KR20190091307A - 엔드 이펙터 제어 및 캘리브레이션 - Google Patents
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Abstract
엔드 이펙터(end effector) 제어 및 캘리브레이션을 위한 방법 및 장치가 설명된다. 본 방법은 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동하는 제1 관의 제2 관에 대한 이동에 응답하여 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 신호에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드(blade)에 대한 엔드 이펙터의 클램프 아암 위치를 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 클램프 아암 위치에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 기술 분야는 대체적으로 수술 기구를 제어하는 것, 특히 수술 기구의 엔드 이펙터(end effector)를 제어 및 캘리브레이션하는 것에 관한 것일 수 있다.
다양한 태양은 수술 기구, 및 수술 기구의 엔드 이펙터를 제어 및 캘리브레이션하는 것에 관한 것이다.
예를 들어, 초음파 수술용 장치는 그의 고유의 성능 특성들로 인해 수술적 시술에서 점점 더 확대되는 응용들을 발견하고 있다. 특정 장치 구성 및 작동 파라미터에 따라, 초음파 수술용 장치는 실질적으로 동시의, 조직의 절개 및 응고에 의한 항상성(homeostasis)을 제공할 수 있어서, 환자의 외상을 바람직하게 최소화한다. 초음파 수술용 장치는 초음파 변환기(transducer)를 포함하는 핸드피스(handpiece), 및 조직을 절단하고 봉합하도록 원위에 장착된 엔드 이펙터(예컨대, 초음파 블레이드(blade) 및 클램프 아암, 여기서 클램프 아암은 비-스틱 조직 패드(pad)를 포함할 수 있음)를 갖는, 초음파 변환기에 결합되는 기구를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 기구는 핸드피스에 영구적으로 부착될 수 있다. 다른 경우에, 기구는 일회용 기구 또는 상이한 핸드피스들 간에 상호교환가능한 기구의 경우에서와 같이, 핸드피스로부터 탈착가능할 수 있다. 엔드 이펙터는 절단 및 봉합 작용을 실현하기 위해 엔드 이펙터와 접촉하게 되는 조직으로 초음파 에너지를 전달한다. 이러한 특성의 초음파 수술용 장치는 개방 수술 용도, 복강경 또는 내시경 수술적 시술(로봇 보조식 시술을 포함함)을 위해 구성될 수 있다.
초음파 에너지는 전기 수술적 시술에 사용되는 온도보다 낮은 온도를 사용하여 조직을 절단하고 응고시킨다. 고 주파수(예컨대, 55,500 회/초)에서 진동하여, 초음파 블레이드는 점착성 응고물(sticky coagulum)을 형성하도록 조직 내의 단백질을 변성시킨다. 초음파 블레이드 표면에 의해 조직에 가해진 압력은 혈관을 허탈시키고(collpase), 응고물이 지혈 봉합부(haemostatic seal)를 형성하게 한다. 외과의는 엔드 이펙터에 의해 조직에 가해지는 힘, 힘이 가해지는 시간, 및 엔드 이펙터의 선택된 편위(excursion) 수준에 의해 절단 속도 및 응고를 제어할 수 있다.
일 태양에서, 엔드 이펙터를 제어하기 위한 방법은 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동하는 제1 관의 제2 관에 대한 이동에 응답하여 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 신호에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드에 대한 엔드 이펙터의 클램프 아암 위치를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 더욱이 클램프 아암 위치에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
하기 특징들 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 제1 관은 내측 관일 수 있고, 제2 관은 외측 관일 수 있고, 내측 관은 외측 관에 대해 이동가능하고, 외측 관은 내측 관에 대해 정적 상태에 있다. 본 방법은 제1 관 상에 위치된 자석 및 홀 효과 센서를 사용하여 신호를 검출하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 제1 관이 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동함에 따라 제1 관 상에 위치된 자석을 홀 효과 센서에 대해 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 더욱이 홀 효과 센서에서의 전압 변화에 기초하여 초음파 변환기를 사용하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 게다가, 본 방법은 클램프 아암이 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비(travel ratio, TR)에 기초하여, 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 더욱 더, 본 방법은 클램프 아암이 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 비례-적분 제어기를 사용하여, 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 본 방법은 신호에 기초하여 클램프 아암과 초음파 블레이드 사이의 조직의 유형을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 조직의 유형에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 더욱이 클램프와 초음파 블레이드 사이의 조직의 유형이 작은 혈관이라고 결정한 것에 응답하여, 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 큰 혈관에 대한 것보다 작은 양만큼 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 본 방법은 클램프와 초음파 블레이드 사이의 조직의 유형이 큰 혈관이라고 결정한 것에 응답하여, 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 작은 혈관에 대한 것보다 큰 양만큼 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 태양에서, 엔드 이펙터를 제어하기 위한 장치는 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동하는 제1 관의 제2 관에 대한 이동에 응답하여 신호를 검출하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다. 장치는 또한 신호에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드에 대한 엔드 이펙터의 클램프 아암 위치를 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함할 수 있다. 장치는 클램프 아암 위치에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하도록 구성되는 변환기를 추가로 포함할 수 있다.
하기 특징들 중 하나 이상이 포함될 수 있다. 제1 관은 내측 관일 수 있고, 제2 관은 외측 관일 수 있고, 내측 관은 외측 관에 대해 이동가능하고, 외측 관은 내측 관에 대해 정적 상태에 있다. 장치는 제1 관 상에 위치된 자석을 추가로 포함할 수 있는데, 여기서 센서는 자석의 위치에 기초하여 신호를 검출하는 데 사용되는 홀 효과 센서이다. 자석은 제1 관이 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동함에 따라 홀 효과 센서에 대해 이동하는 제1 관 상에 위치될 수 있다. 변환기는 홀 효과 센서에서의 전압 변화에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하도록 구성되는 초음파 변환기일 수 있다. 장치는 또한 클램프 아암이 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하도록 구성되는 비례-적분 제어기를 포함할 수 있다.
일 태양에서, 엔드 이펙터를 제어하기 위한 장치를 캘리브레이션하기 위한 방법은 엔드 이펙터의 클램프 아암 및 초음파 블레이드의 완전 개방 위치에 대응하는 제1 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 엔드 이펙터의 클램프 아암 및 초음파 블레이드의 중간 위치에 대응하는 제2 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있으며, 중간 위치는 클램프 아암과 초음파 블레이드 사이에서 강성 몸체를 클램핑하는 것에 기인한다. 본 방법은 더욱이 엔드 이펙터의 클램프 아암 및 초음파 블레이드의 완전 폐쇄 위치에 대응하는 제3 신호를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 적어도 제1, 제2, 및 제3 신호들, 완전 개방, 중간, 및 완전 폐쇄 위치들, 및 강성 몸체의 치수에 기초하여 센서 변위의 함수로서 신호 강도를 표현하는 최상의 피팅 곡선을 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 더욱이, 본 방법은 적어도 제1, 제2, 및 제3 신호들, 및 완전 개방, 중간, 및 완전 폐쇄 위치들에 기초하여 룩업 테이블(lookup table)을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
하나 이상의 구현예의 상세사항은 첨부 도면 및 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 설명된다. 다른 특징 및 이점이 설명, 도면 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 수술 기구의 입면도이다.
도 2는 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 수술 기구의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 예시적인 엔드 이펙터를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 예시적인 엔드 이펙터를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 일 태양의 분해도이다.
도 6은 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 다이어그램을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 태양에 따른 발생기 아키텍처의 구조도를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 태양에 따른 발생기 아키텍처의 기능도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 태양에 따른, 입력 장치를 모니터링하고 출력 장치를 제어하기 위한 제어기를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 태양에 따른 발생기의 일 태양의 구조적 및 기능적 태양을 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 예시적인 엔드 이펙터 및 샤프트를 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 홀 효과(Hall-effect) 센서 및 자석 구성을 도시하는데, 홀 효과 센서는 고정되고 자석은 홀 센서의 면에 수직인 라인으로 이동한다.
도 13a는 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 홀 효과 센서 및 자석 구성을 도시하는데, 홀 효과 센서는 고정되고 자석은 홀 효과 센서의 면에 평행한 라인으로 이동한다.
도 13b는 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 홀 효과 센서 및 자석 구성을 도시하는데, 홀 효과 센서는 고정되고 자석은 홀 효과 센서의 면에 평행한 라인으로 이동한다.
도 14a는 본 발명의 일 태양에 따른, 클램프 아암이 완전 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치로 이동함에 따른 홀 효과 센서의 출력 전압의 거리의 함수로서의 테이블이다.
도 14b는 본 발명의 일 태양에 따른, 클램프 아암이 완전 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치로 이동함에 따른 홀 효과 센서의 출력 전압의 거리의 함수로서의 그래프이다.
도 15a는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 및 대응하는 개방된 조오(jaw) 엔드 이펙터 위치에서의 홀 효과 센서 및 자석 구성의 평면도이다.
도 15b는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 및 대응하는 폐쇄된 조오 엔드 이펙터 위치에서의 홀 효과 센서 및 자석 구성의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 내의 홀 효과 센서 및 자석 구성을 포함하는 시스템의 평면도를 도시한다.
도 17a는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구의 환경에서의 홀 효과 센서 및 자석 구성의 도면을 도시한다.
도 17b는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구의 환경에서의 홀 효과 센서 및 자석 구성의 도면을 도시한다.
도 18은 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 내의 홀 효과 센서 및 자석 구성을 도시한다.
도 19a는 본 발명의 일 태양에 따른 홀 효과 센서 및 자석 구성을 도시한다.
도 19b는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 내의 홀 효과 센서 및 자석 구성을 도시한다.
도 20은 본 발명의 일 태양에 따른, 홀 효과 센서 출력 전압에 기초한, y-축을 따른 이동비(TR)를 x-축을 따른 시간(초)의 함수로서 도시하는 곡선의 그래프이다.
도 21은 본 발명의 일 태양에 따른, 홀 효과 센서 출력 전압에 기초한, 좌측 y-축을 따른 이동비(TR)를 x-축을 따른 시간(초)의 함수로서 도시하는 제1 곡선의 그래프를 도시한다.
도 22는 본 발명의 일 태양에 따른, 초음파 블레이드로의 전력 출력의 비례-적분 제어를 도시하는 차트를 예시한다.
도 23은 본 발명의 일 태양에 따른, 본 명세서에서 설명되는 기술 및 특징부를 사용하여 봉합된 몇몇 혈관을 도시한다.
도 24는 본 발명의 일 태양에 따른, 클램프 아암이 완전 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이에서 이동함에 따른, 홀 효과 센서 출력 전압의 최상의 피팅 곡선의 클램프 아암의 다양한 위치들에 대한 거리의 함수로서의 그래프를 도시한다.
도 25 내지 도 28은 본 발명의 다양한 태양에 따른 4개의 상이한 구성에서 캘리브레이션되는 엔드 이펙터를 도시하는 것으로, 이때 4개의 데이터 포인트(1-4)를 기록하여 제조 중에 최상의 피팅 곡선을 생성하도록 클램프 아암의 다양한 위치에 대응하는 홀 효과 센서 응답을 기록하기 위해 구성들 중 2개에 대해 게이지 핀(gage pin)을 사용하는데, 여기서,
도 25는 본 발명의 일 태양에 따른, 제1 데이터 포인트(1)를 기록하기 위한 완전히 개방된 구성의 엔드 이펙터를 도시하고,
도 26은 본 발명의 일 태양에 따른, 제2 데이터 포인트(2)를 기록하기 위해 기지의 직경의 제1 게이지 핀을 파지한 제2 중간 구성의 엔드 이펙터를 도시하고,
도 27은 본 발명의 일 태양에 따른, 제3 데이터 포인트(3)를 기록하기 위해 기지의 직경의 제2 게이지 핀을 파지한 제3 중간 구성의 엔드 이펙터를 도시하고,
도 28은 본 발명의 일 태양에 따른, 제4 데이터 포인트(4)를 기록하기 위한 완전히 폐쇄된 구성의 엔드 이펙터를 도시한다.
도 29a 내지 도 29d는 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 수술 기구, 및 작은 혈관 및 큰 혈관에 대한 지혈 모드에서 예시적인 출력 전력 수준을 보여주는 차트를 도시하는데,
도 29a는 본 발명의 일 태양에 따른, 작은 혈관 및 큰 혈관을 봉합하도록 구성된 수술 기구의 개략도이고,
도 29b는 본 발명의 일 태양에 따른, 작은 혈관 및 큰 혈관의 예시적인 범위 및 엔드 이펙터의 클램프 아암의 상대 위치의 다이어그램이고,
도 29c는 본 발명의 일 태양에 따른, 상이한 기간 동안 다양한 초음파 에너지 수준을 인가함으로써 작은 혈관을 봉합하기 위한 프로세스를 도시하는 그래프이고,
도 29d는 본 발명의 일 태양에 따른, 상이한 기간 동안 다양한 초음파 에너지 수준을 인가함으로써 큰 혈관을 봉합하기 위한 프로세스를 도시하는 그래프이다.
도 30은 본 발명의 일 태양에 따른, 지혈 모드가 사용되어야 하는지를 결정하기 위한 예시적인 프로세스를 도시하는 논리 다이어그램이다.
도 31은 본 발명의 일 태양에 따른, 엔드 이펙터 제어를 위한 예시적인 프로세스를 도시하는 논리 다이어그램이다.
도 32는 본 발명의 일 태양에 따른, 엔드 이펙터에 대해 제어하기 위한 장치를 캘리브레이션하기 위한 예시적인 프로세스를 도시하는 논리 다이어그램이다.
도 33은 본 발명의 일 태양에 따른, 클램프 아암의 조직 패드 부분의 마모를 추적하고 홀 효과 센서의 결과적인 드리프트(drift)를 보상하고 조직 마찰 계수를 결정하기 위한 프로세스의 논리 다이어그램이다.
도 34는 본 발명의 일 태양에 따른, 도 33의 프로세스와 함께 채용될 수 있는 홀 효과 센서 시스템을 도시한다.
도 35는 본 발명의 일 태양에 따른, 도 34의 홀 효과 센서 시스템과 함께 채용될 수 있는 램프 유형 카운터 아날로그-디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC)의 일 태양을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 수술 기구의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 예시적인 엔드 이펙터를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 예시적인 엔드 이펙터를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 일 태양의 분해도이다.
도 6은 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 다이어그램을 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 태양에 따른 발생기 아키텍처의 구조도를 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 태양에 따른 발생기 아키텍처의 기능도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 태양에 따른, 입력 장치를 모니터링하고 출력 장치를 제어하기 위한 제어기를 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 태양에 따른 발생기의 일 태양의 구조적 및 기능적 태양을 도시한다.
도 11은 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 예시적인 엔드 이펙터 및 샤프트를 도시한다.
도 12는 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 홀 효과(Hall-effect) 센서 및 자석 구성을 도시하는데, 홀 효과 센서는 고정되고 자석은 홀 센서의 면에 수직인 라인으로 이동한다.
도 13a는 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 홀 효과 센서 및 자석 구성을 도시하는데, 홀 효과 센서는 고정되고 자석은 홀 효과 센서의 면에 평행한 라인으로 이동한다.
도 13b는 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 홀 효과 센서 및 자석 구성을 도시하는데, 홀 효과 센서는 고정되고 자석은 홀 효과 센서의 면에 평행한 라인으로 이동한다.
도 14a는 본 발명의 일 태양에 따른, 클램프 아암이 완전 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치로 이동함에 따른 홀 효과 센서의 출력 전압의 거리의 함수로서의 테이블이다.
도 14b는 본 발명의 일 태양에 따른, 클램프 아암이 완전 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치로 이동함에 따른 홀 효과 센서의 출력 전압의 거리의 함수로서의 그래프이다.
도 15a는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 및 대응하는 개방된 조오(jaw) 엔드 이펙터 위치에서의 홀 효과 센서 및 자석 구성의 평면도이다.
도 15b는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 및 대응하는 폐쇄된 조오 엔드 이펙터 위치에서의 홀 효과 센서 및 자석 구성의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 내의 홀 효과 센서 및 자석 구성을 포함하는 시스템의 평면도를 도시한다.
도 17a는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구의 환경에서의 홀 효과 센서 및 자석 구성의 도면을 도시한다.
도 17b는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구의 환경에서의 홀 효과 센서 및 자석 구성의 도면을 도시한다.
도 18은 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 내의 홀 효과 센서 및 자석 구성을 도시한다.
도 19a는 본 발명의 일 태양에 따른 홀 효과 센서 및 자석 구성을 도시한다.
도 19b는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 내의 홀 효과 센서 및 자석 구성을 도시한다.
도 20은 본 발명의 일 태양에 따른, 홀 효과 센서 출력 전압에 기초한, y-축을 따른 이동비(TR)를 x-축을 따른 시간(초)의 함수로서 도시하는 곡선의 그래프이다.
도 21은 본 발명의 일 태양에 따른, 홀 효과 센서 출력 전압에 기초한, 좌측 y-축을 따른 이동비(TR)를 x-축을 따른 시간(초)의 함수로서 도시하는 제1 곡선의 그래프를 도시한다.
도 22는 본 발명의 일 태양에 따른, 초음파 블레이드로의 전력 출력의 비례-적분 제어를 도시하는 차트를 예시한다.
도 23은 본 발명의 일 태양에 따른, 본 명세서에서 설명되는 기술 및 특징부를 사용하여 봉합된 몇몇 혈관을 도시한다.
도 24는 본 발명의 일 태양에 따른, 클램프 아암이 완전 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이에서 이동함에 따른, 홀 효과 센서 출력 전압의 최상의 피팅 곡선의 클램프 아암의 다양한 위치들에 대한 거리의 함수로서의 그래프를 도시한다.
도 25 내지 도 28은 본 발명의 다양한 태양에 따른 4개의 상이한 구성에서 캘리브레이션되는 엔드 이펙터를 도시하는 것으로, 이때 4개의 데이터 포인트(1-4)를 기록하여 제조 중에 최상의 피팅 곡선을 생성하도록 클램프 아암의 다양한 위치에 대응하는 홀 효과 센서 응답을 기록하기 위해 구성들 중 2개에 대해 게이지 핀(gage pin)을 사용하는데, 여기서,
도 25는 본 발명의 일 태양에 따른, 제1 데이터 포인트(1)를 기록하기 위한 완전히 개방된 구성의 엔드 이펙터를 도시하고,
도 26은 본 발명의 일 태양에 따른, 제2 데이터 포인트(2)를 기록하기 위해 기지의 직경의 제1 게이지 핀을 파지한 제2 중간 구성의 엔드 이펙터를 도시하고,
도 27은 본 발명의 일 태양에 따른, 제3 데이터 포인트(3)를 기록하기 위해 기지의 직경의 제2 게이지 핀을 파지한 제3 중간 구성의 엔드 이펙터를 도시하고,
도 28은 본 발명의 일 태양에 따른, 제4 데이터 포인트(4)를 기록하기 위한 완전히 폐쇄된 구성의 엔드 이펙터를 도시한다.
도 29a 내지 도 29d는 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 수술 기구, 및 작은 혈관 및 큰 혈관에 대한 지혈 모드에서 예시적인 출력 전력 수준을 보여주는 차트를 도시하는데,
도 29a는 본 발명의 일 태양에 따른, 작은 혈관 및 큰 혈관을 봉합하도록 구성된 수술 기구의 개략도이고,
도 29b는 본 발명의 일 태양에 따른, 작은 혈관 및 큰 혈관의 예시적인 범위 및 엔드 이펙터의 클램프 아암의 상대 위치의 다이어그램이고,
도 29c는 본 발명의 일 태양에 따른, 상이한 기간 동안 다양한 초음파 에너지 수준을 인가함으로써 작은 혈관을 봉합하기 위한 프로세스를 도시하는 그래프이고,
도 29d는 본 발명의 일 태양에 따른, 상이한 기간 동안 다양한 초음파 에너지 수준을 인가함으로써 큰 혈관을 봉합하기 위한 프로세스를 도시하는 그래프이다.
도 30은 본 발명의 일 태양에 따른, 지혈 모드가 사용되어야 하는지를 결정하기 위한 예시적인 프로세스를 도시하는 논리 다이어그램이다.
도 31은 본 발명의 일 태양에 따른, 엔드 이펙터 제어를 위한 예시적인 프로세스를 도시하는 논리 다이어그램이다.
도 32는 본 발명의 일 태양에 따른, 엔드 이펙터에 대해 제어하기 위한 장치를 캘리브레이션하기 위한 예시적인 프로세스를 도시하는 논리 다이어그램이다.
도 33은 본 발명의 일 태양에 따른, 클램프 아암의 조직 패드 부분의 마모를 추적하고 홀 효과 센서의 결과적인 드리프트(drift)를 보상하고 조직 마찰 계수를 결정하기 위한 프로세스의 논리 다이어그램이다.
도 34는 본 발명의 일 태양에 따른, 도 33의 프로세스와 함께 채용될 수 있는 홀 효과 센서 시스템을 도시한다.
도 35는 본 발명의 일 태양에 따른, 도 34의 홀 효과 센서 시스템과 함께 채용될 수 있는 램프 유형 카운터 아날로그-디지털 컨버터(analog-to-digital converter, ADC)의 일 태양을 도시한다.
본 명세서에서 설명되는 다양한 태양은 원위방향으로 위치된 관절운동가능한 조오 조립체를 포함하는 수술 기구에 관한 것이다. 조오 조립체는 샤프트 관절 대신에 또는 그에 더하여 채용될 수 있다. 예를 들어, 조오 조립체는 조직을 파지하고 이를 초음파 블레이드, RF 전극 또는 조직을 치료하기 위한 다른 구성요소를 향해 이동시키는 데 이용될 수 있다.
일 태양에서, 수술 기구는 엔드 이펙터를 포함할 수 있고, 초음파 블레이드가 그로부터 원위방향으로 연장되어 있다. 조오 조립체는 관절운동가능할 수 있고, 적어도 2개의 축을 중심으로 피벗될 수 있다. 제1 축 또는 손목 피벗 축이 기구 샤프트의 종축에 실질적으로 수직일 수 있다. 조오 조립체는 조오 조립체가 초음파 블레이드에 실질적으로 평행인 제1 위치로부터 조오 조립체가 초음파 블레이드에 실질적으로 평행하지 않은 제2 위치로 손목 피벗 축을 중심으로 피벗될 수 있다. 더욱이, 조오 조립체는 제2 축 또는 조오 피벗 축을 중심으로 피벗가능한 제1 조오 부재 및 제2 조오 부재를 포함할 수 있다. 조오 피벗 축은 손목 피벗 축에 실질적으로 수직일 수 있다. 일부 태양에서, 조오 피벗 축 자체는 조오 조립체가 손목 피벗 축을 중심으로 피벗될 때 피벗될 수 있다. 제1 조오 부재 및 제2 조오 부재는 제1 조오 부재 및 제2 조오 부재가 "개방" 및 "폐쇄"될 수 있도록 조오 피벗 축을 중심으로 서로에 대해 피벗가능할 수 있다. 부가적으로, 일부 태양에서, 제1 조오 부재 및 제2 조오 부재는 또한 제1 조오 부재 및 제2 조오 부재의 방향이 변할 수 있도록 조오 피벗 축을 중심으로 함께 피벗가능하다.
이제, 초음파 및/또는 전기 수술 요소를 포함하는 엔드 이펙터를 갖춘 수동 및 로봇 수술 기구의 예시적인 구현을 보여주는 태양을 비롯한 몇몇 태양을 상세히 참조할 것이다. 실행가능한 경우는 언제나, 유사하거나 동일한 도면 부호가 도면들에 사용될 수 있으며, 유사하거나 동일한 기능성을 지시할 수 있다. 도면은 단지 예시의 목적을 위해 개시된 수술 기구 및/또는 사용 방법의 예시적인 태양을 도시한다. 당업자는 하기의 설명으로부터 본 명세서에 예시된 구조 및 방법의 대안적인 예시적인 태양이 본 명세서에서 설명되는 원리로부터 벗어남이 없이 채용될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다.
도 1은 초음파 수술 기구(10)의 일 태양의 우측면도이다. 예시된 태양에서, 초음파 수술 기구(10)는 내시경 또는 전통적인 개방 수술적 시술을 비롯한 다양한 수술적 시술에 채용될 수 있다. 하나의 태양에서, 초음파 수술 기구(10)는 손잡이 조립체(12), 긴 샤프트 조립체(14), 및 초음파 변환기(16)를 포함한다. 손잡이 조립체(12)는 트리거 조립체(trigger assembly)(24), 원위 회전 조립체(13), 및 스위치 조립체(28)를 포함한다. 긴 샤프트 조립체(14)는 조직을 절개하거나 혈관 및/또는 조직을 상호 파지하고, 절단하고, 응고시키기 위한 요소를 포함하는 엔드 이펙터 조립체(26), 및 엔드 이펙터 조립체(26)를 작동시키기 위한 작동 요소를 포함한다. 손잡이 조립체(12)는 근위 단부에서 초음파 변환기(16)를 수용하도록 구성된다. 초음파 변환기(16)는 긴 샤프트 조립체(14) 및 엔드 이펙터 조립체(26)의 부분에 기계적으로 맞물린다. 초음파 변환기(16)는 케이블(22)을 통해 발생기(20)에 전기적으로 결합된다. 도면들 중 대부분이 복강경 수술적 시술과 관련하여 사용하기 위한 다중 엔드 이펙터 조립체(26)를 도시하지만, 초음파 수술 기구(10)는 더 전통적인 개방 수술적 시술에 채용될 수 있으며, 다른 태양에서 내시경 시술에 사용하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서의 목적을 위해, 초음파 수술 기구(10)는 내시경 기구의 관점에서 설명되지만, 초음파 수술 기구(10)의 개방 및/또는 복강경 버전이 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 동일하거나 유사한 작동 구성요소 및 특징부를 포함할 수 있음이 고려된다.
다양한 태양에서, 발생기(20)는 모듈 및/또는 블록과 같은 몇몇 기능 요소를 포함한다. 상이한 기능 요소 또는 모듈이 상이한 종류의 수술용 장치를 구동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 초음파 발생기 모듈(21)이 초음파 수술 기구(10)와 같은 초음파 장치를 구동시킬 수 있다. 일부 예시적인 태양에서, 발생기(20)는 또한 전기수술용 장치(또는 초음파 수술 기구(10)의 전기수술 태양)를 구동시키기 위한 전기수술/RF 발생기 모듈(23)을 포함한다. 도 1에 예시된 예시적인 태양에서, 발생기(20)는 발생기(20)와 일체인 제어 시스템(25), 및 케이블(27)을 통해 발생기에 연결된 풋 스위치(foot switch)(29)를 포함한다. 발생기(20)는 또한 기구(10)와 같은 수술 기구를 활성화시키기 위한 트리거링 메커니즘을 포함할 수 있다. 트리거링 메커니즘은 풋 스위치(29)뿐만 아니라 전원 스위치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 풋 스위치(29)에 의해 활성화된 때, 발생기(20)는 수술 기구(10)의 음향 조립체를 구동시키도록 그리고 엔드 이펙터(18)를 사전결정된 편위 수준으로 구동시키도록 에너지를 제공할 수 있다. 발생기(20)는 음향 조립체를 음향 조립체의 임의의 적합한 공진 주파수로 구동시키거나 여기시키고/시키거나, 치료/부-치료(sub-therapeutic) 전자기/RF 에너지를 도출한다. 일 태양에서, 전기수술/RF 발생기 모듈(23)은 무선 주파수(RF) 에너지를 사용하여 양극 전기수술을 수행하기에 충분한 전력을 공급할 수 있는 전기수술 유닛(electrosurgery unit, ESU)으로서 구현될 수 있다. 일 태양에서, ESU는 미국 조지아주 매리에타 소재의 에르베 유에스에이, 인크.(ERBE USA, Inc.)에 의해 판매되는 양극 에르베(ERBE) ICC 350일 수 있다. 양극 전기수술 응용에서, 앞서 논의된 바와 같이, 활성 전극 및 복귀 전극을 갖는 수술 기구가 이용될 수 있으며, 여기서 활성 전극 및 복귀 전극은 치료될 조직에 맞대어져 또는 그것에 인접하게 위치될 수 있어서, 전류가 활성 전극으로부터 조직을 통해 복귀 전극으로 흐르게 할 수 있다. 따라서, 전기수술/RF 발생기 모듈(23)은 조직을 치료(예컨대, 소작(cauterization))하기에 충분한 전기 에너지를 조직(T)에 인가함으로써 치료 목적을 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 태양에서, 활성 및/또는 복귀 전극은 본 명세서에서 설명되는 조오 조립체 상에 위치될 수 있다.
일 태양에서, 전기수술/RF 발생기 모듈(23)은 조직 임피던스 측정 모듈을 구현하기 위해 부-치료(subtherapeutic) RF 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 일 태양에서, 전기수술/RF 발생기 모듈(23)은 양극 무선 주파수 발생기를 포함한다. 일 태양에서, 전기수술/RF 발생기 모듈(23)은 조직(T)의 전기 임피던스(Z)를 모니터링하도록, 그리고 엔드 이펙터 조립체(26)의 클램프 부재(clamp member) 상에 제공된 복귀 전극에 의해 조직(T)에 기초하여 시간 및 전력 수준의 특성을 제어하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전기수술/RF 발생기 모듈(23)은 조직(T)의 임피던스 또는 다른 전기적 특성을 측정하기 위한 부-치료 목적을 위해 구성될 수 있다. 조직(T)의 임피던스 또는 다른 전기적 특성을 측정하기 위한 기술 및 회로 구성이, 발명의 명칭이 "Electrosurgical Generator for Ultrasonic Surgical Instrument"인 공히 양도된 미국 특허 공개 제2011/0015631호에 보다 상세히 논의되며, 이 미국 특허 공개의 개시내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
적합한 초음파 발생기 모듈(21)은 본 명세서에 모두가 참고로 포함되는 하기의 미국 특허들 중 하나 이상에 개시된 바와 같이, 미국 오하이오주 신시내티 소재의 에티콘 엔도-서저리, 인크.(Ethicon Endo-Surgery, Inc.)에 의해 판매되는 GEN300과 유사한 방식으로 기능적으로 작동하도록 구성될 수 있다: 미국 특허 제6,480,796호(Method for Improving the Start Up of an Ultrasonic System Under Zero Load Conditions); 미국 특허 제6,537,291호(Method for Detecting a Loose Blade in a Hand Piece Connected to an Ultrasonic Surgical System); 미국 특허 제6,662,127호(Method for Detecting Presence of a Blade in an Ultrasonic System); 미국 특허 제6,977,495호(Detection Circuitry for Surgical Handpiece System); 미국 특허 제7,077,853호(Method for Calculating Transducer Capacitance to Determine Transducer Temperature); 미국 특허 제7,179,271호(Method for Driving an Ultrasonic System to Improve Acquisition of Ultrasonic Blade Resonance Frequency at Startup); 및 미국 특허 제7,273,483호(Apparatus and Method for Alerting Generator Function in an Ultrasonic Surgical System).
다양한 태양에서, 발생기(20)는 몇몇 모드로 작동하도록 구성될 수 있음이 인식될 것이다. 하나의 모드에서, 발생기(20)는 초음파 발생기 모듈(21) 및 전기수술/RF 발생기 모듈(23)이 독립적으로 작동될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 초음파 발생기 모듈(21)은 엔드 이펙터 조립체(26)에 초음파 에너지를 인가하도록 활성화될 수 있고, 후속하여, 치료 또는 부-치료 RF 에너지가 전기수술/RF 발생기 모듈(23)에 의해 엔드 이펙터 조립체(26)에 인가될 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 부-치료 전기수술/RF 에너지는 초음파 발생기 모듈(21)의 활성화를 제어하거나 활성화를 변경하기 위해 조직 임피던스를 측정하도록 엔드 이펙터 조립체(26)의 클램프 요소들 사이에 클램핑된 조직에 인가될 수 있다. 부-치료 에너지의 인가로부터의 조직 임피던스 피드백이 또한 엔드 이펙터 조립체(26)의 클램프 요소들 사이에 클램핑된 조직(예컨대, 혈관)을 봉합하기 위해 전기수술/RF 발생기 모듈(23)의 치료 수준을 활성화시키도록 채용될 수 있다.
다른 태양에서, 초음파 발생기 모듈(21) 및 전기수술/RF 발생기 모듈(23)은 동시에 활성화될 수 있다. 일 예에서, 엔드 이펙터 조립체(26)의 초음파 블레이드가 엔드 이펙터 조립체(26)의 클램프 요소들 사이에 클램핑된 조직(또는 혈관)을 절단하고 응고시키면서 동시에, 조직 임피던스를 측정하기 위해 초음파 발생기 모듈(21)이 부-치료 RF 에너지 수준으로 동시에 활성화된다. 그러한 피드백은, 예를 들어 초음파 발생기 모듈(21)의 구동 출력을 변경하는 데 채용될 수 있다. 다른 예에서, 전기수술/RF 에너지가 조직(또는 혈관)을 봉합하기 위해 엔드 이펙터 클램프 조립체(26)의 전극 부분에 인가되는 동안 엔드 이펙터 조립체(26)의 초음파 블레이드 부분이 손상된 조직을 절단하기 위해 채용되도록, 초음파 발생기 모듈(21)은 전기수술/RF 발생기 모듈(23)과 동시에 구동될 수 있다.
발생기(20)가 트리거링 메커니즘을 통해 활성화된 때, 전기 에너지가 발생기(20)에 의해 음향 조립체의 변환기 스택(stack) 또는 조립체에 연속적으로 인가된다. 다른 태양에서, 전기 에너지가 발생기(20)에 의해 단속적으로 인가된다(예컨대, 펄스식으로 인가됨). 발생기(20)의 제어 시스템 내의 위상고정 루프(phaselocked loop)가 음향 조립체로부터의 피드백을 모니터링할 수 있다. 위상 고정 루프는 발생기(20)에 의해 전송되는 전기 에너지의 주파수를, 음향 조립체의 선택된 종방향 진동 모드의 공진 주파수와 매칭하도록 조절한다. 또한, 제어 시스템(25) 내의 제2 피드백 루프가, 음향 조립체의 엔드 이펙터(18)에서 실질적으로 일정한 편위를 달성하기 위해, 음향 조립체에 공급되는 전류를 사전-선택된 일정한 수준으로 유지한다. 또 다른 태양에서, 제어 시스템(25) 내의 제3 피드백 루프가 엔드 이펙터 조립체(26) 내에 위치된 전극들 사이의 임피던스를 모니터링한다. 도 1 내지 도 5가 수동 작동식 초음파 수술 기구를 도시하지만, 초음파 수술 기구는 또한, 예를 들어 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 로봇 응용뿐만 아니라, 수동 응용과 로봇 응용의 조합에 사용될 수 있음이 인식될 것이다.
초음파 작동 모드에서, 음향 조립체에 공급되는 전기 신호는 엔드 이펙터(18)의 원위 단부가, 예를 들어 대략 20 ㎑ 내지 250 ㎑의 범위 내에서 종방향으로 진동하게 할 수 있다. 다양한 태양에 따르면, 초음파 블레이드(22)는 약 54 ㎑ 내지 56 ㎑의 범위 내에서, 예를 들어 약 55.5 ㎑로 진동할 수 있다. 다른 태양에서, 초음파 블레이드(22)는, 예를 들어 약 31 ㎑ 또는 약 80 ㎑를 비롯한 다른 주파수로 진동할 수 있다. 초음파 블레이드에서의 진동의 편위는, 예를 들어 발생기(20)에 의해 음향 조립체의 변환기 조립체에 인가되는 전기 신호의 진폭을 제어함으로써 제어될 수 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 발생기(20)의 트리거링 메커니즘은 전기 에너지가 음향 조립체에 연속적으로 또는 단속적으로 공급될 수 있도록 사용자가 발생기(20)를 활성화시키는 것을 허용한다. 발생기(20)는 또한 전기수술 유닛 또는 종래의 전기 콘센트 내에의 삽입을 위한 전력선을 갖는다. 발생기(20)가 또한 배터리와 같은 직류(DC) 소스에 의해 전력을 공급받을 수 있는 것이 고려된다. 발생기(20)는 에티콘 엔도-서저리, 인크.로부터 입수가능한 모델 번호 GEN04 및/또는 모델 번호 GEN11과 같은 임의의 적합한 발생기를 포함할 수 있다.
도 2는 손잡이 조립체(12), 원위 회전 조립체(13), 및 긴 샤프트 조립체(14)를 도시하는, 초음파 수술 기구(10)의 하나의 예시적인 태양의 좌측 사시도이다. 도 3은 엔드 이펙터 조립체(26)를 도시한다. 예시된 태양에서, 긴 샤프트 조립체(14)는 엔드 이펙터 조립체(26)와 기계적으로 맞물리도록 치수설정된 원위 단부(52), 및 손잡이 조립체(12) 및 원위 회전 조립체(13)와 기계적으로 맞물리는 근위 단부(50)를 포함한다. 긴 샤프트 조립체(14)의 근위 단부(50)는 손잡이 조립체(12) 및 원위 회전 조립체(13) 내에 수용된다. 긴 샤프트 조립체(14)와, 손잡이 조립체(12)와, 원위 회전 조립체(13) 사이의 연결에 관한 더 상세한 사항이 도 5의 설명에서 제공된다. 예시된 태양에서, 트리거 조립체(24)는 고정 손잡이(34)와 관련하여 작동하는 트리거(32)를 포함한다. 고정 손잡이(34) 및 트리거(32)는 인체공학적으로 형성되고, 사용자와 편안하게 인터페이싱하도록 구성된다. 고정 손잡이(34)는 손잡이 조립체(12)와 일체로 결합된다. 트리거(32)는 초음파 수술 기구(10)의 작동에 관하여 하기에 더 상세히 설명되는 바와 같이 고정 손잡이(34)에 대해 피벗식으로 이동가능하다. 트리거(32)는 사용자가 트리거(32)에 대해 압박력(squeezing force)을 인가할 때 고정 손잡이(34)를 향해 방향(33a)으로 피벗식으로 이동가능하다. 스프링 요소(98)(도 5)는 사용자가 트리거(32)에 대한 압박력을 해제시킬 때 트리거(32)가 방향(33b)으로 피벗식으로 이동하게 한다.
하나의 예시적인 태양에서, 트리거(32)는 긴 트리거 후크(36)를 포함하며, 이 긴 트리거 후크는 긴 트리거 후크(36)와 트리거(32) 사이에 개구(38)를 한정한다. 개구(38)는 그것을 통해 사용자의 하나의 또는 다수의 손가락을 수용하도록 적합하게 크기설정된다. 트리거(32)는 또한 트리거(32) 기재 위에 몰딩된 탄성 부분(32a)을 포함할 수 있다. 오버몰딩된 탄성 부분(32a)은 외향 방향(33b)으로의 트리거(32)의 제어를 위한 더욱 편안한 접촉 표면을 제공하도록 형성된다. 하나의 예시적인 태양에서, 오버몰딩된 탄성 부분(32a)은 긴 트리거 후크(36)의 일부분 위에 제공될 수 있다. 긴 트리거 후크(32)의 근위 표면은 사용자가 그의 손가락을 개구(38) 내외로 용이하게 활주시키는 것을 가능하게 하기 위해 코팅되지 않은 상태로 또는 비-탄성 기재로 코팅된 상태로 유지된다. 다른 태양에서, 트리거의 기하학적 형상은 그것을 통해 사용자의 하나의 또는 다수의 손가락을 수용하도록 적합하게 크기설정된 개구를 한정하는 완전 폐쇄 루프를 형성한다. 완전 폐쇄 루프 트리거가 또한 트리거 기재 위에 몰딩된 탄성 부분을 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 태양에서, 고정 손잡이(34)는 근위 접촉 표면(40) 및 그립 앵커(grip anchor) 또는 새들 표면(saddle surface)(42)을 포함한다. 새들 표면(42)은 엄지 손가락과 집게 손가락이 손 상에서 연결되는 갈퀴막(web) 상에 놓인다. 근위 접촉 표면(40)은 링 또는 개구가 없는 보통의 피스톨 그립(pistol grip)에서 손의 손바닥을 수용하는 피스톨 그립 윤곽부를 갖는다. 근위 접촉 표면(40)의 프로파일 곡선은 손의 손바닥을 수용하거나 받아들이도록 윤곽형성될 수 있다. 안정화 테일(stabilization tail)(44)이 손잡이 조립체(12)의 더 근위 부분을 향해 위치된다. 안정화 테일(44)은 손잡이 조립체(12)를 안정시키고 손잡이 조립체(12)를 더 제어가능하게 만들기 위해 엄지 손가락과 집게 손가락 사이에 위치된 손의 최상부 갈퀴막 부분과 접촉할 수 있다.
하나의 예시적인 태양에서, 스위치 조립체(28)는 토글 스위치(30)를 포함할 수 있다. 토글 스위치(30)는 동시 활성화의 가능성을 제거하기 위해 중심 피벗(304)이 손잡이 조립체(12) 내부에 위치된 단일 구성요소로서 구현될 수 있다. 하나의 예시적인 태양에서, 토글 스위치(30)는 초음파 변환기(16)의 전력 세팅을 최소 전력 수준(예컨대, MIN)과 최대 전력 수준(예컨대, MAX) 사이에 설정하기 위한 제1 돌출 노브(knob)(30a) 및 제2 돌출 노브(30b)를 포함한다. 다른 태양에서, 로커 스위치(rocker switch)가 표준 세팅과 특수 세팅 사이에서 피벗할 수 있다. 특수 세팅은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 특수 프로그램, 프로세스, 또는 알고리즘이 장치에 의해 구현되도록 허용할 수 있다. 토글 스위치(30)는 제1 돌출 노브(30a) 및 제2 돌출 노브(30b)가 작동됨에 따라 중심 피벗을 중심으로 회전한다. 하나 이상의 돌출 노브(30a, 30b)는, 작은 호(arc)를 통해 이동하고, 제1 또는 제2 돌출 노브(30a, 30b)의 활성화에 따라 초음파 변환기(16)에 전기적으로 동력을 공급하거나 동력 공급을 차단하기 위해 전기 접점이 전기 회로를 닫거나 열게 하는 하나 이상의 아암에 결합된다. 토글 스위치(30)는 초음파 변환기(16)의 활성화를 제어하기 위해 발생기(20)에 결합된다. 토글 스위치(30)는 초음파 변환기(16)에 대한 하나 이상의 전력 세팅을 설정하기 위해 초음파 변환기(16)를 활성화시키기 위한 하나 이상의 전력 세팅 스위치를 포함한다. 토클 스위치(30)를 활성화시키는 데 필요한 힘은 실질적으로 새들점(saddle point)(42)을 향해 지향되어서, 토글 스위치(30)가 활성화된 때 기구가 손 안에서 회전하는 임의의 경향을 회피한다.
하나의 예시적인 태양에서, 제1 및 제2 돌출 노브(30a, 30b)는 손잡이 조립체(12)의 원위 단부 상에 위치되어서, 그것들이 핸드 그립의 최소의 재위치설정을 갖고서 또는 핸드 그립의 재위치설정이 실질적으로 전혀 없이 전력을 활성화시키기 위해 사용자에 의해 쉽게 접근가능할 수 있어, 토글 스위치(30)를 활성화시키면서 수술 부위(예컨대, 복강경 시술에서의 모니터)에 집중된 주의를 지속, 제어 및 유지하는 것을 적합하게 만든다. 돌출 노브(30a, 30b)는 가변적인 손가락 길이에 의해 더 쉽게 접근가능하도록 그리고 곤란한 위치에서의 또는 더 짧은 손가락에 대한 활성화에의 더 큰 접근 자유를 허용하도록 손잡이 조립체(12)의 측부를 어느 정도까지 둘러싸도록 구성될 수 있다. 예시된 태양에서, 제1 돌출 노브(30a)는 사용자가 제1 돌출 노브(30a)를 제2 돌출 노브(30b)와 구별하도록 허용하기 위해 복수의 촉각 요소(30c), 예컨대 예시된 태양에서 텍스처화된(textured) 돌출부 또는 "범프"를 포함한다. 몇 개의 인체공학적 특징부가 손잡이 조립체(12)에 통합될 수 있음이 당업자에 의해 인식될 것이다. 그러한 인체공학적 특징부는 발명의 명칭이 "Ergonomic Surgical Instruments"인 미국 특허 출원 공개 제2009/0105750호에 설명되며, 이는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
하나의 예시적인 태양에서, 토글 스위치(30)는 사용자의 손에 의해 작동될 수 있다. 사용자는 임의의 지점에서 제1 및 제2 돌출 노브(30a, 30b)에 쉽게 접근할 수 있는 동시에 또한 언제라도 우발적인 또는 의도하지 않은 활성화를 회피할 수 있다. 토글 스위치(30)는 초음파 조립체(16) 및/또는 초음파 조립체(16)로의 전력을 제어하도록 손가락으로 쉽게 작동될 수 있다. 예를 들어, 집게 손가락이 제1 접촉 부분(30a)을 활성화시켜 초음파 조립체(16)를 최대(MAX) 전력 수준으로 켜는 데 채용될 수 있다. 집게 손가락은 제2 접촉 부분(30b)을 활성화시켜 초음파 조립체(16)를 최소(MIN) 전력 수준으로 켜는 데 채용될 수 있다. 다른 태양에서, 로커 스위치가 기구(10)를 표준 세팅과 특수 세팅 사이에서 피벗시킬 수 있다. 특수 세팅은 하나 이상의 특수 프로그램이 기구(10)에 의해 구현되도록 허용할 수 있다. 토글 스위치(30)는 사용자가 제1 또는 제2 돌출 노브(30a, 30b)를 봐야 함이 없이 작동될 수 있다. 예를 들어, 제1 돌출 노브(30a) 또는 제2 돌출 노브(30b)는 보지 않고서 제1 돌출 노브(30a)와 제2 돌출 노브(30b)를 촉각으로 구별하기 위해 텍스처 또는 돌출부를 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 태양에서, 원위 회전 조립체(13)는 종축("T")을 중심으로 어느 방향으로든 제한 없이 회전가능하다. 원위 회전 조립체(13)는 긴 샤프트 조립체(14)에 기계적으로 맞물린다. 원위 회전 조립체(13)는 손잡이 조립체(12)의 원위 단부 상에 위치된다. 원위 회전 조립체(13)는 원통형 허브(46) 및 허브(46) 위에 형성된 회전 노브(48)를 포함한다. 허브(46)는 긴 샤프트 조립체(14)와 기계적으로 맞물린다. 회전 노브(48)는 세로 홈이 새겨진 중합체 특징부를 포함할 수 있고, 긴 샤프트 조립체(14)를 회전시키기 위해 손가락(예컨대, 집게 손가락)에 의해 맞물릴 수 있다. 허브(46)는 회전 노브(48)를 형성하기 위해 주된 구조물 위에 몰딩된 재료를 포함할 수 있다. 회전 노브(48)는 허브(46) 위에 오버몰딩될 수 있다. 허브(46)는 원위 단부에서 노출되는 단부 캡 부분(46a)을 포함한다. 허브(46)의 단부 캡 부분(46a)은 복강경 시술 동안 투관침의 표면과 접촉할 수 있다. 허브(46)는 단부 캡 부분(46a)과 투관침 사이에서 발생할 수 있는 임의의 마찰을 완화시키기 위해 폴리카르보네이트와 같은 경질 내구성 플라스틱으로 형성될 수 있다. 회전 노브(48)는 더 정밀한 회전 그립을 제공하기 위해 융기된 리브(raised rib)(48a)들 및 리브(48a)들 사이에 위치되는 오목한 부분(48b)으로 형성되는 "스캘럽(scallop)" 또는 세로 홈을 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 태양에서, 회전 노브(48)는 복수의 세로 홈(예컨대, 3개 이상의 세로 홈)을 포함할 수 있다. 다른 태양에서, 임의의 적합한 개수의 세로 홈이 채용될 수 있다. 회전 노브(48)는 경질 플라스틱 재료 상에 오버몰딩된 더 연질의 중합체 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 회전 노브(48)는, 예컨대 지엘에스 코포레이션(GLS Corporation)에 의해 제조된 버사플렉스(Versaflex)(등록상표) TPE 합금을 비롯한 유연한, 탄성적인, 가요성 중합체 재료로 형성될 수 있다. 이러한 더 연질의 오버몰딩된 재료는 회전 노브(48)의 더 큰 그립 및 그것의 이동의 더 정밀한 제어를 제공할 수 있다. 살균에 대한 적절한 저항을 제공하고, 생체적합성이며, 수술용 장갑에 대한 적절한 마찰 저항을 제공하는 임의의 재료가 회전 노브(48)를 형성하는 데 채용될 수 있음이 인식될 것이다.
하나의 예시적인 태양에서, 손잡이 조립체(12)는 제1 부분(12a) 및 제2 부분(12b)을 포함하는 2개의 하우징 부분 또는 슈라우드로부터 형성된다. 원위 단부로부터 근위 단부를 향해 손잡이 조립체(12)를 관찰하는 사용자의 관점으로부터, 제1 부분(12a)은 우측 부분으로 간주되고 제2 부분(12b)은 좌측 부분으로 간주된다. 제1 및 제2 부분(12a, 12b)의 각각은, 서로 기계적으로 정렬되고 맞물려 손잡이 조립체(12)를 형성하고 그의 내부 작동 구성요소를 둘러싸도록 치수설정된 복수의 인터페이스(69)(도 5)를 포함한다. 손잡이 조립체(12)와 일체로 결합되는 고정 손잡이(34)는 손잡이 조립체(12)의 제1 및 제2 부분(12a, 12b)의 조립시에 형상을 갖춘다. 복수의 추가의 인터페이스(도시되지 않음)가 초음파 용접 목적을 위해 손잡이 조립체(12)의 제1 및 제2 부분(12a, 12b)의 주연부(periphery) 둘레의 다양한 지점, 예컨대 에너지 지향/편향 지점에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 부분(12a, 12b)(뿐만 아니라 하기에 설명되는 다른 구성요소)은 당업계에 알려진 임의의 방식으로 함께 조립될 수 있다. 예를 들어, 정렬 핀, 스냅형(snap-like) 인터페이스, 텅(tongue) 및 홈 인터페이스, 로킹 탭, 접착 포트가 모두 조립 목적을 위해 단독으로 또는 조합되어 이용될 수 있다.
하나의 예시적인 태양에서, 긴 샤프트 조립체(14)는 손잡이 조립체(12) 및 원위 회전 조립체(13)와 기계적으로 맞물리도록 구성된 근위 단부(50); 및 엔드 이펙터 조립체(26)와 기계적으로 맞물리도록 구성된 원위 단부(52)를 포함한다. 긴 샤프트 조립체(14)는 외측 관형 시스(sheath)(56), 및 외측 관형 시스(56) 내에 위치된 왕복 관형 작동 부재(58)를 포함한다. 왕복 관형 작동 부재(58)의 근위 단부는 트리거(32)의 작동 및/또는 해제에 응답하여 어느 한 방향(60A 또는 60B)으로 이동하도록 손잡이 조립체(12)의 트리거(32)에 기계적으로 맞물린다. 피벗가능하게 이동가능한 트리거(32)는 종축("T")을 따라 왕복 운동을 발생시킬 수 있다. 그러한 운동은, 예를 들어 엔드 이펙터 조립체(26)의 조오 또는 클램핑 메커니즘을 작동시키는 데 사용될 수 있다. 일련의 링크 장치들이 트리거(32)의 피벗 회전을, 엔드 이펙터 조립체(26)의 클램핑 메커니즘의 조오의 개방 및 폐쇄를 제어하는, 작동 메커니즘에 결합된 요크(yoke)의 축방향 이동으로 변환시킨다. 왕복 관형 작동 부재(58)의 원위 단부는 엔드 이펙터 조립체(26)에 기계적으로 맞물린다. 예시된 태양에서, 왕복 관형 작동 부재(58)의 원위 단부는 피벗점(70)(도 4)을 중심으로 피벗가능한 클램프 아암 조립체(64)에 기계적으로 맞물려, 트리거(32)의 작동 및/또는 해제에 응답하여 클램프 아암 조립체(64)를 개방 및 폐쇄시킨다. 예를 들어, 예시된 태양에서, 클램프 아암 조립체(64)는 트리거(32)가 방향(33a)으로 압박될 때 피벗점(70)을 중심으로 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 방향(62A)으로 이동가능하다. 클램프 아암 조립체(64)는 트리거(32)가 방향(33b)으로 해제되거나 외향으로 접촉될 때 피벗점(70)을 중심으로 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 방향(62B)으로 이동가능하다.
하나의 예시적인 태양에서, 엔드 이펙터 조립체(26)는 긴 샤프트 조립체(14)의 원위 단부(52)에서 부착되고, 클램프 아암 조립체(64) 및 초음파 블레이드(66)를 포함한다. 엔드 이펙터 조립체(26)의 클램핑 메커니즘의 조오는 클램프 아암 조립체(64) 및 초음파 블레이드(66)에 의해 형성된다. 초음파 블레이드(66)는 초음파적으로 작동가능하고, 초음파 변환기(16)에 음향학적으로 결합된다. 손잡이 조립체(12) 상의 트리거(32)는 궁극적으로, 클램프 아암 조립체(64)의 이동을 달성하기 위해 함께 기계적으로 협력하는 구동 조립체에 연결된다. 트리거(32)를 방향(33a)으로 압박하는 것은 클램프 아암 조립체(64)를, 클램프 아암 조립체(64) 및 초음파 블레이드(66)가 서로에 대해 이격된 관계로 배치되는 개방 위치로부터, 클램프 아암 조립체(64) 및 초음파 블레이드(66)가 그것들 사이에 조직을 파지하도록 협력하는 클램핑된 또는 폐쇄 위치로 방향(62A)으로 이동시킨다. 클램프 아암 조립체(64)는 초음파 블레이드(66)와 클램프 아암(64) 사이에 조직을 맞물리게 하기 위해 클램프 패드(69)를 포함할 수 있다. 트리거(32)를 방향(33b)으로 해제시키는 것은 클램프 아암 조립체(64)를 폐쇄된 관계로부터, 클램프 아암 조립체(64) 및 초음파 블레이드(66)가 서로에 대해 이격된 관계로 배치되는 개방 위치로 방향(62B)으로 이동시킨다.
손잡이 조립체(12)의 근위 부분은 초음파 조립체(16)의 원위 단부를 수용하기 위한 근위 개방부(68)를 포함한다. 초음파 조립체(16)는 근위 개방부(68) 내에 삽입되고, 긴 샤프트 조립체(14)에 기계적으로 맞물린다.
하나의 예시적인 태양에서, 트리거(32)의 긴 트리거 후크(36) 부분은 더 짧은 스팬 및 회전 이동거리를 갖는 더 긴 트리거 레버를 제공한다. 긴 트리거 후크(36)의 더 긴 레버는 사용자가 개구(38) 내의 다수의 손가락을 이용하여 긴 트리거 후크(36)를 작동시키고 트리거(32)를 방향(33b)으로 피벗시켜 엔드 이펙터 조립체(26)의 조오를 개방시키도록 허용한다. 예를 들어, 사용자는 3개의 손가락(예컨대, 가운데 손가락, 넷째 손가락 및 새끼 손가락)을 개구(38) 내에 삽입할 수 있다. 다수의 손가락은 외과의가 더 큰 투입력을 트리거(32) 및 긴 트리거 후크(326)에 가하여 엔드 이펙터 조립체(26)를 활성화시키도록 허용한다. 보다 짧은 스팬 및 회전 이동거리는 트리거(32)를 방향(33a)으로 폐쇄시키거나 압박할 때 또는 트리거(32)를 외향 개방 운동으로 방향(33b)으로 개방시킬 때 더 편안한 그립을 생성하여, 손가락을 더욱 외향으로 내밀 필요를 감소시킨다. 이는 방향(33b)으로의 트리거(32)의 외향 개방 운동과 연관된 손 피로 및 부담을 상당히 감소시킨다. 트리거의 외향 개방 운동은 피로 완화를 돕기 위해 스프링 요소(98)(도 5)에 의해 스프링-보조될 수 있다. 개방 스프링력은 개방의 용이함을 돕기에 충분하지만, 확산 절개 동안 조직 긴장 상태의 촉각 피드백에 불리한 영향을 미치기에 충분히 강하지는 않다.
예를 들어, 수술적 시술 동안, 어느 한 집게 손가락이 긴 샤프트 조립체(14)의 회전을 제어하여 엔드 이펙터 조립체(26)의 조오를 적합한 배향에 위치시키는 데 사용될 수 있다. 가운데 손가락 및/또는 다른 더 낮은 쪽 손가락이 트리거(32)를 압박하고 조직을 조오 내에 파지하는 데 사용될 수 있다. 일단 조오가 원하는 위치에 위치되고 조오가 조직에 맞대어져 클램핑되면, 집게 손가락이 토글 스위치(30)를 활성화시켜 초음파 변환기(16)의 전력 수준을 조절하여서 조직을 치료하는 데 사용될 수 있다. 일단 조직이 치료되면, 사용자는 가운데 손가락 및/또는 더 낮은 쪽 손가락으로 긴 트리거 후크(36)에 대해 원위 방향으로 외향으로 밀어내어 엔드 이펙터 조립체(26)의 조오를 개방시킴으로써 트리거(32)를 해제시킬 수 있다. 이러한 기본적인 절차는 사용자가 손잡이 조립체(12)의 그의 그립을 조절해야 함이 없이 수행될 수 있다.
도 3 및 도 4는 엔드 이펙터 조립체(26)에 대한 긴 샤프트 조립체(14)의 연결을 도시한다. 앞서 기술된 바와 같이, 예시된 태양에서, 엔드 이펙터 조립체(26)는 클램핑 메커니즘의 조오를 형성하도록 클램프 아암 조립체(64) 및 초음파 블레이드(66)를 포함한다. 초음파 블레이드(66)는 초음파 변환기(16)에 음향학적으로 결합된 초음파적으로 작동가능한 초음파 블레이드일 수 있다. 트리거(32)는 구동 조립체에 기계적으로 연결된다. 함께, 트리거(32) 및 구동 조립체는 기계적으로 협력하여 클램프 아암 조립체(64)를, 클램프 아암 조립체(64) 및 초음파 블레이드(66)가 서로에 대해 이격된 관계로 배치되는 개방 위치로 방향(62A)으로, 클램프 아암 조립체(64) 및 초음파 블레이드(66)가 그것들 사이에 조직을 파지하도록 협력하는 클램핑된 또는 폐쇄 위치로 방향(62B)으로 이동시킨다. 클램프 아암 조립체(64)는 초음파 블레이드(66)와 클램프 아암(64) 사이에 조직을 맞물리게 하기 위해 클램프 패드(69)를 포함할 수 있다. 왕복 관형 작동 부재(58)의 원위 단부는 엔드 이펙터 조립체(26)에 기계적으로 맞물린다. 예시된 태양에서, 왕복 관형 작동 부재(58)의 원위 단부는 피벗점(70)을 중심으로 피벗가능한 클램프 아암 조립체(64)에 기계적으로 맞물려, 트리거(32)의 작동 및/또는 해제에 응답하여 클램프 아암 조립체(64)를 개방 및 폐쇄시킨다. 예를 들어, 예시된 태양에서, 클램프 아암 조립체(64)는 트리거(32)가 방향(33a)으로 압박될 때 피벗점(70)을 중심으로 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 방향(62B)으로 이동가능하다. 클램프 아암 조립체(64)는 트리거(32)가 방향(33b)으로 해제되거나 외향으로 접촉될 때 피벗점(70)을 중심으로 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 방향(62A)으로 이동가능하다.
앞서 논의된 바와 같이, 클램프 아암 조립체(64)는 치료 및/또는 부-치료 에너지를 수용하기 위해 전기수술/RF 발생기 모듈(23)에 전기적으로 결합된 전극을 포함할 수 있으며, 여기서 전기수술/RF 에너지는 초음파 블레이드(66)에 인가되는 초음파 에너지와 동시에 또는 비-동시에 전극에 인가될 수 있다. 그러한 에너지 활성화들은 알고리즘 또는 다른 제어 논리와 협력하여 원하는 조직 효과를 달성하기 위해 임의의 적합한 조합으로 인가될 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 초음파 수술 기구(10)의 분해도이다. 예시된 태양에서, 이 분해도는 손잡이 조립체(12)의 내부 요소, 손잡이 조립체(12), 원위 회전 조립체(13), 스위치 조립체(28), 및 긴 샤프트 조립체(14)를 보여준다. 예시된 태양에서, 제1 및 제2 부분(12a, 12b)은 정합되어 손잡이 조립체(12)를 형성한다. 제1 및 제2 부분(12a, 12b)은 각각, 서로 기계적으로 정렬되고 맞물려 손잡이 조립체(12)를 형성하고 초음파 수술 기구(10)의 내부 작동 구성요소를 둘러싸도록 치수설정된 복수의 인터페이스(69)를 포함한다. 회전 노브(48)는 그것이 360°까지 원형 방향(54)으로 회전될 수 있도록 외측 관형 시스(56)에 기계적으로 맞물린다. 외측 관형 시스(56)는, 복수의 결합 요소(72)를 통해 손잡이 조립체(12)에 기계적으로 맞물리고 그것 내에 보유되는 왕복 관형 작동 부재(58) 위에 위치된다. 결합 요소(72)는 O-링(72a), 관 칼라 캡(tube collar cap)(72b), 원위 와셔(washer)(72c), 근위 와셔(72d), 및 나사 관 칼라(72e)를 포함할 수 있다. 왕복 관형 작동 부재(58)는, 손잡이 조립체(12)의 제1 부분(12a)과 제2 부분(12b) 사이에 보유되는 왕복 요크(84) 내에 위치된다. 요크(84)는 왕복 요크 조립체(88)의 일부이다. 일련의 링크 장치들이 긴 트리거 후크(32)의 피벗 회전을, 초음파 수술 기구(10)의 원위 단부에서 엔드 이펙터 조립체(26)의 클램핑 메커니즘의 조오의 개방과 폐쇄를 제어하는 왕복 요크(84)의 축방향 이동으로 변환시킨다. 하나의 예시적인 태양에서, 4-링크 설계가, 예를 들어 비교적 짧은 회전 스팬에서 기계적 이점을 제공한다.
하나의 예시적인 태양에서, 초음파 전송 도파관(78)이 왕복 관형 작동 부재(58) 내부에 배치된다. 초음파 전송 도파관(78)의 원위 단부(52)는 초음파 블레이드(66)에 음향학적으로 결합되고(예컨대, 직접적으로 또는 간접적으로 기계적으로 결합되고), 초음파 전송 도파관(78)의 근위 단부(50)는 손잡이 조립체(12) 내에 수용된다. 초음파 전송 도파관(78)의 근위 단부(50)는 초음파 변환기(16)의 원위 단부에 음향학적으로 결합되도록 구성된다. 초음파 전송 도파관(78)은 보호 시스(80) 및 복수의 격리 요소(82), 예를 들어 실리콘 링에 의해 긴 샤프트 조립체(14)의 다른 요소로부터 격리된다. 외측 관형 시스(56), 왕복 관형 작동 부재(58), 및 초음파 전송 도파관(78)은 핀(74)에 의해 기계적으로 맞물린다. 스위치 조립체(28)는 제1 또는 제2 돌출 노브(30a, 30b)의 활성화에 따라 초음파 변환기(16)에 전기적으로 동력을 공급하기 위해 토글 스위치(30) 및 전기 요소(86a, 86b)를 포함한다.
하나의 예시적인 태양에서, 외측 관형 시스(56)는 사용자 또는 환자를 초음파 전송 도파관(78)의 초음파 진동으로부터 격리시킨다. 외측 관형 시스(56)는 일반적으로 허브(76)를 포함한다. 외측 관형 시스(56)는 손잡이 조립체(12)의 원위 단부 상에 나사결합된다. 초음파 전송 도파관(78)은 외측 관형 시스(56)의 개방부를 통해 연장되고, 격리 요소(82)는 초음파 전송 도파관(24)을 외측 관형 시스(56)로부터 격리시킨다. 외측 관형 시스(56)는 핀(74)으로 도파관(78)에 부착될 수 있다. 도파관(78) 내에 핀(74)을 수용하기 위한 구멍이 공칭적으로 변위 노드에 존재할 수 있다. 도파관(78)은 스터드(stud)에 의해 핸드 피스 손잡이 조립체(12) 내로 스크류 체결되거나 스냅 체결될 수 있다. 허브(76) 상의 평평한 부분은 조립체가 요구되는 수준으로 토크를 받도록 허용할 수 있다. 하나의 예시적인 태양에서, 외측 관형 시스(56)의 허브(76) 부분은 바람직하게는 플라스틱으로부터 구성되고, 외측 관형 시스(56)의 긴 관형 부분은 스테인리스강으로부터 제조된다. 대안적으로, 초음파 전송 도파관(78)은 그것을 둘러싸서 그것을 외부 접촉으로부터 격리시키는 중합체 재료를 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 태양에서, 초음파 전송 도파관(78)의 원위 단부는, 바람직하게는 안티노드에서 또는 그 부근에서, 암나사 형성된 연결부에 의해 초음파 블레이드(66)의 근위 단부에 결합될 수 있다. 초음파 블레이드(66)가 임의의 적합한 수단, 예를 들어 용접된 조인트 등에 의해 초음파 전송 도파관(78)에 부착될 수 있는 것이 고려된다. 초음파 블레이드(66)가 초음파 전송 도파관(78)으로부터 탈착가능할 수 있지만, 단일 요소 엔드 이펙터(예컨대, 초음파 블레이드(66)) 및 초음파 전송 도파관(78)이 하나의 단일형 피스로서 형성될 수 있는 것이 또한 고려된다.
하나의 예시적인 태양에서, 트리거(32)는 방향(33a, 33b)으로의 트리거(32)의 회전 운동을, 대응하는 방향(60a, 60b)(도 2)으로의 왕복 관형 작동 부재(58)의 선형 운동으로 변환시키기 위해 링크 장치 메커니즘에 결합된다. 트리거(32)는 제1 요크 핀(94a)을 수용하도록 내부에 형성된 개방부들을 갖는 제1 세트의 플랜지(98)들을 포함한다. 제1 요크 핀(94a)은 또한 요크(84)의 원위 단부에 형성된 일 세트의 개방부들을 통해 위치된다. 트리거(32)는 또한 링크(92)의 제1 단부를 수용하기 위한 제2 세트의 플랜지(96)들을 포함한다. 트리거 핀(90)이 링크(92) 및 제2 세트의 플랜지(96)들 내에 형성된 개방부들 내에 수용된다. 트리거 핀(90)은 링크(92) 및 제2 세트의 플랜지(96)들 내에 형성된 개방부들 내에 수용되고, 손잡이 조립체(12)의 제1 및 제2 부분(12a, 12b)에 결합되어 트리거(32)를 위한 트리거 피벗점을 형성하도록 구성된다. 링크(92)의 제2 단부가 요크(84)의 근위 단부 내에 형성된 슬롯 내에 수용되고, 제2 요크 핀(94b)에 의해 그것 내에 보유된다. 트리거(32)가 트리거 핀(90)에 의해 형성되는 피벗점을 중심으로 피벗식으로 회전됨에 따라, 요크는 화살표(60a, 60b)에 의해 표시되는 방향으로 종축("T")을 따라 수평으로 병진한다.
도 6은 본 명세서에서 설명되는 많은 특징부를 포함하거나 구현할 수 있는 힘 피드백 수술용 장치(100)의 일 태양의 다이어그램을 도시한다. 예를 들어, 일 태양에서, 수술용 장치(100)는 수술 기구(10)와 유사하거나 이를 대표할 수 있다. 수술용 장치(100)는 발생기(102)를 포함할 수 있다. 수술용 장치(100)는 또한 임상의가 트리거(110)를 작동시킬 때 활성화될 수 있는 초음파 엔드 이펙터(106)를 포함할 수 있다. 트리거(110)가 작동될 때, 힘 센서(112)는 트리거(110)에 인가되는 힘의 크기를 나타내는 신호를 생성할 수 있다. 힘 센서(112)에 더하여 또는 그 대신에, 장치(100)는 트리거(110)의 위치를 (예컨대, 트리거가 얼마나 멀리 눌려졌는지 또는 달리 작동되었는지를) 나타내는 신호를 생성할 수 있는 위치 센서(113)를 포함할 수 있다. 일 태양에서, 위치 센서(113)는 전술된 외측 관형 시스(56) 또는 전술된 외측 관형 시스(56) 내에 위치된 왕복 관형 작동 부재(58)와 함께 위치된 센서일 수 있다. 일 태양에서, 센서는 자기장에 응답하여 그의 출력 전압을 변화시키는 홀 효과 센서 또는 임의의 적합한 변환기일 수 있다. 홀 효과 센서는 근접 스위칭, 위치설정, 속도 검출, 및 전류 감지 응용에 사용될 수 있다. 일 태양에서, 홀 효과 센서는 전압을 직접 복귀시키는 아날로그 변환기로서 작동한다. 기지의 자기장에 의해, 그의 홀 플레이트로부터의 거리가 결정될 수 있다.
제어 회로(108)는 센서(112 및/또는 113)로부터 신호를 수신할 수 있다. 제어 회로(108)는 임의의 적합한 아날로그 또는 디지털 회로 구성요소를 포함할 수 있다. 제어 회로(108)는 또한 발생기(102) 및/또는 변환기(104)와 통신하여, (예컨대, 홀 효과 센서와 자석의 조합에 의해 측정되는 바와 같은) 트리거(110)에 인가되는 힘 및/또는 전술된 외측 관형 시스(56) 내에 위치된 왕복 관형 작동 부재(58)에 대한 전술된 트리거(110)의 위치 및/또는 외측 관형 시스(56)의 위치에 기초하여 엔드 이펙터(106)에 전달되는 전력 및/또는 엔드 이펙터(106)의 발생기 수준 또는 초음파 블레이드 진폭을 변조할 수 있다. 예를 들어, 트리거(110)에 더 큰 힘이 인가됨에 따라, 더 큰 전력 및/또는 더 높은 초음파 블레이드 진폭이 엔드 이펙터(106)에 전달될 수 있다. 다양한 태양에 따르면, 힘 센서(112)는 다중-위치 스위치에 의해 대체될 수 있다.
다양한 태양에 따르면, 엔드 이펙터(106)는, 예를 들어, 도 1 내지 도 5에 대해 전술된 것과 같은 클램프 또는 클램핑 메커니즘을 포함할 수 있다. 트리거(110)가 초기에 작동될 때, 클램핑 메커니즘은 폐쇄되어 클램프 아암과 엔드 이펙터(106) 사이에서 조직을 클램핑할 수 있다. 트리거에 인가되는 힘이 (예컨대, 힘 센서(112)에 의해 감지되는 바와 같이) 증가함에 따라, 제어 회로(608)는 변환기(104)에 의해 엔드 이펙터(106)로 전달되는 전력 및/또는 엔드 이펙터(106)에서 야기되는 발생기 수준 또는 초음파 블레이드 진폭을 증가시킬 수 있다. 일 태양에서, 위치 센서(113)에 의해 감지되는 바와 같은 트리거 위치, 또는 (예컨대, 홀 효과 센서와 함께) 위치 센서(113)에 의해 감지되는 바와 같은 클램프 또는 클램프 아암 위치는 엔드 이펙터(106)의 전력 및/또는 진폭을 설정하기 위해 제어 회로(108)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 트리거가 완전히 작동되는 위치를 향해 추가로 이동됨에 따라, 또는 클램프 또는 클램프 아암이 초음파 블레이드(또는 엔드 이펙터(106))를 향해 추가로 이동함에 따라, 엔드 이펙터(106)의 전력 및/또는 진폭은 증가될 수 있다.
다양한 태양에 따르면, 수술용 장치(100)는 또한 엔드 이펙터(106)에 전달되는 전력의 양을 나타내기 위한 하나 이상의 피드백 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스피커(114)는 엔드 이펙터 전력을 나타내는 신호를 방출할 수 있다. 다양한 태양에 따르면, 스피커(114)는 일련의 펄스 사운드들을 방출할 수 있는데, 여기서 사운드들의 주파수는 전력을 나타낸다. 스피커(114)에 더하여 또는 그 대신에, 장치는 시각적 디스플레이(116)를 포함할 수 있다. 시각적 디스플레이(116)는 임의의 적합한 방법에 따라 엔드 이펙터 전력을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 시각적 디스플레이(116)는 일련의 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있는데, 여기서 엔드 이펙터 전력은 조명된 LED의 개수에 의해 표시된다. 스피커(114) 및/또는 시각적 디스플레이(116)는 제어 회로(108)에 의해 구동될 수 있다. 다양한 태양에 따르면, 장치(100)는 트리거(110)에 연결된 래칫팅(ratcheting) 장치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 래칫팅 장치는 더 큰 힘이 트리거(110)에 가해짐에 따라 가청 사운드를 생성하여, 엔드 이펙터 전력의 간접적인 표시를 제공할 수 있다. 장치(100)는 안전성을 향상시킬 수 있는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(108)는 전력이 사전결정된 임계치를 초과하여 엔드 이펙터(106)에 전달되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어 회로(108)는 엔드 이펙터 전력의 변화가 (예컨대, 스피커(114) 또는 디스플레이(116)에 의해) 표시되는 시간과 엔드 이펙터 전력의 변화가 전달되는 시간 사이의 지연을 구현할 수 있다. 이러한 방식으로, 임상의는 엔드 이펙터(106)에 전달될 초음파 전력의 수준이 변하려고 한다는 충분한 경고를 받을 수 있다.
도 7은, 다른 이점들 중에서도, 무-인덕터(inductorless) 튜닝을 제공할 수 있는 발생기(102)의 일 태양의 단순화된 다이어그램이다. 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 태양에 따른 도 7의 발생기(102)의 아키텍처를 도시한다. 도 9는 본 발명의 일 태양에 따른, 입력 장치를 모니터링하고 출력 장치를 제어하기 위한 제어기(196)를 도시한다. 이제 도 7 내지 도 9를 참조하면, 발생기(102)는 전력 변압기(156)를 통해 비-절연 스테이지(154)와 통신하는 환자 절연 스테이지(152)를 포함할 수 있다. 전력 변압기(156)의 보조 권선(158)은 절연 스테이지(152) 내에 포함되며, 구동 신호들을 예를 들어 수술용 장치(100), 초음파 수술 기구(10) 또는 전기수술용 장치와 같은 상이한 수술용 장치들로 출력하기 위한 구동 신호 출력들(160a, 160b, 160c)을 정의하는 탭핑(tapped) 구성(예컨대, 중심-탭핑 또는 비-중심 탭핑 구성)을 포함할 수 있다. 특히, 구동 신호 출력들(160a, 160c)은 구동 신호(예컨대, 420V RMS 구동 신호)를 초음파 기구(10)로 출력할 수 있고, 구동 신호 출력들(160b, 160c)은 구동 신호(예컨대, 100 V RMS 구동 신호)를 전기 수술용 장치로 출력할 수 있으며, 이때 출력(160b)은 전력 변압기(156)의 중심 탭에 대응한다. 비-절연 스테이지(154)는 전력 변압기(156)의 주 권선(164)에 접속된 출력을 갖는 전력 증폭기(162)를 포함할 수 있다. 소정 태양에서, 전력 증폭기(162)는 예를 들어 푸시-풀(push-pull) 증폭기를 포함할 수 있다. 비-절연 스테이지(154)는 디지털 출력을 디지털-아날로그 컨버터(digital-to-analog converter, DAC)(168)에 공급하기 위한 프로그래밍가능 논리 장치(166)를 추가로 포함할 수 있으며, 이 디지털-아날로그 컨버터는 이어서 대응하는 아날로그 신호를 전력 증폭기(162)의 입력에 공급한다. 소정 태양에서, 프로그래밍가능 논리 장치(166)는 예를 들어 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(field-programmable gate array, FPGA)를 포함할 수 있다. 따라서, 프로그래밍가능 논리 장치(166)는, DAC(168)를 통해 전력 증폭기(162)의 입력을 제어함으로써, 구동 신호 출력들(160a, 160b, 160c)에서 나타나는 구동 신호들의 다수의 파라미터들(예컨대, 주파수, 파형 형상, 파형 진폭) 중 임의의 것을 제어할 수 있다. 소정 태양에서, 그리고 이하에 논의되는 바와 같이, 프로그래밍가능 논리 장치(166)는 프로세서(예컨대, 이하에 논의되는 프로세서(174))와 연계하여, 발생기(102)에 의해 출력되는 구동 신호들의 파라미터들을 제어하기 위한 다수의 디지털 신호 처리(DSP)-기반 및/또는 다른 제어 알고리즘을 구현할 수 있다.
스위치-모드 조절기(170)에 의해 전력 증폭기(162)의 전력 레일(rail)에 전력이 공급될 수 있다. 소정 태양에서, 스위치-모드 조절기(170)는 예를 들어 조정가능한 벅(buck) 조절기를 포함할 수 있다. 비-절연 스테이지(154)는 프로세서(174)를 추가로 포함할 수 있고, 이 프로세서는, 일 태양에서, 예를 들어 미국 매사추세츠주 노우드 소재의 아날로그 디바이시즈(Analog Devices)로부터 입수가능한 아날로그 디바이시즈(Analog Devices) ADSP-21469 SHARC DSP와 같은 DSP 프로세서를 포함할 수 있다. 소정 태양에서, 프로세서(174)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(176)를 통해 프로세서(174)에 의해 전력 증폭기(162)로부터 수신되는 전압 피드백 데이터에 응답하여 스위치-모드 전력 컨버터(170)의 동작을 제어할 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어, 프로세서(174)는 전력 증폭기(162)에 의해 증폭되는 신호(예컨대, RF 신호)의 파형 포락선(envelope)을 ADC(176)를 통해 입력으로서 수신할 수 있다. 이어서, 프로세서(174)는 (예컨대, 펄스-폭 변조(pulse-width modulated, PWM) 출력을 통해) 스위치-모드 조절기(170)를 제어할 수 있어서, 전력 증폭기(162)에 공급되는 레일 전압이 증폭된 신호의 파형 포락선을 따르게 한다. 파형 포락선에 기초하여 전력 증폭기(162)의 레일 전압을 동적으로 변조함으로써, 전력 증폭기(162)의 효율은 고정 레일 전압 증폭기 스킴(scheme)들에 비해 상당히 개선될 수 있다.
소정 태양에서, 그리고 도 10a 및 도 10b와 관련하여 추가로 상세히 논의되는 바와 같이, 프로그래밍가능 논리 장치(166)는 프로세서(174)와 연계하여, 발생기(102)에 의해 출력되는 구동 신호들의 파형 형상, 주파수 및/또는 진폭을 제어하기 위한 직접 디지털 합성기(direct digital synthesizer, DDS) 제어 스킴을 구현할 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어, 프로그래밍가능 논리 장치(166)는 FPGA 내에 내장될 수 있는 RAM LUT와 같은 동적 갱신 룩업 테이블(LUT)에 저장된 파형 샘플들을 회수함으로써 DDS 제어 알고리즘(268)을 구현할 수 있다. 이 제어 알고리즘은 초음파 변환기가 그의 공진 주파수에서 순수한 사인파 전류에 의해 구동될 수 있는 초음파 응용에 특히 유용하다. 다른 주파수들은 기생 공진들을 유발할 수 있으므로, 운동 분로 전류의 총 왜곡을 최소화하거나 감소시킴으로써 바람직하지 않은 공진 효과들을 최소화하거나 감소시킬 수 있다. 발생기(102)에 의해 출력되는 구동 신호의 파형 형상은 출력 구동 회로(예컨대, 전력 변압기(156), 전력 증폭기(162)) 내에 존재하는 다양한 왜곡 소스들에 의해 영향을 받으므로, 구동 신호에 기초하는 전압 및 전류 피드백 데이터가 프로세서(174)에 의해 구현되는 에러 제어 알고리즘과 같은 알고리즘 내에 입력될 수 있으며, 이 알고리즘은 LUT에 저장된 파형 샘플들을 동적으로 진행 방식으로(예컨대, 실시간으로) 적절히 사전-왜곡시키거나 변경함으로써 왜곡을 보상한다. 일 태양에서, LUT 샘플들에 적용되는 사전-왜곡의 양 또는 정도는 계산된 운동 분로 전류와 원하는 전류 파형 형상 사이의 에러에 기초할 수 있으며, 이 에러는 샘플별로 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 사전왜곡된 LUT 샘플들은 구동 회로를 통해 처리될 때 운동 분로 구동 신호가 초음파 변환기를 최적으로 구동하기 위한 원하는 파형 형상(예컨대, 사인파)을 갖게 할 수 있다. 따라서, 그러한 태양에서, LUT 파형 샘플들은 구동 신호의 원하는 파형 형상을 나타내는 것이 아니라, 오히려 왜곡 효과들을 고려할 때 운동 분로 구동 신호의 원하는 파형 형상을 궁극적으로 생성하는 데 필요한 파형 형상을 나타낼 것이다.
비-절연 스테이지(154)는 발생기(102)에 의해 출력되는 구동 신호들의 전압 및 전류를 각각 샘플링하기 위해 각각의 절연 변압기들(182, 184)을 통해 전력 변압기(156)의 출력에 결합되는 ADC(178) 및 ADC(180)를 추가로 포함할 수 있다. 소정 태양에서, ADC들(178, 180)은 구동 신호들의 오버샘플링을 가능하게 하기 위해 고속(예컨대, 80 Msps)으로 샘플링하도록 구성될 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어, ADC들(178, 180)의 샘플링 속도는 구동 신호들의 (구동 주파수에 따라) 약 200x 오버샘플링을 가능하게 할 수 있다. 소정 태양에서, ADC들(178, 180)의 샘플링 동작들은 양방향 멀티플렉서(two-way multiplexer)를 통해 입력 전압 및 전류 신호들을 수신하는 단일 ADC에 의해 수행될 수 있다. 발생기(102)의 태양에서, 고속 샘플링의 사용은 다른 것들 가운데 특히, (소정 태양에서 전술된 DDS-기반 파형 형상 제어를 구현하기 위해 사용될 수 있는) 운동 분로를 통해 흐르는 복잡한 전류의 계산, 샘플링된 신호들의 정확한 디지털 필터링, 및 높은 정밀도의 실제 전력 소비의 계산을 가능하게 할 수 있다. ADC들(178, 180)에 의해 출력되는 전압 및 전류 피드백 데이터는 프로그래밍가능 논리 장치(166)에 의해 수신되고 처리(예컨대, FIFO 버퍼링, 멀티플렉싱)될 수 있으며, 예를 들어 프로세서(174)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 태양에서, 이것은 각각의 저장된 전압 및 전류 피드백 데이터 쌍이 이 전압 및 전류 피드백 데이터 쌍을 획득할 때 프로그래밍가능 논리 장치(166)에 의해 출력된 대응하는 LUT 샘플에 기초하여 인덱싱되거나 달리 그와 연관되는 것을 필요로 할 수 있다. 이러한 방식의 LUT 샘플들과 전압 및 전류 피드백 데이터의 동기화는 사전-왜곡 알고리즘의 정확한 타이밍 및 안정성에 기여한다.
소정 태양에서, 전압 및 전류 피드백 데이터는 구동 신호들의 주파수 및/또는 진폭(예컨대, 전류 진폭)을 제어하는 데 사용될 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어, 전압 및 전류 피드백 데이터는 임피던스 위상을 결정하는 데 사용될 수 있다. 이어서, 구동 신호의 주파수는 결정된 임피던스 위상과 임피던스 위상 세트 포인트(setpoint)(예컨대, 0°) 사이의 차이를 최소화하거나 감소시킴으로써 초음파 왜곡의 영향들을 최소화하거나 감소시키고, 그에 따라 임피던스 위상 측정 정확도를 향상시키도록 제어될 수 있다. 위상 임피던스의 결정 및 주파수 제어 신호는 예를 들어 프로세서(174)에서 구현될 수 있으며, 이때 주파수 제어 신호는 프로그래밍가능 논리 장치(166)에 의해 구현되는 DDS 제어 알고리즘에 대한 입력으로서 공급될 수 있다.
다른 태양에서, 예를 들어, 구동 신호의 전류 진폭을 전류 진폭 세트 포인트로 유지하기 위해 전류 피드백 데이터가 모니터링될 수 있다. 전류 진폭 세트 포인트는 직접 지정될 수 있거나, 지정된 전압 진폭 및 전력 세트 포인트들에 기초하여 간접 결정될 수 있다. 소정 태양에서, 전류 진폭의 제어는 예를 들어 프로세서(174) 내의 비례-적분-미분(proportional-integral-derivative, PID) 또는 비례-적분 (PI) 제어 알고리즘과 같은 제어 알고리즘에 의해 구현될 수 있다. 구동 신호의 전류 진폭을 적합하게 제어하기 위해 제어 알고리즘에 의해 제어되는 변수들은 예를 들어 프로그래밍가능 논리 장치(166)에 저장된 LUT 파형 샘플들의 스케일링(scaling) 및/또는 DAC(186)를 통한 (전력 증폭기(162)에 입력을 공급하는) DAC(168)의 풀-스케일(full-scale) 출력 전압을 포함할 수 있다.
비-절연 스테이지(154)는 특히 사용자 인터페이스(UI) 기능을 제공하기 위한 프로세서(190)를 추가로 포함할 수 있다. 일 태양에서, 프로세서(190)는 예를 들어 미국 캘리포니아주 새너제이 소재의 아트멜 코포레이션(Atmel Corporation)으로부터 입수가능한 ARM 926EJ-S 코어를 갖는 아트멜(Amtel) AT91 SAM9263 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서(190)에 의해 지원되는 UI 기능의 예는 가청 및 시각적 사용자 피드백, (예컨대, 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus, USB) 인터페이스를 통한) 주변 장치들과의 통신, 풋스위치(120)와의 통신, 입력 장치(145)(예컨대, 터치 스크린 디스플레이)와의 통신, 및 출력 장치(146)(예컨대, 스피커)와의 통신을 포함할 수 있다. 프로세서(190)는 (예컨대, 직렬 주변장치 인터페이스(serial peripheral interface, SPI) 버스들을 통해) 프로세서(174) 및 프로그래밍가능 논리 장치와 통신할 수 있다. 프로세서(190)는 주로 UI 기능을 지원할 수 있지만, 또한 소정 태양에서는 프로세서(174)와 연계하여 위험 완화를 구현할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(190)는 사용자 입력 및/또는 다른 입력들(예컨대, 터치 스크린 입력들, 풋스위치(120) 입력들, 온도 센서 입력들)의 다양한 양태들을 모니터링하도록 프로그래밍될 수 있으며, 에러 조건이 검출될 때 발생기(102)의 구동 출력을 디스에이블(disable)할 수 있다.
소정 태양에서는, 프로세서(174) 및 프로세서(190) 둘 모두가 발생기(102)의 동작 상태를 결정하고 모니터링할 수 있다. 프로세서(174)의 경우, 발생기(102)의 동작 상태는 예를 들어 프로세서(174)에 의해 어떠한 제어 및/또는 진단 프로세스들이 구현되는지를 지시할 수 있다. 프로세서(190)의 경우, 발생기(102)의 동작 상태는 예를 들어 사용자 인터페이스의 어떠한 요소들(예컨대, 디스플레이 스크린, 사운드)이 사용자에게 제공되는지를 지시할 수 있다. 프로세서들(174, 190)은 발생기(102)의 현재의 동작 상태를 독립적으로 유지할 수 있고, 현재의 동작 상태로부터 가능한 전이들을 인식 및 평가할 수 있다. 프로세서(174)는 이러한 관계에서 마스터로서 기능할 수 있고, 동작 상태들 간의 전이들이 언제 발생할지를 결정할 수 있다. 프로세서(190)는 동작 상태들 간의 유효한 전이들을 인식할 수 있고, 특정 전이가 적절한지를 확인할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(174)가 프로세서(190)에게 특정 상태로 전이하도록 지시할 때, 프로세서(190)는 요청된 전이가 유효한지를 검증할 수 있다. 요청된 상태들 간의 전이가 프로세서(190)에 의해 유효하지 않은 것으로 결정되는 경우, 프로세서(190)는 발생기(102)가 실패 모드에 들어가게 할 수 있다.
비-절연 스테이지(154)는 입력 장치들(145)(예컨대, 발생기(102)를 턴온 및 턴오프하는 데 사용되는 용량 터치 센서, 용량 터치 스크린)을 모니터링하기 위한 제어기(196)를 추가로 포함할 수 있다. 소정 태양에서, 제어기(196)는 프로세서(190)와 통신하는 적어도 하나의 프로세서 및/또는 다른 제어기 장치를 포함할 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어, 제어기(196)는 하나 이상의 용량 터치 센서를 통해 제공되는 사용자 입력을 모니터링하도록 구성된 프로세서(예컨대, 아트멜로부터 입수가능한 Mega168 8비트 제어기)를 포함할 수 있다. 일 태양에서, 제어기(196)는 용량 터치 스크린으로부터의 터치 데이터의 획득을 제어하고 관리하기 위한 터치 스크린 제어기(예컨대, 아트멜로부터 입수가능한 QT5480 터치 스크린 제어기)를 포함할 수 있다.
소정 태양에서, 발생기(102)가 "파워 오프" 상태에 있을 때, 제어기(196)는 (예컨대, 이하에 논의되는 전원(211)과 같은 발생기(102)의 전원으로부터 라인을 통해) 동작 전력을 계속 수신할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기(196)는 발생기(102)를 턴온 및 턴오프하기 위한 입력 장치(145)(예컨대, 발생기(102)의 전면 패널 상에 위치된 용량 터치 센서)를 계속 모니터링할 수 있다. 발생기(102)가 파워 오프 상태에 있을 때, 제어기(196)는 사용자에 의한 "온/오프" 입력 장치(145)의 활성화가 검출되는 경우에 전원을 깨울 수 있다(예컨대, 전원(211)의 하나 이상의 DC/DC 전압 컨버터(213)의 동작을 가능하게 할 수 있다). 따라서, 제어기(196)는 발생기(102)를 "파워 온" 상태로 전이시키기 위한 시퀀스를 개시할 수 있다. 역으로, 발생기(102)가 파워 온 상태에 있을 때 "온/오프" 입력 장치(145)의 활성화가 검출되는 경우에, 제어기(196)는 발생기(102)를 파워 오프 상태로 전이시키기 위한 시퀀스를 개시할 수 있다. 소정 태양에서, 예를 들어, 제어기(196)는 "온/오프" 입력 장치(145)의 활성화를 프로세서(190)에 보고할 수 있으며, 이어서, 이 프로세서는 발생기(102)를 파워 오프 상태로 전이시키는 데 필요한 프로세스 시퀀스를 구현한다. 그러한 태양에서, 제어기(196)는 발생기의 파워 온 상태가 확립된 후에 발생기(102)로부터 전력의 제거를 유발하기 위한 독립적인 능력을 갖지 않을 수도 있다.
소정 태양에서, 제어기(196)는 발생기(102)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 개시 시에 그리고 시퀀스와 연관된 다른 프로세스들의 개시 전에 제공될 수 있다.
소정 태양에서, 절연 스테이지(152)는 예를 들어 수술용 장치의 제어 회로(예컨대, 핸드피스 스위치들을 포함하는 제어 회로)와 예를 들어 프로그래밍가능 논리 장치(166), 프로세서(174) 및/또는 프로세서(190)와 같은 비-절연 스테이지(154)의 구성요소들 사이에 통신 인터페이스를 제공하기 위한 기구 인터페이스 회로(198)를 포함할 수 있다. 기구 인터페이스 회로(198)는 예를 들어 적외선(IR)-기반 통신 링크와 같이 스테이지들(152, 154) 사이에 적합한 정도의 전기 절연을 유지하는 통신 링크를 통해 비-절연 스테이지(154)의 구성요소들과 정보를 교환할 수 있다. 예를 들어, 비-절연 스테이지(154)로부터 구동되는 절연 변압기에 의해 급전되는 로우-드롭아웃(low-dropout) 전압 조절기를 사용하여 기구 인터페이스 회로(198)에 전력을 공급할 수 있다.
일 태양에서, 기구 인터페이스 회로(198)는 신호 조절 회로(202)와 통신하는 프로그래밍가능 논리 장치(200)(예컨대, FPGA)를 포함할 수 있다. 신호 조절 회로(202)는 프로그래밍가능 논리 장치(200)로부터 주기적인 신호(예컨대, 2 ㎑ 사각파)를 수신하여, 동일 주파수를 갖는 양극 질의 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 질의 신호는 예를 들어 차동 증폭기에 의해 공급되는 양극 전류 소스를 사용하여 생성될 수 있다. 질의 신호는 (예를 들어, 발생기(102)를 수술용 장치에 연결하는 케이블 내의 도체 쌍을 사용함으로써) 수술용 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 태양에서, 예를 들어, 신호 조절 회로(202)는 질의 신호의 제어 회로 통과로부터 발생하는 제어 회로의 입력들 양단에 나타나는 전압 신호의 샘플들을 생성하기 위한 ADC를 포함할 수 있다. 이어서, 프로그래밍가능 논리 장치(200)(또는 비-절연 스테이지(154)의 구성요소)는 ADC 샘플들에 기초하여 제어 회로의 상태 또는 구성을 결정할 수 있다.
일 태양에서, 기구 인터페이스 회로(198)는 프로그래밍가능 논리 장치(200)(또는 기구 인터페이스 회로(198)의 다른 요소)와 수술용 장치 내에 배치되거나 그와 달리 연관된 제1 데이터 회로 사이의 정보 교환을 가능하게 하기 위한 제1 데이터 회로 인터페이스(204)를 포함할 수 있다. 소정 태양에서, 제1 데이터 회로(206)는 수술용 장치 핸드피스에 일체로 부착된 케이블 내에 또는 특정 수술용 장치 유형 또는 모델과 발생기(102)를 인터페이스하기 위한 어댑터 내에 배치될 수 있다. 소정 태양에서, 제1 데이터 회로는 전기적으로 소거가능하고 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리(EEPROM) 장치와 같은 비-휘발성 저장 장치를 포함할 수 있다. 소정 태양에서, 그리고 도 7을 다시 참조하면, 제1 데이터 회로 인터페이스(204)는 프로그래밍가능 논리 장치(200)로부터 분리되어 구현될 수 있으며, 프로그래밍가능 논리 장치(200)와 제1 데이터 회로 사이의 통신을 가능하게 하기 위한 적합한 회로(예컨대, 개별 논리 장치, 프로세서)를 포함할 수 있다. 다른 태양에서, 제1 데이터 회로 인터페이스(204)는 프로그래밍가능 논리 장치(200)와 통합될 수 있다.
소정 태양에서, 제1 데이터 회로(206)는 그와 연관된 특정 수술용 장치에 관한 정보를 저장할 수 있다. 그러한 정보는 예를 들어 모델 번호, 일련 번호, 수술용 장치가 사용된 수술들의 수 및/또는 임의의 다른 유형의 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 기구 인터페이스 회로(198)에 의해(예컨대, 프로그래밍가능 논리 장치(200)에 의해) 판독될 수 있고, 출력 장치(146)를 통해 사용자에게 제공하기 위해 그리고/또는 발생기(102)의 기능 또는 동작을 제어하기 위해 비-절연 스테이지(154)의 구성요소(예컨대, 프로그래밍가능 논리 장치(166), 프로세서(174) 및/또는 프로세서(190))로 전송될 수 있다. 또한, 임의의 유형의 정보가 제1 데이터 회로 내의 저장을 위해 제1 데이터 회로 인터페이스(204)를 통해(예를 들어, 프로그래밍가능 논리 장치(200)를 사용하여) 제1 데이터 회로(206)로 전달될 수 있다. 그러한 정보는 예를 들어 수술용 장치가 사용된 수술들의 갱신된 수 및/또는 그의 사용 날짜들 및/또는 시각들을 포함할 수 있다.
수술 기구는 기구 교체가능성 및/또는 처분가능성을 증진시키기 위해 핸드피스로부터 탈착가능할 수 있다. 그러한 경우에, 공지된 발생기들은 사용되는 특정 기구 구성들을 인식하고 그에 따라 제어 및 진단 프로세스들을 최적화하는 그들의 능력에 있어서 제한될 수 있다. 그러나, 이러한 문제를 해결하기 위해 수술용 장치 기구들에 판독가능 데이터 회로들을 추가하는 것은 호환성 관점에서 문제가 된다. 예를 들어, 필요한 데이터 판독 기능이 없는 발생기들과 역호환가능하게 유지되도록 수술용 장치를 설계하는 것은 예를 들어 상이한 신호 스킴들, 설계 복잡성 및 비용으로 인해 실용적이지 못할 수 있다. 기구들의 태양은 경제적으로 그리고 수술용 장치들과 현재의 발생기 플랫폼들의 호환성을 유지하기 위한 최소한의 설계 변경들을 이용하여 기존의 수술 기구들 내에 구현될 수 있는 데이터 회로들을 사용할 수 있다.
더욱이, 발생기(102)의 태양은 기구-기반 데이터 회로들과의 통신을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 발생기(102)는 수술용 장치의 기구 내에 포함된 제2 데이터 회로와 통신하도록 구성될 수 있다. 기구 인터페이스 회로(198)는 이러한 통신을 가능하게 하기 위한 제2 데이터 회로 인터페이스(210)를 포함할 수 있다. 일 태양에서, 제2 데이터 회로 인터페이스(210)는 3-상태 디지털 인터페이스를 포함할 수 있지만, 다른 인터페이스들이 또한 사용될 수 있다. 소정 태양에서, 제2 데이터 회로는 일반적으로 데이터를 전송 및/또는 수신하기 위한 임의의 회로일 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어, 제2 데이터 회로는 그와 연관된 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. 추가적으로 또는 대안적으로, 임의의 유형의 정보가 제2 데이터 회로 내의 저장을 위해 제2 데이터 회로 인터페이스(210)를 통해(예를 들어, 프로그래밍가능 논리 장치(200)를 사용하여) 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 태양에서, 제2 데이터 회로는 하나 이상의 센서(예컨대, 기구-기반 온도 센서)에 의해 획득된 데이터를 전송할 수 있다. 소정 태양에서, 제2 데이터 회로는 발생기(102)로부터 데이터를 수신하고, 수신된 데이터에 기초하여 사용자에게 지시(예컨대, LED 지시 또는 다른 가시적인 지시)를 제공할 수 있다.
소정 태양에서, 제2 데이터 회로 및 제2 데이터 회로 인터페이스(210)는 프로그래밍가능 논리 장치(200)와 제2 데이터 회로 사이의 통신이 이러한 목적을 위해 추가적인 도체들(예컨대, 핸드피스를 발생기(102)에 연결하는 케이블의 전용 도체들)을 제공할 필요 없이 실행될 수 있도록 구성될 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어, 신호 조절 회로(202)로부터 핸드피스 내의 제어 회로로 질의 신호들을 전송하는 데 사용되는 도체들 중 하나와 같은 기존 케이블링 상에 구현되는 1-와이어 버스 통신 스킴을 사용하여 제2 데이터 회로로 그리고 제2 데이터 회로로부터 정보가 전달될 수 있다. 이러한 방식으로, 그렇지 않을 경우에 필요할 수 있는 수술용 장치에 대한 설계 변경들 또는 수정들이 최소화되거나 감소된다. 더욱이, (주파수-대역이 분리되거나 분리되지 않은) 공통 물리 채널을 통해 상이한 유형의 통신들이 구현될 수 있으므로, 제2 데이터 회로의 존재는 필요한 데이터 판독 기능을 갖지 않은 발생기들에게 "보이지 않을" 수 있으며, 따라서 수술용 장치 기구의 역호환성을 가능하게 할 수 있다. 소정 태양에서, 절연 스테이지(152)는 환자로의 DC 전류의 통과를 방지하기 위해 구동 신호 출력(160b)에 접속되는 적어도 하나의 차단 커패시터(296-1)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 부정적 상태인 결과들을 가질 수 있다. 일 태양에서, 제2 차단 커패시터(296-2)가 차단 커패시터(296-1)와 직렬로 제공될 수 있으며, 이때 예를 들어 ADC(298)가 차단 커패시터들(296-1, 296-2) 사이의 한 포인트로부터의 전류 누설을 모니터링하여 누설 전류에 의해 유발되는 전압을 샘플링할 수 있다. 샘플들은 예를 들어 프로그래밍가능 논리 장치(200)에 의해 수신될 수 있다. (도 7의 태양에서 전압 샘플들에 의해 지시되는 바와 같은) 누설 전류의 변화들에 기초하여, 발생기(102)는 차단 커패시터들(296-1, 296-2) 중 적어도 하나가 언제 실패했는지를 결정할 수 있다. 따라서, 도 7의 태양은 단일 고장 포인트를 갖는 단일-커패시터 설계들에 비해 이점을 제공할 수 있다.
소정 태양에서, 비-절연 스테이지(154)는 적합한 전압 및 전류의 DC 전력을 출력하기 위한 전원(211)을 포함할 수 있다. 전원은 예를 들어 48 VDC 시스템 전압을 출력하기 위한 400W 전원을 포함할 수 있다. 전원(211)은 전원의 출력을 수신하여 발생기(102)의 다양한 구성요소들에 의해 요구되는 전압들 및 전류들의 DC 출력들을 생성하기 위한 하나 이상의 DC/DC 전압 컨버터(213)를 추가로 포함할 수 있다. 제어기(196)와 관련하여 상기 논의된 바와 같이, DC/DC 전압 컨버터들(213) 중 하나 이상은 사용자에 의한 "온/오프" 입력 장치(145)의 활성화가 제어기(196)에 의해 검출될 때 제어기(196)로부터 DC/DC 전압 컨버터들(213)의 동작을 가능하게 하거나 이들을 깨우기 위한 입력을 수신할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 발생기(102)의 일 태양의 소정의 기능적 및 구조적 양태들을 예시하고 있다. 전력 변압기(156)의 보조 권선(158)으로부터 출력되는 전류 및 전압을 지시하는 피드백이 ADC들(178, 180)에 의해 각각 수신된다. 도시된 바와 같이, ADC들(178, 180)은 2-채널 ADC로서 구현될 수 있으며, 피드백 신호들을 고속(예컨대, 80 Msps)으로 샘플링하여, 구동 신호들의 오버샘플링(예컨대, 약 200x 오버샘플링)을 가능하게 할 수 있다. 전류 및 전압 피드백 신호들은 ADC들(178, 180)에 의한 처리 전에 아날로그 도메인(analog domain)에서 적합하게 조절(예컨대, 증폭, 필터링)될 수 있다. ADC들(178, 180)로부터의 전류 및 전압 피드백 샘플들은 프로그래밍가능 논리 장치(166)의 블록 212 내에서 개별적으로 버퍼링된 후에 단일 데이터 스트림으로 멀티플렉싱 또는 인터리빙될(interleaved) 수 있다. 도 10a 및 도 10b의 태양에서, 프로그래밍가능 논리 장치(166)는 FPGA를 포함한다.
멀티플렉싱된 전류 및 전압 피드백 샘플들은 프로세서(174)의 블록 214 내에 구현되는 병렬 데이터 획득 포트(parallel data acquisition port, PDAP)에 의해 수신될 수 있다. PDAP는 멀티플렉싱된 피드백 샘플들과 메모리 어드레스를 상관시키기 위한 임의의 다수의 방법을 구현하기 위한 팩킹 유닛(packing unit)을 포함할 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어, 프로그래밍가능 논리 장치(166)에 의해 출력된 특정 LUT 샘플에 대응하는 피드백 샘플들은 LUT 샘플의 LUT 어드레스와 상관되거나 인덱싱된 하나 이상의 메모리 어드레스에 저장될 수 있다. 다른 태양에서, 프로그래밍가능 논리 장치(166)에 의해 출력된 특정 LUT 샘플에 대응하는 피드백 샘플들은 LUT 샘플의 LUT 어드레스와 함께 공통 메모리 위치에 저장될 수 있다. 어느 경우에서도, 피드백 샘플들은 피드백 샘플들의 특정 세트가 유래된 LUT 샘플의 어드레스가 후속적으로 확인될 수 있도록 저장될 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 이러한 방식의 LUT 샘플 어드레스들과 피드백 샘플들의 동기화는 사전-왜곡 알고리즘의 정확한 타이밍 및 안정성에 기여한다. 프로세서(174)의 블록 216에서 구현되는 직접 메모리 액세스(direct memory access, DMA) 제어기는 프로세서(174)의 지정된 메모리 위치(218)(예컨대, 내부 RAM)에 피드백 샘플들(및 적용가능한 경우에 임의의 LUT 샘플 어드레스 데이터)을 저장할 수 있다.
프로세서(174)의 블록 220은 프로그래밍가능 논리 장치(166)에 저장된 LUT 샘플들을 동적으로 진행 방식으로 사전-왜곡 또는 변경하기 위한 사전-왜곡 알고리즘을 구현할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, LUT 샘플들의 사전-왜곡은 발생기(102)의 출력 구동 회로에 존재하는 다양한 왜곡 소스들을 보상할 수 있다. 따라서, 사전-왜곡된 LUT 샘플들은 구동 회로를 통해 처리될 때 초음파 변환기를 최적으로 구동하기 위한 원하는 파형 형상(예컨대, 사인파)을 갖는 구동 신호를 생성할 것이다.
사전-왜곡 알고리즘의 블록 222에서, 초음파 변환기의 운동 분로를 통과하는 전류가 결정된다. 운동 분로 전류는 예를 들어 메모리 위치(218)에 저장된 전류 및 전압 피드백 샘플들, (측정된 또는 선험적으로 공지된) 초음파 변환기 정적 용량의 값(Co) 및 공지된 구동 주파수 값에 기초하여 키르히호프의 전류 법칙(Kirchoff's Current Law)을 사용하여 결정될 수 있다. LUT 샘플과 연관된 저장 전류 및 전압 피드백 샘플들의 각각의 세트에 대한 운동 분로 전류 샘플이 결정될 수 있다.
사전-왜곡 알고리즘의 블록 224에서, 블록 222에서 결정된 각각의 운동 분로 전류 샘플이 원하는 전류 파형 형상의 샘플과 비교되어, 비교된 샘플들 사이의 차이, 또는 샘플 진폭 에러를 결정한다. 이러한 결정을 위해, 예를 들어 원하는 전류 파형 형상의 1 사이클 동안 진폭 샘플들을 포함하는 파형 형상 LUT(226)로부터 원하는 전류 파형 형상의 샘플이 공급될 수 있다. 비교에 사용되는 LUT(226)로부터의 원하는 전류 파형 형상의 특정 샘플은 비교에 사용되는 운동 분로 전류 샘플과 연관된 LUT 샘플 어드레스에 의해 지시될 수 있다. 따라서, 운동 분로 전류의 블록 224에 대한 입력은 그의 연관된 LUT 샘플 어드레스의 블록 224에 대한 입력과 동기화될 수 있다. 따라서, 프로그래밍가능 논리 장치(166)에 저장된 LUT 샘플들과 파형 형상 LUT(226)에 저장된 LUT 샘플들은 그 수가 동일할 수 있다. 소정 태양에서, 파형 형상 LUT(226)에 저장된 LUT 샘플들에 의해 표현되는 원하는 전류 파형 형상은 기본 사인파일 수 있다. 다른 파형 형상들이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 횡방향 또는 다른 모드들의 유리한 진동들을 위해 적어도 2개의 기계적 공진을 구동하기 위한 3차 초음파와 같은 다른 주파수들의 하나 이상의 다른 구동 신호와 중첩된 초음파 변환기의 주요 종방향 운동을 구동하기 위한 기본 사인파가 사용될 수 있는 것으로 고려된다.
블록 224에서 결정된 샘플 진폭 에러의 각각의 값은 그의 연관된 LUT 어드레스의 지시와 함께 (도 10a의 블록 228에 도시된) 프로그래밍가능 논리 장치(166)의 LUT로 전송될 수 있다. 샘플 진폭 에러의 값 및 그의 연관된 어드레스(및 선택적으로, 이전에 수신된 동일 LUT 어드레스에 대한 샘플 진폭 에러의 값들)에 기초하여, LUT(228)(또는 프로그래밍가능 논리 장치(166)의 다른 제어 블록)는 LUT 어드레스에 저장된 LUT 샘플의 값을 사전-왜곡 또는 변경할 수 있어서, 샘플 진폭 에러가 감소되거나 최소화되게 한다. 이와 같이 LUT 어드레스들의 전체 범위에 걸쳐 반복적인 방식으로 각각의 LUT 샘플을 사전-왜곡 또는 변경하는 것은 발생기의 출력 전류의 파형 형상이 파형 형상 LUT(226)의 샘플들에 의해 표현되는 원하는 전류 파형 형상에 매칭되거나 따르게 할 것이라는 것을 알 것이다.
프로세서(174)의 블록 230에서, 메모리 위치(218)에 저장된 전류 및 전압 피드백 샘플들에 기초하여 전류 및 전압 진폭 측정치들, 전력 측정치들 및 임피던스 측정치들이 결정될 수 있다. 이들 양의 결정 전에, 피드백 샘플들이 적합하게 스케일링될 수 있으며, 소정 태양에서는 예를 들어 데이터 획득 프로세스 및 유도된 초음파 성분들로부터 발생하는 잡음을 제거하기 위해 적합한 필터(232)를 통해 처리될 수 있다. 따라서, 필터링된 전압 및 전류 샘플들은 실질적으로 발생기의 구동 출력 신호의 기본 주파수를 나타낼 수 있다. 소정 태양에서, 필터(232)는 주파수 도메인에서 적용되는 유한 임펄스 응답(FIR) 필터일 수 있다. 그러한 태양은 출력 구동 신호 전류 및 전압 신호들의 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)을 사용할 수 있다. 소정 태양에서, 결과적인 주파수 스펙트럼이 사용되어 추가적인 발생기 기능을 제공할 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어, 기본 주파수 성분에 대한 2차 및/또는 3차 초음파 성분의 비가 진단 지시기로서 사용될 수 있다. 블록 234에서, 구동 신호의 사이클들의 정수 개를 나타내는 전류 피드백 샘플들의 샘플 크기에 평균 제곱근(root mean square, RMS) 계산이 적용되어, 구동 신호 출력 전류를 나타내는 측정치 Irms를 생성할 수 있다.
블록 236에서, 구동 신호의 사이클들의 정수 개를 나타내는 전압 피드백 샘플들의 샘플 크기에 평균 제곱근(RMS) 계산이 적용되어, 구동 신호 출력 전압을 나타내는 측정치 Vrms를 결정할 수 있다. 블록 238에서, 전류 및 전압 피드백 샘플들이 포인트별로 곱해질 수 있으며, 구동 신호의 사이클들의 정수 개를 나타내는 샘플들에 평균 계산이 적용되어, 발생기의 실제 출력 전력의 측정치 Pr을 결정한다.
블록 240에서, 발생기의 겉보기 출력 전력의 측정치 Pa가 곱 Vrms·Irms로서 결정될 수 있다.
블록 242에서, 부하 임피던스 크기의 측정치 Zm이 몫 Vrms/Irms로서 결정될 수 있다.
소정 태양에서, 블록들 234, 236, 238, 240 및 242에서 결정되는 양들 Irms, Vrms, Pr, Pa 및 Zm은 임의의 수의 제어 및/또는 진단 프로세스들을 구현하기 위해 발생기(102)에 의해 사용될 수 있다. 소정 태양에서, 임의의 이들 양은 예를 들어 발생기(102)와 일체인 출력 장치(146) 또는 적합한 통신 인터페이스(예컨대, USB 인터페이스)를 통해 발생기(102)에 접속된 출력 장치(146)를 통해 사용자에게 전달될 수 있다. 다양한 진단 프로세스들은 예를 들어 핸드피스 무결성, 기구 무결성, 기구 부착 무결성, 기구 과부하, 접근 기구 과부하, 주파수 록 실패, 과전압, 과전류, 과전력, 전압 감지 실패, 전류 감지 실패, 청각적 지시 실패, 시각적 지시 실패, 단락, 전력 전달 실패, 차단 커패시터 실패를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
프로세서(174)의 블록 244는 발생기(102)에 의해 구동되는 전기 부하(예컨대, 초음파 변환기)의 임피던스 위상을 결정 및 제어하기 위한 위상 제어 알고리즘을 구현할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 결정된 임피던스 위상과 임피던스 위상 세트 포인트(예컨대, 0°) 사이의 차이를 최소화하거나 감소시키도록 구동 신호의 주파수를 제어함으로써, 초음파 왜곡의 영향들이 최소화되거나 감소될 수 있고, 위상 측정의 정확도가 증가될 수 있다.
위상 제어 알고리즘은 메모리 위치(218)에 저장된 전류 및 전압 피드백 샘플들을 입력으로서 수신한다. 이들을 위상 제어 알고리즘에서 사용하기 전에, 피드백 샘플들이 적합하게 스케일링될 수 있으며, 소정 태양에서는 예를 들어 데이터 획득 프로세스 및 유도된 초음파 성분들로부터 발생하는 잡음을 제거하기 위하여 (필터(232)와 동일할 수 있는) 적합한 필터(246)를 통해 처리될 수 있다. 따라서, 필터링된 전압 및 전류 샘플들은 실질적으로 발생기의 구동 출력 신호의 기본 주파수를 나타낼 수 있다.
위상 제어 알고리즘의 블록 248에서, 초음파 변환기의 운동 분로를 통과하는 전류가 결정된다. 이러한 결정은 사전-왜곡 알고리즘의 블록 222와 관련하여 전술된 것과 동일할 수 있다. 따라서, 블록 248의 출력은 LUT 샘플과 연관된 저장 전류 및 전압 피드백 샘플들의 각각의 세트에 대해 운동 분로 전류 샘플일 수 있다.
위상 제어 알고리즘의 블록 250에서, 블록 248에서 결정된 운동 분로 전류 샘플들 및 대응하는 전압 피드백 샘플들의 동기화된 입력에 기초하여 임피던스 위상이 결정된다. 소정 태양에서, 임피던스 위상은 파형들의 상승 에지에서 측정된 임피던스 위상과 파형들의 하강 에지에서 측정된 임피던스 위상의 평균으로서 결정된다.
위상 제어 알고리즘의 블록 252에서, 블록 222에서 결정된 임피던스 위상의 값이 위상 세트 포인트(254)와 비교되어, 비교된 값들 사이의 차이, 또는 위상 에러를 결정한다.
위상 제어 알고리즘의 블록 256에서, 블록 252에서 결정된 위상 에러의 값 및 블록 242에서 결정된 임피던스 크기에 기초하여, 구동 신호의 주파수를 제어하기 위한 주파수 출력이 결정된다. 주파수 출력의 값은 블록 256에 의해 계속적으로 조정될 수 있고, 블록 250에서 결정된 임피던스 위상을 위상 세트 포인트(예컨대, 0의 위상 에러)로 유지하기 위해 (이하 논의되는) DDS 제어 블록 268로 전송될 수 있다. 소정 태양에서, 임피던스 위상은 oo 위상 세트 포인트로 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 임의의 초음파 왜곡이 전압 파형의 정점 근처에 중심을 두게 함으로써, 위상 임피던스 결정의 정확도가 향상될 것이다.
프로세서(174)의 블록 258은 사용자 지정 세트 포인트들에 따라 또는 발생기(102)에 의해 구현되는 다른 프로세스들 또는 알고리즘들에 의해 지정되는 요구들에 따라 구동 신호 전류, 전압 및 전력을 제어하기 위해 구동 신호의 전류 진폭을 변조하기 위한 알고리즘을 구현할 수 있다. 이들 양의 제어는 예를 들어 LUT(228) 내의 LUT 샘플들을 스케일링함으로써 그리고/또는 DAC(186)를 통해 (전력 증폭기(162)에 입력을 공급하는) DAC(168)의 풀-스케일 출력 전압을 조정함으로써 실현될 수 있다. (소정 태양에서 PID 제어기로서 구현될 수 있는) 블록 260은 메모리 위치(218)로부터 (적합하게 스케일링 및 필터링될 수 있는) 전류 피드백 샘플들을 입력으로서 수신할 수 있다. 전류 피드백 샘플들이 제어되는 변수들(예컨대, 전류, 전압 또는 전력)에 의해 지시되는 "전류 요구" Id 값과 비교되어, 구동 신호가 필요한 전류를 공급하고 있는지를 결정할 수 있다. 구동 신호 전류가 제어 변수인 태양에서, 전류 요구 Id는 전류 세트 포인트(262A)(Isp)에 의해 직접 지정될 수 있다. 예를 들어, (블록 234에서 결정되는 바와 같은) 전류 피드백 데이터의 RMS 값이 사용자-지정 RMS 전류 세트 포인트 Isp와 비교되어, 적절한 제어기 액션을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전류 피드백 데이터가 전류 세트 포인트 Isp보다 낮은 RMS 값을 지시하는 경우, 블록 260에 의해 DAC(168)의 LUT 스케일링 및/또는 풀-스케일 출력 전압이 조정될 수 있어서, 구동 신호 전류가 증가된다. 이와 달리, 블록 260은 전류 피드백 데이터가 전류 세트 포인트 Isp보다 큰 RMS 값을 지시할 때 DAC(168)의 LUT 스케일링 및/또는 풀-스케일 출력 전압을 조정하여, 구동 신호 전류를 감소시킬 수 있다.
구동 신호 전압이 제어 변수인 태양에서, 전류 요구 Id는 예를 들어 블록 242에서 측정된 부하 임피던스 크기 Zm을 고려할 때 원하는 전압 세트 포인트(262B)(Vsp)를 유지하는 데 필요한 전류에 기초하여 간접 지정될 수 있다(예컨대, Id=Vsp/Zm) 유사하게, 구동 신호 전력이 제어 변수인 태양에서, 전류 요구 Id는 예를 들어 블록 236에서 측정된 전압 Vrms가 주어질 때 원하는 전력 세트 포인트(262C)(Psp)를 유지하는 데 필요한 전류에 기초하여 간접 지정될 수 있다(예컨대, Id=Psp/Vrms).
블록 268은 LUT(228)에 저장된 LUT 샘플들을 회수함으로써 구동 신호를 제어하기 위한 DDS 제어 알고리즘을 구현할 수 있다. 소정 태양에서, DDS 제어 알고리즘은 포인트(메모리 위치)-스킵핑(skipping) 기술을 사용하여 고정 클럭 레이트로 파형의 샘플들을 생성하기 위한 수치-제어 발진기(numerically-controlled oscillator, NCO) 알고리즘일 수 있다. NCO 알고리즘은 LUT(228)로부터 LUT 샘플들을 회수하기 위한 어드레스 포인터로서 기능하는 위상 누산기(phase accumulator) 또는 주파수-위상 컨버터(frequency-to-phase converter)를 구현할 수 있다. 일 태양에서, 위상 누산기는 D 스텝 크기의 모듈로(modulo) N 위상 누산기일 수 있으며, 여기서 D는 주파수 제어 값을 나타내는 양의 정수이고, N은 LUT(228) 내의 LUT 샘플들의 수이다. 예를 들어, D=1의 주파수 제어 값은 위상 누산기가 LUT(228)의 모든 어드레스를 순차적으로 지시하게 하여, LUT(228)에 저장된 파형을 복제하는 파형 출력을 생성하게 할 수 있다. D>1일 때, 위상 누산기는 LUT(228) 내의 어드레스들을 스킵하여, 더 높은 주파수를 갖는 파형 출력을 생성할 수 있다. 따라서, DDS 제어 알고리즘에 의해 생성되는 파형의 주파수는 주파수 제어 값을 적합하게 변경함으로써 제어될 수 있다. 소정 태양에서, 주파수 제어 값은 블록 244에서 구현되는 위상 제어 알고리즘의 출력에 기초하여 결정될 수 있다. 블록 268의 출력은 DAC(168)의 입력을 공급할 수 있으며, 이어서 DAC는 대응하는 아날로그 신호를 전력 증폭기(162)의 입력에 공급한다.
프로세서(174)의 블록 270은 증폭되는 신호의 파형 포락선에 기초하여 전력 증폭기(162)의 레일 전압을 동적으로 변조하기 위한 스위치-모드 컨버터 제어 알고리즘을 구현하여, 전력 증폭기(162)의 효율을 향상시킬 수 있다. 소정 태양에서, 파형 포락선의 특성들은 전력 증폭기(162)에 포함된 하나 이상의 신호를 모니터링함으로써 결정될 수 있다. 일 태양에서, 예를 들어, 파형 포락선의 특성들은 증폭된 신호의 포락선에 따라 변조되는 드레인 전압(예컨대, MOSFET 드레인 전압)의 최소치들을 모니터링함으로써 결정될 수 있다. 최소치 전압 신호는 예를 들어 드레인 전압에 결합되는 전압 최소치 검출기에 의해 생성될 수 있다. 최소치 전압 신호는 ADC(176)에 의해 샘플링될 수 있고, 이때 출력 최소치 전압 샘플들은 스위치-모드 컨버터 제어 알고리즘의 블록 272에서 수신될 수 있다. 최소치 전압 샘플들의 값들에 기초하여, 블록 274는 PWM 발생기(276)에 의해 출력되는 PWM 신호를 제어할 수 있으며, 이는 이어서 스위치-모드 조절기(170)에 의해 전력 증폭기(162)에 공급되는 레일 전압을 제어한다. 소정 태양에서, 최소치 전압 샘플들의 값들이 블록 262에 입력되는 최소치 타겟(278)보다 작은 한, 레일 전압은 최소치 전압 샘플들에 의해 특성화되는 바와 같은 파형 포락선에 따라 변조될 수 있다. 최소치 전압 샘플들이 낮은 포락선 전력 수준들을 나타낼 때, 예를 들어, 블록 274는 낮은 레일 전압이 전력 증폭기(162)에 공급되게 할 수 있으며, 이때 최소치 전압 샘플들이 최대 포락선 전력 수준들을 나타낼 때만 충분한 레일 전압이 공급될 수 있다. 최소치 전압 샘플들이 최소치 타겟(278) 아래로 떨어질 때, 블록 274는 레일 전압이 전력 증폭기(162)의 적절한 동작을 보증하기에 적합한 최소값으로 유지되게 할 수 있다.
일 태양에서, 방법 및/또는 장치는 엔드 이펙터의 초음파 블레이드에 대한 클램프 아암 위치를 감지하기 위한 기능을 제공할 수 있고, 발생기(102)와 같은 발생기 및 제어 회로(108) 및/또는 제어기(196)와 같은 제어기가 클램프 아암 위치에 기초하여 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 데 사용될 수 있다. 이제 도 32를 참조하면, 엔드 이펙터를 제어하기 위한 프로세스(3200)가 도시된다. 프로세스(3200)는 발생기(102), 제어 회로(108), 및/또는 제어기(196) 중 하나 이상과 통신할 수 있거나 그의 일부일 수 있는 프로세서에 의해 적어도 부분적으로 실행될 수 있다. 이제 도 32를 참조하면, 엔드 이펙터를 위한 제어기를 캘리브레이션하기 위한 프로세스(3300)가 도시된다. 프로세스(3200)는 발생기(102), 제어 회로(108), 및/또는 제어기(196) 중 하나 이상과 통신할 수 있거나 그의 일부일 수 있는 프로세서에 의해 적어도 부분적으로 실행될 수 있다.
이제 도 11을 참조하면, 예시적인 엔드 이펙터(300) 및 샤프트(302)가 도시된다. 클램프 아암(304)은 홀 효과 센서와 같은 하나 이상의 센서를 사용하여 측정될 수 있는, 초음파 블레이드(306)에 대한 위치(예컨대, "각도" 화살표 또는 변위에 의해 표현됨)를 가질 수 있다. 초음파 블레이드에 대한 클램프 아암의 위치를 감지하는 것은 조오 내측에서 클램핑되는 조직의 두께, 양 또는 유형을 감지하는 능력과 같은 새로운 능력을 가능하게 하는 관련 장치 정보를 제공할 수 있다. 일 태양에서, 도 32의 프로세스(3200)는 (예컨대, 홀 효과 센서로부터의) 신호에 기초하여 클램프 아암과 초음파 블레이드 사이의 조직의 유형을 결정할 수 있다(3220). 추가로, 프로세서 및/또는 메모리를 사용하여, (예를 들어, 절개 없이 혈관을 봉합하기 위한) 하나 이상의 알고리즘이 조오들 내측에 클램핑되는 것으로 결정된 조직의 두께, 양 또는 유형에 기초하여 선택될 수 있다.
초음파 블레이드(306)는 기계적 진동을 통해 조직 및/또는 혈관에 조직 효과(tissue effect)를 전달할 수 있다. 클램프 아암(304)은 클램프 아암과 외측 관(310) 사이의 연결을 나타낼 수 있는 지점(314)을 중심으로 피벗될 수 있다. 내측 관(308)이 전후로 이동할 수 있고, 초음파 블레이드(306)에 대한 클램프 아암(304)의 폐쇄를 구동할 수 있다. 다양한 태양에서, 클램프 아암(304)과 초음파 블레이드(306) 사이의 각도를 측정하는 것이 바람직할 수 있다.
일 태양에서, (예컨대, 활성화 동안) 초음파 블레이드(306)에 대한 클램프 아암(304)의 위치는 내측 관(308)과의 결합을 통해 가까워질 수 있다. 내측 관(308)은 클램프 아암(304)에 링크될 수 있고, 외측 관형 시스(56) 내에 위치된 왕복 관형 작동 부재(58)와 유사할 수 있다. 외측 관형 시스(56)와 유사할 수 있는 외측 관(310), 및/또는 초음파 블레이드(306)는 초음파 블레이드(306)에 대한 클램프 아암(304)의 위치 및/또는 각도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 외측 관(310)은 정적 상태에 있을 수 있고, 일 태양에서, 클램프 아암(304)에 링크될 수 있다. 그 결과, 본 명세서에서 설명되는 기술 및 특징부를 사용하여, 외측 관(310)에 대한 내측 관(308)의 이동(예컨대, 양방향 화살표(312)로 표현됨)이 측정되고 클램프 아암 위치에 가까워지기 위해 사용될 수 있다.
도 32를 간략하게 참조하면, 프로세스(3200)는 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동하는 제1 관의 제2 관에 대한 이동에 응답하여 (예컨대, 홀 효과 센서에서) 신호를 검출할 수 있다(3202). 제1 관은, 예를 들어, 왕복 관형 작동 부재(58)와 유사할 수 있고, 제2 관은, 예를 들어, 외측 관형 시스(56)와 유사할 수 있다. 다시 말하면, 도 32에서 설명되는 바와 같이, 제1 관은 내측 관일 수 있고 제2 관은 외측 관이다. 내측 관은 외측 관에 대해 이동가능할 수 있다(3208). 외측 관은 내측 관에 대해 정적 상태에 있을 수 있다. 프로세스(3200)는 제1 관 상에 위치된 자석 및 홀 효과 센서를 사용하여 신호를 검출할 수 있다(3210).
홀 효과 센서의 사용은 본 발명의 다양한 태양과 관련하여 본 명세서에서 설명될 것이지만, 다른 유형의 센서가 이동(312)을 측정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 선형 가변 차동 변압기(linear variable differential transformer, LVDT), 회전 가변 차동 변압기, 압전 변환기, 전위차계, 광 전기 센서가 이동(312)을 측정하는 데 사용될 수 있다. 추가로, 홀 효과 센서 및 적합한 등가물이 작은 전자 보드 및 자석의 사용을 통해 서로에 대한 2개의 몸체의 위치를 측정하는 데 사용될 수 있다.
이제 도 12를 참조하면, 예시적인 홀 효과 센서의 표현이 도시되어 있다. 자석(402)은 고정 위치에 있을 수 있는 홀 센서(404)의 면에 수직인 라인으로 이동하는 N극 및 S극을 가질 수 있다. 이제 도 13a를 참조하면, 예시적인 홀 효과 센서의 다른 표현이 도시되어 있다. 자석(408)은 고정 위치에 있을 수 있는 홀 효과 센서(410)의 면에 평행한 라인으로 이동하는 N극 및 S극을 가질 수 있다. 이제 도 13b를 참조하면, 예시적인 홀 효과 센서의 다른 표현이 도시되어 있다. 자석(414)은 고정 위치에 있을 수 있는 홀 효과 센서(416)의 면에 평행한 라인(418)으로 이동하는 N극 및 S극을 가질 수 있다. 자석은 직경(D)을 가질 수 있고, 자석 및 홀 효과 센서(416)는 총 유효 공기 갭(total effective air gap, TEAG)(420)을 가질 수 있다. 이러한 구성은 적절한 자석-센서 조합에 의해 작은 거리에 걸친 이동의 매우 민감한 측정을 허용할 수 있다.
홀 효과 센서는, 자기장을 감지할 수 있고 홀 효과 센서에 대한 자기장의 강도 또는 자석의 상대 근접도에 기초하여 그의 전기 출력을 변화시킬 수 있는 소형 전자 칩을 포함할 수 있다. 자석이 홀 효과 센서의 면(예컨대, "X"로 마킹됨)을 가로질러 이동하고 면의 바로 전방에 있는 것에 더 가까워짐에 따라, 홀 효과 센서의 출력 신호는 변할 수 있고, 홀 효과 센서에 대한 자석의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 일 태양에서, 자석은 홀 효과 센서의 출력 신호의 더 많은 변화를 야기하지 않을 수 있다. 예를 들어, 특정 특성을 갖는 자석 및 홀 효과 센서를 사용하여, 홀 효과 센서로부터의 1.5 인치 초과 또는 추가의 거리에 있는 자석은 출력 신호에 관하여 매우 적게 생성할 수 있지만, 자석이 홀 효과 센서에 점점 더 가깝게 이동함에 따라, 전기 출력은 자석이 임계 위치에 더 가깝게 이동됨에 따른 자석의 작은 운동에 응답하여 매우 식별가능한 신호 변화가 발생하도록 더 빠르게 변한다. 자석의 다양한 위치에서의 홀 효과 센서의 전기적 응답은 최상의 피팅 곡선을 생성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 자석의 변위의 함수로서의 홀 효과 센서의 전압 출력이 결정될 수 있다.
도 14a는 본 발명에 따른, 클램프 아암이 완전 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치로 이동함에 따른 홀 효과 센서의 출력 전압의 거리의 함수로서의 테이블(1400)이다. 상대 거리(mm)가 제1 열(1402)에 열거되어 있다. 절대 거리(mm)가 제2 열(1404)에 열거되어 있고, 인치 단위의 절대 거리가 제3 열(1406)에 열거되어 있다. 홀 효과 센서의 출력 전압이 제4 열(1408)에 열거되어 있고 클램프 아암 위치가 제5 열(1410)에 열거되어 있는데, 여기서 최상부 셀은 완전 폐쇄 위치에 있는 클램프 아암을 나타내고 최하부 셀은 완전 개방 위치에 있는 클램프 아암을 나타낸다.
이제 도 14a 및 도 14b를 참조하면, 변위(x-축) 및 관련 데이터의 함수로서 홀 효과 센서의 출력 전압(y-축)의 테이블(1400) 및 그래프(1450)가 도시되어 있다. 본 예에서, 프로토타입 홀 효과 센서/자석 조합의 감도는 비교적 작은 선형 이동(예컨대, 0.100")이 1.5 볼트 신호 변화를 야기할 수 있는 것으로 도시되어 있다. 이러한 신호 변화는 발생기(예컨대, 발생기(102))에 의해 판독될 수 있고, 초음파 블레이드 변위에 대한 결정을 행하거나, 또는 (예컨대, 스피커(114) 및/또는 시각적 디스플레이(116)를 통해) 사용자에게 청각적, 촉각적 및/또는 다른 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있다. 최상의 피팅 곡선(1452)은 플로팅된 데이터 포인트들(145a 내지 145h)(예컨대, 상대 변위, 절대 변위, 전압 출력, 및 위치 중 하나 이상)로부터 결정될 수 있고, 자석의 변위(x-축)의 함수로서 홀 효과 센서의 출력 전압(y-축)에 대한 다항 방정식이 생성될 수 있다. 최상의 피팅 곡선은 2차, 3차, 4차... n차의 것일 수 있다. 데이터 포인트들(1454a 내지 1454h) 및/또는 최상의 피팅 곡선(1452)은 메모리에 저장된 룩업 테이블을 생성하는 데 사용될 수 있고/있거나, 생성된 방정식은, 예를 들어, 홀 효과 센서의 특정 출력 전압을 고려하면, 자석(및 대응하는 클램프 아암 위치)에 대한 변위를 결정하기 위해 프로세서에서 실행될 수 있다. 이러한 방식으로, 도 32를 간략히 참조하면, 프로세스(3200)는 (예컨대, 홀 효과 센서 전압 출력으로부터의) 신호에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드에 대한 엔드 이펙터의 클램프 아암 위치를 결정할 수 있다(3204).
이제 도 15a를 참조하면, 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 및 대응하는 개방된 조오 엔드 이펙터(500) 위치에서의 홀 효과 센서(510) 및 자석(508) 구성의 평면도가 도시되고, 도 15b는 본 발명의 일 태양에 따른, 수술 기구 및 대응하는 폐쇄된 조오 엔드 이펙터(500) 위치에서의 홀 효과 센서(510) 및 자석(508) 구성의 평면도이다. 일 태양에서, 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 홀 효과 센서(50)의 전압 출력은 엔드 이펙터(500)의 조오가 개방될 때 1.6 VDC이고 엔드 이펙터(500)의 조오가 폐쇄될 때 3.1 VDC이다.
이제 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 홀 효과 센서(510)와 자석(508) 조합의 일 태양은 본 명세서에 논의된 것들 중 하나 이상과 같은 수술용 장치에서 구현되는 것으로 도시되어 있다. 도 15a 및 도 15b는 그 예의 평면도의 2개의 이미지를 도시한다. 내측 나사형성 칼라(502)가 자석(508)에 부착될 수 있다. 수술용 장치의 트리거가 폐쇄됨에 따라, 엔드 이펙터(500)의 클램프 아암(504)이 초음파 블레이드(504)와 더 가깝게 접촉하게 되고, 자석(508)은 평면도에 도시된 바와 같이 더 근위로 이동한다. 자석(508)이 (화살표(506)로 표시된 방향으로) 이동함에 따라, 홀 효과 센서(510)의 전압 전위는 변한다. 홀 효과 센서(510)에 대해 제1 관 상에 위치된 자석(508)은 제1 관이 엔드 이펙터(500)의 클램프 아암(503)의 이동을 구동함에 따라 이동할 수 있다.
본 명세서에 논의된 다양한 태양이 정적 상태인 외측 관 및 클램프 아암의 운동을 구동하는 내측 관을 포함하는 것으로 설명되지만, 다른 구성이 가능하고 본 발명의 범주 내에 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 다양한 태양에서, 외측 관은 클램프 아암의 운동을 구동할 수 있고, 내측 관은 정적 상태에 있을 수 있다. 더욱이, 본 명세서에 논의되는 다양한 태양이 정적 상태인 홀 효과 센서(510) 및/또는 집적 회로(예컨대, 칩) 및 클램프 아암(500)이 이동함에 따라 이동하는 자석(508)을 포함하는 것으로 설명되지만, 다른 구성이 가능하고 본 발명의 범주 내에 있다. 예를 들어, 다양한 태양에서, 홀 효과 센서(510)는 클램프 아암(503)이 이동함에 따라 이동할 수 있고, 자석은 정적 상태에 있을 수 있다. 고정 외측 관 및 이동가능 내측 관, 이동 자석(508) 및 정적 홀 효과 센서(510) 또는 다른 감지 회로, 이동 홀 효과 센서(510) 또는 다른 감지 회로 및 정적 자석(508), 이동가능 외측 관 및 고정 내측 관, 내측 및 외측 관들 중 하나의 관 내의 고정 자석, 및/또는 내측 및 외측 관들 중 하나의 관 내의 이동 자석을 포함한 많은 조합이 가능하다. 홀 효과 센서(510) 또는 다른 회로는, 가요성 전기 연결부가 고려되고 운동이 달성될 수 있는 한, 이동 부품(예컨대, 내측 또는 외측 관)에 장착될 수 있거나 정적 부품(예컨대, 내측 또는 외측 관)에 장착될 수 있다.
도 15a에 도시된 바와 같이, 부착된 자석(508)을 갖는 내측 나사형성 칼라(502)는 도 15b에서보다 더 좌측에 위치되고, 대응하는 엔드 이펙터(500)는 개방된 조오, 예컨대 개방된 클램프 아암(503)을 갖는다. 사용자가 트리거를 당기고 엔드 이펙터(500)를 폐쇄함에 따라, 다수의 스프링 및 내측 나사형성 칼라(502)가 (화살표(506)에 의해 표시된 방향으로) 이동하고, 클램프 아암(503)은 폐쇄되도록 구동되거나 이식 조직이 클램프 아암(503)과 초음파 블레이드(504) 사이에 포획되도록 구동된다. 홀 효과 센서(510) 및 자석(508)이 도시되어 있는데, 상기 자석은 원통형일 수 있고, 클램프 아암(503)이 초음파 블레이드(504)를 향해 폐쇄됨에 따라 홀 효과 센서(510) 위로 이동한다.
이제 도 16을 참조하면, 홀 효과 센서(602) 및 자석(606) 배열을 포함하는 시스템(600)의 평면도가 도시되어 있다. 홀 효과 센서(602)는 회로 보드(604) 및 집적 회로(606)를 포함한다. 자석(608)은 클램프 아암이 폐쇄되고 개방됨에 따라 라인(610)을 따라 전후로 이동한다. 자석(608)이 홀 효과 집적 회로(606)의 중심을 향해 이동함에 따라, 홀 효과 센서(602)의 감도는 변하고 출력 신호는 증가한다. 자석(608)을 위한 캐리어(612)가 클램프 아암을 구동하는 내측 관에 결합될 수 있다. 일 태양에서, 내측 관이 (예컨대, 트리거에 의해) 수술 기구의 손잡이를 향해 당겨짐에 따라, 조오는 (예컨대, 클램프 아암은) 폐쇄된다. 자석(608)은 외측 관의 나사형성 내측 칼라의 연장된 레그(leg)에 연결된다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 태양에 따른 수술 기구의 환경에서의 홀 효과 센서(602) 및 자석(608) 구성을 포함하는 시스템(600)의 상이한 도면을 도시한다. 도 17a 및 도 17b를 참조하면, 홀 효과 센서(602)는 수술 기구 내에 위치된 것으로 도시되어 있다. 홀 효과 센서(602)는 외측 관(622)의 나사형성 내측 칼라(620) 상에 위치된다. 자석(608)이 이동하게 하도록 외측 관(622)의 회전 노브 내에 슬롯(624)이 한정된다. 자석(608)은 슬롯(624) 내에서 활주가능하게 이동가능한 캐리어(612) 내에 위치된다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 홀 효과 센서(602)는 정적 상태에 있을 수 있고, 초음파 블레이드의 중심선을 중심으로 회전할 수 있도록 회전 노브에 부착된다. 핀(626)이 회전 노브 및 홀 효과 센서(602) 둘 모두를 통해 그리고 중심 초음파 블레이드 부분을 통해 개구(628) 내에 위치될 수 있다. 그 결과, 초음파 블레이드는 축방향으로 이동하지 않지만, 내측 관은 핀(626)의 축방향 우측 및 좌측으로 이동할 수 있다. 나사형성 연결부(630)는 최소 자속을 갖는 나일론 또는 임의의 다른 적합한 재료로 제조된다.
도 18은 본 발명에 따른 수술 기구의 환경에서의 홀 효과 센서(602) 및 자석(608) 구성을 도시한다. 이제 도 18을 참조하면, 수술 기구의 샤프트가 도시되고 자석(608)이 캐리어(612) 내에 위치된다. 자석 이동부(632)가 내측 관(634)에 결합된다. 자석(608)은 내측 관(634)의 나사형성 칼라(638)에 스냅 끼워맞춤으로 결합될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 홀 효과 센서(602)는 정적 상태이고, 초음파 블레이드의 중심선을 중심으로 회전할 수 있도록 회전 노브에 부착된다.
도 19a는 본 발명의 일 태양에 따른 홀 효과 센서(602) 및 자석(608) 구성을 도시한다. 도 19b는 본 발명에 따른 수술 기구의 환경에서의 홀 효과 센서(602) 및 자석(608) 구성의 상세도이다. 이제 도 19a 및 도 19b를 참조하면, 일 태양에서, 홀 효과 센서(602) 및 자석(608) 구성은 수술 기구의 샤프트 상에 위치된다. 일 태양에서, 홀 효과 센서(602) 및 자석(608)의 극 면(pole face)들은 서로 일렬로 이동한다. 도 17a, 도 17b, 도 19a, 및 도 19b에서, 홀 효과 센서(602)는 자석(608)이 클램프 아암과 관련하여 이동하는 동안 정적 상태에 있다. 일 태양에서, 내측 나사형성 칼라는 자석(608)을 운반하도록 구성되고, 내측 관에 직접 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 홀 효과 센서(602)는 홀 효과 센서(602) 및 자석(608)의 면들이 운동 화살표(640)에 의해 도시된 바와 같이 수직 방식으로 함께 하도록 회전 노브 상에 상이한 방식으로 위치될 수 있다.
일 태양에서, 수술용 장치가 절개 없이 조직을 봉합하는 것이 가능하게 하기 위해 초음파 알고리즘 또는 프로세스가 사용될 수 있다. 이러한 알고리즘 또는 프로세스의 구현은 엔드 이펙터의 초음파 블레이드에 대한 클램프 아암 위치를 측정하는 것을 필요로 할 수 있다. 방법이 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 초음파 블레이드에 대한 클램프 아암 위치를 감지하기 위해 사용될 수 있고, 그러한 위치설정은, 후술되는 바와 같이, 조직 두께의 추정이 이루어질 수 있도록 제조 중에 일관되게 캘리브레이션될 수 있다. 예를 들어, 조직의 양에 관한 정보가 공급되는 알고리즘 또는 프로세스가 그 양이 변함에 따라 반응할 수 있다. 이는 수술용 장치가 혈관을 완전히 절개하지 않고서 조직을 치료하게 할 수 있다.
이제 도 32를 간략히 참조하면, 일단 초음파 블레이드에 대한 클램프 아암 위치가 알려지면, 초음파 블레이드가 진동하는 방식은 상이한 조직 효과를 얻도록 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세스(3200)는 클램프 아암 위치에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절할 수 있다(3206). 예를 들어, 프로세스(3200)는 홀 효과 센서에서의 전압 변화에 기초하여 초음파 변환기를 사용하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절할 수 있다(3214).
전형적으로, 엔드 이펙터는 혈관을 동시에 응고 및 절단하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 설명되는 기술 및 특징부를 사용하여, 외과의가 원할 수 있는 바와 같이, 혈관을 실제로 절개하지 않고서 경동맥 또는 혈관을 봉합하는 데 엔드 이펙터가 사용될 수 있다. 클램프 아암 위치에 관한 정보에 의해, 이동비(TR)가 계산될 수 있으며, 그에 의해 어느 것도 엔드 이펙터 내에 포획되지 않은 상태에서 클램프 아암이 완전 폐쇄 위치에 있는 경우, 센서(예컨대, 홀 효과 센서)는 1의 TR을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 단지 예시를 목적으로, XT가 활성화 상태에서 임의의 주어진 시간에서의 상대 클램프 아암 위치를 나타내는 것이라 하면, X1은 수술용 장치가 조직이 없는 상태에서 완전히 클램핑되는 경우의 클램프 아암 위치이고, X2는 조직이 엔드 이펙터 내에 파지된 상태에서 활성화 시작 시의 클램프 아암 위치이고, 여기서
상기 예를 계속 참조하면, X1은 조오들이 완전히 폐쇄되고 엔드 이펙터 내에 어느 것도 포획되지 않은 경우의 클램프 아암 위치에 대한, 수술용 장치 내에 프로그래밍된 값일 수 있다. X2는 활성화 시작 시의 클램프 아암 위치일 수 있어서, 혈관이 엔드 이펙터 내에서 부착되고 클램프 아암이 완전히 폐쇄되는 경우, 클램프 아암이 혈관을 아래로 그러나 혈관이 절개되기 전에 이동하는 얼마간의 거리로 압박할 수 있게 하고 클램프 아암이 완전 접촉 상태로 초음파 블레이드의 바로 반대편에 있게 한다. XT는 임의의 주어진 시간에서의 클램프 아암 위치이기 때문에 동적으로 변할 수 있다.
예를 들어, 활성화의 바로 시작 시에, TR은 0일 수 있는데, 이는 X1이 어느 것도 포획되지 않은 상태로 완전히 폐쇄되는 클램프 아암 위치를 나타내도록 설정될 수 있기 때문이다. 클램프 아암이 혈관과 접촉하고 있는 경우, 활성화의 바로 시작 시의, X2는 초음파 블레이드를 작동시키기 전에 상대 두께를 제공할 수 있다. XT는, 클램프 아암이 추가로 이동하고 압축하여 조직을 절단하기 시작할 때 시간에 따라 연속적으로 갱신하는 방정식의 값일 수 있다. 일 태양에서, 클램프 아암이 70% 또는 0.7을 이동한 경우에 초음파 블레이드를 비활성화시키는 (예컨대, 그의 작동을 정지시키는) 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 클램프 아암이 조직의 완전한 물림(full bite) 상태에서 폐쇄되는 것과 클램프 아암과 초음파 블레이드 사이에 아무 것도 없이 완전히 폐쇄되는 것 사이의, 원하는 TR의 거리가 0.7인 것은 사전에 경험적으로 결정될 수 있다.
0.7의 TR은 단지 예시적인 목적을 위해 설명되었으며 많은 파라미터들에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 초음파 블레이드가 차단될 지점에 대한 원하는 TR은 혈관 크기에 기초할 수 있다. TR은 절개 없이 주어진 조직 또는 혈관을 치료하기 위해 작용하는 것으로 관찰되는 임의의 값일 수 있다. 일단 원하는 위치가 알려지면, 초음파 블레이드의 진동은 원하는 위치에 기초하여 조절될 수 있다. 도 20은 홀 효과 센서 출력 전압에 기초한, y-축을 따른 이동비(TR)를 x-축을 따른 시간(초)의 함수로서 도시하는 곡선(2002)의 그래프(2000)이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 원하는 TR은 0.7이며, 이는 클램프 아암이 70% 또는 0.7을 이동했을 때 초음파 블레이드가 비활성화되는 (예컨대, 작동이 정지되는) 것을 의미한다. 이는 원하는 목적 TR이 0.7인 경우 초음파 블레이드가 작동하는 상태로 혈관 상에 있는 클램프 아암에 대한 것이다. 도 20의 특정 예에서, 초음파 블레이드는 경동맥 상에서 활성화되었고(예컨대, 작동하고 있었고), 약 16초 후에 0.7의 TR에서 차단된다.
일 태양에서, 비례-적분 제어기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 도 21은 홀 효과 센서 출력 전압에 기초한, 좌측 y-축을 따른 이동비(TR)를 x-축을 따른 시간(초)의 함수로서 도시하는 제1 곡선(2102)의 그래프(2100)이다. 제2 곡선(2104)은 우측 y-축을 따른 전력(와트)을 x-축을 따른 시간(초)의 함수로서 도시한다. 그래프(2100)는 비례-적분(PI) 제어기로 달성될 수 있는 것의 일례를 제공한다. 이동비(TR) 곡선(2102)은 "이동비"로 표시된 라인에 의해 그래프(2100) 상에 표현된다. "원하는 값"으로 표시된 라인에 의해 도시된 바와 같이, 이동비에 대한 목표 값 또는 원하는 값은 0.7일 수 있지만, 다양한 다른 값이 사용될 수 있다. 전력 출력 곡선(2104)은 초음파 블레이드를 통한 전력을 나타내고, "전력(와트)"으로 도시되고 표시된다.
이제 도 32를 간략히 참조하면, 프로세스(3200)는, 클램프 아암이 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절할 수 있는(3216) 것으로 도시되어 있다. 예를 들어, 클램프 아암이 초음파 블레이드를 향해 이동하고 원하는 값에 접근됨에 따라, 초음파 블레이드로의 그리고 조직 내로의 전력 출력의 양은 감소될 수 있다. 이는 초음파 블레이드가 조직을 충분한 전력으로 절단할 것이기 때문이다. 그러나, 원하는 값에 접근됨에 따라(여기서, 완전한 절개는 1의 이동비에 의해 표현될 수 있음) 출력되는 전력이 시간 경과에 따라 감소되면, 조직이 절개될 가능성은 극적으로 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 외과의가 원할 수 있는 바와 같이 조직을 절단하지 않고서 효과적인 봉합이 달성될 수 있다.
다시 도 21을 참조하면, 도 21에 도시된 전력 출력 곡선(2104)은 초음파 블레이드를 활성화하기(예컨대, 작동시키기) 위해 구동 신호에 의해 변환기 스택으로 인가되는 전력을 나타낼 수 있는 것으로 도시되어 있다. 전력 값은 엔드 이펙터의 클램프 아암 부분의 이동에 비례할 수 있고 조직으로 전달될 수 있으며, 전력 곡선은 초음파 변환기에 인가되는 전압 및 전류를 나타낼 수 있다. 일 태양에서, 초음파 발생기(예컨대, 발생기(102))는 홀 효과 센서로부터의 전압 출력 데이터를 판독할 수 있고, 이에 응답하여, 초음파 블레이드를 원하는 대로 구동하기 위해 변환기에 얼마나 많은 전압 및 전류를 제공할지에 대한 명령을 전송할 수 있다. 엔드 이펙터의 클램프 아암 부분이 이동되고 원하는 값으로 접근됨에 따라, 초음파 블레이드는 조직에 더 작은 에너지를 전달하도록 강제될 수 있고 조직을 절단할 가능성을 감소시킬 수 있다.
초음파 블레이드에 전력이 공급됨에 따라, 초음파 블레이드는 초음파 블레이드와 조직의 계면에서의 마찰이 열로 하여금 조직으로부터 수분을 몰아내게 하고 조직을 건조하게 하도록 조직 또는 혈관에 영향을 줄 것이다. 이러한 프로세스 동안, 클램프 아암 부분은 봉합이 이루어짐에 따라 조직을 점점 더 압축시킬 수 있다. TR이 시간 경과에 따라 증가함에 따라, 조직은 조직이 건조됨에 따라 클램프 아암에 의해 더 큰 압력을 인가함으로써 편평해진다. 이러한 방식으로, 큰 혈관을 효과적으로 봉합하기 위해 전력 출력을 제어함으로써 초기 지점(여기서 TR=0)으로부터 소정의 제2 위치로 조직을 처리하는 데 PI 제어기가 사용될 수 있다. PI 제어기에 의해, TR이 원하는 값에 접근함에 따라, 초음파 장치는 조직의 압축 및 응고를 순조롭게 제어하기 위해 (초음파 블레이드로의) 전력 전달을 강하시킨다. 이러한 프로세스는 절개 없이 혈관을 효과적으로 봉합하는 능력을 보여주었다. 이러한 방식으로, 프로세스(3200)는 클램프 아암이 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 비례-적분(PI) 제어기를 사용하여, 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절할 수 있다(3218). PI 제어는 전력이 제어될 수 있게 하는 유일한 논리 시스템이 아니라는 것을 이해할 것이다. 홀 효과 센서의 함수로서 전력을 적절하게 감소시키기 위해 많은 수학적 맵핑이 존재한다. 다른 논리 시스템의 예에는, 무엇보다도 특히, PID 제어기, 비례 제어기, 퍼지 논리, 신경망, 다항식, 베이즈 네트워크(Bayesian network)가 포함된다.
도 22는 PI 제어기가 어떻게 동작하는지를 도시하는 그래프(2200)이다. 비례 항은 TR과 TR에 대한 원하는 값 사이의 절대차의 표시일 수 있다. TR이 원하는 값에 접근하고, 비례 항의 효과가 줄어들 수 있고, 결과적으로 초음파 전력(예컨대, 초음파 블레이드에 의해 전달됨)은 감소될 수 있다. 곡선 아래 면적(2202)으로서 도시된 적분 항은 주어진 시간 섹션에 걸친 오류의 축적일 수 있다. 예를 들어, 위에서 보여준 바와 같이, 적분 항은 5초 후에까지 축적을 시작하지 않을 수 있다. 5초 후, 적분 항은 효과를 나타내기 시작할 수 있고, 초음파 블레이드로의 전력이 증가될 수 있다. 약 9초 후, 비례 항에서의 효과의 감소는 초음파 블레이드로의 전력 전달이 감소되게 하는 적분 항에서의 증가의 효과를 능가할 수 있다. 그러나, 이러한 예에서, 상기에 논의된 바와 같이, TR에 대한 0.7의 원하는 값이 사용되었고, TR 값은 제어기의 비례 항 및 적분 항과 함께 특정 장치에 대해 최적화될 수 있다.
실제로, PI 제어기는 이동비와 원하는 값 사이의 임의의 주어진 시간에서의 거리에 기초하여 전력 출력이 어떤 값이어야 하는지를 나타낼 수 있다. 그러한 거리로부터, PI 제어기는 소정 값(예를 들어, 0.4)을 출력할 수 있다. 도 22의 예에서, 일정 시각(예를 들어, 1초)에, 거리는 P 및 I에 할당된 값들에 기초한다. 이러한 거리는, P를 나타내고 0.78을 생성하는 상수에 의해 곱해질 수 있다. 발생기는 시스템에게 0.78을 내보내도록, 또는, 예를 들어, 이들 둘 사이의 거리가 소정 크기일 때 7.8와트의 전력을 내보내도록 지시할 수 있다. 그 결과, TR 곡선은 원하는 값 곡선에 접근하고, 거리가 감소한다. 시간이 경과함에 따라, 발생기가 시스템에게 전송하도록 지시하는 전력의 양은 감소하고, 이는 원하는 결과일 수 있다. 그러나, 이는 또한, 단지 P만이 사용되고 I는 사용되지 않은 경우, 시간이 15초에 접근할 때 목표를 완료하기에 충분한 조직으로의 전력 출력이 없을 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 이는 I 부분(적분 부분)이 약 5초일 수 있는 설정 기간에 계산되는 경우이다. (시간 경과에 따라 원하는 값과 이동비 사이에 포획된 해시 라인(hashed line)들에 의해 도 22에 도시된) 곡선 아래 면적(2202)을 계산함으로써 그리고 0초와 5초 사이에 도시된 0.78에 더하여, I 부분은 그 자신의 전력의 양을 추가하기 시작하여 원하는 값으로의 이동비의 진행을 돕고 그가 다소 시기적절하게 달성하게 한다. 예를 들어, 5초에, I 부분은 활성이 아니지만, 시간이 진행됨에 따라 I 부분은 2개의 곡선들 사이에 포획된 면적을 계산하기 시작하고, 그 값(예를 들어, 추가 4와트)을 추가하는데, 이는 비례 값으로부터 비롯된 전력에 더하여, 곡선 아래의 면적이다. 이들 2개의 계산을 함께 사용함으로써 도 22에 도시된 바와 같이 전력 곡선(즉, 전력 출력)을 제공할 수 있다. PI 제어기는 다소 시기적절하게 봉합 효과를 향해 가도록 구성된다.
일 태양에서, 본 명세서에서 설명되는 기술은 상이한 크기의 혈관(예를 들어, 5mm, 6mm, 및 7mm의 둥근 혈관)을 봉합하기 위해 채용될 수 있다. 봉합의 강도는 봉합이 파열될 때까지 시험될 수 있고 파열 압력을 기록할 수 있다. 더 높은 파열 압력은 더 강한 봉합을 나타낸다. 실제 수술의 경우에, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 수술 기구 또는 장치가 혈관을 봉합하는 데 사용되면, 봉합은 그가 높은 연관된 파열 압력을 갖는 경우 누설되지 않을 것이다. 일 태양에서, 파열 압력은 상이한 크기의 혈관, 예를 들어 각각 5mm, 6mm 및 7mm의 둥근 혈관을 가로질러 측정될 수 있다. 전형적으로, 더 작은 혈관은 더 높은 파열 압력을 갖고 혈관이 클수록, 파열 압력은 감소된다.
이제 도 23을 참조하면, 본 명세서에서 설명되는 기술 및 특징부를 사용하여 (예를 들어, 초음파 블레이드 및 홀 효과 센서를 사용하여) 봉합된 몇몇 혈관(2400)이 도시되어 있다. 전술된 PI 제어기를 사용하여, 60개의 혈관을 봉합하였다. 58개의 혈관을 절개 없이 봉합하였다.
일 태양에서, 클램프 아암이 개방된 상태로 초음파 블레이드를 활성화시킴으로써 응고되는 동안 초음파 블레이드에 점착되었을 수 있는 조직을 방출시키는 것을 도울 수 있는 것으로 관찰되었다. 홀 효과 센서로부터의 신호의 변화를 검출하는 것은 사용자가 장치 활성화 후에 클램프 아암을 개방할 때를 나타낼 수 있다. 이러한 정보는, 초음파 블레이드에 점착되는 임의의 조직을 방출시키기 위해, 짧은 기간 동안 낮은 수준의 초음파 신호를 전송하도록 시스템을 트리거할 수 있다. 이러한 짧은 부-치료 신호는 사용자가 겪는 점착의 수준을 감소시킬 수 있다. 이러한 특징부는 초음파 전단 장치가 다중 용도를 위해 설계되고 초음파 블레이드 코팅이 마모되기 시작한 경우에 유용할 수 있다. 이러한 방식으로, 본 명세서에서 설명되는 기술 및 특징부는 초음파 블레이드에 점착되는 조직의 양을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
엔드 이펙터 및 홀 효과 센서를 캘리브레이션하기 위한 방법은 그 후의 제조 동안 엔드 이펙터 및 홀 효과 센서를 캘리브레이션하는 단계를 포함할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 도 32에 도시된 프로세스(3300)는 엔드 이펙터를 위한 제어기를 캘리브레이션하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 초음파 장치의 클램프 아암 위치가 조립 동안 캘리브레이션될 수 있다. 본 명세서에 논의되는 바와 같이, 초음파 블레이드에 대한 클램프 아암의 위치를 감지함으로써, 조오 내측에서 클램핑될 수 있는 조직의 양 또는 유형을 감지하는 능력을 포함하지만 이에 제한되지 않는 새로운 능력을 가능하게 할 수 있는 관련 수술용 장치 정보를 제공할 수 있다. 추가로, (예컨대, 절개 없이 혈관을 봉합하는 것과 같이) 실행되는 다양한 알고리즘에 대한 결정이 클램프 아암의 위치를 감지하는 것에 기초하여 이루어질 수 있다. 그러나, 다양한 태양에서, 이러한 정보가 유용하고 신뢰성 있게 되기 위해, 수술용 장치는 클램프 아암이 완전히 개방된 경우 또는 클램프 아암이 엔드 이펙터 내에 재료 없는 상태에서 완전히 폐쇄된 경우와 같은 베이스라인(baseline)에 관하여 캘리브레이션되어야 한다.
전술된 바와 같이, 이동비(TR)를 결정하는 것은 엔드 이펙터를 제어하기 위한 다양한 프로세스에 도움을 줄 수 있다. TR의 결정 시, X1은 장치가 조직이 없는 상태에서 완전히 폐쇄될 때의 클램프 아암 위치이다. X1에 대응하는 값(예컨대, 홀 효과 신호)을 결정하는 것은 제조 동안 수행될 수 있고, 캘리브레이션 프로세스의 일부일 수 있다.
이제 도 24를 참조하면, 클램프 아암의 다양한 위치에 대한 x-축을 따른 절대 거리(in)의 함수로서 y-축을 따른 홀 효과 센서 출력 전압의 최상의 피팅 곡선(2502)의 그래프(2500)가 도시되어 있다. 최상의 피팅 곡선(2502)은, 클램프 아암이 본 발명에 따른 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 이동함에 따라, 도 14a에 도시된 테이블(1400)의 제3 열(1406)에 열거된 바와 같은 초음파 블레이드로부터의 클램프 아암의 절대 거리(in) 및 도 14a에 도시된 테이블(1400)의 제4 열(1408)에 열거된 대응하는 홀 효과 센서 출력 전압에 기초하여 플로팅된다.
여전히 도 24를 참조하면, 클램프 아암 위치를 감지하도록 구성된 홀 효과 센서의 예시적인 전기 출력이 도시되어 있다. 센서(예컨대, 자석)의 변위에 대해 플로팅된 홀 효과 센서 신호 강도는 최상의 피팅 곡선(2502)에 의해 도시된 바와 같이 포물선 형상을 따를 수 있다. 홀 효과 센서를 캘리브레이션하기 위해, 센서의 몇몇 판독치가 기지의 베이스라인 위치에서 취해진다. 캘리브레이션 동안, 도 24에 도시된 바와 같은 최상의 피팅 곡선(2502)은 홀 효과 센서가 제조 설정에서 이루어진 판독치에 기초하여 효과적으로 판독하고 있다는 것을 확인하기 위해 분석될 수 있다. 이러한 방식으로, 클램프 아암의 다양한 위치(예컨대, 클램프 아암과 홀 효과 센서 사이의 완전 개방, 완전 폐쇄, 및 분리 위치)에 대응하는 홀 효과 센서 응답이 기록되어 제조 동안 최상의 피팅 곡선을 생성할 수 있다. 다양한 데이터 포인트들(예컨대, 도 24에 도시된 바와 같은 4개의 데이터 포인트(1 내지 4) 또는 필요할 수 있는 바와 같이 많은 데이터 포인트들)이 기록되어 최상의 피팅 곡선(2502)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 위치에서, 클램프 아암이 완전히 개방될 때 홀 효과 센서 응답이 측정될 수 있다. 이러한 방식에서, 도 32를 간략히 참조하면, 도 32에 도시된 프로세스(3300)는 엔드 이펙터의 초음파 블레이드와 클램프 아암의 완전 개방 위치에 대응하는 제1 측정 신호(예컨대, 홀 효과 센서 응답)를 검출할 수 있다(3302).
도 25와 함께 도 24를 이제 다시 참조하면, 4개의 데이터 포인트(1 내지 4)는, 도 24에 도시된 바와 같이, 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이의 갭의 함수로서 홀 효과 센서로 측정된 전압을 나타낸다. 이들 데이터 포인트(1 내지 4)는 도 25 내지 도 28과 관련하여 설명되는 바와 같이 기록될 수 있다. 제1 데이터 포인트(1)는 엔드 이펙터(2600)가 도 25에 도시된 구성에 있을 때 기록된다. 제1 데이터 포인트(1)는 클램프 아암(2606)이 초음파 블레이드(2608)에 대해 완전 개방 위치에 있을 때 기록된 홀 효과 센서 출력 전압에 대응한다.
제2 데이터 포인트(2)는 엔드 이펙터(2600)가 도 26에 도시된 구성에 있을 때 기록된다. 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2808) 사이의 정확한 갭을 얻기 위해, 기지의 직경의 제1 게이지 핀(2602)이 엔드 이펙터(2600)의 조오들 내의, 예컨대 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이의 사전결정된 위치에 배치된다. 도 26에 도시된 바와 같이, 제1 게이지 핀(2602)은 초음파 블레이드(2608)의 원위 단부와 근위 단부 사이에 위치되고, 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이에 파지되어 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2808) 사이의 정확한 갭을 설정한다. 일단 클램프 아암(2606)이 제1 게이지 핀(2602)을 파지하기 위해 폐쇄되면, 홀 효과 센서의 출력 전압이 측정 및 기록된다. 제2 데이터 포인트(2)는 제1 게이지 핀(2602)에 의해 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이에 설정된 갭과 상관된다. 이러한 방식으로, 홀 효과 센서의 출력 전압은 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이의 갭 거리와 동일하다. 제2 데이터 포인트(2)는 도 24에 도시된 최상의 피팅 곡선(2502)을 생성하기 위해 다항식을 전개하기 위한 몇몇 데이터 포인트들 중 하나이다. 도 32에서 설명되는 프로세스(3300)는 실제 홀 효과 센서 전압을 검출하고(3304), (예컨대, 다항식을 계산하는) 최상의 제1 곡선(2502)에 기초하여 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이의 갭을 결정한다.
제3 데이터 포인트(3)는 엔드 이펙터(2600)가 도 27에 도시된 구성에 있을 때 기록된다. 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2808) 사이의 다른 정확한 갭을 얻기 위해, 제1 게이지 핀(2602)이 제거되고, 기지의 직경의 제2 게이지 핀(2604)이 엔드 이펙터(2600)의 조오들 내의, 예컨대 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이의, 제1 게이지 핀(2602)의 위치와는 상이한, 사전결정된 위치에 배치된다. 도 27에 도시된 바와 같이, 제2 게이지 핀(2604)은 초음파 블레이드(2608)의 원위 단부와 근위 단부 사이에 위치되고, 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이에 파지되어 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2808) 사이의 정확한 갭을 설정한다. 일단 클램프 아암(2606)이 제2 게이지 핀(2602)을 파지하기 위해 폐쇄되면, 홀 효과 센서의 출력 전압이 측정 및 기록된다. 제3 데이터 포인트(3)는 제2 게이지 핀(2604)에 의해 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이에 설정된 갭과 상관된다. 이러한 방식으로, 홀 효과 센서의 출력 전압은 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이의 갭 거리와 동일하다. 제3 데이터 포인트(3)는 도 24에 도시된 최상의 피팅 곡선(2502)을 생성하기 위해 다항식을 전개하기 위한 몇몇 데이터 포인트들 중 하나이다. 도 32에서 설명되는 프로세스(3300)는 실제 홀 효과 센서 전압을 검출하고(3304), (예컨대, 다항식을 계산하는) 최상의 제1 곡선(2502)에 기초하여 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이의 갭을 결정한다.
제4 데이터 포인트(4)는 엔드 이펙터(2600)가 도 28에 도시된 구성에 있을 때 기록된다. 제4 데이터 포인트(4)를 얻기 위해, 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이에 배치된 게이지 핀(2602, 2604)은 없지만, 오히려 클램프 아암(2606)이 초음파 블레이드(2608)에 대해 완전 폐쇄 위치에 배치된다. 일단 클램프 아암(2606)이 완전 폐쇄 위치에 배치되면, 홀 효과 센서의 출력 전압이 측정 및 기록된다. 제4 데이터 포인트(4)는 완전히 폐쇄된 클램프 아암(2606) 위치와 상관된다. 이러한 방식으로, 홀 효과 센서의 출력 전압은 초음파 블레이드(2608)에 대한 완전히 폐쇄된 클램프 아암(2606) 위치와 동일하게 된다. 제4 데이터 포인트(4)는 도 24에 도시된 최상의 피팅 곡선(2502)을 생성하기 위해 다항식을 전개하기 위한 몇몇 데이터 포인트들 중 하나이다. 도 32에서 설명되는 프로세스(3300)는 실제 홀 효과 센서 전압을 검출하고(3304), (예컨대, 다항식을 계산하는) 최상의 제1 곡선(2502)에 기초하여 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이의 갭을 결정한다.
게이지 핀의 다양한 구성이 엔드 이펙터(2600)의 클램프 아암(2606)과 초음파 블레이드(2608) 사이에 기지의 변위 및/또는 각도를 생성할 수 있다. 주어진 클램프 아암/초음파 블레이드/샤프트 설계 및 기지의 직경의 게이지 핀의 운동학을 사용하여, 샤프트 조립체의 이론적 변위를, 예컨대 4개 이상의 위치 각각에서 알 수 있다. 이러한 정보는, 각각의 개별 수술용 장치의 특성이 될 수 있는 포물선 곡선(예컨대, 도 24에 도시된 바와 같은 최상의 피팅 곡선(2502))을 피팅하도록, 홀 효과 센서의 전압 판독치와 함께, 입력될 수 있다. 이러한 정보는 수술용 장치의 사용 동안에 발생기(예컨대, 도 6에 도시된 발생기(102))와 통신하도록 구성된 EEPROM 또는 다른 프로그래밍가능 전자장치를 통해 수술용 장치에 로딩될 수 있다.
예를 들어, 전술된 클램프 아암의 4개의 위치에서의 홀 효과 센서 신호 응답은 그래프로 나타낼 수 있고, 응답은 피팅될 수 있고 룩업 테이블에 입력될 수 있거나, 또는 외과의에 의해 사용될 때 엔드 이펙터가 원하는 조직 효과를 전달하도록 홀 효과 센서를 설정/캘리브레이션하는 데 사용될 수 있는 다항식으로 전개될 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세스(3300)는 적어도 제1, 제2, 및 제3 신호들, 완전 개방, 중간, 및 완전 폐쇄 위치들, 및 강성 몸체의 치수에 기초하여 센서 변위(예컨대, 자석 변위)의 함수로서 (예컨대, 홀 효과 센서로부터의) 신호 강도를 표현하는 최상의 피팅 곡선을 결정할 수 있다(3308). 프로세스(3300)는 또한 적어도 제1, 제2, 및 제3 신호들, 및 완전 개방, 중간, 및 완전 폐쇄 위치들에 기초하여 룩업 테이블을 생성할 수 있다(3310).
전술된 구성에서의 홀 효과 센서/자석 배열의 위치설정은 클램프 아암(2606)이 초음파 블레이드(2608)에 가장 근접할 때 클램프 아암(2606)의 가장 민감한 이동이 존재하도록 수술용 장치를 캘리브레이션하는 데 사용될 수 있다. 4개의 데이터 포인트(1 내지 4)에 대응하는 4개의 위치를 전술된 예에서 선택하였지만, 적절한 캘리브레이션을 보장하기 위해 설계 및 개발 팀의 재량으로 임의의 개수의 위치가 사용될 수 있다.
일 태양에서, 본 명세서에서 설명되는 기술 및 특징부는 외과의가 절단 시술에 관여하기 전에 혈관 봉합 시술을 위한 지혈 모드를 사용해야 하는 때를 나타내기 위해 외과의에게 피드백을 제공하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 지혈 모드 알고리즘은 시간을 절약하기 위해 엔드 이펙터(2600)에 의해 파지되는 혈관의 크기에 기초하여 동적으로 변경될 수 있다. 이는 클램프 아암(2606)의 위치에 기초하여 피드백을 필요로 할 수 있다.
도 29a는 본 발명의 일 태양에 따른, 작은 혈관 및 큰 혈관을 봉합하도록 구성된 수술 기구(3002)의 개략도(3000)이다. 수술 기구(3002)는 엔드 이펙터(3004)를 포함하며, 여기서 엔드 이펙터는 클램프 아암(3006) 및 다양한 크기의 혈관을 포함한 조직을 치료하기 위한 초음파 블레이드(3008)를 포함한다. 수술 기구(3002)는 엔드 이펙터(3004)의 위치를 측정하기 위한 홀 효과 센서(3010)를 포함한다. 수술 기구의 트리거 손잡이(3013)가 완전 폐쇄 위치에 있는지 여부를 나타내는 피드백 신호를 제공하기 위해 폐쇄 스위치(3012)가 제공된다.
이제 도 29b를 참조하면, 본 발명의 일 태양에 따른, 작은 혈관(3014) 및 큰 혈관(3016)의 예시적인 범위 및 엔드 이펙터의 클램프 아암의 상대 위치의 다이어그램이 도시되어 있다. 도 29a 및 도 29b를 참조하면, 도 29a에 도시된 수술 기구(3002)는 직경이 4mm 미만인 작은 혈관(3014) 및 직경이 4mm 초과인 큰 혈관(3016)을 봉합하도록 구성되고, 작은 혈관(3014) 및 큰 혈관(3016)을 파지할 때 클램프 아암(3006)의 상대 위치, 및 혈관의 크기에 따라 엔드 이펙터(3010)에 의해 제공되는 상이한 전압 판독치.
도 29c 및 도 29d는 본 발명의 일 태양에 따른, 상이한 기간 동안 다양한 초음파 에너지 수준을 인가함으로써 작은 혈관 및 큰 혈관을 봉합하기 위한 2개의 프로세스를 도시하는 2개의 그래프(3020, 3030)이다. 초음파 에너지 수준이 y-축을 따라 도시되고 시간(초)이 x-축을 따라 도시되어 있다. 이제 도 29a 내지 도 29c를 참조하면, 도 29c에 도시된 제1 그래프(3020)는 작은 혈관(3014)을 봉합하기 위해 초음파 블레이드의 초음파 에너지 구동 수준을 조정하기 위한 프로세스를 도시한다. 작은 혈관(3014)을 봉합 및 절개하기 위한 제1 그래프(3020)에 의해 예시된 프로세스에 따르면, 높은 초음파 에너지 (5)가 제1 기간(3022) 동안 인가된다. 이어서, 에너지 수준은 제2 기간(3024) 동안 (3.5)로 하강된다. 마지막으로, 에너지 수준은 제3 기간(3026) 동안 다시 (5)로 상승되어 작은 혈관(3014)을 완전히 봉합하고 절개를 달성하고, 이어서 에너지 수준은 턴오프된다. 전체 사이클은 약 5초 지속된다.
이제 도 29a 내지 도 29d를 참조하면, 도 29d에 도시된 제2 그래프(3030)는 큰 혈관(3016)을 봉합하기 위해 초음파 블레이드의 초음파 에너지 구동 수준을 조정하기 위한 프로세스를 도시한다. 큰 혈관(3016)을 봉합 및 절개하기 위한 제2 그래프(3030)에 의해 예시된 프로세스에 따르면, 높은 초음파 에너지 (5)가 제1 기간(3032) 동안 인가된다. 이어서, 에너지 수준은 제2 기간(3034) 동안 (1)로 하강된다. 마지막으로, 에너지 수준은 제3 기간(3036) 동안 다시 (5)로 상승되어 큰 혈관(3016)을 완전히 봉합하고 절개를 달성하고, 이어서 에너지 수준은 턴오프된다. 전체 사이클은 약 10초 지속된다.
더 작은 혈관(3014)은 높은 파열 압력 수준에서 봉합하는 것이 더 용이할 수 있다. 따라서, 더 작은 혈관(3014)(예컨대, 4mm 미만)이 클램프 아암(3006)에 의해 클램핑되는지 여부를 감지 및 결정하는 것이 바람직할 수 있고, 그렇다면, 초음파 에너지 수준은 1로 강하될 필요가 없을 수 있다. 대신에, 에너지 수준은 예를 들어 도 29c에 도시된 제1 그래프(3020)에 의해 도시된 바와 같이, 약 3.5로 덜 강하될 수 있다. 이는 혈관(3014)이 약간 더 작기 때문에 프로세스가 더 빠를 수 있다는 사실에 의해 외과의가 혈관에 도달하고, 이를 응고시키고, 혈관을 더 신속하게 절단하게 할 수 있다. 혈관(3016)이 더 큰 경우(예를 들어, 4mm 이상), 도 29d의 제2 그래프(3030)에 의해 도시된 바와 같이, 혈관을 더 느리고 더 긴 기간에 걸쳐 가열하는 프로세스가 더 바람직할 수 있다.
도 30은 본 발명의 일 태양에 따른, 지혈 모드가 사용되어야 하는지를 결정하기 위한 예시적인 프로세스(3100)를 도시하는 논리 다이어그램이다. 처음에, 프로세스(3100)는 홀 효과 센서로부터의 신호를 판독하여(3102) 엔드 이펙터의 위치를 결정한다(3102). 이어서, 프로세스(3100)는 수술용 장치의 완전 폐쇄 스위치가 눌려지는지 여부 또는 수술용 장치의 손잡이가 완전히 폐쇄되는지 여부를 결정한다(3104). 수술용 장치의 완전 폐쇄 스위치가 눌려지지 않고/않거나 수술용 장치의 손잡이가 완전히 폐쇄되지 않는 경우, 프로세스(3100)는 엔드 이펙터의 위치를 결정하기 위해 홀 효과 센서를 계속해서 판독할 수 있다(3102). 수술용 장치의 완전 폐쇄 스위치가 눌려지거나 수술용 장치의 손잡이가 완전히 폐쇄되는 경우, 프로세스(3100)는 엔드 이펙터 위치가 5mm보다 큰 혈관을 나타내는지 여부를 결정한다(3106). 엔드 이펙터 위치가 5mm보다 큰 혈관을 나타내지 않고 시스템 지시기가 발견되지 않는 경우(3108), 프로세스(3100)는 홀 효과 센서를 계속해서 판독하고(3102) 엔드 이펙터의 위치를 결정할 수 있다.
엔드 이펙터 위치가 5mm보다 큰 혈관을 나타내는 경우, 프로세스(3100)는 엔드 이펙터 위치가 7mm보다 큰 혈관을 나타내는지 여부를 결정한다(3110). 엔드 이펙터 위치가 7mm보다 큰 혈관을 나타내지 않는 경우, 프로세스(3100)는 지혈 모드가 사용되어야 하는 것을 나타낸다(3112). 이러한 상태는, 예를 들어, 수술용 장치 상에(예컨대, 손잡이의 상부에) 위치된 녹색 LED가 인에이블(enable)될 수 있는 것을 포함한, 다양한 청각적 피드백, 진동 피드백, 또는 시각적 피드백 기술을 사용하여 표시될 수 있다. 엔드 이펙터 위치가 7mm보다 큰 혈관을 나타내는 경우, 프로세스(3100)는 너무 많은 조직이 엔드 이펙터에 의해 포획되었기 때문에 조직이 취해져서는 안된다는 (즉, 지혈 모드가 사용되어서는 안된다는) 것을 나타낸다(3114). 이러한 상태는, 예를 들어, 수술용 장치 상의(예컨대, 손잡이의 상부의) 적색 LED가 인에이블될 수 있는 것을 포함한, 다양한 청각적, 진동, 또는 시각적 피드백 기술을 사용하여 표시될 수 있다.
도 31은 본 발명의 일 태양에 따른, 엔드 이펙터 제어를 위한 예시적인 프로세스(3200)를 도시하는 논리 다이어그램이다. 일 태양에서, 도 31을 참조하면, 프로세스(3200)는 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동하는 제1 관의 제2 관에 대한 이동에 응답하여 (예컨대, 홀 효과 센서에서) 신호를 검출한다(3202). 제1 관은, 예를 들어, 왕복 관형 작동 부재(58)(도 3 및 도 4)와 유사할 수 있고, 제2 관은, 예를 들어, 외측 관형 시스(56)(도 3 및 도 4)와 유사할 수 있다. 다시 말하면, 도 31에서 설명되는 바와 같이, 제1 관은 내측 관일 수 있고 제2 관은 외측 관이다. 내측 관은 외측 관에 대해 이동가능할 수 있다(3208). 외측 관은 내측 관에 대해 정적 상태에 있을 수 있다. 프로세스(3200)는 제1 관 상에 위치된 자석 및 홀 효과 센서를 사용하여 신호를 검출한다(3210).
프로세스(3200)는 계속되고, (예컨대, 홀 효과 센서 전압 출력으로부터의) 신호에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드에 대한 엔드 이펙터의 클램프 아암 위치를 결정한다(3204). 일단 초음파 블레이드에 대한 클램프 아암 위치가 알려지면, 초음파 블레이드의 진동 모드가 상이한 조직 효과를 얻도록 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세스(3200)는 클램프 아암 위치에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절한다(3206). 예를 들어, 프로세스(3200)는 홀 효과 센서에서의 전압 변화에 기초하여 초음파 변환기를 사용하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절할 수 있다(3214). 대안적으로, 본 프로세스는 절개 없이 혈관을 효과적으로 봉합할 수 있다. 이러한 방식으로, 프로세스(3200)는 클램프 아암이 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 비례-적분 제어기를 사용하여, 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절할 수 있다(3218).
다른 태양에서, 프로세스(3200)는 클램프 아암이 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절할 수 있다(3216). 예를 들어, 클램프 아암이 초음파 블레이드를 향해 이동하고 원하는 값(도 21 및 도 22)에 접근됨에 따라, 초음파 블레이드로의 그리고 조직 내로의 전력 출력의 양은 감소될 수 있다. 이는 초음파 블레이드가 조직을 충분한 전력으로 절단할 것이기 때문이다. 그러나, 원하는 값에 접근됨에 따라(여기서, 완전한 절개는 1의 이동비에 의해 표현될 수 있음) 출력되는 전력이 시간 경과에 따라 감소되면, 조직이 절개될 가능성은 극적으로 감소될 수 있다. 이러한 방식으로, 외과의가 원할 수 있는 바와 같이 조직을 절단하지 않고서 효과적인 봉합이 달성될 수 있다.
일 태양에서, 도 31의 프로세스(3200)는 제1 관이 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동함에 따라 제1 관 상에 위치된 자석을 홀 효과 센서에 대해 이동시킨다(3212). 이어서, 프로세스(3200)는 (예컨대, 홀 효과 센서로부터의) 신호에 기초하여 클램프 아암과 초음파 블레이드 사이의 조직의 유형을 결정한다(3220). 추가로, 프로세서 및/또는 메모리를 사용하여, (예를 들어, 절개 없이 혈관을 봉합하기 위한) 하나 이상의 알고리즘이 조오들 내측에 클램핑되는 것으로 결정된 조직의 두께, 양 또는 유형에 기초하여 선택될 수 있다. 클램프와 초음파 블레이드 사이의 조직의 유형이 큰 혈관이라고 결정한 것에 응답하여, 프로세스(3200)는 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 작은 혈관에 대한 것보다 큰 양만큼 감소시킬 수 있다(3226). 추가로, 클램프와 초음파 블레이드 사이의 조직의 유형이 작은 혈관이라고 결정한 것에 응답하여, 프로세스(3200)는 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 큰 혈관에 대한 것보다 작은 양만큼 감소시킬 수 있다(3224). 일 태양에서, 전술된 바와 같이 작은 혈관에 대한 알고리즘을 변경하는 대신, 엔드 이펙터 내에 포획된 조직의 두께를 표시하기 위해 지시기가 외과의에게 제공될 수 있다. 일 태양에서, 프로세스(3200)는 조직의 유형에 기초하여 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절한다(3222).
도 32는 본 발명의 일 태양에 따른, 엔드 이펙터에 대해 제어하기 위한 장치를 캘리브레이션하기 위한 예시적인 프로세스(3300)를 도시하는 논리 다이어그램이다. 일 태양에서, 프로세스(3300)는 엔드 이펙터의 클램프 아암 및 블레이드의 완전 개방 위치에 대응하는 제1 신호를 검출한다(3302). 이어서, 프로세스(3300)는 엔드 이펙터의 클램프 아암 및 블레이드의 중간 위치에 대응하는 제2 신호를 검출하는데, 중간 위치는 클램프 아암과 블레이드 사이에서 강성 몸체를 클램핑하는 것에 기인한다(3304). 프로세스는 엔드 이펙터의 클램프 아암 및 블레이드의 완전 폐쇄 위치에 대응하는 제3 신호를 검출한다(3306). 일단 3개의 신호가 검출되면, 프로세스(3300)는 적어도 완전 개방, 중간, 및 완전 폐쇄 위치들에 각각 대응하는 제1, 제2, 및 제3 신호들, 및 강성 몸체의 치수에 기초하여 센서 변위의 함수로서 신호 강도를 표현하는 최상의 피팅 곡선을 결정한다(3308). 이러한 환경에서의 최상의 피팅 곡선의 일례가 도 14b 및 도 24에 도시되어 있다. 마지막으로, 프로세스(3300)는 적어도 완전 개방, 중간, 및 완전 폐쇄 위치들에 각각 대응하는 제1, 제2, 및 제3 신호들에 기초하여 룩업 테이블을 생성한다(3310).
본 명세서에서 전술된 바와 같이, 엔드 이펙터의 클램프 아암 부분의 위치는 홀 효과 센서/자석 배열로 측정될 수 있다. 조직이 클램프 아암에 점착되는 것을 방지하기 위해, 통상 테플론(Teflon)으로 제조된 조직 패드가 클램프 아암 상에 위치될 수 있다. 엔드 이펙터가 사용되고 조직 패드가 마모됨에 따라, 홀 효과 센서 출력 신호의 드리프트를 추적하고 임계치 변경을 확립하여 조직 치료 알고리즘 선택의 무결성을 유지하는 것이 필요할 것이고, 절단 트리거 지점들의 끝이 조직 치료 알고리즘으로 피드백된다.
따라서, 제어 시스템이 제공된다. 카운트 형태의 홀 효과 센서의 출력은 엔드 이펙터 클램프 아암의 개구를 추적하기 위해 사용될 수 있다. 판독기는 ADC의 카운터 출력을 채용할 수 있는 ADC 시스템(3500, 3600)에 대해 도 34 및 도 35를 참조할 수 있다. 조직 패드를 갖거나 갖지 않는 클램프 아암 위치는 본 명세서에서 설명되는 기술을 사용하여 캘리브레이션될 수 있다. 일단 클램프 아암 위치가 캘리브레이션되면, 조직 패드의 마모 및 클램프 아암의 위치가 모니터링될 수 있다. 일 태양에서, 제어 시스템은 초음파 블레이드가 조직 또는 조직 패드와 접촉할 때 발생하는 음향 임피던스의 상승에 대해 모니터링함으로써 클램프 아암이 폐쇄 위치에 있다고 결정한다. 따라서, 특정 수의 ADC 카운터는 클램프 아암이 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 가는 시간으로부터 특정 수의 카운트를 축적할 것이다. 일 구현예에서, 홀 효과 센서의 구성에 기초하여, 홀 효과 센서 ADC 카운트는 클램프 아암이 초음파 블레이드를 향해 폐쇄됨에 따라 증가한다. 조직 패드가 마모됨에 따라, 카운터는 조직 패드 마모로 인해 클램프 아암이 겪게 되는 추가의 회전 이동으로 인해 카운트의 증분적 추가 개수를 축적할 것이다. 폐쇄된 클램프 아암 위치에 대한 새로운 카운트 값을 추적함으로써, 제어 시스템은 절단의 끝에 대한 트리거 임계치를 조절할 수 있고, 발생된 클램프 아암의 개구의 전체 범위를 더 잘 예측할 수 있다.
추가로, 홀 효과 센서 ADC 카운트는 룩업 테이블에 저장된 사전결정된 마찰 계수 μ 값을 채용함으로써 클램프 아암의 개구에 기초한 치료 하에서 조직의 조직 마찰 계수 μ를 결정하는 데 채용될 수 있다. 예를 들어, 특정 조직 치료 알고리즘은 조직의 유형(예를 들어, 지방 조직, 장간막(mesentery), 혈관) 또는 조직의 양 또는 두께에 기초하여 조직 절단을 최적화하기 위해 초음파 처리 사이클(예를 들어, 초음파 에너지의 작동 시퀀스 또는 활성화) 동안 동적으로 조정 또는 변경될 수 있다.
도 33은 본 발명의 일 태양에 따른, 클램프 아암의 조직 패드 부분의 마모를 추적하고 홀 효과 센서의 결과적인 드리프트를 보상하고 조직 마찰 계수를 결정하기 위한 프로세스(3400)의 논리 다이어그램이다. 프로세스(3400)는 도 6 내지 도 10과 관련하여 예시된 발생기 회로 환경을 채용하여 소프트웨어, 하드웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
일 태양에서, 프로세스(3400)는 적어도 하나의 메모리 회로에 결합된 하나 이상의 프로세서(예컨대, 마이크로프로세서, 마이크로제어기)를 포함하는 제어기를 포함하는 회로에 의해 구현될 수 있다. 적어도 하나의 메모리 회로는, 프로세서에 의해 실행될 때 프로세서로 하여금 프로세스(3400)를 실행하게 하는 기계 실행가능 명령어들을 저장한다.
프로세서는 당업계에 공지된 다수의 단일 또는 다중 코어 프로세서 중 임의의 것일 수 있다. 메모리 회로는 휘발성 및 비휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 일 태양에서, 프로세서는 명령어 처리 유닛 및 연산 유닛을 포함할 수 있다. 명령어 처리 유닛은 하나의 메모리 회로로부터 명령어들을 수신하도록 구성될 수 있다.
일 태양에서, 회로는 본 명세서에서 설명되는 프로세스(3400)를 구현하도록 구성된 조합 논리 회로를 포함하는 유한 상태 기계를 포함할 수 있다. 일 태양에서, 회로는, 예를 들어, 조합 논리 회로 및 적어도 하나의 메모리 회로를 포함하는 순차 논리 회로를 포함하는 유한 상태 기계를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 메모리 회로는 유한 상태 기계의 현재 상태를 저장할 수 있다. 순차 논리 회로 또는 조합 논리 회로는 본 명세서에서 설명되는 프로세스(3400)를 구현하도록 구성될 수 있다. 소정의 경우에, 순차 논리 회로는 동기식 또는 비동기식일 수 있다.
다른 태양에서, 회로는 본 명세서에서 설명되는 압축 및 압축해제 기술을 구현하기 위해 프로세서와 유한 상태 기계의 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 유한 상태 기계는 조합 논리 회로와 순차 논리 회로의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 클램프 아암의 위치는 수술 기구의 폐쇄 관 내에 위치된 자석에 대한 홀 효과 센서에 의해 감지된다. 이제 프로세스(3400)를 참조하면, 클램프 아암의 초기 홈(home) 위치, 예컨대 폐쇄 관 상에 위치된 홀 효과 센서의 위치가 메모리에 저장된다(3402). 폐쇄 관이 원위 방향으로 변위됨에 따라, 클램프 아암은 초음파 블레이드를 향해 폐쇄되고, 클램프 아암의 순간 위치는 메모리 내에 저장된다(3404). 클램프 아암의 홈 위치와 순간 위치 사이의 차이, 델타(x)가 계산된다(3406). 차이, 델타(x)는 관의 변위의 변화를 결정하는 데 사용될 수 있으며, 이는 클램프 아암과 초음파 블레이드 사이에 위치된 조직에 클램프 아암에 의해 인가되는 힘 및 각도를 계산하는 데 사용될 수 있다. 클램프 아암의 순간 위치는 클램프 아암의 폐쇄 위치와 비교되어(3408), 클램프 아암이 폐쇄 위치에 있는지 여부를 결정한다. 클램프 아암이 아직 폐쇄 위치에 있지 않은 동안, 프로세스(3400)는 아니오 경로(N)를 따라 진행하고 클램프가 폐쇄 위치에 도달할 때까지 클램프 아암의 순간 위치를 클램프 아암의 홈 위치와 비교한다.
클램프 아암이 폐쇄 위치에 도달하는 경우, 프로세스(3400)는 예 경로(Y)를 따라 계속되고, 클램프 아암의 폐쇄 위치는 논리 AND 함수(3410)의 하나의 입력에 적용된다. 논리 AND 함수(3410)는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합 중 어느 하나로 구현되는 부울(boolean) AND, OR, XOR, 및 NAND 동작들을 포함할 수 있는 논리 동작의 하이 수준 표현이다. 조직 패드 남용(abuse) 또는 마모 상태가 음향 임피던스 측정에 기초하여 결정되는 경우, 현재 클램프 아암 폐쇄 위치는 남용 또는 마모 상태를 보상하기 위해 클램프 아암의 새로운 홈 위치로서 설정된다(3414). 조직 패드 남용 또는 마모가 결정되지 않는 경우, 클램프 아암의 홈 위치는 동일하게 유지된다. 클램프 아암 조직 패드의 남용 또는 마모는 초음파 블레이드의 임피던스를 모니터링(3420)함으로써 결정된다(3422). 조직 패드/초음파 블레이드 계면 임피던스가 결정되고(3422), 조직 패드 남용 또는 마모 상태와 비교된다(3412). 임피던스가 조직 패드 남용 또는 마모 상태에 대응하는 경우, 프로세스(3400)는 예 경로(Y)를 따라 진행하고, 클램프 아암의 현재 폐쇄 위치는 조직 패드의 남용 또는 마모 상태를 보상하기 위해 클램프 아암의 새로운 홈 위치로서 설정된다(3414). 임피던스가 조직 패드 남용 또는 마모 상태에 대응하지 않는 경우, 프로세스(3400)는 아니오 경로(N)를 따라 진행하고, 클램프 아암의 홈 위치는 동일하게 유지된다.
저장된 클램프 아암의 순간 위치(3404)는 또한 클램프 아암과 초음파 블레이드 사이에 클램핑된 조직의 양 및 두께를 결정하기 위해 다른 논리 AND 함수(3416)의 입력에 제공된다. 조직/초음파 블레이드 계면 임피던스가 결정되고(3422), 다수의 조직 마찰 계수 μ = x, μ = y, 또는 μ = z와 비교된다(3424, 34267, 3428). 따라서, 조직/초음파 블레이드 계면 임피던스가 조직의 양 또는 두께, 예컨대, 클램프 아암의 개구에 기초하여 조직 마찰 계수 μ = x, μ = y, 또는 μ = z 중 하나에 대응하는 경우, 현재 조직 알고리즘은 유지되고(3430), 현재 알고리즘은 초음파 블레이드의 임피던스를 모니터링(3420)하기 위해 사용된다(3422). 조직의 양 또는 두께, 예컨대, 클램프 아암의 개구에 기초한 조직 마찰 계수 μ = x, μ = y, 또는 μ = z가 변하는 경우, 현재의 조직 알고리즘은 새로운 조직 마찰 계수 μ 및 조직의 양 또는 두께, 예컨대, 클램프 아암의 개구에 기초하여 변화되고(3418), 새로운 알고리즘은 초음파 블레이드의 임피던스를 모니터링(3420)하기 위해 사용된다(3422).
따라서, 현재 클램프 아암 개구는 클램프 아암의 개구에 의해 측정되는 바와 같은 조직의 양 및 두께에 기초하여 현재 조직 마찰 계수 μ를 결정하는 데 사용된다. 따라서, 초기 알고리즘은 클램프 아암의 초기 개구에 기초할 수 있다. 초음파 블레이드의 임피던스는, 예를 들어, 룩업 테이블에 저장되고, 지방 조직, 장간막 조직, 또는 혈관 조직에 대응하는 몇몇 조직 마찰 계수 μ = x, μ = y, 또는 μ = z와 비교된다(3424, 3426, 3428). 초음파 블레이드의 임피던스와 조직 마찰 계수 사이에서 어떠한 매칭도 일어나지 않는 경우, 프로세스(3400)는 조직 임피던스 비교(3424, 3426, 3428) 중 임의의 비교의 아니오 경로(N)를 따라 진행하고, 현재 조직 알고리즘이 유지된다. 비교(3424, 3426, 3428) 함수의 출력들 중 어느 하나가 참(true)이면, 프로세서는 새로운 조직 임피던스 및 클램프 아암 개구에 기초하여 상이한 조직 치료 알고리즘으로 스위칭된다. 따라서, 새로운 조직 치료 알고리즘이 초음파 기구 내에 로딩된다. 프로세스(3400)는 조직 패드 남용 또는 마모, 클램프 아암 개구, 및 초음파 블레이드의 임피던스를 모니터링(3420)함으로써 계속된다.
도 34는 본 발명의 일 태양에 따른, 도 33의 프로세스(3400)와 함께 채용될 수 있는 홀 효과 센서 시스템(3500)을 도시한다. 도 33에서 설명되는 프로세스(3400)와 관련하여, 도 34의 홀 효과 센서 시스템(3500)은 전압 조절기(3504)에 의해 전력 공급되는 홀 효과 센서(3502)를 포함한다. 홀 효과 센서(3502)의 출력은 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(3506)에 인가되는 클램프 아암의 위치에 비례하는 아날로그 전압이다. ADC(3506)의 n-비트 디지털 출력은 메모리(3510)에 결합된 마이크로프로세서(3508)에 인가된다. 마이크로프로세서(3508)는 ADC(3505)로부터의 n-비트 디지털 입력에 기초하여 클램프 아암의 위치를 처리 및 결정하도록 구성된다. ADC(3506)의 디지털 출력은 카운트로 지칭될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 홀 효과 센서의 아날로그 출력은 내부 또는 외부 아날로그-디지털 컨버터, 예컨대, 도 34에 도시된 ADC(3506) 또는 발생기 내에 위치된 아날로그-디지털 컨버터 회로들 중 임의의 것에 제공된다. 도 6에 도시된 변환기(104)는 제어 회로(108)에 출력이 인가되는 아날로그-디지털 컨버터 회로를 포함하는 홀 효과 센서를 포함할 수 있다. 일 태양에서, 도 7에 도시된 발생기(102)는, 홀 효과 센서의 아날로그 전압 출력을 수신하고 이를 디지털 형태로 변환하여 카운트를 획득하고 홀 효과 센서를 DSP 프로세서(174), 마이크로프로세서(190), 논리 장치(166), 및/또는 제어기(196)와 인터페이스하도록 적응 및 구성될 수 있는 ADC들(176, 178, 180)과 같은 몇몇 아날로그-디지털 컨버터 회로를 포함한다.
도 35는 본 발명의 일 태양에 따른, 도 34의 홀 효과 센서 시스템(3500)과 함께 채용될 수 있는 램프(ramp) 유형 카운터 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(3600)의 일 태양을 도시한다. 디지털 램프 ADC(3600)는 비교기(3602)의 Vin 포지티브 입력 단자에서 홀 효과 센서로부터 아날로그 입력 전압을 수신하고, Dn 내지 D0(Dn 내지 D0)는 디지털 출력(n-비트)이다. 카운터(3606) 상에서 발견되는 제어 라인은 그가 로우(low)일 때 카운터(3606)를 턴온시키고, 그가 하이(high)일 때 카운터(3606)를 정지시킨다. 동작 시, 카운터(3606)는 카운터(3606) 상에서 발견되는 값이 Vin에서의 아날로그 입력 신호의 값과 매칭될 때까지 증가된다. 디지털 출력(Dn 내지 D0)은 디지털-아날로그 컨버터(DAC)(3604)에 인가되고, 아날로그 출력은 비교기(3602)의 네거티브 단자에 인가되고, 이는 Vin에서의 아날로그 입력 전압과 비교된다. 이러한 조건이 충족되는 경우, 카운터(3606) 상의 값은 Vin에서의 아날로그 입력 신호의 디지털 등가이다.
각각의 아날로그 입력 전압 Vin이 디지털 신호로 변환되도록 START 펄스가 제공된다. END 신호는 Vin(각각의 샘플)에서 발견된 각각의 개별 아날로그 입력 전압에 대한 변환의 끝을 나타내고, 전체 아날로그 입력 신호에 대한 것은 아니다. 각각의 클럭 펄스는 카운터(3606)를 증분시킨다. 예를 들어, "128"에 대한 아날로그 값을 디지털로 변환하기 위한 8-비트 ADC를 가정하면, 이는 128개의 클럭 사이클을 취할 것이다. ADC(3600)는 정확한 디지털 출력(Dn 내지 D0) 값이 Vin에 존재하는 아날로그 입력 전압에 대해 식별될 때까지 0으로부터 최대 가능한 값(2n-1)까지 카운트된다. 이것이 참인 경우, END 신호가 제공되고, Vin에 대한 디지털 값은 Dn 내지 D0에 대한 것이다.
다양한 태양이 본 명세서에서 설명되었지만, 그러한 태양에 대한 다양한 변경, 변화 및 개조가 본 발명의 이점들 중 일부 또는 전부의 달성과 함께 당업자에게 떠오를 수 있다는 것이 명백할 것이다. 따라서, 개시된 태양은 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어남이 없이 모든 그러한 변경, 변화 및 개조를 포함하도록 의도된다. 따라서, 다른 태양 및 구현예가 하기의 청구범위의 범주 내에 있다. 예를 들어, 청구범위에 나열된 작용들이 상이한 순서로 수행될 수 있으며 여전히 바람직한 결과를 달성할 수 있다.
다양한 상세사항이 상기의 설명에 기재되었지만, 전기 신호 파형을 디지털로 생성하기 위한 발생기 및 수술 기구를 작동시키기 위한 기술의 다양한 태양이 이들 특정 상세사항 없이 실시될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소(예컨대, 동작), 장치, 객체, 및 이들에 수반되는 논의가 개념 명료성을 위한 예로서 사용되며, 다양한 구성 변경이 고려된다는 것을 인식할 것이다. 그 결과, 본 명세서에 사용된 바와 같이, 기재된 특정 예 및 수반되는 논의는 그것의 더 일반적인 부류를 나타내는 것으로 의도된다. 일반적으로, 임의의 특정 예의 사용은 그것의 부류를 나타내는 것으로 의도되며, 특정 구성요소(예컨대, 동작), 장치, 및 객체의 비포함은 제한적인 것으로 해석되어서는 안된다.
추가로, 몇몇 형태가 예시되고 설명되었지만, 본 출원인의 의도는 첨부된 청구범위의 범주를 그러한 상세사항으로 제한하거나 한정하고자 하는 것이 아니다. 이들 형태에 대한 다수의 변형, 변경, 변화, 치환, 조합, 및 등가물이 구현될 수 있고, 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 당업자에게 떠오를 것이다. 더욱이, 설명된 형태와 연관된 각각의 요소의 구조는 요소에 의해 수행되는 기능을 제공하기 위한 수단으로서 대안적으로 설명될 수 있다. 또한, 재료가 소정의 구성요소에 대해 개시되는 경우, 다른 재료가 사용될 수 있다. 따라서, 상기의 설명 및 첨부된 청구범위는 그러한 모든 변경, 조합 및 변형을 개시된 형태의 범주 내에 속하는 것으로서 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 첨부된 청구범위는 모든 그러한 변경, 변형, 변화, 치환, 변경 및 등가물을 포함하려는 것이다.
본 발명의 간결함 및 명료함을 위해, 전술한 개시 내용의 선택된 태양들은 상세하기 보다는 블록도 형태로 도시되어 있다. 본 명세서에서 제공된 상세한 설명의 일부 부분은 하나 이상의 컴퓨터 메모리 또는 하나 이상의 데이터 저장 장치(예를 들어, 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브, 콤팩트 디스크(CD), 디지털 비디오 디스크(DVD), 또는 디지털 테이프)에 저장되는 데이터에 대해 작동하는 명령어들의 관점에서 제공될 수 있다. 그러한 설명 및 표현은 당업자에 의해 그의 연구 내용을 다른 당업자에게 기술하고 전달하는 데 사용된다. 일반적으로, 알고리즘은 원하는 결과로 이어지는 단계들의 자기-무모순 시퀀스(self-consistent sequence)를 지칭하는데, 여기서 "단계"는 반드시 필요한 것은 아니지만 저장, 전송, 조합, 비교 및 달리 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호의 형태를 취할 수 있는 물리적 양 및/또는 논리 상태의 조작을 지칭한다. 이러한 신호를 비트, 값, 요소, 심볼, 문자, 용어, 숫자 등으로 지칭하는 것은 일반적인 용법이다. 이들 및 유사한 용어는 적절한 물리적 양과 연관될 수 있으며, 단지 이들 양 및/또는 상태에 적용되는 편리한 라벨일 뿐이다.
명확하게 달리 언급되지 않는 한, 상기의 개시 내용으로부터 명백하듯이, 상기의 개시 내용에 걸쳐, "처리" 또는 "컴퓨팅" 또는 "계산" 또는 "결정" 또는 "표시" 등과 같은 용어를 사용한 논의가 컴퓨터 시스템의 레지스터 및 메모리 내에 물리적 (전자적) 양으로서 표현되는 데이터를, 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 다른 그러한 정보 저장, 전송 또는 디스플레이 장치 내에 물리적 양으로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 조작 및 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전자 컴퓨팅 장치의 작용 및 프로세스를 지칭한다는 것이 인식된다.
일반적으로, 당업자는 광범위한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의 조합에 의해 개별적으로 그리고/또는 집합적으로 구현될 수 있는 본 명세서에서 설명된 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 설명된 프로세스들 및/또는 장치들을 적어도 부분적으로 실행하는 컴퓨터 프로그램에 의해 구성되는 범용 컴퓨터 또는 본 명세서에서 설명된 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 설명된 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 블록도, 흐름도, 및/또는 예가 하나 이상의 기능 및/또는 동작을 포함하는 한, 그러한 블록도, 흐름도, 및/또는 예 내의 각각의 기능 및/또는 동작은 광범위한 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 사실상 임의의 조합에 의해 개별적으로 그리고/또는 집합적으로 구현될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 일 형태에서, 본 명세서에서 설명된 주제의 몇몇 부분은 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA), 디지털 신호 프로세서(DSP), 또는 다른 통합 포맷을 통해 구현될 수 있다. 그러나, 당업자는, 본 명세서에 개시된 형태의 일부 태양이, 전체적으로 또는 부분적으로, 집적 회로에서, 하나 이상의 컴퓨터에서 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로서(예컨대, 하나 이상의 컴퓨터 시스템에서 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서), 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서(예컨대, 하나 이상의 마이크로프로세서에서 실행되는 하나 이상의 프로그램으로서), 펌웨어로서, 또는 이들의 사실상 임의의 조합으로서 등가적으로 구현될 수 있으며, 회로를 설계하고/하거나 소프트웨어 및/또는 펌웨어에 대한 코드를 작성하는 것이 본 개시내용에 비추어 완전히 당업자의 기술 내에 있을 것임을 인식할 것이다. 게다가, 당업자는, 본 명세서에 기술된 주제의 메커니즘이 다양한 형태의 하나 이상의 프로그램 제품으로서 배포될 수 있으며, 본 명세서에 기술된 주제의 예시적인 형태가 실제로 그 배포를 수행하는 데 사용되는 특정 유형의 신호 보유 매체에 무관하게 적용된다는 것을 인식할 것이다. 신호 보유 매체의 예는 하기를 포함하지만 이에 제한되지 않는다: 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브, 콤팩트 디스크(CD), 디지털 비디오 디스크(DVD), 디지털 테이프, 컴퓨터 메모리 등과 같은 기록가능 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.
일부 경우에, 하나 이상의 요소는 표현 "결합된" 및 "연결된"을 이들의 파생어와 함께 사용하여 설명될 수 있다. 이들 용어는 서로에 대한 동의어로서 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 일부 태양은 2개 이상의 요소가 서로 물리적으로 또는 전기적으로 직접 접촉하는 것을 나타내기 위해 용어 "연결된"을 사용하여 기술될 수 있다. 다른 예에서, 일부 태양은 2개 이상의 요소가 물리적으로 또는 전기적으로 직접 접촉하는 것을 나타내기 위해 용어 "결합된"을 사용하여 기술될 수 있다. 그러나, 용어 "결합된"은 2개 이상의 요소가 서로 직접 접촉하지 않으면서도, 여전히 서로 함께 작동하거나 협력한다는 것을 또한 의미할 수 있다. 상이한 다른 구성요소 내에 포함되거나 그와 연결되는 상이한 구성요소의 도시된 아키텍처는 단지 예일 뿐이며, 실제로 동일한 기능을 달성하는 많은 다른 아키텍처가 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 개념적 의미로, 동일한 기능을 달성하기 위한 구성요소들의 임의의 배열은 원하는 기능이 달성되도록 효과적으로 "연관"된다. 따라서, 특정 기능을 달성하도록 조합되는 본 명세서에서의 임의의 2개의 구성요소는 아키텍처 또는 중간 구성요소에 관계 없이 원하는 기능이 달성되도록 서로 "연관"되는 것으로 간주될 수 있다. 마찬가지로, 그렇게 연관되는 임의의 2개의 구성요소는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "작동가능하게 연결"되거나 "작동가능하게 결합"되는 것으로 간주될 수 있으며, 그렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 구성요소는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로 "작동가능하게 결합가능한" 것으로 간주될 수 있다. 작동가능하게 결합가능한 것의 구체적인 예는 물리적으로 정합가능한 및/또는 물리적으로 상호작용하는 구성요소들, 및/또는 무선으로 상호작용 가능한, 그리고/또는 무선으로 상호작용하는 구성요소들, 및/또는 논리적으로 상호작용하는, 그리고/또는 논리적으로 상호작용가능한 구성요소들, 및/또는 전기적으로 상호작용하는 구성요소들, 및/또는 전기적으로 상호작용가능한 구성요소들, 및/또는 광학적으로 상호작용하는 구성요소들, 및/또는 광학적으로 상호작용가능한 구성요소들을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.
다른 경우에, 하나 이상의 구성요소가 본 명세서에서 "~하도록 구성된", "~하도록 구성될 수 있는", "~하도록 작동가능한/작동하는", "구성된/구성가능한", "~할 수 있는", "~에 정합한/정합되는" 등으로 지칭될 수 있다. 당업자는, 문맥이 달리 요구하지 않는 한, "~하도록 구성된"은 일반적으로 활성 상태 구성요소 및/또는 비활성 상태 구성요소 및/또는 대기 상태 구성요소를 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 특정 태양이 도시되고 설명되었지만, 본 명세서의 교시에 기초하여, 본 명세서에 기술된 주제 및 그것의 더 넓은 태양으로부터 벗어남이 없이 변화 및 변경이 이루어질 수 있으며, 이에 따라 첨부된 청구범위는 본 명세서에 기술된 주제의 진정한 범주 내에 있는 바와 같은 모든 그러한 변화 및 변경을 그들의 범주 내에 포함시키고자 한다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 일반적으로, 본 명세서에서, 그리고 특히 첨부된 청구범위(예컨대, 첨부된 청구범위의 본문)에서 사용되는 용어는 일반적으로 "개방형" 용어로서 의도된다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다(예컨대, 용어 "포함하는"은 "~를 포함하지만, 이로 한정되지 않는"으로 해석되어야 하고, 용어 "갖는"은 "적어도 ~를 갖는"으로 해석되어야 하고, 용어 "포함하다"는 "~를 포함하지만 이로 한정되지 않는다"로 해석되어야 하는 등등이다). 소개되는 청구항 기재의 특정 수가 의도되는 경우, 그러한 의도는 그 청구항 내에 명시적으로 기재될 것이며, 그러한 기재의 부재 시에는 그러한 의도가 존재하지 않는다는 것이 또한 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 이해를 돕기 위해, 하기의 첨부된 청구범위는 청구항 기재를 소개하기 위해 소개 문구 "적어도 하나" 및 "하나 이상"의 사용을 포함할 수 있다. 그러나, 그러한 문구의 사용은 부정관사("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 부정관사를 포함하는 경우에도 하나의 그러한 기재만을 포함하는 청구항으로 제한한다는 것을 암시하는 것으로 해석되지 않아야 하며(예컨대, "a" 및/또는 "an"은 전형적으로 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 함), 이는 청구항 기재를 소개하는 데 사용되는 정관사의 사용에 대해 적용된다.
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 꾸밈없는 기재 "2개의 기재"는 전형적으로 적어도 2개의 기재 또는 2개 이상의 기재를 의미한다). 추가로, "A, B, 및 C 중 적어도 하나 등"과 유사한 관례가 사용되는 그러한 경우에, 일반적으로 그러한 구성은 당업자가 그 관례를 이해할 의미로 의도된다(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 등을 갖는 시스템을 포함할 것이지만 이로 제한되지 않는다). "A, B, 또는 C 중 적어도 하나 등"과 유사한 관례가 사용되는 그러한 경우에, 일반적으로 그러한 구성은 당업자가 그 관례를 이해할 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 등을 갖는 시스템을 포함할 것이지만 이로 제한되지 않는다). 전형적으로, 명세서에서든, 청구범위에서든, 또는 도면에서든, 2개 이상의 대안적인 용어를 제공하는 분리 단어 및/또는 문구는, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 용어들 중 하나, 용어들 중 어느 하나, 또는 둘 모두의 용어를 포함할 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 한다는 것이 또한 당업자에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 문구 "A 또는 B"는 전형적으로 "A" 또는 "B" 또는 "A 및 B"의 가능성을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
첨부된 청구범위와 관련하여, 당업자는 청구범위 내에 기재된 동작들이 일반적으로 임의의 순서로 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 다양한 동작 흐름들이 시퀀스(들)로 제공되지만, 다양한 동작들이 예시된 것들과는 다른 순서로 수행될 수 있거나, 동시에 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러한 대안적인 순서의 예는, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 오버랩핑, 인터리빙, 인터럽팅, 재배열, 증가, 준비, 보완, 동시, 역전, 또는 다른 다양한 순서를 포함할 수 있다. 더구나, "~에 응답하는", "~에 관련된", 또는 다른 과거 시제의 형용사들과 같은 용어들은, 문맥이 달리 지시하지 않는 한, 일반적으로 그러한 변형을 배제하는 것으로 의도되지 않는다.
"일 태양", "태양", "일 형태", 또는 "형태"에 대한 임의의 언급은 그 태양과 관련하여 기술된 특정 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 태양에 포함된다는 것을 의미함에 유의할 만하다. 따라서, 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서의 문구 "일 태양에서", "태양에서", "일 형태에서", 또는 "형태에서"의 출현은 반드시 모두가 동일 태양을 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 태양에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 명세서에서 실질적으로 임의의 복수 및/또는 단수 용어의 사용과 관련하여, 당업자는 문맥 및/또는 적용에 적절하게 복수를 단수로 번역하고/하거나 단수를 복수로 번역할 수 있다. 다양한 단수/복수 교환이 명료함을 위해 본 명세서에 명시적으로 기재되지는 않는다.
소정 경우에, 시스템 또는 방법의 사용은 구성요소가 영역 밖에 위치될지라도 영역 내에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 분산 컴퓨팅 문맥에서, 분산 컴퓨팅 시스템의 사용은 시스템의 요소가 영역 밖에 위치될 수 있을지라도(예컨대, 영역 밖에 위치된 릴레이, 서버, 프로세서, 신호 보유 매체, 송신 컴퓨터, 수신 컴퓨터 등) 영역 내에서 발생할 수 있다.
시스템 또는 방법의 판매가 마찬가지로 시스템 또는 방법의 구성요소가 영역 밖에 위치되고/되거나 사용될지라도 영역 내에서 발생할 수 있다. 또한, 하나의 영역에서의 방법을 수행하기 위한 시스템의 적어도 일부의 구현은 다른 영역에서의 시스템의 사용을 배제하지 않는다.
본 명세서에서 참조되고/되거나 임의의 출원 데이터 시트 또는 임의의 다른 개시 자료에 열거된 상기에-언급된 미국 특허, 미국 특허 출원 공개, 미국 특허 출원, 외국 특허, 외국 특허 출원, 비특허 간행물 모두는 그것과 모순되지 않는 범위에서 본 명세서에 참고로 포함된다. 이와 같이 그리고 필요한 범위 내에서, 본 명세서에 명시적으로 기재된 바와 같은 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된 임의의 상충되는 자료를 대체한다. 본 명세서에 참고로 포함되는 것으로 언급되지만 본 명세서에 기재된 기존의 정의, 서술, 또는 다른 개시 자료와 상충되는 임의의 자료 또는 그의 부분은 포함되는 자료와 기존의 개시 자료 사이에 충돌이 일어나지 않는 범위로만 포함될 것이다.
요컨대, 본 명세서에서 설명된 개념을 채용하는 것으로부터 기인하는 많은 이점이 설명되었다. 하나 이상의 형태에 대한 상기의 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이는 총망라하거나 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않는다. 상기의 교시에 비추어 변경 또는 변형이 가능하다. 하나 이상의 형태는 원리 및 실제 응용을 예시함으로써 당업자가 고려되는 특정 용도에 적합한 바와 같은 다양한 변경과 더불어 다양한 형태를 이용하는 것을 가능하게 하기 위해 선택되고 설명되었다. 본 명세서와 함께 제출되는 청구범위가 전체 범주를 한정하는 것이 의도된다.
본 명세서에서 설명된 주제의 다양한 태양이 하기의 번호를 매긴 항목에 기재된다:
1. 엔드 이펙터를 제어하기 위한 방법으로서, 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동하는 제1 관의 제2 관에 대한 이동에 응답하여 신호를 검출하는 단계; 상기 신호에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드에 대한 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암 위치를 결정하는 단계; 및 상기 클램프 아암 위치에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 항목 1에 있어서, 상기 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계는 상기 핸드피스로 전송되는 전류를 조작함으로써 달성되는, 방법.
3. 항목 1 또는 항목 2에 있어서, 상기 제1 관은 내측 관이고, 상기 제2 관은 외측 관이고, 상기 내측 관은 상기 외측 관에 대해 이동가능하고, 상기 외측 관은 상기 내측 관에 대해 정적 상태인, 방법.
4. 항목 1 또는 항목 2에 있어서, 상기 제1 관은 내측 관이고, 상기 제2 관은 외측 관이고, 상기 외측 관은 상기 내측 관에 대해 이동가능하고, 상기 내측 관은 상기 내측 관에 대해 정적 상태인, 방법.
5. 항목 1 내지 항목 4 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 제1 관 상에 위치된 자석 및 홀 효과 센서를 사용하여 상기 신호를 검출하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
6. 항목 1 내지 항목 5 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 제1 관이 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동함에 따라 상기 제1 관 상에 위치된 자석을 홀 효과 센서에 대해 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
7. 항목 1 내지 항목 6 중 어느 한 항목에 있어서, 홀 효과 센서에서의 전압 변화에 기초하여 초음파 변환기를 사용하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
8. 항목 1 내지 항목 7 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 클램프 아암이 상기 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
9. 항목 1 내지 항목 8 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 클램프 아암이 상기 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 비례-적분 제어기를 사용하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
10. 항목 1 내지 항목 9 중 어느 한 항목에 있어서, 이동비 임계치가 충족되면 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 완전히 스위칭 오프하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
11. 항목 1 내지 항목 10 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 신호에 기초하여 상기 클램프 아암과 상기 초음파 블레이드 사이의 조직의 양 또는 두께를 결정하는 단계; 및
상기 조직의 양 또는 두께에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
12. 항목 11에 있어서, 상기 클램프 아암과 상기 초음파 블레이드 사이의 조직의 양 또는 두께가 사전결정된 임계치 미만이라는 결정에 응답하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조직의 더 큰 양 또는 두께에 대한 것보다 작은 양만큼 감소시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
13. 항목 11 또는 항목 12에 있어서, 상기 클램프 아암과 상기 초음파 블레이드 사이의 조직의 양 또는 두께가 사전결정된 임계치 초과라는 결정에 응답하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조직의 더 작은 양 또는 두께에 대한 것보다 큰 양만큼 감소시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
14. 엔드 이펙터를 제어하기 위한 장치로서, 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동하는 제1 관의 제2 관에 대한 이동에 응답하여 신호를 검출하도록 구성된 센서; 상기 신호에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드에 대한 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암 위치를 결정하도록 구성되는 프로세서; 및 상기 클램프 아암 위치에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하도록 구성되는 변환기를 포함하는, 장치.
15. 항목 14에 있어서, 상기 제1 관은 내측 관이고, 상기 제2 관은 외측 관이고, 상기 외측 관은 상기 내측 관에 대해 이동가능하고, 상기 내측 관은 상기 외측 관에 대해 정적 상태인, 장치.
16. 항목 14에 있어서, 상기 제1 관은 내측 관이고, 상기 제2 관은 외측 관이고, 상기 내측 관은 상기 외측 관에 대해 이동가능하고, 상기 외측 관은 상기 내측 관에 대해 정적 상태인, 장치.
17. 항목 14 내지 항목 16 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 제1 관 상에 위치된 자석을 추가로 포함하고, 상기 센서는 상기 자석의 위치에 기초하여 상기 신호를 검출하는 데 사용되는 홀 효과 센서인, 장치.
18. 항목 14 내지 항목 17 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 제1 관 상에 위치된 상기 자석은 상기 제1 관이 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동함에 따라 홀 효과 센서에 대해 이동하는, 장치.
19. 항목 14 내지 항목 18 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 변환기는 홀 효과 센서에서의 전압 변화에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하도록 구성되는 초음파 변환기인, 장치.
20. 항목 14 내지 항목 19 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 변환기는 상기 클램프 아암이 상기 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하도록 구성되는, 장치.
21. 항목 14 내지 항목 20 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 클램프 아암이 상기 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하도록 구성되는 비례-적분 제어기를 추가로 포함하는, 장치.
22. 엔드 이펙터를 제어하기 위한 장치를 캘리브레이션하기 위한 방법으로서, 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암 및 초음파 블레이드의 완전 개방 위치에 대응하는 제1 신호를 검출하는 단계; 상기 엔드 이펙터의 상기 클램프 아암 및 상기 초음파 블레이드의 중간 위치에 대응하는 제2 신호를 검출하는 단계로서, 상기 중간 위치는 상기 클램프 아암과 상기 초음파 블레이드 사이에서 강성 몸체를 클램핑하는 것에 기인하는, 상기 제2 신호를 검출하는 단계; 및 상기 엔드 이펙터의 상기 클램프 아암 및 상기 초음파 블레이드의 완전 폐쇄 위치에 대응하는 제3 신호를 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
23. 항목 22에 있어서, 적어도 상기 제1, 제2, 및 제3 신호들, 상기 완전 개방, 중간, 및 완전 폐쇄 위치들, 및 상기 강성 몸체의 치수에 기초하여 센서 변위의 함수로서 신호 강도를 표현하는 최상의 피팅 곡선을 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
24. 항목 22 또는 항목 23에 있어서, 적어도 상기 제1, 제2, 및 제3 신호들, 및 상기 완전 개방, 중간, 및 완전 폐쇄 위치들에 기초하여 룩업 테이블을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
Claims (24)
- 엔드 이펙터(end effector)를 제어하기 위한 방법으로서,
상기 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동하는 제1 관의 제2 관에 대한 이동에 응답하여 신호를 검출하는 단계;
상기 신호에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드(blade)에 대한 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암 위치를 결정하는 단계; 및
상기 클램프 아암 위치에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계는 핸드피스(handpiece)로 전송되는 전류를 조작함으로써 달성되는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 관은 내측 관이고, 상기 제2 관은 외측 관이고, 상기 내측 관은 상기 외측 관에 대해 이동가능하고, 상기 외측 관은 상기 내측 관에 대해 정적 상태인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 관은 내측 관이고, 상기 제2 관은 외측 관이고, 상기 외측 관은 상기 내측 관에 대해 이동가능하고, 상기 내측 관은 상기 내측 관에 대해 정적 상태인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 관 상에 위치된 자석 및 홀 효과(Hall-effect) 센서를 사용하여 상기 신호를 검출하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 관이 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동함에 따라 상기 제1 관 상에 위치된 자석을 홀 효과 센서에 대해 이동시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 홀 효과 센서에서의 전압 변화에 기초하여 초음파 변환기(transducer)를 사용하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 클램프 아암이 상기 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비(travel ratio, TR)에 기초하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 클램프 아암이 상기 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 비례-적분 제어기를 사용하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 이동비 임계치가 충족되면 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 완전히 스위칭 오프(off)하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 신호에 기초하여 상기 클램프 아암과 상기 초음파 블레이드 사이의 조직의 양 또는 두께를 결정하는 단계; 및
상기 조직의 양 또는 두께에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제11항에 있어서, 상기 클램프 아암과 상기 초음파 블레이드 사이의 조직의 양 또는 두께가 사전결정된 임계치 미만이라는 결정에 응답하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조직의 더 큰 양 또는 두께에 대한 것보다 작은 양만큼 감소시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 클램프 아암과 상기 초음파 블레이드 사이의 조직의 양 또는 두께가 사전결정된 임계치 초과라는 결정에 응답하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조직의 더 작은 양 또는 두께에 대한 것보다 큰 양만큼 감소시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 엔드 이펙터를 제어하기 위한 장치로서,
상기 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동하는 제1 관의 제2 관에 대한 이동에 응답하여 신호를 검출하도록 구성된 센서;
상기 신호에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드에 대한 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암 위치를 결정하도록 구성되는 프로세서; 및
상기 클램프 아암 위치에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하도록 구성되는 변환기를 포함하는, 장치. - 제14항에 있어서, 상기 제1 관은 내측 관이고, 상기 제2 관은 외측 관이고, 상기 외측 관은 상기 내측 관에 대해 이동가능하고, 상기 내측 관은 상기 외측 관에 대해 정적 상태인, 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 제1 관은 내측 관이고, 상기 제2 관은 외측 관이고, 상기 내측 관은 상기 외측 관에 대해 이동가능하고, 상기 외측 관은 상기 내측 관에 대해 정적 상태인, 장치.
- 제14항에 있어서,
상기 제1 관 상에 위치된 자석을 추가로 포함하고,
상기 센서는 상기 자석의 위치에 기초하여 상기 신호를 검출하는 데 사용되는 홀 효과 센서인, 장치. - 제14항에 있어서, 상기 제1 관 상에 위치된 상기 자석은 상기 제1 관이 상기 엔드 이펙터의 클램프 아암의 이동을 구동함에 따라 홀 효과 센서에 대해 이동하는, 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 변환기는 홀 효과 센서에서의 전압 변화에 기초하여 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 조절하도록 구성되는 초음파 변환기인, 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 변환기는 상기 클램프 아암이 상기 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하도록 구성되는, 장치.
- 제14항에 있어서,
상기 클램프 아암이 상기 초음파 블레이드에 접근함에 따라 변하는 이동비에 기초하여, 상기 엔드 이펙터의 초음파 블레이드로의 전력 출력을 동적으로 조절하도록 구성되는 비례-적분 제어기를 추가로 포함하는, 장치. - 엔드 이펙터를 제어하기 위한 장치를 캘리브레이션하기 위한 방법으로서,
상기 엔드 이펙터의 클램프 아암 및 초음파 블레이드의 완전 개방 위치에 대응하는 제1 신호를 검출하는 단계;
상기 엔드 이펙터의 상기 클램프 아암 및 상기 초음파 블레이드의 중간 위치에 대응하는 제2 신호를 검출하는 단계로서, 상기 중간 위치는 상기 클램프 아암과 상기 초음파 블레이드 사이에서 강성 몸체를 클램핑하는 것에 기인하는, 상기 제2 신호를 검출하는 단계; 및
상기 엔드 이펙터의 상기 클램프 아암 및 상기 초음파 블레이드의 완전 폐쇄 위치에 대응하는 제3 신호를 검출하는 단계를 포함하는, 방법. - 제22항에 있어서,
적어도 상기 제1, 제2, 및 제3 신호들, 상기 완전 개방, 중간, 및 완전 폐쇄 위치들, 및 상기 강성 몸체의 치수에 기초하여 센서 변위의 함수로서 신호 강도를 표현하는 최상의 피팅 곡선을 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제22항에 있어서,
적어도 상기 제1, 제2, 및 제3 신호들, 및 상기 완전 개방, 중간, 및 완전 폐쇄 위치들에 기초하여 룩업 테이블(lookup table)을 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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