(57)【要約】  外科処置装置用の空気力学的システムであって、当該システムは、リザーバ、第一、第二比例バルブ、及び、コントローラを含む。リザーバは、加圧ガスを保持する。第一比例バルブは、リザーバのインプット側に配置されてリザーバに入る加圧ガスの量を可変できるようにされている。第二比例バルブは、リザーバのアウトプット側に配置されてリザーバを出る加圧ガスの第二の量を可変できるようにされている。コントローラは、第一及び第二比例バルブの作動を制御する。コントローラは、リザーバのアウトプット側でインプットガス圧の第一範囲とガス使用量の第二範囲に渡ってある一定のガス圧範囲が維持されるように第一及び第二比例バルブを調整する。【選択図】図２
2010512838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科処置装置用の空気力学的システムであって、
加圧したガスを保持する、リザーバと、
前記リザーバの入力側に配置されて、第一の可変量の加圧されたガスが前記リザーバに入るように構成される、第一比例バルブと、
前記リザーバの出力側に配置されて、第二の可変量の加圧されたガスが前記リザーバから出るように構成される、第二比例バルブと、
前記第一比例バルブと前記第二比例バルブの作動を制御する、コントローラとを備え、
前記コントローラは、インプットガス圧の第一範囲とガス使用量の第二範囲に渡って前記リザーバの出力で一定のガス圧範囲に維持されるように、前記第一比例バルブと前記第二比例バルブとを調整する、外科処置装置用の空気力学的システム。
【請求項２】
さらに、
前記第一比例バルブを前記コントローラに電気的に連結する、第一インターフェイスと、
前記第二比例バルブを前記コントローラに電気的に連結される、第二インターフェイスとを備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
さらに、前記リザーバの前記出力側に配置されて、前記リザーバから出るガス圧を測定するように構成された、出力圧トランスデューサを備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項４】
さらに、前記リザーバの前記出力側に配置されて、前記リザーバから出るガス圧を測定するように構成された、第二の、冗長の出力圧トランスデューサを備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
さらに、前記第一比例バルブの入力側に配置されて、前記第一比例バルブに入る前記加圧ガス圧を測定するように構成された、入力圧トランスデューサを備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
さらに、
前記入力圧トランスデューサを前記第一比例バルブに連結する、第一マニフォールドと、
前記第一比例バルブを前記リザーバに流体的に連結する、第二マニフォールドと、
前記リザーバを前記第二比例バルブに流体的に連結する、第三マニフォールドと、
前記第二比例バルブを通気ポートに流体的に連結する、第四マニフォールドと、
を備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項７】
さらに、前記通気ポートに配置されたマフラーを備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
維持される前記一定のガス圧範囲は、所定の圧力範囲から選択できる、請求項1に記載のシステム。
【請求項９】
維持される前記一定のガス圧範囲は、フットスイッチの作動によって所定の圧力範囲から選択可能である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記のインプットガス圧の第一範囲は、開始圧力、終了圧力を有し、６８９ｋＰａ（１００ｐｓｉ）までの範囲である、請求項1に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラは、可変圧力設定点、可変入力圧力パラメータ、及び、可変出力ガス使用量パラメータを持つ、比例積分微分方式の制御アルゴリズムを実装している、請求項1に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記第一比例バルブに入る前記加圧ガスの前記圧力に対応する前記入力圧トランスデューサからの第一信号、及び、前記リザーバから出る前記加圧ガスの前記圧力に対応する前記出力圧トランスデューサからの第二信号を受信し、かつ、前記第一信号と前記第二信号を使用して前記第一比例バルブと前記第二比例バルブを調整して前記一定のガス圧範囲を維持する、請求項５に記載のシステム。
【請求項１３】
外科処置装置用の空気力学的システムであって、
加圧したガスを保持する、リザーバと、
前記リザーバの入力側に配置されて、第一の可変量の加圧されたガスが前記リザーバに入るように構成される、第一比例バルブと、
前記リザーバの出力側に配置されて、第二の可変量の加圧されたガスが前記リザーバから出るように構成される、第二比例バルブと、
前記第一比例バルブと前記第二比例バルブの作動を制御して前記リザーバに入るあるいは前記リザーバから出る加圧ガスの量を調整するようにされている、コントローラと、
前記第一比例バルブを前記コントローラに電気的に連結する、第一インターフェイスと、
前記第二比例バルブを前記コントローラに電気的に連結される、第二インターフェイスと、
前記リザーバの前記出力側に配置されて、前記リザーバから出るガス圧を測定するように構成され、かつ、前記コントローラに電気的に接続された、出力圧トランスデューサと、
前記第一比例バルブの入力側に配置されて、前記第一比例バルブに入る  前記第一比例バルブ近傍の前記加圧ガスの圧力を測定するように構成された、かつ、前記コントローラに電気的に接続された、入力圧トランスデューサとを備え、
前記コントローラは、前記第一比例バルブ近傍の前記加圧ガスの前記圧力に対応する前記入力圧トランスデューサからの第一信号、及び、前記リザーバから出る前記加圧ガスの前記圧力に対応する前記出力圧トランスデューサからの第二信号を受信し、かつ、前記第一信号と前記第二信号を使用して前記第一比例バルブと前記第二比例バルブを調整して、インプットガス圧の第一範囲とガス使用量の第二範囲に渡って前記リザーバ内で一定のガス圧範囲を維持する、外科処置装置用の空気力学的システム。
【請求項１４】
さらに、
前記入力圧トランスデューサを前記第一比例バルブに連結する、第一マニフォールドと、
前記第一比例バルブを前記リザーバに流体的に連結する、第二マニフォールドと、
前記リザーバを前記第二比例バルブに流体的に連結する、第三マニフォールドと、
前記第二比例バルブを通気ポートに流体的に連結する、第四マニフォールドと、
を備える、請求項1３に記載のシステム。
【請求項１５】
維持される前記一定のガス圧範囲は、所定の圧力範囲から選択できる、請求項1３に記載のシステム。
【請求項１６】
維持される前記一定のガス圧範囲は、フットスイッチの作動によって所定の圧力範囲から選択可能である、請求項1５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記のインプットガス圧の第一範囲は、開始圧力、終了圧力を有し、６８９ｋＰａ（１００ｐｓｉ）までの範囲である、請求項1３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外科処置装置用の空気力学的モジュールに関し、より具体的には、動的に調整できる圧力調整点を有する空気力学的モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
硝子体網膜処置は、視界を回復、維持、増強する多様な外科処置を含む。硝子体網膜処置は、眼の後部の深刻な状態を処置するのに適当である。硝子体網膜処置は、加齢に関連した黄斑劣化（ＡＭＤ）、糖尿病による網膜疾患、及び、糖尿病の硝子体出血、黄斑孔、網膜剥離、網膜上に成長した膜、ＣＭＶ網膜炎、並びに、その他多くの眼球の状態等の状態を処置する。
【０００３】
硝子体は、通常、眼の中央を充填する透明でゲル様の物質である。硝子体は、眼の体積の３分の２を構成し、誕生前に形作られる。眼の後部に影響するある疾病においては、硝子体切除術あるいは外科的に硝子体の除去する必要がある。
【０００４】
硝子体切除術は、血液と壊死組織片（debris）透明にし、瘢痕組織を取り除き、あるいは、網膜上の摩擦を軽減するために実施することができる。血液、炎症を起こした細胞、及び、瘢痕組織は、眼を通過して網膜に至る際、光をかすませて、結果としてぼんやりとしたかすんだ視界をもたらす。硝子体は、その通常の位置から網膜を引張るあるいは強く引くときも取り除かれる。硝子体切除術が必要な、最も共通的な眼の疾病のいくつかは、網膜剥離あるいは出血、黄斑孔、網膜剥離、網膜前方膜繊維症、眼内出血（硝子体液流出）、損傷あるいは感染、及び、に以前の眼の手術に関連するある問題のような糖尿病性の網膜症に起因する複雑性を含んでいる。
【０００５】
網膜外科医は、眼後部の鮮明な画像を提供するように製造された顕微鏡と特別なレンズを使用して硝子体切除術を実行する。強膜に長さが数ミリ程度の小さな切開口が形成される。網膜外科医は、眼の中を照明する光ファイバー源、外科処置中に眼の形状を維持するための注入ライン、及び、硝子体を切除する器具のような顕微外科手術用の器具をこの切開口を通して挿入する。
【０００６】
硝子体切除術において、外科医は、３つの物理的に独立した器具用の３つの小さな切開口を眼に形成する。これらの切開口は、虹彩のちょうど後ろで網膜の前に位置する、眼の扁平部に配置される。これらの切開口を通過するこれらの器具は、光パイプ、注入ポート、及び、硝子体切除術用の切除装置を含んでいる。光パイプは、眼の内部で使用するための顕微高強度フラッシュライトと等価物である。注入ポートは、眼の中の流体を交換し、眼の中で適当な圧力を維持するためのものである。硝子体切除術用装置のあるいは切除装置は、硝子体ゲルをゆっくりと制御された態様で除去する振動兼備カッターを備えて、小さなギロチンのようなものとして機能する。これによって、硝子体液除去中の網膜上の深刻な摩擦を防止する。
【０００７】
眼の後部に硝子体切除術及びその他外科処置を施すのに使用される外科処置装置は、非常に複雑である。通常、このような眼科用外科装置は、多くの異なるツールが取り付けられるメインコンソールを含んでいる。メインコンソールは、取り付けられたツールに動力を供給してその操作を制御する。
【０００８】
取り付けられたツールは、通常、プローブ、はさみ、鉗子、照明器、及び、注入ラインを備えている。これらのツールの各々は、通常、メインの外科処置コンソールに取り付けられる。メインの外科処置コンソール内のコンピュータは、これらのツールの操作を監視して制御する。これらのツールは、メインの外科処置コンソールから動力も得る。これらのツールのいくつかは電力を供給され、これらのツールの別のいくつかは空気力学的動力を供給される。
【０００９】
様々なツールに空気力学的な動力を供給するために、メイン外科処置コンソールは、空気力学的あるいは空気分配モジュールを有している。この空気力学的モジュールは、圧縮空気あるいは圧縮ガスの状態を整えてこれを供給してツールに動力を供給する。通常、空気力学的モジュールは、圧縮ガスを含むシリンダーに接続されている。この空気力学的モジュールは、適当なガス圧を供給して取り付けられたツールを適当に作動させなければならない。ツールに異なる圧力を供給することで、それらの圧力の範囲に渡って作動させる方法を選択できる。例えば、比較的低い切断レートで硝子体切除術用装置が作動させられているとき、低いガス圧を供給するのが望ましく、そして、高い切断レートで硝子体切除術用装置が作動させられているとき、高いガス圧を供給することが必要である。
【００１０】
上記の複数の取り付けられたツールがそれらの作動範囲のすべてに渡って使用できるように、それらの圧力のダイナミックレンジを持つ空気力学的モジュールがあることが望ましい。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の原理に整合する１つの実施態様において、本発明は、外科処置装置用の空気力学的システムである。このシステムは、リザーバ、第一比例バルブ、第二比例バルブ、及び、コントローラを備える。リザーバは、加圧したガスを保持する。第一比例バルブは、リザーバの入力側に配置されて、第一の可変量の加圧されたガスがリザーバに入るように構成される。第二比例バルブは、リザーバの出力側に配置されて、第二の可変量の加圧されたガスがリザーバから出るように構成される。コントローラは、第一比例バルブと第二比例バルブの作動を制御する。コントローラは、インプットガス圧の第一範囲とガス使用量の第二範囲に渡ってリザーバの出力で一定のガス圧範囲に維持されるように、第一比例バルブと第二比例バルブとを調整する。
【００１２】
本発明の原理に整合する別の１つの実施態様において、本発明は、外科処置装置用の空気力学的システムである。このシステムは、リザーバ、第一比例バルブ、第二比例バルブ、コントローラ、第一インターフェイス、第二インターフェイス、入力圧トランスデューサ、及び、出力圧トランスデューサを備える。リザーバは、加圧したガスを保持する。第一比例バルブは、リザーバの入力側に配置されて、第一の可変量の加圧されたガスがリザーバに入るように構成される。第二比例バルブは、リザーバの出力側に配置されて、第二の可変量の加圧されたガスがリザーバから出るように構成される。コントローラは、第一比例バルブと第二比例バルブの作動を制御してリザーバに入るあるいはリザーバから出る加圧ガスの量を調整するようにされている。第一インターフェイスは、第一比例バルブをコントローラに電気的に連結する。第二インターフェイスは、第二比例バルブをコントローラに電気的に連結される。出力圧トランスデューサは、リザーバの出力側に配置されて、リザーバから出るガス圧を測定するように構成され、かつ、コントローラに電気的に接続されている。入力圧トランスデューサは、第一比例バルブの入力側に配置されて、第一比例バルブに入る  第一比例バルブ近傍の加圧ガスの圧力を測定するように構成され、かつ、コントローラに電気的に接続されている。コントローラは、第一比例バルブ近傍の加圧ガスの圧力に対応する入力圧トランスデューサからの第一信号、及び、リザーバから出る加圧ガスの圧力に対応する出力圧トランスデューサからの第二信号を受信する。コントローラは、第一信号と第二信号を使用して第一比例バルブと第二比例バルブを調整して、インプットガス圧の第一範囲とガス使用量の第二範囲に渡ってリザーバ内で一定のガス圧範囲を維持する。
【００１３】
以上の一般的な記載は以下の詳細な記載と共に例示であって説明の目的のためにのみのものであり、請求項に記載した本発明をさらに詳細に説明することを意図するものであることは理解されるべきである。本発明の実施と同様に、以下の記載は本発明のさらなる作用効果と目的を記述し示唆するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
以下の添付図面は、本明細書に取り込まれその部分を構成するものであって、明細書の記載と共に、いくつかの本発明の実施態様を例示説明して、本発明の原理を説明するものである。
【図１】本発明の１つの実施態様にしたがった、空気力学的動力を持った眼科外科処置用装置のブロック図である。
【図２】本発明の１つの実施態様にしたがった、複数の圧力のダイナミックレンジを提供できる空気力学的システムの概略図である。
【図３】本発明の１つの実施態様にしたがった、複数の圧力のダイナミックレンジを提供できる空気力学的システムのバルブ、トランスデューサ、及び、コントローラ部の概略図である。
【図４】本発明の１つの実施態様にしたがった、複数の圧力のダイナミックレンジを提供できる空気力学的システムの1つの作動方法を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
その実施例は添付の図面に示されている本発明の例示的な実施態様を以下詳細に説明する。可能な限り、全図面を通して同じあるいは同様の部分を参照するのに同じ参照番号が使用されている。
【００１６】
図１は、本発明の１つの実施態様にしたがった、空気力学的動力を持った眼科外科処置用装置のブロック図である。図１において、その装置は、ガス圧監視システム１１０、比例バルブ１２０、１３０、並びに、ツール１４０、１５０、１６０、及び、１７０を含む。ツール１４０、１５０、１６０、及び、１７０は、例えば、はさみ、硝子体除去器、鉗子、注入あるいは吸引モジュールであることもできる。その他ツールも、図1に示した装置とともに使用することができる。
【００１７】
図1に示されるように、ガス圧監視システム１１０は、流体的にマニフォールドを介して比例バルブ１２０、１３０に接続されている。単一のマニフォールドで、ガス圧監視システム１１０を比例バルブ１２０、１３０に接続することができる。あるいは、２つの物理的に分離したマニフォールドで、ガス圧監視システム１１０をそれぞれ比例バルブ１２０、１３０に接続することができる。
【００１８】
作動中、図１の空気力学的な動力を持った外科処置用の装置は、硝子体切除術のような様々な外科処置を実行する際に医師を支援するように作動する。窒素などの圧縮ガスは、ツール１４０、１５０、１６０、及び、１７０に動力を供給する。圧縮ガスは、ガス圧監視システム１１０を通過し、1つあるいはそれ以上のマニフォールドを介して比例バルブ１２０、１３０へ通過し、付加的なマニフォールド又はチューブを介してツール１４０、１５０、１６０、及び、１７０に通過する。
【００１９】
ガス圧監視システム１１０は、装置に入るときにガス源からの圧縮ガスの圧力を監視するように機能する。比例バルブ１２０、１３０は、ガス圧監視システム１１０から受けた圧縮ガスを分配する。比例バルブ１２０、１３０は、ツール１４０、１５０、１６０、及び、１７０に送られる空気力学的な動力を制御する。様々なバルブ、マニフォールド、及び、チューブは、ガス圧監視システム１１０から、比例バルブ１２０、１３０を経て、ツール１４０、１５０、１６０、及び、１７０へ向けて、圧縮ガスを送り出すのに使用される。この圧縮ガスが例えば、ツール１４０、１５０、１６０、及び、１７０内のシリンダーを作動させる。
【００２０】
図２は、本発明の１つの実施態様にしたがった、複数の圧力のダイナミックレンジを提供できる空気力学的システムの概略図である。図２において、空気力学的システム２００は、入力比例バルブ２０５、出力比例バルブ２１０、及び、リザーバ２１５、出力圧力トランスデューサ２２０及び２２５、入力圧力トランスデューサ２６０、マフラー２３０、並びに、マニフォールド２３５、２４０、２４５、２５０、及び、２５５を含む。
【００２１】
マニフォールド２３５は、入力圧力トランスデューサ２６０を入力比例バルブ２０５に接続する。マニフォールド２４０は、入力比例バルブ２０５をリザーバ２１５に接続する。マニフォールド２４５は、出力比例バルブ２１０をリザーバ２１５に接続する。マニフォールド２５０は、出力比例バルブ２１０をマフラー２３０が取り付けられた通気ポート（ベントポート）に接続する。マニフォールド２５５は、リザーバ２１５を出力圧力トランスデューサ２２０及び２２５に接続する。
【００２２】
図２の実施態様では、比例バルブ２０５、及び、２１０は、標準アジャスタブルバルブである。よく知られているように、比例バルブは、バルブを複数の位置に移動するように操作するソレノイドを有している。比例バルブ２０５、及び、２１０は、バルブの作動パラメータ内の任意の角度で開かれることができる。通常、比例バルブ２０５、及び、２１０の各々が開くことができるパーセンテージは、０％（完全閉鎖）から１００％（完全開放）までの任意のパーセンテージである。例えば、比例バルブ２０５、及び、２１０は、１０％、２０％、３０％その他で開かれることができ、これらを通して一定期間に正確なガス量を流すことができる。比例バルブ２０５、及び、２１０は、コントローラ（図示しない）によって独立に制御される。このように、比例バルブ２１０がある場所で作動させられている間、比例バルブ２０５はある別の位置で作動させられることができる。
【００２３】
入力比例バルブ２０５は、マニフォールド２３５からリザーバ２１５への加圧ガス流を制御する。このように、入力比例バルブ２０５は、ある所定の期間にマニフォールド２３５からリザーバ２１５へ入るガスの量を制御する。出力比例バルブ２１０は、リザーバ２１５から大気中に排気される加圧ガスの量を制御する。このように、比例バルブ２０５は、マニフォールド２５０とマフラー２３０が取り付けられた通気ポートを介してリザーバ２１５を出るガスの量を制御する。
【００２４】
リザーバ２１５は、加圧ガスを保持できるチャンバーである。通常、リザーバ２１５は、１つあるいはそれ以上のアルミの塊から機械加工されたものである。このように、リザーバ２１５は、ある圧力のガスをある設定体積だけ保持できる。使用時、リザーバ２１５は、気密性を保っている。リザーバ２１５は、マニフォールドに接続するためのカップルリング、あるいは、フィッティングを有することもできる。本発明の原理に整合する他の実施態様では、リザーバ２１５と様々なマニフォールドは、アルミニウムの1つの塊から機械加工で製造されることもできる。
【００２５】
圧力トランスデューサ２２０、２２５、及び、２６０は、それぞれ、マニフォールド２５５、２４５、及び、２３５内に含まれるガスの大気圧を読み取るように作動する。換言すれば、圧力トランスデューサ２２０、及び、２２５は、マニフォールド２４５、及び、２５５内のそれに隣接している圧縮ガスの圧力を読み取る。２つの圧力トランスデューサ２２０、及び、２２５は、冗長装置として備えられている。この場合、この過程によって測定された圧力はトランスデューサ不具合に強い耐性がありその影響を受けにくくあることができる。圧力トランスデューサ２６０は、マニフォールド２３５内のそれに隣接している圧縮ガスの圧力を読み取る。図2の実施態様では、圧力トランスデューサ２２０、２２５、及び、２６０は、一般的な圧力トランスデューサである。圧力トランスデューサ２２０、２２５、及び、２６０は、圧縮ガスの圧力を読み取って、圧縮ガスの圧力に関する情報を含む電気信号をコントローラ（図示しない）に送信することができる。
【００２６】
マニフォールド２３５、２４０、２４５、２５０、及び、２５５は、圧縮ガスを伝播するように構成されている。図2の実施態様では、これらのマニフォールドは、アルミニウムなどの金属から機械加工されている。これらのマニフォールドは、気密性を有し、様々なフィッティング及びカップリングを備えており、比較的高い圧力に耐えられるように製造されている。これらのマニフォールドは、個別の部分品として製造されることもでき、あるいは、１つの単体製品として製造されることもできる。例えば、マニフォールド２３５、２４０、２４５、２５０、及び、２５５は、アルミニウムの塊から機械加工されることができる。本発明の原理にしたがった別の実施態様では、マニフォールド２３５、及び、２４０は、アルミニウムの塊から機械加工され、そして、マニフォールド２４５、２５０、及び、２５５は、アルミニウムの別の塊から機械加工されている。
【００２７】
マフラー２３０は、開放されるガスが生成するノイズを抑えるように製造された一般的なマフラーである。このマフラーは、通常、シリンダー形状をなしている。
【００２８】
作動時、図２の空気力学的システムは、図２の空気力学的システムは、入力ガス圧とガス使用量の全範囲に渡ってマニフォールド２５５内である一定の出力ガス圧範囲を提供できる。一般に、圧縮ガスは、マニフォールド２３５を介して空気力学的システム２００に入る。空気力学的システム２００に入るガスは、濾過又は調整される。加圧ガス源は、通常、シリンダーである。多くの医師は、圧縮窒素のシリンダーを使用する。他の場合には、多くの医師は、その他の圧縮空気源を使用する。源に依存せず、圧縮ガスは、複数の異なる圧力範囲の任意の圧力でマニフォールド２３５に入る。例えば、マニフォールド２３５内の圧縮ガスは、４１４ｋＰａ（６０ｐｓｉ（ポンドパースクエアインチ））から８２７ｋＰａ（１２０ｐｓｉ）の範囲内であることもできる。源に依存して、マニフォールド２３５内の圧縮ガスは、４１４ｋＰａ（６０ｐｓｉ）、８２７ｋＰａ（１２０ｐｓｉ）、であるか、あるいは、この間の任意の圧力であることもできる。
【００２９】
同様に、ガスの使用量は、リザーバ２１５内に含まれる圧縮ガスによって動力を得ているツールの作動に依存する。圧縮ガスは、マニフォールド２５５と、通常、他の部材を通過して様々な外科処置ツールに動力を与える。例えば、圧縮ガスは、硝子鯛切除術用器具（図示しない）に動力を与えるのに使用することができる。硝子鯛切除術用器具は、作動させられる方式に依存して異なる量の圧縮ガスを消費することができる。硝子鯛切除術用器具が遅い切除レートで作動させられるときには、ある時間間隔内で比較的少ない量の圧縮ガスを消費する。硝子鯛切除術用器具が早い切除レートで作動させられるときには、ある時間間隔内で比較的多い量の圧縮ガスを消費する。ガス使用量のこの範囲は広く変化する。
【００３０】
一般に、リザーバ２１５からのガスの使用量が増えれば、ある一定の圧力範囲内に維持するためにリザーバ２１５に入力される圧縮ガスの量を増やさなければならない。同様に、リザーバ２１５からのガスの使用量が減れば、ある一定の圧力範囲内に維持するためにリザーバ２１５に入力される圧縮ガスの量を減らさなければならない。したがって、入力比例バルブ２０５は、ある所定のガス使用量と入力圧力に対して、ある所定のパーセンテージだけ開かれてある所定量の圧縮ガスをリザーバ２１５に入れることができる。同様に、出力比例バルブ２１０は、ある所定のガス使用量と入力圧力に対して、ある所定のパーセンテージだけ開かれてある所定量の圧縮ガスをリザーバ２１５に出すことができる。ある所定のガス使用量と入力圧力は変化するので、入力比例バルブ２０５と出力比例バルブ２１０の開く量は変化する。入力比例バルブ２０５と出力比例バルブ２１０は、ある所定のガス使用量と入力圧力に対して、独立に制御されてリザーバ２１５内をある一定のガス圧を維持する。
【００３１】
リザーバ２１５内で維持されるこの一定のガス圧の範囲は、通常、設定点である、中間点を持っている。この設定点の周りの厳密な圧力範囲はリザーバ２１５内で維持される。例えば、ガス圧に依存して、その範囲は、プラスマイナス０．５％あるいは０．０５％であることができる。
【００３２】
図３は、本発明の１つの実施態様にしたがった、複数の圧力のダイナミックレンジを提供できる空気力学的システムのバルブ、トランスデューサ、及び、コントローラ部の概略図である。図３において、コントローラ３００とインターフェイス３０５、３１０、３１５、及び、３２５は、比例バルブ２０５、及び、２１０、並びに、圧力トランスデューサ２２０、２２５、及び、２６０とともに図示されている。
【００３３】
図３の実施態様では、コントローラ３００は、インターフェイス３０５、３１０、及び、３２５を介してそれぞれ圧力トランスデューサ２２０、２２５、及び、２６０から圧力情報を受信する。このようにして、圧力トランスデューサ２２０は、コントローラ３００にインターフェイス３０５を介して電気的に接続され、圧力トランスデューサ２２５は、コントローラ３００にインターフェイス３１０を介して電気的に接続され、そして、圧力トランスデューサ２６０は、コントローラ３００にインターフェイス３２５を介して電気的に接続されている。コントローラ３００は、比例バルブ２０５、及び、２１０にそれぞれインターフェイス３１５、及び、３２０を介して制御信号を送信する。
【００３４】
コントローラ３００は、通常、論理機能を実行できる集積回路である。このように、コントローラ３００は、電源ピン、入力ピン、及び、出力ピンを備えた標準集積回路パッケージの形態をとっている。いくつかの実施態様では、コントローラ３００は、バルブコントローラあるいは目的の装置を制御するコントローラである。このような場合、コントローラ３００は、バルブなどの特定の装置に対して特定の制御機能を実行する。他の実施態様では、コントローラ３００は、マイクロプロッセサである。このような場合、コントローラ３００は、バルブとともに装置の他の構成物を制御するように機能できるようにプログラムすることが可能である。その他の場合には、コントローラ３００は、プログラムすることが可能ではないマイクロプロッセサであるが、その代わりに、異なる機能を実行する異なるバルブを制御するように構成された特定の目的のためのマイクロプロッセサである。
【００３５】
コントローラ３００は、圧力トランスデューサ２２０、２２５、及び、２６０からそれぞれインターフェイス３０５、３１０、及び、３２５を介して信号を受信するように構成されている。これらの信号は、例えば、マニフォールド２５５、２３５内のガス圧の読み値に対応している。コントローラ３００は、インターフェイス３１５、及び、３２０を介してそれぞれ比例バルブ２０５、及び、２１０に出力信号を送信するようにも構成されている。これらの出力信号によって、コントローラ３００は、比例バルブ２０５、及び、２１０の作動を制御することができる。
【００３６】
インターフェイス３０５、３１０、及び、３２５は、圧力トランスデューサ２２０、２２５、及び、２６０からコントローラ３００へ信号を伝播するように製造されている。このような場合、インターフェイス３０５、３１０、及び、３２５は、ワイヤ、バス、トレース、あるいは、これらと等価な物など、一般的な電気伝導体である。同様に、インターフェイス３１５、及び、３２０は、コントローラ３００から比例バルブ２０５、及び、２１０へ信号を伝播する。インターフェイス３１５、及び、３２０は、１つあるいはそれ以上のワイヤ、バス、トレース、あるいは、これらと等価な物であって電気信号あるいはデータ信号を伝播するように製造された物であることもできる。
【００３７】
本発明の原理に整合する１つの実施態様では、コントローラ３００は、ＰＩＤコントローラを実装している。比例積分微分コントローラ（ＰＩＤコントローラ）は、産業用制御システムにおける共通のフィードバックループ構成物である。ＰＩＤコントローラは、ある工程あるいは装置から測定値を取り出して、それを設定点のレファレンス値と比較する。そして、その差あるいはエラ−信号は、その工程の測定値を所望の設定点に引き戻すためにその工程への入力を調整するのに使用される。より簡単なコントローラと異なり、ＰＩＤコントローラは、エラ−信号の履歴と変化率に基づいて工程の出力を調整できるので、より正確で安定的な制御が実現できる。
【００３８】
この実施態様では、設定点は、維持されるように所望されるリザーバ２１５内の圧力である。この設定点は、医者がフットスイッチのペダルを踏み込むことによって効果的に選択される。１つの実施態様では、その設定点は、フットスイッチ（図示しない）を使用して選択される。フットスイッチを押し込むと圧力と所定の期間中に使用されるガス量を増加する。
【００３９】
入力ガス圧とガス使用量も、コントローラ３００の作動に影響する。入力圧力トランスデューサ２６０によって測定された、ある所定の入力圧力に対して、比例バルブ２０５、及び、２１０は、あるガス使用量の範囲に渡ってリザーバ２１５内をある一定の圧力範囲に維持するように作動させられる。比例バルブ２０５、及び、２１０は、コントローラ３００によって独立に作動させられる。コントローラ３００は、比例バルブ２０５、及び、２１０にある所定の割合（例えば、０％、２％、１０％、３０％、７５％、９９％、１００％、）で開いてリザーバ２１５内をある一定の圧力範囲に維持するように指令する。
【００４０】
本発明の原理に整合する１つの実施態様では、マニフォールド２３５内の加圧ガスの入力圧力は、圧力トランスデューサ２６０によって測定される。この入力圧力に基づいて、ＰＩＤアルゴリズムで使用するための制御定数の組みが選択される。コントローラ３００は、この制御定数の組を使用して比例バルブ２０５、及び、２１０の作動を制御する。比例バルブ２０５、及び、２１０は、コントローラ３００によって調整されて、あるガス使用量の範囲に渡ってリザーバ２１５内をある一定の圧力範囲に維持する。
【００４１】
図４は、本発明の１つの実施態様にしたがった、複数の圧力のダイナミックレンジを提供できる空気力学的システムの1つの作動方法を表すグラフである。図４において、Ｘ軸は時間を示し、Ｙ軸はリザーバ２１５の圧力を示している。３つの異なる時刻に３つの異なるガス圧（Ｐ１，Ｐ２，及び、Ｐ３）が選択されている。図4のグラフは、どのようにリザーバ２１５のガス圧がコントローラによる比例バルブ２０５、２１０の制御に応答するかを示している。
【００４２】
時間間隔Ｔ１で、リザーバ２１５のガス圧は、ゼロからＰ１に上昇する。この間、コントローラ３００によって、比例バルブ２０５、２１０は独立に制御される。例えば、外科医は、フットスイッチを踏んで効果的に設定点Ｐ１を選択することができる。この選択に応じて、コントローラ３００は、比例バルブ２０５、２１０を作動させてリザーバ２１５内のガス圧をＰ１にする。選択した制御アルゴリズムの結果として、圧力はゼロから上昇し、Ｐ１をオーバーシュートし、非常に短い時間の後、Ｐ１に安定化する。通常、時間間隔Ｔ１は、ミリ秒オーダーの非常に短い時間間隔である。
【００４３】
時間間隔Ｔ２において、リザーバ２１５内のガス圧は所望の設定点に落ち着く。Ｔ２において、リザーバ２１５内のガス圧は選択された設定点周囲のガス圧範囲に厳重に維持される。
【００４４】
時間間隔Ｔ３において、リザーバ２１５のガス圧は、Ｐ１からＰ２に上昇する。この間、コントローラ３００によって、比例バルブ２０５、２１０は独立に制御される。例えば、外科医は、フットスイッチを踏んで効果的に設定点Ｐ２を選択することができる。この選択に応じて、コントローラ３００は、比例バルブ２０５、２１０を作動させてリザーバ２１５内のガス圧をＰ２にする。選択した制御アルゴリズムの結果として、圧力はＰ１から上昇し、Ｐ２をオーバーシュートし、非常に短い時間の後、Ｐ２に安定化する。通常、時間間隔Ｔ１は、ミリ秒オーダーの非常に短い時間間隔である。
【００４５】
時間間隔Ｔ４において、リザーバ２１５内のガス圧は所望の設定点に落ち着く。Ｔ４において、リザーバ２１５内のガス圧は選択された設定点、この場合、Ｐ２の周囲のガス圧範囲に厳重に維持される。
【００４６】
時間間隔Ｔ５において、リザーバ２１５のガス圧は、Ｐ２からＰ３に上昇する。この間、コントローラ３００によって、比例バルブ２０５、２１０は独立に制御される。例えば、外科医は、フットスイッチを踏んで効果的に設定点Ｐ３を選択することができる。この選択に応じて、コントローラ３００は、比例バルブ２０５、２１０を作動させてリザーバ２１５内のガス圧をＰ３にする。選択した制御アルゴリズムの結果として、圧力はＰ２から上昇し、Ｐ３をオーバーシュートし、非常に短い時間の後、Ｐ３に安定化する。通常、時間間隔Ｔ５は、ミリ秒オーダーの非常に短い時間間隔である。
【００４７】
時間間隔Ｔ６において、リザーバ２１５内のガス圧は所望の設定点に落ち着く。Ｔ６において、リザーバ２１５内のガス圧は選択された設定点、この場合、Ｐ３の周囲のガス圧範囲に厳重に維持される。
【００４８】
以上の記載より、本発明が、外科処置ツールに空気力学的動力を供給する改良されたシステムを提供することが理解されると思われる。本発明によって、複数の圧力の可変範囲に渡って圧縮ガスを提供して、外科処置ツールをそれが完全に機能する範囲に渡って作動させることができる。さらに、圧力設定点は動的に調整でき、応答時間は短い。ここでは、本発明は例として説明され、当該技術分野の当業者によって様々な変形態様がなされることができると思われる。
【００４９】
本明細書を考慮して以上に開示された本発明を実施すれば、本発明の他の多くの実施態様は当該技術分野の当業者にとって明らかであると思われる。本明細書を実施例は単に例示であり、本願発明の真の範囲と思想は以下の請求項に示されていることを意図するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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