(57)【要約】      （修正有）【課題】再利用可能な構成部品を有する外科的処置を実行するための手持ち式電気機械外科用システムを提供する。【解決手段】外科用デバイス１００は、エンドエフェクタ４００、電源、電源に結合されたモータ、エンドエフェクタを作動させるように構成されたモータ、ならびにモータに操作可能に結合され、モータの電流引き込み及びモータの角速度に基づいてモータを制御するように構成されたコントローラを含む。外科用器具は、モータの電流引き込み及びモータの角速度を測定するように構成されたモータ制御回路をさらに備える。【選択図】図１
2018187377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科用器具であって、
エンドエフェクタと、
電源と、
前記電源に結合されたモータであって、前記エンドエフェクタを作動させるように構成された、モータと、
前記モータに操作可能に結合され、前記モータの電流引き込み及び前記モータの角速度に基づいて前記モータを制御するように構成されたコントローラと、を備える、外科用器具。
【請求項２】
前記モータの前記電流引き込み及び前記モータの前記角速度を測定するように構成されたモータ制御回路をさらに備える、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項３】
前記コントローラが、前記モータの前記電流引き込み及び前記モータの前記角速度の各々の瞬間的な変化率を計算するように構成されている、請求項２に記載の外科用器具。
【請求項４】
前記コントローラが、前記モータの前記電流引き込みの前記瞬間的な変化率が正であること、及び前記モータの前記角速度の前記瞬間的な変化率が負であることに基づいて、前記モータが機械的な限界に達したことを判定するように構成されている、請求項３に記載の外科用器具。
【請求項５】
前記コントローラが、前記モータの前記電流引き込みの前記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していること、及び前記モータの前記角速度の前記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、前記モータが機械的な限界に達したことを判定するように構成されている、請求項３に記載の外科用器具。
【請求項６】
前記コントローラが、前記モータの前記電流引き込みの前記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していることと同時に前記モータの前記角速度の前記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、前記モータが機械的な限界に達したことを判定するように構成されている、請求項５に記載の外科用器具。
【請求項７】
前記コントローラが、前記機械的な限界に基づいて前記モータを較正するように構成されている、請求項６に記載の外科用器具。
【請求項８】
前記コントローラが、前記機械的な限界の検出に応じて、前記電源から前記モータへの電流の供給を終了させるように構成されている、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項９】
外科用デバイスを制御するための方法であって、
エンドエフェクタを作動させるためにモータに通電することと、
前記モータの電流引き込みを測定することと、
前記モータの角速度を測定することと、
前記モータの前記電流引き込み及び前記モータの前記角速度に基づいて前記モータを制御することと、を含む、方法。
【請求項１０】
前記モータの前記電流引き込み及び前記モータの前記角速度の各々の瞬間的な変化率を計算することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記モータの前記電流引き込みの前記瞬間的な変化率が正であること、及び前記モータの前記角速度の前記瞬間的な変化率が負であることに基づいて、前記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記モータの前記電流引き込みの前記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していること、及び前記モータの前記角速度の前記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、前記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記モータの前記電流引き込みの前記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していることと同時に前記モータの前記角速度の前記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、前記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記機械的な限界に基づいて前記モータを較正することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記機械的な限界の検出に応じて、前記電源から前記モータへの電流の供給を終了させることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
外科用器具を較正するための方法であって、
エンドエフェクタを作動させるためにモータに通電することと、
前記モータの電流引き込みを測定することと、
前記モータの角速度を測定することと、
前記モータの前記電流引き込み及び前記モータの前記角速度に基づいて前記モータが機械的な限界に達していることを検出することと、
前記機械的な限界に対応する前記モータの角度位置を、前記モータを較正するためのゼロ位置として指定することと、を含む、方法。
【請求項１７】
前記モータの前記電流引き込み及び前記モータの前記角速度の各々の瞬間的な変化率を計算することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記モータの前記電流引き込みの前記瞬間的な変化率が正であること、及び前記モータの前記角速度の前記瞬間的な変化率が負であることに基づいて、前記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記モータの前記電流引き込みの前記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していること、及び前記モータの前記角速度の前記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、前記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記モータの前記電流引き込みの前記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していることと同時に前記モータの前記角速度の前記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、前記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年５月２日に出願された米国仮特許出願第６２／５００，２３６号の利益及び優先権を主張するものであり、その全開示が、参照により本明細書に組み込まれる。
背景
【０００２】
本開示は、外科用デバイスに関する。より具体的には、本開示は、再利用可能な構成部品を有する外科的処置を実行するための手持ち式電気機械外科用システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
リニアクランプ、切断、及びステープルデバイスが、胃腸管から癌組織または異常組織を切除するために、外科的処置中に使用される。従来型のリニアクランプ、切断、及びステープル器具は、細長シャフトを有するピストル把持式構造体、ならびに組織をクランプし、切断し、留めるためにシャフトの遠位端部に配置された一対の把持部材を有するエンドエフェクタを含む。把持部材の作動は、ハンドルに結合されたトリガを作動させることによって通常達成され、これに応じて、アンビル部分等、２つの把持部材のうちの一方が細長シャフトに対して移動または枢動する一方で、他方の把持部材は固定されたままである。固定された把持部材は、ステープルカートリッジ、及びアンビル部分に対してクランプされた組織を通してステープルを射出し、それによって組織を留めるための機構を含む。エンドエフェクタは、シャフトと一体的に形成され得るか、または種々の把持及びステープル部材の互換性を可能とするために取り外し可能であり得る。
【０００４】
多くの外科用デバイス製造業者がまた、エンドエフェクタを運転及び／または操作するための専売の電動駆動システムを開発している。電動駆動システムは、再利用可能であり得る電動ハンドルアセンブリ、及び電動ハンドルアセンブリに取り外し可能に接続される使い捨てのエンドエフェクタを含み得る。
【０００５】
既存の電動外科用デバイス及び／またはハンドルアセンブリとともに使用するための既存のエンドエフェクタの多くは、直線駆動力によって駆動される。例えば、内胃腸吻合処置、端部−端部吻合処置、及び横断吻合処置を実行するためのエンドエフェクタは、直線駆動力によって作動される。したがって、これらのエンドエフェクタは、回転運動を使用する外科用デバイス及び／またはハンドルアセンブリと互換性がない。
【０００６】
これらの電気機械外科用デバイスの多くは、複合駆動構成部品を含む。駆動機構の作動が機械的な限界を超えることを防止するために、種々のスイッチ及びセンサが、外科用デバイスの動作状態を検出するために使用される。複数のスイッチ及び／またはセンサの包含が、外科用デバイスのコスト及び複雑さに加わる。したがって、外科用デバイス全体に配置された複数のセンサ及び／またはスイッチの機械的な限界に頼ることなく、機械的な限界を検出することができる安全機構を有するシステム及び装置が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一実施形態に従って、外科用器具が提供される。外科用器具は、エンドエフェクタ、電源、電源に結合されたモータ、エンドエフェクタを作動させるように構成されたモータ、ならびにモータに操作可能に結合され、モータの電流引き込み及びモータの角速度に基づいてモータを制御するように構成されたコントローラを含む。
【０００８】
上記の実施形態の一態様に従って、外科用器具は、モータの電流引き込み及びモータの角速度を測定するように構成されたモータ制御回路をさらに含む。
【０００９】
上記の実施形態の別の態様に従って、コントローラは、モータの電流引き込み及びモータの角速度の各々の瞬間的な変化率を計算するように構成され得る。
【００１０】
上記の実施形態のさらなる態様に従って、コントローラは、モータの電流引き込みの瞬間的な変化率が正であること、及びモータの角速度の瞬間的な変化率が負であることに基づいて、モータが機械的な限界に達したことを判定するようにさらに構成され得る。コントローラはまた、モータの電流引き込みの瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していることと同時に、または別様に、モータの角速度の瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、モータが機械的な限界に達したことを判定するように構成され得る。
【００１１】
上記の実施形態の一態様に従って、コントローラは、機械的な限界に基づいてモータを較正するように構成される。コントローラはまた、機械的な限界の検出に応じて、電源からモータへの電流の供給を終了させるように構成され得る。
【００１２】
本開示の別の実施形態に従って、外科用デバイスを制御するための方法が提供される。本方法は、エンドエフェクタを作動させるためにモータに通電すること、モータの電流引き込みを測定すること、モータの角速度を測定すること、ならびにモータの電流引き込み及びモータの角速度に基づいてモータを制御することを含む。
【００１３】
上記の実施形態の一態様に従って、本方法は、機械的な限界に基づいてモータを較正することを含む。
【００１４】
上記の実施形態の別の態様に従って、本方法は、機械的な限界の検出に応じて、電源からモータへの電流の供給を終了させることをさらに含む。
【００１５】
本開示のさらなる実施形態に従って、外科用器具を較正するための方法が開示される。本方法は、エンドエフェクタを作動させるためにモータに通電すること、モータの電流引き込みを測定すること、モータの角速度を測定すること、モータの電流引き込み及びモータの角速度に基づいて機械的な限界に達しているモータを検出すること、ならびに機械的な限界に対応するモータの角度位置を、モータを較正するためのゼロ位置として指定することを含む。
【００１６】
上記の方法の実施形態のうちのいずれかの一態様に従って、本方法は、モータの電流引き込み及びモータの角速度の各々の瞬間的な変化率を計算することを含み得る。本方法はまた、モータの電流引き込みの瞬間的な変化率が正であること、及びモータの角速度の瞬間的な変化率が負であることに基づいて、モータが機械的な限界に達したことを判定することを含み得る。
【００１７】
上記の実施形態のうちのいずれかの別の態様に従って、本方法は、モータの電流引き込みの瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していることと同時に、または別様に、モータの角速度の瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、モータが機械的な限界に達したことを判定することを含み得る。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
外科用器具であって、
エンドエフェクタと、
電源と、
上記電源に結合されたモータであって、上記エンドエフェクタを作動させるように構成された、モータと、
上記モータに操作可能に結合され、上記モータの電流引き込み及び上記モータの角速度に基づいて上記モータを制御するように構成されたコントローラと、を備える、外科用器具。
（項目２）
上記モータの上記電流引き込み及び上記モータの上記角速度を測定するように構成されたモータ制御回路をさらに備える、上記項目に記載の外科用器具。
（項目３）
上記コントローラが、上記モータの上記電流引き込み及び上記モータの上記角速度の各々の瞬間的な変化率を計算するように構成されている、上記項目のいずれかに記載の外科用器具。
（項目４）
上記コントローラが、上記モータの上記電流引き込みの上記瞬間的な変化率が正であること、及び上記モータの上記角速度の上記瞬間的な変化率が負であることに基づいて、上記モータが機械的な限界に達したことを判定するように構成されている、上記項目のいずれかに記載の外科用器具。
（項目５）
上記コントローラが、上記モータの上記電流引き込みの上記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していること、及び上記モータの上記角速度の上記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、上記モータが機械的な限界に達したことを判定するように構成されている、上記項目のいずれかに記載の外科用器具。
（項目６）
上記コントローラが、上記モータの上記電流引き込みの上記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していることと同時に上記モータの上記角速度の上記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、上記モータが機械的な限界に達したことを判定するように構成されている、上記項目のいずれかに記載の外科用器具。
（項目７）
上記コントローラが、上記機械的な限界に基づいて上記モータを較正するように構成されている、上記項目のいずれかに記載の外科用器具。
（項目８）
上記コントローラが、上記機械的な限界の検出に応じて、上記電源から上記モータへの電流の供給を終了させるように構成されている、上記項目のいずれかに記載の外科用器具。
（項目９）
外科用デバイスを制御するための方法であって、
エンドエフェクタを作動させるためにモータに通電することと、
上記モータの電流引き込みを測定することと、
上記モータの角速度を測定することと、
上記モータの上記電流引き込み及び上記モータの上記角速度に基づいて上記モータを制御することと、を含む、方法。
（項目１０）
上記モータの上記電流引き込み及び上記モータの上記角速度の各々の瞬間的な変化率を計算することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１１）
上記モータの上記電流引き込みの上記瞬間的な変化率が正であること、及び上記モータの上記角速度の上記瞬間的な変化率が負であることに基づいて、上記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１２）
上記モータの上記電流引き込みの上記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していること、及び上記モータの上記角速度の上記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、上記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１３）
上記モータの上記電流引き込みの上記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していることと同時に上記モータの上記角速度の上記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、上記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１４）
上記機械的な限界に基づいて上記モータを較正することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１５）
上記機械的な限界の検出に応じて、上記電源から上記モータへの電流の供給を終了させることをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１６）
外科用器具を較正するための方法であって、
エンドエフェクタを作動させるためにモータに通電することと、
上記モータの電流引き込みを測定することと、
上記モータの角速度を測定することと、
上記モータの上記電流引き込み及び上記モータの上記角速度に基づいて上記モータが機械的な限界に達していることを検出することと、
上記機械的な限界に対応する上記モータの角度位置を、上記モータを較正するためのゼロ位置として指定することと、を含む、方法。
（項目１７）
上記モータの上記電流引き込み及び上記モータの上記角速度の各々の瞬間的な変化率を計算することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１８）
上記モータの上記電流引き込みの上記瞬間的な変化率が正であること、及び上記モータの上記角速度の上記瞬間的な変化率が負であることに基づいて、上記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目１９）
上記モータの上記電流引き込みの上記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していること、及び上記モータの上記角速度の上記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、上記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（項目２０）
上記モータの上記電流引き込みの上記瞬間的な変化率が第１の閾値を超過していることと同時に上記モータの上記角速度の上記瞬間的な変化率が第２の閾値を超過していることに基づいて、上記モータが機械的な限界に達したことを判定することをさらに含む、上記項目のいずれかに記載の方法。
（摘要）
外科用器具は、エンドエフェクタ、電源、電源に結合されたモータ、エンドエフェクタを作動させるように構成されたモータ、ならびにモータに操作可能に結合され、モータの電流引き込み及びモータの角速度に基づいてモータを制御するように構成されたコントローラを含む。
【００１８】
本開示の実施形態は、添付の図面を参照して、本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示の実施形態に従う、手持ち式外科用デバイス、アダプタアセンブリ、及びエンドエフェクタを含む外科用システムの斜視図である。
【図２】図１の手持ち式外科用デバイスの、部品が分離された、前面斜視図である。
【図３】電源パック及びそこから分離された図２の内部リアハウジングの前面斜視図である。
【図４】切断線「４−４」に沿って切り取られた図２の手持ち式外科用デバイスの断面図である。
【図５】本開示に従う、図１の手持ち式外科用デバイスの概略図である。
【図６】本開示の方法によって制御された際の、図１の手持ち式外科用デバイスのモータ電流及び平均角モータ速度のプロットである。
【図７】本開示の別の実施形態に従う、図１の手持ち式外科用デバイスを制御するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
現在開示された外科用デバイスの実施形態、ならびに外科用デバイスのアダプタアセンブリ及び／またはハンドルアセンブリは、図面を参照して詳細に記載され、類似する参照数字は、いくつかの図の各々における同一または対応する要素を指定する。本明細書において使用される際「遠位」は、アダプタアセンブリもしくは外科用デバイス、またはその構成部品のうち、ユーザからより遠い部分を指し、一方で「近位」は、アダプタアセンブリもしくは外科用デバイス、またはその構成部品のうち、ユーザにより近い部分を指す。
【００２１】
本開示は、外科用エンドエフェクタを作動させるように構成された１つ以上のモータ、ならびに、電流引き込み及び角速度等、モータ動作を監視するように構成された１つ以上のセンサを含む電動外科用デバイスを提供する。電動外科用デバイスはまた、モータに結合し、センサからのフィードバックに基づいてモータを制御するように構成されたコントローラを含む。コントローラは、モータによる角速度及び電流引き込みの変化率に基づいて判定される、衝突の事象においてモータを遮断するように構成される。角速度及び電流引き込みは、時間の関数としてプロットされ得、各プロットの傾斜は、角速度及びモータ電流各々の変化率を判定するための導関数を使用して計算され得る。モータ運動のこれらの２つの出力は、同時に追跡され得る。衝突の事象において、モータ速度は低減され、それによって負の傾斜、つまり変化率を作り、モータ電流は増加する負荷を伴って増加し、正の傾斜、つまり変化率をもたらす。負のモータ速度導関数及び正の電流導関数が同時にそれぞれの所定の閾値を超過すると、コントローラはモータを遮断する。実施形態において、外科用デバイスの感度は、誤検出を除外し、駆動機構への損傷を防止するために導関数閾値を変化させることによって調整され得る。
【００２２】
本開示に従うシステム及び方法は、外科用デバイスの機械的構成部品が実際に機械的な限界に直面する前に（例えば、約４０ミリ秒）、差し迫った衝突の検出を可能にする。早期の検出は、コントローラにモータの低減または遮断を可能にし、それによって外科用デバイスの機械的構成部品に適用された力を減少させる。このことは、機械的構成部品への損傷を防止すると同時に、衝突の間電流引き込みが減少することから電力を節約し、外科用デバイスの電源（例えば、電池）にかかるストレスを減少させる。実施形態において、本開示の衝突検出はまた、意図的な衝突、例えばモータを較正するために機械的な限界に達するような試みにおいて利用され得る。
【００２３】
図１において示されるように、本開示に従う外科用システム２は、複数の異なるエンドエフェクタ、またはエンドエフェクタ４００等、一回使用の装填ユニット（「ＳＵＬＵ’ｓ」）への選択的な取り付けのために構成された、電動手持ち式電気機械器具として示される、外科用デバイス１００を含む。特に、外科用デバイス１００は、アダプタ２００との選択的な接続のために構成され、同様にして、アダプタ２００は、エンドエフェクタ４００との選択的な接続のために構成される。
【００２４】
図１〜４を参照すると、外科用デバイス１００は、電源パック１０１（図２）、及び電源パック１０１を選択的に受容し、囲むように構成された外側シェルハウジング１０を含む。外側シェルハウジング１０は、遠位半部１０ａ及び近位半部１０ｂを含む。近位半部１０ｂは、遠位半部１０ａ及び近位半部１０ｂが、アダプタ２００によって画定された縦軸を横切る平面に沿って分離されるように遠位半部１０ａ及び近位半部１０ｂの上縁に沿って位置付けられたヒンジ１６によって遠位半部１０ａに枢動可能に接続される。接合されるとき、遠位半部１０ａ及び近位半部１０ｂは、電源パック１０１を受容するためにシェル空洞１０Ｃを画定する。
【００２５】
図２を参照すると、遠位半部１０ａ及び近位半部１０ｂは、それぞれ上部シェル部１２ａ、１２ｂ、ならびに下部シェル部１４ａ、１４ｂを含む。下部シェル部１４ａは、下部シェル部１４ｂの閉止タブ１８ｂを係合するように構成された閉止タブ１８ａを含み、シェルハウジング１０を閉構成において維持するために、遠位半部１０ａ及び近位半部１０ｂを互いに選択的に固定する。
【００２６】
シェルハウジング１０の遠位半部１０ａはまた、対応するアダプタ２００の駆動結合アセンブリ２１０に結合するように構成された接続部２０を含む。特に、接続部２０は、アダプタ２００が外科用デバイス１００と嵌合するとき、アダプタ２００の駆動結合アセンブリ２１０の一部を受容するように構成された凹部２１を含む。遠位半部１０ａの接続部２０はまた、３つの開口部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及びその遠位に面する表面において形成された細長スロット２４を画定する。
【００２７】
シェルハウジング１０の遠位半部１０ａはまた、トグル制御ボタン３０等、複数のボタンを含む。実施形態において、トグル制御ボタン３０は、左、右、上、及び下方向において作動するように構成された２軸制御棒となり得る。トグル制御ボタン３０もまた、押圧可能となり得る。
【００２８】
シェルハウジング１０の遠位半部１０ａもまた、右側の一対の制御ボタン及び左側の一対の制御ボタン等、複数の他のボタンを支持し得る。これらのボタン及び他の構成部品は、米国特許出願公開第２０１６／０３１０１３４号において詳細に記載され、その全開示が、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２９】
図２を参照すると、シェルハウジング１０は、遠位半部１０ａにおいて取り外し可能に支持された無菌バリアプレート６０を含む。無菌バリアプレート６０は、電源パック１０１及びアダプタ２００を相互接続する。特に無菌バリアプレート６０は、遠位半部１０ａの接続部２０の背後及びシェルハウジング１０のシェル空洞１０ｃ内に配置される。バリアプレート６０は、その中に回転可能に支持された３つの結合シャフト６４ａ、６４ｂ、６４ｃを含む。各結合シャフト６４ａ、６４ｂ、６４ｃは、シェルハウジング１０の遠位半部１０ａの接続部２０のそれぞれの開口部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを通じて延在する。
【００３０】
バリアプレート６０は、その中で支持された電気パススルーコネクタ６６をさらに含む。パススルーコネクタ６６は、無菌バリアプレート６０がシェルハウジング１０のシェル空洞１０ｃ内に配置されるとき、遠位半部１０ａの接続部２０の開口部２４を通じて延在する。結合シャフト６４ａ、６４ｂ、６４ｃ及びパススルーコネクタ６６は、アダプタ２００及び電源パック１０１のそれぞれ対応する特徴を電気的に及び機械的に相互接続する。
【００３１】
使用中、シェルハウジング１０は、開口され（すなわち、遠位半部１０ａが、ヒンジ１６の周りで近位半部１０ｂから分離され）、電源パック１０１がシェルハウジング１０のシェル空洞１０ｃ内に挿入され、遠位半部１０ａがヒンジ１６を中心に閉構成に枢動される。閉構成において、遠位半部１０ａの下部シェル部１４ａの閉止タブ１８ａは、近位半部１０ｂの下部シェル部１４ｂの閉止タブ１８ｂを係合する。外科的処置に続いて、シェルハウジング１０は、開口され、電源パック１０１は、シェルハウジング１０のシェル空洞１０ｃから取り外される。シェルハウジング１０は、廃棄され得、電源パック１０１はその後殺菌及び洗浄され得る。
【００３２】
図２〜４を参照して、電源パック１０１は、下部ハウジング部１０４を有する内部ハンドルハウジング１１０及び下部ハウジング部１０４から延在し、及び／または下部ハウジング部１０４上で支持された上部ハウジング部１０８を含む。内部ハンドルハウジング１１０はまた、電源パックコアアセンブリ１０６（図３）を収容するための内部ハウジング空洞１１０ｃ（図３）を画定する、遠位半部１１０ａ及び近位半部１１０ｂを含む。電源パックコアアセンブリ１０６は、外科用デバイスの種々の操作を制御するように構成される。
【００３３】
図３を参照すると、内部ハンドルハウジング１１０の遠位半部１１０ａは、電源パック１０１がシェルハウジング１０内に配置されるとき、トグル制御ボタン３０の作動がトグル制御インターフェース１３０上に力を及ぼすように、シェルハウジング１０のトグル制御ボタン３０と操作可能に係合する遠位トグル制御インターフェース１３０を支持する。内部ハンドルハウジング１１０の遠位半部１１０ａはまた、シェルハウジング１０の他のボタンを操作可能に係合する種々の他の制御インターフェースを支持する。
【００３４】
図３及び４を参照すると、電源パックコアアセンブリ１０６は、電池回路１４０、モータコントローラ回路１４３、メインコントローラ回路１４５、メインコントローラ１４７、及び外科用デバイス１００の電気的構成部品のうちのいずれかに電源を供給するように構成された充電式電池１４４を含む。
【００３５】
電源パックコアアセンブリ１０６は、メインコントローラ回路１４５上で支持された表示スクリーン１４６をさらに含む。表示スクリーン１４６は、内部ハンドルハウジング１１０の近位半部１１０ｂ内に配置されたクリアまたは透明な窓１１０ｄを通じて可視である。
【００３６】
電源パックコアアセンブリ１０６は、コントローラ回路１４３及び電池１４４に各々電気的に接続された第１のモータ１５２（図４）、第２のモータ１５４（図３）、及び第３のモータ１５６（図４）をさらに含む。モータ１５２、１５４、１５６は、モータコントローラ回路１４３とメインコントローラ回路１４５との間に配置される。各モータ１５２、１５４、１５６は、モータコントローラ回路１４３上に配置され、メインコントローラ１４７に結合されるそれぞれのモータコントローラ（図示せず）によって制御される。メインコントローラ１４７はまた、モータコントローラ回路１４３上に配置された、メモリ１４１（図５）に結合される。メインコントローラ１４７は、制御ロジック信号（例えば、惰行運転、制動等、及び任意の他の好適な制御信号）を提供する、ＦＰＧＡを通じてモータコントローラと通信する。モータコントローラは、固定周波数パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用してそれぞれのモータ１５２、１５４、１５６に対応する通電信号を出力する。
【００３７】
電源パックコアアセンブリ１０６はまた、電気レセプタクル１４９を含む。電気レセプタクル１４９は、第２リボンケーブル（図示せず）を介してメインコントローラ基板１４５と電気接続する。電気レセプタクル１４９は、シェルハウジング１０のバリアプレート６０（図２）のパススルーコネクタ６６から延在するそれぞれの電気端子を受容するために複数の電気スロットを画定する。
【００３８】
各モータ１５２、１５４、１５６は、そこから延在するそれぞれのモータシャフト（図示せず）を含む。各モータシャフトは、シェルハウジング１０のバリアプレート６０のそれぞれの結合シャフト６４ａ、６４ｂ、６４ｃの近位端部を受容するために３つに分かれる横断断面形状を有し、その中に画定された凹部を有し得る。
【００３９】
それぞれのモータ１５２、１５４、１５６によるモータシャフトの回転は、外科用デバイス１００の種々の操作を実行するために、アダプタ２００のシャフト及び／またはギア構成部品を作動させる。特に、電源パックコアアセンブリ１０６のモータ１５２、１５４、１５６は、エンドエフェクタ４００の構成部品を選択的に作動させ、エンドエフェクタ４００を縦軸の周りで回転させ、エンドエフェクタ４００をアダプタ２００によって画定された縦軸に垂直な枢動軸の周りで枢動させるために、アダプタ２００のシャフト及び／またはギア構成部品を作動させるように構成される。
【００４０】
図５を参照すると、電源パック１０１の概略図が示される。簡潔さのために、モータ１５２、１５４、１５６のうち一つのみが示され、すなわち、モータ１５２である。モータ１５２は、電池１４４に結合される。実施形態において、モータ１５２は、ＡＣ／ＤＣトランス等、モータ１５２に電気エネルギを提供するように構成された任意の好適な電源に結合され得る。
【００４１】
電池１４４及びモータ１５２は、電池１４４からモータ１５２への電気エネルギのフローを含むモータ１５２の動作を制御するモータコントローラ回路１４３に結合される。モータコントローラ回路１４３は、モータ１５２及び電池１４４の動作状態を測定するように構成された複数のセンサ４０８ａ、４０８ｂ、・・・４０８ｎを含む。センサ４０８ａ〜ｎは、電圧センサ、電流センサ、温度センサ、テレメトリセンサ、光学センサ、及びそれらの組み合わせを含み得る。センサ４０８ａ〜４０８ｎは、電圧、電流、及び電池１４４によって供給された電気エネルギの他の電気特性を測定し得る。センサ４０８ａ〜４０８ｎはまた、回転数（ＲＰＭ）として角速度（例えば、回転速度）、トルク、温度、電流引き込み、及びモータ１５２の他の操作特性を測定し得る。角速度は、モータ１５２またはそこに結合され、モータ１５２によって回転可能な駆動シャフト（図示されず）の回転を測定することによって判定され得る。種々の軸方向に移動可能な駆動シャフトの位置がまた、シャフト内に、またはシャフトに近接して配置された種々のリニアセンサを使用して判定され、もしくはＲＰＭ測定値から推定され得る。実施形態において、トルクは、一定ＲＰＭでモータ１５２の定電流引き込みに基づいて計算され得る。さらなる実施形態において、モータコントローラ回路１４３及び／またはコントローラ１４７は、時間を測定し、例えば、測定された値における変化率を判定するために、積分及び／または微分を含む、その関数として上記に記載された値を処理し得る。
【００４２】
モータコントローラ回路１４３はまた、モータコントローラ回路１４３とインターフェースするために複数の入力及び出力を含む、コントローラ１４７に結合される。特に、コントローラ１４７は、モータ１５２及び電池１４４の動作状態に関してモータコントローラ回路１４３から測定されたセンサ信号を受信し、次に、センサ読み取り値及び特定のアルゴリズム命令に基づいてモータ１５２の動作を制御するために制御信号をモータコントローラ回路１４３に出力し、このことはより詳細に考察される。コントローラ１４７はまた、ユーザインターフェース（例えば、コントローラ１４７に結合された、スイッチ、ボタン、タッチスクリーン等）から複数のユーザ入力を受け入れるように構成される。
【００４３】
本開示は、限定するものではないが、リニア電動ステープラ、円形または円弧状電動ステープラ、捕捉器具、電気外科封止鉗子、回転組織細切除去装置等を含む、外科用デバイス１００または任意の他の電動外科用器具を制御するための装置及び方法を提供する。特に、外科用デバイス１００のトルク、ＲＰＭ、位置、及び加速度は、モータ特性（例えば、電流引き込み）に相互に関連することができる。モータ１５２による電流引き込みは、モータ１５２による電流引き込み及びその角速度が、モータ１５２に直面する機械的負荷に応じて変化するため、機械的な限界を検出するために使用され得る。このように、電流引き込み及び角速度の変化量（例えば、変化率）の分析は、異なる種類の負荷条件、例えば、組織によって及ぼされた負荷に対して、機械的な停止によって及ぼされた負荷、の間を識別することを可能にする。
【００４４】
機械的な限界を検出するための本開示に従う方法は、手術中に移動端部位置に達することまたはエンドエフェクタ４００が障害物に直面することによって発生し得る、外科用システム２（例えば、エンドエフェクタ４００及びアダプタ２００）の機械的な構成部品の衝突を検出するために使用され得る。さらなる実施形態において、意図的な衝突は、外科用デバイス１００が再較正される必要があるとき（例えば、新しいアダプタ２００またはエンドエフェクタ４００の取り付け）、使い始めまたは他の時間にモータ１５２、１５４、１５６を較正するために使用され得る。較正中、モータ１５２は、既知の機械的位置、例えば、ハードストップで衝突をもたらすためにある方向において駆動される。衝突がコントローラ１４７によって検出されると、その後モータ１５２は停止し、それに起因する角度のモータ位置が、コントローラ１４７によってゼロ位置として指定される。実施形態において、衝突は、図６において示されるようにモータ１５２の電流引き込みを監視すること、及びプロット５０２の電流引き込みスパイク５０２ａを検出することによって検出され得る。図６を特に参照すると、およそ４，０００ミリアンペアに達する電流スパイクは、モータ１５２がその機械的な限界に直面し、ハードストップが検出されることを示すために使用され得る。
【００４５】
図６を参照すると、電流スパイク５０２ａは、およそ１，３９０ミリ秒で上がり始め、一方でスパイク５０２ａはおよそ１，４３０ミリ秒でそのピークに達し、約４０ミリ秒の遅延時間をもたらし、その間モータ１５２は機械的構成部品を作動させ続ける。このモータ１５２による過剰な運動は、機械的構成部品に損傷を与え、及び／または電池１４４から電力を不必要に引き出し得る。加えて、モータ１５２の寿命効率が減少するにつれて、モータ１５２は同量の機械的作業を実行するためにより多くの電流を使用する。約４，０００ミリアンペアの機械的な限界を判定するために使用される電流フィルタまたは閾値が、モータ１５２が比較的新しい（例えば、１０時間未満の動作）とき実際の衝突が発生したと判定されても十分となり得る一方で、同じ閾値は、古いモータ１５２（例えば、２０時間より多く動作）に対して好適とはなり得ない。特に、その寿命が終わりごろのモータは、機械的な限界に実際に直面する前に４，０００の閾値を超え得、そのためコントローラ１４７によるハードストップに対する誤判定位置を生成する。ゼロ位置の不正確な識別の結果、コントローラ１４７は、モータ１５２を不適切に較正し得る。この起こり得る事態に対処するために、電流引き込み閾値は、モータ１５２の寿命にわたる誤判定衝突保護を防止するために十分に高く設定され得る。しかしながら、この過度の補償は、モータ停止電流制限値が必要以上に高くなるということをもたらす。図６において示されるように、衝突前の約４０ミリ秒における電流引き込みは、電流引き込み閾値の約１／１０である。
【００４６】
図７を参照すると、機械的な限界及び／または衝突を判定するための本開示に従う方法が開示される。本方法は、較正中等の、意図的な衝突、同様に外科用デバイス１００の使用中等の、意図的ではない衝突を判定するために使用され得る。本方法は、２つの値、すなわち電流引き込み及び角速度を利用し、単に測定されたパラメータを所定の閾値と比較するということよりも、本方法は、これらのパラメータの瞬間的な変化率を計算する。計算された瞬間的な変化率は、その後それぞれの変化率閾値と比較される。実施形態において、本開示に従う方法は、外科用デバイス１００が、単に測定されたモータパラメータを閾値と比較するよりも早く機械的な限界及び／または衝突を検出することを可能にする。
【００４７】
本方法は、コントローラ１４７によって実行可能なアルゴリズム及びコンピュータ可読命令として具現化され得る。コントローラ１４７は、測定された電流引き込み及び角速度に基づいて外科用デバイス１００の機械的な限界を検出するためのソフトウエア命令（例えば、アルゴリズム）を記憶するためのメモリ１４１または任意の他の好適なコンピュータ可読、非一時的媒体に結合される。本明細書で使用されるように、用語「機械的な限界」は、電気機械構成部品のうちのいずれかが移動端部位置に達することを意味する。
【００４８】
最初に、ステップ６００において、コントローラ１４７は、モータコントローラ回路１４３に信号を送り、例えば、モータ１５２、１５４、１５６を１つにまとめる、作動させる、またはエンドエフェクタ４００を発射するように制御する、もしくはアダプタ２００をその縦軸の周りで回転させる等、所望のユーザ入力に基づいてモータ１５２を操作する。コントローラ１４７は、所望のコマンドをモータコントローラ回路１４３に提供し、その後対応する通電信号をモータ１５２に出力し、コントローラ１４７から受信したコマンドを実行する。モータ１５２が操作される際、モータコントローラ回路１４３は、それが回転している際のモータ１５２の角速度及びモータ１５２の電流引き込みを含む、モータ１５２の動作パラメータを連続して監視する。
【００４９】
ステップ６０２ａ及び６０２ｂにおいて、モータコントローラ回路１４３は、その後角速度及び電流引き込み信号を測定し、それぞれ角速度及び電流引き込み信号をコントローラ１４７に提供する。実施形態において、コントローラ１４７は、図７において示されるように、モータコントローラ回路１４３からの受信された測定データに基づいて、角速度プロット５００及び電流引き込みプロット５０２を生成し得る。プロット５００及び５０２は、モータコントローラ回路１４３によって収集された測定値のデータポイントの収集物となり得る。さらなる実施形態において、プロット５００及び５０２は、コントローラ１４７によって視覚化またはグラフ化されず（例えば、表示デバイス上に出力）、コントローラ１４７による使用のためにメモリ１４１内に単に記憶され得る。
【００５０】
ステップ６０４ａ及び６０４ｂにおいて、コントローラ１４７は、角速度及び電流引き込み、それぞれの測定データを連続して処理するように構成され、それはこれらの値の各々の導関数を連続して計算することを含む。コントローラ１４７は、角速度及び電流引き込みの瞬間的な変化率を判定する。実施形態において、コントローラ１４７は、プロット５００及び５０２の各々の傾斜を追跡するように構成され、これはまた、瞬間的な変化率値を得るために導関数を使用して計算される。
【００５１】
ステップ６０６において、コントローラ１４７はその後、モータ１５２の角速度及び電流引き込みの各々の計算された瞬間的な変化率を、それぞれの閾値と比較する。角速度に関して、閾値は、負の傾斜または瞬間的な変化率に対応し、機械的な限界に直面しているため、モータ１５２の角速度は、図６のプロット５００のスパイク５００ａによって示されるように、急激に減少する。電流引き込みに関して、閾値は、正の傾斜または瞬間的な変化率に対応し、機械的な限界に直面しているため、モータの電流引き込みは、図６のプロット５０２のスパイク５０２ａによって示されるように、増加する。角速度及び電流引き込み変化率閾値は、機械的な限界検出の誤検出を除外するために調整され得る。
【００５２】
コントローラ１４７は、角速度及び電流引き込み両方の瞬間的な変化率が、それぞれの所定の閾値を同時に超過するとき、機械的な限界に達したことを判定する。この場合、コントローラ１４７は、機械的停止に達したことを確認する。
【００５３】
コントローラ１４７は、その後アルゴリズムの使用に基づいて衝突検出を利用し得る。較正中、コントローラ１４７は、ステップ６０８においてモータ１５４を遮断し、その後モータ１５２の位置をゼロ位置として割り当てる。ゼロ位置は、その後モータ１５２によって作動される機械的構成部品の移動する縦方向距離を計算するために、コントローラ１４７によって使用される。
【００５４】
ステップ６０８において、使用中、コントローラ１４７は、衝突検出を使用して、モータコントローラ回路１４３にモータ１５２を停止するように信号を送信し得、その後対応する制動コマンドをモータ１５２に発行する。加えて、コントローラ１４７は、外科用デバイス１００が予期せぬ衝突及び／または機械的な限界への到達に起因して問題に直面したと、ユーザに音声及び／または視覚的警告を出し得る。
【００５５】
前述の記載は本開示の例示のためだけのものであることが理解されるはずである。種々の代替物及び改変形態が、本開示から逸脱することなく、当業者によって考案され得る。したがって、本開示は、全てのそのような代替物、改変形態、及び変形を採用するように意図される。添付の図面を参照して記載された実施形態は、本開示のある特定の実施例を明示するためだけに提示される。上述のもの及び／または添付の特許請求の範囲内のものと非実質的に異なる他の要素、ステップ、方法、及び技術もまた、本開示の範囲内にあることが意図される。
【図１】
2018187377.tif 000003
【図２】
2018187377.tif 000004
【図３】
2018187377.tif 000005
【図４】
2018187377.tif 000006
【図５】
2018187377.tif 000007
【図６】
2018187377.tif 000008
【図７】
2018187377.tif 000009