(57)【要約】  複数の電動外科用ハンドピースを含む手術器具システム。ハンドピースは１つのコントロールコンソールに対して取り外し可能に接続される。コントロールコンソールは電源を有する。コントロールコンソール内のコントローラは複数のハンドピースに対して電力を同時に供給する。電源が供給できる電力よりも多い電力をハンドピースが共同して引き出す場合、コントロールコンソールは、ハンドピースのうちの１つに対する電力の印加を一時的に停止する。
2008514367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力消費ユニット（３６）を有する各電動外科用ハンドピース（３４）に給電するためのコントロールコンソール（３２）であって、
複数のハンドピースが前記コントロールコンソールに対して同時に接続されるように後の名ハンドピースを取り外し可能に受ける複数のコネクタ（４０）と、
前記コネクタを介してハンドピースに選択的に給電するためのパワーレギュレータ（８６）と、
ハンドピースへの給電を調整するために前記電源を制御するコントローラ（６４）と
を備え、
前記コントローラおよび前記パワーレギュレータは全体で、前記パワーレギュレータが複数のハンドピースに同時に給電するようになっていることを特徴とする、コントロールコンソール。
【請求項２】
ハンドピースに給電するために前記パワーレギュレータ（８６）が使用する電力を電源（９０）が供給し、
前記電源によりもたらされる電力を監視するために前記電源に電源モニタ（４２８）が接続され、
前記パワーレギュレータ（８６）は、更に、前記電源によってもたらされる電力が閾値を越えていると前記電源モニタが判定すると、ハンドピースのうちのいずれかに対する電力の印加を制限するようになっている、請求項１に記載のコントロールコンソール。
【請求項３】
前記パワーレギュレータ（８６）は、
電力を引き出す前記ハンドピースのうちのどれが最も多くの電力を引き出しているのかを判定し（４３０）、
前記電源により消費される電力がある閾値を越えていることを前記電源モニタが判定するときに最も多くの電力を引き出すハンドピースに対する電力の印加を制限するものである、請求項２に記載のコントロールコンソール。
【請求項４】
前記パワーレギュレータ（８６）は、
複数のドライバであって、別個のハンドピース給電信号を出力し且つ取り付けられた任意のハンドピースに給電するように各ドライバがなっており、複数の給電信号を同時に出力するようにされた複数のドライバと、
前記ドライバのうちの任意のいずれかにより出力される給電信号を前記コネクタのうちの任意のいずれかを介して出力できるように前記ドライバと前記コネクタ（４０）との間に接続されたスイッチアセンブリ（２２２）と
を含む、請求項１、２または３に記載のコントロールコンソール。
【請求項５】
第１の複数のコネクタとして前記コネクタ（４０）が存在し、
前記パワーレギュレータ（８６）が第２の複数の前記ドライバ（２１０）を有し、前記第１および第２の複数のドライバが前記複数のコネクタよりも少ない、請求項４に記載のコントロールコンソール。
【請求項６】
前記パワーレギュレータは、前記ハンドピース（３４）内にあるブラシレスＤＣモータ（３６）に対して給電信号を印加するようになっている、請求項１、２、３、４または５に記載のコントロールコンソール。
【請求項７】
前記コネクタ（４０）は、ハンドピース（３４）から延びるケーブル（３８）を受けるようにされたソケットである、請求項１、２、３、４、５または６に記載のコントロールコンソール。
【請求項８】
前記コントローラ（６４）は、
前記ハンドピース（３４）に組み込まれているメモリ（７２）内のデータを読み取り、
前記ハンドピースメモリから読み取られた前記データに基づいて電源を制御するように更になっている、請求項１、２、３、４、５、６または７に記載のコントロールコンソール。
【請求項９】
電力消費ユニット（３６）を有する各電動外科用ハンドピース（３４）に給電するためのシステムであって、
複数のハンドピースが取り付けられるコンソール（３２）と、
前記コンソール内に配置され、前記コンソールを介してハンドピースに対して給電信号を選択的に印加するための制御アセンブリ（６４）と、
前記制御アセンブリに対して接続され、前記制御アセンブリへの制御信号を生成して前記ハンドピースの作動を調整するために操作されるスイッチを少なくとも有するフットスイッチと、
を備え、前記ハンドピースの作動を調整するために複数のフットスイッチ（４４ａ、４４ｂ）が前記制御アセンブリに対して接続されていることを特徴とする、システム。
【請求項１０】
前記フットスイッチ（４４ａ、４４ｂ）のそれぞれは、ハンドピースのうちの任意のいずれかを調整するための制御信号を生成することができ、
前記制御アセンブリ（６４）が、前記フットスイッチがそのフットスイッチにおけるユーザ入力された選択に基づいて少なくともいずれかのハンドピースを制御するように前記フットスイッチのそれぞれをマッピングするものである、請求項９に記載の電動外科用ハンドピースに給電するシステム。
【請求項１１】
前記制御アセンブリ（６４）は、前記コンソール（３２）に対して取り付けられるハンドピースの数と前記制御アセンブリに対して接続されるフットスイッチ（４４ａ、４４ｂ）の数とを監視し、
前記制御アセンブリ（６４）は、複数のハンドピースが前記コンソールに取り付けられ且つ複数の前記フットスイッチが前記制御アセンブリに接続されることを判定し、前記制御アセンブリは、いずれのハンドピースを制御するために前記フットスイッチのいずれが使用されるべきかを指示するためのマッピング命令をユーザに入力させるものである、請求項１０に記載の電動外科用ハンドピースに給電するシステム。
【請求項１２】
前記制御アセンブリは、前記複数のフットスイッチ（４４ａ、４４ｂ）がいずれかのハンドピース（３４）を制御できるようにするようにされている、請求項９、１０または１１に記載の電動外科用ハンドピースに給電するシステム。
【請求項１３】
前記制御アセンブリ（６４）は、複数の前記フットスイッチ（４４ａ、４４ｂ）がいずれかのハンドピース（３４）を制御し且つ第１のフットスイッチがハンドピースを作動させる制御信号を生成すると、前記両方のフットスイッチからの作動制御信号がネゲートされるまでの間第２の前記フットスイッチにより生成される制御信号がハンドピースの作動を調整することを妨げるようにされているものである、請求項１２に記載の電動外科用ハンドピースに給電するシステム。
【請求項１４】
前記コントロールコンソールは、第１の前記フットスイッチから受けられる制御信号に基づいて第１のハンドピースに対して給電信号を供給すると同時に、第２の前記フットスイッチから受けられる制御信号に基づいて第２の前記ハンドピースに対して給電信号を供給する、請求項９、１０、１１、１２または１３に記載の電動外科用ハンドピースに給電するシステム。
【請求項１５】
前記制御アセンブリは、ハンドピース内のモータ（３６）に給電するための給電信号を印加するようにされている、請求項９、１０、１１、１２、１３または１４に記載の電動外科用ハンドピースに給電するシステム。
【請求項１６】
前記コンソールには複数のソケット（３０）が設けられ、前記各ソケットは、ハンドピース（３４）に取り付けられたケーブル（３８）を取り外し可能に受けるようになっている、請求項９、１０、１１、１２、１３、１４または１５に記載の電動外科用ハンドピースに給電するシステム。
【請求項１７】
前記制御アセンブリ（６４）は、
ハンドピース（３４）に組み込まれているメモリ（７２）内のデータを読み取り、
ハンドピースメモリから読み取られたデータに基づいてハンドピースに対して給電信号を印加する、
ように更になっている、請求項９、１０、１１、１２、１３、１４、１５または１６に記載の電動外科用ハンドピースに給電するためのシステム。
【請求項１８】
切断アクセサリを作動させるための複数の巻線（２３４）を有し、センサレスのブラシレスモータ（３６）を含み、前記切断アクセサリ（３５）を受けるための外科用ハンドピース（３４）と、
前記巻線の両端間に生成される逆起電力信号に基づいて前記モータ巻線に対して給電信号を選択的に印加するためのドライバと
を備える電動手術器具システムにおいて、
前記ドライバは、
モータ速度が閾値速度を上回るときに、ロータ位置の逆起電力検出に基づいて、前記モータ巻線に対して給電信号を選択的に印加し、
モータ速度が閾値速度以下のときに、モータロータ位置のインダクタンス検知に基づいて、前記モータ巻線に対して給電信号を選択的に印加するものである、電動手術器具システム。
【請求項１９】
前記ドライバは、前記モータロータ位置のインダクタンス検知を行なうときに、
各巻線を流れる電流を測定し、
前記複数の巻線電流の測定値を正規化するものである、請求項１８に記載の電動手術器具システム。
【請求項２０】
前記ドライバは、モータロータ位置のインダクタンス検知を行なうときに、
前記各巻線を流れる電流を測定し、
どの巻線を通じて最も大きい電流が流れるのかを判定し、
どの巻線を通じて最も大きい電流が流れるのかに基づいてロータ位置を判定するものである、請求項１８または１９に記載の電動手術器具システム。
【請求項２１】
前記ドライバは、モータロータ位置のインダクタンス検知を行なうときに、
前記各巻線を流れる電流を測定し、
測定された巻線電流と巻線電流のモデルとを比較し、
測定された巻線電流と巻線電流のモデルとの該比較に基づいてロータ位置を判定するものである請求項１８または１９に記載の電動手術器具システム。
【請求項２２】
前記ドライバは、モータ始動時にモータロータ位置のインダクタンス検知を行なうようになっている、請求項１８、１９、２０または２１に記載の電動手術器具システム。
【請求項２３】
複数の巻線（２３４）を有するセンサが無いブラシレスモータ（３６）を有する電動手術器具（３４）に対して給電信号を印加する方法であって、
モータロータの位置を判定するステップと、
モータロータの位置に基づいて、選択されたモータ巻線に対して給電信号を印加するステップと、
を含み、モータロータの位置を判定する前記ステップにおいては、モータロータ位置を判定するためにインダクタンス検知が使用されることを特徴とする、方法。
【請求項２４】
各モータ巻線のインダクタンスが測定され、
巻線インダクタンス測定値が正規化され、
モータロータ位置を判定するために正規化された巻線インダクタンス測定値が使用される、請求項２３に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項２５】
巻線インダクタンス測定値は、測定されたインダクタンスの選択的な乗算またはオフセット調整によって正規化され、
モータの作動中に、巻線インダクタンス測定値を正規化するために使用される利得値またはオフセット値が調整される、請求項２４に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項２６】
巻線インダクタンス測定値を正規化するための利得値またはオフセット値は、手術器具に組み込まれているメモリ（７２）から読み取られる、請求項２４または２５に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項２７】
各巻線を流れる電流が測定され、
最も大きい電流が流れる巻線が判定され、
いずれの巻線を通じて最も大きい電流が流れるのかに基づいて、ロータ位置が判定される、
請求項２３、２４、２５または２６に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項２８】
最も大きい電流が流れる巻線が判定された後、巻線電流の測定値がエラーであるかどうかが判定され、
巻線電流の測定値がエラーであと判定される場合には、モータロータ位置を判定する前記ステップが省かれる、請求項２７に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項２９】
巻線電流の測定値がエラーであるかどうかを判定する前記プロセスは、
モータロータが所与の第１の位置にある時に、前記ロータの予期される第２の位置を判定するステップと、
モータロータの予期される前記第２の位置に基づいて、最も大きい電流が流れることとなる期待される次の巻線を判定するステップと、
電流が流れる巻線を判定する前記ステップにおいて、次の予期される巻線を通じて最も大きい電流が流れることが判定される場合には、電流測定値を正しいとして受け入れるステップと（３５２、３５４）、
電流が流れる巻線を判定する前記ステップにおいて、次の予期される巻線を通じて最も大きい電流が流れず且つ前記測定値がカットオフ値を下回ることが判定される場合には、電流測定値がエラーであると受け入れるステップと（３５６）
により行なわれる、請求項２８に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項３０】
各巻線を通じて流れる電流が測定され（３７８）、
測定された巻線電流が巻線電流のモデルと比較され（３８０）、
測定された巻線電流と巻線電流のモデルとの比較に基づいて、前記ロータ位置を判定する、
請求項２３、２４、２５または２６に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項３１】
インダクタンス検知を使用してモータロータ位置を判定する前記ステップがモータ始動時に使用される、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９または３０に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項３２】
インダクタンス検知を使用してモータロータ位置を判定する前記ステップは、モータロータが閾値速度以下のときに使用され、
閾値を上回ると、モータロータ位置を判定するために他の手段が使用される、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０または３１に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項３３】
閾値速度が最大モータ速度の１０％以下である、請求項３２に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項３４】
複数の巻線（２３４）を有するセンサが無いブラシレスモータ（３６）を有する電動手術器具（３４）に対して給電信号を印加する方法であって、
巻線の両端間の逆起電力の監視に基づいてモータロータ位置を判定するステップと、
モータロータの位置に基づいて、選択されたモータ巻線に対して給電信号を印加するステップと、
を含み、
巻線の両端間の逆起電力を監視する前記ステップにおいて、前記監視によって、巻線を通じて流れるフライバック電流が補償されることを特徴とする、方法。
【請求項３５】
前記逆起電力監視は、信号の最初の立ち上がり又は立下り後の選択された時間で始まる開始時間から巻線の両端間の逆起電力信号を積分することにより行なわれる、請求項３４に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項３６】
逆起電力信号が積分される開始時間は、ロータ速度に応じてリアルタイムで調整される、請求項３５に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項３７】
各逆起電力信号は閾値に達するまで積分される、請求項３５、３６または３７に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項３８】
積分閾値は、手術器具に組み込まれているメモリ（６２）から読み取られるデータから得られる、請求項３７に記載の電動手術器具に対して給電信号を印加する方法。
【請求項３９】
電力消費ユニット（３６）と信号を出力し或いは受信する少なくともいずれかの内部装置とをそれぞれが有する電動外科用ハンドピース（３４）に給電するためのシステムであって、
複数のハンドピースが取り付けられるコンソール（３２）と、
前記コンソール内に配置され、前記コンソールを介してハンドピースに対して給電信号を選択的に印加するための制御アセンブリ（６４）と、
前記コンソール内に配置され、ハンドピースの内部装置に対して接続するためのインタフェース（７０）と
を備え、
前記インタフェース（７０）は、いずれかの通信ラインを介して、デジタル信号またはアナログ信号のいずれかをハンドピースの内部装置に対して送信し或いは該内部装置から受信するようになっていることを特徴とする、システム。
【請求項４０】
前記インタフェースは、
ハンドピースの内部装置から信号を受けるとともに、受けたアナログ信号をデジタル信号に変換するためのアナログ−デジタル変換器（４７２）と、
デジタル信号がハンドピースの内部装置から受けられると前記アナログ−デジタル変換器を無効にするようにされたコントローラ（４７０）と、
を有する、請求項３０に記載の電動外科用ハンドピースに給電するためのシステム。
【請求項４１】
前記明細書に記載され且つ添付図面に示される複数の外科用ハンドピースに同時に給電するためのコントロールコンソール。
【請求項４２】
前記明細書に記載され且つ添付図面に示される少なくともいずれかの外科用ハンドピースの作動を制御するために各フットスイッチを使用できるように複数のフットスイッチ（４４ａ、４４ｂ）が取り付けられるコンソール（３２）を含む少なくともいずれかの電動外科用ハンドピースに給電するためのシステム。
【請求項４３】
前記明細書に記載され且つ添付図面に示されるセンサレスのブラシレスＤＣモータを有する外科用ハンドピースに対する給電信号の印加を調整する方法。
【請求項４４】
前記明細書に記載され且つ添付図面に示される、モータロータ位置のインダクタンス検知を使用してセンサレスのブラシレスＤＣモータを有する外科用ハンドピースに対する給電信号の印加を調整する方法。
【請求項４５】
モータロータ位置のインダクタンス検知された判定に基づいて、モータロータ速度が判定され、
モータロータを所望の速度で回転させるために、モータロータ速度に基づいてモータに対する給電信号の印加が制御される、請求項４５に記載の外科用ハンドピースに対する給電信号の印加を調整する方法。
【請求項４６】
前記明細書に記載され且つ添付図面に示される、モータロータ位置の逆起電力検出を使用してセンサレスのブラシレスＤＣモータを有する外科用ハンドピースに対する給電信号の印加を調整する方法。
【請求項４７】
切断アクセサリ（３５）が取り付けられ且つセンサが無いブラシレスモータ（３６）を含む外科用ハンドピース（３４）に対する給電信号の印加を調整する方法であって、
モータ内のロータの位置を判定するステップと、
モータロータの位置に基づいて、モータの巻線（２３４）に対して給電信号を印加するステップと
を含み、モータロータの位置を判定する前記ステップおよびロータ位置に基づいてモータ巻線に対して給電信号を印加する前記ステップは、モータ失速（０ＲＰＭ）からモータ最大速度まで行なわれることを特徴とする、方法。
【請求項４８】
外科用ハンドピース（３４）に対する給電信号の印加を調整する方法であって、
閾値速度未満では、モータロータ位置を判定するために第１の方法が使用され、
閾値速度以上では、モータロータ位置を判定するために第２の方法が使用される、方法。
【請求項４９】
モータにより振動される切断アクセサリ（３５）を有する外科用ハンドピース（３６）のモータ（３６）を振動させる方法であって、
モータロータが設定された回転数にわたって第１の方向に回転するようにハンドピースモータを作動させるステップと、ロータが設定された回転数にわたって第２の方向に回転するようにモータロータの回転を逆転させるステップとを含み、
ハンドピースモータが設定された回転数にわたって回転するために要するべき回転時間の判定が行なわれ、
ハンドピースモータの作動中に、設定された回転数にわたって回転するのに要する時間を監視し、
作動されているモータが設定数の回転を行なうために要する時間と判定された回転時間とを比較し、
設定回転数だけ回転するのにハンドピースモータが要する時間が回転時間を越える場合に、ハンドピースモータの回転を逆転させる、
ことを特徴とする、方法。
【請求項５０】
判定された回転時間に基づいてハンドピースモータロータのための補償回転時間を生成し、補償回転時間が判定された回転時間よりも大きく、
作動されているモータが設定数の回転を行なうために要する時間を比較する前記ステップにおいて、比較は補償回転時間に対して行なわれ、
設定回転数だけ回転するのにハンドピースモータが要する時間が補償時間を越える場合に、ハンドピースモータの回転を逆転させる、請求項４９に記載の外科用ハンドピース（３６）のモータ（３６）を振動させる方法。
【請求項５１】
前記補償回転時間は、判定された回転時間に定数を掛け合わせることにより生成される、請求項５０に記載の外科用ハンドピース（３６）のモータ（３６）を振動させる方法。
【請求項５２】
前記ハンドピースがコントロールコンソール（３２）に対して取り付けられる請求項４９、５０または５１に記載の外科用ハンドピース（３６）のモータ（３６）を振動させる方法。
【請求項５３】
コントロールコンソール（３２）を用いて電動外科用ハンドピース（３４）を作動させる方法であって、
無線通信リンクを介して外科用ハンドピースの作動を調整するための命令をコントロールコンソールに対して送信するステップと、
受信された命令に基づいて、コンソールにより給電信号をハンドピースに対して供給してハンドピースを作動させるステップと、
を含み、
コントロールコンソールは、命令が通信リンク（８１６）を介して受けられる時間同士の間の経過時間を連続的に判定し、
ある命令が受けられた後と次の命令が受けられる前との経過時間がカットオフ時間を越える場合には、コントロールコンソールがハンドピースの動作を停止させる（８１８、８２０）ことを特徴とする、方法。
【請求項５４】
外科用ハンドピース（３４）または外科用切断アクセサリ（３５）がコントロールコンソール（３２）に対して取り付けられたままであるかどうかを判定する方法であって、前記装置または切断アクセサリがデータ記憶要素を有する方法において、
コントロールコンソールからハンドピース内または切断アクセサリ内の構成要素へピング問い合わせを送るステップと、
ピング応答がコントロールコンソールによって受けられるかどうかを判定するステップ（８６２）と、
を備え、
ピング応答がコントロールコンソールによって受けられない場合には、周囲ＲＦノイズまたはＥＭノイズが多く存在するかどうかを判定し（８６４）、
周囲ＲＦノイズまたはＥＭノイズが存在しない場合には、ハンドピースまたは切断アクセサリがコントロールコンソールから取り外されていると見なす（８６６）ことを特徴とする、方法。
【請求項５５】
周囲ＲＦノイズまたはＥＭノイズが多く存在しているかどうかを判定する前記ステップは前記明細書に記載され且つ添付図面に示される方法にしたがって判定する、請求項５６に記載の外科用ハンドピース（３４）または外科用切断アクセサリ（３５）がコントロールコンソール（３２）に対して取り付けられたままであるかどうかを判定する方法。
【請求項５６】
モータによって作動される切断アクセサリ（３５）を有する外科用ハンドピース（３４）のモータ（３６）を作動させる方法であって、
モータが駆動されるべき速度セットポイント信号を生成するステップと、
モータを設定速度で駆動させるためにモータに対して給電信号を印加するステップと、
モータが停止されるべきことを速度セットポイント信号が示すときに、制動信号を印加してモータを減速させるステップと
を含み、
速度セットポイントをモータの実際の速度と比較し、
モータの実際の速度がセットポイント速度を上回っていることを比較が示し且つセットポイント速度がゼロ速度（０ＲＰＭ）を上回っている場合には、制動信号を選択的に印加して、モータをセットポイント速度まで減速させることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に手術器具に給電するためのシステムに関する。特に、本発明は、異なる所要電力を有する手術器具に同時に給電するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の外科手術において、電動手術器具は、医療関係者が特定の外科処置を行なうために利用できる最も重要な器具のうちの一部である。多くの手術器具は、ドリルビット、バーまたはノコギリ歯のような切断アクセサリが取り付けられるある種の電動ハンドピースの形態をとっている。これらの器具は、硬質組織または軟質組織の小部位を選択的に除去するため或いは組織の部位を分離するために使用される。電動手術器具を患者に対して使用できるようにすることで、患者に対して外科処置を行なう際の医師および他の者の肉体的緊張が減少した。また、殆どの外科処置は、電動手術器具を用いると、それらに先立った手動の手術器具を用いた場合よりも迅速に且つ正確に行なうことができる。
【０００３】
典型的な電動手術器具システムとしては、ハンドピースの他に、コントロールコンソールや、ハンドピースをコンソールに対して接続するケーブルが挙げられる。コントロールコンソールは、利用可能なライン電圧をハンドピースに組み込まれているモータに給電するのに適する給電電圧へと変換する電子回路を含む。一般に、コントロールコンソールは、器具を制御するために使用されるハンドスイッチまたはフットスイッチから信号を受けるように接続されており、その信号に基づいて、コンソールは、適切な給電信号をハンドピースに対して送ることによりハンドピースを所望の速度で動作させる。
【０００４】
電動手術器具の使用が拡大するにつれて、様々な手術作業を行なう様々な種類の電動手術器具が開発されてきた。例えば、股関節置換術で使用される大腿骨リーマは、約１００  ＲＰＭで動作する比較的速度が遅いドリルであるが、約４００ワットの比較的高い電力量を引き出す。脳外科は、約７５，０００ＲＰＭで動作し且つ約１５０ワットの中間的な量の電力を必要とする動作が非常に高いドリルである開頭器の使用を必要とする。耳、鼻、喉の手術では、マイクロドリルがしばしば使用される。典型的なマイクロドリルは、約１０，０００〜４０，０００ＲＰＭ間で回転するとともに、約４０ワットの比較的低い電力量しか必要としない。
【０００５】
異なるタイプの電動手術器具の数が増すにつれて、適切な給電信号をハンドピースが受けられるようにするための機構をそれぞれのタイプのハンドピースに設けることが必要になってきている。この問題に対する従来の解決策は、各ハンドピースにそれ自体の電源コンソールを設けることであった。容易に理解できるように、この解決策は、所与の外科処置を行なうために特定の組の器具が必要とされる場合に、多くの様々なコンソールを利用可能に維持するための病院および他の手術設備を必要とするという点で高価である。また、所与の外科処置を行なうために多くの異なる手術器具が必要とされる場合には、異なるハンドピースによって必要とされる個々のコンソールを手術室に設ける必要がある。これらの異なるコンソールを有していれば、手術室のクラスター化に寄与し得る。
【０００６】
この問題を解決しようとする１つの試みは、異なるハンドピースに対して電力を供給するコンソールを設計することであった。これらのコンソールは、満足に機能したが、それ自体欠点が無いわけではない。これらのコンソールの多くは、コンソールが接続される器具への望ましい給電信号がコンソールに対して与えられるようにするために医療関係者がコンソール内のエレクトロニクスを事前に手動で設定しなければならないようになっている。また、避けられない人為的ミス要因を考えて、新しい器具用に設定されるとコンソールが実際に適切に設定されるようにするために時間を費やす必要もある。これらの課題を行なうことを医療関係者に要求してしまうと、医療関係者が患者のニーズに耳を傾けることができる時間が奪われてしまう。
【０００７】
その内容が引用することにより明示的に本願明細書の一部をなす２０００年１月２５日に発行された出願人の譲受人の米国特許第６，０１７，３５４号「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＰＯＷＥＲＥＤ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＴＯＯＬＳ」は、異なる所要電力を有する外科用ハンドピースが使用されるときに異なるコントロールコンソールを手術室に持ち込む必要性をかなり排除している。開示されたシステムにおいて、各ハンドピースはＮＯＶＲＡＭ（不揮発性ランダムアクセスメモリ）を含む。ＮＯＶＲＡＭは、ハンドピース内のエネルギ生成要素の必要電力を特定するデータを記憶している。システムは、ハンドピースに対して印加される給電信号を供給するための給電回路とプロセッサとを有するコントロールコンソールを含む。給電回路がハンドピースに対して供給する給電信号のタイプは、プロセッサによって送られるコマンド信号に応じて変わる。コントロールコンソールに対するハンドピースの接続時には、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ内のデータが読み取られる。その後、これらのデータは、給電回路による給電信号の出力を調整するためにプロセッサにより使用され、それにより、適切な給電信号がハンドピースに対して供給される。
【０００８】
従来技術のシステムの更なる他の特徴は、複数のハンドピースをコントロールコンソールに対して同時に接続できるという点である。プロセッサは、接続された各ハンドピースのための給電信号を示すデータを同時に記憶する。
【０００９】
したがって、従来のシステムは、多くの外科処置において、使用されるハンドピースが異なる所要電力を有していたために手術室に複数のコントロールコンソールを設けるという必要性を実質的に排除した。また、前記システムは、コンソールを使用して、最初に第１のハンドピースを取り外した後に第２のハンドピースを取り付けることをしなくても異なるハンドピースに連続的に給電できるように更に構成されていた。
【００１０】
明らかに、従来技術のシステムは、手術室に対して多くの様々なコストおよび時間効率を与えた。しかしながら、このシステムは、ある瞬間に、１つのハンドピースに対してしか電力を供給することができない。効率または必要性を考えると、外科処置中に複数のハンドピースを同時に作動させることが望ましい場合がある。例えば、時として、一人の外科医が患者の１つの部分から組織を摘出している一方で、第２の外科医が組織の挿入のために患者の身体の他の部分を準備していることがある。本システムは、これらの別個の処置を行なうために使用される２つの別個の外科用ハンドピースに同時に給電することができない。効率を高めるために、これらの処置を同時に行なうことに関心がある場合には、２つの別個のコントロールコンソールを設けなければならない。
【００１１】
また、多くの外科医は、彼らの外科用ハンドピースおよびアクセサリ器具、例えば洗浄・吸引ポンプを制御するためにフットスイッチを使用する。多くの異なる機能を制御するための多くの異なるフットスイッチを１つのフットスイッチアセンブリ上に設けることは一般的な方法である。例えば、１つのフットスイッチアセンブリは、ハンドピースモータのＯＮ／ＯＦＦ状態、ハンドピースモータの速度、ハンドピースモータの順方向／逆方向／振動方向、洗浄流体が供給されるべきか否かを制御するための個々のフットスイッチを有する場合がある。
【００１２】
電動外科用ハンドピースを駆動させるための既知のシステムに関連する他の制限は、モータが低いＲＰＭで動作しているときに関連するハンドピースを制御できるそれらの能力に関係している。この問題は、特に、センサが無いブラシレスＤＣモータを含むハンドピースを駆動させるために使用されるシステムにおいて広く行渡っている。既知のシステムは、モータの給電されていない巻線で生成される逆起電力電圧（ＢＥＭＦ信号）を監視することにより動作する。この制御技術に伴う制限は、モータが低いＲＰＭで動作しているときにＢＥＭＦ信号がしばしば非常に低いために測定不可能ではないにしろ測定が困難になるという点である。この信号が検出できないと、もはやユーザは巻線の整流を制御することができない。それどころか、モータが始動される際にロータを最初に作動させるために粗野な強制手段がしばしば使用される。また、この典型的な手段では、モータが生み出すことができるトルク量としての限界にモータが達する結果としてモータが失速すると、外科医は、相補的なコントロールコンソールが再び整流信号を巻線に印加できる前に、モータの作動を全体的に停止させてＯＦＦにしなければならない。これにより、外科処置の望ましくない遅れが生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は新規で有用な手術器具システムに関する。本発明の手術器具システムはコントロールコンソールを含む。コントロールコンソール内には、複数の外科用ハンドピースに同時に給電できるモータコントローラがある。また、コントロールコンソールはディスプレイコントローラを含む。ディスプレイコントローラはシステムの主要なコントローラとして機能する。ディスプレイコントローラはコンソールのためのコントローラとしての機能を果たす。ディスプレイコントローラは、コンソールに接続されたハンドピース内のＮＯＶＲＡＭ中のデータを読み取ることができる。これらのデータ、コンソールにより読み取られた更なるデータ、外部で生成されたコマンドおよび外科医が入力したコマンドに基づいて、メインプロセッサは、ハンドピースに給電するようにモータコントローラに命令する。
【００１４】
本発明は請求項の特徴をもって指摘される。本発明の前記特徴および更なる特徴は、添付図面と併せて解釈される以下の説明を参照することにより更によく理解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１、２Ａおよび２Ｂは本発明の手術器具システム３０の基本的な特徴を示している。システム３０はコントロールコンソール３２を含む。コントロールコンソール３２は１つ以上のハンドピース３４を作動させるために使用される。図１には、１つのハンドピース３４であるノコギリが示されている。図２Ｂを参照すれば分かるように、コントロールコンソール３２には３つのハンドピース３４を同時に接続することができる。本発明の図示のバージョンにおいて、ハンドピース３４の内部にはモータ３６（仮想ボックスで描かれている）とギアアセンブリ（ギアアセンブリは図示せず）とがある。各ハンドピース３４は、一般にハンドピースに対して取り外し可能に取り付けられる切断アクセサリ３５を駆動する。図１に示されるハンドピース３４において、切断アクセサリ３５は、ハンドピースの先端に対して取り外し可能に取り付けられるノコギリ歯である（「先端」とは、外科医から離れている方／患者に向かう方を意味している。「基端」とは、外科医に向かう方／患者から離れている方を意味している）。図示のハンドピース３４は、ノコギリ歯を前後に往復動させるようにされたギアアセンブリを有する。他の電動ハンドピース３４には、対応する切断アクセサリでの回転運動を駆動させるための他のモータおよびギアアセンブリが設けられていてもよい。また、ハンドピース３４が一般に、切断アセンブリ３５をハンドピースに対して取り外し可能に保持する、図１に参照符号３３で表わされる結合アセンブリを有することも認められる。
【００１６】
各ハンドピース３４はフレキシブルケーブル３８によってコントロールコンソール３２に対して取り外し可能に取り付けられる。コントロールコンソールは複数のソケット４０を有する。各ソケット４０は別個のケーブル３８を受けることができる。これにより、複数のハンドピース３４をコントロールコンソール３２に対して同時に接続することができる。
【００１７】
コントロールコンソール３２はタッチスクリーン面を有するディスプレイ４２を有する。システム３０の構成要素を調整するためのコマンドは、ディスプレイ４２上の画像として与えられるボタンを押圧することによりコントロールコンソールに入力される。また、コマンドは他の制御スイッチによってもコントロールコンソール１６に入力される。これらのスイッチはハンドピース３４に組み込まれていてもよい。あるいは、これらのスイッチは、コントロールコンソール３２に取り付けられるフットスイッチアセンブリ４４の一部である個々のスイッチであってもよい。図１では、ケーブル４６によりコントロールコンソール３２に対して接続される１つのフットスイッチアセンブリ４４が示されている。コントロールコンソール３２には、２つのケーブル４６を受けるための２つのソケット４８が設けられている。これにより、図２Ｂに示されるように２つのフットスイッチアセンブリ４４ａおよび４４ｂを同時にコントロールコンソール１６に対して取り付けることができる。
【００１８】
コントロールコンソール３２にはポンプ５０も取り付けられている。ポンプ５０は、コントロールコンソール３２に対して取り外し可能に取り付けられるチューブセット５２を含む。チューブセット５２は、洗浄流体５６のバッグからの流体通路をハンドピース３４に取り付けられた洗浄クリップ５８へと供給するチューブ５４を含む。また、ポンプ５０は、コントロールコンソール３２４内に配置されたモータ６０（図２Ｂ）も含む。
【００１９】
図２Ａおよび図２Ｂは、組み合わされて、コントロールコンソール３０内の主要な構成要素を示す。これらの構成要素はディスプレイコントローラ６４を含む。ディスプレイコントローラ６４は、図２ＡにＬＣＤ（液晶ディスプレイ）として表わされるディスプレイ４２上に示される画像の出力を制御する。また、ディスプレイコントローラ６４は、コントロールコンソール３２のための全体的なコントローラとしての機能を果たす。したがって、ディスプレイコントローラ６４は、コンソール３２に取り付けられた機器の動作を制御するために生成される様々な入力信号を受けるとともに、コンソール内の他の構成要素に適切な出力信号を生成させる。
【００２０】
ディスプレイコントローラ６４はタッチスクリーン信号プロセッサ６６に対して接続されている。タッチスクリーン信号プロセッサ６６は、ディスプレイ２８上のタッチスクリーン層の押圧を監視する。タッチスクリーンプロセッサ６６は、タッチスクリーン層の一部の押圧を検出すると、スクリーンのどの部分が押圧されたかについてディスプレイコントローラ６４に知らせる。ディスプレイコントローラ６４は、この情報を使用して、ディスプレイ４２上で与えられたボタンのうちのどれが押されたのかを判断する。
【００２１】
また、ディスプレイコントローラ６４は、図２Ａに１３９４  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅとして表わされたネットワークインタフェース６８に対しても接続される。ネットワークインタフェース６８は、それを介してディスプレイコントローラ６８がネットワーク（図示せず）により外科処置の実行を容易にするために使用される他の機器とシステム３０に関する情報をやりとりする装置としての機能を果たす。１つのそのような機器の一部は手術ナビゲーションユニットであってもよい。コントロールコンソール３２がこのタイプの構成要素に対して接続されると、ディスプレイコントローラ６４は、コントロールコンソールに接続されるハンドピース３４、３４、３４のタイプおよび個々のハンドピースに取り付けられる切断アクセサリの特定のタイプに関して手術ナビゲーションユニットに知らせる。手術ナビゲーションユニットは、そのデータを使用して、ハンドピースおよび切断アクセサリが配置される患者の身体上または身体内の場所を表示する情報を生成する。
【００２２】
あるいは、コントロールコンソール３０は音声認識手術制御ヘッドに対して接続されていてもよい。このタイプの装置は、手術機器の動作を方向付ける外科医の音声コマンドを受ける。そのようなコマンドの例は「Ｓｈａｖｅｒ，ｆａｓｔｅｒ（シェーバ、高速）」および「Ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ，ｏｎ（洗浄、オン）」である。特定の音声コマンドの受信に応じて、音声認識制御ヘッドはコマンドを特定の命令パケットへ変換する。このパケットはネットワークインタフェース６８を介してディスプレイコントローラ６４へ転送される。
【００２３】
ディスプレイコントローラ６４およびネットワークインタフェース６８は専用のＳＰＩバス６９を介して信号をやりとりする。
【００２４】
また、コントロールコンソール３２は３つのハンドピースインタフェース７０を含む。各ハンドピースインタフェース７０は、ソケット４０のうちの別個の１つおよびケーブル３８を介して、ハンドピース３４のうちの別個の１つに対して接続される。各ハンドピースインタフェース７０は、対応するハンドピース３４内の構成要素と信号をやりとりする。
【００２５】
ハンドピースインタフェース７０と信号をやりとりするハンドピース３４内の構成要素はセンサである。例えば、１つのハンドピースは、ハンドピース内のモータ３６の温度を監視する第１のセンサを有してもよい。同じハンドピース３４は、ハンドピース上のスイッチレバーの変位に応じてアナログ信号を生成する第２のセンサを有してもよい。このセンサからの出力信号は、外科医が選択するハンドピースモータ３６における速度を表わしている。他のハンドピースは、ハンドピースを通じて流れる洗浄流量を調整する弁の開／閉状態に応じて信号を生成するセンサを有してもよい。この弁の状態に基づいて、ディスプレイコントローラ６４は、ハンドピース３４に対して供給される洗浄流体の流量を増大／減少させるためにポンプモータ６０の速度をリセットしてもよい。
【００２６】
また、ハンドピースインタフェース７０は、ハンドピース３４内の構成要素に対して信号を転送することもできる。例えば、ハンドピースは、光、ＲＦ波または音響信号を発する構成要素を含んでもよい。この装置から発せられた信号は、ハンドピースの場所を追跡するために手術ナビゲーションシステムにより使用される。この構成要素を作動させるための給電信号は、コントロールコンソール３２からハンドピースインタフェース７０を介して送られる。
【００２７】
また、コントロールコンソール３２は２つのフットスイッチインタフェース７４も含む。各フットスイッチインタフェース７４は、ソケット４８のうちの別個の１つおよびケーブル４６を介して、フットスイッチアセンブリ４４のうちの別個の１つと信号をやりとりする。特に、各フットスイッチ４４は、フットスイッチアセンブリ上の特定のパッドの押圧に応じて信号を生成する１つ以上の感圧センサを含む。各フットスイッチインタフェース７４は、インタフェースが接続されるフットスイッチのフットスイッチセンサからデータを読み取る。
【００２８】
ハンドピースインタフェース７０およびフットスイッチインタフェース７４は共通の第１のＵＡＲＴバス７６によってディスプレイコントローラに対して接続されている。
【００２９】
また、コントロールコンソール３２はＮＯＶＲＡＭインタフェース７８も含む。ＮＯＶＲＡＭインタフェースは、ハンドピース３４内部およびフットスイッチアセンブリ４４内部にあるメモリ内のデータを読み取る。具体的には、ハンドピースインタフェースと信号をやりとりする各ハンドピース３４の内部にＮＯＶＲＡＭ  ７２がある。各ＮＯＶＲＡＭ  ７２は、ＮＯＶＲＡＭが実装されるハンドピース３４の動作に固有のデータを含む。そのようなデータの例としては、ハンドピース内のモータが生み出す最小速度および最大速度や、モータが所与の速度で形成する最大トルクが挙げられる。ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２は、ハンドピース３４内のセンサのタイプを識別するデータおよびセンサからの出力信号の処理を容易にするデータも含む。引用することにより本明細書の一部をなすものとする先に引用した米国特許第６，０１７，３５４号は、ＮＯＶＲＡＭ  ７２内に記憶されるデータのタイプの更に詳細なリストを提供する。
【００３０】
図示しないが、各ハンドピースがＥＥＰＲＯＭも含むことは言うまでもない。ＮＯＶＲＡＭインタフェース７８は、ハンドピースＥＥＰＲＯＭからデータを読み取ることができるとともに、ハンドピースＥＥＰＲＯＭに対してデータを書き込むことができる。ハンドピースＥＥＰＲＯＭに対して書き込まれるデータは、ハンドピース３４が作動した経過時間を示すデータおよびハンドピースの動作中に検出される任意の障害を特定するデータを含む。
【００３１】
また、各フットスイッチアセンブリ４４はＮＯＶＲＡＭも含む（フットスイッチアセンブリＮＯＶＲＡＭは図示せず）。各フットスイッチＮＯＶＲＡＭは、対応するフットスイッチアセンブリ４４の構造を表わすデータおよびアセンブリ内のセンサによって生成される信号を処理するのに役立つデータを含む。
【００３２】
また、コントロールコンソール３４内にはポンプコントローラ８０も組み込まれている。ポンプコントローラ８０は、ディスプレイコントローラ６４からのコマンドに応じて、ポンプモータ６０のＯＮ／ＯＦＦ作動を調整する。また、ポンプコントローラ８０は、ポンプモータ６０の作動速度を調整して洗浄流体がポンプ５０から吐出される速度も調整する。本発明の１つのバージョンにおいて、ポンプコントローラ８０を形成する回路を構成する主要な構成要素は、米国のカリフォリニア州のサンノゼにあるＡｔｍｅｌ社から市販されているＡＴｍｅｇａβマイクロコントローラである。
【００３３】
また、コントロールコンソール３２はＲＦＩＤインタフェース８２も有する。ＲＦＩＤインタフェース３２は、コントロールコンソール３２に接続される任意の無線周波数識別装置（ＲＦＩＤ）と信号をやりとりする（ＲＦＩＤは図示しない）。各ＲＦＩＤは、メモリと、メモリからのデータの読み取り及びメモリへのデータの書き込みを容易にする回路とを含む。個々のハンドピース３４に取り付けられる各切断アクセサリ３５がＲＦＩＤを有してもよい。切断アクセサリ３５に組み込まれている各ＲＦＩＤは、切断アクセサリの特徴を表わすデータを含む。これらのデータは、切断アクセサリの物理的特徴及び／又は切断アクセサリが駆動されるべき速度および方向を表わしてもよい。引用することにより本明細書の一部をなすものとする２００２年８月８日に提出された出願人の米国特許出願第１０／２１４，９３７号「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＴＯＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ  ＴＨＡＴ  ＰＥＲＦＯＲＭ  ＩＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＳＩＧＮＡＬ  ＴＲＡＮＳＦＥＲ」、米国特許公開第ＵＳ２００３／００９３１０３  Ａ１号、現在では米国特許第 号は、切断アクセサリ３５が取り付けられるハンドピース３４の動作を調整するために切断アクセサリＲＦＩＤ内のデータがどのように使用されるのかについての詳細な使用説明を与えている。
【００３４】
また、ＲＦＩＤは、ポンプ５０のチューブセット５２または圧送される洗浄流体を保持するバッグ５６のいずれかに対して取り付けられてもよい。チューブセットＲＦＩＤ内のデータはチューブセット５２の特徴を表わしている。バッグＲＦＩＤ内のデータはバッグ５６の内容物の特徴を表わしている。引用することにより本明細書の一部をなすものとする２００４年９月２８日に提出された出願人の米国特許出願第１０／９５２，４１０号  「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＴＯＯＬ  ＳＹＳＴＥＭ  ＷＩＴＨ  ＩＮＴＥＲＧＲＡＴＥＤ  ＰＵＭＰ」、米国特許出願第 号、現在では米国特許第 号は、ポンプ５０の動作を調整するためにチューブセット５２内部および流体バッグ５６内部にあるＲＦＩＤ内のデータがどのように使用されるのかについての詳細な説明を与えている。
【００３５】
ＲＦＩＤインタフェース８２は、切断アクセサリＲＦＩＤ、チューブセットＲＦＩＤおよび流体バッグＲＦＩＤからデータを読み取るとともに、これらのＲＦＩＤに対してデータを書き込む。信号は、誘導信号転送によりＲＦＩＤインタフェース８２と個々のＲＦＩＤとの間で転送される。チューブセット５２のＲＦＩＤと流体バッグ５６のＲＦＩＤとの間での信号転送を容易にするコントロールコンソール３２内のコイルは図示されていない。コントロールコンソール３２とハンドピースに取り付けられる切断アクセサリ３５との間での信号のやりとりを容易にするハンドピース３４内のコイルも同様に図示されていない。ＲＦＩＤインタフェース８２は、オランダのアイントホーフェンのフィリップスセミコンダクタから市販されている１つ以上のＳＬ  ＲＣ４００  Ｉ・ＣＯＤＥリーダーから構成されている。
【００３６】
ＮＯＶＲＡＭインタフェース７８、ポンプコントローラ８０およびＲＦＩＤインタフェース８２は、第２のＵＡＲＴバス８４を介してデータを転送し且つディスプレイコントローラ６４から命令を受ける。
【００３７】
また、コントロールコンソール３２はモータコントローラ８６も含む。モータコントローラ８６は、ディスプレイコントローラ６４からの命令に基づいてモータ３６およびハンドピース３４内の他の電力消費ユニットへの給電信号を生成する回路である。モータコントローラ８６は、ソケット４０およびケーブル３８を介して３つのハンドピースに対して同時に接続されている。モータコントローラ８６は、第２のＳＰＩバス８８を介してデータを供給し且つディスプレイコントローラ６４から命令を受ける。
【００３８】
図３を参照すれば分かるように、コントロールコンソール内には電源９０もある。電源９０はＡＣ−ＤＣ変換器８２を含む。ＡＣ／ＤＣ変換器９２はライン信号を４０  ＶＤＣ信号へ変換する。この４０  ＶＤＣは、モータコントローラ８６によりハンドピース３４に対して印加される信号である。ＡＣ／ＤＣ変換器へのライン電圧の信号フローはシングルポール双投スイッチ９４によって制御される。したがって、スイッチ９４は、コントロールコンソールのためのメインＯＮ／ＯＦＦスイッチ９４として機能する。ＡＣ／ＤＣ変換器内には、ライン信号をフィルタ処理する一連のチョークと、ライン信号をＤＣ電圧へ変換してフィルタ処理するブリッジ整流器とがある。出力信号の力率補正を行なうためにテキサス州のダラスのテキサスインストルメントから市販されているＵＣＣ３８５００パワーマネージャが使用される。このとき、ステップダウントランスにわたって３８０Ｖの増大されたＤＣ信号がパルス波変調される。トランスからの出力信号が整流されてフィルタ処理されることにより４０  ＶＤＣ出力信号が生成される。図面の複雑さを減らすため、必要でない限り、電源４０により生成される４０  ＶＤＣ信号および他の出力信号が辿るバスは図示されていない。
【００３９】
４０  ＶＤＣは、ハンドピース３４に対して印加されるだけでなく、電源９０の一部でもあるデジタル電源９６に対しても印加される。電源９６は、構成要素は図示しないが、４０  ＶＤＣ信号を１２  ＶＤＣ信号、７  ＶＤＣ信号、５  ＶＤＣ信号、３．３  ＶＤＣ信号、２．５  ＶＤＣ信号、１．８  ＶＤＣ信号、１．２６  ＶＤＣ信号、−５  ＶＤＣ信号へ変換する。７  ＶＤＣ信号を除く前記信号の全ては、コントロールコンソール３２内の他の構成要素により使用するためにバスにより利用できる。
【００４０】
電源９６により生成される１２  ＶＤＣ信号、７  ＶＤＣ信号、−５  ＶＤＣ信号は、電源９０の一部でもあるアナログ電源９８に対して送られる。入力信号に基づいて、電源９８は８Ｖ、５Ｖおよび−３．５Ｖの精密で一定のアナログ信号を生成する。変換器９８により生成されるアナログ信号はコントロールコンソール３２内の検出回路により使用される。電源９８はＶＲＥＦ信号も生成した。一般に、ＶＲＥＦ信号は２．５ボルトである。
【００４１】
ここで、図４を参照しながら、ディスプレイコントローラ６４およびその周辺の構成要素について説明する。ディスプレイコントローラ６４は任意の適当なマイクロプロセッサである。１つの想定し得るマイクロプロセッサは、カリフォルニア州のサンタクララのインテル社から市販されているＧＤＰＸＡ２５５Ａ０Ｃ３００プロセッサである。ＳＤＲＡＭ１０２およびフラッシュメモリ１０４の両方がディスプレイコントローラ６４に接続されている。ＳＤＲＡＭ１０２は、ディスプレイコントローラ６４による実行時使用のための操作命令およびデータを保持する。フラッシュメモリ１０４は、ディスプレイコントローラ６４のための不変な操作命令およびタッチスクリーン６６のための較正データを記憶する不揮発性メモリである。ＳＤＲＡＭ１０２およびフラッシュメモリ１０４は共通のバス１０６によりディスプレイコントローラ６４に対して接続されている。
【００４２】
ディスプレイコントローラ６４には、広義にインタフェース１０８と称される一群のサブ回路も接続されている。インタフェース１０８内には、ディスプレイコントローラ６４とコントロールコンソール３２の内部にある他の構成要素内のバスとの間での信号のやりとりを制御する個々のサブ回路がある。これらのサブ回路は、２つのＳＰＩバス６９、８８、ＵＡＲＴバス７６および８４を介した信号のやりとり、および、ディスプレイ４２およびタッチスクリーン信号プロセッサ６６を用いた信号のやりとりを容易にする回路を含む。また、インタフェース１０８は、コントロールコンソール３２内のＵＳＢバス１１０を介した信号のやりとりを容易にする回路も含む。
【００４３】
信号は、一般にバス１１２と見なされる一群の導体を介してディスプレイコントローラ６４とインタフェース１０８を形成するサブ回路との間でやりとりされる。ディスプレイコントローラとインタフェース１０８を形成する個々のサブ回路との間での信号のやりとりがサブ回路間で同期していないことは言うまでもない。
【００４４】
図示しないが、多くの更なる周辺装置がディスプレイコントローラ６４に対して接続されていることは言うまでもない。これらの部品は、クロック信号をディスプレイコントローラ６４に対して供給するクリスタルを含む。ディスプレイコントローラ６４およびインタフェース１０８を形成するサブ回路への安定した電源および寿命が短いバックアップ電源を形成する回路が存在する。
【００４５】
本発明のシステム１０が最初にセットアップされて起動されると、ディスプレイコントローラ６４は、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２内、フットスイッチアセンブリＮＯＶＲＡＭ内、切断アクセサリ３５およびポンプチューブセット５２内のＲＦＩＤ内のデータを読み取る。システムは、これらのデータおよび操作室のオペレータによって入力される任意の更なるデータに基づいて動作設定される。例えば、任意の更なる命令が無ければ、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２およびハンドピースに取り付けられた相補的な切断アクセサリ３５のＲＦＩＤから受けられるデータに基づいて、ディスプレイコントローラ６４は、ハンドピースに関してそのモータ３６が動作すべき速度範囲および好ましい速度またはデフォルト速度を設定する。この後者の速度は、モータが単一の速度で動作される場合のモータの初期動作速度である。また、ディスプレイコントローラ６４により、ハンドピースと切断アクセサリとの組み合わせを特定する画像がディスプレイ４２上に示される。
【００４６】
ディスプレイコントローラ６４は、フットスイッチアセンブリＮＯＶＲＡＭから読み取られるデータに基づいて、アセンブリ内部のセンサにより生成されるアナログ入力信号に対して何の補正係数を与える必要があるのかを判定する。ディスプレイコントローラ６４は、ポンプチューブセット５２内のＲＦＩＤからのデータに基づいて、ポンプモータ６２が特定の流量で洗浄流体を吐出するために作動するべき速度を定める。
【００４７】
システム１０が動作設定されると、外科医は、コントロールコンソール３２にコマンドを入力することにより様々な構成要素すなわちハンドピース３４およびポンプ５０を作動させる。これらのコマンドは、フットスイッチアセンブリ４４上のペダルを押し下げることにより或いはハンドピース３４上の制御ボタンまたはディスプレイ４２上で与えられる制御ボタンを押圧することにより入力されてもよい。音声認識手術制御ヘッドを用いてネットワークインタフェース６８を介して音声コマンドが入力されてもよい。これらのコマンドに基づいて、ディスプレイコントローラ６４は特定のコマンドをコントロールコンソール内の構成要素に対して送る。主に、これらのコマンドは、１つ以上のハンドピース３４を作動させるためにモータコントローラ８６へ送られる。一部のコマンドは、ポンプモータ６０を作動させるためにポンプコントローラ８０へ送られる。
【００４８】
ディスプレイコントローラ６４に関連するフラッシュメモリ１０４内には多くの処置選択ファイル１１６があり、以下、そのうちの１つについて図５を参照しながら説明する。各処置選択ファイル１１６は、デフォルト設定に代わる手段としてシステム１０の１つ以上の構成要素が特定の外科処置中にどのように動作設定されるべきかを示している。各処置選択ファイル１１６は１つ以上の構成要素選択フィールド１１８を含む。各選択フィールドは２つのサブフィールド（特定されず）を含む。第１のサブフィールドは設定されるべき構成要素を特定するデータを含み、第２のサブフィールドは構成要素がどのように設定されるべきかを特定する。
【００４９】
図示の選択ファイル１１６において、第１の構成要素選択フィールド１１８は、万能ドリルハンドピースの速度のための好ましい設定すなわち初期設定がハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２内のデフォルト設定とは異なる速度で設定されるべきことを示すデータを含む。第２の構成要素選択フィールド１１８は、万能ドリルハンドピースにおける最大速度がＮＯＶＲＡＭ  ７２により指定される定格最大速度とは異なる速度に設定されるべきことを示すデータを含む（この選択的な最大速度は定格最大速度よりも小さい）。第３の構成要素選択フィールド１１８は、ハンドピース３４が作動されるときにポンプ５０が作動されるべきか否かを示すデータを含む。ポンプ５０が作動されるべき好ましい流量に関するデータは、第４の構成要素選択フィールド１１８に記憶されている。第５の構成要素選択フィールド１１８は、ハンドピース３４およびポンプ５０の動作を制御するために個々のフットスイッチペダルのどれが位置付けられるべきかに関するデータを含む。
【００５０】
選択ファイル１１６は、特定の処置のため、特定の外科医のため、および、特定の外科医により行なわれる特定の処置のために規定されてもよい。具体的には、図６を参照すれば分かるように、ディスプレイコントローラ６４はマスターユーザディレクトリ１２２をメモリ内に記憶する。ユーザディレクトリ１２２は多くのユーザフィールド１２４を含み、各ユーザフィールドは特定の個々の外科医または処置を特定するデータを含む。図６の最初の２つ及び第５のユーザフィールド１２４は具体的な外科医を特定している。第３および第４のユーザフィールド１２４は特定の処置を定めている。
【００５１】
各ユーザフィールド１２４は、図７を参照して説明する特定選択ディレクトリ１２６に関連している。図示の選択ディレクトリ１２６は特定の医師のためのものである。選択ディレクトリ１２６内には、この医師が特定の器具を選り好みする処置を特定する選択フィールド１２８がある。したがって、各選択フィールドは、医師が選り好みを行なった処置を特定するデータと、その処置のための特定の選択ファイル１１６を特定するデータとを含む。１つの処置のための選択ディレクトリ１２６は、個々の外科医がその処置に関して有するシステム設定を特定する。したがって、ディレクトリ内の各選択フィールド１２８は、医師を特定するとともに、その医師のその処置に関する特定の選択ファイル１１６へのポインタを含む。
【００５２】
また、本発明のディスプレイコントローラ６４は、図８を参照することにより示されるアクティブ選択テーブル１３０も保持する。アクティブ選択テーブル１３０は４つのシステム設定選択の記録を含み、そのシステム設定選択は別個のアクティブ選択ファイル１３２内に記憶されている。各アクティブ選択ファイル１３２は、具体的なアクティブ選択を特定するとともに、特定の選択ファイル１１６へのポインタを含む。選択的なアクティブ設定選択は基本的に必要に応じて設定できる。
【００５３】
システムが設定されて起動されると、操作者は、図９を参照することによりここで示されるディスプレイ４２上のアクティブ選択画像１３６に比較的容易にアクセスできる。アクティブ選択画像１３６は、テーブル１３０内に記憶されたアクティブ選択がリストアップされている４つのバー１３８を含む。また、デフォルトバー１４０も与えられている。その結果、操作室のオペレータは、バー１３８または１４０のうちの１つを押して特定の選択を選ぶことができる。受け入れの確認は、承認（ＡＣＣＰＴ）ボタン１４２を押圧することにより行なわれる。選ばれた設定選択が確認されると、ディスプレイコントローラ６４は、選ばれた選択に関してファイル１１６内のデータにしたがってシステムを設定する。
【００５４】
また、デフォルト設定の選択および確認により、ディスプレイコントローラ６４は、ハンドピース３４および切断アクセサリ３５のためのデフォルト設定に基づいてシステムを設定する。
【００５５】
アクティブ選択のうちの１つの交換は、選択を選んでＮＥＷ  ＰＲＩＭＡＲＹボタン１４４を押すことにより開始される。
【００５６】
本発明のシステム１０の前記特徴の利点は、共通に使用されるシステム設定に関して長いマルチステップ選択プロセスを経て特定の選択ファイル１１８内のデータを検索すべき必要性が排除されるという点である。
【００５７】
本発明のシステム３０は、いずれかのフットスイッチアセンブリ４４を使用してコントロールコンソール３２に接続されるハンドピース３４のうちの任意の１つを制御できるように更に設定される。システム３０がこの機能を果たすため、ディスプレイコントローラ６４が各フットスイッチアセンブリ４４毎に図１０に示されるテーブル１５０を保持することは言うまでもない。テーブル中の個々のフィールド１５２は、フットスイッチアセンブリと一体のペダルのうちの別個の１つに対して割り当てられる制御機能を特定する。本発明の図示のバージョンにおいて、フットスイッチアセンブリは５つのペダルを有する。したがって、フットスイッチアセンブリに関するテーブル１５０は５つのペダル割り当てフィールド１５２を有する。ディスプレイコントローラ６４は、入力されて確立されたデフォルト設定、手動で入力された選択コマンド、または、記憶装置から取り出される個々の外科医の選択に関するデータに基づいて、各フットスイッチペダルに対して割り当てられた機能を特定するデータをその相補的な割り当てフィールド１５２中に書き込む。
【００５８】
相補的なペダルが作動されたことを示す信号がフットスイッチセンサのうちの１つから取り出されると、ディスプレイコントローラ６４は、そのフットスイッチに関するテーブル１５０中のデータへの参照に基づき、適切なコマンドを生成して、システムに接続された他の構成要素の適切な状態変化を引き起こす。
【００５９】
また、ディスプレイコントローラ６４は、フットスイッチ機能テーブル中のデータを更新して、前述したようにフットスイッチ間でのハンドピースの制御の切り換えを容易にする。
【００６０】
具体的には、ディスプレイコントローラ６４は、ハンドピースケーブル３８が各ソケット４０に対して接続されているか否か、および、フットスイッチケーブル４６が各ソケット４８に対して接続されているか否かを監視する。ケーブル３８がソケット４０に対して接続されている場合にはハンドピース３４がケーブル３８の先端に接続されているものとする。各フットスイッチアセンブリ４４はケーブル４６に対して一体的に取り付けられている。したがって、コントロールコンソールに対するケーブル３８の接続により、自動的に、フットスイッチがコンソールに対して接続されることになる。
【００６１】
図１１のフローチャートのステップ１５６により表わされるように、コントロールコンソール３２に対するハンドピース３４およびフットスイッチ４４の接続の初期の監視は、システム３０がプラグ＆プレイモードにあるか否かの監視のことである。所与の時間で２つ未満のハンドピース３４または２つ未満のフットスイッチアセンブリ４４がコントロールコンソール３２に対して接続される場合には、システム３０がプラグ＆プレイモードにあると見なされる。
【００６２】
システムがプラグ＆プレイモードにある場合、ディスプレイコントローラ６４は、ステップ１５８において、そのハンドピースをデフォルトスキームにしたがってフットスイッチに対して割り当てる。具体的には、このスキームの下で、コントロールコンソール３２に対して１つのフットスイッチアセンブリ４４だけが取り付けられている場合には、取り付けられた各ハンドピース３４の制御がそのフットスイッチに対して割り当てられ或いはマップされる。したがって、取り付けられた各ハンドピース３４毎に、ディスプレイコントローラ６４は、機能フィールド１５２のうちの１つにおけるデータを、フットスイッチアセンブリ４４に関するペダル割り当てテーブル１５０に対して書き込む。これらのデータは、機能フィールド１５２に関連付けられたフットスイッチペダルが特定のハンドピースを制御することを示している。
【００６３】
同様に、複数のフットスイッチアセンブリ４４および１つのハンドピース３４がコントロールコンソール３２に対して取り付けられている場合には、システム３０がプラグ＆プレイモードにあると見なされる。ディスプレイコントローラ６４は、プラグ＆プレイモードのこのバージョンにおいては、ハンドピースのための制御を各フットスイッチアセンブリへマッピングすることによりデフォルトマッピングを行なう。したがって、ディスプレイコントローラ６４は、各フットスイッチがハンドピース３４を制御できることを示すデータを、両方のハンドピースのためのペダル割り当てテーブル１５０中に書き込む。両方のフットスイッチが１つのハンドピースを制御できる場合、ハンドピースは後述するデュアル制御状態にあると見なされる。
【００６４】
ステップ１５６のケーブル接続監視の結果として、２つ以上のハンドピース３４および両方のフットスイッチアセンブリ４４がコントロールコンソール３２に対して接続されているとディスプレイコントローラ６４が判断する場合、システムはマルチモードにあると見なされる。最初に、システム３０がマルチモードに入ると、ディスプレイコントローラ６４は、フットスイッチ割り当てをそれらが直ぐ前のプラグ＆プレイモードにあったものに対してマッピングする（ステップ１６２）。したがって、１つのフットスイッチアセンブリ４４が複数のハンドピースを制御していた場合、そのフットスイッチアセンブリは最初それらのハンドピースの制御を保つ。デュアル制御下で両方のフットスイッチアセンブリが１つのハンドピースを有していた場合には、両方のフットスイッチアセブリがこの制御を保持する。
【００６５】
ステップ１６０のマッピングが終了した後、ステップ１６１において、ディスプレイコントローラ６４により、図１２に示されるようにフットスイッチ割り当てマップ１６２がディスプレイ４２上に与えられる。マップ１６２上において、各フットスイッチアセンブリは画像の左側に異なる色のボタンで表わされる。表示されたマップにおいて、緑色のボタン１６４は第１のフットスイッチアセンブリを表わすために使用され、黄色のボタン１６６は第２のフットスイッチアセンブリを表わす。説明書き１６８ａ、１６８ｂおよび１６８ｃはコントロールコンソール３４に接続される各ハンドピースを特定している。この情報をマップ１６２中で与えることができるように各ハンドピースを特定するデータは、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２からのものである。
【００６６】
また、マップ１６２の画像上には、各ハンドピースが現在どのフットスイッチアセンブリに対して割り当てられているかを特定する色表示ボタン１７０ａ、１７０ｂおよび１７０ｃも存在する。各ボタン１７０ａ、１７０ｂおよび１７０ｃは、ボタンが関連付けられているハンドピースの説明書き画像１６８ａ、１６８ｂおよび１６８ｃのそれぞれの直ぐ右側にある。各ボタン１７０ａ、１７０ｂおよび１７０ｃの色は、ボタンのハンドピースを制御するために現在マップされているフットスイッチアセンブリ４４に関連する色に対応している。図１２のマップ画像１６２は、４ｍｍドリルが黄色のフットスイッチアセンブリすなわち２つのソケット４８のうちの下側に接続されたフットスイッチアセンブリの制御下にあることを示している。
【００６７】
マップ１２のボタン１７０ｃにより表わされるように、デュアル制御下にあるハンドピースは、半分が１つの色で半分が第２の色であるその関連するボタンによって示される。
この場合、外科医は、この手術に関して何のフットスイッチ割り当てが望まれているのかを指示する（図１１のステップ１７２）。このステップは、新しいフットスイッチアセンブリ４４に対してマップされるべき各ハンドピース３４の各説明書き１６８ａ、１６８ｂまたは１６８ｃのタッチスクリーン画像を押すことにより行なわれる。説明書き画像のそれぞれの押圧時、ディスプレイコントローラ６４はハンドピースのためのフットスイッチマッピングを変える。具体的には、ディスプレイコントローラは、以下の順序で、すなわち、上側のソケット４８に関連するフットスイッチアセンブリ、下側のソケット４８に関連するフットスイッチアセンブリ、デュアル制御モード、フットスイッチ制御無しの順でマッピングをサイクルさせる。マッピングが変わると、関連するハンドピースのための新たな割り当てを示すためにボタン１７０ａ、１７０ｂまたは１７０ｃの色が適切に変化する。
前述したように、ハンドピース３４をフットスイッチ制御から切り離すことができる。この選択肢は、例えば外科医がハンドピースに装着されたスイッチを使用してハンドピース３４の動作を調整することを選ぶ場合に選択されてもよい。この選択肢が選ばれると、マップ１６２上の関連するボタン１７０ａ、１７０ｂまたは１７０ｃが灰色として与えられる。特定のフットスイッチアセンブリ割り当てマップの承認は、マップ１６２の画像で与えられた承認（ＡＣＰＴ）ボタンＡ２３の画像を押すことにより行なわれる。
【００６８】
ディスプレイ４２上で与えられたボタンを押すだけでフットスイッチ割り当てマッピングを行なえることは言うまでもない。これにより、ハンドピース３４の制御を１つのフットスイッチアセンブリ４４から第２のフットスイッチアセンブリ４４へ移す働きを無意識にするフットスイッチペダルの不注意による押圧が防止される。
【００６９】
外科医がステップ１７２を行なうことに伴って、ディスプレイコントローラは、ステップ１７４において、新たなフットスイッチ割り当てをフットスイッチ割り当てテーブル１５０にマッピングする。その結果、外科医は、各ハンドピース３４を、そのハンドピースを制御するために割り当てられたフットスイッチアセンブリ４４上の適切なペダルを押すことにより、使用して作動させることができる（ステップ１７６）。
【００７０】
もしあるとすればどのフットスイッチアセンブリ４４が特定のハンドピース３４を制御するのかについて操作室のオペレータが容易に把握できるようにするため、この関係に関する情報が図１３に示されるランタイムディスプレイ１７８上で与えられる。具体的には、コントロールコンソールに対して接続される各ハンドピース毎にバー１８０が与えられる。各バー１８０には、ハンドピースを特定する説明書き１８２が一体的に与えられている。ハンドピースがフットスイッチ制御下にある場合には、バー１８０の左側にフットスイッチアイコン１８４が現れる。アイコン１８４の色はハンドピース３４を制御するフットスイッチアセンブリ４４を特定する。図１３において、緑色のアイコン１８４は、１０ｍｍドリルバー１８０と共に与えられる。このことは、緑色のフットスイッチアセンブリ４４がこの器具を制御することを意味している。緑色のアイコン１８４および黄色のアイコン１８４はいずれも往復ノコギリバー１８０に関連するバーと共に与えられる。このことは、この器具が後述するデュアル制御モードにあることを意味している。しかしながら、１つのアイコン１８４（ここでは黄色のアイコン）は全輝度で表示され、第２のアイコン（ここでは緑色のアイコン１８４）は輝度を低くして表示される（仮想表示で表わされる）。このことは、この瞬間に黄色のフットスイッチアセンブリがノコギリを制御することを意味している。
【００７１】
図１３では、５ｍｍドリルバー１８０内にフットスイッチアイコンが無い。これは、このハンドピース３４がいずれかのフットスイッチアセンブリ４４の制御下にないことを示す働きをする。
【００７２】
所望のフットスイッチアセンブリ４４の割り当てマップがコントロールコンソール３２に入力されると、外科医はステップ１７６により表わされる処置を行なうことができる。
【００７３】
外科処置の過程中に、外科医同士の間でハンドピース３４を手渡す外科医の動きまたはフットスイッチアセンブリ４４の動きがあってもよい。これらの事象のうちの任意の１つの結果として、どの外科医がどのフットスイッチアセンブリ４４を使用してどのハンドピース３４を制御するのかに関して混乱が生じる場合がある。この混乱が生じる場合、外科医は、ハンドピースを患者から離れた作動位置に容易に配置して、各ハンドピースを作動させることができる。各ハンドピースが作動されると、どのハンドピースが作動しているのかを示すためにランタイム画像が変化する。これは、どのフットスイッチアセンブリ４４がどのハンドピース３４を制御しているのかを判定するための迅速な手段を外科医に与える。
【００７４】
手術が始まると、ステップ１８８により表わされるようにフットスイッチアセンブリ４４のためのマップ割り当てが変えられてもよい。具体的には、ディスプレイ４２上で与えられる他のボタンを押すことにより、ディスプレイコントローラ６４にフットスイッチ割り当てマップ１６２の画像を表示させることができる。このとき、新たなフットスイッチアセブリ４４の割り当てが入力される。その後、これらの割り当ては、フットスイッチ割り当てテーブル１５０にマッピングされる（ステップ１９０）。システム１０は、新たなフットスイッチアセンブリの割り当てを用いて再び利用して使用することができる。
【００７５】
前述したように、システムがプラグ＆プレイモードであろうと或いはマルチモードであろうと、１つ以上のハンドピース３４がデュアル制御モードに置かれる状況が存在し得る。ハンドピース３４がこのモードにあると、いずれかのフットスイッチアセンブリ４４上の割り当てられたフットペダルを押圧することによりハンドピースが作動する。ハンドピース３４がこのモードにあると、ディスプレイコントローラ６４は、図１４のプロセスステップを実行して、両方のフットスイッチアセンブリ４４が同時にハンドピースを制御できないようにする。最初に、ステップ１９４により示されるように、ディスプレイコントローラ６４は、両方のフットスイッチアセンブリ４４からの出力信号を監視して、いずれかのアセンブリがデュアル制御下でハンドピースを作動させているかどうかを判定する。
ステップ１９４において、いずれかのフットスイッチアセンブリ４４から作動信号が受けられる場合、ディスプレイコントローラ６４はハンドピースを作動させるようにモータコントローラ８６に指示する（ステップ１９６）。また、ステップ１９６においては、作動しているフットスイッチアセンブリ４４に関連するアイコン１８４の画像を輝かせるようにランタイムディスプレイＡ２６が変えられる。
その後、作動しているフットスイッチアセンブリ４４を使用する外科医は、ハンドピース３４をＯＦＦするようにコントロールコンソール３２に指示するためにペダルを押圧してもよい。この事象が起こると、ディスプレイコントローラによりハンドピースの動作が停止される。ディスプレイコントローラ６４はステップ１９４に戻る（前記ステップは示されていない）。
しかしながら、ステップ１９６中、ステップ１９８で表わされるように、第２のフットスイッチアセンブリ４４を操作する外科医がハンドピースをＯＮしようとする場合がある。ディスプレイコントローラ６４はこの信号を無視する。その代わり、ステップ２０２で表わされるように、ディスプレイコントローラは、ハンドピースがＯＦＦにされるべきであることを知らせる信号を第１のフットスイッチアセンブリから受けるのを待つ。この信号を受けると、ステップ２０４において、ディスプレイコントローラ６４はハンドピースをＯＦＦする。ディスプレイコントローラ６４は、ハンドピースが作動されるべきことを求めるコマンドを第２のフットスイッチアセンブリが依然として生成していても、この動作をとる。また、ステップ２０４の一部として、ディスプレイコントローラは、作動しているフットスイッチアセンブリ４４に関連するアイコン１８４の明るさを落とす。この時点で、デュアル制御下のハンドピースに関連付けられる両方のフットスイッチアイコン３２が薄暗い状態となる。このことは、この時点でいずれのフットスイッチアセンブリ４４もハンドピース３２を制御しないという表示を操作室のオペレータに与える。
代わりに、ステップ２０６で示されるように、ハンドピース３４をＯＦＦするための信号を第２のフットスイッチアセンブリ４４から受けるのを待つ。この信号が受けられるまで、ディスプレイコントローラ６４は、いずれかのフットスイッチアセンブリ４４がハンドピース３４を作動させないようにする。
ステップ２０６において、ハンドピースをＯＦＦするための信号が第２のフットスイッチアセンブリから受けられると、ディスプレイコントローラはステップ２０８を実行することができる。ステップ２０４において、ディスプレイコントローラ６４は、再び両方のフットスイッチアセンブリ４４からの出力信号を監視して、いずれかのフットスイッチアセンブリがハンドピース３４をＯＮするかどうかを判定する。したがって、ステップ２０８は最初に説明したステップ１９４と基本的に同じである。このタイプの信号が受けられると、ディスプレイコントローラ６４はステップ１９６を再実行してハンドピース３４を再び作動させる。
【００７６】
ここで、図１５Ａおよび図１５Ｂを参照しながらモータコントローラ８６について概略的に説明する。具体的には、モータコントローラ８４は２つの同一のパワードライバ・検出回路２１０を含む。各パワードライバ・検出回路２１０は、ソケット４０のうちの任意の１つに接続された任意のハンドピース３４のモータ３６に対して電力を供給することができる（図１５Ｂおよびそれ以降の図では個々のソケット４０がＳ１、Ｓ２およびＳ３として特定される）。具体的には、各パワードライバ・検出回路内にはＨブリッジ２１２がある。Ｈブリッジは、４０Ｖ給電ラインまたはグランドのいずれかに接続される各巻線を選択的に結合するサブ回路である。
【００７７】
また、パワードライバ・検出回路２１０は、ハンドピースモータの作動の結果として生成される信号を監視する。この監視を行なうため、各回路２１０はＢＥＭＦ（逆起電力電圧）アナログ回路２１４を有する。ＢＥＭＦアナログ回路は、モータ内の給電されていない巻線にわたって生成されるＢＥＭＦ信号を抽出する。モータ３６は、この種の信号を生成するセンサが無い（センサレスの）ブラシレスモータである。ＢＥＭＦアナログ−デジタル回路２１６は、抽出されたＢＥＭＦ信号をデジタル信号へ変換する。ＩＳＥＮＳＥアナログ回路２１８は、ハンドピースモータ３６により引き出される電流およびコントロールコンソール３２内の電流を監視する。回路２１０内にあるＩＳＥＮＳＥアナログ−デジタル回路２２０は、監視された電流を表わす信号をデジタル信号へ変換する。
【００７８】
Ｈブリッジ２１２により出力されるモータ巻線への電力信号、給電信号はモータマルチプレクサ２２２に対して印加される。モータマルチプレクサ２２２は、Ｈブリッジ２１２により生成された電力信号を３つのソケット４０のうちの任意の１つへと発生させることができる。
【００７９】
モータコントローラ８６の一部でもあるモータプロセッサ２２４は、パワードライバ・検出回路２１０およびモータマルチプレクサ２２２の動作を調整する。本発明の幾つかの好ましいバージョンでは、ＤＳＰプロセッサがモータプロセッサ２２４として使用される。モータプロセッサ２２４を構成できる１つのプロセッサは、テキサス州のダラスのテキサスインストルメントから市販されているＴＭＳ３２０Ｃ６７１３浮動小数点デジタル信号プロセッサである。モータプロセッサ２２４により使用される特定のデータはフラッシュメモリ２２６に対して書き込まれ或いはフラッシュメモリ２２６から読み取られる。１つのそのようなフラッシュメモリはインテル社から市販されている。フラッシュメモリ２２６に記憶されるデータは、モータプロセッサ２２４により実行される命令、ＦＰＧＡ  ２２８のためのコンフィギュレーションデータ、電流検出回路のための較正データを含む。
【００８０】
パワードライバ・検出回路２１０に対して発生される実際の制御信号は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）２２８によって生成される。各ＦＰＧＡ  ２２８は、モータプロセッサ２２４からの命令に応じて、モータドライバ・検出回路２１０のうちの別個の一方に対して制御信号を生成する。また、各ＦＰＧＡ  ２２８は、ＦＰＧＡが接続される回路２１０からデジタル化されたＢＥＭＦおよび検出された電流信号を受ける。ＦＰＧＡ  ２２８もまた、モータマルチプレクサ２２２の設定を制御する。適切なＦＰＧＡは、カリフォルニア州のサンノゼのＸｉｌｉｎｘ社から市販されているＸＣ２Ｓ３ｘスパルタシリーズプログラマブルゲートアレイから製造できる。
【００８１】
モータプロセッサ２２４は、パラレルバス２３０によってフラッシュメモリ２２６およびＦＰＧＡ  ２２８に対して接続されている（図１５Ａには、バス２３０が１つのラインとして示されている）。
【００８２】
図１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃによって形成されるブロック概略図にはＨブリッジ２１２の基本的な構造が示されている。基準点により、給電信号が印加されるハンドピースモータ３６のステータ２３２が図１７に示されている。ステータ２３２は、共通の中心点２３６に結合される３つの巻線２３４を有する。４０Ｖ電力ライン、グランドまたはＢＥＭＦアナログ回路２１４に結合される個々の巻線端子がＭ１、Ｍ２およびＭ３として特定されている。
【００８３】
図１７において、図示の巻線配置はＹ字形接続モータを成している。本発明のシステム１０をデルタ接続モータの動作を調整するためにも使用できることは言うまでもない。
【００８４】
４０Ｖ電力信号は、Ｈブリッジ２１２内の過渡保護回路２３８によって受けられる。過渡保護回路２３８は、４０Ｖ信号の出力を選択的に抑制して、１つの巻線２３４からの任意の制動過渡信号が第２の巻線へとわたって故障することを防止する。過渡保護回路内には、４０Ｖ信号の出力を制御するＦＥＴ（図示せず）がある。このＦＥＴは、相補的なＦＰＧＡ  ２２８からの制御信号によってゲートされる（接続は図示せず）。４０Ｖ電力信号は、過渡保護回路２３８からＨブリッジ内の４０Ｖレール２４０を介して出力される。
【００８５】
各巻線２３４毎に、Ｈブリッジ２１２は２つのＦＥＴ２４２および２４４を有しており、それぞれのＦＥＴは巻線端子を４０Ｖレール２４０またはグランドに対して結合する。図１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃには、巻線端子Ｍ１、Ｍ２およびＭ３に結合される端子がＭ１Ｐ、Ｍ２ＰおよびＭ３Ｐとしてそれぞれ特定されている。ＦＥＴ２４２は４０Ｖレール２４０とＭｘＰ端子との間に結合されている。ＦＥＴ２４４はＭｘＰ端子とグランドとの間に結合されている。ＦＥＴ２４２および２４４のソースおよびドレインを横切って接続されて電圧保護のために各ＦＥＴ毎に１つずつ設けられる逆バイアスツェナーダイオードは図示されていない。
【００８６】
ＦＥＴ２４２および２４４の各対はＦＥＴドライバ２４６によって制御される。各ＦＥＴドライバ２４６は、相補的なＦＰＧＡ  ２２８からの制御信号に応じて、ゲート信号を相補的なＦＥＴ２４２および２４４に対してアサートする。ＦＥＴドライバの基盤として使用できるベースドライバは、イリノイ州のラフォックスのＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ（リチャードソン・エレクトロニクス）から市販されているＩＲ２１８ｘ  シリーズ高電圧ゲートドライバである。ＦＥＴドライバ２４６により生成されるＦＥＴ２４２のゲートへの制御信号は、レジスタ２４８を介してゲートに印加される。ＦＥＴドライバは、ＦＥＴ２４２のソースの電圧をレジスタ２５０を介して監視する。巻線２３４をグランドに対して結合するための制御信号は、レジスタ２５２を介してＦＥＴ２４４のゲートに印加される。
【００８７】
レジスタ２５４は各ＦＥＴ２４４のソース間に接続される。各レジスタ２５４の対向する端部は、互いに結合されるとともに、共通のレジスタ２５６に対して接続される。レジスタ２５６の対向する端部はグランドに結合される。各レジスタ２５４の両端間の電圧は、レジスタ２５４が関連するモータ巻線２３４を横切る信号の代表として測定される。この電圧は、図１６Ａ、１６Ｂおよび１６ＣのＭｘＩＰ端子とＭｘＩＮ端子とで測り分けられる。レジスタ２５６の両端間の電圧は、ハンドピースモータ３６により引き出される全電流を表わす信号として測定される。この信号は、図１６ＣのＯＶＲＬＩＰ端子とＯＶＥＲＬＩＮ端子との間で測定される。
【００８８】
ここで、図１８を参照することによりＢＥＭＦアナログ回路２１４の１つのサブ回路について説明する。この特定のサブ回路は電源の電圧を測定するために使用される。具体的には、Ｈブリッジ２１からの４０Ｖレール信号がこの回路すなわち図１６Ｃおよび図１８のＰＳＩ端子に対して印加される。この回路の信号は、２つの直列に接続されたレジスタ２５８および２６０を介してグランドに結合される。レジスタ２５８および２６０の接合部で分けられた４０Ｖ信号は単位利得増幅器２６２によってバッファリングされる。増幅器２６２のための出力信号は電源電圧を表わすＰＳＶ ＳＮＳ信号である。
【００８９】
また、ＢＥＭＦアナログ回路２１４は図１９に示されるサブ回路も含む。これは、モータ巻線２３４が給電されないときにモータ巻線２３４にわたって生み出されるＢＥＭＦ信号を測定する実際のサブ回路である。図１９において、巻線端子は、回路に対して直接に接続されるように示されている。実際には、各巻線端子Ｍ１、Ｍ２およびＭ３は、分圧器に対して接続されるとともに、バッファ増幅器に対して加えられる。したがって、ＢＥＭＦ信号は、ＰＳＶ ＳＮＳ信号を形成するために４０Ｖ電力信号が処理される方法と同様の方法で処理される。
【００９０】
分割されてバッファリングされた巻線端子信号はそれぞれ、レジスタ２６６を介して、増幅器２６８の非反転入力に対して印加される。また、各増幅器２６８の非反転端子にはＶ ＲＥＦ信号も印加される。このＶ ＲＥＦ信号は、増幅器２６８に対して印加される前に、単位利得増幅器２７０によりバッファリングされる。増幅器２７０からの信号はレジスタ２７１を介して増幅器２６８に印加される。
【００９１】
また、各巻線端子は別個のレジスタ２７２に対しても接続されている。レジスタ２７２の自由端は、互いに接続されるとともに、単位利得バッファ増幅器２７４に対して加えられる。増幅器２７４からの出力信号は各増幅器２６８の反転入力に対して印加される。別個の増幅器２６８への信号は別個のレジスタ２７６を介して印加される。フィードバックレジスタ２７７は各増幅器２６８の出力端子と反転入力端子との間に結合される。したがって、増幅器２６８は、Ｂｘ ＳＮＳ信号の和を３で割ることにより得られるモータのための再現中立電圧を生成するために使用される。
【００９２】
各増幅器２６８の出力信号は、増幅器が接続される巻線端子におけるＢＥＭＦ信号の指標である。これらの信号は、図面では、Ｂ１ ＳＮＳ信号、Ｂ２ ＳＮＳ信号およびＢ３ ＳＮＳ信号として表わされている。これらの各信号が個別に対応する巻線端子における電圧からモータ３６における再現中立電圧を減算したものを表わしていることは言うまでもない。
【００９３】
ここで、図２０を参照しながら、ＩＳＥＮＳＥアナログ回路２１８について詳細に説明する。Ｈブリッジ２１２からのＭｘＩＰ信号およびＭｘＩＮ信号の各対は、別個の差動増幅器２８０の非反転入力および反転入力に対してそれぞれ印加される。ＯＶＥＲＬＩＰ信号およびＯＶＥＲＬＩＮ信号も同様に差動増幅器２８０の非反転入力および反転入力に対してそれぞれ印加される。図示しないが、バッファリングされたＶＲＥＦ信号が増幅器２８０の各非反転入力に対して印加されることは言うまでもない。個々のバッファ増幅器（図示せず）は、バッファリングされたＶＲＥＦ信号を増幅器２８０に対して印加するために使用される。各増幅器２８０は、増幅器が関連付けられる信号のための×１０ゲイン回路としての機能を果たす。
【００９４】
個々の増幅器２８０からの信号は４：１マルチプレクサ２８４に対して印加される。ＦＰＧＡ  ２２８からの制御信号は、更なる処理のために検出された電流信号のうちの１つを選択的に送る。選択された信号はマルチプレクサ２８４から可変利得増幅器２８６へと送られる。本発明の１つのバージョンにおいて、増幅器２８６は１〜２０の可変利得を有する。増幅器２８６はデジタル増幅器であり、それにより、利得を２５６段階で調整できる。増幅器２８６の利得を定めるためのコマンド信号がＦＰＧＡ  ２２８によってもたらされる。
【００９５】
ＯＶＥＲＬＩＰ信号およびＯＶＥＲＬＩＮ信号が印加される増幅器２８０からの出力信号は利得・平均回路２８８に対しても印加される。この回路は、回路で検出された全モータ電流に２を乗じる。また、回路２８８は、選択期間にわたって、例えば１ミリ秒間にわたって信号を平均化する。利得・平均回路２８８からの出力信号は、平均電力引き込み信号（ＰＳＩ ＳＮＳ）として出力される。
【００９６】
ここで、図２１を参照することによりＢＥＭＦアナログ−デジタル回路２１６について説明する。回路２１６は５：１マルチプレクサ２９２を含む。マルチプレクサ２９２に対する３つの入力信号はＢＥＭＦアナログ回路２１４からの３つのＢｘ ＳＮＳ  ＢＥＭＦ信号である。マルチプレクサ２９２に対する第４の入力は、電源電圧を表わすバッファ２６２からのＰＳＶ ＳＮＳ信号である。マルチプレクサ２９２に対する残りの入力は、電源電流を表わす利得・平均回路２８８からのＰＳＩ ＳＮＳ信号である。ＦＰＧＡ  ２２８からの制御信号は、更なる処理のために５つの信号のうちの１つを選択する。
【００９７】
処理によって選択された信号は、マルチプレクサ２９２から高速ＤＣ精密バッファ増幅器２９４へと出力される。増幅器２９４の出力と反転入力との間に結合されるフィードバックレジスタは図示されていない。また、増幅器２９４の出力に対して逆バイアス結合された電圧制限ダイオードも図示されていない。第１のダイオードは増幅器２９４と５ボルトアナログバスとの間に結合されている。第２のダイオードは、増幅器２９４の出力とグランドとの間に逆バイアス結合されている。
【００９８】
増幅器２９４によって生成された信号はアナログ−デジタル変換器２９６に対して印加される。変換器２９６からの出力信号はＦＰＧＡ  ２２８に対して印加される。
【００９９】
ＩＳＥＮＳＥアナログ−デジタル変換回路２２０が図２２に示されている。可変利得増幅器２８６からの出力信号は高速バッファ増幅器２９８に対して印加される。増幅器２９８およびそのサポート構成要素すなわちフィードバックレジスタおよび電圧制限ダイオード（構成要素は図示せず）はバッファ増幅器２９４に付設されたそれらと同様である。バッファ増幅器２９８からの出力信号はアナログ−デジタル変換器３００に対して印加される。変換器３００からの出力信号はＦＰＧＡ  ２２８に対して印加される。
【０１００】
モータマルチプレクサ２２２は６個のリレー回路３０２からなり、そのうちの１つが図２３に示されている。各リレー回路は別個のＭｘＰ信号を受ける。３つのリレー回路３０２は１つのＨブリッジ２１２からＭ１Ｐ、Ｍ２ＰおよびＭ３Ｐ信号を受ける。残りのリレー回路３０２は第２のＨブリッジ２１２からＭ１Ｐ、Ｍ２ＰおよびＭ３Ｐ信号を受ける。
【０１０１】
各リレー回路３０２は第１のリレー３０４と第２のリレー３０６とを含む。ＭｘＰ信号は入力としてリレー３０４に印加される。リレー３０４は、図２３のソケット４０、Ｓ３のうちのいずれか１つに対して或いはリレー３０６に対してＭｘＰ信号を選択的に印加する。リレー３０６は、図２３の残りのソケット４０、Ｓ１またはＳ２のうちの１つに対してＭｘＰ信号を印加する。リレー３０４および３０６の状態はＦＰＧＡ  ２２８からの制御信号によって調整される。これらの制御信号はそれぞれＦＥＴ  ３０８に対して印加される。各ＦＥＴ  ３０８は、ＦＥＴが関連付けられるリレー３０４または３０６のソレノイドに対する４０Ｖ信号の印加を制御する。４０Ｖ信号はレジスタ３０９を介して各ＦＥＴ  ３０８に対して印加される。各ＦＥＴ  ３０８のドレインに存在する信号は、２つの直列に接続されたレジスタ３１０および３１２を介してグランドに印加される。レジスタ３１０および３１２同士の接合部に存在する信号は元のＦＰＧＡ  ２２８に対して印加される。ＦＰＧＡ  ２２８は、これらの戻り信号を状態信号として使用してリレー回路の状態を検証する。
【０１０２】
また、各ＦＰＧＡ  ２２８からの制御信号の１つの対だけが特定のＦＰＧＡを補完する３つのリレー回路３０２の設定を制御することは言うまでもない。同様に、３つのリレー回路のための２つの状態信号だけがＦＰＧＡ  ２２８に対して戻される。
【０１０３】
ディスプレイコントローラ６４およびモータプロセッサ２２４はＳＰＩバス８８を介して信号をやりとりする。本発明のシステム３０の全体の制御を維持するプロセスの一環として、ディスプレイコントローラ６４はパワードライバ割り当てテーブル３２０（図２４）を保持する。テーブル３２内には２つのパワードライバ割り当てフィールド３２２がある。各パワードライバ割り当てフィールド３２２は別個の１つのパワードライバ・検出回路２１０と関連付けられる。各フィールド３２２内のデータは、関連付けられたパワードライバ・検出回路２１０が特定のハンドピース３４を給電するために使用されるべきか否かを示している。
【０１０４】
外科医がハンドピースのうちの１つを作動させると、ディスプレイコントローラがパワードライバ割り当てフィールド３２２内のデータを読み取る。これらのデータに基づいて、ディスプレイコントローラは、給電信号をハンドピース３４に対して供給するためにパワードライバ・検出回路２１０のうちの１つが利用可能であるか否かを判定する。回路２１０のうちの１つが利用可能である場合には、該回路がハンドピースに対して割り当てられる。ディスプレイコントローラ６４は、パワードライバ割り当てテーブル３２０へのデータを書き換え、新たに指定されたパワードライバ回路２１０が割り当てられたことをそのハンドピースに対して知らせる。
【０１０５】
また、ディスプレイコントローラ６４は初期化パケットをモータプロセッサ２２４に対して送る。このパケットは、パワードライバ・検出回路２１０のうちのどれがハンドピース３４に対して割り当てられたのかを特定するデータを含む。初期化データパケット中に含まれるデータのタイプについては後述する。
【０１０６】
図３２Ａおよび図３２Ｂは、取り付けられたハンドピースモータ３６の巻線２３４に対する給電信号の印加を調整するためにＦＰＧＡ  ２２８およびモータコントローラ２２４により実行される制御プロセスをまとめて示した。図３２Ａはモータプロセッサ２２４で実行されるプロセスを示している。ＦＰＧＡ  ２２８で実行されるプロセスが図３２Ｂに示されている。一般に、これらのプロセスの目的が６つのドライバ信号を生成することであることは言うまでもなく、Ｈブリッジ２１２内の各ＦＥＴ  ２４２および２４４に対して１つのドライバ信号が与えられる。ＦＥＴ  ２４２および２４４のＯＮおよびＯＦＦにより、選択された切断速度で巻線の選択された対を通じて電流が流れる。
【０１０７】
ＦＰＧＡ  ２２８内の１つのプロセスモジュールはＦＥＴドライバ論理モジュール３９０である。モジュール３９０は、ＦＥＴ  ２４２および２４４をゲートするための信号を生成するＦＰＧＡ内のモジュールである。図３２Ｂにおいて、これは、ＦＥＴドライバ論理モジュール３９０からＨブリッジへと延びる６個の導体により表わされている。混乱を最小限に抑えるため、後述する接続は、複数の導体が存在する場合でも１つのライン導体のみを用いて示される。また、後述する接続の多くが同じ集積回路要素内にあることは言うまでもない。
【０１０８】
ＦＥＴドライバ論理モジュール３９０への入力信号は、巻線の整流および巻線の駆動を調整するために使用される命令信号である。整流命令信号は、巻線のいずれの対にわたって給電信号が印加されるべきかをＦＥＴドライバ論理モジュール３９０に知らせる。駆動信号は、給電信号がどのようなＰＷＭ率およびデューティサイクルで印加されるべきかについてＦＥＴドライバ論理モジュール３９０に知らせる。これらの命令に基づいて、モジュール３９０は、ＦＥＴ  ２４２および２４４を適切なシーケンスでＯＦＦするためのゲート信号を生成する。
【０１０９】
整流命令信号はＦＰＧＡ  ２２８内の整流論理モジュール３９２によって生成される。モジュール３９２は、モータのロータの角度位置を示す信号を入力として受ける。これらの信号に基づいて、整流論理モジュール３９２は、ＦＥＴドライバ論理モジュール３９０に対する整流命令信号を生成する。
【０１１０】
本発明のシステムには、モータのロータ位置を判定する２つの他のプロセスが存在する。ＦＰＧＡ  ２２８内にはＢＥＭＦモニタモジュール３９４がある。モジュール３９４は、デジタル化されたＢＥＭＦ信号をＢＥＭＦアナログ−デジタル変換器２１６から入力として受ける。図３２Ｂでは、これらの信号がＢｘ ＳＮＳ信号として表わされている。これらの信号に基づいて、ＢＥＭＦモジュール３９４はロータ位置を判定する。モジュール３９４はこの情報を整流・論理モジュール３９２に対して与える。
【０１１１】
後述するように、ハンドピースモータ３６が低速で動作している場合には、ロータ位置を判定するためにＢＥＭＦ信号を使用することができない。したがって、ハンドピース３４がこの状態にある場合、コントロールコンソールはロータ位置を判定するための第２の方法、すなわち、インダクタンス検知を使用する。インダクタンス検知は、モータプロセッサ２２４内のインダクタンス検知（ＩＳ）モニタモジュール３９６によって行なわれる。一般に、インダクタンス検知においては、ロータ位置を判定するために巻線２３４を流れる電流が測定されることは言うまでもない。ＩＳモニタモジュール３９６への入力信号は、個々の巻線２３４を通じて流れる測定された電流フローの取得ピークの測定値である。これらのピークは、ＦＰＧＡ  ２２８内に位置されたＩＳピーク取得モジュール３９５によって取得される。モジュール３９５への入力信号は個々の巻線からのデジタル化された電流測定信号である。インダクタンス検知モードでは、レジスタ２５６を横切る電流が測定される電流であることは言うまでもない。
【０１１２】
これらの電流はＨブリッジのレジスタ２５４の両端間の電圧に比例する。これらの信号のデジタル化された表示は、ＩＳＥＮＳＥアナログ−デジタル回路２２０から送られて、ＦＰＧＡ  ２２８からモータプロセッサ２２４へと送られる（接続は図示せず）。以下では、ロータ位置を判定するためにインダクタンス検知プロセスがどのように使用されるのかについて説明する。インダクタンス検知モニタモジュール３９６により行なわれるロータ位置判定は整流論理モジュール３９２に対して与えられる。
【０１１３】
また、整流論理モジュール３９２がロータ位置のＢＥＭＦ検出判定に依存すべき時期およびモジュール３９２がインダクタンス検知判定に依存すべき時期をモータコントローラ２２４が判定することは言うまでもない。モータプロセッサ２２４は、ハンドピースモータの実際の速度およびハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２からの速度カットオフデータに基づいてこの判定を行なう。このカットオフデータ（カットオフデータが記憶されるフィールドは図示せず）は、どの速度を下回るとインダクタンス検知ロータ位置判定が整流を調整するために使用されるのかを示す。このカットオフ速度は、初期化パケットの一部としてモータプロセッサ２２４に供給される。したがって、入力接続が示されていないが、インダクタンス検知モニタモジュール３９６が所要の比較を行なうためにモータ速度およびカットオフ速度の表示も受けることは言うまでもない。
【０１１４】
また、インダクタンス検知モニタモジュール３９６がＢＥＭＦモジュール３９４とも通信を行なう（接続は図示せず）ことは言うまでもない。具体的には、インダクタンス検知モニタモジュール３９６は初期開始論理データをＢＥＭＦモジュール３９４に対して与え、このモジュール３９４はロータ位置のＢＥＭＦ監視を行なう必要がある。
【０１１５】
３つの基本的な入力変数は、巻線を駆動させるために使用される。１つの入力は、ハンドピースモータにおける実際の速度とユーザが選択した速度との間の差に基づいている。第２の入力はモータ３６により引き出される電流に基づいている。第３の入力は、ある瞬間にシステム１０により消費される全電力に基づいている。
【０１１６】
デジタル化されたＢＥＭＦ信号、すなわち図３２ＢのＢｘ ＳＮＳ信号は、ハンドピースモータ３６の実際の速度を判定するためにＦＰＧＡ  ２２８により使用されるものである。具体的には、ＦＰＧＡ  ２２８内には速度計算モジュール３９８がある。速度計算モジュール３９８は整流論理モジュール３９２から出力された整流命令信号を受ける（図３２Ｂの接続Ｈ）。これらの信号により指定される整流間の時間に基づいて、速度計算モジュール３９８はロータ速度のデジタル表示を生成する。この速度値はＦＰＧＡ内のＦＩＲフィルタ４０２によってフィルタ処理される。ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２からのこのフィルタにおける係数は初期化パケット中に含まれている（同様に、ＤＳＰ  ２２４およびＦＰＧＡ  ２２８内の全てのフィルタにおけるフィルタ係数が初期化パケットの状態でＮＯＶＲＡＭ  ７２からくることは言うまでもない）。
【０１１７】
フィルタ処理された速度信号は、ＦＰＧＡ  ２２８からモータコントローラ２２４内のＩＩＲフィルタ４０４へ送られる。ＩＩＲフィルタ４０４のフィルタ処理された信号は、速度制御（ＳＣ）比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズムモジュール４０６に対して１つの入力変数として印加される。
【０１１８】
ＳＣ  ＰＩＤモジュール４０６への第２の変数はユーザ速度セットポイント信号である。この信号は、一般に、ハンドピースに関してユーザが選択した速度のデジタル表示である。この信号は、初期化パケットおよび速度セットポイントパケットの両方の状態でディスプレイコントローラ６４により与えられる。これらの速度セットパケットは、ハンドピースが依然として作動したままである限り、ディスプレイコントローラ８６によりモータプロセッサ２２４に対して繰り返し送られる。各速度セットポイントは、パケットが関連付けられるハンドピース３４を特定するデータと、ハンドピース３４のためのユーザ設定速度を示すデータとを含む。これらの後者のデータは、外科医がモータ速度を変えるために作動させる入力装置を参照することによりディスプレイコントローラによって判定される。ハンドピースが動作し続ける間、ディスプレイコントローラ６４は、一般に、１０ミリ秒毎に１回、速度セットポイントパケットを送る。
【０１１９】
速度セットポイント信号がＳＣ  ＰＩＤモジュール４０６によって受けられる前に、該信号が加速制御モジュール４０８により処理されてもよい。これは、外科医がハンドピースモータ３６を加速、減速または制動させる結果として速度セットポイント信号が経時的に変化するからである。実際の速度セットポイント信号の変化率に応じて、加速制御モジュール４０８は、ＳＣ  ＰＩＤモジュール４０６に対して印加されるセットポイント信号が実際に変化する比率を調整する。これは、急な加速、減速、制動の結果として起こる場合があるハンドピースモータ３４の任意の急作動または他の不均一な動作を最小限に抑えるために行なわれる。
【０１２０】
速度セットポイント信号の変化率を変更するために加速制御モジュールが使用するパラメータが初期化パケットの状態でハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２からくることは言うまでもない。
【０１２１】
ＳＣ  ＰＩＤモジュール４０６は、実際の（フィルタ処理された）モータ速度とセットポイント信号により示される速度との間の差に基づいて、ＳＣ  ＰＩＤ出力信号を判定する。この信号を生成するアルゴリズムは当分野で知られている。
【０１２２】
ＳＣ  ＰＩＤモジュール４０６への２つの常に変化する入力が存在する間は、アルゴリズムへの他の変数が存在することは言うまでもない。これらの変数は、比例ゲイン、積分ゲイン微分、ゲイン・微分時定数、最大出力および最小出力を含む。基本的に一定であるこれらの変数は初期化パケットによりハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２から供給される。一部のモータに関しては、速度を制御するため様々な速度範囲でこれらの変数の様々な組が使用される。変数の複数の組が初期化パケットの状態で供給される。モータプロセッサ２２４は、ハンドピースモータ３６が動作している現在の速度範囲に基づいて、変数の適切な組をＳＣ  ＰＩＤモジュール４０６内にロードする。
【０１２３】
前述した一定オーバー速度範囲変数も電流制御（ＩＣ）ＰＩＤモジュール４１４に対して供給される。ＳＰ  ＰＩＤモジュールおよびＩＣ  ＰＩＤモジュール４０６および４１４に対して供給される変数の組がそれぞれ異なっていることは言うまでもない。
【０１２４】
モジュール４０６からのＳＣ  ＰＩＤ出力信号はＳＣ出力計算モジュール４０９に対して印加される。モジュール４０８への第２の入力はモータＰＷＭ周波数である。この変数は、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２からのものであり、初期化パケットの状態で供給される。これらの入力に基づいて、ＳＣ出力計算モジュール４０９は、２つの値、すなわち、駆動信号のためのＰＷＭ周期およびＰＷＭオンタイムを判定する。
【０１２５】
ＳＣ出力計算モジュールにより生成される値を表わす出力信号は、ＦＰＧＡ  ２２８内のＳＣパルス発生器４１０に対して送られる。ＳＣパルス発生器４１０は、モジュール４０９からの入力に基づいて、速度制御に基づく一連のＰＷＭ駆動パルスを生成する。
【０１２６】
電流に基づく駆動信号は、ハンドピースモータ３６における電流セットポイントおよびモータにより引き出される実際の電流両方に基づいている。トルクマップモジュール４１２は電流セットポイント値を生成する。電流セットポイントを判定する３つの変数は、モータの速度、トルクマップおよび定数である。トルクマップモジュール４１２はフィルタ処理された速度信号をＦＰＧＡ  ＦＩＲ  ４０２から受ける。トルクマップは、モータが特定の速度で生み出すことができるトルクのモータに固有の関係である。定数は、速度に基づくトルクを電流セットポイントへ変換する。トルクに関するデータはＮＯＶＲＡＭ  ７２からのものであってもよく、定数はＮＯＶＲＡＭ  ７２からのものであり、初期化パケットの状態で含まれる。
【０１２７】
したがって、所与の速度において、モジュール４１２は、トルクマップに基づいて、モータが生み出すべきトルクを判定する。この判定および定数に基づいて、モジュール４１２は、モータが引き出すべき電流を判定する。トルクマップモジュール４１２は、この電流セットポイントを表わすデータをＩＣ  ＰＩＤ  ４１４のアルゴリズムモジュールに対して供給する。
【０１２８】
ＩＣ  ＰＩＤモジュール４１４への連続的に変化する第２の入力は、モータによって引き出される実際の電流である。モジュール４１４に対して供給される電流測定値は、Ｈブリッジ２１２のレジスタ２５４間からの交互的な個々の巻線電流の測定値、すなわち、図３２ＢのＭｘＩ信号に基づいている。これらの信号はＦＰＧＡ  ２２８内の二段階可変周波数フィルタ４１６に対して供給される。フィルタ２２８は、整流切り換えに対するこの電流信号中の高周波リップルを除去する。
【０１２９】
フィルタ２２８からのフィルタ処理された電流信号はモータプロセッサ２２４内の電流較正モジュール４１８に対して印加される。電流較正モジュール４１８はその後の処理において電流を較正する。電流引き込み信号の較正度合いを判定するためにモジュール４１８が使用する変数は、電流信号のアナログバージョンが可変利得増幅器２８６によって増幅された度合いを示す値である。この値および増幅器２８６に関する設定は、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２からのものであり、初期化パケットの状態で含まれる。
【０１３０】
較正された電流読み取り値はモータプロセッサ２２４内のＩＩＲ  ４２０によってフィルタ処理される。フィルタ処理されて検出された電流は、第２の変数としてＩＣ  ＰＩＤモジュール４１４に印加される。
【０１３１】
電流セットポイントおよびフィルタ処理されて較正された実際の電流の測定値に基づいて、ＩＣ  ＰＩＤモジュールは中間電流値を生成する。中間電流値は電流制御出力計算モジュール４１６へ送られる。モジュール４１６は、初期化パケットから、電流範囲ウインドウデータを予め受けた。これらのデータは、モータ電流が振動するべき範囲を示している。これらのウインドウ範囲データおよび中間電流値に基づいて、電流制御出力計算調節はＩＬＩＭＩＴＨ（高）電流限界値およびＩＬＩＭＩＴＬ（低）電流限界値を生成する。中間電流値がこれらの電流限界値同士の間にあることは言うまでもない。限界値間の範囲は初期化パケット中の範囲データに基づいている。
【０１３２】
モータプロセッサ２２４はＩＬＩＭＩＴＨ値およびＩＬＩＭＩＴＬ値をＦＰＧＡ内の電流制御制限パルス発生器４１９に対して供給する。発生器４１９は、実際のモータ電流の指標を他の入力として受ける。実際には、３つの巻線電流の交互的なデジタル化されたバージョン、すなわち、デジタル化されたＭｘＩ電流信号が発生器４１９に対して印加される。ＩＬＩＭＩＴｘ値および測定された電流に基づき、電流制御制限パルス発生器電流制御制限パルス発生器４１９は、バングバング（bang-bang）プロセスに基づいて、電流制御駆動パルスを選択的にクロックアウトする。
【０１３３】
ＳＣパルス発生器４１０からの速度制御に基づくＰＷＭ駆動パルスおよび電流制御制限パルス発生器４１９からの電流制御駆動パルスは、巻線２３４の駆動の発生を制御するために使用される信号のうちの２つである。第３の入力信号は供給電力制限（ＰＳＩ ＬＭＴ）信号である。後述するように、この信号は、コンソール電源９０が供給できる電力よりも大きい電力をシステム１０の構成要素が消費する際にアサートされる。
【０１３４】
これらの３つの信号はＦＰＧＡ  ２２８内のＡＮＤ論理モジュール４２２に対して印加される。モジュール４２２からの出力は、巻線２３４を駆動させるための信号として、ＦＥＴドライバ論理モジュール３９０に対して印加される。ＡＮＤ論理モジュール４２２は、巻線が駆動されるべきであり且つ電力限界を超えた信号がアサートされないことを速度制御に基づくＰＷＭ駆動パルスおよび電流制御駆動パルスが同時に示すときだけ巻線２３４を駆動させるための信号をアサートするように構成されている。
【０１３５】
ハンドピース３４の動作の正確なトルク制御を行なうことが前記アセンブリの特徴であることは言うまでもない。具体的には、適切なコマンドを入力することにより、ディスプレイコントローラ６４は、トルク制御設定画像をディスプレイ４２上で与えるようになっている。これらの画像に関連付けられたタッチスクリーンボタンを押圧することにより、外科医は、ハンドピースモータが生み出すべき最大トルクを定める。これは有益である。なぜなら、インプラントを組織中に押し込むなどの特定の処置においては、選択された最大トルクだけが加えられるためである。外科医がこのトルク限界を定めると、その値に関するデータが初期化パケットの状態でディスプレイコントローラ６４によりモータコントローラ２２４に対して与えられる。モータプロセッサ２２４は、これらのデータに基づいて、ハンドピースモータ３６が所定の最大量よりも大きいトルクを生成すべきことを示す信号をトルクマップモジュール４１２に生成させないようにトルクマップモジュール４１２を設定する。
【０１３６】
電力制限信号が何時どのようにアサートされるのかについての理解は、最初に図３３を参照することにより得ることができる。最初に、電力を制限するための手段を設ける理由は、コントロールコンソール３２が供給し得る電力より大きい電力を共同で消費する２つの器具を外科医が同時に駆動しようとする場合があるからであることは言うまでもない。これは、任意の電源が供給できる電力量が常に制限されるからである。一例として、本発明の幾つかのバージョンにおいては、電源９０が最大で４００ワットの電力を供給することが見込まれることは言うまでもない。サイズのため、また、コントロールコンソール３２により放出される熱量を最小限に抑えるため、しばしば、コントロールコンソールが供給できる電力量を制限することが妥当な設計配慮であると考えられる。また、コントロールコンソールによって同時に駆動される両方のハンドピースが４００ワットを超える電力を必要とする場合は殆どない。したがって、多くの電力を供給できる電源を設けることがリソースの効率的な使用ではないことは言うまでもない。
【０１３７】
しかしながら、時として、２つの高電力消費ハンドピース３４が同時にコントロールコンソール３２に対して接続され且つコントロールコンソール３２により給電される場合もあり得る。本発明のシステム１０の供給電力制限回路により、両方のハンドピースをそのように作動させることができる。
【０１３８】
図３３を参照することにより分かるように、供給電力制限回路は、電源から出るグランドに接続されるレジスタ４２４を含み、このレジスタの両端間で電源４０からの電流が測定される。レジスタ４２４の両端間の電圧は利得・平均回路４２６に対して印加される。本発明の１つのバージョンにおいて、この電流引き込み信号は、２０が乗じられるとともに、１マイクロ秒にわたって平均化される。
【０１３９】
乗算され且つ平均化された回路４２６からの電源電流信号はコンパレータ４２８に対して印加される。コンパレータ４２８への第２の入力は、電源が引き出すべき最大電流を表わす図示しない基準信号である。電力は、４０ボルト電位の形態でハンドピースに対して供給される。したがって、電源が４００ワットを越えて消費しないようにするために引き出すべき最大電流は１０アンペアである。実際には、電源９０は最大５００ワットを生成することができるが、更なる電力はポンプモータ６０などの内部コンソール部品によって使用される。電源の実際の電力限界を下回るレベルで電力限界監視を行なうと、基本的に、電源が非常に多くの電力を消費して構成要素が故障する可能性が排除される。
【０１４０】
したがって、コンパレータ４２８は、調整された電源電流を連続的に監視して、電源が非常に多くの電流を消費しているか否かを判定する。この状態が起こると、コンパレータ４２８はＰＳＩ ＬＭＴ信号をアサートする。
【０１４１】
ＰＳＩ ＬＭＴ信号は両方のＦＰＧＡ  ２２８に対して印加される。ハンドピースモータ３６への給電を調整する全プロセスの一環として、モータプロセッサ２２４は、電力限界を超えたことを考慮してどのモータの作動を一時的に停止すべきかを絶えず判定する。この判定はモータプロセッサ２２４内の電源電流（ＰＳＩ）制限選択モジュール４３０によって行なわれる。モジュール４３０への入力は、各ハンドピースモータ３６によって現在引き出されている電流の値である。具体的には、これらは、Ｈブリッジレジスタ２５６を通じた電流引き込み測定値である。図３２Ａでは、これがモジュール４３０へ直接入る信号ＯＶＥＲＬＩ信号により描かれている。実際には、デジタル形式のこれらのモータ電流信号が両方のＦＰＧＡ  ２２８からＰＳＩ制限選択モジュール４３０へと送られることは言うまでもない。これらの信号を比較することにより、モジュール４３０は、２つの作動されたハンドピースモータ３６のうちのどれが任意のある瞬間に多くの電流を引き込んで多くの電力を消費しているのかを判定する。ＰＳＩ制限モジュール４３０は、電力を制限して必然的に動作を停止させるためにこのハンドピースモータ３６を選択する。
【０１４２】
具体的には、ＰＳＩ制限モジュール４３０は、選択されたハンドピースモータ３６に関連付けられたＦＰＧＡ  ２２８内のＡＮＤ論理モジュール４３２に対して電力制限イネーブル信号をアサートする。ＰＳＩ ＬＭＴ信号は、アサートされると、両方のＦＰＧＡ  ２２８のＡＮＤ論理モジュール４３２により同時に受けられる。電力制限イネーブル信号がアサートされたモジュール４３２だけがＰＳＩ ＬＭＴ信号を送る。具体的には、この信号はＡＮＤ論理モジュール４２２に対して送られる。前述したように、ＡＮＤ論理モジュール４２２がＰＳＩ ＬＭＴ信号を受けると、モジュール４２２はＦＥＴドライバ論理３９０に対する駆動信号のアサートを禁止する。
【０１４３】
したがって、ＰＳＩ ＬＭＴ信号のアサートにより、イネーブル状態のＦＰＧＡ  ２２８はアサートしている駆動信号を一時的に停止する。これにより、モータ３６の巻線の両端間への給電信号の印加が一瞬停止される。モータ３６に対する給電信号の印加のこの一瞬の停止により、モータにより引き出される平均電力が一瞬下がる。これにより、電源９０は、設計上それが生成する電力量を超えて電力を出力しなくなる。
【０１４４】
前述したように、通常の動作速度において、パワードライバ・検出回路２１０に関連付けられたＦＰＧＡ  ２２８は、給電されていないモータ巻線２３４の両端間に生成されるＢＥＭＦ信号を監視することによりモータ巻線２３４の整流切り換えを調整する。しかしながら、低速、すなわち、ハンドピースモータ３６の最大動作速度の１０％以下、あるハンドピースに対して５％以下の速度では、巻線を横切るＢＥＭＦ信号が検出できないレベルまで低下する。
【０１４５】
この事象が起こると、モータコントローラ８６は、インダクタ検出を使用してモータロータの位置を判定する。特に、図２７から分かるように、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２内にはＢＥＭＦ／ＩＳセットポイントフィールド３３９が存在する。フィールド３３９は速度を示すデータを含み、その速度を越えてモータコントローラ８６はロータ位置を判定するためにＢＥＭＦ検出を使用しなければならない。フィールド３３９に示される速度以下の速度でモータコントローラ８６はロータ位置を判定するために後述するインダクション検知プロセスを使用しなければならない。ＢＥＭＦ／ＩＳセットポイントフィールドにおける速度レベルは、ディスプレイコントローラ６４によりモータプロセッサ２２４に対して初期化パケットの状態で供給される。フィールド３３９からの値およびモータ速度を示すデータに基づいて、モータプロセッサ２２４は、ＢＥＭＦ検出またはインダクション検知を選択的に使用してハンドピースモータ３６への給電を調整する。
【０１４６】
モータコントローラ８６は、６つのモータ相のそれぞれにおいて巻線両端間のインダクタンスを測定することによりインダクション検知プロセスを開始する。これは、最初に図２５のプロットにおける時間周期３３６で表わされる巻線２３４への給電信号の印加を打ち消すことにより行なわれる。
【０１４７】
その後、該時間周期中に、各モータ巻線２３４の両端間に短い電圧パルスが印加される。第１の相におけるインダクタンスを測定するため、巻線のうちの１つがＨブリッジ２１２の４０Ｖレール２４０に対して結合され、残りの２つの巻線がグランドに対して結合される。その後、４０Ｖレール２４０に接続される巻線により生み出される電流が測定される。第１の相と反対の第２の相におけるインダクタンスを測定するため、巻線の電源接続が逆にされる。したがって、グランドに結合された２つの巻線だけが４０Ｖレール２４０に対して接続され、レールに取り付けられた巻線２３４がグランドに結合される。その後、グランドに結合された巻線を流れる電流が測定される。これらの測定は３つの全ての巻線２３４に関して行なわれる。したがって、図２５に示されるように、モータ３６からは６つの電流パルス３３８が測定される。
【０１４８】
理論上、モータロータの任意の所与の位置において、モータ相のうちの１つに関して測定された電流は、残りの５つの相測定において測定された電流よりも高くなければならない。これは、ロータマグネットの位置が、巻線の両端間のインダクタンス、したがって巻線を流れる電流に影響を及ぼすからである。
【０１４９】
しかしながら、図２６のグラフを参照することにより示されるように、実際には、外科用ハンドピース３４のＤＣモータに関してはロータ位置に対する測定インダクタンスの関連性は乏しいことが分かった。この乏しい関連性は、本発明のシステム３０と一体のハンドピース３４が比較的小さいロータを備えるモータ３６を有するという事実に起因していると考えられる。特に、ロータの直径は一般に０．５インチ以下である。更なる他のモータロータは０．２５インチ以下の直径を有する。比較的小さなサイズのマグネットがこれらのロータと一体となっていることから、マグネットは、隣接するモータ巻線２３４のインダクタンスを、ロータ位置を判定するためにインダクタンス変化しか使用できなくなる程度にまで変えることはない。
【０１５０】
したがって、このシステム３０において、モータプロセッサ２２４は、６つの測定されたモータ相電流に対して利得およびオフセット値を適用する。これらの利得およびオフセット値は、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２内の図２７に示されるデータフィールド３４０および３４２によりもたらされる。具体的には、各ロータ位置毎に、ＮＯＶＲＡＭ  ７２は、利得を生成するために測定電流に掛け合わせるための係数を含むデータをフィールド３４０内に含む。各フィールド３４２内のデータは、乗算された利得、オフセットに適用される定数を含む。これらのデータおよびＢＥＭＦ／ＩＳ速度セットポイントフィールド３３９内のデータは、初期化パケットの一部としてディスプレイコントローラ６４からモータプロセッサ２２４へと送られる。
【０１５１】
モータ３６の各タイプ毎に、フィールド３４０および３４２における利得、オフセット値がそれぞれモータの動作の実験に基づく解析によって生み出されることは言うまでもない。
【０１５２】
これらの検索された利得およびオフセットデータに基づいて、モータプロセッサ２２４は、較正されて正規化された電流測定値を各電流値毎に生成する。図２８を参照すれば分かるように、較正されて正規化されたこれらの値により、各ロータ位置毎に１つの電流値が他の電流値よりも高いというプロットが得られる。
【０１５３】
したがって、較正されて正規化された巻線インダクタンスのこれらの測定値に基づいて、モータプロセッサ２２８はモータロータの位置を判定することができる。この判定に基づいて、モータプロセッサ２２８は、次にどの巻線２３４を通じて電流が印加されるべきかを判定することができる。これは、適切な２つのモータ巻線２３４の両端間に給電信号が印加される期間３４６により図２５に表わされている。なお、この図から分かるよう、電流測定を行なうことができるように、期間３３６の前に休止期間３５０がある。全体的に、期間３３６および３５０は、モータを作動させるために信号が１つの巻線対に対して印加される期間３４６のサイズの約１０％である。一般に、期間３３６、３４６および３５０の１つのサイクルにおける組み合わせ期間は１ミリ秒である。
【０１５４】
ロータの位置を監視し且つ巻線の給電を調整するためのインダクタンス測定検出のこのような使用が、ハンドピースモータ３６が低速状態で動作している状況以外の状況において使用できることは言うまでもない。このインダクタンス測定検出は、モータが停止されている場合すなわち０ＲＰＭ速度の場合であっても巻線への給電を調整するために使用できる。したがって、インダクタンス測定検出は、ハンドピースが最初に作動されるときのモータ始動を調整するために使用できる。また、インダクタンス測定検出は、モータが生み出すことができる最大トルクに近い或いは等しい所定量のトルクをモータが生み出す結果としてモータのロータが非常に低い速度まで減速し或いは停止してしまう場合におけるモータ作動を調整するために使用できる。
【０１５５】
実施されてもいるロータ位置のインダクタンス検知における１つのステップは整流状態計算を含む。具体的には、本発明のシステム３０において、モータプロセッサ２２４は、単に整流状態を較正されて正規化されたモータ相インダクタンスの測定値に基づかせるにとどまらない。モータプロセッサは、インダクタンス検知において１つの所与の整流相が判定された後に次の判定された位相が適しているか否かも検討する。この判定に基づいて、モータプロセッサは、その後、モータ３６を次の適切な整流状態に置く。このプロセスは、図２９のフローチャートを参照することにより理解できる。ステップ３５０は、１つのピーク検出誘導電流相から第２のピーク検出誘導電流相への移行を示している。この移行が起こった後、ステップ３５２において、モータプロセッサ２２４は、第２のピーク検出誘導電流相が既に判定された第１のピーク検出誘導電流相に直接に隣接している電流相であるか否かを判定する。図２８の較正されて正規化されたピーク電流を例にとると、すぐ前の電流相がＭ３  Ｎｅｇａｔｉｖｅ相であった場合には、直ぐ隣の相は、一方の方向ではＭ２  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ相であり、反対方向ではＭ１  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ相である。ステップ３５２において、検出された位相がこれらの２つの相のうちの一方からのものである場合には、モータが適切に作動していると想定される。その後、ステップ３５４において、モータプロセッサ２２４は、巻線に対して印加される給電信号の次の適切な整流シフトを行なうよう適切なＦＰＧＡ  ２２８に指示する。
【０１５６】
しかしながら、ステップ３５２においては、例えば、Ｍ３  Ｎｅｇａｔｉｖｅ検出誘導電流相が最も高くなった直後に次に検出された最も高い誘導電流がＭ３  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ相からのものであると判断されてもよい。これは、製造公差に起因して、Ｍ３  Ｎｅｇａｔｉｖｅ相から最も高いＭ１  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ相への移行中に、Ｍ３  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ相に対応するインダクション検知電流が最も高いからである。
【０１５７】
この判定に応じて、ステップ３５６において、モータプロセッサ２２４は、この新たな相におけるピークインダクション検知電流が、検出電流間で相転移が起こるレベルよりもかなり高いレベルに達するか否かを判定する。この例では、モータプロセッサ２２４は、Ｍ３  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ相における正規化されたインダクション検知電流が直ぐ前に測定されたＭ３  Ｎｅｇａｔｉｖｅ相のそれよりも０．５の値だけ超える場合に、Ｍ３  Ｎｅｇａｔｉｖｅ検出相に基づいて駆動するモータから、Ｍ３  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ相にあるロータに基づいて駆動するモータへと切り換えるだけである。
【０１５８】
ステップ３５６において明らかにシーケンスから外れたインダクタンス測定値が前の測定値よりもかなり高いと判断される場合には、測定値が正確なものとして受け入れられる。ステップ３５４が実行される。ステップ３５４のこのバージョンにおいて、モータプロセッサ２２４は、モータが検出された位相にあることに基づいて給電信号の次の適切な整流シフトを行なうように適切なＦＰＧＡ  ２２８に対して指示する。
【０１５９】
あるいは、ステップ３５６においては、明らかにシーケンスから外れたインダクタンス測定値がこの閾値を下回っていることが判定されてもよい。この判定が成される場合には、この最も高い判定されたインダクション検知相が無視される。その代わり、ステップ３５０が再実行される。この再実行において、また、ステップ３５０および３５２の全ての実行において、インダクタンス検知モニタモジュール３９６は、その判定を、期待される次の位相が現在の位相よりもほんの僅かだけ高いときにモータ相に変化があったか否かに基づいて行なう。この例では、モータロータが現在Ｍ１  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ相に対応する位置にいることをモータプロセッサ２２４が判定するため、予期されるＭ１  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ段階における較正されて正規化されたインダクタンス検知信号が現在の位相、すなわちＭ３  Ｎｅｇａｔｉｖｅ相のそれよりも０．１だけ高くなければならない。
【０１６０】
ステップ３５６では、シーケンスから外れたインダクタンス検知測定値が直ぐ前の相のインダクタンス検知測定値よりもかなり高いということが判定されてもよい。この「直ぐ前の相のインダクタンス検知値」は、２つのインダクタンス検知信号の交差からのものである。この事象が起こると、それは、モータロータが実際にこの新たな最も高いインダクタンス検知測定値により示される位置にあることを意味しているとしてモータプロセッサ２２４により解釈される。この事象において、モータプロセッサは、ロータ位置のこの新たな判定に基づいて、給電信号をモータ巻線に対して印加する。
【０１６１】
本発明のシステム３０のこの特徴の利点は、動作異常およびモータ巻線変化に起因して起こる小さなシーケンスから外れた判定によりモータコントローラ８６がロータ位置のエラーの判定に基づいて巻線を間違って給電しない可能性を実質的に排除するという点である。
【０１６２】
さらに、本発明のモータプロセッサ２２４は、モータ相における利得定数およびオフセット定数を調整するように構成されている。具体的には、図３０のフローチャートに示されるように、ステップ３６２において、モータプロセッサ２２４は、各モータ相毎に、ロータの回転に関して較正されて正規化されたインダクタンス検知測定値が所定のウインドウ内にあるか否かを判定する。このウインドウは例えば−０．１〜１．１の範囲であってもよい。ステップ３６２において、その相における較正されて検出されたインダクタンス検知測定値がこの範囲内にあることが判定される場合には、再較正が行なわれない。
【０１６３】
しかしながら、ステップ３６２においては、較正されて正規化されたインダクタンス検知測定値が所定のウインドウから外れていることが判定されてもよい。この状態が検出される場合には、ステップ３６４において、モータプロセッサ２２４は利得係数およびオフセット係数の調整を行なう。これらの調整は、ステップ３６２のその後の実行時にモータ相における較正されて正規化されたインダクタンス検知測定値が所定のウインドウ内にあることが判定されるまで繰り返し行なわれる。
【０１６４】
本発明のこの特徴により、温度変化および構成要素の磨耗に起因するインダクタンス波形の経時的な変化によってエラーのモータ状態が計算されることがなくなる。
【０１６５】
この再較正を行なう更に他の方法は、一連の既知の位置でモータロータをロックした後、インダクタンス測定値を取得することである。その後、測定されたインダクタンスに基づいて再較正が行なわれる。利得値およびオフセット値を適切に調整する方法を判定するために、検出されたインダクタンス測定値の長期にわたる平均値を使用することもできる。
【０１６６】
本発明の幾つかのバージョンにおいて、ディスプレイコントローラ６４は、ＮＯＶＲＡＭインタフェース７８を介して、再計算された利得値およびオフセット値をモータ相からハンドピースＥＥＰＲＯＭへ書き込む。その後、これらのデータは、ディスプレイ計算器により読み取られるとともに、次にハンドピース３４がコントロールコンソールに差し込まれるときに使用される。
【０１６７】
実際には、モータ極の利得値およびオフセット値のこのオンザフライの再較正は、インダクタンス検知プロセスが初期化されると直ぐに行なわれてもよい。最大および最小の正規化された検出インダクタンス値が取得される。モータロータの回転を通じてピーク間の正規化された検出値が１．０の値を超え或いは１．０を下回っていると判断される場合には、ハンドピース３４のこの現在の実行に関して利得値およびオフセット値がモータプロセッサ２２４により再計算される。
【０１６８】
多くのハンドピースモータは、ロータ位置に基づく制御がインダクタンス検知モードからＢＥＭＦ検出モードへと切り換わるときに巻線におけるその給電シーケンスが一定のままとなるように構成されている。しかしながら、一部のモータ３６は、制御がインダクタンス検知モードからＢＥＭＦ検出モードへ変化するときに巻線の給電シーケンスが逆にされるように構成されている。したがって、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２は、図２７にＢＥＭＦ／ＩＳ  Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｅｎｅｒｇｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅフィールド３６８により表わされるデータフラグを含む。フィールド３６８におけるこのフラグの設定は、ロータ位置のＢＥＭＦ検出とインダクタンス検知との間の切り換え時にモータコントローラ８６が巻線の給電シーケンスを逆にすべきか否かを示している。
【０１６９】
フィールド３６８におけるフラグの設定に基づいて、モータプロセッサ２２４は、検出モードを選択的に変えるときに、巻線を整流するシーケンスも逆にする。
【０１７０】
モータロータ位置のインダクタンス検知監視の前記手段はハンドピースの動作を制御するために使用され、そのため、ハンドピースは最大のトルク量を供給することができる。ロータ位置のインダクタンス検知の他の方法において、コントロールコンソール３２は、ハンドピースモータの精密速度調整を０ＲＰＭまで行なうこともできる。
【０１７１】
具体的には、本発明の他のバージョンにおいては、１つのモータ極におけるインダクタンス検知信号プロファイルの数学的モデルが生み出される（図３１のステップ３７２）。このモデルを形成するために高速フーリエ変換を使用できる（全てのインダクタンス検知信号が図２８に示されるモータ極の正弦波プロファイルを有するとは限らないことは言うまでもない）。この信号プロファイルを表わす係数は、図２７のハンドピースＮＯＶＲＡＭのフィールド３７０内に記憶される。これらのデータは、初期化パケットの状態でモータプロセッサ２２４に対して与えられる（ステップ３７４）。
【０１７２】
データの受信時、モータプロセッサ２２４は、１つの信号プロファイルを表わすデータを使用して、ロータ位置の全ての角度毎に各モータ相において除外されるインダクタンス検知信号を示すテーブルを形成する（ステップ３７６）。ハンドピースモータがインダクタンス検知モードにある場合、６つのモータ相のそれぞれにおける較正されて正規化されたインダクタンス検知信号値は、測定されたデータから判定される（ステップ３７８）。その後、これらの６つの計算値は、最も近いテーブル値の組に適合される（ステップ３８０）。したがって、ステップ３８０の適合は、複数のインダクタンス検知較正正規化値に基づいてモータロータの角度位置を判定するのに役立つ。
【０１７３】
ステップ３８２および３８４は、その後において、ステップ３７８および３８０のそれぞれの繰り返しである。ステップ３８０および３８４から判定されたロータ位置の差を時間差で割った値に基づいて、モータプロセッサ２２４は、ステップ３８６においてロータ速度を判定することができる。
【０１７４】
インダクタンス検知速度の前記方法は、ＢＥＭＦ信号が一般に精密速度制御を簡略化できるほど十分に強くない低速において使用される。一般に、この種の制御における低速は、最大モータ速度の１５％以下の速度、多くの場合には最大モータ速度の１０％以下の速度であると考えられる。
【０１７５】
整流間ロータ位置判定のための方法すなわちインダクタンス検知は、０ＲＰＭに至るまでの速度に関してロータ位置を判定するために使用できる。
【０１７６】
ここで、本発明のシステム１０がＢＥＭＦ信号を監視する手段について図３４Ａおよび３４Ｂを参照することにより説明する。図３４のプロットの線分４４０は、給電されていない巻線２３４を横切るＢＥＭＦ信号の理論的な立ち上がりを示している。適宜に、線分４４０は、第１の巻線を横切る監視されたＢＥＭＦ信号すなわちＢ１ ＳＮＳ信号と見なすことができる。線分４４２は、第２の巻線を横切る監視されたＢＥＭＦパルスすなわちＢ２ ＳＮＳ信号と見なすことができる。線分４４６は、第３の巻線を横切る監視されたＢＥＭＦパルスすなわちＢ３ ＳＮＳ信号と見なすことができる。その後、このパターンが繰り返す。
【０１７７】
実際には、フライバック電流に起因して、しばしば、巻線の整流相の切り換えの変化、すなわちグリッチがＢＥＭＦ信号の最初の相に存在する。これは、線分４４２に関連する降下電圧グリッチパルス４４８によって表わされている。
【０１７８】
これらのグリッチに基づくロータ位置のエラーによる判定を避けるため、ＦＰＧＡ  ＢＥＭＦモニタモジュール３９４は、測定されたＢＥＭＦ信号を経時的に積分する。特に、モジュール３９４は、信号がその立ち上がり又は立ち下がりの１／２となる時間から開始して特定のＢＥＭＦ信号だけを積分する。したがって、線分４４０により表わされる信号に関して、ＢＥＭＦ監視モジュール３９４は、点４５０により表わされる時間からのみ信号を積分する。線分４４２により表わされるＢＥＭＦ信号は点４５２により表わされる時間からのみ積分される。線分４４４により表わされるＢＥＭＦ信号は点４５４により表わされる時間からのみ積分される。
【０１７９】
これらのＢＥＭＦ信号の積分は、図３４Ｂにおける積分曲線の下側の面積により表わされる。ＢＥＭＦモニタモジュール３９４は、所定の共通の閾値に達するまで各ＢＥＭＦ信号を積分する。この閾値は初期化パケットの状態でＮＯＶＲＡＭ  ７２からくる。この閾値は図３４Ｂに点４５８により表わされている。
【０１８０】
最初のＢＥＭＦ信号における最初の中間点の時間、すなわち、図３４Ａにおける点４５０は、整流論理モジュール３９２によりもたらされる。また、モジュール３９２は、第２および第３の中間点すなわち点４５２および４５４のそれぞれの時間を判定できるデータも与える。
【０１８１】
ＢＥＭＦモニタモジュールは、以下のプロセスにしたがって次の中間点すなわち図３４Ａの点４５６の時期を予測する。最初に、モジュール３９４は、線４４０のＢＥＭＦ信号に関連するピーク積分値すなわち図３４Ｂの点４５８が生じる時期を判定する。その後、線４４２のＢＥＭＦ信号に関連する閾値すなわち点４６０が生じる時期が判定される。これらの２つの事象間の時間は、線４４２のＢＥＭＦ信号がその正に中間の点にいた実際の時間である（ＢＥＭＦ信号の任意の所与の中間時間点において、予測された時間と実際の時間との間の差はほんの僅かである）。
【０１８２】
ＢＥＭＦモニタモジュール３９４は、線４４６のＢＥＭＦ信号に関連する積分閾値すなわち点４６２に達する時間を判定する。生じた点４６０および４６２の閾値間の時間差に基づいて、モジュール３９４は、線４４６のＢＥＭＦ信号がその中間点に達した実際の時間を判定する。この時間において、ＢＥＭＦモニタモジュール３９４は、中間点４５４の信号が生じた時期を示すデータおよび線４４２および４４６のＢＥＭＦ信号の移行部の中間点同士の間の時間差を示すデータをそのメモリ内に有する。ＢＥＭＦモニタモジュール３９４は、この時間差を、点４５４により表わされる中間移行部が生じる時間に対して加える。この和は、線４５５により表わされるＢＥＭＦ信号すなわち点４５６が生じる時期の予測である。したがって、ＢＥＭＦモニタリングモジュール３９４はこの時に積分を開始する。
【０１８３】
本発明の他のバージョンにおいて、ＢＥＭＦモニタモジュール３９４は、ＢＥＭＦ信号移行の中間点の前または後に積分を開始してもよい。しかしながら、一般には、スイッチのグリッチはこの中間点の前に発生する。
【０１８４】
後のＢＥＭＦ信号の移行部の中間移行時間はこのようにして繰り返し計算される。したがって、ハンドピースモータ３６の速度変化の結果としてＢＥＭＦ信号の勾配が変化すると、信号の移行部の中間点の予測時間も同様に変化する。そのため、ＢＥＭＦモニタリングモジュールにより予測される中間移行時間、すなわち、モジュールがその積分プロセスを開始する時間は、速度変化を伴う場合でも、真の時間に密に近い。
【０１８５】
ＢＥＭＦ信号を積分する理由が、ゼロ交差の発生の監視とは対照的に、高周波ノイズに起因するモータ相のエラーによる判定を排除するためであることは言うまでもない。
【０１８６】
図３５Ａおよび図３５Ｂは、本発明のハンドピースインタフェース７０の構造を共同で示している。インタフェース７０は、インタフェースが接続されるハンドピース３４と一体の４つの装置に接続することができる。簡単に描くため、１つの装置のみに対する接続回路、すなわち、ＨＰ ＤＥＶｘのラベルが付された接続部が示されている。インタフェース７０は、それが接続される各ハンドピース装置に対してアナログ信号およびデジタル信号の両方を送受信することができる。
【０１８７】
ハンドピースインタフェース７０はインタフェースコントローラ４７０を含む。１つの適したインタフェースコントローラ４７０はＡＴｍｅｇａδマイクロコントローラから構成することができる。コントローラ４７０は、接続されたハンドピース装置から受けられるアナログ信号をデジタル化するための内部アナログ−デジタル回路４７２を有する。コントローラ４７０は、接続されたハンドピース３４とディスプレイコントローラとの間のバス７６を介したインタフェースとしての機能を果たす。インタフェースコントローラ４７０が任意のハンドピース装置に対して出力するアナログ信号は、デジタル−アナログ変換器４７４に対してデジタル形式で出力される。１つの適した変換器４７４はテキサスインストルメント社から市販されている。
【０１８８】
インタフェース７０は精密電圧源４７６を有する。電圧源４７６は精密な５  ＶＤＣ電圧をハンドピース３４に対して出力する（ＨＰ ＲＥＦ信号）。この電圧は、その後、精密な電圧を必要とする場合があるハンドピース内の任意の構成要素に対して利用可能となる。電流監視回路４７８はＨＰ ＲＥＦ信号の電流を監視する。この電流が特定のレベルを超える場合には、ハンドピース内に障害があると想定される。この電流レベルが検出される場合、監視回路４７８は故障信号をインタフェースコントローラ４７０に対して送る。次に、インタフェースコントローラ４７０は、適切な故障メッセージをディスプレイコントローラ６４に対して送る。
【０１８９】
故障メッセージを受信すると、ディスプレイコントローラ６４は、適切な警告をディスプレイ４２上で与える。また、ディスプレイコントローラ６４は、ハンドピース制御装置のハンドピースセンサによって生成された任意の信号に基づいて、ハンドピース３４の作動を抑制する。これは、これらの制御装置を用いると故障が存在することを高い電流ＨＰ ＲＥＦ信号が示すことが想定されるからである。
【０１９０】
また、ハンドピースインタフェース７０はハンドピース電源４８０も含む。電源４８０は電力信号をハンドピースに対して供給する（ＨＰ ＰＷＲ信号）。この信号は、電力を必要とし得るモータ３６以外のハンドピース内の任意の装置が利用できる。そのような装置は、手術ナビゲーションシステムの一部である送信ユニットであってもよい。
【０１９１】
ＨＰ ＤＥＶｘ接続部を介したハンドピース装置からのアナログ信号は、該接続部から、３つの直列に接続されたレジスタ４８２、４８４および４８６を含むＲＣフィルタを介して伝わる。また、このフィルタはコンデンサ４８８および４９０も含む。コンデンサ４８８はレジスタ４８２および４８４の接合部とグランドとの間に結合されている。コンデンサ４９０はレジスタ４８４および４８６の接合部とグランドとの間に結合されている。
【０１９２】
図３５Ｂから分かるように、ＨＰ ＤＥＶｘ接続部は、レジスタ４９４を介してバッファ増幅器４９２の反転入力に対しても取り付けられている。バッファ増幅器の非反転入力はデジタル−アナログ変換器４７４に対して接続されている。ディスプレイコントローラ６４から受けられる命令に基づいて接続された装置からアナログ信号が受けられるべきであることをハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２のデータが示すと、インタフェースコントローラ４７０が回路を設定する。具体的には、インタフェースコントローラ４７０により、デジタル−アナログ変換器４７４は、増幅器４９２を無効にする該増幅器の非反転入力への信号をアサートする。増幅器は回路の外側にあるため、信号はＨＰ ＤＥＶｘ接続部からＲＣフィルタへのみ流れる。
【０１９３】
ＲＣフィルタからの信号、すなわち、レジスタ４８６から出る信号は、コントローラ４７０による処理のためコントローラのアナログ−デジタル変換器４７２に対して印加される。
【０１９４】
インタフェース７０がアナログ信号をハンドピース装置に対して出力すべき場合には、コントローラ４７０がバッファ増幅器４９２を作動させる。信号のデジタル化バージョンはコントローラ４７０からデジタル−アナログ変換器４７４へと出力される。変換器４７４によって生成されるアナログ信号はバッファ増幅器４９２の非反転入力に対して印加される。なお、増幅器４９２の非反転入力とグランドとの間にはプルダウンレジスタ４９６も結合されている。
【０１９５】
増幅器４９２からのアナログ信号はダイオード４９８を介してＨＰ ＤＥＶｘ接続部に対して印加される。
【０１９６】
インタフェース７０へのデジタル信号は、アナログ入力信号と同じ導電経路をとってＨＰ ＤＥＶｘ接続部からコントローラ４７０へと向かう。デジタル信号が受けられると、コントローラ４７０はそのアナログ−デジタル変換器４７２を無効にする。その結果、入力信号がデジタル信号として処理される。
【０１９７】
インタフェースによって送られたデジタル信号は、アナログ信号を正常に受けるコントローラ端子を介してコントローラ４７０により送られる。したがって、デジタル出力信号は、レジスタ４８６、４８４および４８２を通ってＨＰ ＤＥＶｘ接続部へと至る。
【０１９８】
図３４Ｂには２つの定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）５００が示されており、これらの定電圧ダイオードは５  ＶＤＣバスとグランドとの間で逆バイアス接続されている。ダイオード５００間の接合部はレジスタ４８２および４８４間の接合部に対して接続されている。同様に、２つのダイオード５０２が５  ＶＤＣバスとグランドとの間に直列に接続されて逆バイアスされている。ダイオード５０２は、それらの共通の接合部で、バッファ増幅器４９２の反転入力に対して接続されている。したがって、ダイオード５００および５０２はインタフェースのための電圧保護を行なう。
【０１９９】
本発明の幾つかのバージョンにおいては、ＨＰ−ＤＥＶｘ接続部とインタフェース回路との間にリレーが接続されてもよい。このリレーは、作動されると、リレーをＲＦＩＤインタフェース７８に対して取り付ける。したがって、このリレーは、ハンドピースの構成要素が該ハンドピースに関連するＲＦＩＤと信号を誘導的にやりとりするようにされたアンテナである場合にはＨＰ ＤＥＶｘ接続部をＲＦＩＤインタフェース７８に対して接続するように作動される。
【０２００】
言うまでも無く、本発明のシステム３０の他の特徴は、ディスプレイコントローラ６４、モータコントローラ２２４、ＦＰＧＡ  ２２８が全体的に再プログラム可能であるという点である。例えば、１３９４インタフェース６８を介して命令を入力することにより、ＰＩＤモジュール４０６および４１４のアルゴリズムをかなり修正することができる。したがって、１つ以上のモータドライブ・検出回路２１０をリセットしてダイレクトドライブモードで動作することができ或いはオープンループ制御を行なうことができる。同様に、１つ以上のモータドライブ・検出回路２１０を再プログラムして、モータを含まない電力を消費する構成要素を有するハンドピース３４に対して給電信号を供給することができる。そのようなハンドピースは、ＲＦ切除器具、発光装置、電気焼灼装置、および、超音波組織形成アクセサリを駆動する装置を含む。
【０２０１】
また、本発明のシステム３０は、１つのハンドピース３４に対して供給される電力をコンソール３２が必要に応じて一時的に減少させるように構成されている。本発明のこのバージョンにおいて、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２は電力共有フラグを有する。このフラグは、それが与えられると、前述した様式でハンドピースを動作させることができることを示す。すなわち、電源９０に対する要求が電源が供給できる電力を超え始めそうな場合には、ハンドピースへの給電を一瞬停止させて、ハンドピースにより引き出される全体の電力を減少させることができる。図２７に戻ると分かるように、このフラグはフィールド５４０に存在し／存在しない。フラグの状態は、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２から読み取られる他のデータと共に読み取られる。
【０２０２】
本発明のこのバージョンにおいて、ディスプレイコントローラ６４は、取り付けられた各ハンドピースが潜在的に引き出すことができる最大電力量を示すデータを記憶する。これらのデータは、ディスプレイコントローラ６４に関連付けられた図３６に表わされる３つのフィールド５４２ａ、５４２ｂおよび５４２ｃに記憶される。また、ディスプレイコントローラ６４は、任意の瞬間に現在作動されているハンドピースにより引き出すことができる想定し得る最大電力を示すデータをフィールド５４４に記憶する。以下で明らかな理由により、２つのドライバ２１０だけを伴う本発明のバージョンにおいて、これらのデータは、現在作動しているハンドピースに関連する１つのフィールド５４２ａ、５４２ｂまたは５４２ｃへの単なるポインタであってもよい。そのような状況において、ポインタは、ハンドピースが作動されていないときはゼロの値を有する。
【０２０３】
ここで、図３７を参照することにより、電力共有誘導電流障害に晒される可能性がないハンドピースをモータドライバが作動させるプロセスについて説明する。最初に、ステップ５４８において、ディスプレイコントローラ６４は、外科医が特定のハンドピース ｘを使用したい旨の表示を受ける。ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２の電力共有フラグフィールド５４０から読み取られるデータに基づいて、ディスプレイコントローラ６４は、ハンドピース電力消費モジュールを電力共有状態で動作させることができるかどうかを判定する（ステップ５５０）。ハンドピースをそのように動作させることができる場合、ディスプレイコントローラ６４は、ステップ５５２において、ハンドピースを作動させることができるように従来の初期化パケットをモータプロセッサ２２４に対して送る。その後、ＰＳＩ ＬＭＴ信号がアサートされる場合には、前述したように、ハンドピースに対して印加される電力が瞬間的に打ち消されてもよい。
【０２０４】
しかしながら、電力共有モードでハンドピースを作動させることができないことをフィールド５４０内のフラグが示している場合には、ＰＳＩ制限モジュール４３０がステップ５５４へ移行する。ステップ５５４において、ＰＳＩ制限モジュール４３０は、現在作動されている１または複数のハンドピースが引き出すことができる最大電力を示すフィールド５４４内のデータと、この新たなハンドピースが引き出すことができる最大電力を示すフィールド５４２ｘ内のデータとに基づいて、全てのハンドピースにおける新たな想定し得る最大電力引き込みレベルを判定する。ステップ５５６において、この電力引き込みレベルは、電源９０が生成できる最大電力と比較される。
【０２０５】
作動されているハンドピースが引き出すことができる想定し得る全電力がその量の範囲内にあることをステップ５５６の比較が示す場合、電源は電力を供給できる（ステップ５５２）。全体的に、作動されているハンドピースが引き込み得る電力量は電源９０が供給し得る量を下回るため、ＰＳＩ ＬＭＴ信号がアサートされる可能性はない。このことは、ハンドピースが電力共有動作を受けなくて済むことを意味している。
【０２０６】
あるいは、ステップ５５６では、場合によっては、新たに作動されるハンドピースを含むハンドピースが引き込み得る全電力が電源９０の供給できる量を超えることが判定されてもよい。この場合、ディスプレイコントローラは、新たに取り付けられたハンドピースに給電するためのプロセスを開始するために初期化パケットを出力しない。この期待はずれの事象がステップ５５８により表わされている。ハンドピースの作動を禁止するプロセスの一環として、ディスプレイコントローラ６４は、ハンドピースが作動しなかった理由を述べるメッセージをディスプレイ４２上で生成してもよい。
【０２０７】
最終的に、既に作動されているハンドピースの動作が停止される（ステップ５６０）。この事象が起こると、ディスプレイコントローラは、フィールド５４２内に記憶されたデータを修正して、現在動作しているハンドピースにより引き出される想定し得る電流を反映させる。先と同様に、２つのドライバ２１０だけが存在する場合には、この電流はゼロである。
【０２０８】
ステップ５５４および５５６が再実行される。今回はステップ５５６が実行される。ディスプレイコントローラは、電力を共有できないハンドピースが引き出し得る全ての電力を電源９０が供給できることを判定する。したがって、ステップ５５２が実行される。
【０２０９】
また、電力を共有できないハンドピースに対して給電信号が供給される間に同様のプロセスがディスプレイコントローラ６４により実行されることは言うまでもない。ここで、現在動作しているハンドピースが必要とするかもしれない電力を電源が供給できるかどうかを判定するために、ステップ５５４と同じステップが実行される。この判定が否定的であると、新たに作動されるハンドピースが電力を共有できる場合であっても、ディスプレイコントローラ６４は新たに作動されるハンドピースの動作を禁止する。新たなハンドピースの動作は、電力を共有できないハンドピースの動作が停止されるまで禁止されたままである。
【０２１０】
本発明のこのバージョンの利点は、電力共有プロセスの瞬時の電力制限を受けるはずがないハンドピースがそのように電力制限されるようにするという点である。
【０２１１】
さらに、本発明のシステム３０は、プログラムされた電流制限給電信号を特定の大型の電力消費する外科用ハンドピース３４に対して供給するように構成されている。多くの場合、このタイプのハンドピースには、バッテリから給電電荷が供給される。電力を供給するためにバッテリを使用することは利点を与えるが、１つの制限は、バッテリがそのセル内に蓄えられた電力しか供給できないという点である。バッテリの電荷が使い果たされると、ハンドピースの連続使用が望まれる場合には、バッテリを取り外して交換するために外科処置が中断される。
【０２１２】
したがって、一部の外科医は、「コード付きバッテリパック」５６０として知られる装置を用いてこのタイプのハンドピースに給電することを好む。ここで、このコード付きバッテリパックを図３８の概略図に関して説明する。バッテリパック５６０はステップダウントランス５６２を含む。トランス５６２の一次巻線の両端にはＨブリッジ２１２からのＭ１Ｐ端子およびＭ２Ｐ端子が結合されている。トランス５６２の二次巻線には整流器５６４が接続されている。整流器５６４の出力信号は、リップルが減少されたＤＣ給電信号である。この信号は、バッテリパック５６０が取り付けられるハンドピース３４に対して給電信号として印加される。幾つかのバッテリパック５６０は１０  ＶＤＣ給電信号を出力するように構成されている。
【０２１３】
バッテリパック５６０は、Ｈブリッジ２１２のＭ３Ｐ端子を介して与えることができる電力接続またはグランド接続を使用しない。したがって、バッテリパック５６０に対する給電信号の印加中、Ｍ３Ｐ端子はバッテリパック５６０に対して接続されない。
【０２１４】
給電信号は、ＨブリッジのＭ１Ｐ端子およびＭ２Ｐ端子を介したトランス巻線への電力接続およびグランド接続を交互に且つ連続的に確立するために印加される。図３９Ａおよび図３９Ｂは、これらの接続が確立されるシーケンスを示している。図３９Ａは、１つの端子、すなわち、例えば４０  ＶＤＣ給電ラインとグランドとの間Ｍ１Ｐ端子のＨブリッジ接続を表わしている。図３９Ｂは、第２の端子、例えばＭ２Ｐ端子の接続を表わしている。図３９Ｂのパルス５６６、５７０、５７４および５７８は、４０  ＶＤＣ電力信号がＭ２Ｐ端子を介してトランス５６２に印加される時間帯を表わしている。これらの時間においては、図３９Ａの波形により示されるように、トランス５６２の一次巻線の対向する端部がＭ１Ｐ端子を介してグランドに結合される。電力信号がＭ２Ｐ端子を介してトランス５６２に印加される時間同士の間で、電力信号がＭ１Ｐ端子を介してトランスに印加される。これが図３９Ａのパルス５６８、５７２および５７６により表わされている。これらの時間において、Ｈブリッジ２１２は、Ｍ２Ｐ端子を介してトランス一次巻線間にグランド接続を確立する。
【０２１５】
また、ＭｘＰ端子のうちの第１の端子を介した４０  ＶＤＣ電力レールからのトランス５６２の各切断が、第２のＭｘＰ端子を介した電力レールへの同時接続を伴わないことが分かる。その代わり、電流がトランス５６２を流れる第１の方向をとる時間と電流が反対方向に流れ始める時間との間には不感時間が存在する。図３９Ａでは、破線５８０（パルス５６６が終わる時間）とパルス５６８の開始との間の時間がこれらの不感時間のうちの１つを表わしている。図３９Ｂでは、破線５８２（パルス５６８が終わる時間）とパルス５７０の開始との間の時間が第２の不感時間を表わしている。
【０２１６】
図示しないが、コード付きバッテリ５６０がハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２と同様のＮＯＶＲＡＭを有することは言うまでもない。バッテリＮＯＶＲＡＭ内のデータは、バッテリに給電信号を供給するために関連するＨブリッジ２１２のＭ１Ｐ端子およびＭ２Ｐ端子だけが電源ラインとグランドとの間でトグルされることを示す命令を含む。図４０により示されるように、コード付きバッテリのＮＯＶＲＡＭ内にもスイッチング周波数データフィールドおよび不感時間データフィールド５８８および５９０がそれぞれある。スイッチング周波数フィールド５８８は、給電信号がトランス５６２に対して印加されるべき周波数を示すデータを含む。不感時間フィールド５９０は、トランス一次巻線の一端が電源ラインに結合される連続する期間同士の間の不感時間ＴDEAD TIMEの期間を示すデータを含む。これらのデータは、バッテリＮＯＶＲＡＭから取り出される他のデータと同様に、コード付きバッテリ５６０が最初にコントロールコンソール３２に対して取り付けられるときにディスプレイコントローラ６４により記憶される。
【０２１７】
コード付きバッテリに対する給電信号の印加を開始するためにディスプレイコントローラ６４がモータプロセッサ２２４に対して初期化パケットを送るときに、スイッチング周波数データおよび不感時間データが含められる。これらのデータに基づいて、モータプロセッサ２２４は各パルス５６６〜５７８がアサートされるべき期間ＴPULSEを判定する。最初に、スイッチング周波数データに基づいて、モータプロセッサ２２４は、給電信号がＭ１Ｐ端子およびＭ２Ｐ端子の両方からトランス５６２に対して印加されるべき１つのシーケンスにおけるサイクル時間ＴCYLCLEを判定する。各パルスにおける時間は以下の式にしたがって判定される。
ＴPULSE＝．５（ＴCYLCLE−２ＴDEAD TIME）
【０２１８】
ＴPULSE値およびＴDEAD TIME値は、その後、コード付きバッテリ５６０に対する給電信号の印加に関与するＦＰＧＡ  ２２８へ送られる。これらのデータに基づいて、ＦＰＧＡは、トランス巻線の対向する端部がＭ１Ｐ端子およびＭ２Ｐ端子を介して電源レールおよびグランドに適切な順序で結合されるようにする。
【０２１９】
本発明のシステム３０のこの特徴により、コントロールコンソール３２は、トランスにより必要とされる高出力の給電信号を該トランスに最も適した順序で印加することができる。そのようなトランスは、コード付きバッテリなどの装置に配置される以外に、電動外科用ハンドピース自体の内部に収容されてもよい。
【０２２０】
また、本発明のコントロールコンソール３２は、トランス５６２により引き出される電流を監視して調整する。具体的には、トランス５６２の一次巻線を流れる電流は、ＩＳＥＮＳＥ信号のＯＶＥＲＬＩＰ／ＯＶＥＲＬＩＮバージョンを監視することにより監視される。この信号はＦＰＧＡモジュール４１９によって監視される。図３９Ｃは電流波形を示している。この図は多数の波形６０２〜６１４を含む。各波形６０２〜６１４は、給電パルス５６６〜５７８のそれぞれのうちの別個の１つのパルス中においてトランス５６２を流れる電流に対応している。また、１つの波形６０２〜６１４の開始とそれに続く波形の開始との間に僅かなタイムギャップが存在するのが分かる。これは、各給電パルス５６６〜５７８間の不感時間期間の存在を反映している。
【０２２１】
図４０を参照すると、コード付きバッテリメモリも最大電流フィールド６１６を含むのが分かる。フィールド６１６は、トランスを通じて電流を流すことができる最大値を表わす値を示すデータを含む。これらのデータは、初期化パケットの一部としてモータプロセッサ２２４に対して供給されるデータの一部である。
【０２２２】
最大電流フィールド５８２内のデータに基づいて、モータプロセッサ２２４は、信号給電パルス中にトランス５９２が引き出すべき最大全電流における値、すなわち、図３９ＣのＩMAXを判定する。モジュール４１９は、電流波形６０２〜６１４のレベルを連続的に監視して、これらのうちの任意のレベルがＩMAXレベルに達したか否かを見る。図３９Ｃには、波形６１０、すなわち、図３９Ｂのパルス５７４に関連する波形がＩMAXレベルに達するように示されている。これが起こると、モジュール４１９は、トランスをグランドへの電源レールに結合するＨブリッジＭｘＰ端子を直ぐに開く。図３９Ｂにおいて、これは、パルス５７４がパルス５６６、５７０および５７８よりも短い期間を有するという点で分かる。モジュール４１９は、端子が電源レールに結合される期間およびその後のデッドタイム期間の両方の終結にわたってＭｘＰを開いた状態に保持し続ける。その後、正常にスケジュールされた時間に、第２のＭｘＰ端子が電源レールに対して結合される。これは、図３９Ａにおいて、パルス５７２および５７６の開始同士の間の時間がパルス５６８および５７２の開始同士の間の時間と等しいという点で分かる。
【０２２３】
したがって、本発明のコンソール３２は、トランス５６２などの装置に対してより多くの電力を印加する。また、コンソール３２は、装置に対して供給される電力量が装置が消費するようになっている電力量を超えないようにすることができる。また、装置が電力を消費できるその能力の限界で電力を連続的に引き出そうとする場合、コンソールは、装置に対して供給されるべき周波数で電力を供給し続ける。
【０２２４】
また、本発明のコントロールコンソール３２は、事象の重大性に応じてハンドピース３２の作動中に起こる想定外の事象に応答するように構成されている。図４１は、エラーと呼ばれる事象の発生に関する情報の受信時にコンソールがどのように応答するかについてのフローチャートである。ステップ６２０において、モータコントローラ８６は、エラーの発生とエラーのタイプを特定するコードとをディスプレイコントローラに対して報告する。ステップ６２２において、ディスプレイコントローラ６４は、エラーが、「警告」するためのもっとも軽微なエラーであるどうかを判定する。このタイプのエラーは、コンソール３２またはハンドピース３４のいずれかを損傷させない事象タイプのエラーである。１つのそのような警告タイプのエラーは、ハンドピース３４が引き出すことが意図されている電力よりも多くの電力を引き出してしまうことである。ステップ６２２において、エラーが警告タイプのエラーであると判断されると、ディスプレイコントローラは、ステップ６２４において、エラーの発生を記録する。ディスプレイコントローラはハンドピースの動作を中断させない。
【０２２５】
次に高いレベルのエラーは「故障」エラーである。このタイプのエラーはコンソールまたはハンドピースを即座に損傷させる可能性がある。故障タイプのエラーの例は、ハンドピースの電力消費ユニット両端間の電圧のかなりの降下またはモータコントローラ８６で生じるゼロによる除算（ｄｉｖｉｄｅ−ｂｙ−ｚｅｒｏ）事象である。ステップ６２６は、発生したエラーが故障エラーであったかどうかをディスプレイコントローラ６４がエラーコードに基づいて判定することを示している。エラーが故障エラーである場合には、ステップ６２８において、エラーの発生が記録される。また、そのエラーに関連するハンドピースの作動停止もステップ６２８の一環として示されている。
【０２２６】
ステップ６３０において、ディスプレイコンソールは、エラーが発生したこと及びハンドピースが再始動される場合にはハンドピースがサイクルをオフした後に再びサイクルをオンしなければならないことを示すデータをディスプレイ４２上で与える。ステップ６３２は、動作を調整するために使用されるスイッチのサイクルが生じるのを待つことを表わしている。ハンドピース制御スイッチがそのように作動されると、ディスプレイコントローラ６４によりハンドピースを再び作動させることができる（ステップ６３４）。
【０２２７】
エラーが警告エラーでも故障エラーでもない場合には、エラーは最も重大なタイプのエラー、すなわちロックダウンエラーである。そのようなエラーの例は、ＦＥＴ  ２４２および２４４が無効にされるものや或いはリレー３０４および３０６が動かなくなるものである。ステップ６２２および６２６の検査がいずれも偽であると、デフォルトにより、エラーがロックダウンエラーとなる。この場合、ステップ６３８において、ディスプレイコントローラ６４がエラーを記録する。ステップ６３８によって更に示されるように、ディスプレイコントローラ６４によって、取り付けられた任意のハンドピースへの給電が禁止される。また、ディスプレイコントローラ６４は、術者に対してエラーを知らせる適切な画像をディスプレイ４２上に与える。術者は、パワーダウンによりコンソールをサイクルさせた後にコンソールバックアップに給電することによりエラーを除去するように促される。ステップ６４２は、この事象が発生するのをコンソール３２が待つことを表わしている。ステップ６４４は、コンソール３２のその後の再初期化を表わしている（十中八九であるが、ロックダウンタイプのエラーは、コンソールのＯＦＦおよびＯＮのサイクルによって改善できないハードウェア問題に起因している）。
【０２２８】
したがって、コンソール３２は、更に、エラーの発生に応じてとられる行動がエラーの重大性に応じたものとなるように構成されている。軽微なエラーによっては、エラー源であったかもしれないハンドピースの作動は中断しない。コンソールは、ハンドピースの瞬間的なサイクルＯＦＦおよびサイクルＯＮによって中間レベルのエラーを修正できるかどうかを判定するための機会を術者に与える。大きなエラーが発生する場合にだけ、コンソールは、コンソールのバックアップの完全なパワーダウンおよび給電を必要とする。
【０２２９】
また、コンソールは、エラーが発生した時期、エラーのタイプ、および、エラーが関連するハンドピースを記録する。これは、特定のエラー源を特定するための能力をメンテナンス者に与える。
【０２３０】
ハンドピースが振動モードで動作する際、本発明のコントロールコンソール３２は、モータ回転および時間の両方に応じて任意の所与の方向でモータ３６を動作させるべき期間を調整する。背景として、シェーバなどの幾つかの外科用ハンドピースが振動モードで動作されることは言うまでもない。このモードにおいて、モータ３６および取り付けられた切断アクセサリ３５は、第１の方向で作動された後、逆方向で作動される。その後、サイクルが繰り返される。この動作は望ましいため、切断アクセサリ３５は、やがて、アクセサリが適用される組織の部位を摘出することができる。
【０２３１】
ここで、図４２のフローチャートを参照することにより、モータプロセッサ２２４がモータを所与の方向で動かすように作動させる時間を調整するプロセスを、モータが振動モードで作動される場合について説明する。初期化ステップ６５６において、モータプロセッサ２２４は、必要な数のシャフト回転を行なうためにモータ３６を利用すべき期間の基本的な判定を行なう。この判定への入力変数は、モータシャフトが所与の１つの方向サイクルで回転すべき回転数、モータシャフトが回転する速度、モータ加速度である。これらの入力変数は、医師による任意の調整に基づくハンドピースのためのデフォルト設定に基づいている。これらの調整は、ハンドピースが振動モードで駆動されるべきときのハンドピースにおける速度設定を含んでもよい。
【０２３２】
図４３のプロット６５７は、期待される作動時間を判定するために前記変数がどのように使用されるのかを図式的に示している。プロットの最初の部分、すなわち湾曲部分６５８は、モータロータがゼロ速度状態から設定速度状態まで加速するときの経時的なモータロータの回転度合い、すなわち回転数を表わしている。プロット６５７の直線部分６６０は、モータが設定速度状態にあるときのモータの経時的な回転数を表わしている。したがって、これらの変数が示すデータおよびモータロータが回転すべき回転数に基づいて、モータプロセッサ２２４は、期待される数の回転を行なうためにモータが作動されるべき総時間ＴROTATEを判定する。
【０２３３】
ＴROTATEが計算されると、ステップ６６４において、モータプロセッサは、該時間に対して補償係数を掛け合わせ、補償回転時間ＴCOMP ROTATEを判定する。この補償係数は１よりも大きい。本発明の幾つかのバージョンにおいて、この係数はハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２のフィールド６６５（図２７）内に記憶されている。この補償は、切断される組織の抵抗がモータロータを回転させるのに要する時間を遅くする可能性があるために起こる。
【０２３４】
ステップ６６６においては、モータが作動される。ステップ６６８において、モータプロセッサ２２４は、モータロータが受ける両方の回転数を監視する。巻線２３４がまわされる整流の数を数えることにより回転カウントが監視されることは言うまでもない。また、ステップ６６８において、モータプロセッサ２２４は、モータが作動される時間を監視する。ステップ６７０において、モータプロセッサは、ステップ６６８の監視に基づいてモータロータが設定数の回転を受けたかどうかを判定する。ステップ６７０の評価が真である場合、ステップ６７２において、モータプロセッサ２２４は、モータを停止させるとともに、モータロータの回転方向を逆転させる。その後、シーケンスが繰り返される。
【０２３５】
ステップ６７０の評価が偽である場合、ステップ６７４において、モータプロセッサ２２４は、モータが作動される時間が補償された回転時間に等しいか或いは該回転時間よりも長いかどうかを判定するために検査する。この検査が否定的である場合には、ステップ６６８、６７０および６７４が再度実行される。
【０２３６】
しかしながら、ステップ６７４において、補償された期待時間を越えてモータが１つの方向で動作したとモータプロセッサ２２４が判断する場合には、ステップ６７２が実行される。
【０２３７】
したがって、シェーバなどの振動する切断アクセサリが摘出の難しい組織の部位に当接する場合、該アクセサリは組織に突き刺さった状態にならない。その代わり、本発明のシステム３０は、切断アクセサリがこの障害に晒されるときにアクセサリが方向を変えるように構成されている。これは、閉塞性組織の両側に対する切断アクセサリの反復振動により経時的に組織を摘出できる可能性を増大させる。
【０２３８】
また、本発明のシステム３０は、ハンドピースを作動させるために給電信号がハンドピースモータ３６に対して印加される初期期間中にハンドピースがその通常の限界を超えるトルクを生み出すことができるように構成されている。
【０２３９】
通常、引用することにより本明細書の一部をなすものとする米国特許第６，０１７，３５４号に記載されるように、ハンドピースが任意の瞬間に取り出すことができるトルク量はモータ速度の関数である。一般に、ハンドピースモータの瞬間速度とハンドピースが生み出すことができる瞬間トルク量との間には逆の関係がある。始動時、体液および僅かな組織の存在により、切断アクセサリの構成要素は、かなりの大きさの静止摩擦に晒される場合がある。また、始動時、切断アクセサリに直ぐ隣接する組織が切断アクセサリの動きに対してかなりの大きさの抵抗を付与する場合がある。これらの状態のいずれか或いは両方が存在することにより、ハンドピースモータは、始動時、切断アクセサリをその待機位置から動かすことができるようにかなりの量のトルクを供給する必要がある。しかしながら、ハンドピースモータ３６が引き出すことができるトルク量をコントロールコンソールが制限する場合、コンソールは、切断アクセサリを最初に移動させるために必要な電力をハンドピースモータに対して供給しなくてもよい。
【０２４０】
本発明のシステム３０は、給電信号の印加の開始後の限られた時間にわたってモータ３６がモータトルクを生成でき且つモータが引き出すことができる電流よりも大きい電流を引き出すことができるようにすることにより、ハンドピース作動のこの妨げを克服する。モータが引き出すことができる更なるトルク量は、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２のメモリの始動トルクフィールド６７８（図２７）から得られる。モータがこの過剰なトルクを生成できる期間は、始動トルクタイムアウトフィールド６８０から得られる（ＴTRO TIME OUT）。一般に、モータが高い初期トルクを生み出すことができる期間は始動後の１０ミリ秒〜１秒の間である。本発明の幾つかの方法において、この始動期間は最大で３秒持続してもよい。
【０２４１】
図４４のプロット６８４はこの関係を図式的に表わしている。線分６８６は、ハンドピースモータが引き出すことができる電流の最大量、すなわち、給電信号が最初に印加された直後にモータが生み出すことができるトルクを図式的に表わしている。時間ＴTRO TIME OUTの後、ハンドピースが生み出すことができるトルク量は線分６８８で表わされる低いレベルまで降下する。この許容された電力出力の増大は、ディスプレイコントローラの結果として時間制限が生じる前で且つ時間ＴTRO TIME OUT後に初期化パケットおよびその後の速度セットポイントパケットの状態でハンドピースが更に高い電流を引き出すことができることを示すデータをディスプレイコントローラがモータプロセッサ２２４に送るために生じるものである。時間ＴTRO TIME OUTの後、ディスプレイコントローラは、速度セットポイントパケットを、モータ速度の関数である電流制限と共に送る。
【０２４２】
また、コントロールコンソール３２は、マルチプレクサ２２２内にリレー３０４および３０６を事前に配置するように構成されている。リレーの構成は、図４５に示されるリレーの１組の概略図から分かる。ここで、リレー３０４ａおよび３０６ａは、Ｄｒｉｖｅｒ  １  Ｍ１Ｐ端子からソケットＳ１、Ｓ２およびＳ３のＭ１接続部までの接続を確立するリレーとして示されている。リレー３０４ｂおよび３０６ｂは、Ｄｒｉｖｅｒ  ２  Ｍ１Ｐから同じソケットＭ１接続部までの接続を確立するリレーとして示されている。ここで、リレー３０６ａおよび３０６ｂの状態が逆転されているのが分かる。リレー３０６ａが定常状態である場合、該リレーは、Ｓ１ソケットのＭ１接続部への接続を確立する。リレー３０６ｂが定常状態である場合、該リレーは、Ｓ２ソケットのＭ１接続部への接続を確立する。これにより、起動時には、ドライバが互いに接続されない。
【０２４３】
図４６は、コンソール３２のリレーシーケンスのフローチャートである。ステップ６９４において、モータプロセッサ２２４は、ドライバ１に関連付けられるリレー３０４ａがソケットＳ３への接続を確立するように切り換えられたか否かを判定する。モータプロセッサ２２４は、ドライバ２を監視し続けて、該ドライバが残りの２つのソケットのうちのどのソケットＳ１またはＳ２に対して接続されるのかを判定する。特に、モータプロセッサは、ドライバ２を監視して、該ドライバが接続されるかどうか或いはソケットＳ１に対して接続された状態になっているかどうかを判定する（ステップ６９６）。ドライバ２がソケットＳ１に接続された状態になっている場合には、ステップ６９８において、モータプロセッサにより、ドライバ１の一部であるＦＰＧＡがリレー３０６ａを自動的に作動させ、そのため、該リレーがソケットＳ２に結合される。
【０２４４】
リレー３０６ａがそのように事前に配置されなかった場合には、ソケットＳ２に取り付けられた外科用ハンドピース３４を作動させるためにドライバ１が次に直ぐに使用されると、以下の事象が起こる。リレー３０４ａおよび３０６ａがこの接続を確立するように切り換わる。リレー３０６ｂがリセットする前にリレー３０４ａがリセットを確立する場合には、瞬間的に、ドライバ１およびドライバ２の両方がソケットＳ１に接続される。これにより、ドライバ２によって出力される給電信号がドライバ１に印加される。明らかに、そのような信号フローはコントロールコンソール３２を損傷させる可能性がある。
【０２４５】
しかしながら、本発明のコントロールコンソール３２の前記スイッチングプロセスは、この事象の可能性を回避する。ステップ６９８の実行により、リレー３０６ｂが既にソケットＳ２に対して接続されている。したがって、ソケットＳ３に取り付けられたハンドピースへの給電からソケットＳ１に取り付けられたハンドピースへの給電へと切り換えるためのコマンドをドライバ１が受けると、リレー３０４ａのリセットにより直ちに適切な新たな接続が確立される。マルチプレクサ接続がドライバ１とソケットＳ１との間に瞬間的に且つ潜在的に損害を与える接続を確立する可能性はない。
【０２４６】
モータプロセッサ２２４が残りのＭｘＰ〜Ｍｘ接続のために図４６のフローチャートのプロセスのバリエーションを実行することを理解すべきである。したがって、ドライバ２がソケットＳ３へ切り換えられる場合、モータプロセッサ２２４は、ドライバ１がソケットＳ２に対して接続されるか否かを監視する。この評価が肯定的である場合、リレー３０６ｂがソケットＳ１に対して接続される。したがって、ドライバ２がソケットＳ１を介して次に給電信号を印加すべき場合には、リレー３０４ｂだけを切り換える必要がある。リレー３０４ｂおよび３０６ｂのサイクルによりドライバ２が瞬時にソケットＳ２に接続される（一方、ドライバ１は同じソケットに接続される）可能性が排除される。
【０２４７】
また、本発明のコントロールコンソール３２は、第１の速度と更に低い第２の速度との間でハンドピースモータ３６が減速されるときに制動信号をモータに対して印加するように構成されている。具体的には、本発明のこのバージョンにおいて、ＳＣ  ＰＩＤモジュール４０６により使用されるアルゴリズムは、実際の速度および１００％（フル加速度）から−１００％（フルブレーキ）まで変化する速度セットポイントに基づいて信号を出力する。
【０２４８】
図４７Ａは、本発明にしたがって制動信号を出力する１つの方法を示している。具体的には、ハンドピースモータ３６の実際の速度が速度セットポイントよりも低い状態では、速度制御ＰＩＤモジュール４０６は、モータの加速を引き起こすために駆動信号を出力する。厳密型の駆動信号、すなわち、ライト、フル、中間は、実際の速度と速度セットポイントとの間の差の関数である。モータ３６の実際の速度がセットポイント速度よりも大きい場合、速度制御ＰＩＤモジュール４０６は、モータのライトブレーキからフルブレーキまでの任意のブレーキを引き起こすための信号を出力してもよい。後述するように、２つの速度にほんの僅かな違いが存在する場合、ＰＩＤモジュール４０６は、ＦＰＧＡに対する駆動信号の比率を実際に減少させるだけでもよい。速度の違いが僅かに大きい場合、モジュール４０６は、駆動信号および制動信号のいずれもアサートしなくてよい。代わりに、モジュール４０６は、モータを惰行運転させる信号をアサートする。実際の速度とセットポイント速度との間の差が増大するにつれて、速度制御ＰＩＤモジュール４０６は、モータ３６の制動を引き起こすためのコマンド信号を出力する。また、制動の程度は、モータの実際の速度と更に低いが０ＲＰＭよりも大きい外科医が設定する速度との間の差の大きさの関数である。
【０２４９】
本発明のこのバージョンにおいては、実際のモータ速度がセットポイント速度と一致するときだけ、速度制御ＰＩＤモジュールが惰行運転信号を出力する。これらは、給電信号および制動信号のいずれもモータ巻線に対する接続を引き起こさない信号である。その代わり、暗示されるように、モータを惰行運転することができる。
【０２５０】
図４７Ｂは、制動コマンド信号がアサートされる時期を判定するための第２のプロセスを示している。このプロセスでは、モータ速度が僅かにセットポイント速度よりも低い状態にハンドピースモータがあると、モータを惰行運転させることができる。したがって、外科医がモータ速度をほんの僅かだけ減少させる場合には、速度制御ＰＩＤモジュール４０６は、モータが新たな低い速度まで惰行運転できる信号を生成する。これにより、モータロータが制動される場合に達成することが難しいかもしれないモータの減速さえ可能となる。
【０２５１】
しかしながら、モータ速度がロータ速度よりもかなり大きい状況では、速度制御ＰＩＤモジュールが前述したように制動を引き起こすためのコマンド信号をアサートする。
【０２５２】
両方のプロセスにおいて、制動コマンド信号モジュール４０６がライトブレーキ信号時に変化してもよいことは言うまでもない。図４７Ａにより示される本発明の幾つかのバージョンにおいて、初期のライトブレーキコマンド信号は、コンソールが適用できる最も小さい制動量を引き起こす。図４７Ｂにより示されるように、速度制御ＰＩＤモジュールは、ライトブレーキ信号を生成するときに、最小制動量よりも大きい制動量を引き起こすコマンド信号を生成してもよい。これは、図４７Ｂのプロセスのようにモータの実際の速度と速度セットポイントとの間にかなりの違いがある場合にかなり望ましい。
【０２５３】
ハンドピースＮＯＶＲＡＭから読み取られるデータ（データは図示せず）は、駆動信号および制動信号を生成するために速度制御ＰＩＤがどのプロセスを使用するのかを判定するための命令、駆動コマンド信号および制動コマンド信号をいずれも生成できない任意の速度デッドゾーンの範囲を判定するための命令、および実際のモータ速度とセットポイント速度との間の差に応じて生成されるべきコマンド信号のタイプすなわちライト／中間／フルを判定するための命令を含むことができる。また、適用される制動量は緩やかであり段階的な量ではないことは言うまでもない。
【０２５４】
簡単に前述したように、モータの実際の速度が速度セットポイントを上回るという事実によって、全ての場合に、モータを惰行運転させ或いは制動に晒す信号を速度制御ＰＩＤモジュールが出力するとは限らない。例えば、外科医が実際の速度よりも僅かに低い速度セットポイントで動作させるようにハンドピース速度を設定する場合、速度制御ＰＩＤモジュールは、３０％駆動率から２０％駆動率へ駆動信号をリセットするだけにより応答してもよい。この場合には、惰行運転も制動もない。モータの実際の速度が速度セットポイントをかなり上回る状況では、速度制御ＰＩＤモジュールは、惰行運転を引き起こすための信号すなわち０％信号または制動信号＜０％信号を生成する。速度制御ＰＩＤモジュールが行なう補償の程度は、ハンドピースのためのモジュールにロードされる同調定数およびシステムダイナミクスの関数である。
【０２５５】
ハンドピースモータ３６が制動される期間中、モート速度が監視される。この監視は、制動レベルを最初に減少できその後に全体的に停止できる十分なレベルまで実際のモータ速度が低下したかどうかを判定するために行なわれる。制動中のモータ速度は、巻線２３４を流れる電流を連続的に監視することにより行なわれる。具体的には、各ＭｘＩＰ／ＭｘＩＮに基づくＩＳＥＮＳＥ信号は、モータが制動され且つモータロータが回転している際の関連する巻線２３４を流れる電流の指標として機能する。
【０２５６】
したがって、図４８は、制動プロセス中のロータ速度を判定するためにＭｘＩＰ／ＭｘＩＮに基づくＩＳＥＮＳＥ信号が測定されるプロセスを示している。ステップ７０２において、ＢＥＭＦモニタモジュール３９４または機能的に類似するモジュールは、ＭｘＩＰ／ＭｘＩＮに基づくＩＳＥＮＳＥ信号のうちの１つ、任意にこの例ではＭ２ＩＰ／Ｍ２ＩＮ  ＩＳＥＮＳＥ信号を測定し始める。ステップ７０４において、ＢＥＭＦモニタ３９４は、信号が監視され始めると同時にＩＳＥＮＳＥ信号を積分し始める。ＢＥＭＦ監視それ自体と同様に、この遅延は、フライバック電流の存在に起因するエラーによる積分結果を最小限に抑えるためである。したがって、この積分の出力は図３４Ｂの波形と実質的に同じである。
【０２５７】
結局、積分の合計は、閾値、すなわち、図３４Ｂの波形の点４５８に達する（図４８のフローチャートのステップ７０６）。ステップ７０８においては、この閾値の時間が記録される。ステップ７１０では、第２の巻線に関して、適宜にＭ３ＩＰ／Ｍ３ＩＮ  ＩＳＥＮＳＥ信号に関してステップ７０２および７０４のプロセスが繰り返される。ステップ７１２では、第２の積分の合計が閾値すなわち点４６０に達する。ステップ７１４においては、閾値の時間が記録される。その後、閾値に達する時間の差に基づいて、モータ速度が計算される。
【０２５８】
したがって、本発明のコントロールコンソール３２は、第１の速度から第２の速度へ減速されるモータに関して、惰行運転による減速以外の手段を与える。
【０２５９】
また、コントロールコンソール３２は、外科医が選択したハンドピース速度の任意のスケーリングに応じて、ハンドピースモータ３６のトルクセットポイントプロファイルをスケーリングする。このプロセスは、図４９Ａを最初に参照することにより理解される。ここで、プロット７２２は、最大許容モータ速度における任意の所与の速度でモータが生み出すことができる最大トルクを表わしている。プロット７２２を形成する実際の線分７２４ａ、７２４ｂ、７２４ｃおよび７２４ｄは、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２（データフィールドは図示せず）から取り出される４つのトルク／速度セットポイント値およびハンドピースの最大速度に基づいている。図４９Ａにおいて、点７２６ａ、７２６ｂ、７２６ｃおよび７２６ｄはトルク／速度ポイント値を表わしている。図４９Ａにおいて、Ｘ軸上の点７２８はハンドピースモータの最大作動速度を表わしている。
【０２６０】
外科医が最大作動速度を設定速度に設定すること、ハンドピースモータ３６に関しては最大作動速度よりも低い速度に設定することを判定する時間がある。Ｘ軸上の点７３０は、最大作動速度よりも低い速度へのモータ設定速度のリセットを表わしている。
【０２６１】
モータ設定速度がそのようにリセットされると、ディスプレイコントローラ６４はトルクセットポイントプロファイルを生成する。所与の実際のモータ速度ＡＣＴ ＳＰＤにおいて、このプロセスは、モータ速度パーセントの計算から始まる。すなわち、
ＳＰＥＥＤ ＰＣＴ＝ＡＣＴ  ＳＰＤ／ＭＡＸ ＳＰＤ
ここで、ＭＡＸ ＳＰＤはモータが駆動できる実際の速度である。その後、以下の式を使用して設定速度パーセントＳＥＴ ＳＰＤ ＰＣＴが求められる。
ＳＥＴ ＳＰＤ ＰＣＴ＝ＳＥＴ ＳＰＥＥＤ／ＭＡＸ ＳＰＤ
ここで、ＳＥＴ ＳＰＥＥＤはユーザ設定最大速度である。その後、以下の式にしたがって定数αが計算される。
【数１】
2008514367.tif 000003
ここで、ＭＡＸ ＦＸＤ ＰＣＴはハンドピースのトルク速度プロットの最後の最も右側の固定点である。図４９Ａのプロットにおいて、これは点７２６ａでのパーセントである。この値は、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２から読み取られたトルク速度プロットデータからきている。
【０２６２】
その後、以下の式にしたがってＭＡＰ ＳＰＤ ＰＣＴ値が計算される。
ＭＡＰ ＳＰＤ ＰＣＴ＝ＭＡＸ ＦＸＤ ＰＣＴ＋α・（Ｘ−ＭＡＸ ＦＸＤ ＰＣＴ）
変数Ｘは、下方調整される速度の図４９Ａのルートプロット７２２からのパーセントである。したがって、点７３８ｂにおける速度を計算するため、以下の式にしたがって変数Ｘが計算される。
ＸPNT 738b＝ＳＰＤPNT 726b／ＳＰＤPNT 728
ここで、ＳＰＤPNT 728がＭＡＰ ＳＰＤであることは言うまでもない。ＭＡＰ ＳＰＤ ＰＣＴが計算されると、この点における速度は、この後のパーセンテージに対して対応するプロット点からの速度を掛け合わせることよって計算される。したがって、点７３８ｂにおける速度ＳＰＤ ＰＮＴ ７３８ｂは以下の式にしたがって計算される。
ＳＰＤPNT 738b＝ＭＡＰ ＳＰＤ ＰＣＴ・ＳＰＤPNT 726b
その後の点７３８ｃおよび７３８ｄの速度も同様に点７２６ｃおよび７２６ｄの速度のそれぞれからマッピングされる。
【０２６３】
これらの新たなマッピングされた速度ラインに基づいて、プロット７３４、すなわち、点７３０のセットポイント速度における新たなトルクセットポイントプロファイルを生み出すために線分７４０ａ、７４０ｂ、７４０ｃおよび７４０ｄが形成される。
【０２６４】
本発明において、外科医が減少された最大速度でモータを駆動させる場合、モータは、本発明のトルクマッピングが無い場合よりも速くそのトルク限界に達する。その結果、このアクションが起こるよりも速くモータ速度が減速し始める。本発明のこの特徴は、かなりのトルクが手術部位に対して加えられるというフィードバックを、該フィードバックが受けられるよりも速く外科医に与える。これにより、外科医は、最高速度よりも低い速度でハンドピース３４を操作しながら、モータ速度を調整して、ハンドピースが場所に行き詰まることなく可能な最大の力を出力するようにさせ、それにより、所望の外科処置を行なうことができる。
【０２６５】
図４９Ｂは、本発明によって生成できる他のスケーリングされたトルクマップである。プロット７５０は図４９Ａのプロット７２２と同じである。プロット７５２は、最初の減少された最大速度設定におけるトルク速度プロットである。ここで、両方の点７２６ａおよび７２６ｂはスケーリングされたトルクマップの固定点である。したがって、更なる減少された速度トルク速度セットポイントをマッピングするために、点７２６ｂにおける速度がＭＡＸ ＦＸＤ ＰＣＴとして使用される。
【０２６６】
したがって、線分７２４ａは、プロット７５０、プロット７５２、他の減少された速度設定のトルク／速度プロットの一部を形成する。プロット７５２は、前記アルゴリズムを使用して調整された速度セットポイント７５４ａおよび７５４ｂのための値を計算することにより完成される。プロット７５２の線分７５６ｂは点７２６ｂと点７５４ａとの間にプロットされる。線分７５６ｃは点７５４ａと７５４ｂとの間にプロットされる。線分７５６ｄはプロット７３４の線分７４０ｄに相当する。
【０２６７】
複数の固定点において、図４９Ｂにより表わされるトルクマップスケーリングは非常に低い最大速度であることは言うまでもない。モータが最大速度で駆動される場合、ハンドピースは、失速速度に近くなるまでかなりの大きさのトルクを生成できてもよい。線分７２４ａおよび７６２を備えるプロット７６０はこのタイプのトルク／速度関係を表わしている。
【０２６８】
スケーリングされたトルクマップにおける固定点の数は、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２から読み取られるデータに基づいている。あるいは、外科医はこの係数をカスタム設定することができる。
【０２６９】
また、本発明のコントロールコンソール３２は、ハンドピース電圧降下および電流引き込みを監視して、システム３０を適切に機能させるように構成されている。図５０に別個の要素として示されるエラー検出モジュール７７０は、ＦＰＧＡ  ２２８の一部であると理解されるが、ＰＳＶ  ＳＮＳ信号およびＯＶＥＲＬＩＰ／ＯＶＥＲＬＩＮに基づくＩＳＥＮＳＥ信号の両方を監視する。ハンドピースが作動される間、エラー検出モジュール７７０は、ＰＳＶ  ＳＮＳ信号を連続的に監視して、信号がそこからカットオフ電圧レベルを下回る電源電圧へと低下するかどうかを評価する。電源電圧が４０ＶＤＣである本発明のバージョンにおいて、カットオフ電圧レベルは３０ＶＤＣである。電源電圧が降下してカットオフ電圧レベルを下回る場合、エラー検出モジュール７７０は故障タイプのエラーメッセージをアサートする。
【０２７０】
ハンドピース３４が作動されない期間中、エラー検出モジュール７７０は、ＯＶＥＲＬＩＰ／ＯＶＥＲＬＩＮに基づくＩＳＥＮＳＥ信号をモジュールする。具体的には、この信号は、ハンドピースが閾値レベルを上回る電流を引き出しているかどうかを判定するために閾値信号と比較される。幾つかのバージョンにおいて、この閾値レベルは５０ｍＡである。作動されていないハンドピースの電流引き込みが閾値レベルを上回っていることをエラー検出モジュール７７０が判断する場合には、モジュールがロックダウンタイプのエラーメッセージをアサートする。これは、そのような真の引き込みがＨブリッジ設定において障害を示す可能性があるからである。
【０２７１】
モータプロセッサ２２４内のインダクタンス検知較正モジュール（モジュールは図示せず）はインダクタンス検知利得値およびオフセット値を与える。このモジュールがこれらの値を生成する１つのプロセスについて、図５２のフローチャートを参照することにより説明する。最初に、ステップ７７６において、ハンドピースモータ３６が短時間駆動される。この時間の後、オープンループプロセスを使用してモータをゼロ速度位置から始動させることが必要である。ステップ７７８では、既知の位置でロータが停止される。これは、瞬時に確立されて構成される巻線２３４への電源・グランド接続により達成される。例えば、巻線Ｍ１およびＭ２が電源レールに取り付けられてもよく、巻線Ｍ３がグランドに結合される。ステップ７７８が実行された直後、各巻線２３４を通じて電流が測定される（ステップ７８０）。電流は巻線２３４を通じて両方向で測定され、そのため、全体で６つの測定が存在する。
【０２７２】
電流測定の初期設定が行なわれた後、ステップ７８２において、モータ３６が再びオープンループモードで作動される。モータは第２の既知の位置で停止される（ステップ７８４）。これは、例えば、Ｍ１巻線およびＭ３巻線を電源レールに対して結合し且つＭ２巻線をグランドに対して結合することによって達成される。ステップ７８６において、６つの電流測定が再び行なわれる。
【０２７３】
その後、ステップ７８８において、電流測定値の２つの組に基づいて、正規化された電流測定値を生成するために必要とされる６つの利得値および６つのオフセット値が生成される。その後、これらの測定値は、モータプロセッサ２２４と一体のフラッシュメモリ内に記憶されてもよい。あるいは、これらのデータは、ハンドピースＥＥＰＲＯＭまたはＮＯＶＲＡＭに対して書き込まれてもよい。
【０２７４】
本発明の本方法は、ロータ位置のインダクタンス検知判定に必要な正規化された電流測定値の生成を容易にするために始動時に使用することができる。この状況において、自己生成された利得値およびオフセット値は、ハンドピースＮＯＶＲＡＭからの値のための置き換えまたは代用としての機能を果たす。始動後、この方法は、調整された利得値およびオフセット値を与えて任意の熱または摩耗によって引き起こされる巻線電流の測定値の変化を補償するために使用することができる。
【０２７５】
前述した較正プロセスは、外科医によるハンドピースの使用過程中にハンドピースが較正される状況で実行される。そのようなプロセスにおいては、最初にモータを作動させるためにオープンループプロセスが使用された後、更に高い速度の整流を調整するためにＢＥＭＦ検出が使用されることは言うまでもない。ステップ７７６とステップ７７８との間およびステップ７８２とステップ７８４との間で、ハンドピースを従来の様式で使用することができる。
【０２７６】
あるいは、コンソールは、コンソール３２に対するハンドピース３４の結合時に、ハンドピースを較正プロセスに晒すことができる。このプロセスにおいて、コンソールは、基本的に、最初にステップ７７８を行なってモータロータを第１の既知へ移動させる。その後、ステップ７８０の測定値が取得される。その後、モータロータを第２の既知の位置に位置決めするためにステップ７８２、ステップ７８４を迂回する。
【０２７７】
前述したように、コントロールコンソール３２は、本発明のシステム３０により調整されるハンドピース３４の遠隔制御を容易にするためのインタフェースを有する。図２Ａにおいて、インタフェースは１３９４Ｆｉｒｅｗｉｒｅインタフェース６８として示されている。図５２に示されるように、インタフェース６８は、バス７９２に対するコントロールコンソール３２の接続を容易にする。
【０２７８】
バス７９２に接続される他の装置はナビゲーションシステム７９６および有線リモートヘッド７９８である。ナビゲーションシステムは、当分野で既知のように、処置が行なわれる手術部位に対するハンドピース３６の位置および方向を追跡するために使用される。有線リモートヘッド７９８は、バス７９２に対して接続される他の構成要素に対して外科医が言葉によるコマンドを入力できるようにする。１つのそのような装置は、商標ＳＩＤＮＥＥの下で出願人の譲受人により販売されている。
【０２７９】
バス７９２に対して接続される他の装置は無線ヘッド８０２である。無線ヘッド８０２は、無線装置から発せられる信号を受けることができる。１つのそのような装置は、例えば、無線フットスイッチである。無線装置には無線送信器８０４が一体に設けられている。無線フットスイッチは、従来のフットスイッチ４４（図１）と同じペダルを有するとともに、同じ機能を果たす。しかしながら、ケーブルを介してコマンド信号をコンソールへ送る代わりに、無線送信器８０４がそれらのコマンド信号を無線ヘッド８０２送信する。送信器８０４とヘッド８０２との間で無線信号を転送するための１つの適したプロトコルは無線ＵＳＢである。
【０２８０】
無線ヘッド８０２は、コマンドを含むパケットをコントロールコンソール３２に対して連続的に送る。パケット送信命令がインタフェース６８によりパケットから取り去られると、パケットの内容がディスプレイコントローラ６４へ送られる。パケットがハンドピース３６の作動を開始するためのコマンドを含む場合、ディスプレイコントローラ６４は、モータプロセッサ２２４に対する適切な初期化パケットを生成する。ハンドピースが初期化された後、無線装置からの信号に基づいて、ディスプレイコントローラ２２４は、速度セットポイントパケットを従来の様式でモータプロセッサ２２４に対して送信する。
【０２８１】
また、ディスプレイコントローラ６４は、ハンドピース３６の作動を調整するために無線ヘッド８０２から命令が受けられるときにフェイルセーフシーケンスを実行する。図５３のフローチャートに示されるこのシーケンスは、ステップ８１０において、無線ヘッドからの命令パケットの受信で始まる。ステップ８１２は、モータプロセッサ２２４による実行のためのディスプレイコントローラ６４による初期化パケットまたは速度セットポイントパケットの生成を表わしている。この後者のパケットが無線ヘッド８０２からのパケットの内容に基づいていることは言うまでもない。
【０２８２】
ステップ８１６において、ディスプレイコントローラは、パケットが無線ヘッド８１０から受けられる時からタイマを始動させる。ステップ８１８においては、経過時間が最大時間ＴMAXと比較される。本発明の幾つかのバージョンにおいて、ＴMAXは１００〜５００ｍｓｅｃである。この時間が終了する前に新たなパケットが無線ヘッド８０２から受けられる場合には、ディスプレイコントローラ６４がタイマをクリアし、ステップ８１０〜８１８が再実行される（ステップは図示せず）。
【０２８３】
しかしながら、維持されたタイムカウントがＴMAXよりも大きくなる場合もあり得る。ステップ８１８において、この事象が起こったと判断される場合、ディスプレイコントローラは、ステップ８２０において、ハンドピースの作動を停止させるためにモータプロセッサ２４への信号を生成する。
【０２８４】
したがって、無線制御装置からの信号が失われる場合、コンソール３２は、最後に受けられた無線命令に基づいて動作中のハンドピースを給電し続けない。その代わり、コンソール３２はハンドピース３４の動作を停止する。これにより、無線命令の流れの中断に起因して、外科医の意思と反対の様式でハンドピースが作動される。
【０２８５】
また、コントロールコンソール３２は、ナビゲーションシステム７９６およびリモートヘッド７９８などの装置により生成される非同期コマンドを受けることができる。リモートヘッド７９８は、ハンドピースおよびポンプのＯＮ／ＯＦＦ作動並びにこれらの装置の動作設定に関する特定の段階的なコマンドを生成するために使用される。切断アクセサリ３５が適用されるべきではない手術部位の位置へ切断アクセサリ３５が近づいているとナビゲーションシステム７９６が判断すると、ナビゲーションシステムは、関連するハンドピースを減速し或いは作動停止させてもよい。
【０２８６】
図５５により示されるように、ディスプレイコントローラ６４内またはそれに関連するメモリ内には、画像データファイル８４２がある。画像データファイル８４２は、システムと共に使用できるハンドピース３４の各タイプ毎に、そのタイプのハンドピースのための基本的な動作パラメータデータを含む。これらのデータは、モータを振動させることができ且つハンドピースがポンプと共に使用される場合には、ハンドピースの最小速度および最大速度と、ポンプ流体の流量とを含む。他のデータは、給電信号がハンドピースのモータ巻線２３４に対して印加されるべき順序に関する情報を含む。
【０２８７】
この情報を画像データファイル内に記憶すると、ハンドピース３４がコンソール３２に対して接続されるときにディスプレイコントローラへデータをロードするために必要な時間が減少する。
【０２８８】
画像データファイルを保持する更に他の利点は、ハンドピースがコンソール３２に対して取り付けられていない場合であっても特定のタイプのハンドピースの動作特性に関する情報をその後に取り出すことができるという点である。これらのデータはディスプレイ４２上で与えられる。したがって、これにより、特定の外科医がハンドピース３４をコンソール３２に対して物理的に取り付ける必要無くハンドピースを使用したいときに該外科医にとって好ましい設定をロードすることができる。
【０２８９】
ここで、図５４のフローチャートを参照しながら、ディスプレイコントローラ６４と一体の内部メモリ中のデータに現在のハンドピースデータを与えるプロセスについて説明する。ステップ８３０は、ハンドピースのＮＯＶＲＡＭ  ７２内のデータの読み取りである。取り出されたデータ中の基本的な識別フィールドに基づいて、ディスプレイコントローラ６４は、ステップ８３２において、これが新しいタイプのハンドピースであるかどうかを直ちに判定する。特に、ステップ８３２において、ディスプレイコントローラ６４は、画像データファイル８４２または相補的な学習データファイル８４４内のデータが同じタイプのハンドピース３４におけるデータを含むか否かに基づいてこの判定を行なう。
【０２９０】
ステップ８３２において、これがそれに関してコンソールが何らデータを有していない新しいタイプのハンドピースであると判断される場合、ディスプレイコントローラはステップ８３４を実行する。ステップ８３４においては、このハンドピースのための基本的なコンフィギュレーションデータが学習データファイル８４４に対して書き込まれる。
【０２９１】
ステップ８３２の後に実行されるステップ８３６において、ディスプレイコントローラ６４は、それが記憶するハンドピースタイプデータのバージョンが極最近のバージョンであるかどうかも判定する。このプロセスは、ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２からの改定識別データが画像データ中または学習データファイル８４２および８４４のそれぞれの中のハンドピースに関する改定識別情報よりも新しいかどうかを判定することにより行なわれる。ハンドピースＮＯＶＲＡＭ  ７２中のこの改定データが新しい場合には、ステップ８３４において、これらのデータが学習データファイル８４４に書き込まれる。
【０２９２】
その後、ステップ８３８において、ディスプレイコントローラ６４により、ハンドピース３４は、それを作動させるための極最近のデータに基づいて作動される。
【０２９３】
図５６のフローチャートに示されるように、コントロールコンソール３２は、更に、学習データファイル５４４における冗長データの記憶を最小にするように構成されている。具体的には、ステップ８４８に示されるように、新たな作動ソフトウェアがコントロールコンソール内に定期的にロードされる。このソフトウェアは新たな画像データファイル８４２を含んでもよい。そのようなファイルが存在する場合、ステップ８５０において、各ハンドピースデータファイル毎に、ディスプレイコントローラは、新たな画像データファイル中のハンドピースデータファイルの改定バージョンが学習データファイル中のバージョンと同じ或いはそれよりも新しいか否かを判定する。
【０２９４】
ステップ８４８において判定が肯定的である場合には、ステップ８５２において、学習データファイル中のハンドピースデータファイルが消去される。
【０２９５】
したがって、新たなデータを有するハンドピースがコントロールコンソール３２に対して取り付けられると直ぐに、新たなハンドピースタイプデータがコンソールのメモリ内にロードされる。これにより、このタイプのハンドピースが取り付けられる度にこのデータをコンソールへ絶えずロードすべき必要性が排除される。コンソールが現在のハンドピースタイプデータの新たなマスターファイルを受けるときにはいつでも、このデータのオリジナルコピーおよび現在の冗長コピーがそのメモリから消去される。これは、コンソールメモリが不必要なデータでファイルされた状態にならないようにするのに役立つ。
【０２９６】
引用することにより本明細書の一部をなすものとする前述した米国特許第６，０１７，３５４号および米国特許出願第１０／２１４，９３７号に記載されるように、ＮＯＶＲＡＭ  ７２を有する外科用ハンドピースまたはＲＦＩＤを有する切断アクセサリがツールシステムに対して取り付けられる場合には、簡単な積分を時々行なって、ツールまたはハンドピースが依然として取り付けられているかどかを判定することが有益である。
【０２９７】
図５７のフローチャートを参照してここで説明するように、本発明のコンソール３２は、かなりのＲＦノイズの存在下でハンドピース／アクセサリの取り外しについての偽の判定に対して免除を与えるように構成されている。そのようなノイズは、システムの一部である手術装置を含む幾つかの手術装置が作動時にかなりの量のＲＦエネルギを発することにより存在する場合があることは言うまでもない。このエネルギは、ＮＯＶＲＡＭまたはＲＦＩＤからの信号がコントロールコンソール３２へと戻るライン上にノイズを引き起こす。
【０２９８】
ステップ８６２の後、コントロールコンソール３２がピングに対する別個の応答を受けなかったことをディスプレイコントローラが判定すると、プロセスが始まる。ピングは、ＲＦＩＤまたはＮＯＶＲＡＭに送られる基本的な装置存在／不存在問い合わせである。ピングに対する応答は装置存在の短い肯定応答である。ピング応答は、装置を特定するデータを何ら含んでいない。しかしながら、かなりのノイズが存在する場合には、応答を受けるコントロールコンソール内のサブアセンブリ、ハンドピースインタフェース７０、フットスイッチインタフェース７４またはＲＦＩＤインタフェース８２が識別できる応答を受けない場合がある。
【０２９９】
したがって、ステップ８６２において、ピング応答を受け損なう場合には、受け損なったことが著しいノイズに起因しているかどうかを判定するためにステップ８６４が実行される。この判定が行なわれる方法は、装置のどのタイプの存在が検出されるかによって決まる。
【０３００】
装置が、ＲＦＩＤから信号が戻ることが期待される装置である場合、ステップ８６４において、ＲＦＩＤインタフェース８２は、ピングに応答して、周囲ノイズを上回る戻りラインに沿う信号強度の測定できる変化が存在するかどうかを評価する。信号レベルが変化する場合、ＲＦＩＤインタフェース８２は、インタフェースが明白なピング応答を受けることをノイズが防止した環境にあることを認識する。ＲＦＩＤインタフェース８２はこの判定をディスプレイコントローラ６４に対して報告する。
【０３０１】
あるいは、ノイズ判定は、より推定的なものに基づいて行なわれてもよい。したがって、取り付けられた装置がハンドピースまたはコード付きフットスイッチである場合には、電流を引き出すようになっている内部の構成要素が実際に電流を引き出しているか否かを評価することによりステップ８６４が行なわれてもよい。そのような構成要素は、ハンドピースアクチュエータを調整するためのアセンブリの一部として幾つかのハンドピース内に存在するアナログホールセンサである。そのような装置において、ハンドピースインタフェースコントローラ４７０（図３５Ａ）は、ＨＰ ＰＷＲ接続部を通じて引き込まれる電流を監視する。引き込まれる電流が公称レベルを上回る場合には、インタフェースコントローラ４７０が電流引き込み要素を担い、したがって、ハンドピースが取り付けられたままとなる。インタフェースコントローラ４７０はこの判定をディスプレイコントローラ６４に対して報告する。
【０３０２】
ノイズ評価の前記方法は、電流を評価される構成要素がかなりの量の電流を引き出すときに最もよく機能することは言うまでもない。ハンドピースまたはフットスイッチ内の幾つかの構成要素、例えば温度センサまたはデジタルホールセンサは、かなりの電流を引き込まなくてもよい。
【０３０３】
コンソール３２に取り付けられる他の装置は、かなりの量の電流を連続的に引き出す内部構成要素を有していない場合がある。コード付きフットスイッチ４４がそのような装置である。このタイプの装置において、ステップ８６４の評価は、多くの場合に公称状態にある装置要素からの出力信号の電圧レベルを監視することからなる。具体的には、インタフェースは、再び、例えば、ハンドピースインタフェースコントローラ４７０によって実行される。具体的には、インタフェースコントローラ４７０は、取り付けられた装置内の構成要素から受けられるアナログ出力ＨＰ ＤＥＶ信号を監視する。サーミスタまたは幾つかのホールセンサがこの種の信号を出力してもよい。インタフェース４７０は、この信号をデジタル化するとともに、該デジタル信号をディスプレイコントローラ６４へ送る。
【０３０４】
ディスプレイコントローラ６４はこの公称信号をノイズ閾値ＶN Tと比較する。図５８Ａは、この閾値を最初に下回った後に該閾値を越えて立ち上がるそのような信号を図式的に示している。ＶN Tレベルを上回るこの信号レベルの立ち上がりは、周囲のＲＦノイズが完全なピング応答の受信を妨げているという表示としてディスプレイコントローラ６４によって解釈される。
【０３０５】
この方法のバージョンは、ハンドピースからの構成要素信号を監視して、出力信号が公称信号強度を上回るか否かを判定することである。信号がこの公称信号レベルをそのように上回る場合、ディスプレイコントローラ６４は、構成要素、したがって関連するハンドピース３４がコンソール３２に対して依然として取り付けられていると見なす。
【０３０６】
ステップ８６４を実行するための第４の手段は、装置がＮＯＶＲＡＭ以外の他の信号生成要素を有していない場合に実行される。この場合、ＮＯＶＲＡＭインタフェース７８はＮＯＶＲＡＭから戻される信号を監視する。データ読み取り書き込みトランザクションが存在しない場合、この信号は、通常、固定されたレベルにあり、多くの場合５  ＶＤＣである。ＮＯＶＲＡＭインタフェース７８は、ステップ８６４のその実行において、ＮＯＶＲＡＭに接続される通信ライン上に存在する信号を監視して、それが固定されたレベルから変動するかどうかを判定する。図５８Ｂはそのような信号を図式的に表わしている。時点８７６よりも前の時間において、信号は一般に固定されたレベルにある。時点８７６よりも後の時間ではかなりの変動がある。ＮＯＶＲＡＭインタフェースは、信号強度におけるこの変動を、かなりのＲＦノイズの存在を示していると解釈する。この判定はディスプレイコントローラ６４に対して報告される。
【０３０７】
多くの状況において、８６４の検査は否定的である。すなわち、ノイズが存在していないと判定される。この判定が成される場合、ディスプレイコントローラ６４は、ピングの不良が、装置がシステムから取り外されたことを示していると解釈する（ステップ８６６）。
【０３０８】
ＲＦノイズまたはＥＭノイズが存在する場合、ステップ８６４の検査は肯定的である。この場合、ノイズ判定検査が連続的に再実行される。図５７において、プロセスのこの部分は、ステップ８６８の連続的な再実行により表わされる。ステップ８６８の実行方法はステップ８６４の方法のそれと同一である。
【０３０９】
結局、ＲＦノイズ生成装置の作動が停止される。これが起こると、ステップ８６８の検査は、ノイズの存在に関する否定的な評価を戻す。このステップに応じて、ステップ８７０においては、ディスプレイコントローラにより、ＮＯＶＲＡＭインタフェース７８またはＲＦＩＤインタフェース８２が完全な装置識別要求を関連するＮＯＶＲＡＭまたはＲＦＩＤに対して送る。この要求に応じて、ＮＯＶＲＡＭまたはＲＦＩＤは、特異性をもって装置を特定する信号を出力する。この応答はピング応答よりも長い。ディスプレイコントローラは、このタイプの要求を生成し、そのため、実際に周囲ノイズの増大前にシステムに取り付けられた装置がノイズレベル降下後に存在する装置であるかどうかを判定することができる。
【０３１０】
したがって、コントロールコンソール３２は、更に、かなりのＲＦ誘導ノイズまたはＥＭ誘導ノイズが存在する状況でノイズにより装置がシステム３０から取り外されたというエラーによる表示が生じないように構成されている。また、ノイズレベルが降下している際、コントロールコンソール３２は、取り付けられた装置がノイズレベル上昇前に取り付けられた装置であったことを即座に検証する。
【０３１１】
同様に、本発明の他のバージョンでは、３つを越えるソケット４０がコントロールコンソールに設けられてもよいことは言うまでもない。これにより、４つ以上の電動手術器具またはハンドピースをコンソールに対して同時に接続することができる。したがって、４つ以上のハンドピースを同時に使える状態にすることができる。そのため、一般に、コンソールは、Ｎ個（Ｎ＞１）のハンドピースを同時に駆動しつつＭ個（Ｍ＞１）の外科用ハンドピースを取り付けるように構成することができる（この場合、Ｍ＞Ｎ）。
【０３１２】
本発明の更なる他のバージョンにおいて、コンソールは、コンソールが給電できるハンドピースの数がコンソールに対して常に接続できるハンドピースの数に等しくなる（Ｍ＝Ｎ）ように構成されてもよい。
【０３１３】
したがって、前記説明が本発明の１つの特定のバージョンに関するものであることは言うまでもない。本発明の他のバージョンは、説明したものとは異なる特徴を有してもよい。例えば、前記特徴のそれぞれが本発明の全てのバージョンに組み込まれていなくてもよい。
【０３１４】
また、本発明の他のバージョンが異なる特徴を有してもよい。インダクタンス検知以外の手段を使用してハンドピースモータのトルクダウン失速（ｔｏｒｑｕｅ−ｄｏｗｎ−ｔｏ−ｓｔａｌｌ）制御を行なってもよい。
【０３１５】
同様に、実行されるプロセスステップおよびステップが実行されるシーケンスは単なる典型例であり限定的なものではない。例えば、図４１のフローチャートに関連して説明したエラー報告プロセスに関し、第１のステップは、エラーメッセージがロックダウンタイプエラーの報告であるかどうかに関する判定であってもよい。これは、コンソール３２の非常に速いロックアウトを容易にする。
【０３１６】
同様に、本発明の特徴がコードレス電動外科用ハンドピースに組み込まれてもよいことは言うまでもない。このタイプのハンドピースは、コントロールコンソールからの信号によって給電されるのではなく、取り付けられたバッテリからその給電信号を受ける。その内容が引用することにより本明細書の一部をなすものとする２００５年６月２８日に提出された出願人の譲受人の米国特許出願第６０／６９４，５９２「ＰＯＷＥＲＥＤ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＴＯＯＬ  ＷＩＴＨ  ＳＥＡＬＥＤ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＭＯＤＵＬＥ」から知られるように、このタイプの器具に対して、器具の電力消費ユニットに対する給電信号の印加を調整するための内部プロセッサを設けることは知られている。このプロセスは、本発明の信号処理ステップを実行することができる。
【０３１７】
整流を調整する目的でＢＥＭＦ信号を使用してロータ位置を判定する方法を改善するために、他の手段が使用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０３１８】
【図１】本発明のシステムの基本的な構成要素を示す。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは共同で本発明のシステムのコントロールコンソール内の主要な構成要素のブロック図となる。
【図３】コントロールコンソールの電源内のサブ回路のブロック図である。
【図４】ディスプレイコントローラおよびディスプレイコントローラの周囲の構成要素のブロック図である。
【図５】典型的な処置選択ファイル内に含まれる記録を示す。
【図６】典型的なマスターユーザディレクトリ内に含まれる記録を示す。
【図７】典型的な選択ディレクトリ内に含まれる記録を示す。
【図８】アクティブ選択テーブル内に含まれる記録の一例である。
【図９】アクティブ選択の選択を勧めるためにディスプレイ上で与えられる画像を示す。
【図１０】フットスイッチ割り当てテーブル内のデータフィールドを示すテーブルである。
【図１１】コントロールコンソールに結合されるハンドピースのフットスイッチ制御を割り当てるためにコントロールコンソールにより使用される基本的なプロセスステップのフローチャートである。
【図１２】コントロールコンソールディスプレイ上で与えられる基本的なフットスイッチマッピング画像を示す図である。
【図１３】コントロールコンソールディスプレイ上で与えられるランタイム画像の構成要素を示す図である。
【図１４】ハンドピースがデュアル制御モードに置かれるときにコントロールコンソールによって行なわれるプロセスステップのフローチャートである。
【図１５】図１５Ａおよび図１５Ｂは、共に組み合わされると、モータコントローラの主要な構成要素のブロック図を形成する。
【図１６】図１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃは、共に組み合わされると、モータコントローラのＨブリッジの部分概略ブロック図を形成する。
【図１７】ハンドピースモータのステータ巻線の概略表示である。
【図１８】電源電圧を監視するために使用される回路の部分概略ブロック図である。
【図１９】ハンドピースモータの巻線の両端間で形成されるＢＥＭＦ信号を監視するために使用される回路の部分概略ブロック図である。
【図２０】ハンドピースモータにより引き込まれる電流を監視するために使用される回路のブロック図である。
【図２１】監視された多くの信号をデジタル信号に変換するために使用される回路のブロック図である。
【図２２】監視された電流信号をデジタル信号に変換するために使用される回路のブロック図である。
【図２３】モータコントローラのモータマルチプレクサのためのリレーアセンブリのうちの１つの部分概略ブロック図である。
【図２４】パワードライバ割り当てテーブル中に含まれる記録を示す。
【図２５】システムがモータのためのインダクタンス検知モードにあるときのハンドピースモータの測定電流を示す経時的な電流のグラフである。
【図２６】外科用ハンドピースのためのモータロータ位置に対する測定電流の関係のグラフである。
【図２７】ハンドピースロータのインダクタンス信号検出を容易にするために本発明のシステムのハンドピースＮＯＶＲＡＭが利得データおよびオフセットデータをどのように含むのかを示す。
【図２８】インダクタンス検知が行なわれるときのモータロータ位置に対して較正された測定ロータ電流のグラフである。
【図２９】特定のモータ極状態への移行に基づいてモータロータが位置を変化したと見なされるべきか否かを判定するためにインダクタンス検知モード中にモータコントローラにより実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図３０】特定のモータ相における利得およびオフセットの較正値が再較正されるべきか否かを判定するためにインダクタンス検知モード中にモータコントローラにより実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図３１】インダクタンス検知モードでモータロータ位置を判定するためにハンドピース製造中およびシステムの動作中にユーザ整流間位置計算に使用されるプロセスステップのフローチャートである。
【図３２】図３２Ａおよび図３２Ｂは、共同して、ハンドピースへの給電を調整するためにモータコントローラの１つのフィールドプログラマブルゲートアレイおよびモータプロセッサにより実行されるプロセスを表わす。
【図３３】電源制限信号を選択的にアサートする回路の部分概略ブロック図である。
【図３４】図３４ＡはＢＥＭＦ信号の経時的なグラフ図であり、図３４Ｂは、モータロータ位置を判定するためにＢＥＭＦ信号が本発明にしたがってどのように測定されるのかを示す。
【図３５】図３５Ａおよび図３５Ｂは、共に組み合わされると、ハンドピースインタフェースの部分概略ブロック図を形成する。
【図３６】選択的な電源共有を行なうために電源電流制限モジュールにより記憶されるデータタイプの一部を表わす。
【図３７】電力共有を行なうように構成されなくてもよい外科用ハンドピースの作動を調整するためにコントロールコンソールにより実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図３８】コード付きバッテリ内の構成要素の概略図である。
【図３９】図３９Ａおよび図３９Ｂは、トランスなどの構成要素に対してどのように電力パルスが印加されるのかを示すタイミング図であり、図３９Ｃは、図３９Ａおよび図３９Ｂのパルスシーケンスにしたがって給電されるときにトランスを通じて流れる電流の測定値の波形プロットである。
【図４０】トランスに対する給電信号の印加を調整するためにＮＯＶＲＡＭメモリ内に記憶されるデータの一部を示す。
【図４１】ハンドピースの作動中に異常な事象すなわちエラーが起こったことを示す表示をコンソールが受けるときに、コントロールコンソールにより実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図４２】ハンドピースが振動モードで駆動されるときにハンドピースモータが任意の所与の方向で起動するように作動される時間を制御するために実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図４３】モータが振動モードで駆動されるときに１つの方向で受ける回転数の経時的なグラフ表示である。
【図４４】ゼロ測度が始動した直後に本発明のコンソールにより給電されるハンドピースモータがどのようにして比較的高い大きさのトルクを生成でき且つ比較的多量の電流を引き出すことができるのかを示すグラフ表示である。
【図４５】マルチプレクサのリレーにより確立される接続の概略図である。
【図４６】マルチプレクサのリレーを切り換えるシーケンスのフローチャートである。
【図４７】図４７Ａおよび図４７Ｂは、速度制御ＰＩＤモジュールにより解析される様々な速度状態、および、速度状態に応じてモジュールが生成する想定し得る出力コマンドを概ね示す。
【図４８】ハンドピースモータの制動中にロータ速度がどのように動的に判定されるのかを示すフローチャートである。
【図４９】図４９Ａおよび図４９Ｂは、本発明のトルクマップスケーリングの第１および第２の手段のそれぞれのグラフ表示である。
【図５０】コントロールコンソールのモータドライバのうちの１つの内部にあるフィールドプログラマブルゲートアレイ内のエラー検出モジュールの入力および出力のブロック図である。
【図５１】インダクタンス検知自己調整を行なうためにコントロールコンソールにより実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図５２】本発明のシステムを手術室内の他の装置に対してどのように接続できるのかを示すブロック図である。
【図５３】無線装置を使用して外科用ハンドピースを作動させるときに制御インテグリティを維持するためにコントロールコンソールにより実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図５４】相補的なハンドピースに関してコントロールコンソールが記憶するデータが電流であるようにするためにコントロールコンソールにより実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図５５】コントロールコンソールと一体のメモリにより保持される２つのハンドピースデータファイルの概略図である。
【図５６】冗長なハンドピースデータの記憶を回避するためにコントロールコンソールにより実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図５７】過剰な周囲ＲＦノイズに起因するハンドピースの取り外しのエラーによる判定からの免除を与えるためにコントロールコンソールにより実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図５８】図５８Ａおよび図５８Ｂは、過剰な周囲ＲＦノイズが存在するか否かを判定するために別個のプロセスを示し、コントロールコンソールにより監視される信号のうちの２つを示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９Ａ】
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【図３９Ｂ】
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【図３９Ｃ】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９Ａ】
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【図４９Ｂ】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【国際調査報告】
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