어, 미국 오하이오주 신시내티의 에티콘 엔도-서저리. 인크.로부터 입수 가능한 GEN 11 생성기 상에서 구현될 때, "5"는 전력 레벨 "5"에 대응할 수 있고, "1"은 전력 레벨 "1"에 대응할 수 있다. 도시된 바와 같이, 임상의는 조직 절개의 완료 없이 기구를 연속으로 여러 번 활성화(3006) 및 비활성화(3010)하였다. 도시된 바와 같이, 임상의는 기구를 재활성화하고 제1(더 높은 전력의) 구동 신호를 재확보하기 위해 제2(더 낮은 전력의) 구동 신호의 시작 근처에서 기구를 비활성화하였다. 이러한 유형의 사용이 알고리즘(3021)이 설계된 대로 동작하는 것을 방해할 수 있다는 것을 알 것이다. 일부 형태들에서, 알고리즘(3021)은 비활성화(3010)와 후속 활성화(3006) 사이에 휴지 시간을 구현하도록 변경될 수 있다.
도 75는 기구의 비활성화와 후속 활성화 사이에 휴지 시간을 구현하는 다른 형태의 알고리즘(3021')의 논리 흐름도이다. 알고리즘(3021')은 100, 120, 1004와 같은 초음파 기구를 구동하기 위해 30, 500, 1002와 같은 생성기 및/또는 내부 생성기에 의해 구현될 수 있다. 3020에서 트리거 신호를 수신한 후에, 생성기는 3050에서 기구의 가장 최근의 활성화 이후에 휴지 시간이 경과했는지를 결정할 수 있다. 다양한 형태들에서, 휴지 시간은 초음파 블레이드 및/또는 조직이 휴지 상태로 복귀하는 것을 허용할 시간량에 대응하도록 선택된다. 하나의 예시적인 형태에서, 휴지 시간은 4초이다. 휴지 시간이 경과한 경우, 알고리즘(3021')은 본 명세서에서 전술된 바와 같은 작용(3022, 3024, 3026 및/또는 3028)들로 진행할 수 있다. 3050에서 휴지 시간이 경과하지 않은 경우, 생성기는 3052에서 기구에 제2 전력 레벨(예컨대, 알고리즘(3021')의 전력 레벨들 중 더 낮은 전력 레벨)의 구동 신호를 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 이전의 비활성화 이후에 휴지 기간이 경과하지 않은 경우에, 알고리즘(3021')은 그가 비활성화 시에 중지했던 시점에서 계속할 수 있다.
도 76은 일 형태의 알고리즘(3021')에 따른 구동 신호 패턴을 예시하는 차트이다. 임상의는 3056에서 기구를 활성화할 수 있다. 제2 구동 신호가 제공될 때, 임상의는 3058에서 기구를 비활성화한다. 예를 들어, 비활성화(3058)는 조직 봉합 및 절개가 완료되기 전에 발생할 수 있다. 3660에서, 임상의는 예를 들어 본 명세서에서 전술된 바와 같이 트리거 신호를 생성함으로써 기구를 재활성화한다. 그러나, 도시된 바와 같이, 3660에서의 재활성화 전에 휴지 시간이 경과하지 않았다. 따라서, 생성기는 3660에서 제2 전력 레벨의 구동 신호를 제공한다. 그러나, 3062에서의 비활성화 후에, 3064에서의 재활성화 전에 휴지 시간이 경과하였다. 따라서, 생성기는 제1 전력 레벨의 구동 신호를 제공하고, 알고리즘(3021')은 도 70에 도시된 바와 같이 진행한다.
다양한 형태들에서, 알고리즘(3021')은 휴지 시간 대신에 대안 논리 조건을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 3050에서 휴지 시간이 경과하였는지를 결정하는 대신에, 생성기는 대안 논리 조건이 충족되었는지를 결정할 수 있다. 대안 논리 조건은 예를 들어 기구 및/또는 영향받는 조직의 상태의 표시자를 포함하는 임의의 적합한 조건일 수 있다. 일부 형태들에서, 논리 조건은 엔드 이펙터의 온도이거나 그와 관련될 수 있다. 예를 들어, 대안 논리 조건은 구동 신호의 주파수에 의해 지시되는 바와 같은 초음파 구동 시스템 및 엔드 이펙터의 공진 주파수에 기초할 수 있다. 주파수가 임계치를 초과하는 경우(엔드 이펙터의 온도가 임계치 아래임을 표시함), 알고리즘(3021')은 설명된 바와 같은 작용(3022, 3024, 3026, 3028)들로 진행할 수 있다. 구동 주파수의 주파수는 예를 들어 위에서 도 21과 관련하여 본 명세서 전술된 것들을 포함하는 임의의 방식으로 측정될 수 있다. 다른 예에서, 대안적인 논리 조건은 도 10 내지 도 13과 관련하여 본 명세서에서 전술된 바와 같이 엔드 이펙터 온도에 대한 다른 대용물로서 사용될 수 있는 초음파 트랜스듀서의 임피던스에 기초할 수 있다. 또한, 일부 형태들에서, 엔드 이펙터의 온도는 도 16a의 엔드 이펙터(1026)에 배치된 온도 탐침(3070)과 같은 엔드 이펙터의 온도 탐침에 의해 측정될 수 있다.
도 77은 제3 구동 신호를 구현하는 다른 형태의 알고리즘(3021")의 논리 흐름도이다. 알고리즘(3021")은 100, 120, 1004와 같은 초음파 기구를 구동하기 위해 30, 500, 1002와 같은 생성기 및/또는 내부 생성기에 의해 구현될 수 있다. 생성기는 도 71과 관련하여 전술된 바와 같은 작용(3020, 3022, 3024, 3026, 3028)들을 수행할 수 있다. 그러나, 3028에서 제2 구동 신호를 제공한 후에, 생성기는 3072에서 제2 기간의 만료 시까지 3070에서 제2 구동 신호를 유지할 수 있다. 제2 기간의 경과 후에, 생성기는 3074에서 제3 구동 신호를 제공할 수 있다. 제3 구동 신호는 제2 전력보다 크고 제1 전력보다 작을 수 있는 제3 전력을 갖는다. 예를 들어, 하나의 예시적인 형태에서, 제2 전력 레벨은 제1 전력 레벨의 45%이다. 제3 전력 레벨은 예를 들어 제1 전력 레벨의 100%, 75% 등일 수 있다. 제1 및 제2 기간들은 예를 들어 각각 1.5초 및 12초일 수 있다. 알고리즘(3021")이 예를 들어 알고리즘(3021')과 같은 휴지 기간을 갖도록 구현될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 작용(3070, 3072, 3074)들은 도 75에 도시된 바와 같이 작용(3028) 후에 수행될 수 있다.
다양한 형태들에서, 알고리즘(3021")은 도 71에 도시된 알고리즘(3021)에 비해 더 높은 버스트 압력들 및 짧은 절개 시간들을 유도할 수 있다. 예를 들어, 도 79는 알고리즘(3021)에 따라 동작되는 기구(1004)와 유사한 수술 기구 대 알고리즘(3021")에 따라 동작되는 수술 기구를 이용하여 얻어진 버스트 압력들을 예시하는 차트이다. 도시된 바와 같이, 알고리즘(3021")에 대한 버스트 압력은 알고리즘(3021)에 대한 것보다 높다. 유사하게, 도 80은 도 79에 나타낸 시도들에 대해 얻어진 절개 시간들을 예시하는 차트이다. 도시된 바와 같이, 알고리즘(3021")에 대한 절개 시간들은 알고리즘(3021)에 대한 것보다 짧다. 또한, 알고리즘(3021")이 조직 상태(예컨대, 조건 세트)의 변화를 검출할 때 피드백(예컨대, 응답 세트)을 제공하기 위한 다른 알고리즘과 관련하여 구현되는 일부 형태들에서, 제3의 더 높은 전력의 구동 신호를 제공하는 것은 조직 상태의 변화를 검출하기 위한 본 명세서에서 설명되는 알고리즘들의 효과를 증가시킬 수 있다.
일부 형태들에서, 알고리즘(3021, 3021', 3021")들은 본 명세서에서 설명된 다양한 다른 알고리즘들과 관련하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 알고리즘(3021, 3021', 3021")들 중 임의의 것은 기구 및/또는 기구에 의해 영향받는 조직의 측정된 특성에 기초하는 조건 세트 및/또는 응답 세트와 관련하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 알고리즘(3021, 3021', 3021")들은 도 15a 내지 도 15c, 도 20 내지 도 22, 도 57 내지 도 60 등과 관련하여 본 명세서에서 전술된 알고리즘들 중 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 조건 세트가 조직 조건을 표시할 때, 대응하는 응답 세트는 알고리즘(3021, 3021', 3021")들의 상부에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 트리거링된 조건 세트가 피드백을 요청할 때, 알고리즘(3021, 3021', 3021")이 계속되는 동안에 피드백이 제공될 수 있다. 또한, 예를 들어, 트리거링된 조건 세트가 구동 신호에 대한 변경을 요청할 때, 생성기는 트리거링된 응답 세트에 따라 알고리즘(3021, 3021', 3021")으로부터 벗어날 수 있다.
도 81은 초기 클램핑 기간을 구현하는 일 형태의 알고리즘(3100)의 논리 흐름도이다. 알고리즘(3100)은 100, 120, 1004와 같은 초음파 기구를 구동하기 위해 30, 500, 1002와 같은 생성기 및/또는 내부 생성기에 의해 구현될 수 있다. 3102에서, 생성기는 예를 들어 활성화 요청(3020)과 관련하여 본 명세서에서 전술된 바와 같이 활성화 요청을 수신할 수 있다. 3104에서, 생성기는 기구가 활성화되었음을 표시하는 피드백을 제공할 수 있다. 피드백은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 가청, 시각 및/또는 촉각 피드백일 수 있다. 그러나, 피드백이 제공될 때, 기구는 아직 활성화되지 않았다. 이러한 방식으로, 알고리즘(3100)은 기구를 활성화하기 전에 엔드 이펙터가 조직을 압축하기 위한 시간을 제공함으로써 절개 및 봉합의 효율을 증가시킬 수 있다. 3106에서, 엔드 이펙터는 제1 기간이 경과했는지를 결정할 수 있다. 제1 기간은 예를 들어 수 초일 수 있다. 제1 기간이 경과한 때, 생성기는 기구를 활성화하고, 제어 알고리즘의 실행을 개시할 수 있다. 제어 알고리즘은 예를 들어 알고리즘(3021, 3021', 3201")들 중 어느 하나를 포함하는 임의의 적합한 알고리즘일 수 있다. 예를 들어, 도 71을 참조하면, 작용(3104, 3106)들은 트리거 신호(3020)의 수신 후에 수행될 것이다. 작용(3022)은 3108에 대응하도록 수행될 것이다.
도 82는 초기 클램핑 기간을 구현하는 다른 형태의 알고리즘(3120)의 논리 흐름도이다. 알고리즘(3021")은 100, 120, 1004와 같은 초음파 기구를 구동하기 위해 30, 500, 1002와 같은 생성기 및/또는 내부 생성기에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 알고리즘(3120)은 도 6 내지 도 8과 관련하여 본 명세서에서 전술된 계단 함수와 같은 계단 함수와 관련하여 초기 클램핑 기간을 구현할 수 있다. 도 82를 다시 참조하면, 생성기는 도 81과 관련하여 전술된 바와 같이 작용(3102, 3104, 3106)들을 수행할 수 있다. 3122에서, 생성기는 제1 레벨의 제1 구동 신호(3122)를 제공할 수 있다. 제1 레벨은 전류, 전력, 엔드 이펙터 변위 등에 대응할 수 있다. 3124에서 제2 기간이 경과한 때, 생성기는 3126에서 제2 구동 신호를 제공한다. 제2 구동 신호는 제1 레벨보다 높은 레벨에서의 전류, 전력 및/또는 엔드 이펙터 변위에 대응한다. 제2 구동 신호는 생성기가 예를 들어 3128에서 임계 주파수 기울기 아래로의 주파수 기울기의 강하와 같은 조직 상태의 변화를 검출할 때까지 유지될 수 있다. 그러한 이벤트의 발생 시에, 생성기는 3130에서 제3 구동 신호를 제공할 수 있다. 제3 구동 신호는 예를 들어 도 15a 내지 도 15c, 도 20 내지 도 22, 도 57 내지 도 60 등과 관련하여 전술된 것들과 같은 알고리즘에 의해 결정되는 바와 같은, 예를 들어 조직 상태의 추가 변화(예컨대, 절개)까지 유지될 수 있다.
도 83은 알고리즘(3120)에 따른 구동 신호 패턴을 예시하는 차트이다. 수직축(3132)은 구동 신호 전류에 대응하고, 수평축(3134)은 시간에 대응한다. 3092에서 활성화 신호가 수신된다. 제1 기간이 3096에 의해 나타나 있다. 제1 구동 신호를 갖는 제2 기간이 3097로 표시된어 있다. 3135에서 주파수 기울기 임계치가 충족될 때까지 3098에서 제2 구동 신호가 제공되며, 제3 구동 신호가 3099에 의해 표시되어 있다. 3008에 절개가 표시되어 있으며, 3094에서 비활성화가 표시되어 있다.
전술된 바와 같이, 3021, 3021', 3021", 3100, 3120 등을 포함하는 본 명세서에서 설명되는 임의의 알고리즘은 조건 세트 및 응답 세트를 구현하기 위한 알고리즘과 관련하여 구현될 수 있다. 조건 세트는 예를 들어 초음파 기구 및/또는 초음파 기구에 의해 영향을 받는 조직의 특정 상태의 존재 여부에 기초하여 참일 수 있다. 응답 세트는 조건 세트가 참일 때 기구 및/또는 생성기에 의해 취해질 작용들을 정의할 수 있다. 일부 형태들에서, 하나 이상의 다변수 모델을 이용하여 다양한 조건 세트들이 추정될 수 있다. 다변수 모델들의 예는 예를 들어 신경망 모델, 유전 알고리즘 모델, 분류 트리 알고리즘 모델, 회귀 베이시안(Bayesian) 모델 등을 포함할 수 있다.
하나의 적합한 유형의 다변수 모델은 신경망을 포함한다. 신경망들은 입력 변수들에서 복잡한 패턴들을 인식하는 데 효과적일 수 있으며, 이는 신경망들이 조직 상태(예컨대, 절개 발생 여부, 봉합 발생 여부 등)에 기초하여 조건 세트들을 검출하는 데 적합하게 할 수 있다. 도 84는 예시적인 신경망(3150)을 도시하는 도면이다. 신경망(3150)은 뉴런들로서 지칭되는 상호접속된 노드(3152, 3154, 3156)들의 그룹을 포함한다. 상이한 뉴런들 사이의 접속들은 망을 통해 데이터가 어떻게 전달되는지를 나타낸다. 입력 뉴런(3152)들은 입력 데이터(예컨대, 수술 기구의 다양한 파라미터들, 구동 신호 등)로부터 값들을 할당받는다. 다양한 형태들에서, 입력 변수들은 0과 1 사이의 값들로 스케일링될 수 있다. 이어서, 입력 뉴런(3152)들의 값들(예컨대, 입력 변수들)을 이용하여, 다양한 은닉 뉴런(3154)들의 값들을 계산하며, 이어서 이 값들을 이용하여 하나 이상의 출력 뉴런(3156)의 값을 발견한다. 출력 뉴런(3156)의 값은 예를 들어 피드백 및/또는 구동 신호의 변경과 같은 응답 세트를 트리거링할 수 있다(또는 트리거링하지 않을 수 있다). 실제로, 각자의 입력 노드(3153), 은닉 노드(3154) 및 출력 노드(3156)의 개수는 도 84에 도시된 것으로부터 때때로 상당히 달라질 수 있다. 다양한 형태들에서, 신경망은 데이터 사이클 상에서 동작된다. 각각의 사이클 동안, 입력 값들이 입력 뉴런(3152)들에 제공되고, 출력 값들이 출력 노드(3156)에서 취해진다.
신경망들은 도 84에 도시된 바와 같이 완전히 접속될 수 있는데, 이는 각각의 입력 뉴런(3152)이 각각의 은닉 뉴런(3154)에 접속된다는 것을 의미한다. 일부 형태들은 완전히 접속되지 않은 신경망을 이용할 수 있다. 예를 들어, 입력 노드들 모두가 각각의 은닉 뉴런(3154)에 접속되지는 않을 수 있다. 은닉 노드(3154)들에 대한 값들은 활성화 함수에 따라 결정될 수 있다. 다양한 형태들에서, 활성화 함수의 출력들은 0 내지 1의 범위이다. 예를 들어, 출력 함수는 0 내지 1의 출력을 생성하도록 선택될 수 있거나, 일부 형태들에서는 출력 함수의 결과들이 스케일링될 수 있다. 일부 형태들에서, 연속적이고 미분 가능한 함수들을 선택하는 것이 유리하다. 이는 신경망의 훈련을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 기울기 방법을 이용하는 후방 전파 훈련은 출력 함수의 부분 도함수들의 계산을 필요로 할 수 있으며, 이는 최적화 함수들이 연속적이고 미분 가능할 때 간소화될 수 있다. 활성화 함수들로서 사용될 수 있는 그러한 함수의 일례는 하기의 수학식 8에 의해 나타내어지는 바와 같은 S자형 함수(sigmoid function)이다:
[수학식 8]
수학식 8에서, 
은 입력 뉴런들의 값들에 대응하고, ω는 각각의 입력에 주어지는 가중치들에 대응하고, θ는 상수에 대응한다. 신경망이 완전히 접속될 때, 모든 입력 뉴런들의 값들은 모든 은닉 뉴런들로 전달되며, 이는 각각의 은닉 뉴런에 대한 활성화 함수가 각각의 입력 노드에 대응하는 
항을 포함한다는 것을 의미한다. 각각의 입력(ω)에 주어지는 가중치들은 각각의 은닉 뉴런 및/또는 각각의 입력 값에 고유할 수 있다. 상수 θ는 또한 각각의 은닉 뉴런(3154)에 고유할 수 있다. 각각의 노드에서의 결과들은 하기의 수학식 9 및 수학식 10에 의해 주어질 수 있다:
[수학식 9]
도 85는 함수가 연속적이고 미분 가능하다는 것을 나타내는 수학식 9의 하나의 예시적인 구현의 플롯이다.
[수학식 10]
S자형 함수의 출력이 도 86에 도시되어 있다. 예를 들어, 출력(O)은 입력 뉴런들의 가중 합 + 세타로부터 계산될 수 있다(예컨대, 수학식 8이 수학식 9에 적용된다).
다양한 형태들에서, 각각의 은닉 뉴런은 신경망에 대한 입력들의 개수와 동일한 I개의 입력을 갖는다. J개의 은닉 뉴런(3154)이 존재하는 경우, 오메가(ω)에 대한 IxJ개의 고유 값, 및 세타(θ)에 대한 J개의 고유 값이 존재한다. 일부 형태들에서, 출력 뉴런(들)(3156)은 동일한 활성화 수학식을 이용할 수 있다. 따라서, 은닉 뉴런(3154)들을 출력 뉴런(3156)에 접속하는 JxK 개의 고유 오메가(ω) 값(여기서, K는 출력 뉴런들의 개수임) 및 출력 노드(들)(3156)에 대한 K개의 고유 세타(θ) 값이 존재할 수 있다.
신경망의 출력은 초음파 수술 기구, 초음파 기구에 의해 영향을 받는 조직 또는 이들의 일부 조합의 하나 이상의 조건들을 포함하는 조건 세트의 거짓의 참을 표시할 수 있다. 예를 들어, 신경망은 분리 점에서의 또는 그 근처에서의 조직 절개를 지시하는 피드백을 제공하는지를 표시하는 조건 세트를 모델링하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 신경망의 출력은 80%의 절개가 달성되었는지를 표시할 수 있다. 임의의 적합한 개수 또는 유형의 뉴런(3152, 3154, 3156)들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 신경망(3150)은 12개의 입력 뉴런(3152)(I = 12), 4개의 은닉 뉴런(J = 4) 및 하나의 출력 뉴런(K = 1)을 포함할 수 있다. 데이터 사이클은 10 밀리초일 수 있다. 따라서, 12개의 입력에 대한 값들이 망(3150) 내에 공급될 수 있고, 10 밀리초마다 결과들이 계산될 수 있다.
입력 변수들(예컨대, 입력 노드(3152)들에 대응하는 변수들)은, 일부 상황들에서, 출력 노드(3156)의 값에 영향을 줄 수 있는 임의의 변수들을 포함할 수 있다. 후술되는 예시적인 입력 변수들은 예를 들어 80% 절개와 같은 임의의 적합한 초음파 기구 관련 값에 대응하는 출력 노드 또는 노드들을 갖는 3154와 같은 신경망에서 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 입력 변수들이 예를 들어 유전 알고리즘 모델, 분류 트리 알고리즘 모델, 회귀 베이시안 모델 등을 포함하는 임의의 다른 적합한 유형의 모델에서 또한 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.
일부 형태들에서, 입력 노드(3152)들에 대응하는 입력 변수들은 조직의 처리 동안 수술 시스템의 동작을 설명하는 변수들을 포함한다. 조직 처리는 예를 들어 수술 시스템이 조직에 대해 활성화될 때 시작될 수 있다. 예시적인 조직 처리 입력 변수들이 이하에서 설명된다.
활성화 입력 변수 이후에 경과한 시간은 (예컨대, 조직 처리의 시작에서) 기구의 활성화 이후의 시간을 나타낼 수 있다. 시간은 예를 들어 기구 활성화(예컨대, 0.00초)에서 시작되는 10 밀리초(0.010초)를 포함하는 임의의 적합한 증가분들에서 측정될 수 있다. 일부 형태들에서, 활성화 이후의 경과 시간은 생성기에 의해 측정되고 저장된다.
예를 들어 트랜스듀서를 가로지른 전압 강하, 트랜스듀서에 의해 인출되는 전류 및 트랜스듀서의 임피던스를 포함하는 상이한 변수들을 이용하여 초음파 트랜스듀서 또는 핸드피스의 동작을 설명할 수 있다. 이들 및 유사한 변수들의 값들은 임의의 적합한 간격으로 (예컨대, 생성기에 의해) 캡처되고 저장될 수 있다. 예를 들어, 전압, 전류 및/또는 임피던스 값들이 신경망(3150)의 데이터 사이클과 동일한 간격으로 캡처될 수 있다.
추가적인 입력 변수들이 사전결정된 기간들에 걸친 트랜스듀서의 전압, 전류 및/또는 임피던스의 상이한 교환들을 설명한다. 예를 들어, 전압, 전류 또는 임피던스의 평균들은 (예컨대, 활성화 이후의 경과 시간에 의해 설명되는) 전체 활성화 기간에 걸쳐 취해질 수 있다. 또한, 일부 형태들에서, 전압, 전류 또는 임피던스의 평균들은 사전결정된 개수의 이전 샘플들에 걸쳐 취해진다. 예를 들어, 평균 임피던스는 최종 A개의 임피던스 샘플에 걸쳐 취해질 수 있는데, 여기서 A는 10일 수 있다. 전압, 전류 및/또는 임피던스로부터 도출 가능한 전력, 에너지 및 다양한 다른 값들이 또한 독립 입력 변수들로서 또는 상이한 교환들에서 계산될 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서는 전체 에너지가 입력 변수로서 사용될 수 있다. 총 에너지는 활성화 이후에 초음파 시스템으로 전달된 에너지의 합을 나타낼 수 있다. 이는 예를 들어 활성화 전체에 걸쳐서 전력의 합과 시간을 곱함으로써 도출될 수 있다. 임피던스 곡선 또는 형상은 활성화 이후의 임피던스 변화를 표시한다. 일부 형태들에서, 스플라인 피트(spline fit) 또는 다른 평활화 함수가 임피던스 곡선에 적용될 수 있다. 평활화 함수의 적용은 변곡점들을 강조할 수 있으며, 그들의 존재 또는 위치는 입력 변수들로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 임피던스 곡선은 일부 형태들에서 절단이 발생함에 따라 급격한 강하를 경험할 수 있다. 임피던스 곡선과 같은 다양한 예시적인 입력 변수들은 값들의 곡선 또는 어레이로서 설명된다. 그러한 변수들은 예를 들어 곡선 아래의 면적을 취하거나 하나 이상의 피크 값을 취하거나 곡선의 평균 또는 이동 평균을 취하는 것 등을 포함한 임의의 적합한 형태로 신경망(3150) 또는 유사한 모델에 입력될 수 있다. 일부 형태들에서, 다양한 곡선들의 적분, 피크, 평균 등은 예를 들어 활성화로부터 과도적 효과들을 배제하기 위해 한정될 수 있다. 추가 변수들은 예를 들어 (예컨대, 활성화 이후의) 전체 에너지, (예컨대, 활성화 이후의) 전체 임피던스 변화 등을 포함할 수 있다.
다양한 입력 변수들은 수술 시스템(예컨대, 트랜스듀서, 도파관 및 블레이드)의 공진 주파수에 기초한다. 수술 시스템의 공진 주파수는 구동 신호의 주파수 내에 나타날 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 생성기는 시스템의 공진 시스템에서 수술 시스템을 구동하도록(예컨대, 구동 신호를 제공하도록) 튜닝될 수 있다. 일부 형태들에서, 공진 주파수 자체(예컨대, 현재의 또는 순간의 공진 주파수)가 입력 변수일 수 있다. 공진 주파수는 임의의 적합한 간격으로, 예를 들어 신경망 또는 다른 모델의 데이터 사이클에서 샘플링될 수 있다. 다른 예시적인 공진 주파수 변수는 조직 처리 과정에 걸친 공진 주파수 변화를 설명한다. 예를 들어, 공진 주파수 변화는 현재의 공진 주파수 값과 활성화 시의 주파수 값 및/또는 활성화 이후의 설정점(예컨대, 활성화 후의 0.5초) 사이의 차이와 동일하게 설정될 수 있다. 또 다른 공진 주파수 변수는 주파수 도함수 dF/dt 또는 공진 주파수의 순간 기울기를 설명한다. 추가적인 공진 주파수 변수는 주파수 도함수 값들의 평균을 취함으로써 도출될 수 있다. 하나의 예시적인 평균은 활성화 이후의 모든 주파수 도함수 값들 및/또는 예를 들어 신경망(3150)의 지난 10개의 데이터 사이클과 같은 사전결정된 기간에 걸친 주파수 도함수 값들을 포함한다. 일부 형태들에서는, 다수의 평균 주파수 도함수 변수가 사용될 수 있으며, 각각의 변수는 상이한 기간(예컨대, 신경망(3150) 또는 다른 모델의 상이한 수의 지난 데이터 사이클)에 걸쳐 계산될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 공진 주파수 변수들의 다양한 상이한 교환들이 또한 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 공진 주파수 변수는 이전의 A개의 평균 dF/dt 값에 걸쳐 계산된 최대 평균 주파수 도함수를 설명하는데, 여기서 A는 신경망(3150) 또는 다른 모델의 데이터 사이클들의 개수에 대응할 수 있다. 예를 들어, A는 10일 수 있다. 다른 예시적인 입력 변수는 위상 마진이다. 위상 마진은 구동 신호와 블레이드의 변위 사이의 위상 차이를 설명한다. 위상 마진은, 예를 들어 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함되고, 통상적으로 소유된 발명의 명칭이 "초음파 핸드피스에서 위상 마진을 사용한 출력 변위 제어(Output Displacement Control Using Phase Margin In An Ultrasonic Hand Piece)"인 미국 특허 제6,678,621호에 설명된 바와 같은 임의의 적합한 방식으로 측정될 수 있다.
다양한 형태들에서, 신경망(3150) 또는 다른 모델은 특정 수술 시스템을 설명하는 값들을 갖는 입력 변수들(예컨대, 시스템 고유 변수들)을 수신한다. 시스템 고유 변수들은 예를 들어 핸드피스, 블레이드, 도파관, 엔드 이펙터, 클램프 아암, 클램프 패드 등을 포함하는 수술 시스템의 임의의 구성요소 또는 구성요소들의 그룹의 특성들을 설명할 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템 고유 변수들은 각각의 수술 시스템의 "핑거프린트(fingerprint)"를 제공하도록 역할할 수 있다. 상이한 시스템 고유 변수들이 다양한 방식으로 측정되고 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템 고유 변수들은 신경망(3150) 또는 다른 모델의 훈련 및 실행에 사용될 수 있다.
일부 시스템 고유 변수들은 물리적으로 측정될 수 있는 수술 시스템 또는 그의 구성요소들의 특성들을 설명한다. 시스템 길이는 수술 시스템(예컨대, 그의 도파관 및 블레이드)의 길이를 설명한다. 예시적인 시스템 길이들은 23cm, 36cm 및 45cm를 포함한다. 일부 형태들에서, 개별 신경망(3150)들은 상이한 길이들을 갖는 시스템들에 대해 훈련되고 사용될 수 있지만, 이는 시스템 길이를 입력 변수로서 사용함으로써 피하게 될 수 있다.
일부 시스템 고유 입력 변수들은 초음파 블레이드의 특성들을 설명한다. 예를 들어, 개별 블레이드 이득은 트랜스듀서로부터 블레이드의 팁까지의 변위의 증가 또는 감소의 비율을 설명한다(예컨대, 블레이드 이득은 블레이드와 도파관의 조합을 설명할 수 있다). 임의의 주어진 초음파 블레이드의 이득은 예를 들어 블레이드의 직경에서의 불연속성을 포함하는 블레이드 자체의 물리적 특성들에 의해 결정될 수 있다. 동일한 사양들로 제조된 상이한 블레이드들은 예를 들어 제조 공차들로 인해 약간 다른 블레이드 이득들을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 적합한 블레이드에 대한 이득은 3.5±0.2일 수 있다. 다양한 형태들에서, 블레이드 이득은 수술 시스템의 제조 및/또는 시험 동안 측정된다. 예를 들어, 레이저 진동계 또는 다른 적합한 기구를 이용하여, 공지된 이득들을 갖는 생성기 및 핸드피스에 의해 구동될 때의 블레이드의 변위를 측정할 수 있다.
다른 블레이드 고유 변수는 블레이드의 고유 공진 주파수이다. 이는 정지 공진 주파수로 또한 지칭될 수 있다. 고유 공진 주파수는 블레이드의 물리적 특성들의 함수이다. 다양한 형태들에서, 고유 공진 주파수는 예를 들어 임펄스 여기 또는 핑(ping) 시험을 이용하여 블레이드(또는 관련 시스템)의 제조 또는 시험 동안 측정된다. 핑 시험에 따르면, 일정한 범위의 주파수들에 걸치는 음파들 또는 진동들이 (통상적으로 로딩되지 않은) 블레이드에 제공된다. 블레이드가 공진하게 하는 주파수에 주목한다. 예를 들어, 마이크 또는 다른 오디오 센서를 이용하여, 다양한 주파수들의 핑들에 대한 블레이드의 응답을 기록할 수 있다. 측정된 값들의 주파수 내용을 분석하여 공진을 식별할 수 있다. 또 다른 블레이드 고유 변수는 블레이드에 대한 Q 팩터이다. Q 팩터는 블레이드의 그의 중심 주파수에 대한 대역폭을 설명한다. 즉, Q 팩터는 블레이드의 주파수 스펙트럼이 공진 주파수 주위에 얼마나 치밀하게 패킹(packing)되는지를 설명한다. Q 팩터는 예를 들어 블레이드 또는 관련 시스템의 제조 또는 시험 동안에 예를 들어 일반적으로 이용 가능한 스펙트럼 분석기 장비를 이용하여 측정될 수 있다.
추가적인 블레이드 고유 변수는 블레이드 길이이다. 예를 들어, 제조 공차들로 인해, 동일 설계의 모든 블레이드가 동일 길이를 갖지는 않을 것이다. 예를 들어 마이크로미터, 광학 시스템, 좌표 측정 기계 등을 포함하는 임의의 적합한 측정 기술 또는 장비를 이용하여 정확한 블레이드 길이들이 측정될 수 있다. 블레이드 휨은 블레이드가 클램프 아암과 접촉할 때 휘는 정도를 설명한다. 블레이드 휨의 정도는 예를 들어 비접촉 레이저 변위 기구, 다이얼 표시기 또는 임의의 다른 적합한 기구를 이용하여 측정될 수 있다. 블레이드들의 다양한 음향 특성들이 또한 블레이드 고유 입력 변수들로서 이용될 수 있다. 상이한 블레이드들에 대한 푸아송 비(Poisson's ratio)가 횡방향 및 축방향 스트레인을 측정하기 위한 스트레인 게이지들을 이용하여 측정될 수 있고/있거나, 블레이드 재료로부터 도출될 수 있다. 상이한 블레이드들에서의 음속이 또한 측정될 수 있고/있거나, 블레이드 재료들로부터 도출될 수 있다. 잠재적 입력 변수들인 다른 음향 특성들은 위상 속도, 밀도, 압축성 또는 강도, 체적탄성율 등을 포함한다. 예를 들어, 블레이드, 클램프 패드 등의 많은 음향 특성은 재료 제조자들에 의해 제공된다.
추가적인 블레이드 고유 변수들은 표면 마찰 계수 및 투영된 봉합 표면을 포함한다. 표면 마찰 계수는 조직 효과의 모델들과 관련될 수 있는데, 그 이유는 표면 마찰 계수가 예를 들어 하기의 수학식 11에 따라 조직에 전달되는 전력과 관련될 수 있기 때문이다:
[수학식 11]
전력 = μ × 2π * d * f * N
수학식 11에서, μ는 표면 마찰(예컨대, 동적 마찰) 계수이고, f는 구동 신호의 주파수(예컨대, 시스템의 공진 주파수)이고, N은 수직력이고, d는 블레이드의 변위이다. 표면 마찰 계수는 임의의 적합한 방식으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 블레이드는 회전 테이블 위에 장착되고, 공지된 수직력이 인가되는 동안에 회전될 수 있다. 일부 형태들에서, 상기 수학식 11은 하기의 수학식 12에 의해 나타내어지는 바와 같이 투영된 봉합 표면을 또한 고려한다:
[수학식 12]
전력 밀도 = (μ × 2π * d * f * N)/SS
수학식 12에서, SS는 투영된 봉합 표면이다. 투영된 봉합 표면은 예를 들어 블레이드의 기하학적 구성에 기초하여 추정될 수 있다. 예를 들어, 블레이드 길이, 폭 및 곡률이 관련될 수 있다. 관련된 예시적인 입력 변수는 블레이드 클록이다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 블레이드는 만곡된다. 블레이드 클록은 길이방향 축을 중심으로 한 블레이드 곡률의 각도 방향을 설명한다.
다양한 형태들에서, 수술 시스템이 조직에 작용하는 방식은 클램프 아암과 블레이드가 조직과 결합하는 방식에 의존한다. 이는 또한 다양한 시스템 고유 치수들 또는 다른 특성들에 의존할 수 있다. 예를 들어, 다양한 시스템 고유 변수들은 블레이드, 클램프 아암 및 클램프 패드 사이의 상호관계를 설명한다. 하나의 그러한 예시적인 입력 변수는 블레이드와 클램프 아암 사이에 제공되는 클램핑 힘이다. 예를 들어, 클램핑 힘은 수학식 1과 관련하여 본 명세서에서 전술된 FT에 대응할 수 있다. 클램핑 힘은 임의의 적합한 방식으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3과 관련하여 설명된 수술 시스템(19)과 관련하여, 클램프 아암(56)은 (예컨대, 블레이드(79)와 접촉하지 않는) 개방 위치에서 고정될 수 있다. 힘 트랜스듀서가 클램프 아암(56)에, 예를 들어 클램프 아암(56)의 피벗 점과 최원위 단부 사이의 중점에 고정될 수 있다. 이어서, 핸들(68)이 작동되어, 블레이드(79)에 대항하여 클램프 아암(56)을 폐쇄할 수 있다. 힘 트랜스듀서는 제공되는 힘을 측정할 수 있다. 일부 형태들에서, 트리거 위치가 모니터링되어, 클램프 힘 대 트리거 위치를 표현하는 입력 변수를 도출할 수 있다. 일부 형태들에서, 최대 힘이 사용된다. 일부 형태들에서, 클램핑 힘은 개방 위치들에서 고정된 클램프 아암을 이용하여 측정된다. 예를 들어, 텍스캔(TEKSCAN)으로부터 입수 가능한 것들과 같은 압력 센서가 블레이드와 클램프 아암 사이에 배치될 수 있다.
유사한 변수들은 트리거 변위, 트리거 힘 및 튜브 부조립체 스프링 힘을 포함한다. 트리거 변위는 트리거(34, 4120)(도 93)가 블레이드에 대항하여 클램프 아암을 폐쇄하기 위해 피벗되는 거리이다. 트리거의 변위는 스프링이 클램프 아암을 폐쇄하기 위해 변위되는 각도에 대응할 수 있다. 예를 들어, 스프링(5051)이 도 105에 도시되어 있다. 이제, 도 93, 도 95 및 도 105를 참조하면, 스프링(5051)은 도 95에 구체적으로 도시되지 않지만, 스프링(5051) 또는 유사한 스프링이 도 105에 도시된 것과 유사한 방식으로 도 95의 요크(4174)에 그리고 핸들(4122)에 결합될 수 있다는 것을 알 것이다. 도 93 및 도 95와 관련하여 설명되는 바와 같이, 트리거(4120)의 근위방향 움직임은 요크(4174) 및 왕복 운동하는 튜브형 작동 부재(4138)의 원위방향 움직임을 유발하여, 클램프 아암(4150)과 블레이드(4152)를 폐쇄한다. 요크(4174)가 원위방향으로 이동함에 따라, 스프링(5051)을 연장시킬 수 있다. 따라서, 트리거(예컨대, 트리거(4120))의 변위는 스프링(예컨대, 5051)의 연장을 나타내며, 따라서 클램프 힘에 대한 대용물로서 역할할 수 있다. 트리거 힘(예컨대, 트리거에 제공되도록 요구되는 힘)이 또한 입력 변수로서 사용될 수 있다. 트리거 변위 및 힘은 임의의 적합한 방식으로 측정될 수 있다. 일부 형태들에서, 튜브 부조립체 힘이 또한 측정되고, 입력 변수로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 95를 다시 참조하면, 튜브 부조립체 힘은 왕복 작동 부재(138)에 의해 클램프 아암(4150) 및 블레이드(4152)에 제공되는 힘을 나타낸다. 본 명세서에서 설명되는 다양한 변위들 및 힘들은 예를 들어 비전 측정 시스템, 스트레인 게이지, 다이얼 표시기 등을 포함하는 임의의 적합한 장비를 이용하는 임의의 적합한 방식으로 측정될 수 있다.
다른 적합한 클램핑 관련 변수들이 압력 프로파일과 관련된다. 압력 프로파일은 클램프 아암이 폐쇄될 때 블레이드와 클램프 아암을 따르는 압력의 분포를 설명한다. 클램핑 프로파일은 임의의 적합한 방식으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 텍스캔으로부터 입수가능한 센서와 같은 압력 센서가 블레이드와 클램프 아암 사이에 배치될 수 있다. 이어서, 클램프 아암은 (예컨대, 본 명세서에서 설명되는 트리거(34) 및/또는 트리거(4120)를 이용하여) 폐쇄될 수 있으며, 결과적인 힘(및/또는 힘 분포)이 측정된다. 일부 형태들에서, 클램핑 힘들은 클램프 아암의 전체 길이보다 짧은 길이에 걸쳐 취해질 수 있다. 예를 들어, 클램프 아암 또는 블레이드 상의 특정 위치에서의(예컨대, 클램프 아암의 근위 부분에서의) 클램핑 힘이 신경망(3150) 또는 다른 적절한 모델에 대한 입력 변수로서 사용될 수 있다.
다양한 다른 클램핑 관련 입력 변수들은 클램프 아암 휨, 클램프 아암 위치 또는 라이드(ride), 완전 개방 트리거에서의 조오 각도 및 패드 높이를 포함한다. 클램프 아암 휨은 블레이드에 대항하여 폐쇄될 때의 클램프 아암에서의 휨의 정도의 척도이다. 완전 개방 트리거에서의 조오 각도로 또한 지칭되는 클램프 아암 위치 또는 라이드는 클램프 아암과 블레이드 사이의 거리 또는 각도를 설명한다. 예를 들어, 완전 개방 트리거에서의 조오 각도는 비전 시스템, 광학 비교기, 각도기 등을 이용하여 측정될 수 있다. 패드 높이는 클램프 아암 패드의 두께를 설명할 수 있다. 이러한 값들은 임의의 적합한 방식으로 측정될 수 있다. 예를 들어, 비전 시스템은 블레이드의 이미지들을 캡처하고, 클램프 아암 휨 등을 도출하는 데 사용될 수 있다. 또한, 다양한 기계적 또는 광학적 범위 측정 기술들이 특정 치수들을 측정하는 데 사용될 수 있다. 추가적인 클램핑 관련 변수들은 패드(예컨대, 클램프 패드(58))의 특성들을 설명할 수 있다. 그러한 파라미터들의 예는 패드 로트(lot) 번호, 패드의 치수들, 패드의 재료 분포, 패드의 재료 경도, 패드의 열 특성들뿐만 아니라, 생산 로트에 걸치는 이들 및 유사한 값들에 대한 평균 값들을 포함할 수 있다.
일부 형태들에서, 시스템 고유 변수들은 시험 절차들 동안에 행해진 측정들에 기초하여 값들을 할당받는다. 예를 들어, 일부 입력 변수들은 시스템 번인 동안에 결정된다. 번인의 일 형태가 도 26 내지 도 28과 관련하여 본 명세서에서 전술되었다. 번인은 예를 들어 공기 중의 기구, 완전 클램핑 및 건조(예컨대, 클램프 아암과 블레이드 사이에 아무것도 없음)와 같은 공지된(그리고 반복 가능한) 조건들 하에서 수행될 수 있다. 일부 형태들에서, 번인 동안의 주파수 기울기는 예를 들어 전력, 에너지, 전압, 전력 변화 속도(dPower/dt), 에너지 변화 속도(dEnergy/dt), 전압 변화 속도(dV/dt), 전류 변화 속도(dI/dt), 주파수 변화 속도(df/dt), 임피던스 변화 속도(dZ/dt), 피크 임피던스 등과 같은 유사한 값들과 함께 입력 변수로서 사용될 수 있다. 일부 형태들에서, 번인이 공기 중에서(예컨대, 블레이드가 패드와 마주하는 상태에서) 수행될 때, 전술된 변수들은 번인 전반에서 비교적 일정하게 유지될 수 있다. 그러나, 변수들이 변하는 경우, 주파수 기울기 또는 다른 변수는 작동 후의 사전결정된 시간에 취해지거나, 번인 사이클의 전부 또는 일부에 걸쳐 평균되거나 기계적으로 결합되거나, 기타 등등일 수 있다.
일부 형태들에서, 주파수 기울기 또는 다른 값은 생성기 전력이 상이한 전력 레벨들에 걸쳐 설정되는 번인 조건들 하에서 취해진다. 예를 들어, 주파수 기울기 또는 다른 측정치는 생성기가 제1 전력으로 설정된 상태에서 취해질 수 있으며, 제2 주파수 기울기 또는 다른 측정치는 생성기가 제2 전력 레벨로 설정된 상태에서 취해질 수 있다. 일부 형태들에서, 번인은 조직(예컨대, 돼지 조직) 또는 조직 대용물(스폰지 재료 등)이 클램프 아암과 블레이드 사이에 배치된 상태에서 수행될 수 있다. 일부 형태들에서, 주파수 기울기 및 관련 변수들은 조직 대용물이 절개됨에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 주파수 기울기는 번인 사이클 내의 다양한 상이한 점들에서 취해지거나, 번인 사이클의 전부 또는 일부에 걸쳐 평균되거나, 기타 등등일 수 있다. 다른 시험 관련 변수는 수행되는 번인 사이클들의 개수이다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 예를 들어 기구에 또는 제1 번인에서의 시험 절차에 문제가 있는 경우에는 다수의 번인 사이클이 수행될 수 있다.
번인을 수행한 후, 수술 시스템의 다양한 다른 특성들이 측정될 수 있다(그리고 입력 변수들로서 사용될 수 있다). 예를 들어, 번인은 블레이드에 대응하는 클램프 패드 상에 만입부(indentation)를 형성할 수 있다. 만입부의 분석은 번인 깊이(예컨대, 만입부의 깊이)를 산출할 수 있다. 깊이는 임의의 적합한 장치를 이용하여 측정될 수 있다. 일부 형태들에서, 번인 깊이는 비전 시스템, 레이저 거리계 및/또는 다른 기계적 또는 광학적 측정 도구를 이용하여 측정될 수 있다. 일부 형태들에서, 번인 깊이는 번인 깊이 분포(예컨대, 접촉 프로파일)를 표시하기 위해 클램프 패드 상의 다양한 점들에서 취해진다. 또한, 일부 형태들에서, 클램프 아암 접촉점이 또한 만입부로부터 도출될 수 있다. 예를 들어, 만입부의 가장 깊은 부분은 첫 번째 접촉점에 대응할 수 있다.
또 다른 시스템 고유 입력 변수들이 자유 상태에서 측정된다. 자유 상태는 클램프가 블레이드와 접촉하지 않고 블레이드가 공기 중에서 동작하는 상태에서 재현될 수 있다. 자유 상태에서 측정되는 변수들은 전력 소비, 장치 임피던스, 상이한 전력 레벨들에 걸치는 주파수 기울기들, 상이한 전력 레벨들에서의 블레이드 임피던스, 핸드피스의 전류, 전압 및 임피던스 등을 포함할 수 있다. 다양한 형태들에서, 시스템 및 환경 관련 변수들은 사전-실행(pre-run) 동안에 측정될 수 있다. 예를 들어, 다양한 수술 시스템들은 조직에 대한 동작 전에 사전-실행 시험을 요구하도록 구성된다. 이는 예를 들어 수술 시스템이 적절히 조립된 것을 보장하도록 역할할 수 있다. 그러나, 사전-실행 시험 동안에, 예를 들어 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 전압, 전류, 임피던스, 공진 주파수 및 이들의 교환들을 포함하는 다양한 시스템 고유 변수 값들이 캡처될 수 있다.
추가적인 시스템 고유 변수들이 블레이드 및/또는 클램프 아암의 온도 응답과 관련된다. 예를 들어, 클램프 아암 온도 응답은 특정 클램프 아암이 열 인플럭스(heat influx)에 노출될 때 가열되는 방식을 설명한다. 클램프 아암의 온도는 예를 들어 적외선 온도계를 이용하여 측정될 수 있다. 클램프 아암 온도 응답은 열 유입 플럭스의 와트당 온도에서의 가열 도수로서 표현될 수 있다. 유사하게, 클램프 아암 온도 냉각 곡선은, 예를 들어 단위 시간당 도수로 표현될 수 있는, 주어진 블레이드가 실온 공기 중에서 단위 시간마다 얼마나 냉각되는지의 척도일 수 있다. 예를 들어, 블레이드 온도 응답 및 블레이드 냉각 곡선을 포함하는 유사한 입력 변수들은 블레이드에 기초할 수 있다. 다른 예시적인 온도 응답 변수는 블레이드 임피던스 대 온도를 포함한다. 이는 온도의 함수로서의 (예컨대, 트랜스듀서의 전기 임피던스에 의해 표현되는 바와 같은) 블레이드의 음향 임피던스의 척도일 수 있다. 블레이드 온도의 변화는 주파수 변화를 유발할 수 있으므로, 샤프트 내에 블레이드 및 도파관을 고정하는 구성요소들은 반드시 정확한 노드 점들(예컨대, 0의 횡방향 변위를 갖는 도파관 상의 위치들)에 있지는 않을 수 있다. 따라서, 구성요소들이 정확한 노드 점들에 있지 않을 때, 이들은 시스템이 공기 중에 있을 때 시스템 내에 음향 임피던스를 유발할 수 있다. 이러한 것이 어떻게 변화하는지 및 주파수에서의 결과적인 변화를 측정하는 것은, 블레이드 온도뿐만 아니라, 블레이드 온도가 블레이드 상에서 얼마나 멀리 뒤로(예컨대, 핸들을 향해) 변경되었는지를 모델링하는 것을 가능하게 할 수 있다. 각각의 온도 응답들 및/또는 냉각 곡선들은 임의의 적합한 방식으로 신경망(3150)에 대한 입력들로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 곡선들의 기울기, 기울기 변하는 무릎 값 또는 임의의 다른 적합한 값이 선택될 수 있다.
다른 예시적인 시스템 고유 변수들은 시스템이 생산된 생산 라인의 연수 및 예를 들어 번인에서 블레이드 내에서 측정된 횡방향 주파수를 포함한다. 예를 들어, 생산 기계는 그의 수명에 걸쳐 변경되어, 생산 기계 수명 내의 상이한 시점들에서 생성되는 블레이드들 및 구성요소들이 상이하게 거동하게 할 수 있다. 횡방향 주파수들은 샤프트의 방향과 직교하는 방향에서의 블레이드의 진동을 설명하며, 예를 들어 애질런트 테크놀로지즈(AGILENT TECHNOLOGIES)로부터 입수 가능한 N9030A PXA 신호 분석기와 같은 벡터 신호 분석기 또는 스펙트럼 분석기를 이용하여 측정될 수 있다. 횡방향 주파수들은 예를 들어 번인 또는 자유 상태와 같은 사전결정된 조건 세트를 포함하는 임의의 적합한 조건들에서 측정될 수 있다.
신경망(3150)에 대한 다양한 입력 변수들은 조직을 처리하기 위해 수술 시스템에 의해 사용되는 핸드피스 또는 트랜스듀서에 기초할 수 있다. 그러한 변수들의 예는 전술된 바와 같이 트랜스듀서의 임피던스, 핸드피스의 공진 주파수, 핸드피스의 전류 설정점 등을 포함할 수 있다. 핸드피스의 공진 주파수는 도파관 또는 블레이드와 무관한 핸드피스의 공진 주파수를 설명한다. 예를 들어, 핸드피스의 공진 주파수는 제조 시에 측정될 수 있다. 핸드피스에 대한 전류 설정점은 사전결정된 변위를 제공하기 위해 특정 핸드피스에 제공되어야 하는 전류의 레벨을 설명한다. 예를 들어, 상이한 핸드피스들은 상이한 제조 공차들에 기초하는 상이한 전류 설정점들을 가질 수 있다. 핸드피스를 설명하는 전류 설정점, 공진 주파수 및 다른 변수 값들은 예를 들어 핸드피스와 관련된 전기적으로 소거가능하고 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리(EEPROM) 또는 다른 저장 장치에 저장될 수 있다. 예를 들어, 생성기는 핸드피스에 질의하여 핸드피스 고유 변수들을 검색할 수 있다. 일부 형태들에서, 핸드피스 고유 변수들을 이용하는 것은 제조 및/또는 시험 동안 측정된 다양한 다른 시스템 고유 변수들에 대한 추가적인 명료함을 제공할 수 있다. 예를 들어, 시스템이 임상의에 의해 사용될 때, 상이한 그리고 종종 더 새로운 핸드피스가 사용될 수 있다. 핸드피스 고유 변수들은 이를 교정할 수 있다.
신경망(3150)이 본 명세서에서 전술된 입력 변수들 중 임의의 것을 이용할 수 있다는 것을 알 것이다. 일부 형태들에서, 신경망(3150)은 행렬 대수학을 이용하여 평가될 수 있다. 예를 들어, 4개의 행렬들이 사용될 수 있다. 1xI 입력 행렬(0_i)은 I개의 입력 뉴런에 대한 (예컨대, 스케일링된) 값들을 포함할 수 있다. IxJ 은닉 뉴런 오메가 행렬(W_ij)은 은닉 뉴런(3154)들의 값들을 계산하는 데 사용되는 오메가(ω) 값들을 포함한다. JxK 출력 뉴런 오메가 행렬(W_jk)은 출력 뉴런 또는 뉴런들(3156)의 값들을 계산하는 데 사용되는 오메가(ω) 값들을 포함한다. 1xJ 은닉 뉴런 상수 행렬(0_j)은 은닉 뉴런(3154)에 대한 상수 세타 값들을 포함한다. 1xK 출력 뉴런 상수 행렬(O_k)은 출력 뉴런(들)(3156)에 대한 상수 세타 값들을 포함한다. 임의의 주어진 사이클에 대해, 신경망의 출력은 하기의 수학식 13 내지 수학식 16에 의해 표시되는 바와 같이 행렬들을 평가함으로써 계산될 수 있다:
[수학식 13]
x_j = O_i * W_ij + O_j
수학식 13의 결과인 x_j는 각각의 은닉 뉴런(3154)에 대한 입력 뉴런 값들의 가중 합들일 수 있다. 행렬 x_j는 하기의 수학식 14와 같은 수학식을 통해 요소별로 처리되어, 동일한 크기의 행렬 O_j가 산출될 수 있다.
[수학식 14]
O_j = (1 + exp(-x_j)). ^ (-1*Z)
수학식 14의 결과인 O_j는 은닉 뉴런(3154)들 각각에 대한 값들일 수 있다. 수학식 12에서, Z는 크기 KxJ를 갖는 것들의 행렬에 대응한다.
[수학식 15]
x_k = O_j * W_jk + O_k
수학식 15의 결과인 x_k는 각각의 출력 뉴런(3156)에 대한 은닉 뉴런 값들의 가중 합들일 수 있다. 행렬 x_k는 수학식, 예를 들어 수학식 16을 통해 요소별로 처리되어, 동일한 크기의 행렬 O_k가 산출된다.
[수학식 16]
O_k = (1 + exp(-x_k)) ^ (-1*Z1)
수학식 16의 결과인 O_k는 신경망의 출력일 수 있다. 수학식 15에서, Z1은 크기 Kx1을 갖는 것들의 행렬일 수 있다.
신경망은 임의의 적합한 방식으로 훈련될 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 신경망은 후방 전파를 이용하여 훈련될 수 있다. 후방 전파 훈련 동안, 신경망의 데이터 흐름이 역전된다. 예를 들어, 에러 대 실제 출력에 대한 값들은 개별 가중치 및 상수 파라미터들을 변경하는 데 사용된다. 도 87은 후방 전파를 이용하여 신경망(3150)과 같은 신경망을 훈련시키기 위한 일 형태의 알고리즘의 논리 흐름도이다. 3172에서, 관련 데이터 세트들이 생성될 수 있다. 일부 형태들에서, 망이 단지 훈련에 사용되는 데이터 파일들을 학습하는 것 대신에 실제 패턴 인식이 발생하는 것을 보장하기 위해 훈련 및 시험을 위한 개별 데이터 세트들이 생성된다. 각각의 데이터 세트는 예를 들어 모든 필요한 입력들(예컨대, 표 8 참조)을 포함할 수 있다. 각각의 데이터 세트는 또한 신경망에 의해 모델링된 값을 표현하는 입력 값들의 각각의 세트에 대응하는 기구 및/또는 조직의 상태를 설명하는 실제 값들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 실제 값들은 임의의 주어진 입력 값들의 세트에 기초하여 조직이 절개의 임계 레벨(예컨대, 80% 절개)에 도달하였는지를 표시할 수 있는 절개 데이터를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 훈련된 신경망들은 조직이 절개의 임계 레벨에 도달했거나 도달하지 않은 것을 표시하는 출력을 제공할 수 있다. 예를 들어 임의의 다른 적합한 절개 레벨, 완전 절개, 조직 봉합 등을 포함한 임의의 적합한 값이 사용될 수 있다는 것을 알 것이다. 임의의 주어진 샘플이 80% 또는 임의의 다른 적합한 임계 절개 상태에 도달하였는지는 일부 형태들에서 절개된 절단의 길이를 따른 조직의 양에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 절개는 모두 동시에 이루어지지 않을 수 있으며, 대신에 앞에서 뒤로, 뒤에서 앞으로 또는 중간부터 이루어질 수 있다. 임의의 주어진 조직 샘플이 임계치까지 절개되었는지는 임의의 적합한 방법에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 비디오 카메라가 절단을 기록할 수 있으며, 사용자는 절개가 임계치까지 완료되었는지를 시각적으로 결정할 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 광학(예컨대, 레이저) 위치측정 센서를 이용하여 블레이드에 대한 클램프 아암의 위치를 측정할 수 있다. 블레이드에 대한 클램프 아암의 경사도는 절개의 정도를 표시할 수 있다.
3174에서, 신경망이 생성될 수 있다. 예를 들어, 다양한 뉴런(3154, 3156)들의 가중치들 및 상수들에 대한 값들이 (예컨대, 균일한 분포를 생성하는 MATLAB "rand" 함수를 이용하여) 랜덤으로 초기화될 수 있다. 일부 형태들에서, -2.5 내지 2.5의 값 범위가 사용될 수 있는데, 이는 이러한 값들이 S자형 활성화 함수에 의해 처리될 때 0 내지 1의 범위의 출력들을 생성하는 경향이 있기 때문이다. 3176에서, 망(3150)은 입력 데이터에 대해 순방향으로 작용하여, 예측 출력(또는 다수의 출력 노드가 존재하는 경우에는 출력들)을 생성할 수 있다. 3178에서, 에러가 계산될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 에러는 3176으로부터의 예측 출력과 조직 또는 기구 특성의 실제 값 사이의 차이이다. 다양한 형태들에서, 출력 또는 출력들은 이진수로 표시될 수 있으며, 1은 조건의 존재 또는 참에 대응하고, 0은 조건의 부재 또는 거짓에 대응한다. 예를 들어, 조건이 80% 절개일 때, 조직이 80% 절개된 때 출력은 1이어야 하고, 조직이 (아직) 80% 절개되지 않은 때 출력은 0이어야 한다. 일부 형태들에서, 조건은 신경망(3150)의 출력이 임계치를 초과할 때(예컨대, 0.85) 참으로 간주될 수 있다.
3180에서, 각각의 노드에 대한 가중치들이 평가된다. 예를 들어, 각각의 가중치에 대해, 가중치(오메가(ω))에 대한 출력 또는 에러(E)의 부분 도함수가 발견된다. 이는 입력 계층(3152)과 은닉 계층(3154) 사이의 접속에 대해 δE/δ ωij로서 그리고 은닉 계층(3154)과 출력 계층(3156) 사이의 접속에 대해 δE/δ ωjk로서 표현될 수 있다. 3182에서, 각각의 노드에 대한 상수들이 평가된다. 예를 들어, 각각의 상수에 대해, 상수 세타에 대한 출력 또는 에러(E)의 부분 도함수가 발견된다. 이는 입력 계층(3152)과 은닉 계층(3154) 사이의 접속에 대해 δE/δ θ i로서 그리고 은닉 계층(3154)과 출력 계층(3156) 사이의 접속에 대해 δE/δ θ j로서 표현될 수 있다. 3184에서, 각각의 가중치 및 상수에 대해 델타들이 계산될 수 있다. 델타들은 각각의 부분 도함수와 기울기 상수(η)를 곱함으로써 발견될 수 있다. 일부 형태들에서, 0.1의 값이 η에 대해 사용될 수 있다. 이어서, 델타들은 각각의 가중치 및 상수의 최초 값들에 더해질 수 있다. 작용(3176, 3178, 3180, 3182, 3184)들은 입력 데이터의 후속 사이클들에 대해 반복될 수 있다. 일부 형태에서, 망(3150)은, 일단 훈련되면, 시험될 수 있다. 예를 들어, 망(3150)은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 훈련 데이터 세트와 다른 시험 데이터 세트에 기초하여 시험될 수 있다. 다양한 형태들에서, 신경망 또는 다른 다변수 모델이 사전훈련될 수 있다. 결과적인 모델 파라미터들(예컨대, 망 구성, 가중치들 및 상수들에 대한 값들 등)이 생성기 및/또는 기구에서 결정되고 저장될 수 있다. 값들은 사용 동안에 모델을 실행하는 데 이용될 수 있다.
도 88은 본 명세서에서 설명되는 신경망(3150)과 같은 다변수 모델을 이용하여 초음파 기구에 대한 조건 세트를 검출하기 위한 일 형태의 알고리즘(3160)의 논리 흐름도이다. 본 명세서에서 설명되는 다른 기구 제어 알고리즘들과 같이, 알고리즘(3160)은 본 명세서에서 설명되는 생성기(30, 50, 1002)들과 같은 생성기에 의해 실행되는 것으로 설명되지만, 일부 형태들에서는 기구 자체에 의해 실행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서는 신경망이 설명되지만, 알고리즘(3160)은 예를 들어 유전 알고리즘 모델, 분류 트리 알고리즘 모델, 회귀 베이시안 모델 등을 포함한 임의의 적합한 유형의 모델을 이용하여 실행될 수 있다는 것을 알 것이다. 3162에서, 생성기는 다변수 모델을 실행할 수 있다. 다변수 모델의 실행은 모델에 입력 값들을 제공하고, 입력 값들을 처리하고, 출력을 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 신경망을 실행하기 위한 프로세스가 수학식 11 내지 수학식 14와 관련하여 본 명세서에서 전술되었다. 3164에서, 생성기는 모델링된 조건 세트가 충족되는지를 결정할 수 있다. 위의 예에서, 이는 80%의 절개가 달성되었는지(예컨대, 출력 노드(3156)의 값이 임계치를 초과했는지)를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 모델은 3162에서 계속 실행될 수 있다. 그러한 경우, 3166에서 조건 세트와 관련된 트리거 응답이 트리거링될 수 있다. 응답 세트는 예를 들어 조건 세트의 참을 지시하는 피드백을 제공하고, 기구에 대한 구동 신호를 변경하는 것 등을 포함하는 임의의 적합한 작용들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서는 망(3150)과 같은 신경망이 설명되지만, 신경망에 더하여 또는 그 대신에, 예를 들어 유전 알고리즘 모델, 분류 트리 알고리즘 모델, 회귀 베이시안 모델 등을 포함하는 임의의 다른 적합한 유형의 다변수 모델이 이용될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 회귀 베이시안 모델은 출력 이벤트 발생(예컨대, 임계 절개 상태)의 확률을 모델링하며, 확률은 절개의 시작(예컨대, t=0)에서 0과 동일하고, 각각의 시간 단계에 따라 계속 증가한다. 확률의 증가의 양은 소정 기준들이 충족되는지의 여부에 기초한다. 기준들은 상이한 입력 변수들의 임계치들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, "주파수 기울기<임계치 1"이 참인 경우, 이는 참인 각각의 시간 단계 동안 소정 양만큼 확률을 증가시킬 수 있다. "주파수 델타<임계치 2"가 참인 경우, 이는 추가 양만큼 확률을 증가시킬 수 있으며, 각각의 시간 단계에서의 상이한 기준들로 인한 증가들의 합은 그 시간에서의 확률의 증가를 표시한다. 확률이 임계치(예컨대, 0.85)에 도달할 때, 회귀 베이시안 모델은 모델링된 조건이 참인 것을 표시할 수 있다.
다른 유형의 적합한 다변수 모델은 분류 또는 결정 트리이다. 분류 또는 결정 트리는 계층 트리 구조에 따라 배열된 복수의 이진 결정을 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 생성기는 먼저 수술 기구에 제공되는 구동 신호를 특성화하는 주파수 기울기가 임계치보다 작은지를 결정할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 주파수 변화가 제2 임계치에 대해 평가될 수 있다. 주파수 변화가 임계치보다 작은 경우, 생성기는 절개의 종료를 표시하는 피드백을 제공할 수 있다. 주파수 변화가 임계치보다 큰 경우, 생성기는 피드백을 제공하지 않을 수 있다. 초기 결정을 다시 참조하면, 주파수 기울기가 제1 임계치보다 작은 경우, 생성기는 트리거 전의 필요 시간이 임계치보다 큰지를 결정할 수 있다. 트리거 전의 필요 시간은 생성기가 절개의 종료를 표시하는 피드백을 제공하기 전에 주파수 기울기가 충족된 후의 임계 시간량을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 이는 주파수 기울기 신호의 바운스를 교정할 수 있다. 트리거 전의 필요 시간이 경과한 경우, 생성기는 절개의 종료를 표시하는 피드백을 제공한다. 그렇지 않은 경우, 피드백은 제공되지 않는다.
도 89는 예를 들어 본 명세서에서 설명되는 신경망(3150) 또는 다른 모델과 같은 다변수 모델을 이용하는 일 형태의 알고리즘(3570)을 나타내는 논리 흐름도이다. 알고리즘(3570)은 본 명세서에서 설명되는 생성기(30, 50, 1002)들과 같은 생성기에 의해 실행되는 것으로 설명되지만, 다른 형태들에서는 기구 자체에 의해 실행될 수 있다. 알고리즘(3570)은 동시에 실행될 수 있는 2개의 작용 스레드(action thread)(3571, 3573)를 포함한다. 예를 들어, 제어 스레드(3571)는 초음파 수술 기구를 제어하기 위한 작용들을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 스레드(3571)는 본 명세서에서 설명되는 알고리즘(3021, 3021', 3021", 3100, 3120)들과 유사할 수 있다. 조건 스레드(3573)는 도 15a 내지 도 15c, 도 20 내지 도 22, 도 57 내지 도 60 등과 관련하여 본 명세서에서 설명되는 조건 모니터링 알고리즘들과 유사할 수 있다.
먼저, 스레드(3571)를 참조하면, 그 제어 스레드는 도 77의 알고리즘(3021")과 유사할 수 있다. 예를 들어, 3572에서, 생성기는 본 명세서에서 전술된 3020에서의 활성화 요청과 유사한 활성화 요청을 수신할 수 있다. 3574에서, 생성기는 제1 전력 레벨의 제1 구동 신호를 제공함으로써 제1 전력 레벨에서 제1 기간 동안 엔드 이펙터를 구동할 수 있다. 3576에서, 제1 기간의 만료 후에, 생성기는 제2 전력 레벨에서 제2 기간 동안 엔드 이펙터를 구동할 수 있으며, 제2 전력 레벨은 제1 전력 레벨보다 낮다. 이는 예를 들어 제2 전력 레벨의 제2 구동 신호를 제공함으로써 달성될 수 있다. 제2 기간의 만료 시에, 3578에서, 생성기는 예를 들어 제3 전력 레벨의 제3 구동 신호를 제공함으로써 제3 전력에서 제3 기간 동안 제3 레벨로 엔드 이펙터를 구동할 수 있다. 제3 전력 레벨은 제2 전력 레벨보다 크고 제1 구동 레벨보다 작을 수 있거나, 일부 형태들에서는 제1 전력 레벨과 동일할 수 있다. 3580에서, 생성기는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 제3 기간의 만료 시에 또는 조건 스레드(3573)에 의해 표시되는 바와 같이 열 관리 레벨에서 엔드 이펙터를 구동할 수 있다. 열 관리 레벨 또는 스테이지에 따라, 생성기는 엔드 이펙터에 제공되는 전력을 줄여서 초과 열 생산 속도를 낮출 수 있다. 예를 들어, 일 형태에서, 열 관리 스테이지에 들어가는 것은 전력을 제1 전력 레벨의 75%인 레벨로 줄이는 것을 포함할 수 있다. 또한, 일부 형태들에서, 열 관리 레벨 또는 스테이지는 엔드 이펙터에 제공되는 전력을 램핑하고/하거나 단계적으로 줄이는 것을 포함할 수 있다.
이제, 조건 스레드(3573)를 참조하면, 생성기는 3582에서 본 명세서에서 설명되는 신경망(3150) 또는 임의의 다른 다변수 모델과 같은 다변수 모델을 실행할 수 있다. 3584에서, 생성기는 모델의 출력이 사전결정된 임계치를 충족시키는지를 결정할 수 있다. 임계치는 모델링된 조건 세트의 조건들 중 하나 이상의 조건의 참 또는 존재를 지시할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 생성기는 3582에서 모델을 계속 실행할 수 있다. 그러한 경우, 생성기는 3586에서 경계 기간(alert time period) 동안 대기할 수 있다. 경계 기간의 만료 시에, 생성기는 3588에서 피드백(예컨대, 가청, 시각 또는 촉각 피드백)을 생성할 수 있다. 피드백은 검출된 조건의 참 또는 존재를 표시할 수 있다. 3590에서, 생성기는 열 관리 기간 동안 대기할 수 있다. 대기하는 동안, 3588에서 시작되는 피드백이 유지될 수 있다. 3592에서, 생성기는 제1 및 제2 기간(스레드 3571 참조)들 둘 모두가 만료되었는지를 결정할 수 있다. 그러한 경우, 생성기는 3596에서 엔드 이펙터에 제공되는 전력을 변경할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 일부 형태들에서, 생성기는 3596에서 엔드 이펙터에 제공되는 전력을 변경하기 전에 3594에서 제1 및 제2 기간들의 만료 시까지 대기할 수 있다. 예를 들어, 생성기는 열 관리 레벨 또는 스테이지에 들어갈 수 있다.
도 90은 알고리즘(3170)의 일 구현예의 구동 신호 패턴(3200)을 예시하는 차트이다. 도 90의 예에서, 제1 기간은 1초의 기간이고, 제2 기간은 16초의 기간이다. 제1 전력 레벨은 생성기로부터 이용 가능한 전력의 100%(예컨대, 미국 오하이오주 신시내티 소재의 에티콘 엔도-서저리, 인크.로부터 입수 가능한 GEN 11 생성기에 제공되는 레벨 5에서 이용 가능한 전력의 100%)이다. 제2 전력 레벨은 생성기로부터 이용 가능한 전력의 50%일 수 있다. 제3 전력 레벨은 생성기로부터 이용 가능한 전력의 100%일 수 있다.
도시된 바와 같이, 활성화 시에, 엔드 이펙터는 3572(도 89)에 의해 표시되는 바와 같이 제1 전력 레벨에서 구동될 수 있다. 이어서, 엔드 이펙터는 제2 전력 레벨에서 제2 기간 동안 구동되고, 제2 기간의 만료시에 제3 전력 레벨에서 구동된다. 다변수 모델은 "임계치 초과"로 표시된 점에서 조건 세트의 적어도 하나의 조건의 참을 표시하는 값을 반환할 수 있다(도 89의 3584 참조). T4는 도 90에 도시된 바와 같이 경계 기간에 대응할 수 있다. 경계 기간의 만료 시에, 생성기는 도 89의 3588과 관련하여 전술된 피드백을 제공할 수 있다. T5는 도시된 바와 같이 열 관리 기간에 대응할 수 있다. 그의 만료 시에, 제1 및 제2 기간이 만료되므로(3194), 생성기는 "열 관리 활성화"로 표시된 점에 의해 나타내어지는 바와 같이 엔드 이펙터 구동 레벨을 변경할 수 있다(3196). 예를 들어, 생성기는 제1 전력 레벨 이하이고 제2 전력 레벨보다 큰 전력 레벨(예컨대, 생성기로부터 이용 가능한 전력의 75%)에서 구동 신호를 제공할 수 있다.
도 91은 알고리즘(3570)의 다른 구현예의 구동 신호 패턴(3202)을 예시하는 차트이다. 도 91의 예에서, 기간들 및 전력 레벨들은 도 90과 관련하여 설명된 것과 동일하다. 활성화 시에, 엔드 이펙터는 3572에 의해 표시되는 바와 같이 제1 전력에서 구동될 수 있다. 제1 기간의 만료 시에, 엔드 이펙터는 제2 전력 레벨에서 제2 기간 동안 구동된다. 그러나, 도 91에서, 다변수 모델은 "임계치 초과"로 표시된 점에서, 제2 기간의 만료 전에 임계치 초과로 표시된 점에서, 조건 세트의 적어도 하나의 조건의 참을 표시하는 값을 반환한다. 도 89에 나타낸 바와 같이, 생성기는 경계 기간 동안 대기한 후에 "피드백"으로 표시된 점에서 3588의 피드백을 시작할 수 있다. 열 관리 기간의 만료 시에(3190), 제2 기간은 아직 만료되지 않았다. 따라서, 생성기는 제2 기간의 종료 시까지 기다리며(3194), 이어서 예를 들어 생성기로부터 이용 가능한 전력의 75%의 예시적인 열 관리 레벨을 구현함으로써 엔드 이펙터 구동 레벨을 변경한다.
도 92는 다수의 조건들을 포함하는 조건 세트를 모니터링하기 위해 다변수 모델을 이용하기 위한 일 형태의 알고리즘(3210)을 나타내는 논리 흐름도이다. 알고리즘(3210)은 본 명세서에서 설명되는 생성기(30, 50, 1002)들 중 하나와 같은 생성기에 의해 실행되는 것으로 설명되지만, 일부 형태들에서는 기구 자체에 의해 실행될 수 있다. 도 92에 도시된 예시적인 형태에서, 다변수 모델에 의해 모니터링되는 조건 세트는 2개의 조건, 즉 조직 봉합의 존재 또는 부재를 표시하는 조건 및 조직 절개의 존재 또는 부재를 표시하는 조건을 포함한다. 조직 절개는 완전한 조직 절개 및/또는 부분 절개(예컨대, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 80% 절개)일 수 있다. 3212 및 3214에서, 생성기는 조직 봉합 및 조직 절개 조건들의 참 또는 거짓을 표시하는 모델 값들을 모니터링할 수 있다. 일부 형태들에서, 조직 봉합 및 조직 절개 조건들 둘 모두가 동일 모델에 의해 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 신경망(3150)이 2개의 출력 노드(3156)들을 이용하여 생성되고 훈련될 수 있다. 또한, 일부 형태들에서, 생성기는 각각의 조건에 대한 상이한 모델들을 가지고서 별개의 모델들을 구현한다.
3216에서 절개 조건이 충족되는 경우, 이는 봉합 전에 절개가 발생하였거나 발생하도록 설정된 것을 표시할 수 있다. 이는 바람직하지 않은 발생일 수 있으므로, 생성기는 3528에서 수술 기구를 비활성화하여, 봉합 전에 절개가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 3222에서, 생성기는 제1 기간 동안 대기할 수 있다. 제1 기간 동안 대기하는 것은, 예를 들어 절개가 발생하기 전에 그리고/또는 임상의에게 엔드 이펙터를 개방하여 조직을 해제하라는 표시가 제공되기 전에, 조직이 완전히 봉합되게 할 수 있다. 제1 기간은 사전결정된 기간일 수 있거나, 다양한 형태들에서 모델의 봉합 조건 출력에 기초할 수 있다. 제1 기간의 만료 시에, 생성기는 3224에서 봉합 및 절개 동작의 종료를 표시하는 피드백을 제공할 수 있다. 대안적으로, 제1 기간의 만료 후에, 생성기는 제2 기간 동안 일정량의 에너지를 인가한 후에 기구를 비활성화하고, 봉합 및 절개 동작의 종료를 표시하는 피드백을 제공할 수 있다. 3216에서 절개 조건이 충족되지 않는 경우, 이는 봉합 전에 절개가 발생하는 것으로 설정되지 않은 것을 표시할 수 있다. 이어서, 생성기는 3220에서 봉합 조건이 참인지를 결정할 수 있다. 그렇지 않은 경우, 생성기는 모니터링 작용(3212, 3210)들로 복귀할 수 있다. 봉합 조건이 발생하는 것으로 설정되는 경우, 생성기는 3224에서 피드백을 생성할 수 있다. 일부 형태들에서, 3224에서 기구가 여전히 활성화된 경우, 생성기는 기구를 비활성화하고/하거나, 지연 기간 후에 기구를 비활성화할 수 있다.
본 명세서에서의 다양한 알고리즘들은 생성기에 의해 실행되는 것으로 본 명세서에서 설명된다. 그러나, 일부 예시적인 형태들에서 이러한 알고리즘들의 전부 또는 일부가 수술 기구의 내부 논리(2009)(도 16a)에 의해 수행될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 본 명세서에서 전술된 다양한 알고리즘들은 예를 들어 임계 임피던스, 임피던스 초과 기간, 기준선 편차 임계치 파라미터 주파수, 주파수 델타 초과 기간, 부하 모니터링 플래그, 상태 유지 플래그 등과 같은 다양한 임계치들 및 플래그들을 이용한다. 그러한 임계치들, 플래그들 등은 예를 들어 생성기 및/또는 EEPROM 또는 수술 기구에 포함된 다른 저장 장치를 포함하는 임의의 적합한 위치에 저장될 수 있다.
많은 초음파 수술 기구의 다기능 능력들은 기구의 다수의 기능 및 제어에 편리하게 액세스하고 이를 조작하는 사용자의 능력에 난제가 된다. 이는 예를 들어 클램핑 메커니즘의 조오들을 편리하게 작동시키고 핸드 제어 버튼들/스위치들을 때때로 동시에 활성화하는 능력을 포함한다. 이와 같이, 다양한 사용자 인터페이스 제어들이 바람직할 수 있다. 초음파 수술 기구의 기능들을 제어하기 위한 하나의 사용자 인터페이스 설계는 회전 가능 전기 접속을 필요로 하는 장치의 2개의 부분들 사이의 회전 메커니즘을 포함할 수 있다. 회전 가능 전기 접속들은 시간 경과에 따라 실패하여, 그렇지 않을 경우 귀중한 잔류 동작 수명을 가질 수 있는 관련 기구 구성요소들의 고가의 수리 또는 교체를 필요로 할 수 있다. 따라서, 고가의 수리 및 때이른 구성요소 교체에 대한 대안 해법을 제공함으로써 다양한 초음파 수술 기구들의 동작 수명을 연장하는 것이 필요하다.
중공 코어 및 중실 코어 기구들 둘 모두를 포함하는 초음파 수술 기구들이 많은 의학적 질환의 안전하고 효과적인 치료를 위해 사용된다. 초음파 수술 기구들, 특히 중실 코어 초음파 수술 기구들은 초음파 주파수들에서 수술 엔드 이펙터로 전송되는 기계적 진동의 형태의 에너지를 이용하여 조직을 절단 및/또는 응고시키는 데 사용될 수 있으므로 유리하다. 초음파 진동들은 적합한 에너지 레벨들에서 그리고 적합한 엔드 이펙터를 이용하여 조직으로 전달될 때 조직을 절단, 절개, 응고, 상승 또는 분리하는 데 사용될 수 있다. 중실 코어 기술을 이용하는 초음파 수술 기구들은 초음파 트랜스듀서로부터 초음파 전송 도파관을 통해 수술 엔드 이펙터로 전송될 수 있는 초음파 에너지의 양으로 인해 특히 유리하다. 그러한 기구들은 개방 절차들 또는 최소 침습 절차들, 예를 들어 엔드 이펙터가 투관침을 통과하여 수술 부위에 도달하는 내시경 또는 복강경 절차들에 사용될 수 있다.
초음파 주파수들에서의 그러한 기구들의 엔드 이펙터(예컨대, 절단 블레이드, 볼 응고기(ball coagulator))의 활성화 또는 여기는 인접 조직 내에 국소화된 열을 생성하여 절단 및 응고 둘 모두를 촉진하는 길이방향 진동 이동을 유도한다. 초음파 수술 기구들의 본질로 인해, 특정한 초음파 작동 엔드 이펙터는 예를 들어 절단 및 응고를 포함하는 다수의 기능들을 수행하도록 설계될 수 있다.
예를 들어 트랜스듀서를 전기적으로 여기시킴으로써 수술 엔드 이펙터 내에 초음파 진동이 유도된다. 트랜스듀서는 기구 핸드피스 내의 하나 이상의 압전 또는 자기변형 요소로 구성될 수 있다. 트랜스듀서 섹션에 의해 생성되는 진동들은 트랜스듀서 섹션으로부터 수술 엔드 이펙터로 연장되는 초음파 도파관을 통해 수술 엔드 이펙터로 전송된다. 도파관들 및 엔드 이펙터들은 트랜스듀서와 동일한 주파수에서 공진하도록 설계된다. 엔드 이펙터가 트랜스듀서에 부착될 때, 전체 시스템 주파수는 트랜스듀서 자체의 주파수와 동일할 수 있다. 트랜스듀서 및 엔드 이펙터는 2개의 상이한 주파수에서 공진하도록 설계될 수 있으며, 연결 또는 결합될 때 제3 주파수에서 공진할 수 있다. 일부 형태들에서, 엔드 이펙터의 팁에서의 길이방향 초음파 진동(d)의 제로 대 피크 진폭은 하기의 수학식에 의해 주어지는 바와 같이 공진 주파수에서 간단한 사인파로서 거동한다:
[수학식 17]
d=A sin(ωt)
여기서, ω는 사이클 주파수(f)의 2π배와 동일한 라디안 주파수이고, A는 제로 대 피크 진폭이다. 길이방향 편위(excursion)는 사인파의 진폭의 2배, 즉 2A일 수 있는 피크 대 피크(p-t-p) 진폭으로서 설명된다.
본 명세서에서 설명되는 다양한 형태의 초음파 수술 기구들은 제1 구조체 및 제2 구조체를 포함하며, 제2 구조체는 제1 구조체에 대해 회전 가능하다. 일부 형태들에서, 제1 구조체와 제2 구조체 사이의 전기적 통신이 회전 가능 전기 접속을 통해 제공될 수 있다. 일 형태에서, 제1 구조체는 많은 설계에서 핸드피스로부터 원위방향으로 연장되는 샤프트를 회전시키는 데 사용될 수 있는 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 핸드피스를 포함한다. 핸드피스의 회전은 전기적 결합이 요구되는 기구의 핸들 조립체 또는 다른 구성요소와 같은 제2 구조체에 대한 회전을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 형태에서, 제2 구조체는 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 일 형태에 따르면, 사용자 인터페이스는 초음파 수술 시스템의 핸드피스, 전력 생성기 또는 다른 구성요소 사이에 동작 명령들 또는 신호들을 제공하기 위해 사용자에 의해 사용될 수 있다. 일 형태에서, 사용자 인터페이스에서 제공되는 명령들 또는 신호들은 초음파 수술 기구와 관련된 동작에 관한 정보를 제어하거나 제공하는 데 사용될 수 있는 신호들을 제공하기 위해 회전 가능 전기 접속을 통해 전기적으로 결합될 수 있다. 일 형태에서, 사용자 인터페이스는 버튼, 스위치, 노브(knob) 또는 당업계에 공지된 다른 다양한 인터페이스를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 회전 가능 전기 접속은 핸드피스 또는 핸들 조립체와 같은 기구의 다른 구성요소에 대하여 회전할 수 있는 엔드 이펙터를 전기적으로 결합하여 그들 사이에 전기적 통신을 제공할 수 있다.
도 93 및 도 94는 일 형태의 초음파 수술 기구(4100)를 도시한다. 초음파 수술 기구(4100)는 내시경 또는 전통적인 개방 수술 절차들을 포함하는 다양한 수술 절차들에서 채용될 수 있다. 일 형태에서, 초음파 수술 기구(4100)는 핸들 조립체(4102), 긴 내시경 샤프트 조립체(4110), 및 초음파 트랜스듀서 조립체를 포함하는 초음파 핸드피스(4114)를 포함한다. 핸들 조립체(4102)는 트리거 조립체(4104), 원위 회전 조립체(4106), 및 스위치 조립체(4108)를 포함한다. 초음파 핸드피스(4114)는 케이블(4118)을 통해 생성기(4116)에 전기적으로 결합된다. 긴 내시경 샤프트 조립체(4110)는 엔드 이펙터 조립체(4112)를 포함하며, 엔드 이펙터 조립체는 조직을 절개하거나 혈관들 및/또는 조직을 서로 파지하고, 절단하고, 응고시키기 위한 요소들 및 엔드 이펙터 조립체(4112)를 작동시키기 위한 작동 요소들을 포함한다. 도 93 및 도 94는 내시경 수술 절차들과 관련하여 사용하기 위한 엔드 이펙터 조립체(4112)를 도시하지만, 초음파 수술 기구(4100)는 더 전통적인 개방 수술 절차들에서 사용될 수 있다. 본 명세서에서의 목적을 위해, 초음파 수술 기구(4100)는 내시경 기구와 관련하여 설명되지만, 초음파 수술 기구(4100)의 개방 버전이 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 동일하거나 유사한 동작 구성요소들 및 특징들을 포함할 수 있음이 고려된다. 유사한 초음파 수술 기구들의 추가 실시예들이, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되고 통상적으로 소유된 미국 특허 출원 공개 제2009-0105750호에 개시되어 있다.
초음파 핸드피스(4114)의 초음파 트랜스듀서는 초음파 신호 생성기(4116) 또는 배터리(도시되지 않음)와 같은 전원으로부터의 전기 신호를 기계적 에너지로 변환하며, 기계적 에너지는 초음파 주파수들에서 트랜스듀서 및 엔드 이펙터 조립체(4112)의 블레이드(4152) 부분의 길이방향 진동 움직임의 정지 음파를 주로 초래한다. 도 94에 도시된 바와 같이, 핸들 조립체(4102)는 근위 개구(4156)를 통해 근위 단부에서 초음파 핸드피스(4114)를 수용하도록 구성된다. 일 형태에서, 초음파 핸드피스가 블레이드(4152)에 이동 가능하게 대향하는 클램프 아암(4150)을 포함할 수 있는 엔드 이펙터 조립체(4112)에 에너지를 전달하기 위해, 핸드피스(4114)의 구성요소들은 블레이드(4152)에 음향적으로 결합되어야 한다. 일 형태에서, 예를 들어, 초음파 핸드피스(4114)는 초음파 핸드피스(4114)를 도파관(4128)에 음향적으로 결합시키기 위해 핸드피스(4114)의 원위 단부에서 도 94의 나사 스터드(4133)로서 도시된 도파관 결합부를 포함하는 길이방향으로 돌출하는 부착 지주(post)를 포함한다(도 95 참조). 초음파 핸드피스(4114)는 긴 내시경 샤프트 조립체(4110)와 엔드 이펙터 조립체(4112)의 부분들을 기계적으로 결합할 수 있다. 예를 들어, 도 94를 참조하면, 일 형태에서, 초음파 전송 도파관(4128)은 스터드(4133)와 같은 나사 접속부에 의해 초음파 핸드피스(4114)의 표면(4166)에 결합하도록 도파관(4128)의 근위 단부(4131)에서 길이방향으로 연장되는 부착 지주(4129)를 포함한다. 즉, 초음파 전송 도파관(4128)과 초음파 핸드피스(4114)는 이들 사이의 나사 접속부를 통해 기계적으로 결합되어, 초음파 전송 도파관(4128)과 초음파 핸드피스(4114)를 나사 결합시키고 음향적으로 결합시킬 수 있다. 일 형태에서, 초음파 핸드피스(4114)가 근위 개구(4156)를 통해 삽입될 때, 초음파 핸드피스(4114)는 토크 렌치를 이용하여 도파관(4128)에 고정될 수 있다. 다른 형태들에서, 원위 도파관 결합부는 초음파 전송 도파관(4128)의 근위 단부 상에 스냅 결합될 수 있다. 초음파 핸드피스(4114)는 근위 개구(4156)를 통해 핸들(4102)과 결합하도록 구성된 원주방향 리지(ridge)(4160)를 갖는 원위 림(rim) 부분(4158)을 또한 포함한다. 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 원위 림 부분(4158)은 예를 들어 핸들 조립체(4102)를 통해 사용자로부터 전기 제어 동작 명령어들을 수신하기 위해 핸들 조립체(4102)에 전기적으로 결합되도록 구성된 하나 이상의 전기 접점들을 포함할 수 있다.
일 형태에서, 핸들 조립체(4102)는 트리거(4120) 및 고정 핸들(4122)을 포함한다. 고정 핸들(4122)은 핸들 조립체(4102)와 일체로 연관될 수 있으며, 트리거(4120)는 고정 핸들(4122)에 대해 이동 가능할 수 있다. 트리거(4120)는 사용자가 트리거(4120)에 대해 압착 힘을 인가할 때 고정 핸들(4122)을 향한 방향(4121a)으로 이동 가능하다. 트리거(4120)는 방향(4121b)으로 편의되어, 사용자가 트리거(4120)에 대항한 압착 힘을 해제할 때 트리거(4120)가 방향(4121b)으로 이동하게 할 수 있다. 예시적인 트리거(4120)는 트리거(4120)를 조작할 수 있는 추가적인 인터페이스 부분을 제공하도록 트리거 후크(4124) 연장부를 또한 포함한다.
도 95는 다양한 형태들에 따른 핸들 조립체의 단면을 도시한다. 핸들 조립체(4102)는 고정 트리거(4122)에 대해 방향(4121a, 4121b)들로 이동 가능한 트리거(4120)를 포함한다. 트리거(4120)는 방향(4121a, 4121b)들로의 트리거(4120)의 회전 운동을 길이방향 축 "T"를 따라 왕복 운동하는 튜브형 작동 부재(4138)의 선형 운동으로 변환하기 위한 링키지(linkage) 메커니즘에 결합된다. 트리거(4120)는 제1 요크 핀(4176a)을 수용하기 위한 개구들이 내부에 형성된 제1 세트의 플랜지(4182)들을 포함한다. 제1 요크 핀(4176a)은 또한 요크(4174)의 원위 단부에 형성된 일 세트의 개구들을 통해 위치된다. 트리거(4120)는 또한 링크(4176)의 제1 단부(4176a)를 수용하기 위한 제2 세트의 플랜지(4180)들을 포함한다. 트리거(4120)가 피벗 회전함에 따라, 요크(4174)는 길이방향 축 "T"를 따라 수평으로 병진이동한다. 따라서, 도 93을 참조하면, 트리거(4120)가 방향(4121a)으로 압착될 때, 왕복 운동하는 튜브형 작동 부재(4138)는 방향(4146a)으로 이동하여 엔드 이펙터 조립체(4112)의 클램프 아암(4150) 및 블레이드(4152)를 포함하는 조오 요소들을 폐쇄시킨다. 해제될 때, 트리거(4120)는 압착 힘이 해제될 때 방향(4121b)으로 이동하도록 편의될 수 있다. 따라서, 요크(4174) 및 왕복 운동하는 튜브형 작동 부재(4138)는 방향(4146b)으로 이동하여 엔드 이펙터 조립체(4112)의 조오들을 개방시킨다. 일부 실시예들에서, 스프링(5051)(도 105)이 요크(4174)와 핸들 조립체(4102) 사이에 결합된다. 스프링(5051)은 도 95에 도시된 개방 위치로 트리거(4120)를 편의시킨다.
위에 더하여, 원위 회전 조립체(4106)는 초음파 핸드피스(4114)가 수용되고 핸들 조립체(4102)에 기계적으로 그리고 음향적으로 결합될 때 핸들 조립체(4102)의 원위 단부에 위치될 수 있다. 일 형태에서, 원위 회전 조립체(4106)는 링 또는 칼라(collar) 형상의 노브(4134)를 포함한다. 원위 회전 노브(4134)는 초음파 핸드피스(4114)와 기계적으로 또는 마찰식으로 결합되도록 구성된다. 전술된 바와 같이, 초음파 핸드피스(4114)는 긴 내시경 샤프트 조립체(4110)에 기계적으로 결합된다. 따라서, 회전 노브(4134)의 회전은 초음파 핸드피스(4114)와 긴 내시경 샤프트 조립체(4110)를 동일한 방향(4170)으로 회전시킨다.
다양한 형태들에서, 초음파 수술 기구(4100)는 기구(4100)의 동작을 제어하기 위한 전기 제어 명령어들을 제공하기 위한 하나 이상의 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 형태에서, 사용자는 풋 스위치(4111)를 채용하여 초음파 핸드피스(4114)로의 전력 전달을 활성화할 수 있다. 일부 형태들에서, 초음파 수술 기구(4100)는 초음파 핸드피스(4114)를 활성화하고/하거나 초음파 핸드피스(4114)에 대한 하나 이상의 전력 설정치를 설정하기 위한 하나 이상의 전력 설정 스위치를 포함한다. 도 93 내지 도 95는 스위치 조립체(4108)를 포함하는 핸들 조립체(4102)를 도시한다. 스위치 조립체(4108)는 예를 들어 토글 또는 로커(rocker) 스위치(4132a, 4132b)와 관련된 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 스위치 조립체(4108)는 핸들 조립체(4102)와 적어도 부분적으로 연관될 수 있으며, MIN/MAX 로커-스타일 또는 "토글" 스위치로서 구현될 수 있다. 하나의 위치에서, MIN/MAX 로커-스타일 스위치(또는 "토글" 스타일) 버튼(4132a, 4132b)들은 전력 활성화를 위한 쉽게 접근 가능한 위치를 생성할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 또한 제1 돌출 노브(4132a)를 조작하여 전력을 제1 레벨(예컨대, MAX)로 설정할 수 있고, 제2 돌출 노브(4132b)를 조작하여 전력을 제2 레벨(예컨대, MIN)로 설정할 수 있다. 토글 스위치(4132a, 4132b)는 생성기(4116)에 결합되어, 초음파 핸드피스(4114)에 대한 활성화 또는 전력 전달과 같은 기구의 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 다양한 형태들에서, 토글 스위치(4132a, 4132b) 및 생성기(4116)는 회전 가능 접속을 통해 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 소정 형태들에서, 수술 기구(4100)는 핸들 조립체(4102)에서 제공되는 전력 제어 동작들이 초음파 핸드피스(4114)를 통해 생성기(4116)와 전기적으로 통신하는 것을 가능하게 하는 회전 가능 전기 접속을 포함할 수 있다. 토글 스위치(4132a, 4132b)는 회로 보드, 예컨대 인쇄 회로 보드, 플렉스 회로, 강성-플렉스 회로 또는 다른 적합한 구성에 전기적으로 결합되는 제어 선택기 및/또는 활성화 스위치를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 스위치 조립체(4108)는 초음파 핸드피스(4114)의 전력 설정을 최소 전력 레벨(예컨대, MIN)과 최대 전력 레벨(예컨대, MAX) 사이에서 변경하도록 구성되는 제1 전기 접점 부분(4132a) 및 제2 전기 접점 부분(4132b)을 갖는 토글 스위치를 포함한다. 토글 스위치는 예를 들어 초음파 핸드피스(4114)의 활성화를 제어하기 위해 핸드피스(4114)를 통해 회전 가능 접속을 통해 생성기(4116)에 전기적으로 결합하도록 구성되는 플렉스 회로를 포함할 수 있는 회로의 핸들 부분에 전기적으로 결합될 수 있다. 다양한 형태들에서, 스위치 조립체(4108)는 초음파 핸드피스(4114)에 대한 하나 이상의 전력 설정치를 설정하기 위해 초음파 핸드피스(4114)를 활성화하기 위한 하나 이상의 전력 설정 스위치를 포함한다.
당업자가 이해하듯이, 생성기(4116)는 예를 들어 케이블(4118)을 통해 초음파 핸드피스(4114)에 활성화 전력을 제공할 수 있다. 전술된 바와 같이, 핸들 조립체(4102)가 편리하게 사용되어, 전력 제어 명령어들을 생성기(4116)에 제공하여서, 예를 들어 스위치 조립체(4108)와 관련된 하나 이상의 스위치를 통해 초음파 핸드피스(4114)에 대한 전력 전달을 제어할 수 있다. 예를 들어, 동작 시에, 하나 이상의 스위치(4108)는 생성기(4116)와 전기 통신하여, 초음파 수술 기구(4100)의 전력 전달 및/또는 전력 동작 특징들을 제어하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 형태에서, 생성기(4116)가 핸드피스(4114) 내부에 있을 수 있다는 것을 알아야 한다.
전술된 바와 같이, 초음파 핸드피스(4114)는 원위 회전 노브(4134)를 통해 핸들 조립체(4102) 또는 그의 구성요소에 대해 회전하여, 수술 절차 동안 초음파 전송 도파관(4128)을 회전시키고, 엔드 이펙터 조립체(4112)를 적절한 배향으로 위치시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 다양한 형태들에서, 초음파 핸드피스(4114)는 핸들 조립체(4102)에 의해 제공되는 전력 제어 동작들에 대해 하나 이상의 점에서 전기적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 소정 형태들에서, 수술 기구는 핸들 조립체(4102)에 의해 제공되는 전력 제어 동작들이 초음파 핸드피스(4114)를 통해 생성기(4116)와 전기적으로 통신하는 것을 가능하게 하는 회전 가능 전기 접속을 포함할 수 있다. 즉, 일 형태에서, 핸들 조립체(4102)와 초음파 핸드피스(4114)는 커넥터 모듈(4190)의 회전 가능 전기 접속을 통해 전기적으로 결합된다.
도 96은 다양한 형태들에 따른 커넥터 모듈(4200)을 도시한다. 커넥터 모듈(4200)은 해칭된 박스 내에 격리된 도면으로 또한 도시된 핸드피스(4114)의 플렉스 회로(4202) 및 원위 부분(4204)에 결합된 것으로 도시되어 있다. 커넥터 모듈(4200)은 하우징(4206) 및 회전 결합부(4208)를 포함한다. 도시되지 않았지만, 커넥터 모듈(4200) 및 초음파 핸드피스(4114)는 핸들 조립체(4102)의 개구(4156) 내에 위치될 수 있어, 초음파 핸드피스(4114) 또는 도파관(4128)은 하우징(4206)에 의해 한정된 중앙 구멍(4210) 내에 배치되고, 이에 의해 핸드피스의 원위 부분(4204)은 커넥터 모듈(4200)에 의해 수용되고 이와 결합될 수 있다. 전술된 바와 같이, 초음파 핸드피스(4114)는 엔드 이펙터 조립체(4112)에 동작 가능하게 결합하도록 구성될 수 있는 도파관(4128)에 기계적으로 그리고 음향적으로 결합할 수 있다. 초음파 핸드피스(4114)는 또한 커넥터 모듈(4200)의 하우징(4206)에 대해 회전 가능할 수 있으며, 이는 초음파 핸드피스(4114)와 사용자 인터페이스를 포함하는 제어 또는 사용자 인터페이스 회로, 예를 들어 플렉스 회로(4202)와 동작 가능하게 연관된 스위치 조립체(4108) 사이의 회전 가능 전기 접속을 제공할 수 있다.
도시된 형태에서, 제어 또는 사용자 인터페이스 회로는 플렉스 회로(4202)를 포함한다. 예를 들어, 회전 가능 전기 접속은 예를 들어 스위치 조립체(4108)를 통해 사용자 인터페이스에서 사용자에 의해 제공되는 전기 제어 동작 명령들 또는 신호들이 예를 들어 초음파 핸드피스(4114)를 통해 생성기(4116)에 전기적으로 결합될 수 있는 전기 통신 또는 전도 경로를 포함할 수 있다. 따라서, 전기 제어 동작 명령들 또는 신호들은 생성기(4116)에 의해 수신될 수 있으며, 생성기는 기구(4100)의 동작을 제어하기 위해 초음파 핸드피스(4114)로 전달되는 전력을 변경함으로써 응답할 수 있다. 위에 더하여, 스위치 조립체(4108)는 플렉스 회로(4202)를 포함하거나 그에 전기적으로 결합될 수 있으며, 플렉스 회로는 또한 핸드피스(4114)를 통해 스위치(4132a, 4132b)들과 생성기(4116) 사이에 전기-기계 인터페이스를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 플렉스 회로(4202)는 토글 스위치(4132a, 4132b)들을 통한 기계적 활성화를 위해 구성되는 하나 이상의 스위치 점(4202a, 4202b)들을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 플렉스 회로(4202)는 생성기(4116)에 전기 신호를 제공하기 위해 눌려질 수 있는 돔 스위치와 같은 전기 접점 스위치들을 포함할 수 있다. 플렉스 회로(4202)는 당업자에게 공지된 바와 같이 와이어, 트레이스 또는 다른 도전성 경로에 의해 제공될 수 있는 일반적으로 4211로서 도시된 도전성 경로들과 같은 하나 이상의 도전체를 포함할 수 있다. 도전성 경로들은 도 97의 커넥터 모듈(4200)의 분해도에 도시된 바와 같이 하나 이상의 스위치 도전체 또는 링 도전체(4212, 4214)에 전기적으로 결합할 수 있다. 플렉스 회로(4202)는 (아래에 설명되는) 각각의 전달 링 도전체(4212, 4214)들의 하나 이상의 도전성 도선(4216, 4218)들 또는 탭들을 통해 링 도전체(4212, 4214)들에 결합할 수 있다. 스위치 도전체들은 본 명세서에서 일반적으로 하나 이상의 도전성 경로를 포함할 수 있는 대체로 아치형인 구조체들 또는 몸체들을 한정하는 링 도전체(4212, 4214)로서 지칭되지만, 다양한 형태들에서 스위치 도전체들이 예를 들어 아치형 트랙들과 같은 다른 구조체들을 포함할 수 있다는 것을 알 것이다.
커넥터 모듈(4200)은 외부 링 도전체(4212) 및 내부 링 도전체(4214)를 포함한다. 외부 링 도전체(4212) 및 내부 링 도전체(4214) 각각은 대체로 개방된 단부의 O-형상의 구조체를 한정하며, 핸드피스(4114)에 대해 상대적으로 회전하도록 구성된다. 외부 및 내부 링 도전체(4212, 4214)들 각각은 하나 이상의 도전성 경로(4211)를 통해 플렉스 회로(4202)에 전기적으로 결합되어 핸드피스(4114)를 통한 생성기(4116)에 대한 회전 가능 전기 통신을 위해 커넥터 모듈(4200)에 대한 도전성 경로를 제공할 수 있는 도전성 접속, 예를 들어 도선(4216, 4218)을 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 제어 회로가 형성될 수 있으며, 커넥터 모듈(4200)은 사용자 인터페이스, 예를 들어 스위치 조립체(4108)와 핸드피스(4114) 사이에 회전 가능 전기 접속을 제공한다.
전반적으로 도 97을 참조하면, 다양한 형태들에서, 하나 이상의 링크(4220, 4222a, 4222b)가 도전성 경로를 포함하는 링 도전체(4212, 4214)의 일부분에 대해 그리고/또는 그를 따라 이동 가능하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 링크(4220, 4222a, 4222b)는 핸드피스(4114)가 커넥터 모듈(4200)과 결합하기 위해 개구(4156) 내에 수용될 때 초음파 핸드피스(4114)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 방향(4170)(도 93 참조)에서의 초음파 핸드피스(4114)의 회전은 제1 위치와 제2 위치 사이에서의 대응하는 링 도전체(4212, 4214)에 대한 길이방향 축 "T"을 중심으로 한 링크(4220, 4222a, 4222b)의 대응하는 회전을 생성할 수 있다. 링크(4220, 4222a, 4222b)는 링크(4220, 4222a, 4222b)가 제1 위치 및 제2 위치에 있을 때 대응하는 링 도전체(4212, 4214)에 전기적으로 결합하도록 배치되는 하나 이상의 도전체 접점(4224a, 4224b, 4226a, 4226b)들을 포함할 수 있다. 링크(4220, 4222a, 4222b)는 링크(4220, 4222a, 4222b)가 제1 위치 및 제2 위치에 있을 때 초음파 핸드피스(4114)의 원위 부분(4204)의 원위 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)에 전기적으로 결합하도록 구성되는 하나 이상의 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b, 4230a, 4230b)들을 추가로 포함할 수 있다.
위에 더하여, 다양한 형태들에서, 링크(4220, 4220a, 4220a)들은 각자의 링 도전체(4212, 4214)에 대해 회전 가능할 수 있다. 링 도전체 접점(4224a, 4224b, 4226a, 4226b)들은 핸드피스(4114)가 하우징(4206)에 대해 회전할 때 링 도전체(4212, 4214)들의 표면에 대해 또는 그를 따라 회전하도록 배치될 수 있다. 일 형태에서, 링 도전체(4212, 4214)들은 링 도전체 접점(4224a, 4224b, 4226a, 4226b)들이 제1 위치와 제2 위치로부터 또는 그 사이에서 연장되는 아치형 회전을 통해 회전 가능하게 접촉할 수 있는 아치형 표면들 또는 트랙들을 포함한다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 링 도전체 접점(4224a, 4224b, 4226a, 4226b)들은 아치형 도전성 경로를 따라 각각의 링 도전체(4212, 4214)와 압력에 의해 접촉하도록 구성되는 압력 접점들을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 하나 이상의 링크(4220, 4222a, 4222b)는 링크(4220, 4222a, 4222b)가 링 도전체(4212, 4214)에 대해 회전할 때 링 도전체(4212, 4214)에 대한 전기적 결합을 유지하기 위해 하나 이상의 링 도전체 접점(4224a, 4224b, 4226a, 4226b)을 링 도전체(4212, 4214)를 향해 인장시키거나 편의시키기 위한 스프링 아암(4236a, 4236b, 4238a, 4238b)과 같은 장력 부재를 포함한다. 소정 형태들에서, 링 도전체 접점(4224a, 4224b, 4226a, 4226b)들은 링 도전체(4212, 4214)의 내부 표면 또는 외부 표면에 대해 편의될 수 있으며, 따라서 링 도전체는 초음파 핸드피스 및/또는 대응하는 링크(4220, 4222a, 4222b)와 연관된 아치형 움직임의 하나 이상의 부분을 따라 링크(4220, 4222a, 4222b)와 링 도전체(4212, 4214)를 전기적으로 결합할 수 있다. 다른 형태들에서, 예를 들어, 링크(4212, 4214)는 링 도전체(4212, 4214)의 근처 또는 주위의 후크 또는 루프 부분을 통해 도전성 경로를 따라 링 도전체(4212, 4214)와 결합될 수 있는 링 도전체 접점(4224a, 4224b, 4226a, 4226b)을 포함할 수 있다.
링크(4220, 4222a, 4222b)들 및 대응하는 링 도전체(4212, 4214)의 동작 배열을 나타내는 도 98을 일반적으로 참조하면, 커넥터 모듈은 외부 링 도전체(4212) 및 내부 링 도전체(4214)를 포함할 수 있다. 다양한 형태들에서, 각각의 링 도전체(4212, 4214)는 또한 링 도전체(4212, 4214)의 아치형 부분을 따라 도전성 경로를 한정할 수 있다. 외부 링 도전체(4212)에 대해 또는 그 주위에서 회전하도록 구성되는 외부 링크(4220)가 제공될 수 있다. 내부 링크(4222a, 4222b)는 내부 링 도전체(4214)에 대해 또는 그 주위에서 회전하도록 유사하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 외부 링 도전체(4212) 및 내부 링 도전체(4214)는 하우징(4206) 내에 한정된 슬롯(4242, 4244)들을 통해 플렉스 회로(4202)에 전기적으로 접속하도록 구성되는 도전성 도선(4216, 4218)들을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 도전성 도선(4216, 4218)들은 외부 링 도전체(4212) 및 내부 링 도전체(4214)를 적어도 부분적으로 유지하여, 링크(4220, 4222a, 4222b)들에 대한 상대 회전을 가능하게 할 수 있다. 각각의 링크(4220, 4222a, 4222b)는 링크(4220, 4222a, 4222b)가 제1 위치 및 제2 위치에 있을 때 대응하는 링 도전체(4212, 4214)에 전기적으로 결합하도록 배치되는 하나 이상의 도전체 접점(4224a, 4224b, 4226a, 4226b)들을 포함할 수 있다. 각각의 링크(4220, 4222a, 422b)는 초음파 핸드피스(4114)의 원위 부분(4204)의 원위 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)에 전기적으로 결합하도록 구성되는 하나 이상의 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b, 4230a, 4230b)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 링 도전체 접점(4224a, 4224b, 4226a, 4226b)들은 길이방향 축에 대해 제1 위치와 제2 위치 사이에 회전될 수 있으며, 따라서 링 도전체 접점(4224a, 4224b, 4226a, 4226b)들은 회전을 통해 대응하는 링 도전체(4212, 4214)와의 전기적 접촉을 유지할 수 있다.
외부 링크는 외부 링(4212)의 내부 표면을 향해 접점(4224a, 4224b)들을 편의시키기 위해 스프링 아암(4236a, 4236b)들에 결합될 수 있는 한 쌍의 링 도전체 접점(4224a, 4224b)들을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 내부 링크(4214)는 스프링 아암(4238a, 4238b)들에 부착되는 한 쌍의 링 도전체 접점(4226a, 4226b)을 포함하며, 이 스프링 아암들은 내부 링(4214)의 외부 표면을 향해 접점(4226a, 4226b)들을 편의시키도록 구성된다. 내부 링크(4222a, 4222b)는 제1 부분(4222a) 및 제2 부분(4222b)을 포함하지만, 소정 형태들에서 내부 링크(4222a, 4222b)는 단일 구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 링크(4222a, 4222b)는 한 쌍의 링 도전체 접점(4226a, 4226b)들 사이에서 연장되는 도전성 또는 비도전성 몸체 부분을 포함할 수 있다.
위에서 소개된 바와 같이, 다양한 형태들에서, 커넥터 모듈(4202)은 핸들 조립체, 하우징(4206), 사용자 인터페이스(4108), 트리거(4120), 및/또는 링 도전체(4212, 4214)와 관련된 도전성 경로에 대해 회전하도록 배치되는 하나 이상의 링크(4220, 4222a, 4222b)들을 포함한다(도 94, 도 98 및 도 99 참조). 다양한 형태들에 따르면, 링크(4220, 4222a, 4222b)들은 초음파 핸드피스(4114)의 원위 부분(4204)에 맞물리고 전기적으로 결합되도록 구성되는 하나 이상의 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b, 4230a, 4230b)들을 포함한다(도 96). 일 형태에서, 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b, 4230a, 4230b)들은 각각의 링크(4220, 4222a, 4222b)를 초음파 핸드피스(4114)에 적어도 부분적으로 회전 가능하게 결합하기 위해 초음파 핸드피스(4114)의 원위 부분(4204)과 결합하도록 구성되는 결합 부재를 포함할 수 있다.
일 형태에서, 외부 링크(4220)는 핸드피스의 원위 부분으로부터 외부 링 도전체(4212)로의 도전성 경로를 제공하기 위해 한 쌍의 외부 링 도전체(4224a, 4224b)와 전기적으로 결합하는 한 쌍의 외부 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b)들을 포함한다. 한 쌍의 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b) 각각은 회전 결합부(4210) 내에 정의되는 각각의 슬롯(4246a, 4246b)을 통해 연장하도록 구성된다. 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 회전 결합부(4210)는 초음파 핸드피스(4114)의 회전과 결합하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다양한 형태들에서, 회전 결합부(4210)는 초음파 핸드피스(4114)의 회전을 링크(4220, 4222a, 4222b)들에 결합하기 위한 회전 가능 프레임워크를 제공하도록 구성된다.
도 98에 도시된 한 쌍의 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b)들은 초음파 핸드피스(4114)의 제1 원위 표면(4232a, 4232b)을 따라 배치되는 하나 이상의 전기 접점들에 맞물리고 전기적으로 결합하도록 구성되는 곡선 연장부들을 포함한다. 도시된 바와 같이, 한 쌍의 외부 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b)의 곡선 연장부들은 외부 링크(4220)에 대한 대응하는 회전을 실행하기 위해 초음파 핸드피스(4114)의 회전을 결합시키는 것을 적어도 부분적으로 돕도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 곡선 연장부들은 초음파 핸드피스(4114)와 회전 결합부(4210)를 회전 가능하게 결합하기 위해 제1 원위 표면(4232a, 4232b)과 마찰 결합하거나 제1 원위 표면(4232a, 4232b) 내에 한정된 홈 또는 에지 내에 위치 가능하도록 구성되는 에지를 포함하는 결합 부재를 포함할 수 있다. 소정 형태들에서, 외부 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b)들은 길이방향 축 "T"의 외향으로 그리고/또는 제1 원위 표면(4232a, 4232b)을 향해 외부 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b)들을 편의시키거나 인장시키도록 구성되는 장력 부재들 또는 스프링 아암(4248a, 4248b)들로부터 연장된다. 일 형태에서, 외부 링크(4220)는 링크(4220)를 유지하도록 구성되는 돌출부들 또는 클립들과 같은 하나 이상의 탭(4250a, 4250b)들을 포함한다. 예를 들어, 제1 탭(4250a)은 회전 결합부(4208) 내에 한정된 슬롯(4252) 내에 수용될 수 있으며, 제2 탭(4250b)은 링크(4220)의 위치 또는 배향을 유지하기 위해 회전 결합부(4208)의 일부분에 클립핑되고/되거나 그에 대해 압축될 수 있다(도 100).
일 형태에서, 내부 링크(4222a, 4222b)는 초음파 핸드피스(4114)로부터 내부 링 도전체(4214)로의 도전성 경로를 제공하기 위해 한 쌍의 내부 링 도전체 접점(4226a, 4226b)들에 전기적으로 결합되는 한 쌍의 내부 핸드피스 결합 접점(4230a, 4230b)들을 포함한다. 한 쌍의 외부 핸드피스 결합 접점(4230a, 4230b)들 각각은 회전 결합부(4210) 내에 한정된 슬롯(4254a, 4254b)을 통해 연장되도록 구성되며, 초음파 핸드피스(4114)의 원위 부분(4204)의 제2 원위 표면(4234a, 4234b)을 따라 배치된 하나 이상의 전기 접점에 맞물리고 전기적으로 결합하도록 구성되는 에지들을 한정하는 곡선 연장부들을 포함한다. 도시된 바와 같이, 곡선 연장부들은 내부 링크(4222a, 4222b)에 대한 대응하는 회전을 실행하기 위해 초음파 핸드피스(4114)(도 96)의 회전을 결합시키는 것을 적어도 부분적으로 돕도록 동작할 수 있다. 예를 들어, 곡선 연장부들은 초음파 핸드피스(4114)의 회전과 회전 가능하게 결합하기 위해 제2 원위 표면(4234a, 4234b)과 마찰 결합하거나 제2 원위 표면(4234a, 4234b) 내에 한정된 홈 또는 에지 내에 위치 가능하도록 구성되는 결합 부재들을 포함할 수 있다. 다양한 형태들에서, 내부 핸드피스 결합 접점(4230a, 4230b)들은 길이방향 축 "T"의 외향으로 그리고/또는 핸드피스(4114)의 제2 원위 표면(4234a, 4234b)을 향해 핸드피스 결합 접점(4230a, 4230b)들을 편의시키거나 인장시키도록 구성되는 스프링 아암(4258a, 4258b)들을 포함하는 장력 부재들로부터 연장된다. 다양한 형태들에서, 내부 링크(4220a, 4220b)는 링크를 원하는 배향으로 유지하기 위한 하나 이상의 탭(4256a, 4256b)들을 추가로 포함한다. 예를 들어, 내부 링크(4220a, 4220b)는 제1 탭(4256a) 및 제2 탭(4256b)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 탭(4256a, 4256b)들은 회전 결합부(4210) 내에 한정된 슬롯 내에 수용되거나, 회전 결합부(4210)의 일부분에 클립핑되고/되거나 그에 대해 압축되도록 구성될 수 있다(도시되지 않음).
다양한 형태들에서, 초음파 핸드피스(4114)의 원위 부분(4204)은 일반적으로 도 96의 해칭된 격리 윈도우 내에 도시된 하나 이상의 원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)을 포함할 수 있다. 원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)은 링크(4220, 4222a, 4222b)들을 통해 링 도전체(4212, 4214)들에 전기적으로 결합할 수 있는 전기 접점들 또는 접점 지점들을 제공할 수 있다. 일부 형태들에서, 핸드피스(4114)와 링 도전체(4212, 4214)들을 전기적으로 결합하는 것은 전술된 바와 같이 플렉스 회로(4202)와 같은 사용자 인터페이스 회로 및 생성기(4116)를 포함하는 전기 회로를 완성할 수 있다.
일 형태에서, 핸드피스(4114)는 핸드피스(4114)의 원위 부분(4204)을 따라 배치된 원위 림(4205) 상에 또는 그 안에 배치된 원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)들을 포함할 수 있다. 원위 림(4205)은 하나 이상의 전기 접점 또는 접점 표면을 포함하는 원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)들을 한정하는 하나 이상의 홈들을 한정할 수 있다. 접점 표면들은 예를 들어 금 도금 또는 이 분야에 공지된 다른 적합한 도전성 전기 접점 재료를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 이러한 원위 림(4205)은 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b, 4230a, 4230b)을 보완하거나 수용하는 크기를 갖는 길이방향 또는 원주방향 홈들을 한정할 수 있다. 예를 들어, 원위 림(4205)은 원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)들을 따라 하나 이상의 홈들을 한정하여 각각의 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b, 4230a, 4230b)에 끼워맞춤 결합되게 할 수 있어, 원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)들과 각자의 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b, 4230a, 4230b)들은 커넥터 모듈(4200)이 핸드피스(4114)를 수용할 때 마찰에 의해, 전기적으로 그리고 회전 가능하게 결합될 수 있다. 일 형태에서, 원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)들과 각자의 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b, 4230a, 4230b)들은 암수 또는 자물쇠-열쇠 관계로 결합될 수 있다. 소정 형태들에서, 원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)들은 하나 이상의 원주방향 리지를 포함하며, 원주방향 리지들은 원주방향 리지들의 일부 또는 전부를 따라 각자의 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b, 4230a, 4230b)들과 전기적으로 결합하도록 원위 림(4205)의 내부 원주의 주위에서 연장된다. 다양한 형태들에서, 원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)들은 도 96에 도시된 바와 같이 원위 림(4205)의 내부 표면 내에 원주방향 리지들 상에 배치된 금 도금된 원주방향 전기 접점들을 포함한다.
원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)들은 초음파 수술 기구(4100)의 동작을 제어하기 위해 사용자 인터페이스, 예컨대 스위치 조립체(4108)로부터 전기 제어 신호들을 통신하기 위해 핸드피스(4114) 및 와이어(4118)를 통해 연장되는 도선들을 통해 생성기(4116)에 전기적으로 결합될 수 있다. 따라서, 일 형태에서, 플렉스 회로(4202)는 스위치(4132a, 4132b)들과 인터페이싱하고, 전기 신호들을 도전성 경로(4211)들을 따라 도전성 도선(4216, 4218)들로 제공하도록 구성될 수 있으며, 이어서 도선들은 링 도전체(4212, 4214)들을 통해 링크(4220, 4222a, 4222b)들에 대한 전기 접속을 제공하고, 이어서 링 도전체들은 초음파 핸드피스(4114)의 원위 부분에 배치된 원위 접점 표면(4232a, 4232b, 4234a, 4234b)들에 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b, 4230a, 4230b)들을 통해 전기적으로 결합하여, 초음파 핸드피스(4114) 및 케이블(4118)을 통해 생성기(4116)에 대한 도전성 경로를 제공한다.
다양한 형태들에 따르면, 커넥터 모듈(4202)은 스핀들(4240)을 포함한다. 스핀들은 하우징(606)으로부터 길이방향 축 "T"를 따라 연장될 수 있으며, 핸드피스(4114) 및/또는 도파관(4128)의 길이를 수용하는 크기를 갖는 중앙 구멍(4210)을 길이방향 축 "T"를 따라 한정할 수 있다. 도 96 및 도 97에 도시된 바와 같이, 스핀들은 하우징(4206)으로부터 길이방향 축 "T"를 따라 근위방향으로 연장된다. 회전 결합부(4208)는 하우징(4206)에 대한 길이방향 축 "T"를 중심으로 한 회전을 위해 스핀들(4240) 상에 회전 가능하게 장착된다. 소정 형태들에서, 스핀들(4240)은 회전 결합부(4208)의 길이방향 편위를 유지하여서 이를 제한하도록 구성되는 하나 이상의 유지 구조체(4260a, 4260b)를 포함한다.
도 99는 핸드피스(4114)가 링 도전체(4212, 4214)들에 대해 회전할 수 있도록 하우징(4206)에 장착되거나 그에 대해 배치된 링 도전체(4212, 4214)들을 도시한다. 링 도전체(4212, 4214)들의 하나 이상의 부분은 하우징(4206) 내에 한정된 슬롯들을 통해 연장되어, 하우징(4206)에 대한 지지를 제공할 수 있다. 전술된 바와 같이, 링 도전체(4212, 4214)들은 하우징 내에 한정된 슬롯(4242, 4244)들을 통해 연장되는 도선(4216, 4218)들을 포함할 수 있다. 도 97 및 도 99에 도시된 바와 같이, 외부 링 도전체(4212)는 하우징(4206) 내에 한정된 2개의 유지 슬롯(4264a, 4264b)들 내에 수용되는 크기를 갖는 2개의 탭(4262a, 4262b)들을 포함한다. 다양한 형태들에서, 링 도전체들(4212, 4214) 및/또는 하우징은 예를 들어 초음파 핸드피스(4114)와 링 도전체들(4212, 4214) 사이의 상대 회전을 허용하기 위해 하우징(4206)에 근접하게 링 도전체(4212, 4214)들을 배치하는 데 사용될 수 있는 후크, 래치, 클립 또는 접착제와 같은 추가의 위치설정 특징부들을 포함할 수 있다. 도 99에서, 내부 링 도전체(4214)는 하우징(4206)으로부터 연장되는 표면(4268)과 끼워맞춤 결합되도록 구성되는 내부 원주(4266)(도 97 참조)를 포함한다. 일 형태에서, 내부 링 도전체(4212)는 표면(4268)에 마찰에 의해 그리고/또는 접착제에 의해 부착될 수 있다.
도 100은 내부 및 외부 링 도전체(4212, 4214)들 및 대응하는 내부 및 외부 링크(4220, 4222a, 4222b)들이 내부에 배치된 회전 결합부(4210)의 원위 부분의 사시도를 도시한다. 회전 결합부(4210)는 내부 및 외부 링크(4220, 4222a, 4222b)들을 수용하고 내부에 유지하도록 구성되는 복수의 내부 슬롯들을 포함한다. 다양한 형태들이 도 100에 도시된 것과 다른 슬롯 구성을 포함할 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 다양한 형태들에서, 회전 결합은 링크들을 위치시키기 위해 위치설정 연장부들을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 링크(4220, 4222a, 4222b)들의 하나 이상의 부분은 접착제에 의해 회전 결합부에 부착될 수 있다. 도시된 형태에서, 회전 결합부는 외부 링 도전체(4212)를 수용하기 위한 외부 슬롯(4270a, 4270b, 4270c)을 포함한다. 외부 슬롯(4270a, 4270b, 4270c)은 회전 결합부(4210)와 외부 링 도전체(4212) 사이의 상대 회전을 허용하는 치수를 가질 수 있다. 회전 결합부(4210)는 외부 링크(4220)를 수용하기 위한 슬롯(4280)을 추가로 한정할 수 있다. 슬롯(4280)은 외부 슬롯(4270a, 4270b, 4270c)에 대해 길이방향 축 "T"(도 96 참조)를 향해 내향으로 위치된다. 슬롯(4280)은 스프링 아암(4236a, 4248a 및 4236b, 4248b)들을 각각 수용하기 위한 치수를 갖는 스프링 아암 슬롯(4282a, 4282b)들을 포함한다. 스프링 아암 슬롯(4282a, 4282b)들에 인접하게, 슬롯(4280)은 외부 링 도전체 접점(4224a, 4224b)들을 각각 수용하도록 치수 설정되는 슬롯(4284a, 4284b)들을 한정한다. 슬롯(4280)은 외부 핸드피스 결합 접점(4228a, 4228b)들을 수용하고, 슬롯(4246a, 4246b)들까지 근위방향으로 연장되는 크기를 갖는 슬롯(4286a, 4286b)들을 추가로 한정한다(슬롯(4246b)는 도 96에 도시되어 있음). 회전 결합부(4210)는 내부 링 도전체(4214)를 수용하기 위한 슬롯(4296b) 및 내부 링크(4222a, 4222b)를 수용하기 위한 슬롯(4281)을 추가로 한정할 수 있다. 슬롯(4281)은 스프링 아암 슬롯(4288a, 4288b)들에 대해 길이방향 축 "T"(도 96 참조)을 향해 내향으로 위치되며, 스프링 아암(4238a, 4238b)들을 각각 수용하는 크기를 갖는다. 각각의 스프링 아암 슬롯(4288a, 4288b)들의 하나의 단부에 인접하게, 회전 결합부는 내부 링 도전체(4226a, 4226b)들을 각각 수용하기 위한 내부 링 접점 슬롯(4290a, 4290b)을 한정한다. 각각의 스프링 아암 슬롯(4288a, 4288b)들의 다른 단부에 인접하게, 회전 결합부는 내부 핸드피스 결합 접점(4230a, 4230b)들을 각각 수용하고, 슬롯(4254a, 4254b)들까지 근위방향으로 각각 연장되는 크기를 갖는 슬롯(4292a, 4292b)들을 한정한다(슬롯(4254b)은 도 96에 도시되어 있음).
회전 결합부는 스핀들(4240) 주위에 설치되는 크기를 갖는 구멍(4294)을 추가로 한정한다. 회전 결합부의 근위 내부 원주방향 표면(4296a)은 슬롯(4296b)을 한정하는 원위 내부 원주방향 표면에 비해 감소된 직경을 포함하는 구멍(4294)의 일부분을 한정한다. 슬롯(4296a)을 한정하는 근위 내부 원주방향 표면의 감소된 직경은 스핀들(4240)에 대한 회전 마찰을 줄일 수 있으며, 회전 결합부(4210) 내의 스핀들(4240) 주위에 위치될 링 도전체(4212, 4214)들 및 링크(4220, 4222a, 4222b)들과 같은 구성요소들에 대한 추가 공간을 제공할 수 있다. 회전 결합부(4210)는 원위 외부 원주방향 표면(4298b)에 비해 감소된 직경을 포함하는 근위 외부 원주방향 표면(4298a)을 추가로 포함한다. 원위 외부 원주방향 표면(4298a)의 감소된 직경은 회전 결합부(4210) 내의 스핀들(4240) 주위에 배치될 링 도전체(4212, 4214)들 및 링크(4220, 4222a, 4222b)들과 같은 구성요소들에 대한 추가 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어 추가적인 회전 가능 전기 접속들을 제공하기 위해 추가적인 링 도전체들 및 링크들이 제공될 수 있다는 것을 알 것이다.
도 101 내지 도 103은 다양한 형태들에 따른 커넥터 모듈(4300)을 도시한다. 일 형태에서, 커넥터 모듈은 도 96 내지 도 99와 관련하여 전술된 것과 유사한 초음파 수술 기구들에서의 용도를 발견할 수 있다. 따라서, 간소화를 위해, 유사한 특징부들은 유사한 도면 부호들에 의해 식별될 수 있으며, 상세히 설명되지 않을 수 있다. 그러나, 다양한 특징부들은 커넥터 모듈(4190), 커넥터 모듈(4200) 및 초음파 수술 기구(4100)와 관련하여 전술된 것들과 유사한 용도를 발견할 수 있으며, 유사한 설명들을 공유할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 커넥터 모듈(4300)은 플렉스 회로(4202)와 유사할 수 있는, 사용자 인터페이스와 연관된 회로에 결합될 수 있다. 커넥터 모듈(4300)은 또한 초음파 핸드피스의 원위 부분(4304)에 결합될 수 있다(도 93 및 도 94 참조). 커넥터 모듈(4300)은 하우징(4306) 및 회전 결합부(4308)를 포함하며, 핸들 조립체(예컨대, 도 93 내지 도 95에 도시된 핸들 조립체(4102)) 내에 위치 가능할 수 있다. 전술된 바와 같이, 초음파 핸드피스는 엔드 이펙터 조립체에 동작 가능하게 결합하도록 구성될 수 있는 도파관에 기계적으로 그리고 음향적으로 결합될 수 있다. 초음파 핸드피스는 또한 커넥터 모듈 하우징(4306)에 대해 회전 가능할 수 있으며, 이는 초음파 핸드피스와 사용자 인터페이스 사이에 회전 가능 전기 접속을 제공할 수 있다. 커넥터 모듈(4300)은 하우징(4306)으로부터 길이방향 축을 따라 일반적으로 근위방향으로 연장되는 스핀들(4340)을 포함할 수 있다. 회전 결합부(4308)는 하우징(4306)에 대한 회전을 위해 스핀들(4340) 상에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 스핀들(4340)은 회전 결합부(4308)의 길이방향 편위를 유지하여서 이를 제한하도록 구성되는 하나 이상의 유지 구조체(4360a, 4360b)를 포함한다.
스위치 조립체(4300)는 초음파 핸드피스의 제1 원위 표면(4332a, 4332b)을 따라 배치된 하나 이상의 전기 접점에 전기적으로 결합되도록 구성되는 압력 접점들을 포함하는 한 쌍의 외부 핸드피스 결합 접점(4328a, 4328b)을 포함한다. 외부 핸드피스 결합 접점(4328a, 4328b)들은 길이방향 축의 외향으로 그리고/또는 제1 원위 표면(4332a, 4323b)을 향해 외부 핸드피스 결합 접점들(4328a, 4328b)을 편의시키거나 인장시키도록 구성되는 장력 부재 또는 스프링 아암(4348a, 4348b)(도 103 참조)들로부터 연장될 수 있다. 외부 핸드피스 결합 접점(4328a, 4328b)들은 회전 결합부(4310) 내에 한정된 슬롯(4346a, 4346b)을 통해 각각 연장하도록 구성될 수 있으며, 초음파 핸드피스의 원위 부분(4304)의 제1 원위 표면(4332a, 4332b)을 따라 배치된 하나 이상의 전기 접점에 전기적으로 결합하도록 구성되는 압력 접점들을 포함한다.
일 형태에서, 스위치 조립체(4300)는 초음파 핸드피스의 제2 원위 표면(4334a, 4334b)을 따라 배치된 하나 이상의 전기 접점에 전기적으로 결합하도록 구성되는 압력 접점들을 포함하는 한 쌍의 내부 핸드피스 결합 접점(4330a, 4330b)들을 포함한다. 내부 핸드피스 결합 접점(4330a, 4330b)들은 길이방향 축의 외향으로 그리고/또는 제2 원위 표면(4334a, 4334b)을 향해 내부 핸드피스 결합 접점(4330a, 4330b)들을 편의시키거나 인장시키도록 구성되는 장력 부재 또는 스프링 아암(4358a, 4358b)(도 103 참조)들로부터 연장될 수 있다. 외부 핸드피스 결합 접점(4330a, 4330b)들은 회전 결합부(4310) 내에 한정된 슬롯(4354a, 4354b)을 통해 각각 연장하도록 구성될 수 있으며, 초음파 핸드피스의 원위 부분(4304)의 제2 원위 표면(4334a, 4334b)을 따라 배치된 하나 이상의 전기 접점에 전기적으로 결합하도록 구성되는 압력 접점들을 포함한다.
도 101 및 도 102에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 커넥터 모듈(4300)은 초음파 핸드피스와 결합하도록 구성되는 하나 이상의 결합 특징부(4399a, 4399b, 4399c, 4399d)들을 포함한다. 결합 특징부(4399a, 4399b, 4399c, 4399d)들은 회전 결합부(4310) 주위에 형성된 하나 이상의 돌출부들, 클립들 또는 "그립퍼들(grippers)"을 포함할 수 있다. 결합 특징부들(4399a, 4399b, 4399c, 4399d)은 초음파 핸드피스의 표면과 끼워맞춤 결합하도록 구성된다. 결합 특징부들은 회전 결합부 상에 위치된 하나 이상의 유연하고 탄성적이며 가요성인 중합체 재료를 포함할 수 있다. 일 형태에서, 결합 특징부(4399a, 4399b, 4399c, 4399d)들은 초음파 기구의 직경을 파지하도록 치수 설정된다. 예를 들어, 결합 특징부(4399a, 4399b, 4399c, 4399d)들은 마찰 간섭 끼워맞춤을 생성하기 위해 초음파 핸드피스의 치수보다 작은 직경을 한정할 수 있다. 다양한 형태들에서, 핸드피스는 결합 특징부(4399a, 4399b, 4399c, 4399d)들의 일부분을 수용하도록 구성되는 리지 또는 홈을 한정하는 원위 부분(4304)을 포함할 수 있다. 일 형태에서, 결합 특징부(4399a, 4399b, 4399c, 4399d)들은 핸드피스를 수용하기 위해 길이방향 축을 향해 내향으로 휘는 반면, 핸드피스가 수용된 때 핸드피스와 회전 가능하게 결합하기 위해 길이방향 축의 외향으로의 장력을 제공하도록 구성될 수 있다.
도 103은 내부 및 외부 링 도전체(4312, 4314)들 및 대응하는 내부 및 외부 링크(4320, 4322a, 4322b)들이 내부에 배치된 회전 결합부(4310)의 원위방향 도면을 도시한다. 내부 및 외부 링크(4320, 4322a, 4322b)들은 외부 링 도전체(4312) 및 내부 링 도전체(4314)에 대해 회전 가능하다. 외부 링 도전체(4312) 및 내부 링 도전체(4314)는 슬롯(4342, 4344)들과 유사할 수 있는, 하우징(4306) 내에 한정된 슬롯들을 통해 사용자 인터페이스에 전기적으로 접속하도록 구성되는 도전성 도선(4316, 4318)들을 포함한다. 각각의 링크(4320, 4322a, 4322b)는 링크(4320, 4322a, 4322b)가 제1 위치 및 제2 위치에 있을 때 대응하는 링 도전체(4312, 4314)에 전기적으로 결합하도록 배치되는 한 쌍의 도전체 접점(4324a, 4324b, 4326a, 4326b)들 및 초음파 핸드피스의 원위 부분(4304)의 원위 표면(4332a, 4332b, 4334a, 4334b)에 전기적으로 결합하도록 구성되는 한 쌍의 핸드피스 결합 접점(4328a, 4328b, 4330a, 4330b)들을 포함한다. 예를 들어, 링 도전체 접점(4324a, 4324b, 4326a, 4326b)들은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 길이방향 축을 중심으로 회전될 수 있으며, 따라서 링 도전체 접점(4324a, 4324b, 4326a, 4326b)들은 회전을 통해 대응하는 링 도전체(4312, 4314)와의 전기적 접촉을 유지할 수 있다.
외부 링크(4312)는 한 쌍의 링 도전체 접점(4324a, 4324b)들을 포함하고, 이들은 외부 링(4312)의 내부 표면을 향해 접점(4324a, 4324b)들을 편의시키도록 구성되는 스프링 아암(4336a, 4336b)들에 결합된다. 한 쌍의 외부 핸드피스 결합 접점(4328a, 4328b)들은 핸드피스의 원위 부분(4304)으로부터 외부 링으로의 도전성 경로를 제공하기 위해 한 쌍의 외부 링 접점(4324a, 4324b)들과 전기적으로 결합한다. 내부 링크(4314)는 한 쌍의 핸드피스 결합 접점(4320a, 4320b)들에 전기적으로 결합된 한 쌍의 링 도전체 접점(4326a, 4326b)들을 포함하며, 내부 링(4314)의 외부 표면을 향해 링 도전체 접점(4326a, 4326b)들을 편의시키도록 구성되는 스프링 아암(4338a, 4338b)들에 부착된다. 내부 링크(4322a, 4322b)는 제1 부분(4322a) 및 제2 부분(4322b)을 포함한다.
회전 결합부(4310)는 근위 회전 표면(4396a) 및 원위 슬롯(4396b)에 의해 한정되는 중앙 구멍(4394)을 형성한다. 회전 결합부(4310)는 링 도전체(4312, 4314) 및 대응하는 링크(4320, 4322a, 4322b)들을 수용하는 치수를 갖는 복수의 슬롯들을 포함한다. 도 103에 도시된 슬롯 구성은 도 100에 도시된 슬롯 구성과 유사하며, 간소화를 위해 상세히 설명되지 않는다. 예를 들어, 회전 결합부는 외부 링 도전체(4312)를 수용하기 위한 슬롯(4370) 및 내부 링 도전체(4314)를 수용하기 위한 슬롯(4396b)을 포함한다. 회전 결합부는 외부 링크(4312)를 수용하는 크기를 갖는 슬롯(4380)을 한정한다. 회전 결합부는 또한 내부 링크의 제1 부분(4322a)을 수용하기 위한 슬롯(4388a) 및 내부 링크의 제2 부분(4322b)을 수용하기 위한 슬롯(4388b)을 한정한다. 슬롯(4346a, 4346b)들은 길이방향 축의 외향으로 대면하는 원주방향 윈도우를 포함한다. 슬롯(4392a, 4392b)들은 내부 핸드피스 결합 접점(4330a, 4320b)들을 수용하도록 구성된 외향으로 대면하는 아치형 홈들을 한정한다.
도 104 및 도 105는 전반적으로 5020으로 지칭되는 고유하고 신규한 스위치 조립체를 사용하는 일 형태의 핸들 조립체(5000)를 도시한다. 다양한 형태들에서, 핸들 조립체(5000)는 본 명세서에서 개시되는 다른 핸들 조립체들과 설계 및 용도 면에서 유사할 수 있다. 따라서, 전술된 다른 핸들 조립체 배열체들과 공통인 특징부들은 핸들 조립체(5000)의 설계 및 동작을 이해하는 데 필요할 수 있는 것 외에는 상세히 설명되지 않는다.
적어도 일 형태에서, 핸들 조립체(5000)는 함께 결합되어 핸들 하우징(5002)을 형성하도록 구성되는 2개의 핸들 하우징 세그먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 좌측 핸들 하우징 세그먼트(5004)가 도 104에 도시되어 있고, 우측 핸들 하우징 세그먼트(5006)가 도 105에 도시되어 있다. 핸들 하우징 세그먼트(5004, 5006)들 각각은 플라스틱 또는 다른 중합체 재료로 제조될 수 있으며, 나사, 볼트, 스냅 특징부, 접착제 등과 같은 체결구들에 의해 함께 결합될 수 있다. 핸들 하우징 세그먼트(5004, 5006)들은 한 손에 의해 쉽게 파지되고 조작될 수 있는 권총형 그립(5008)을 형성할 수 있는 "고정된" 핸들 부분을 갖는 핸들 하우징(5002)을 형성하도록 상호작용한다. 도 104에서 알 수 있듯이, 좌측 핸들 하우징 세그먼트(5004)는 전반적으로 5010으로 지칭되는 "엄지손가락 홈(thumb groove)" 영역을 확립하는 방식으로 형성될 수 있다. 당업자는 예를 들어 임상의가 그의 오른손 안에 권총형 그립(5008)을 파지하고 있을 때 임상의의 엄지손가락이 엄지손가락 홈 영역(5010)에 자연스럽게 위치될 수 있다는 것을 쉽게 알 것이다. 적어도 일 형태에서, 우측 핸들 하우징(5006)에는 또한 유사한 엄지손가락 홈 영역(도시되지 않음)이 형성될 수 있어, 임상의가 그의 왼손 내에 핸들 조립체(5000)를 파지하는 경우에 임상의의 왼손 엄지손가락이 그 영역에 자연스럽게 위치될 것이다.
전술된 바와 같이, 핸들 조립체(5000)는 제1 스위치 배열체(5030) 및 제2 스위치 배열체(5060)를 포함할 수 있는 스위치 조립체(5020)를 포함한다. 적어도 하나의 형태에서, 제1 스위치(5030)는 핸들 하우징(5002)의 "전방 부분"(5003)에 대한 피벗 이동을 위해 지지되는 제1 버튼 조립체(5032)를 포함한다. 제1 버튼 조립체(5032)는 예를 들어 중합체 또는 다른 적합한 재료로 형성될 수 있으며, 저널(journal) 부분(5038)에 의해 상호접속되는 제1 핑거 버튼(5034) 및 제2 핑거 버튼(5036)을 포함할 수 있다. 저널 부분(5038)은 좌측 및 우측 하우징 세그먼트(5004, 5006)들 사이에서 연장되는 제1 피벗 핀(5040) 상에 제1 버튼 조립체(5032)를 피벗 가능하게 지지하는 데 사용된다. 제1 피벗 핀(5040)은 하우징 세그먼트(5004, 5006)들 중 하나 내로 성형될 수 있으며, 다른 하우징 세그먼트(5004, 5006) 내에 형성된 대응하는 소켓(도시되지 않음) 내에 수용될 수 있다. 제1 피벗 핀(5040)은 또한 다른 수단들에 의해 핸들 하우징 세그먼트(5004, 5006)들에 부착될 수 있다. 제1 피벗 핀(5040)은 제1 스위치 축(FS-FS)을 한정하며, 이 축을 중심으로 제1 버튼 조립체(5032)가 "로킹(rocking)"될 수 있다. 도 107을 참조한다. 적어도 하나의 형태에서, 제1 및 제2 핑거 버튼(5034, 5036)들은 도 106 및 도 107에 도시된 바와 같이 다소 "둥글납작한" 형상을 가질 수 있다. 게다가, 핑거 버튼(5034, 5036)들을 직접 보지 않고도 제1 핑거 버튼(5034)과 제2 핑거 버튼(5036)을 구별하는 임상의의 능력을 더 향상시키기 위해, 핑거 버튼들 중 하나는 구별되는 특징부 또는 특징부들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 106 및 도 107에 도시된 바와 같이, 제1 핑거 버튼(5034)은 그의 둘레에 형성된 복수의 멈춤쇠(detent)(5042)들 또는 다른 형성부들을 갖는다.
도 105에서 알 수 있듯이, 스위치 프레임(5050)이 핸들 조립체(5002) 내에서 지지되어, 제1 버튼 조립체(5032)에 근접하게 그리고 엄지손가락 홈 영역(5010)(도 104)에 인접하는 하우징 조립체(5002)의 부분 내에 위치되게 한다. 일 형태에서, 스위치 프레임(5050)은 제1 버튼 조립체(5032)에 대해 이동 불가능하며, 핸들 하우징 세그먼트(5004, 5006)들 내에 성형되거나 그 위에 형성된 스탠드-오프(stand-off)들 또는 다른 거싯(gusset)형 지지 특징부들 상에 단단하게 지지될 수 있다. 스위치 프레임(5050)은 회로 보드(5052), 예들 들어 인쇄 회로 보드, 플렉스 회로, 강성-플렉스 회로, 또는 제1 핑거 버튼(5034)에 대응하는 제1 접점 패드(5054) 및 제2 핑거 버튼(5036)에 대응하는 제2 접점 패드(5056)를 포함하는 다른 적합한 구성을 지지할 수 있다. 당업자는 제1 스위치 축(FS-FS)에 대해 제1 버튼 조립체(5032)를 로킹 또는 피벗시킴으로써 임상의가 제1 핑거 버튼(5034)을 제1 접점 패드(5054)와 작동 접촉하도록 피벗시킴으로써 제1 접점 패드(5054)를 활성화할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 "작동 접촉"은 접점 패드(또는 유사한 접점 배열)의 작동을 시작하게 하는 데 필요한 핑거 버튼과 제1 접점 패드 사이의 충분한 양의 물리적 접촉을 포함할 수 있다. "작동 접촉"은 손가락 버튼의 어떠한 부분도 실제로 접점 패드와 물리적으로 접촉하지 않고도 접점 패드의 작동을 시작하게 하기에 충분한, 접점 패드(또는 다른 접점 배열)에 대한 핑거 버튼의 충분한 양의 물리적 접근을 또한 포함할 수 있다. 임상의는 제2 핑거 버튼(5036)을 제2 접점 패드(5056)와의 작동 접촉 상태로 피벗시킴으로써 제2 접점 패드(5056)를 활성화할 수 있다. 그러한 고유하고 신규한 제1 스위치 배열체는 임상의가 핸들 조립체(5000)의 권총형 그립 부분(5008)을 파지하고 있을 때 임상의의 검지손가락에 의해 쉽게 작동될 수 있다. 따라서, 스위치 조립체의 모든 버튼은 핸들 조립체를 지지하는 단일 손에 의해 쉽게 작동될 수 있다. 전술된 다양한 형태들에서와 같이, 제1 스위치 배열체(5030)는 초음파 핸드피스의 전력 설정을 변경하고/하거나 본 명세서에서 설명되는 다양한 알고리즘들을 활성화하는 데 사용될 수 있다.
일부 형태들에서, 제1 스위치 배열체(5030)는 생성기(30, 500, 1002)들 중 어느 하나와 같은 생성기에 결합된다. 예를 들어, 각각의 접점 패드(5054, 5056)는 일부 형태들에서 본 명세서에서 전술된 커넥터 모듈(4200)과 유사한 커넥터 모듈(5057)을 통해 생성기와 전기적으로 통신할 수 있다. 커넥터 모듈(5057)은 내부 또는 외부 생성기에 결합된다. 각자의 접점 패드(5054, 5056)의 활성화를 표시하는 신호들은 생성기로 하여금 기구(5000)의 동작을 변경하게 할 수 있다. 예를 들어, 임상의가 제1 핑거 버튼(5034)을 선택할 때, 이는 생성기로 하여금 엔드 이펙터에 제공되는 전력의 레벨을 증가시키게 할 수 있다. 임상의가 제2 핑거 버튼(5036)을 선택할 때, 이는 생성기로 하여금 엔드 이펙터에 제공되는 전력의 레벨을 줄이게 할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 생성기는 최소 전력 레벨(예컨대, MIN)과 최대 전력 레벨(예컨대, MAX) 사이에서 구성 가능할 수 있다. 예를 들어, 미국 오하이오주 신시내티 소재의 에티콘 엔도-서저리, 인크.로부터 입수 가능한 GEN 11 생성기의 일부 형태들은 5개의 전력 레벨을 제공한다. 핑거 버튼들은 생성기를 전력 레벨들 사이에서 토글링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 일부 형태들에서, 핑거 버튼(5034, 5036)들 중 하나 또는 둘 모두는 본 명세서에서 설명되는 것들과 같은 알고리즘과 연관될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 버튼(5034)들 중 하나를 선택할 때, 생성기는 예를 들어 도 15a 내지 도 15c, 도 20 내지 도 22, 도 57 내지 도 60 등과 관련하여 설명된 알고리즘(3021, 3021', 3021", 3120, 3170)들 중 어느 하나 이상과 같은 알고리즘을 실행할 수 있다.
다양한 형태들에서, 스위치 조립체(5020)는 제2 스위치 배열체(5060)를 또한 포함한다. 도 107 내지 도 109를 참조하면, 제2 스위치 배열체(5060)는 스위치 프레임(5050)에 피벗 가능하게 각각 부착되는 우측 스위치 버튼(5062) 및 좌측 스위치 버튼(5066)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 우측 스위치 버튼(5062)은 제1 스위치 축(FS-FS)에 실질적으로 횡방향으로 우측 스위치 축(RS-RS)에 대한 선택적 피벗 운동을 위해 스위치 프레임(5050)에 피벗 가능하게 부착되거나 핀으로 결합된다. 도 108 및 도 109를 참조한다. 또한, 좌측 스위치 버튼(5066)은 좌측 스위치 축(LS-LS)을 중심으로 한 선택적 피벗 운동을 위해 스위치 프레임(5050)에 피벗 가능하게 부착된다. 대안적인 배열체들에서, 우측 및 좌측 스위치 버튼(5062, 5066)들은 핸들 하우징 세그먼트(5004, 5006)들에 의해 피벗 가능하게 지지될 수 있다.
적어도 하나의 형태에서, 우측 및 좌측 버튼(5062, 5066)들은 임상의의 엄지손가락 및/또는 손가락에 의한 작동의 용이성을 촉진하기 위하여 대체로 "배럴 형상(barrel-shape)"을 가질 수 있다. 작동의 용이성은 우측 및 좌측 버튼(5062, 5066)들이 각각의 핸들 하우징 세그먼트와 연관된 일반적인 엄지손가락 홈 영역들 내에 전략적으로 배치된다는 사실에 의해 더 향상된다. 예를 들어, 임상의가 그의 오른손에 권통형 그립(5008)을 파지하고 있는 경우, 임상의는 접촉 스위핑(sweeping) 움직임에서 그의 오른손 엄지손가락을 우측 스위치 버튼(5062)을 가로질러 아래로 스위핑함으로써 우측 스위치 버튼(5062)을 활성화할 수 있다. 유사하게, 임상의가 그의 왼손에 권총형 그립(5008)을 파지하고 있는 경우, 임상의는 접촉 스위핑 움직임에서 그의 왼손 엄지손가락을 좌측 스위치 버튼(5066)을 가로질러 아래로 스위핑함으로써 좌측 스위치 버튼(5066)을 활성화할 수 있다. 그러한 고유하고 신규한 스위치 배열체들은 스위치 버튼들에 대한 직접적인 내향 힘들로부터의 부주의한 활성화를 방지함으로써 좌측 및 우측 스위치 버튼(5062, 5066)들의 활성화를 가능하게 한다.
도 108에서 알 수 있듯이, 우측 스위치 버튼(5062)은 회로 보드(5052)의 일부분을 포함하는 우측 접점 패드(5058)를 작동시키기 위한 그로부터 돌출한 우측 스위치 아암(5064)을 갖는다. 또한, 좌측 스위치 버튼(5062)은 회로 보드(5052)의 일부분을 포함하는 좌측 접점 패드(5059)를 작동시키기 위한 그로부터 돌출한 좌측 스위치 아암(5068)을 갖는다. 따라서, 당업자는 우측 스위치 버튼(5062)을 우측 스위치 축(RS-RS)을 중심으로 로킹하거나 피벗시킴으로써 임상의가 우측 접점 패드(5058)를 활성화할 수 있고, 좌측 스위치 버튼(5066)을 로킹함으로써 임상의가 좌측 접점 패드(5059)를 활성화할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 좌측 및 우측 접점 패드(5058, 5059)들은 예를 들어 커넥터 모듈(5057)을 통해 생성기와 전기적으로 통신할 수 있다. 생성기는 스위치 버튼(5062, 5066)들 중 하나의 활성화에 응답하여 기구(5000)의 동작을 임의의 적합한 방식으로 변경하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 스위치 버튼(5062, 5066)들 중 하나 또는 둘 모두는 본 명세서에서 설명된 것들과 같은 알고리즘과 연관될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 버튼(5034)들 중 하나를 선택할 때, 생성기는 예를 들어 도 15a 내지 도 15c, 도 20 내지 도 22, 도 57 내지 도 60 등과 관련하여 설명된 알고리즘(3021, 3021', 3021", 3120, 3170)들 중 어느 하나 이상과 같은 알고리즘을 실행할 수 있다. 일부 형태들에서, 생성기는 예를 들어 오른손 또는 왼손잡이의 임상의들의 편의를 도모하기 위해 스위치 버튼(5062, 5066)들 중 어느 하나의 활성화에 응답하여 동일 알고리즘을 실행하도록 구성된다.
도 109a는 제1 스위치 배열체(5030)뿐만 아니라 제2 스위치 배열체(5060')를 포함할 수 있는 스위치 조립체(5020')를 도시한다. 적어도 일 형태에서, 제2 스위치 배열체(5060')는 좌측 피벗 아암(5067)이 돌출되어 나오는 좌측 스위치 버튼(5066')을 포함한다. 좌측 스위치 버튼(5066')은 좌측 핸들 하우징(5004) 내에 성형되거나 달리 형성된 피벗 장착체(5007)들 또는 형성부들 상에 피벗 가능하게 장착될 수 있다. 좌측 스위치 버튼(5066')은 배럴 형상 또는 구성을 가질 수 있으며, 제1 스위치 축(FS-FS)에 대해 실질적으로 횡방향일 수 있는 좌측 스위치 축(LS-LS)을 중심으로 선택적으로 피벗 가능할 수 있다. 임상의는 좌측 스위치 버튼(5066')을 선택적으로 피벗시켜, 좌측 스위치 아암(5067)의 액추에이터 부분(5069)을 핸들 조립체 내에서 지지되는 대응하는 좌측 접점 패드(5059)와의 작동 접촉 상태로 되게 할 수 있다. 도시된 배열에서, 제2 스위치 배열체는 전술된 바와 같은 좌측 스위치 버튼(5066')만을 포함한다. 대안적인 형태들에서, 제2 스위치 배열은 도 109a에 도시된 방식으로 핸들 하우징의 우측에 장착된 우측 스위치 버튼만을 포함할 수 있다. 제2 스위치 배열체의 또 다른 형태들은 도 109a에 도시된 방식으로 장착된 우측 및 좌측 스위치 버튼들 둘 모두를 포함할 수 있다.
도 110 및 도 111은, 우측 및 좌측 스위치 버튼(5162, 5166)들이 피벗하지 않는 대신에 그들 각자의 핸들 하우징 세그먼트(5106, 5104)들 내에 지지되어 각자의 우측 및 좌측 접점들(도시되지 않음)과 접촉하도록 내향으로 가압될 수 있다는 점 외에는, 전술된 핸들 조립체(5000)와 유사한 다른 형태의 핸들 조립체(5100)를 도시한다. 그러나, 전술된 핸들 조립체(5000)에서와 같이, 우측 및 좌측 스위치 버튼(5162, 5166)들은 임상의가 권총형 그립 부분(5108)을 파지하고 있을 때 조작의 용이성을 촉진하기 위해 전술된 방식으로 일반적인 엄지손가락 홈 영역(5012, 5010) 내에 각각 배치된다.
도 112는 다른 핸들 조립체(5200)의 우측 핸들 하우징 세그먼트(5204)의 일부분을 도시하는데, 여기서 그의 좌측 버튼(5266)은 도시된 바와 같이 스위치 프레임(5250)에 피벗 가능하게 결합될 수 있고, 대응하는 좌측 접점 패드(5059)와 작동 접촉하도록 피벗되도록 구성된 스위치 지주(5267)를 갖도록 형성될 수 있다. 핸들 조립체(5200)의 우측 버튼 조립체(도시되지 않음)는 유사하게 구성될 수 있다. 대안적인 배열체들에서, 우측 및 좌측 버튼들은 그들 각자의 핸들 하우징 세그먼트들에 피벗 가능하게 결합될 수 있다.
도 113 및 도 114는 예를 들어 제2 스위치 배열체(5060) 대신에 전술된 핸들 조립체(5000)에서 사용될 수 있는 다른 형태의 제2 스위치 배열체(5360)를 도시한다. 도 113 및 도 114에서 알 수 있듯이, 제2 스위치 배열체(5360)는 전술된 바와 같이 핸들 조립체 내에 지지되는 스위치 프레임(5350) 위에 그리고 그를 가로질러 측방향으로 연장되는 좌측 스위치 아암(5370)을 갖는 좌측 스위치 버튼(5366)을 포함할 수 있다. 좌측 스위치 아암(5370)은 핸들 조립체의 우측 핸들 하우징(도시되지 않음)에 인접하는 스위치 프레임(5350)의 우측 부분 또는 형성부(5352)에 피벗 가능하게 결합되도록 구성된다. 좌측 스위치 아암(5370)은 예를 들어 좌측 스위치 아암이 피벗할 수 있는 우측 스위치 축(RS-RS)을 한정하기 위해 스위치 프레임(5350)의 우측 부분(5352)에 핀으로 결합될 수 있다. 도 113을 참조한다. 좌측 작동 핀 또는 러그(lug)(5372)가 좌측 스위치 아암(5370)으로부터 아래로 연장되어, 임상의가 전술된 방식으로 좌측 스위치 버튼(5366)을 로킹할 때 좌측 작동 핀(5372)이 스위치 프레임(5350) 상에 지지되는 대응하는 좌측 접점 패드(5359)와 작동 접촉하게 한다.
도 113 및 도 114를 계속 참조하면, 제2 스위치 배열체(5360)는 핸들 조립체의 좌측 핸들 하우징(도시되지 않음)에 인접하는 스위치 프레임(5350)의 좌측 부분 또는 형성부(5354)에 피벗 가능하게 결합되도록 좌측 스위치 아암(5370) 위로 그리고 그를 가로질러 측방향으로 연장하는 우측 스위치 아암(5380)을 갖는 우측 스위치 버튼(5362)을 더 포함할 수 있다. 우측 스위치 아암(5380)은 예를 들어 우측 스위치 아암(5380)이 피벗할 수 있는 중심인 좌측 스위치 축(LS-LS)을 한정하기 위해 스위치 프레임(5350)의 좌측 부분(5354)에 핀으로 결합될 수 있다. 도 113을 참조한다. 우측 작동 핀 또는 러그(5382)가 우측 스위치 아암(5380)으로부터 좌측 스위치 아암(5370) 내의 대응하는 구멍(5374)을 통해 아래로 연장되어, 임상의가 전술된 방식으로 우측 스위치 버튼(5362)을 로킹할 때, 우측 작동 핀(5382)이 스위치 프레임(5350) 상에 지지되는 대응하는 우측 접점 패드(5358)와 작동 접촉하게 된다. 우측 및 좌측 스위치 축들은 서로 실질적으로 평행할 수 있지만, 서로 측방향으로 변위될 수 있다. 제1 스위치 배열체(5030)를 포함하는 핸들 조립체에서 사용될 때, 우측 및 좌측 스위치 축들 각각은 그러한 제1 스위치 배열체의 제1 스위치 축(FS-FS)에 실질적으로 횡방향일 수 있다. 당업자는 그러한 스위치 배열체들이 더 긴 피벗 아암들 또는 길이들을 촉진하며, 이는 또한 실질적으로 직선 하방인 버튼 움직임을 촉진한다는 것을 이해할 것이다.
도 115는 예를 들어 제2 스위치 배열체(5060) 대신에 전술된 핸들 조립체(5000)에서 사용될 수 있는 다른 형태의 제2 스위치 배열체(5460)를 도시한다. 도면에서 알 수 있듯이, 좌측 및 우측 스위치 버튼(5566, 5562)들은 스위치 버튼(5566, 5562)들 사이에 중앙에 배치되고 단일 스위치 축(SA)을 한정하는 스위치 프레임(5450)에 피벗 가능하게 결합되도록 구성된다. 제1 스위치 배열체(5030)를 포함하는 핸들 조립체에서 채용될 때, 스위치 축(SA)은 제1 스위치 배열체의 제1 스위치 축(FS-FS)에 실질적으로 횡방향일 수 있다. 스위치 프레임(5450)은 핸들 하우징 조립체 내에 단단하게 지지될 수 있으며, 각각의 우측 및 좌측 핸들 하우징 세그먼트들(도시되지 않음) 사이에서 연장될 수 있다.
적어도 일 형태에서, 우측 스위치 버튼(5462)은 우측 스위치 버튼으로부터 연장되고 스위치 프레임(5450)에 피벗 가능하게 결합되는 우측 링크(5480)를 갖는다. 마찬가지로, 좌측 스위치 버튼은 좌측 스위치 버튼으로부터 연장되고 스위치 프레임(5460)에 피벗 가능하게 결합되는 좌측 링크(5470)를 갖는다. 우측 및 좌측 링크(5480, 5470)들은 버튼(5462, 5466)들이 피벗할 수 있는 중심인 스위치 축(SA)을 한정하기 위해 공통 핀(도시되지 않음)에 의해 스위치 프레임(5450)에 대해 피벗될 수 있다. 우측 작동 핀 또는 러그(5482)가 우측 스위치 링크(5480)로부터 내향으로 연장되어, 임상의가 우측 스위치 버튼(5462)을 전술된 방식으로 로킹 또는 피벗시킬 때 우측 작동 핀(5482)이 스위치 프레임(5450) 상에 지지되는 대응하는 우측 접점 패드(5458)와 작동 접촉하게 한다. 마찬가지로, 좌측 작동 핀 또는 러그(5472)가 좌측 스위치 링크(5470)로부터 내향으로 연장되어, 임상의가 좌측 스위치 버튼(5466)을 전술된 방식으로 로킹 또는 피벗시킬 때 좌측 작동 핀(5472)이 스위치 프레임(5450) 상의 대응하는 좌측 접점 패드(5459)와 작동 접촉하게 한다. 스위치 아암(5470, 5480)들 각각은 예를 들어 스위치 링크(5470, 5480)와 프레임(5450) 사이에 배치되는 대응하는 스프링들 또는 편의 배열체들에 의해 비작동 위치로 편의될 수 있다.
도 116은 예를 들어 제2 스위치 배열체(5060) 대신에 전술된 핸들 조립체(5000)에서 사용될 수 있는 다른 형태의 제2 스위치 배열체(5560)를 도시한다. 도면에서 알 수 있듯이, 제2 스위치 배열체(5560)는 우측 핸들 하우징 부분(5006)과 좌측 핸들 하우징 부분(5004) 사이에서 연장되는 단일 제2 스위치 액추에이터(5561)를 사용하여, 그의 우측 단부가 우측 스위치 버튼(5562)을 형성하고, 그의 좌측 단부가 좌측 스위치 버튼(5566)을 형성하게 한다. 제2 스위치 액추에이터(5561)는 좌측 및 우측 핸들 하우징 세그먼트(5004, 5006)들 내의 대응하는 개구(5005, 5007)들을 통해 활주 가능하게 연장되어, 제2 액추에이터(5561)가 스위치 축(SA-SA)을 따라 선택적으로 축방향으로 변위 가능하게 할 수 있다. 제1 스위치 배열체(5030)를 포함하는 핸들 조립체(5000)에서 채용될 때, 스위치 축(SA-SA)은 제1 스위치 배열체의 제1 스위치(FS-FS) 축에 실질적으로 평행할 수 있다.
우측 편의 부재(5590) 및 좌측 편의 부재(5592)가 제2 스위치 액추에이터(5561) 내에 위치될 수 있고, 스위치 프레임(5550)의 중앙 배치 부분과 상호작용하여, 중앙에 배치된 제2 스위치 액추에이터(5561)를 도 116에 도시된 바와 같이 비작동 위치에 유지하도록 구성될 수 있다. 스위치 접점 조립체(5557)가 제2 액추에이터(5561)에 부착되거나 그 위에 형성된 우측 액추에이터 부재 또는 돌출부(5563)와 제2 액추에이터(5561) 상에 형성된 좌측 액추에이터 부재 또는 돌출부(5565) 사이에서 중앙에 위치될 수 있다. 스위치 접점 조립체(5557)는 예를 들어 우측 액추에이터(5563)에 대응하는 우측 부분(5557R) 및 좌측 액추에이터 부재(5565)에 대응하는 좌측 부분(5557L)을 가질 수 있다. 따라서, 우측 스위치 버튼(5562)을 내향으로 누름으로써, 제2 스위치 액추에이터(5561)는 좌측 방향("LD")으로 측방향으로 이동하여, 우측 액추에이터(5563)를 스위치 접점 조립체(5557)의 우측 부분(5557R)과 작동 접촉하게 할 것이다. 또한, 좌측 스위치 버튼(5566)을 내향으로 누름으로써, 제2 스위치 액추에이터(5561)는 우측 방향("RD")으로 측방향으로 이동하여, 좌측 액추에이터(5565)를 스위치 접점 조립체(5557)의 좌측 부분(5557L)과 작동 접촉하게 할 것이다.
도 117 내지 도 120은 본 명세서에서 개시되는 다양한 초음파 핸들 조립체들과 관련하여 사용될 수 있는 스위치 조립체(5620)를 다소 개략적인 형태로 도시한다. 적어도 하나의 형태에서, 스위치 조립체(5620)는 예를 들어 위에서 상세히 설명된 바와 같이 핸들 조립체(5000) 내에 제1 버튼 조립체(5032)가 위치되는 곳에 배치될 수 있는 단일 버튼 조립체(5632)를 포함한다. 예를 들어, 버튼 조립체(5632)는 임상의가 대응하는 핸들 조립체의 권총형 부분을 파지하고 있을 때 임상의의 검지손가락에 의해 작동될 수 있는 그 위에 형성된 액추에이터 버튼(5634)을 갖는 버튼 캐리지 아암(button carriage arm, 5633)을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 형태에서, 버튼 캐리지 아암(5633)은 핸들 하우징 내에 동작 가능하게 지지되는 스위치 하우징(5670) 내의 긴 슬롯(5671) 내에 이동 가능하게 수용되는 한 쌍의 피벗 핀(5637, 5639)을 포함할 수 있다. 버튼 피벗 핀(5637, 5639)들은 버튼 캐리지 아암(5633)의 축방향 이동(도 118)뿐만 아니라 스위치 하우징(5670)에 대한 버튼 캐리지 아암(5633)의 회전 또는 피벗 이동(도 119 및 120)을 용이하게 한다. 도 117 내지 도 120에서 알 수 있듯이, 긴 슬롯(5671)은 우측 스위치(5658)에 대응하는 우측 단부(5675), 좌측 스위치(5659)에 대응하는 좌측 단부(5677) 및 중앙 스위치(5654)에 대응하는 중앙 단부(5679)를 갖는 3방향 액추에이터 개구(5673) 내로 개방되어 있다. 도 117에서 알 수 있듯이, 버튼 캐리지 아암(5633)은 좌측 스위치 액추에이터 부분(5690), 중앙 스위치 액추에이터 부분(5692) 및 우측 스위치 액추에이터 부분(5694)을 포함할 수 있다. 게다가, 우측 스프링(5680) 및 좌측 스프링(5682)이 버튼 캐리지 아암(5633)과 핸들 하우징(5002) 사이에 제공되어, 버튼 캐리지 아암(5633)을 비작동시에 중앙의 중립 위치(도 117)에 유지할 수 있다.
스위치 조립체(5620)의 동작은 도 118 내지 도 120을 참조하여 이해될 수 있다. 도 118은 화살표 "D"에 의해 나타내어지는 바와 같이 액추에이터 버튼(5634)을 내향으로 누름으로써 중앙 스위치(5654)를 작동시키는 것을 도시한다. 액추에이터 버튼(5634)이 눌려짐에 따라, 버튼 캐리지 아암(5633)은 스위치 하우징(5670) 내의 긴 슬롯(5671)을 따라 또는 그에 대해 이동하여, 중앙 스위치 액추에이터 부분(5692)을 중앙 스위치(5654)와의 작동 접촉 상태로 되게 한다. 도 119는 "최소"로 표시된 화살표에 의해 나타내어지는 방향으로 액추에이터 버튼(5634)을 피벗시킴으로써 우측 스위치(5658)를 작동시키는 것을 도시하며, 이는 우측 스위치 액추에이터 부분(5694)을 우측 스위치(5658)와의 작동 접촉 상태로 되게 한다. 도 120은 "최대" 화살표에 의해 나타내어지는 방향으로 액추에이터 버튼(5634)을 피벗시킴으로써 좌측 스위치(5659)를 작동시키는 것을 도시하며, 이는 좌측 스위치 액추에이터 부분(5690)을 좌측 스위치(5659)와의 작동 접촉 상태로 되게 한다. 각각의 스위치(5654, 5658, 5659)들은 본 명세서에서 전술된 바와 같이 예를 들어 커넥터 모듈(5057)을 통해 생성기와 전기적으로 통신할 수 있다. 생성기는 스위치(5654, 5658, 5659)들 중 하나의 활성화에 응답하여 기구(500)에 대해 임의의 적합한 작용을 수행하도록 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 일부 형태들에서, 스위치(5658, 5659)들은 전술된 핑거 버튼(5034, 5036)들의 기능과 유사한 기능을 수행한다. 예를 들어, 버튼(5658, 5659)들 중 하나의 활성화는 생성기가 엔드 이펙터에 제공되는 전력을 증가시키게 할 수 있으며, 나머지 버튼(5658, 5659)의 활성화는 생성기가 엔드 이펙터에 제공되는 전력을 감소시키게 할 수 있다. 또한, 버튼(5654, 5658, 5659)들 중 어느 하나 이상에 응답하여, 생성기는 예를 들어 도 15a 내지 도 15c, 도 20 내지 도 22, 도 57 내지 도 60 등과 관련하여 설명된 알고리즘(3021, 3021', 3021", 3120, 3170)들 중 어느 하나 이상과 같은 알고리즘으로 구성될 수 있다.
상이한 임상의들은 종종 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 초음파 수술 기구들 및 시스템들을 사용하기 위한 상이한 기법들을 갖는다. 예를 들어, 일부 임상의들은 일상적으로 블레이드에 대항하여 클램프 아암을 완전히 폐쇄하지 않고서 초음파 수술 기구를 활성화한다. 일부 임상의들은 이러한 기법이 시스템 성능을 개선한다고 믿지만, 실제로 이것은 종종 그렇지 않으며, 예를 들어 더 긴 절개 시간을 필요로 하고, 때로는 절개 및/또는 응고를 저하시킴으로써 조직을 손상시킬 가능성을 갖는다.
다양한 형태들에서, 이러한 문제 및 다른 문제들은 클램프 아암이 완전히 폐쇄되는 때를 표시하는 폐쇄 스위치를 구비하는 수술 기구를 구성함으로써 해결될 수 있다. 생성기는 폐쇄 스위치가 클램프 아암이 완전히 폐쇄된 것을 표시할 때까지 또는 표시하지 않는 한은 수술 기구의 활성화를 금지하도록 구성될 수 있다. 이제, 도 95 및 도 105를 참조하면, 폐쇄 스위치의 일부 형태들이 핸들(4122) 내에 위치된다(도 95). 예를 들어, 도 95 및 도 105 둘 모두는 핸들(4122)의 내측의 근위 부분(도 95) 및 하나 이상의 핸들 하우징 세그먼트(5004, 5006)(도 105) 상에 배치된 선택적인 폐쇄 스위치(5900)를 도시한다.
스위치(5900)는 트리거(4124)가 그의 최근위 위치에서 스위치(5900)와 접촉하도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 스위치(5900)는 (예컨대, 도 93에서 화살표 4121a의 방향으로) 트리거(4124)의 행정의 일 단부에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 트리거(4124)가 블레이드에 대항하여 클램프 아암을 폐쇄하도록 근위방향으로 당겨질 때 트리거(4124)는 스위치(5900)와 접촉할 수 있다. 다양한 형태들에서, 스위치(5900)는 엔드 이펙터가 폐쇄될 때(예컨대, 클램프 아암이 블레이드를 향해 피벗될 때) 엔드 이펙터가 활성화될 어딘가에 위치될 수 있다. 예를 들어, 스위치(5900)는 요크(4174) 및/또는 왕복 운동하는 튜브형 작동 부재(4138)의 원위에 위치되어, 그러한 구성요소들 중 하나 또는 다른 하나가 엔드 이펙터를 폐쇄하도록 원위방향으로 병진이동할 때 활성화될 수 있다. 스위치(5900)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 예를 들어 커넥터 모듈(5057 및/또는 4200) 및 핸드피스를 통해 생성기(30, 50, 1002)와 같은 생성기와 전기적으로 통신할 수 있다. 다양한 형태들에서, 생성기는 스위치(5900)가 활성화되지 않는다면 수술 기구를 활성화하지 않도록 프로그래밍된다. 예를 들어, 생성기가 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 스위치로부터 활성화 요청을 수신하는 경우, 생성기는 스위치(5900)가 클램프 아암이 폐쇄된 것을 표시하도록 활성화되는 경우에만 활성화 요청에 응답할 수 있다.
도 121은 의료 기구(6004) 및 회로(6006)에 결합된 생성기(6002)를 도시하는 시스템(6000)의 블록도를 예시한다. 생성기(6002)는 기구(6004)에 직접 결합될 수 있거나, 케이블(6008)을 통해 결합될 수 있다. 회로(6006)는 생성기(6002)에 접속되어, 신호 컨디셔닝 회로(2002)로부터(예컨대, 생성기(1002) 단자(HS, SR)(도 19)들로부터) 한 쌍의 도전성 요소(HS/SR)들을 통해 비트들의 인코딩된 전송 프레임을 수신할 수 있다. 다양한 형태들에서, 생성기(6002)는 생성기(2002)와 기능적으로 동등하며, 도 19와 관련하여 설명되었다. 따라서, 간결성 및 명료성을 위해, 생성기(2002, 6002)의 설명은 여기서 반복되지 않을 것이다. 그럼에도 불구하고, 다른 생성기들이 시스템(6000)에서 채용될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 개시되는 직렬 프로토콜들의 일부 태양들이 아래에서 다양한 회로들 및 시스템들과 관련하여 설명될 수 있지만, 본 발명의 범주가 도 123 내지 도 128에 개시되는 프로토콜 타이밍도들에 따라 전송 프레임을 통해 신호들을 생성하기 위한 임의의 그리고 모든 방법들을 포함하는 것을 의도한다는 것을 알 것이다.
도 123 내지 도 127과 관련하여 아래에서 상세히 설명되는 인코딩된 전송 프레임은 반복적인 양방향 통신 신호이며, 인코딩된 프레임이 생성기(6002)에 의해 반복적으로 전송된다. 프레임은 비트의 진폭 및 비트의 펄스폭 둘 모두를 변조함으로써 단일 비트 상에 입출력(I/O) 정보를 동시에 인코딩하는 일련의 비트들을 포함한다. 입력 비트들이 인코딩되어, 회로(6006)의 상태에 관한 정보는 회로(6006)의 출력들, 따라서 기구(6004)의 출력 상태들을 어떻게 설정할지에 관한 생성기(6002)로부터의 정보로 인코딩된 출력 비트들과 동시에 생성기(6002)로 전송된다. 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에서, 생성기(6002)는 회로(6006)의 출력들을 어떻게 설정할지에 관한 정보를 생성기(6002)로부터 회로(6006)로 전송하기 위해 펄스들(시간)의 폭을 변조 또는 설정한다. 본 명세서에서 설명되는 다양한 형태들에서, 회로(6006)는 회로의 상태에 대한 정보를 생성기(6002)로 전송하기 위해 펄스들의 높이(진폭)를 변조 또는 설정한다. 더구나, 일 형태에서, 회로(6006)는 양방향 통신 신호로부터 기생 방식으로 급전될 수 있으며, 어떠한 다른 전원도 포함하지 않는다. 다른 형태들에서, 회로(6006)는 다른 전원들로부터 급전될 수 있다. 다른 형태들에서, 회로(6006)는 양방향 통신 신호로부터 기생 방식으로 급전되고 다른 전원들로부터도 급전될 수 있다.
기구(6004)는 생성기(6002)와 연관되어 활성화 스위치 입력들 및 기구 EEPROM들을 지원하는 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있는 회로(6006)를 포함한다. 회로(6006)는 (데이터 회로(2006, 2007)들과 관련하여 전술된 바와 같이) 기구 내에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로(6006)는 핸드피스(1014)와 같은 핸드피스 상에 위치될 수 있으며, 예를 들어 전류 설정점, 이득 등과 같은 핸드피스 고유 데이터를 생성기에 제공할 수 있다. 기구(6004)는 다양한 I/O 능력들을 제공하며, 복수의 스위치 입력들, 아날로그 입력들뿐만 아니라 개별 출력들, 아날로그 출력들을 채용할 수 있다. 복수의 스위치 입력들 및 출력들의 기능을 구현하기 위해, 회로(6006)는 도 122 내지 도 127과 관련하여 설명되는 타이밍도들을 갖는 신규한 직렬 통신 프로토콜을 사용하여 생성기(6002)와 통신한다. 회로(6006)는 생성기(6002)와 기구(6004)를 전기적으로 결합하는 HS-SR 전기 도전성 요소들을 단락시키도록 구성된다. HS-SR 라인들의 단락은 회로(6006)로 하여금 시작/중지 비트들로도 지칭될 수 있는 전송 프레임 시작 및 중지 펄스들을 설정하게 할 수 있다. 프레임 길이의 설정에 더하여, HS-SR 라인들의 단락은 생성기(6002)로 하여금 생성기(6002)가 전송되는 각각의 프레임에 대한 루프 저항을 측정하는 루프 교정을 수행하게 할 수 있다.
생성기(6002)의 형태들은 기구(6004) 내에 포함된 하나 이상의 회로(6006)들과의 통신을 가능하게 할 수 있다. 소정 형태들에서, 회로(6006)는 일반적으로 데이터를 전송 및/또는 수신하기 위한 임의의 회로일 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, 회로(6006)는 그와 관련된 특정 수술 기구(6004)에 관한 정보를 저장할 수 있다. 그러한 정보는 예를 들어 모델 번호, 일련 번호, 수술용 기구가 사용된 수술들의 수 및/또는 임의의 다른 유형의 정보를 포함할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 임의의 유형의 정보가 저장을 위해 회로(6006)로 전달될 수 있다. 그러한 정보는 예를 들어 기구(6004)가 사용된 수술들의 갱신된 수 및/또는 그의 사용 날짜들 및/또는 시각들을 포함할 수 있다. 소정 형태들에서, 회로(6006)는 하나 이상의 센서(예컨대, 기구 기반 온도 센서)에 의해 획득된 데이터를 전송할 수 있다. 소정 형태들에서, 회로(6006)는 생성기(6002)로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터에 기초하여 표시(예컨대, LED, 전력 스위치 정보 및 가청 및/또는 가시적 표시)를 사용자에게 제공할 수 있다.
소정 형태들에서, 회로(6006)는 기구(6004)와 생성기(6002) 사이의 통신이 이러한 목적을 위한 추가적인 도전체들(예컨대, 핸드피스와 생성기(6002)를 연결하는 케이블의 전용 도전체들)을 제공할 필요 없이 실행될 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, 신호 컨디셔닝 회로로부터 기구 내의 회로(6006)로 질의 신호들을 전송하는 데 사용되는 도전체들 중 하나와 같은 기존의 케이블링 상에서 구현되는 1-와이어 버스 통신 계획을 사용하여 회로로 그리고 회로로부터 정보가 전달될 수 있다. 이러한 방식으로, 그렇지 않을 경우에 필요할 수 있는 기구(6004)에 대한 설계 변경들 또는 수정들이 최소화되거나 감소된다. 더욱이, (주파수 대역 분리를 갖거나 갖지 않는) 공통 물리 채널을 통해 상이한 유형의 통신들이 구현될 수 있으므로, 회로(6004)의 존재는 필요한 데이터 판독 기능을 갖지 않는 생성기들에게 "보이지 않을" 수 있으며, 따라서 기구(6004)의 역호환성을 가능하게 할 수 있다.
생성기(6002)는 회로(6006)와 정보를 교환할 수 있으며, 이 정보는 케이블(6008)과 통합되거나 그와 함께 사용하도록 구성되는 수술 장치에 고유하고, 예를 들어 모델 번호, 일련 번호, 수술 장치가 사용된 수술들의 수 및/또는 임의의 다른 유형의 정보를 포함할 수 있다. 정보는 또한 생성기(6002)로부터 저장을 위해 회로(6006)로 전달될 수 있다. 일 형태에서, 회로(6006)는 기구(6004) 상에 또는 그 안에 위치될 필요가 없지만, 특정 기구(6004) 유형 또는 모델과 생성기(6002)를 인터페이싱하기 위한 어댑터 내에 배치될 수 있다.
도 122는 기구(6004) 내의 회로(6006)의 블록도를 도시한다. 회로(6006)는 생성기에 접속되어, 한 쌍의 도전성 요소(6010, 6012)들을 통해 질의 신호를 수신할 수 있다. 회로(6006)는 다수의 분로들을 포함할 수 있다. 제1 분로는 제어기(6014)를 포함하고, 제2 분로는 데이터 회로(6016)를 포함하고, 추가적인 분로들은 추가적인 데이터 회로(6018)들 또는 다른 회로들, 센서들, 스위치들, (가청, 촉각, 시각) 표시기들을 포함할 수 있다. 제어기(6014), 데이터 회로(6018)들 및/또는 다른 회로들은 프레임 비트들 내의 에너지에 의해 기생 방식으로 급전될 수 있다. 다른 형태들에서, 제어기(6014), 데이터 회로(6018)들 및/또는 다른 회로들은 다른 전원들로부터 급전될 수 있다. 다른 형태들에서, 제어기(6014), 데이터 회로(6018)들 및/또는 다른 회로들은 양방향 통신 신호로부터 기생 방식으로 급전될 수 있고 다른 전원들로부터 급전될 수도 있다.
제어기(6014)는 주문형 집적 회로(ASIC), 프로세서와 메모리를 포함하는 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리 회로, 프로그래머블 논리 장치, 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 개별 회로 등일 수 있다. 제어기는 복수의 입력(S0 내지 Sn)들을 포함하는데, 여기서 n은 적합한 정수이다. 도 122에 도시된 바와 같이, 복수의 입력(S0 내지 Sn)들은 복수의 스위치(SW0 내지 SWn)들에 결합되는데, 여기서 n은 임의의 적합한 정수이다. 스위치(SW0 내지 SWn)들은 기구(6004)와 연관된 기능들을 제어하기 위해 제어기(6014)에 입력들을 제공한다 제어기(6014)는 스위치(SW0 내지 SWn)들의 상태들을 본 발명에 따른 직렬 프로토콜을 통해 생성기(6002)로 전달한다.
제어기(6014)는 또한 복수의 출력(O0 내지 Om)들을 포함하는데, 여기서 m은 임의의 적합한 정수이고, n과 동일할 수 있다. 출력(O0 내지 Om)들은 제어기(6014)에 의해 구동되어, 생성기(6002)에 의해 전달되는 정보에 따라 기구(6004)와 연관된 기능들을 제어한다.
다양한 형태들에서, 회로(6006)는 또한 1-와이어 프로토콜을 통해 통신하는 하나 이상의 데이터 회로(6016, 6018)들을 포함할 수 있다. 소정 형태들에서, 데이터 회로(6016, 6018)들은 단일 와이어 버스 장치(예컨대, 단일 와이어 프로토콜 EEPROM) 또는 다른 단일 와이어 프로토콜 또는 로컬 상호접속 네트워크(local interconnect network, LIN) 프로토콜 장치일 수 있는 저장 요소들을 포함한다. 일 형태에서, 예를 들어, 데이터 저장 요소(302)는 단일 와이어 EEPROM을 포함할 수 있다. 데이터 저장 요소는 데이터 회로(6016, 6018)들 내에 포함될 수 있는 회로 요소의 일례이다. 데이터 회로는 추가적으로 또는 대안적으로 데이터를 전송 또는 수신할 수 있는 하나 이상의 다른 회로 요소 또는 구성요소를 포함할 수 있다. 그러한 회로 요소들 또는 구성요소들은 예를 들어 하나 이상의 센서(예컨대, 기구-기반 온도 센서)에 의해 획득된 데이터를 전송하고/하거나 생성기(6002)로부터 데이터를 수신하며, 수신된 데이터에 기초하여 사용자에게 표시(예컨대, LED 표시 또는 다른 시각적인 표시)를 제공하도록 구성될 수 있다.
동작 동안, 생성기(6002) 및 회로(6006)는 본 발명에 따른 강건하고 유연하고 잡음 면역력이 높은 통신 프로토콜을 통해 통신한다. 프로토콜은 2개의 기구 도전성 요소(6010, 6012)(HS, SR)들을 통해 사용되어, 생성기(6002)로 하여금 1-와이어 EEPROM(예컨대, 데이터 회로(6016, 6018)들) 통신들과 동일한 라인들 상에 공존하고 기존의 레거시 회로들과의 역호환성을 유지하면서 8개 이상의 개별 입력들 및 출력들을 기구(6004)로 전달하게 한다. 프로토콜은 반복적으로 전송되는 프레임을 포함한다. 프레임은 오버헤드 펄스들(비트들), 예를 들어 시작/중지 및 헤더 펄스들, 및 각각의 정보 펄스의 진폭 및 폭(펄스 지속 기간) 둘 모두를 변조함으로써 입력 및 출력 정보 둘 모두를 단일 펄스(비트) 내에 인코딩하는 동시에 인코딩된 정보 펄스들(비트들)을 포함한다.
그러한 프로토콜의 일 형태가 도 123 및 도 124와 관련하여 설명되며, 도 123은 생성기(6002) 출력에서의 직렬 프로토콜의 프레임 내의 전류 펄스들의 타이밍도(6020)를 도시하고, 도 124는 회로(6014) 출력에서의 직렬 프로토콜의 프레임 내의 전압 펄스들의 타이밍도(6022)를 도시한다. 먼저, 도 122와 관련하여 그 내용을 읽어야 하는 도 123으로 가면, 타이밍도(6020)는 생성기(6002)로부터 제어기(6014)로의 출력 신호를 전류 펄스들의 형태로 나타낸다. 전류는 특정 생성기(6002)/기구(6006) 조합에 따라 선택될 수 있다. 일 형태에서, 예를 들어, 전류 레일들은 +15mA 및 -15mA이다. 프레임은 레일(HS-SR)들을 통해 단락을 인가함으로써 제어기(6014)에 의해 생성되는 시작/중지 펄스(6024a, 6024b)들의 상승 에지(6023a, 6023b)들 상에서 시작되고 종료된다. 프레임은 시작 펄스(6024a)의 상승 에지(6023a) 상에서 시작되고, 중지 펄스(6024b)의 상승 에지(6023b) 상에서 종료된다. 전류 신호 펄스들은 생성기(6002)로부터 제어기(6014)로의 시작 펄스(6024a)의 전송 동안 음의 레일(-I)로부터 0의 교차점을 통해 양의 레일(+I)로 스윙한다. 시작 펄스(6024)가 생성된 후, 헤더 펄스(6026, 6028)들 및 인코딩된 I/O 정보 펄스(6025)들이 전송된다. 최종적인 인코딩된 정보 펄스(6025)가 전송된 후, 중지 펄스(6024b)의 상승 에지(6023b)는 전류 프레임의 종료를 통지한다. 이어서, 다음 프레임이 시작되고, 프로세스가 반복된다. 일 태양에서, 시작/중지 펄스(6024a, 6024b)들과 상이한 프레임 비트들은 0으로부터 음의 레일(-I)로 스윙한다. 다른 태양들에서, 시작 펄스(6024a)에 이어지는 프레임 비트들 중 일부는 양 및 음의 레일(+I, -I)들 사이에서 스윙한다. 후자의 태양는 아래에서 도 128과 관련하여 설명된다.
프레임 정보 펄스들은 폭 및 진폭 둘 모두와 관련하여 동시에 인코딩된다. 시작/중지 펄스(6204a, 6024b)들의 폭은 to이다. 시작 펄스(6024a)에 이어지는 전류 펄스들은 헤더 펄스(6026, 6028)들을 나타내는 헤더 펄스들이며, 또한 펄스폭 t0을 갖는다. 생성기(6002)로부터 기구(6004)로 정보를 운반하는 출력 펄스들의 인코딩과 관련하여, 정보 펄스(6025)들은 펄스폭을 t1 로 증가시킴으로써 논리 "1" 출력 펄스(6030)로서 인코딩되며, 논리 "0" 출력 펄스(6032)는 시작 펄스(6024) 및 헤더 펄스(6026, 6028)들과 동일한 펄스폭 t0을 가질 수 있다. 출력 논리 "1"은 기구(6004)가 생성기(6002)로부터 전력을 인출하고 있는 출력 활성 상태로 맵핑된다. 전술된 바와 같이, 생성기(6002)와 기구(6004)를 접속하는 전력 및 신호 라인들인 제1 도전성 요소(6010)(HS)와 제2 도전성 요소(6012)(SR)를 단락시킴으로써 시작 전류 펄스(6024)의 상승 에지(6023a)에서 프레임이 시작된다.
도 124는 0의 교차점을 통한 전압 펄스(+/-V)들의 타이밍도(6022)를 도시한다. 타이밍도(6022)는 제어기(6014)로부터 생성기(6002)로의 입력 정보(입력들) 및 생성기(6002)로부터 제어기(6014)로의 출력 정보(출력들)와 동시에 인코딩되는 I/O 정보 펄스들을 나타낸다. 시작 펄스(6034a)에 더하여, 신호의 0과 음의 측 사이에서 직렬 통신이 발생한다. 도시된 바와 같이, 논리 "1" 입력 전압 신호(-V1)는 음이지만, 논리 "0" 입력 전압 신호(-V0)보다는 양이다. 입력 논리 "1"은 스위치(SW0 - SWn) 폐쇄 상태로 맵핑된다.
이제, 도 122에 도시된 회로(6006)와 관련하여 도 123, 도 124에 도시된 타이밍도(6020, 6022)들을 참조하면, 프레임이 시작 펄스(6034a)의 상승 에지(6023a)에서 시작되고, 중지 펄스(6023b)의 상승 에지에서 종료된다. 그 사이에, 프레임은 시작 펄스(6024a) 후에 전송된 2개의 헤더 펄스(6040, 6042)들 및 복수의 동시에 인코딩된 I/O 정보 펄스(6044)들을 포함한다. 일 형태에서, 헤더 펄스(6042, 6042)들과 정보 펄스(6044)들 사이의 비트(6048)들은 0으로 복귀하며, t0의 펄스폭을 갖는다. 다른 형태들에서, 도 128과 관련하여 후술되는 바와 같이, 헤더 펄스(6042, 6042)들과 정보 펄스(6044)들 사이의 비트들은 양 또는 음의 레일들 중 어느 하나로 교번 방식으로 복귀한다. 그러한 구성의 하나의 이점이 회로(6066)에 급전하기 위해 프레임 신호들로부터 추가적인 기생 전력을 이용한다는 것이다.
정보 펄스(6044)들은 입력 및 출력 둘 모두에 대한 정보를 운반하도록 인코딩된다. 따라서, 각각의 정보 펄스(6044)는 기구(6004)로부터 생성기(6002)로의 입력과 관련된 제1 논리 상태뿐만 아니라 생성기(6002)로부터 기구(6002)로의 출력과 관련된 제2 논리 상태를 한정한다. I/O 신호들의 동시 인코딩은 인코딩된 I/O 비트의 4개의 논리 상태를 개시의 명료화를 위해 개별적으로 도시하는 도 125a 내지 도 125d와 관련하여 더 상세히 설명된다.
도 124를 다시 참조하면, 헤더 펄스(6040)는 입력 논리 "0"을 나타내고, 헤더 펄스(6042)는 입력 논리 "1"을 나타낸다. 생성기(6002)는 헤더 펄스(6040, 6042)들을 이용하여 존재를 검출하고 회로(6006) 유형을 식별할 수 있다. 생성기(6002)는 헤더 펄스(6040, 6042)들 또는 시작 비트(6084) 중 하나 또는 둘 모두에 대해 판독된 특정 ADC 값들을 이용하여, 현재 프레임 내의 입력 펄스들에 대한 ADC 범위들을 교정할 수 있다. 생성기(6002)는 EEPROM(6016, 6018)으로부터 파라미터들을 판독함으로써 특정 기구(6004)에 의해 사용되는 입력들 및 출력들의 개수를 결정할 것이다.
프레임당 I/O 펄스들의 개수는 주어진 기구(6004)에 대해 사용되는 입력들 또는 출력들의 개수 중 더 큰 것일 수 있거나, 고정된 개수일 수 있다. 입력들 및 출력들 둘 모두의 최대 개수는 사전 결정된 개수, 예를 들어 8개(총 16개)이지만, 주어진 기구(6004)에 대한 미사용 입력들 및 출력들이 구현 또는 핀 아웃(pin out)되거나 되지 않을 수 있다. 미사용 입력들(입력들보다 출력들이 많은 경우)은 회로(6006)에 의해 논리 "0"으로 설정될 수 있다. 미사용 출력들은 폴링 속도 또는 회로(6006)로의 에너지 전달을 최적화하기 위해 적절한 대로 생성기(6002)에 의해 논리 상태 "0" 또는 "1"로 설정될 수 있다. 회로(6006)는 그 자신의 회로 및 임의의 출력 장치들(예컨대, LED, 스위치, 트랜지스터를 포함하는 전력 스위치, 예를 들어 오디오, 시각, 촉각 피드백 장치) 둘 모두에 급전하기 위해 음의 펄스들로부터의 에너지를 저장할 것이다. EEPROM(6016, 6018) 통신은 신호의 양의 전압 측에서 발생할 것이다.
타이밍도(6022) 아래의 범례(6054)로 가면, 각각의 정보 펄스(6044)가 2개의 음의 전압 레벨(-V1, -V0)에 의해 표시되는 2개의 가능한 입력 논리 상태(입력 논리 "1" 및 입력 논리 "0") 및 2개의 펄스폭(t1, t0)에 의해 지시되는 2개의 가능한 출력 논리 상태(출력 논리 "1" 및 출력 논리 "0")를 갖는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 스위치(SW0 - SWn) 폐쇄가 발생하는 경우에, 다음의 정보 펄스는 입력 논리 "1" 상태(-V1)로 떨어지며; 스위치(SW0 - SWn)가 개방 상태로 유지되는 경우에, 다음의 정보 펄스는 입력 논리 "0" 상태(-V0)로 떨어진다. 동일한 시간 구간에서, 기구(6004)가 생성기(6002)로부터 전력을 인출하고 있는 경우에, 출력 논리 "1" 펄스폭은 t1이고; 기구(6004)가 생성기(6002)로부터 전력을 인출하지 않는 경우에, 출력 논리 "0" 펄스폭은 t0이다.
타이밍도(6022)에 나타낸 바와 같이, 재설정 펄스(6034), 헤더 펄스(6040, 6042)들, 출력 논리 "0" 펄스들 및 0 복귀 펄스(6048)들의 펄스폭 각각은 t0의 펄스폭을 갖는다. 입력 논리 "1" 펄스들만이 t1의 펄스폭을 가지며, t0 < t1이다. 본 명세서에서 설명되는 특정 전압 레벨들 및 펄스폭들이 -V1 < -V2 및 t0 > t1이 되도록 달리 선택될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 재설정 펄스(6034), 헤더 펄스(6040, 6042)들, 출력 논리 "0" 펄스들 및 0 복귀 펄스(6048)들 각각은 상이한 펄스폭들을 가질 수 있다.
도 125a 내지 도 125d에 도시된 바와 같이, 생성기(6002)와 기구(6004), 예를 들어 회로(6006) 사이의 통신 동안에 정보 펄스(6056)가 4개의 I/O 논리 상태들 중 2개의 논리 상태로 인코딩될 수 있다. 도 125a에서, 예를 들어, 정보 펄스(6056A)는 입력 논리 "0" 및 출력 논리 "0"을 나타내는데, 그 이유는 논리 전압 레벨이 -V0이고, 논리 전류 펄스폭이 t0이기 때문이다. 도 125b에서, 예를 들어, 정보 펄스(6056B)는 입력 논리 "1" 및 출력 논리 "0"을 나타내는데, 그 이유는 논리 전압 레벨이 -V1이고, 논리 전류 펄스폭이 t0이기 때문이다. 도 125c에서, 예를 들어, 정보 펄스(6056C)는 입력 논리 "0" 및 출력 논리 "1"을 나타내는데, 그 이유는 논리 전압 레벨이 -V0이고, 논리 전류 펄스폭이 t1이기 때문이다. 도 125d에서, 예를 들어, 정보 펄스(6056D)는 입력 논리 "1" 및 출력 논리 "1"을 나타내는데, 그 이유는 논리 전압 레벨이 -V1이고, 논리 전류 펄스폭이 t1이기 때문이다.
도 126은 직렬 프로토콜의 하나의 예시적인 타이밍도(6064)를 도시한다. 도 126에 도시된 바와 같이 그리고 도 122를 또한 참조하면, 타이밍도(6064)는 3개의 입력들을 포함하고 출력은 포함하지 않는 프로토콜 통신 신호를 나타낸다. 도 22에서 S0, S1 및 S2로서 참조되는 입력들은 회로(6006)의 제어기(6014) 부분 내로 결합된다. 3개의 입력들은 제어기(6014)에 결합된 스위치(SW0, SW1, SW2)들의 상태와 연관될 수 있거나, 다른 유형의 입력들과 연관될 수 있다. 제어기(6014)는 스위치(SW0, SW1, SW2)들의 상태(개방 또는 폐쇄)에 기초하여 대응하는 인코딩된 비트의 진폭을 -V0 또는 -V1로 변조한다. 프레임은, 이 예에서, 총 6개의 펄스들에 대해 시작 펄스(6034a), 2개의 헤더 펄스(6040, 6042)들 및 스위치(SW0, SW1, SW2)들의 상태들에 대응하는 3개의 정보 펄스(6058, 6060, 6062)들을 포함한다. 프레임은 중지 펄스(6034b)의 상승 에지(6023b)에서 종료된다.
도 126에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 정보 펄스(6058, 6060)들은 입력 스위치(SW0, SW1, SW2)들이 개방되었음을 표시하는 입력 논리 "0"이고, 제3 정보 펄스는 스위치(SW2)가 폐쇄되었음을 표시하는 입력 논리 "1"이다. 출력이 존재하지 않으므로, 출력 펄스는 인코딩되지 않으며, 따라서 프레임은 6개의 펄스들, 즉 3개의 오버헤드 펄스(예컨대, 재설정 및 헤더 펄스(6034, 6040, 6042)들) 및 3개의 정보 펄스(6058, 6060, 6062)들로 이루어진다. 프레임은 기구(6004)에서의 입력 스위치(SW0, SW1, SW2)들의 상태를 생성기(6002)에 알리기 위해 반복적으로 전송된다 스위치(SW0, SW1, SW2)의 상태에서 변화가 발생할 때, 그 스위치와 관련된 비트가 자동으로 인코딩되고, 프레임이 반복된다.
도 127은 직렬 프로토콜의 하나의 예시적인 타이밍도(6068)를 도시한다. 도 127에 도시된 바와 같이 그리고 도 122를 또한 참조하면, 타이밍도(6068)는 4개의 입력들 및 2개의 출력들을 포함하는 프로토콜 통신 신호를 나타낸다. 도 22에서 S0, S1, S2 및 S3으로서 참조되는 입력들은 회로(6006)의 제어기(6014) 부분 내로 결합된다. 출력들은 제어기(6014)의 O0 및 O1과 연관된다. 4개의 입력들은 제어기(6014)에 결합된 스위치(SW0, SW1, SW2, SW3)의 상태와 연관될 수 있거나, 다른 유형의 입력들과 연관될 수 있다. 출력(O0, O1)들은 예를 들어 많은 기능 중에서 특히 가청, 시각, 촉각 피드백 구동, 전력 제어 등과 같은 기구(6004)의 다양한 기능들을 제어하는 데 사용된다. 제어기(6014)는 스위치(SW0, SW1, SW2, SW3)들의 상태(개방 또는 폐쇄)에 기초하여 대응하는 인코딩된 비트들의 펄스 높이(진폭)를 -V0 또는 -V1로 변조한다. 생성기(6002)는 생성기(6002)가 제어기(6014)로 전송하기를 원하는 출력 제어 정보에 기초하여 인코딩된 비트의 펄스폭(시간)을 변조한다. 프레임은, 이 예에서, 총 7개의 펄스들에 대해 시작 펄스(6034a), 2개의 헤더 펄스(6040, 6042)들 및 스위치(SW0, SW1, SW2, SW3)들의 상태들에 대응하는 4개의 정보 펄스(6058, 6060, 6062)들을 포함한다. 프레임은 중지 펄스(6034b)의 상승 에지(6023b)에서 종료된다.
도 127에 도시된 바와 같이, 제어기(6014)는 입력 및 출력 정보 둘 모두를 이용하여 제1 정보 비트(6070)를 인코딩하였다. 따라서, 제1 정보 비트(6070)의 전압 및 펄스폭은 출력을 논리 "0"으로 그리고 입력을 논리 "1"로 인코딩하도록 변조된다. 마찬가지로, 제어기(6014)는 입력 및 출력 정보 둘 모두를 이용하여 제2 정보 비트(6072)를 인코딩하였다. 따라서, 제2 정보 비트(6072)의 전압 및 펄스폭은 출력을 논리 "1"로 그리고 입력을 논리 "0"으로 인코딩하도록 변조된다. 이 예에서는 4개의 입력들 및 2개의 출력들만이 존재하므로, 제3 및 제4 비트(6074, 6076)들은 입력 정보만을 이용하여 인코딩되며, 제3 비트(6074)는 입력 논리 "1"로서 인코딩되고, 제4 비트는 입력 논리 "0"으로서 인코딩된다. 프레임은 기구(6004)에서의 입력 스위치(SW0, SW1, SW2, SW3)들의 상태를 생성기(6002)에 알리기 위해 반복 전송되며, 출력(O0, O1)들은 제어기(6014)에 의해 구동된다. 스위치(SW0, SW1, SW2, SW3)의 상태에서 변화가 발생하거나, 생성기(6002)가 2개의 출력(O0, O1)들 중 하나를 제어하기를 원할 때, 그와 연관된 비트들이 자동으로 인코딩되고, 프레임이 반복된다.
도 128은 직렬 프로토콜의 예시적인 타이밍도(6080, 6083)들을 도시한다. 이제, 도 128 및 도 122를 참조하면, 상부 파형은 생성기(6002)에 의해 출력되는 바와 같은 전류 타이밍도(6080)이다. 전류 신호는 +1로부터 -1로 스윙하여 0에서 교차한다. 이 타이밍도(6080)는 시작 비트(6084)들, 입력 논리 "1" 전송(6086) 및 중지 비트(6102) "무에러" 조건 동안을 제외하고는 회로(6014)에 계속 전력을 제공한다. 하부 파형(6082)은 회로(6014)에서의 전압 타이밍도이다. 헤더 비트(6104))가 프레임을 시작하고, 하나의 시작 비트(6084)가 이어진다. 전술된 바와 같이 단일 프레임에 걸쳐 12개의 입력 비트들 및 12개의 출력 비트들이 동시에 인코딩되며, 입력 논리 비트들은 펄스 진폭의 변조에 의해 인코딩되고, 출력 논리 비트들은 펄스폭의 변조에 의해 인코딩된다. 이어서, 12개의 입력들 및 12개의 출력들을 인코딩하기 위해 12개의 정보 비트들이 전송된다. 도시된 바와 같이, 입력 #1(6086)은 논리 "1"로서 인코딩되며, 출력 #1(6090)은 논리 "0"으로서 인코딩된다. 입력 #2(6088)는 논리 "1"로서 인코딩되며, 출력 #2(6092)는 논리 "1"로서 인코딩된다. 입력 #3(6094)은 논리 "0"으로서 인코딩되며, 출력 #3(6092)은 논리 "1"로서 인코딩된다. 최종 비트는 입력 #12(6098)가 논리 "0"으로서 인코딩되고, 출력 #12가 논리 "0"으로서 인코딩된다는 것을 나타낸다. 나타내어진 바와 같이, 하나씩 거른 비트(6106)가 기구(6004) 회로(6006)에 대한 추가적인 기생 전력을 제공하는 양의 공급 레일로 복귀한다.
전술한 설명에서 다양한 상세 사항들이 기재되었지만, 의료 장치를 위한 직렬 통신 프로토콜의 다양한 태양들이 이러한 특정 상세 사항 없이도 실시될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 간결성 및 명료성을 위해, 선택된 태양들이 상세하기보다는 블록도의 형태로 도시되어 있다. 본 명세서에서 제공되는 상세한 설명의 일부 부분들은 컴퓨터 메모리에 저장되는 데이터에 대해 작용하는 명령어들과 관련하여 표현될 수 있다. 그러한 설명들 및 표현들은 당업자에 의해 그들의 연구 내용을 다른 당업자에게 설명하고 전달하는 데 사용된다. 일반적으로, 알고리즘은 원하는 결과로 이어지는 단계들의 일관성 있는 시퀀스를 지칭하는데, 여기서 "단계"는 반드시 필요한 것은 아니지만 저장, 전송, 조합, 비교 및 달리 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호들의 형태를 취할 수 있는 물리적인 양들의 조작을 지칭한다. 이러한 신호들을 비트, 값, 요소, 심볼, 문자, 용어, 숫자 등으로 지칭하는 것은 일반적인 용법이다. 이들 및 유사한 용어들은 적절한 물리적인 양들과 연관될 수 있으며, 이러한 양들에 적용되는 단지 편리한 라벨들일 뿐이다.
구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 전술한 논의로부터 명백하듯이, 전술한 설명 전반에 걸쳐 "처리", "컴퓨팅", "계산", "결정" 또는 "표시" 등과 같은 용어들을 사용한 논의들이 컴퓨터 시스템의 레지스터들 및 메모리들 내에 물리적 (전자적) 양들로서 표현되는 데이터를 컴퓨터 시스템 메모리들 또는 레지스터들 또는 다른 그러한 정보 저장, 전송 또는 디스플레이 장치들 내에 물리적 양들로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작 및 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전자 컴퓨팅 장치의 작용 및 프로세스들을 지칭한다는 것이 이해된다.
"일 태양", "태양", "일 형태" 또는 "형태"에 대한 임의의 참조가 태양와 관련하여 설명되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 태양에 포함된다는 것을 의미한다는 점에 유의할 만한 가치가 있다. 따라서, 명세서 전반의 다양한 곳들에서의 "일 태양에서", "태양에서", "일 형태에서" 또는 "형태에서"라는 표현들의 출현들은 모두가 반드시 동일한 태양을 지칭하는 것은 아니다. 더구나, 특정 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 태양들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
일부 태양들은 표현 "결합된" 및 "접속된" 및 이들의 파생어들을 함께 이용하여 설명될 수 있다. 이러한 용어들이 서로에 대한 동의어들인 것을 의도되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 태양들은 2개 이상의 요소들이 서로 물리적으로 또는 전기적으로 직접 접촉하는 것을 표시하기 위해 "접속된"이라는 용어를 이용하여 설명될 수 있다. 다른 예에서, 일부 태양들은 2개 이상의 요소들이 물리적으로 또는 전기적으로 직접 접촉하는 것을 표시하기 위해 "결합된"이라는 용어를 이용하여 설명될 수 있다. 그러나, 용어 "결합된"은 2개 이상의 요소들이 서로 직접 접촉하지는 않지만, 여전히 서로 함께 작용하거나 상호작용한다는 것을 또한 의미할 수 있다.
"일 태양", "태양", "일 형태" 또는 "형태"에 대한 임의의 참조가 태양와 관련하여 설명되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 태양에 포함된다는 것을 의미한다는 점에 유의할 만한 가치가 있다. 따라서, 명세서 전반의 다양한 곳들에서의 "일 태양에서", "태양에서", "일 형태에서" 또는 "형태에서"라는 표현들의 출현들은 모두가 반드시 동일 태양를 지칭하는 것은 아니다. 더구나, 특정 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 태양들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 명세서에서 다양한 형태들이 설명되었지만, 이러한 형태들에 대한 많은 수정들, 변형들, 교체들, 변경들 및 균등물들이 구현될 수 있고, 당업자에게 떠오를 수 있다. 또한, 재료들이 소정의 구성요소들에 대해 개시되지만, 다른 재료들이 사용될 수 있다. 따라서, 전술한 설명 및 첨부된 특허청구범위는 개시된 형태들의 범주 내에 속하는 바와 같은 모든 그러한 수정들 및 변형들을 포함하는 것을 의도한다는 것을 이해할 것이다. 하기 특허청구범위는 모든 그러한 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.
일반적으로, 당업자는 광범위한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의 조합에 의해 개별적으로 그리고/또는 집합적으로 구현될 수 있는 본 명세서에서 설명되는 다양한 태양들이 다양한 유형의 "전기 회로"로 구성되는 것으로 간주될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 결과적으로, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "전기 회로"는 적어도 하나의 개별 전기 회로를 갖는 전기 회로, 적어도 하나의 집적 회로를 갖는 전기 회로, 적어도 하나의 주문형 집적 회로를 갖는 전기 회로, 컴퓨터 프로그램에 의해 구성되는 범용 컴퓨팅 장치(예컨대, 본 명세서에서 설명되는 프로세스들 및/또는 장치들을 적어도 부분적으로 실행하는 컴퓨터 프로그램에 의해 구성되는 범용 컴퓨터 또는 본 명세서에서 설명되는 프로세스들 및/또는 장치들을 적어도 부분적으로 실행하는 컴퓨터 프로그램에 의해 구성되는 마이크로프로세서)를 형성하는 전기 회로, 메모리 장치(예컨대, 랜덤 액세스 메모리의 형태들)를 형성하는 전기 회로 및/또는 통신 장치(예컨대, 모뎀, 통신 스위치 또는 광-전기 장비)를 형성하는 전기 회로를 포함하지만 이로 한정되지 않는다. 당업자는 본 명세서에서 설명되는 발명이 아날로그 또는 디지털 방식 또는 이들의 소정 조합으로 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
전술한 상세한 설명은 블록도들, 흐름도들 및/또는 예들을 이용하여 다양한 형태의 장치들 및/또는 프로세스들을 설명하였다. 그러한 블록도들, 흐름도들 및/또는 예들이 하나 이상의 기능 및/또는 동작을 포함하는 한, 그러한 블록도들, 흐름도들 또는 예들 내의 각각의 기능 및/또는 동작은 광범위한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 사실상 임의의 조합에 의해 개별적으로 그리고/또는 집합적으로 구현될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 일 형태에서, 본 명세서에서 설명되는 요지의 몇몇 부분은 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 프로세서(DSP) 또는 다른 통합 포맷들을 통해 구현될 수 있다. 그러나, 당업자는, 본 명세서에 개시되는 형태들의 일부 태양들이 집적 회로들에서, 하나 이상의 컴퓨터에서 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로서(예컨대, 하나 이상의 컴퓨터 시스템에서 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서), 하나 이상의 프로세서에 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서(예컨대, 하나 이상의 마이크로프로세서에서 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서), 펌웨어로서 또는 이들의 사실상 임의의 조합으로서 등가적으로 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있으며, 회로를 설계하고/하거나 소프트웨어 및/또는 펌웨어에 대한 코드를 작성하는 것이 본 개시에 비추어 명확히 당업자의 기술 내에 있다는 것을 인식할 것이다. 게다가, 당업자는, 본 명세서에서 설명되는 발명의 메커니즘들이 다양한 형태들의 프로그램 제품으로서 배포될 수 있으며, 본 명세서에서 설명되는 발명의 예시적인 형태가 실제로 배포를 수행하는 데 사용되는 특정 유형의 신호 보유 매체와 무관하게 적용된다는 것을 알 것이다. 신호 보유 매체의 예는 하기를 포함하지만 이로 한정되지 않는다: 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브, 컴팩트 디스크(CD), 디지털 비디오 디스크(DVD), 디지털 테이프, 컴퓨터 메모리 등과 같은 기록 가능 유형의 매체; 및 디지털 및/또는 아날로그 통신 매체(예컨대, 광섬유 케이블, 도파관, 유선 통신 링크, 무선 통신 링크(예컨대, 송신기, 수신기, 송신 논리, 수신 논리 등) 등)와 같은 송신 유형 매체.
본 명세서에서 참조되고/되거나 임의의 출원 데이터 시트 또는 임의의 다른 개시 자료에 목록화된 전술된 미국 특허들, 미국 특허 출원 공보들, 미국 특허 출원들, 외국 특허들, 외국 특허 출원들, 비특허 공보들 모두는 그들과 일치하는 한도에서 본 명세서에 참고로 포함된다. 이와 같이 그리고 필요한 범위 내에서, 본 명세서에 명시적으로 기술된 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된 임의의 충돌하는 자료를 대체한다. 본 명세서에 참고로 포함된 것으로 언급되지만 본 명세서에 기재된 기존의 정의, 표현 또는 다른 개시 내용과 충돌하는 임의의 자료 또는 부분은 포함된 자료와 기존의 개시 내용 사이에 충돌이 일어나지 않는 범위까지만 포함될 것이다.
당업자는 본 명세서에서 설명되는 구성요소들(예컨대, 동작들), 장치들, 객체들 및 이들과 관련된 설명이 개념의 명료화를 위한 예들로서 사용되며, 다양한 구성 변경들이 고려된다는 것을 인식할 것이다. 결과적으로, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 설명되는 특정 예들 및 관련 설명은 그들의 더 일반적인 부류들을 나타내는 것을 의도한다. 일반적으로, 임의의 특정 예의 사용은 그의 부류를 나타내는 것을 의도하며, 특정 구성요소들(예컨대, 동작들), 장치들 및 객체들의 비포함은 한정하는 것으로 취해져서는 안된다.
본 명세서에서의 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어들의 사용과 관련하여, 당업자는 상황 및/또는 응용에 적합한 경우에 복수를 단수로 그리고/또는 단수를 복수로 변환할 수 있다. 다양한 단수/복수 교환들은 본 명세서에서는 명료화를 위해 명시적으로 설명되지 않는다.
본 명세서에서 설명되는 내용은 때때로 상이한 다른 구성요소들 내에 포함되거나 그들과 접속되는 상이한 구성요소들을 설명한다. 그러한 설명되는 아키텍처들은 예시적일 뿐이며, 실제로는 동일한 기능을 달성하는 많은 다른 아키텍처들이 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 개념적 의미로, 동일한 기능을 달성하기 위한 구성요소들의 임의의 배열은 원하는 기능을 달성하도록 효과적으로 "연관"된다. 따라서, 특정 기능을 달성하도록 조합되는 본 발명의 임의의 2개의 구성요소들은 아키텍처들 또는 중간 구성요소들에 관계없이 원하는 기능을 달성하도록 서로 "연관"되는 것으로 간주될 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 연관되는 임의의 2개의 구성요소들은 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "기능적으로 접속"되거나 "기능적으로 결합"되는 것으로 간주될 수 있으며, 그렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 구성요소들은 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "기능적으로 결합 가능"한 것으로 간주될 수 있다. 기능적으로 결합 가능한 구성요소들의 구체적인 예는 물리적으로 짝지어질 수 있고/있거나 물리적으로 상호작용하는 구성요소들 및/또는 무선으로 상호작용할 수 있고/있거나 무선으로 상호작용하는 구성요소들 및/또는 논리적으로 상호작용하고/하거나 논리적으로 상호작용할 수 있는 구성요소들을 포함하지만 이로 한정되지 않는다.
일부 예들에서, 하나 이상의 구성요소는 본 명세서에서 "~하도록 구성되는", "~하도록 구성될 수 있는", "~하도록 동작 가능한/동작하는", "구성된/구성 가능한", "~할 수 있는", "~에 정합 가능한/정합되는" 등으로서 지칭될 수 있다. 당업자는 상황이 달리 요구하지 않는 한은 "~하도록 구성되는"이 일반적으로 활성 상태 구성요소들 및/또는 비활성 상태 구성요소들 및/또는 대기 상태 구성요소들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 명세서에 기술된 본 요지의 특정 태양들이 도시되고 기술되었지만, 본 명세서의 교시에 기초하여, 본 명세서에 개시된 요지 및 그의 보다 넓은 태양들로부터 벗어남이 없이 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있으며, 따라서 첨부된 특허청구범위가 본 명세서에 기술된 요지의 진정한 사상 및 범주 내에 있는 바와 같은 모든 그러한 변경들 및 수정들을 그 범주 내에 포함하도록 의도된다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 일반적으로, 본 명세서에서, 특히 첨부된 특허청구범위(예컨대, 첨부된 특허청구범위의 본문들)에서 사용되는 용어들은 일반적으로 "개방된" 용어들인 것을 의도한다는 것을 당업자는 이해할 것이다(예컨대, "포함하는"이라는 용어는 "~를 포함하지만, 이로 한정되지 않는"으로서 해석되어야 하고, "갖는"이라는 용어는 "적어도 ~를 갖는"으로서 해석되어야 하고, "포함하다"라는 용어는 "~를 포함하지만 이로 한정되지 않는다"로서 해석되어야 하는 등등이다). 소개되는 청구항 기재의 특정 수가 의도되는 경우, 그러한 의도는 청구항 내에 명시적으로 기재될 것이며, 그러한 기재의 부재 시에는 그러한 의도가 존재하지 않는다는 것을 당업자는 더 이해할 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해, 아래의 첨부된 특허청구범위는 청구항 기재들을 소개하기 위해 소개 문구 "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 그러한 문구들의 사용은 부정관사들("a" 또는 "an")에 의한 청구항 기재의 소개가 그러한 소개되는 청구항 기재를 포함하는 임의의 특정 청구항을, 동일 청구항이 소개 문구 "하나 이상" 또는 "적어도 하나" 및 "a" 또는 "an"과 같은 부정관사들(예컨대, "a" 및/또는 "an"은 전형적으로 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"으로 해석되어야 함)을 포함하는 경우에도 하나의 그러한 기재만을 포함하는 청구항들로서 제한한다는 것을 암시하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 이는 청구항 기재들을 소개하는 데 사용되는 정관사들의 사용에도 마찬가지이다.
게다가, 소개되는 청구항 기재의 특정 수가 명시적으로 기재될지라도, 당업자는 그러한 기재가 전형적으로 적어도 기재된 수를 의미하는 것으로 해석되어야 한다는 것을 인식할 것이다(예컨대, 다른 수식어가 없는 적나라한 기재 "2개의 기재"는 전형적으로 적어도 2개의 기재 또는 2개 이상의 기재를 의미한다). 더구나, "A, B 및 C 중 적어도 하나 등"과 유사한 규칙이 사용되는 예들에서, 일반적으로 그러한 구성은 당업자가 그러한 규칙을 이해하는 것을 의도한다(예컨대, "A, B 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A만을, B만을, C만을, A와 B를 함께, A와 C를 함께, B와 C를 함께 그리고/또는 A, B 및 C를 함께, 기타 등등을 갖는 시스템들을 포함하지만 이로 한정되지 않는다). "A, B 또는 C 중 적어도 하나 등"과 유사한 규칙이 사용되는 예들에서, 일반적으로 그러한 구성은 당업자가 그러한 규칙을 이해할 것이라는 의미로 의도된다(예컨대, "A, B 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템"은 A만을, B만을, C만을, A와 B를 함께, A와 C를 함께, B와 C를 함께 그리고/또는 A, B 및 C를 함께, 기타 등등을 갖는 시스템들을 포함하지만 이로 한정되지 않는다). 전형적으로, 명세서이든, 특허청구범위이든 또는 도면이든, 2개 이상의 대안적인 용어들을 제공하는 분리 단어 및/또는 문구는 상황이 달리 지시하지 않는 한은 용어들 중 하나, 용어들 중 어느 하나 또는 둘 모두의 용어들을 포함할 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 한다는 것을 당업자는 더 이해할 것이다. 예를 들어, "A 또는 B"라는 표현은 전형적으로 "A" 또는 "B" 또는 "A와 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
첨부된 특허청구범위와 관련하여, 당업자는 특허청구범위 안에 기재된 동작들이 일반적으로 임의의 순서로 수행될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 다양한 동작 흐름들이 시퀀스(들) 내에 제공되지만, 다양한 동작들이 도시된 것들과 다른 순서들로 수행될 수 있거나, 동시에 수행될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 그러한 대안적인 순서들의 예는, 상황이 달리 지시하지 않는 한, 오버랩핑, 인터리빙, 인터럽팅, 재배열, 증가, 준비, 보완, 동시, 역전 또는 다른 다양한 순서들을 포함할 수 있다. 더구나, "~에 응답하는", "~에 관련된" 또는 과거 시제의 형용사들과 같은 용어들은, 상황이 달리 지시하지 않는 한, 일반적으로 그러한 변형들을 배제하는 것을 의도되지 않는다.
소정 경우들에서, 시스템 또는 방법의 사용은 구성요소들이 영역 밖에 위치하는 경우에도 영역 내에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 분산 컴퓨팅 상황에서, 분산 컴퓨팅 시스템의 사용은 시스템의 요소들이 영역 밖에 위치하는 경우에도(예컨대, 영역 밖에 배치된 릴레이, 서버, 프로세서, 신호 보유 매체, 송신 컴퓨터, 수신 컴퓨터 등) 영역 내에서 발생할 수 있다.
시스템 또는 방법의 판매는 또한 시스템 또는 방법의 구성요소들이 영역 밖에 위치하고/하거나 사용되는 경우에도 영역 내에서 발생할 수 있다. 또한, 하나의 영역에서의 방법을 수행하기 위한 시스템의 적어도 일부의 구현은 다른 영역에서의 시스템의 사용을 배제하지 않는다.
본 명세서에서 다양한 형태들이 설명되었지만, 이러한 형태들에 대한 많은 수정들, 변형들, 교체들, 변경들 및 균등물들이 구현될 수 있고, 당업자에게 떠오를 수 있다. 또한, 재료들이 소정의 구성요소들에 대해 개시되지만, 다른 재료들이 사용될 수 있다. 따라서, 전술한 설명 및 첨부된 특허청구범위는 개시된 형태들의 범주 내에 속하는 바와 같은 모든 그러한 수정들 및 변형들을 포함하는 것을 의도한다는 것을 이해할 것이다. 하기 특허청구범위는 모든 그러한 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.
요컨대, 본 명세서에서 설명되는 개념들의 이용으로부터 발생하는 다양한 이점들이 설명되었다. 하나 이상의 형태에 대한 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적을 위해 제공되었다. 이는 망라하거나 개시된 바로 그 형태로 한정하도록 의도되지 않는다. 상기 교시에 비추어 수정들 또는 변형들이 가능하다. 하나 이상의 형태는 원리들 및 실제 응용을 예시하여 당업자가 의도된 특정 용도에 적절한 바와 같은 다양한 수정들과 더불어 다양한 형태들을 이용하는 것을 가능하게 하도록 선택되었다. 본 명세서와 함께 제출되는 특허청구범위가 전체 범주를 한정하는 것이 의도된다.
예
하나의 일반 태양에서, 설명되는 형태들의 원리들을 구현하는 수술 기구 조립체는 수술 절차들 동안 조직의 선택적 절개, 절단, 응고 및 클램핑을 수행하도록 구성된다. 생성기는 제1 세트의 논리 조건들에 대해 모니터링될 수 있는 적어도 하나의 전기 신호를 생성할 수 있다. 제1 세트의 논리 조건들이 충족될 때, 생성기의 제1 응답이 트리거링될 수 있다.
소정 형태들에서, 수술 기구의 초음파 임피던스가 모니터링될 수 있다. 수술 기구의 초음파 임피던스가 임계 임피던스를 초과할 때, 적어도 하나의 전기 신호의 공진 주파수가 기준선 주파수로서 저장될 수 있다. 또한, 제1 세트의 논리 조건들이 충족되는 것, 또는 적어도 하나의 전기 신호의 공진 주파수가 기준선 편차 임계치만큼 기준선 주파수와 상이하게 되는 것의 발생 시, 생성기의 제1 응답이 트리거링될 수 있다.
소정 형태들에서, 수술 기구의 엔드 이펙터에서의 부하 이벤트들이 모니터링될 수 있다. 제1 세트의 논리 조건들이 가 충족되고 부하 이벤트가 검출될 때, 생성기의 제1 응답이 트리거링될 수 있다.
하나의 일반적인 형태에 따르면, 한 손 내에서 지지되도록 구성되는 핸들 하우징을 포함하는 초음파 수술 기구용 스위치 조립체가 제공된다. 적어도 하나의 형태에서, 스위치 조립체는 핸들 하우징의 전방 부분에 조작 가능하게(operably) 지지되고, 적어도 하나의 제1 스위치 접점에 대해 선택적으로 이동 가능한 제1 스위치 배열체를 포함한다. 스위치 조립체는 우측 스위치 버튼 및 좌측 스위치 버튼 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 제2 스위치 배열체를 추가로 포함한다. 우측 스위치 버튼은 핸들 하우징의 우측에 이동 가능하게 지지되고, 핸들 하우징에 의해 지지되는 적어도 하나의 우측 스위치 접점에 대해 선택적으로 이동 가능할 수 있다. 좌측 스위치 버튼은 핸들 하우징의 좌측에 이동 가능하게 지지되고, 핸들 하우징에 의해 지지되는 적어도 하나의 좌측 스위치 접점에 대해 선택적으로 이동 가능할 수 있다. 제1 및 제2 스위치 배열체들은 핸들 하우징을 지지하는 단일 손에 의해 선택적으로 조작되도록 구성될 수 있다.
적어도 하나의 다른 일반적인 형태에 따르면, 초음파 수술 기구가 제공된다. 적어도 하나의 형태에서, 초음파 수술 기구는 초음파 신호들을 생성하기 위한 생성기, 및 한 손 내에서 조작 가능하게 지지되도록 구성되는 핸들 하우징을 포함하는 핸들 조립체를 포함한다. 기구는, 핸들 하우징의 전방 부분에 조작 가능하게 지지되고, 생성기와 통신하는 적어도 하나의 제1 스위치 접점에 대해 선택적으로 이동 가능한 제1 스위치 배열체를 포함하는 스위치 조립체를 추가로 포함할 수 있다. 스위치 조립체는 우측 스위치 버튼 및 좌측 스위치 버튼 중 적어도 하나를 포함할 수 있는 제2 스위치 배열체를 추가로 포함할 수 있다. 우측 스위치 버튼은 핸들 하우징의 우측에 이동 가능하게 지지되고, 핸들 하우징에 의해 지지되는 적어도 하나의 우측 스위치 접점에 대해 선택적으로 이동 가능할 수 있다. 적어도 하나의 우측 스위치 접점은 생성기와 통신할 수 있다. 좌측 스위치 버튼은 핸들 하우징의 좌측에 이동 가능하게 지지되고, 핸들 하우징에 의해 지지되는 적어도 하나의 좌측 스위치 접점에 대해 선택적으로 이동 가능할 수 있으며, 생성기와 조작 가능하게 통신할 수 있다. 제1 및 제2 스위치 배열체들은 핸들 하우징을 지지하는 단일 손에 의해 선택적으로 조작되도록 구성될 수 있다.
또 다른 일반적인 형태에 따르면, 한 손 내에서 지지되도록 구성되는 핸들 하우징을 포함하는 초음파 수술 기구용 스위치 조립체가 제공된다. 적어도 하나의 형태에서, 스위치 조립체는 우측 스위치 접점, 중앙 스위치 접점 및 좌측 스위치 접점에 대한 선택적 축방향 및 피벗 이동을 위해 핸들 하우징에 의해 이동 가능하게 지지되는 버튼 조립체를 포함하여, 제1 방향으로의 버튼 조립체의 축방향 이동이 버튼 조립체로 하여금 중앙 스위치 접점을 작동시키게 하고, 제1 피벗 방향으로의 버튼 조립체의 피벗 이동이 버튼 조립체로 하여금 좌측 스위치 접점을 작동시키게 하고, 제2 피벗 방향으로의 버튼 조립체의 피벗 이동이 버튼 조립체로 하여금 우측 스위치 접점을 작동 시키게 한다.
다양한 형태들에 따르면, 커넥터 모듈은, 초음파 수술 기구 또는 그의 구성요소들이 부착되지 않은 상태로 액세서리로서 제공될 수 있거나 초음파 수술 기구들을 수리, 교체 또는 개조하는 데 사용될 수 있는 모듈식 구성요소일 수 있다. 그러나, 소정 형태들에서, 커넥터 모듈은 핸들 조립체 또는 초음파 트랜스듀서와 연관될 수 있다. 일 형태에서, 커넥터 모듈은 사용자에 의해 쉽게 제거 및/또는 교체될 수 있는 조립체를 포함할 수 있다. 커넥터 모듈은 사용자가 예를 들어 회전 결합부들, 스위치 도전체들, 또는 링크들을 제거 및/또는 교체하게 하는 제거 가능 특징부들을 또한 포함할 수 있다. 따라서, 소정 형태들에서, 하나 이상의 커넥터 모듈이 키트 내에 포함될 수 있다. 키트는 하나 이상의 초음파 트랜스듀서 또는 핸드피스와의 적응 가능한 사용을 위해 구성되는 다양한 회전 결합부들을 포함한다. 키트는 커넥터 모듈들, 회전 결합부들, 또는 1개, 2개 또는 그 이상의 도전성 경로를 필요로 할 수 있는 사용자 인터페이스들의 다양한 구성들을 포함하는 하우징들을 포함할 수 있다.
일 태양에서, 본 발명은 초음파 수술 기구에 관한 것이다. 초음파 기구는 엔드 이펙터, 길이방향 축을 따라 엔드 이펙터로부터 근위방향으로 연장되는 도파관; 및 초음파 핸드피스를 수용하기 위한 커넥터 모듈을 포함할 수 있다. 커넥터 모듈은 길이방향 축을 따라 연장되는 스핀들(spindle)을 한정하는 하우징, 스핀들 상에 위치되고 하우징에 대해 회전 가능한 커플링, 하우징에 기계적으로 결합되고 길이방향 축 주위에서 적어도 부분적으로 연장되는 제1 도전체 및 제1 위치와 제2 위치 사이에서 제1 도전체에 대해 길이방향 축을 중심으로 회전 가능한 제1 링크를 포함할 수 있다. 제1 링크는 제1 링크가 제1 위치 및 제2 위치에 있을 때 제1 도전체와 전기적으로 접촉하도록 위치되는 제1 접점, 및 제1 접점에 전기적으로 결합되고, 제1 링크가 제1 위치 및 제2 위치에 있을 때 초음파 핸드피스와 전기적으로 접촉하도록 위치되는 제2 접점을 포함할 수 있다.
일 태양에서, 제1 및 제2 도전체들 각각은 사용자로부터 전력 제어 신호들을 수신하도록 구성되는 사용자 인터페이스에 전기적으로 결합하도록 구성되는 도전성 도선을 포함한다. 초음파 핸드피스는 커넥터 모듈에 의해 수용될 때 생성기에 전기적으로 결합하고, 제1 및 제2 링크들에 회전 가능하게 결합하도록 구성될 수 있다. 커넥터 모듈은 제1 및 제2 링크들이 각자의 제1 및 제2 위치들에 있을 때 초음파 핸드피스를 통해 사용자 인터페이스 회로와 생성기를 전기적으로 결합하도록 구성될 수 있다. 일 태양에서, 사용자 인터페이스는 핸들 조립체에 조작 가능하게 결합되는 토글 스위치를 포함하며, 커넥터 모듈은 핸들 조립체에 고정된다. 초음파 핸드피스는 커넥터 모듈에 의해 수용될 때 핸들 조립체에 대해 회전 가능할 수 있다. 일 태양에서, 하우징은 제1 및 제2 도전체들을 서로에 대하여 전기적으로 절연한다.
본 명세서에서 설명되는 요지의 다양한 태양들은 신호를 한 쌍의 전기 도전체들을 통해 직렬 프로토콜로서 전송하도록 구성되는 회로를 포함하는 기기에 관한 것이다. 직렬 프로토콜은 적어도 하나의 전송 프레임을 통해 분산되는 일련의 펄스들로서 정의될 수 있다. 전송 프레임 내의 적어도 하나의 펄스가, 2개의 제1 논리 상태들 중 하나를 나타내도록 펄스의 진폭을 변조하고 2개의 제2 논리 상태들 중 하나를 나타내도록 펄스의 폭을 변조함으로써, 동시에 인코딩된다.
본 명세서에서 설명되는 요지의 다양한 태양들은 신호를 한 쌍의 전기 도전체들을 통해 직렬 프로토콜로서 전송하도록 구성되는 회로를 포함하는 기구에 관한 것이다. 직렬 프로토콜은 적어도 하나의 전송 프레임을 통해 분산되는 일련의 펄스들로서 정의될 수 있다. 전송 프레임 내의 적어도 하나의 펄스가, 2개의 제1 논리 상태들 중 하나를 나타내도록 펄스의 진폭을 변조하고 2개의 제2 논리 상태들 중 하나를 나타내도록 펄스의 폭을 변조함으로써, 동시에 인코딩될 수 있다. 기구는 회로의 출력에 결합된 출력 장치; 및 회로의 입력에 결합된 입력 장치를 또한 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 발명의 다양한 태양들은 2개의 와이어 인터페이스를 통해 기구에 통신하도록 구성되는 컨디셔닝 회로를 포함하는 생성기에 관한 것이다. 생성기는 한 쌍의 전기 도전체들을 통해 신호를 직렬 프로토콜로서 전송하도록 구성되는 제어 회로를 포함할 수 있다. 직렬 프로토콜은 적어도 하나의 전송 프레임을 통해 분산되는 일련의 펄스들로서 정의될 수 있다. 전송 프레임 내의 적어도 하나의 펄스가, 2개의 제1 논리 상태들 중 하나를 나타내도록 펄스의 진폭을 변조하고 2개의 제2 논리 상태들 중 하나를 나타내도록 펄스의 폭을 변조함으로써, 동시에 인코딩된다. 생성기는 기구를 구동하도록 구성되는 에너지 회로를 또한 포함할 수 있다.
다양한 태양들은 초음파 수술 기구의 초음파 구동 시스템에 결합된 엔드 이펙터를 구동하는 방법에 관한 것이다. 트리거 신호가 수신될 수 있다. 트리거 신호에 응답하여, 엔드 이펙터를 제1 전력 레벨에서 구동하도록 제1 구동 신호가 초음파 구동 시스템에 제공될 수 있다. 제1 구동 신호는 제1 기간 동안 유지될 수 있다. 제1 기간의 말기에, 엔드 이펙터를 제1 전력 레벨보다 작은 제2 전력 레벨에서 구동하도록 제2 구동 신호가 초음파 구동 시스템에 제공될 수 있다.
다른 태양에서, 트리거 신호를 수신한 후, 수술 시스템은 초음파 기구를 비활성 상태로 유지하는 동안에 초음파 수술 기구가 활성화됨을 나타내는 피드백을 생성한다. 임계 기간의 말기에, 엔드 이펙터를 구동하도록 구동 신호를 초음파 구동 시스템에 제공함으로써 초음파 수술 기구가 활성화된다.
다른 태양에서, 엔드 이펙터를 구동하도록 초음파 구동 시스템에 제공되는 구동 신호를 생성함으로써 초음파 수술 기구가 활성화된다. 복수의 입력 변수들을 다변수 모델에 적용하여, 다변수 모델 출력을 생성할 수 있으며, 다변수 모델 출력은 조직에 대한 초음파 기구의 영향에 대응한다. 복수의 입력 변수들은 구동 신호를 기술하는 적어도 하나의 변수 및 초음파 수술 기구의 특성을 기술하는 적어도 하나의 변수를 포함할 수 있다. 다변수 모델 출력이 임계치에 도달할 때, 초음파 수술 기구 및 초음파 수술 기구에 의해 영향을 받은 조직 중 적어도 하나의 대응하는 상태를 나타내는 피드백이 생성될 수 있다.
다른 태양에서, 트리거 신호에 응답하여, 엔드 이펙터를 구동하도록 제1 전력 레벨의 제1 구동 신호가 초음파 구동 시스템에 제공된다. 제1 구동 신호는 제1 기간 동안에 제1 전력 레벨에서 유지된다. 엔드 이펙터를 제1 전력 레벨보다 작은 제2 전력 레벨에서 구동하도록 제2 구동 신호가 초음파 구동 시스템에 제공된다. 복수의 입력 변수를 다변수 모델에 적용하여 다변수 모델 출력을 생성할 수 있다. 다변수 모델 출력은 조직에 대한 초음파 기구의 영향에 대응할 수 있으며, 복수의 변수들은 구동 신호를 기술하는 적어도 하나의 변수 및 초음파 수술 기구의 특성을 기술하는 적어도 하나의 변수를 포함할 수 있다. 다변수 모델 출력이 임계 기간 동안에 임계치를 초과한 후에, 제1 응답이 트리거링될 수 있다.
몇몇 형태가 예시되고 설명되었지만, 본 출원인은 첨부된 특허청구범위의 범주를 그러한 상세 사항으로 제한하거나 한정하는 것을 의도하지 않는다. 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고서 당업자에게는 다양한 변형들, 변경들 및 교체들이 떠오를 것이다. 더욱이, 설명된 형태들과 관련된 각각의 요소의 구조는 그 요소에 의해 수행되는 기능을 제공하기 위한 수단으로서 대안적으로 설명될 수 있다. 따라서, 설명된 형태들이 첨부된 특허청구범위의 범부에 의해서만 한정되는 것이 의도된다.
본 명세서의 전반에서 "다양한 형태들", "일부 형태들", "일 형태" 또는 "형태"에 대한 언급은 형태와 관련하여 설명되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 형태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 명세서 전반의 곳들에서의 "다양한 형태들에서", "일부 형태들에서", "일 형태에서" 또는 "형태에서"라는 표현들의 출현들은 모두가 반드시 동일 태양을 지칭하는 것은 아니다. 더구나, 특정 특징들, 구조들 또는 특성들은 하나 이상의 형태에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 따라서, 일 형태와 관련하여 예시되거나 기술된 특정 특징들, 구조들 또는 특성들은 제한 없이 하나 이상의 다른 형태의 특징들, 구조들 또는 특성들과 전체적으로 또는 부분적으로 조합될 수 있다.
Claims (23)
- 기기(apparatus)로서,
상기 기기는 한 쌍의 전기 도전체들을 통해 신호를 직렬 프로토콜로서 전송하도록 구성되는 회로를 포함하고,
상기 회로는 상기 회로의 출력에 결합된 출력 장치 및 상기 회로의 입력에 결합된 입력 장치를 포함하고,
상기 직렬 프로토콜은 적어도 하나의 전송 프레임을 통해 분산되는 일련의 펄스들로서 정의되고,
상기 전송 프레임 내의 적어도 하나의 펄스가, 상기 회로의 입력 장치의 입력 상태를 나타내도록 상기 펄스의 진폭을 변조하고 상기 회로의 출력 장치의 출력 상태를 나타내도록 상기 펄스의 폭을 변조함으로써, 동시에 인코딩되고,
상기 적어도 하나의 전송 프레임을 통해 분산되는 펄스들의 양은 총 인코딩된 입력 상태 및 총 인코딩된 출력 상태 중 큰 것에 따라 결정되는, 기기. - 제1항에 있어서, 상기 회로는 상기 회로의 입력 장치의 입력 상태와 연관된 2개의 논리 상태들 중 하나를 인코딩하기 위해 상기 펄스의 진폭을 변조하도록 구성되고, 상기 2개의 논리 상태들은 논리 "0" 및 논리 "1"인, 기기.
- 제1항에 있어서, 상기 회로는 상기 회로의 출력 장치의 출력 상태와 연관된 2개의 논리 상태들 중 하나를 인코딩하기 위해 상기 펄스의 폭을 변조하도록 구성되고, 상기 2개의 논리 상태들은 논리 "0" 및 논리 "1"인, 기기.
- 제1항에 있어서, 상기 프레임 내의 적어도 하나의 펄스는 상기 회로의 입력 장치의 논리 상태를 나타내는 논리 "0" 및 논리 "1" 중 적어도 하나 및 상기 회로의 출력 장치의 논리 상태를 나타내는 논리 "0" 및 논리 "1" 중 적어도 하나를 나타내도록 인코딩되는, 기기.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 회로는 전송 프레임을 개시하기 위한 개시 펄스를 생성하기 위해 상기 회로에 결합된 상기 한 쌍의 전기 도전체들의 단부에 단락 회로(short circuit)를 적용하도록 구성되는, 기기.
- 제1항에 있어서, 상기 전송 프레임은 개시 펄스 및 상기 회로를 식별하기 위한 적어도 하나의 헤더 펄스를 포함하는, 기기.
- 제1항에 있어서, 상기 기기는 데이터 회로를 추가로 포함하고, 상기 데이터 회로는 상기 회로에 결합된 기구(instrument)와 연관된 정보를 저장하는, 기기.
- 제1항에 있어서, 상기 전송 프레임은 상기 신호의 양의 레일(positive rail)로 진폭이 복귀하는 적어도 하나의 중지 펄스를 포함하는, 기기.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 입력 장치는 적어도 하나의 스위치를 포함하는, 기기.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 출력 장치는 에너지 구동 회로, 시각 지시기, 가청 지시기, 촉각 지시기, 및 이들 중 임의의 것의 임의의 조합 중 어느 하나로부터 선택되는, 기기.
- 삭제
- 삭제
- 시스템으로서,
생성기 및 제1항에 따른 기기를 구비하고,
상기 생성기는 2개의 와이어 인터페이스를 통해 상기 기기에 통신하도록 구성되는 컨디셔닝 회로; 및 상기 기기를 구동하도록 구성되는 에너지 회로;를 포함하는, 시스템. - 제18항에 있어서, 상기 컨디셔닝 회로는 상기 인코딩된 펄스의 상기 변조된 진폭을 판독하고, 상기 기기의 회로의 입력 장치의 입력 상태와 연관된 2개의 논리 상태들 중 하나를 디코딩하도록 구성되고, 상기 2개의 논리 상태들은 논리 "0" 및 논리 "1"인, 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 컨디셔닝 회로는 상기 기기의 회로의 출력 장치의 출력 상태와 연관된 2개의 논리 상태들 중 하나를 디코딩하기 위해 상기 펄스의 폭을 복조하도록 구성되고, 상기 2개의 논리 상태들은 논리 "0" 및 논리 "1"인, 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 컨디셔닝 회로는 상기 기기의 회로를 식별하기 위해 상기 적어도 하나의 헤더 펄스를 판독하도록 구성되는, 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 컨디셔닝 회로는 전송 프레임을 개시하고, 상기 전송 프레임에 대한 루프의 임피던스를 측정함으로써 루프 교정을 개시하기 위해, 상기 기기의 회로에 결합된 상기 한 쌍의 전기 도전체들의 단부에 적용된 단락 회로를 판독하도록 구성되는, 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 컨디셔닝 회로는 상기 기기의 회로에 결합된 데이터 회로를 판독함으로써 상기 기기에 의해 사용되는 입력들 및 출력들의 개수를 결정하도록 구성되는, 시스템.
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