(57)【要約】  手術器具が開示される。この手術用具は、用具装着ハウジングと用具装着プレートと結合具とを備える用具装着部分を有し、結合具は、関節区間を備えたシャフト組立体を用具装着部分に結合するためのものである。関節機構が、用具装着部分内に配置されており、シャフト組立体の近位端部を受容してシャフト組立体の関節区間を関節運動させるように構成されている。インターフェースが、用具装着部分をマニピュレータに機械的にかつ電気的に結合する。
2015507968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手術用具であって、
用具装着ハウジングと、用具装着プレートと、結合具とを備える用具装着部分であって、前記結合具は、関節区間を備えたシャフト組立体を前記用具装着部分に結合するためのものである、用具装着部分と、
前記シャフト組立体の近位端部を受容して前記シャフト組立体の前記関節区間を関節運動させるように構成された関節機構と、
前記用具装着部分をマニピュレータに機械的にかつ電気的に結合するためのインターフェースとを備える、手術用具。
【請求項２】
前記関節機構は、前記シャフト組立体の前記関節区間を関節運動させるように作動する少なくとも１つのラックピニオンギヤ機構を備える、請求項１に記載の手術用具。
【請求項３】
前記ラックピニオンギヤ機構は、
第１の回転胴部に回転可能に結合された第１のピニオンギヤであって、前記第１の回転胴部は、前記インターフェースに回転可能に結合するように適合された第１の従動要素に結合される、第１のピニオンギヤと、
前記第１のピニオンギヤと噛み合わされた第１のラックギヤであって、第１の関節バンドに連結される、第１のラックギヤとを備える、請求項２に記載の手術用具。
【請求項４】
前記ラックピニオンギヤ機構は、
第２の回転胴部に結合された第２のピニオンギヤであって、前記第２の回転胴部は、前記インターフェースに回転可能に結合するように適合された第２の従動要素に結合される、第２のピニオンギヤと、
前記第２のピニオンギヤと噛み合わされた第２のラックギヤであって、第２の関節バンドに連結される、第２のラックギヤとを備える、請求項３に記載の手術用具。
【請求項５】
前記関節機構は、前記シャフト組立体の前記関節区間を関節運動させるように作動するカム機構を備える、請求項１に記載の手術用具。
【請求項６】
前記カム機構は、
第１及び第２のカム部分を備える二重カムであって、前記二重カム組立体は、回転胴部に回転可能に結合され、前記回転胴部は、前記インターフェースに回転可能に結合するように適合された従動要素に結合される、二重カムと、
第１のカム部分に作動的に結合される第１の端部を有する第１の従動アームと、
前記第２のカム部分に作動的に結合される第１の端部を有する第２の従動アームとを備える、請求項５に記載の手術用具。
【請求項７】
前記第１の従動アームは第１のピボットスプールに回転可能に結合された第２の端部を有し、前記第２の従動アームは第２のピボットスプールに回転可能に結合された第２の端部を有する、請求項６に記載の手術用具。
【請求項８】
前記第１及び第２の従動アームの関節位置に影響を与えることなく、前記シャフト組立体の回転が可能となるように、前記第１及び第２の従動アームそれぞれの下方に装着された第１及び第２のブッシュを更に備える、請求項６に記載の手術用具。
【請求項９】
前記第１及び第２のブッシュは、前記シャフト組立体の回転位置に影響を与えることなく、対応する前記第１及び第２の従動アームと共に往復する、請求項８に記載の手術用具。
【請求項１０】
時計回り（ＣＷ）及び反時計回り（ＣＣＷ）方向における前記シャフト組立体の回転を制御するためのシャフト組立体回転機構を更に備える、請求項１に記載の手術用具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は広義には、ロボット手術の分野に関する。具体的には、本開示は、限定するものではないがロボット制御式の手術器具に関する。より具体的には、本開示は、限定するものではないが、手術器具をロボットで関節運動させるための関節運動機構を有する、ロボット制御式の電気手術器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの手術手技は、血管又は他の内部組織を切断又は結紮することを必要とする。多くの手術手技は最小侵襲技術を用いて実施され、そこでは切断又は結紮を実施するために手持型器具が外科医によって使用される。
【０００３】
電気手術用医療器具は一般に、電気接点を有するエンドエフェクタと、高周波（ＲＦ）発生回路とを有し、ＲＦ発生回路は、ＲＦ駆動信号を発生させ、またそのＲＦ駆動信号を少なくとも１つの電気接点に供給するためのものであり、ＲＦ発生回路はまた共振回路を有する。ＲＦ回路は、方形波信号などの周期的に変動する信号を直流（ＤＣ）エネルギー源から発生させるための回路を有し、共振回路は、その周期的に変動する信号をスイッチング回路から受信するように構成される。ＤＣエネルギー源は一般に、例えば機器のハウジング部分に装着され得る１個以上の電池によって設けられる。
【０００４】
様々な手術器具が、組織切断用の要素と、（例えば組織を凝固させるか若しくは封着するために）ＲＦエネルギーを組織に伝達する１つ以上の要素とを有している。そのような装置の一例が、オハイオ州シンシナティ（Cincinnati）のエシコン・エンド−サージェリィ社（Ethicon Endo-Surgery, Inc.）によるエンシール（ＥＮＳＥＡＬ）（登録商標）ティシューシーリングデバイス（Tissue Sealing Device）である。そのような装置及び関連する構想の更なる例が、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００２年１２月３１日発行の米国特許６，５００，１７６号、名称「組織を封着するための電気手術システム及び技術（Electrosurgical Systems and Techniques for Sealing Tissue）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００６年９月２６日発行の米国特許７，１１２，２０１号、名称「電気外科用器具および使用法（Electrosurgical Instrument and Method of Use）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００６年１０月２４発行の米国特許７，１２５，４０９号、名称「制御されたエネルギー送達のための電気手術用作業端（Electrosurgical Working End for Controlled Energy Delivery）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００７年１月３０日発行の米国特許７，１６９，１４６号、名称「電気手術用プローブ及びその使用方法（Electrosurgical Probe and Method of Use）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００７年３月６発行の米国特許７，１８６，２５３号、名称「制御されたエネルギー送達のための電気手術用ジョー構造（Electrosurgical Jaw Structure for Controlled Energy Delivery）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００７年３月１３日発行の米国特許７，１８９，２３３号、名称「電気手術機器（Electrosurgical Instrument）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００７年３月２２日発行の米国特許７，２２０，９５１号、名称「手術用封止面及びその使用方法（Surgical Sealing Surfaces and Methods of Use）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００７年１２月１８日発行の米国特許７，３０９，８４９号、名称「ＰＴＣ特性を呈するポリマー組成物及びその製作方法（Polymer Compositions Exhibiting a PTC Property and Methods of Fabrication）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００７年１２月２５日発行の米国特許７，３１１，７０９号、名称「電気手術用の機器及びその使用方法（Electrosurgical Instrument and Method of Use）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００８年４月８日発行の米国特許７，３５４，４４０号、名称「電気手術器具及びその使用方法（Electrosurgical Instrument and Method of Use）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００８年６月３日発行の米国特許７，３８１，２０９号、名称「電気手術機器（Electrosurgical Instrument）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２０１１年４月１４日公開の米国特許公開第２０１１／００８７２１８号、名称「共通のトリガ機構によって作動可能な第１及び第２の駆動システムを備えた手術器具（Surgical Instrument Comprising First and Second Drive Systems Actuatable by a Common Trigger Mechanism）」、並びに、参照によってその開���内容が本明細書に組み込まれる、２０１１年６月２日出願の米国特許出願第１３／１５１１８１号、名称「機械的及び電気的フィードバックを用いたモータ駆動式電気手術装置（Motor Driven Electrosurgical Device with Mechanical and Electrical Feedback）」に開示されている。
【０００５】
加えて、多様な手術器具が、関節区間を有するシャフトを備えており、シャフトの関節区間に対して遠位側に位置するエンドエフェクタに、位置決め機能の向上をもたらしている。そのような装置の例には、エシコン・エンド−サージェリィ社（Ethicon Endo-Surgery, Inc.）によるＥＮＤＯＰＡＴＨ（登録商標）エンドカッターの様々なモデルが挙げられる。そのような装置及び関連する構想の更なる例が、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００８年６月３日発行の米国特許７，３８０，６９６号、名称「ツーピースのＥビーム発射機構を含む関節運動外科用ステープラ（Articulating Surgical Stapling Instrument Incorporating a Two-Piece E-Beam Firing Mechanism）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００８年７月２９日発行の米国特許７，４０４，５０８号、名称「外科用ステープリング及び切断デバイス（Surgical Stapling and Cutting Device）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００８年１１月２５日発行の米国特許７，４５５，２０８号、名称「流体移送制御式関節運動機構を有する外科用器械（Surgical Instrument with Articulating Shaft with Rigid Firing Bar Supports）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００９年３月２４日発行の米国特許第７，５０６，７９０号、名称「電気的に作動する関節運動機構を含む外科器具（Surgical Instrument Incorporating an Electrically Actuated Articulation Mechanism）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００９年６月２３日発行の米国特許第７，５４９，５６４号、名称「関節運動するエンドエフェクタを備えた外科医用ステープル留め器具（Surgical Stapling Instrument with an Articulating End Effector）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００９年７月１４日発行の米国特許第７，５５９，４５０号、名称「流体移送制御式関節運動機構を有する外科用器械（Surgical Instrument Incorporating a Fluid Transfer Controlled Articulation Mechanism）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２０１０年２月２日発行の米国特許第７，６５４，４３１号、名称「案内された状態で側方へ移動する関節運動部材を備えた外科用器械（Surgical Instrument with Guided Laterally Moving Articulation Member）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２０１０年８月２４日発行の米国特許第７，７８０，０５４号、名称「旋回関節運動継手に結合されている側方移動型シャフトアクチュエータを備えた外科用器械（Surgical Instrument with Laterally Moved Shaft Actuator Coupled to Pivoting Articulation Joint）」、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２０１０年８月３１日発行の米国特許７，７８４，６６２号、名称「単一のピボットクロージャおよび二重ピボットフレームグラウンドを備えた関節運動シャフトを有する外科用器械（Surgical Instrument with Articulating Shaft with Single Pivot Closure and Double Pivot Frame Ground）」、並びに、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２０１０年９月２１日発行の米国特許７，７９８，３８６号、名称「外科用器具の関節運動継手カバー（Surgical Instrument Articulation Joint Cover）」に開示されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、ロボット制御式の手術器具、つまりロボット制御式の手術用具が提供される。この手術用具は、用具装着ハウジングと、用具装着プレートと、結合具とを備える用具装着部分を有し、この結合具は、関節区間を備えたシャフト組立体を前具装着部分に結合するためのものである。関節機構が、シャフト組立体の近位端部を受容してシャフト組立体の関節区間を関節運動させるように構成される。インターフェースが、用具装着部分をマニピュレータに機械的にかつ電気的に結合する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ロボット手術システムの一実施形態をブロック図の形態で示している。
【図２】図３に示すタイプのロボットアームスレーブカートと連結して使用され得るマスタコントローラの一実施形態を示している。
【図３】複数の外科用具を作動させるように構成されたロボットアームカート３００の一実施形態を示している。
【図４】手術用具の移動を制限するためのリンク機構を有し得るロボットマニピュレータの一実施形態を示している。
【図５】別の組立ジョイント構造の一実施形態を示している。
【図６】ロボットシステムでの使用に適合された手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図７】図６に示す手術用具の一実施形態の頂面図を示している。
【図８】図６に示す手術用具の一実施形態の底面図を示している。
【図９】図６に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図１０】図６に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図１１】図６に示す手術用具の一実施形態の正面図を示している。
【図１２】図６に示す手術用具の一実施形態の背面図を示している。
【図１３】用具装着ハウジングを除去した、図６に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図１４】用具装着ハウジングを除去した、図６に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図１５】図６に示す手術用具の用具装着ハウジングの一実施形態の斜視図を示している。
【図１６】図６に示す手術用具の用具装着ハウジングの一実施形態の底面図を示している。
【図１７】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６に示す手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図１８】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６に示す手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図１９】図６に示す手術用具の用具装着プレートの一実施形態の斜視図を示している。
【図２０】図６に示す手術用具の用具装着プレートの一実施形態の底面図を示している。
【図２１】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６に示す手術用具の一実施形態の頂面図を示している。
【図２２】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６に示す手術用具の一実施形態の底面図を示している。
【図２３】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図２４】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図２５】ロボットシステムでの使用に適合された手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図２６】図２５に示す手術用具の一実施形態の頂面図を示している。
【図２７】図２５に示す手術用具の一実施形態の底面図を示している。
【図２８】図２５に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図２９】図２５に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図３０】図２５に示す手術用具の一実施形態の正面図を示している。
【図３１】図２５に示す手術用具の一実施形態の背面図を示している。
【図３２】用具装着ハウジングを除去した、図２５に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図３３】用具装着ハウジングを除去した、図２５に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図３４】図２５に示す手術用具の用具装着ハウジングの一実施形態の斜視図を示している。
【図３５】図２５に示す手術用具の用具装着ハウジングの一実施形態の底面図を示している。
【図３６】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図２５に示す手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図３７】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図２５に示す手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図３８】図２５に示す手術用具の用具装着プレートの一実施形態の斜視図を示している。
【図３９】図２５に示す手術用具の用具装着プレートの一実施形態の底面図を示している。
【図４０】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図２５に示す手術用具の一実施形態の頂面図を示している。
【図４１】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図２５に示す手術用具の一実施形態の底面図を示している。
【図４２】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図２５に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図４３】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図２５に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図４４】ロボットシステムでの使用に適合された手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図４５】図４４に示す手術用具の一実施形態の頂面図を示している。
【図４６】図４４に示す手術用具の一実施形態の底面図を示している。
【図４７】図４４に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図４８】図４４に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図４９】図４４に示す手術用具の一実施形態の正面図を示している。
【図５０】図４４に示す手術用具の一実施形態の背面図を示している。
【図５１】用具装着ハウジングを除去した、図４４に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図５２】用具装着ハウジングを除去した、図４４に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図５３】図４４に示す手術用具の用具装着ハウジングの一実施形態の斜視図を示している。
【図５４】図４４に示す手術用具の用具装着ハウジングの一実施形態の底面図を示している。
【図５５】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図４４に示す手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図５６】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図４４に示す手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図５７】図４４に示す手術用具の用具装着プレートの一実施形態の斜視図を示している。
【図５８】図４４に示す手術用具の用具装着プレートの一実施形態の底面図を示している。
【図５９】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図４４に示す手術用具の一実施形態の頂面図を示している。
【図６０】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図４４に示す手術用具の一実施形態の底面図を示している。
【図６１】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図４４に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図６２】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図４４に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図６３】ロボットシステムでの使用に適合された手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図６４】図６３に示す手術用具の一実施形態の頂面図を示している。
【図６５】図６３に示す手術用具の一実施形態の底面図を示している。
【図６６】図６３に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図６７】図６３に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図６８】図６３に示す手術用具の一実施形態の正面図を示している。
【図６９】図６３に示す手術用具の一実施形態の背面図を示している。
【図７０】用具装着ハウジングを除去した、図６３に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図７１】用具装着ハウジングを除去した、図６３に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図７２】図６３に示す手術用具の用具装着ハウジングの一実施形態の斜視図を示している。
【図７３】図６３に示す手術用具の用具装着ハウジングの一実施形態の底面図を示している。
【図７４】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６３に示す手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図７５】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６３に示す手術用具の一実施形態の斜視図を示している。
【図７６】図６３に示す手術用具の用具装着プレートの一実施形態の斜視図を示している。
【図７７】図６３に示す手術用具の用具装着プレートの一実施形態の底面図を示している。
【図７８Ａ】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６３に示す手術用具の一実施形態の頂面図を示している。
【図７８Ｂ】用具装着ハウジングと、用具装着プレートと、第１及び第２の従動アームとを除去した、図６３に示す手術用具の一実施形態の頂面図を示している。
【図７９】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６３に示す手術用具の一実施形態の底面図を示している。
【図８０】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６３に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図８１】用具装着ハウジングと用具装着プレートを除去した、図６３に示す手術用具の一実施形態の側面図を示している。
【図８２】関節区間を右に関節運動させた、図６３に示す手術用具の一実施形態を示している。
【図８３】図６３に示す手術用具の一実施形態を示している。
【図８４】関節区間を左に関節運動させた、図６３に示す手術用具の一実施形態を示している。
【図８５】図６３に示す手術用具の一実施形態を示している。
【図８６】シャフト回転、クランプジョー開閉機構、及びナイフ作動機構を備えた、図６３に示す手術用具の一実施形態を示している。
【図８７】リミットスイッチを圧縮モードにした、図６３に示す手術用具の一実施形態を示している。
【図８８】クランプジョーの上方ジョーが開放しており、カッター要素が近位側の位置にあることを、リミットスイッチがコントローラに自在に示唆する、図６３に示す手術用具の一実施形態を示している。
【図８９】用具装着ハウジングを備えた用具装着部分内に配置された内部電池を備える手術用具の一実施形態を示している。
【図９０】用具装着ハウジングを取り外した用具装着部分内に配置された内部電池を備える、図８９に示す手術用具の一実施形態を示している。
【図９１】用具装着ハウジングを備えた用具装着部分内に配置された内部電池を備える手術用具の一実施形態を示している。
【図９２】一実施形態による高周波（ＲＦ）駆動制御回路を示している。
【図９３】一実施形態によるコントローラの主構成要素を示している。
【図９４】電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に加えられたスイッチング信号と、負荷に加えられた測定電流及び電圧を表す正弦波信号と、検出した負荷電圧及び負荷電流を同期サンプリング回路がサンプリングするタイミングとを示す、一実施形態による信号プロットである。
【図９５】一実施形態による、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート駆動回路を駆動するための駆動波形を示している。
【図９６】一実施形態による、第１の基板に配置されたデジタル処理システムの略図を示している。
【図９７】電池を放電させるために回路に与えられる出力信号を示している。
【図９８】一実施形態による、出力検出試験回路と磁気スイッチ要素とを備えた高周波（ＲＦ）増幅器区間を示している。
【図９９】関節区間を左に関節運動させた、図６に示す手術器具の一実施形態を示している。
【図１００】関節区間を備えたシャフト組立体の一実施形態の斜視図を示している。
【図１０１】図１００に示すシャフト組立体の近位端部の斜視図を示している。
【図１０２】図１００に示すシャフト組立体の遠位端部の斜視図を示している。
【図１０３】図１００に示すシャフト組立体の遠位及び近位端部の詳細図を示している。
【図１０４】図１００に示すシャフト組立体の側面図である。
【図１０５】図１００に示すシャフト組立体の側面図である。
【図１０６】図１００に示すシャフト組立体の底面図である。
【図１０７】図１００に示すシャフト組立体の頂面図である。
【図１０８】関節区間を備えたシャフト組立体の一実施形態を示している。
【図１０９】図１０８に示すシャフト組立体の一実施形態の遠位端部を示している。
【図１１０】図１０８に示すシャフト組立体の一実施形態の遠位端部を示している。
【図１１１】図１０８に示すシャフト組立体の一実施形態の遠位端部を示している。
【図１１２】手術用具で用いられ得るエンドエフェクタの一実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ロボット制御式の手術器具の様々な実施形態について詳細に説明する前に、留意されたいこととして、それらの例示的な実施形態は、用途又は使用法において、添付の図面及び説明に示す部品の構造及び構成の詳細に限定されるものではない。それらの例示的な各実施形態は、他の実施形態、変形形態、及び修正形態において実現されても、あるいはそれらに組み込まれてもよく、また、様々な方式で遂行又は実行されてもよいことが理解されよう。更に、特に明記しない限り、本明細書で用いる用語及び表現は、読者の便宜のために例示的な実施形態を説明する目的で選ばれており、それらを限定するためのものではない。
【０００９】
更に、理解されたいこととして、後述する実施形態、実施形態の表現、及び／又は実施例のうちの任意の１つ以上が、後述する他の実施形態、実施形態の表現、及び／又は実施例のうちの任意の１つ以上と組み合わされ得る。
【００１０】
本開示は、ロボット手術の機器、システム、及び方法の様々な実施形態を提供する。具体的には、本開示は、ロボット制御式の手術器具の様々な実施形態を提供する。より具体的には、本開示は、手術器具をロボット式で関節運動させるためのロボット制御式の関節機構を備えたロボット制御式の電気手術及び／又は超音波器具の様々な実施形態を提供する。
【００１１】
開示を明確にするために、「近位」及び「遠位」という用語は、手術用具をロボットマニピュレータ及び遠位側の手術用エンドエフェクタに手術用具を機械的にかつ電気的に結合するインターフェースを有する近位側のハウジングを備えたロボット手術用具に対して定義される。「近位」という用語は、ハウジングにより近い要素の位置を指し、「遠位」という用語は、手術用エンドエフェクタにより近く、かつハウジングからより離れた要素の位置を指す。
【００１２】
多くのロボット手術手技は、血管又は他の脈管組織を切断又は結紮することを必要とする。最小侵襲ロボット手術では、外科手術は、患者の体内の小さな切開部を通じて実施される。空間が限られる結果として、多くの場合、横切された血管をクランピング及び／又は結紮するときの出血を制御する上で困難が生じる。電気手術鉗子を利用することで、ロボット手術用具は、クランプアームとも呼ばれるロボット制御式の電気手術鉗子のジョー部材を通じて印加される電気手術用エネルギーをロボット制御することによって、出血を焼灼し、凝固／乾燥させ、かつ／又は単純に減らすか若しくは遅くすることができる。
【００１３】
外科的な巧緻性を向上させるためだけでなく、外科医が直感的な方式で患者に手術できるようにするために、長年にわたって、様々な最小侵襲ロボット（又は「遠隔手術（telesurgical）」）システムが開発されてきた。ロボット手術システムは、本明細書で説明するように、例えば超音波器具及び／又は電気手術器具を含め、多種多様な手術器具と共に使用され得る。例示的なロボットシステムには、米国カリフォルニア州サニーベール（Sunnyvale）のインテュイティヴ・サージカル社（Intuitive Surgical, Inc.）によって製造されているものが挙げられる。そのようなシステム、並びに他の製造業者によるロボットシステムが、それぞれ参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許第５，７９２，１３５号、名称「向上した巧緻性および感度で最低侵襲性外科手術を行うための連結外科手術器具（Articulated Surgical Instrument For Performing Minimally Invasive Surgery With Enhanced Dexterity and Sensitivity）」、米国特許第６，２３１，５６５号、名称「手術作業を実施するためのロボットアームＤＬＵＳ（Robotic Arm DLUS For Performing Surgical Tasks）」、米国特許第６，７８３，５２４号、名称「超音波焼灼及び切断器械を備えたロボット手術用具（Robotic Surgical Tool With Ultrasound Cauterizing and Cutting Instrument）」、米国特許第６，３６４，８８８号、名称「最小侵襲手術機器におけるマスター及びスレーブのアライメント（Alignment of Master and Slave In a Minimally Invasive Surgical Apparatus）」、米国特許第７，５２４，３２０号、「ロボット手術用具のための機械式アクチュエータインターフェースシステム（Mechanical Actuator Interface System For Robotic Surgical Tools）」、米国特許第７，６９１，０９８号、名称「プラットフォーム関節手首（Platform Link Wrist Mechanism）」、米国特許第７，８０６，８９１号、名称「最小侵襲遠隔手術におけるマスター／スレーブ関係の再位置決め及び再配向（Repositioning and Reorientation of Master／Slave Relationship in Minimally Invasive Telesurgery）」、並びに、米国特許第７，８２４，４０１号、名称「手関節型単極電気手術エンドエフェクタ（Surgical Tool With Writed Monopolar Electrosurgical End Effectors）」において開示されている。そのようなシステムの多くはしかしながら、組織を効果的に切断及び締結するのに必要な大きさの力を発生させることが、これまではできなかった。
【００１４】
図１は、ロボット手術システムの一実施形態をブロック図の形態で示している。図１〜５は、いくつかの例示的なロボット手術システム及びその構成要素の構造及び動作を示している。図１は、例示的なロボット手術システム１００のブロック図である。システム１００は、少なくとも１台のコントローラ１０８と、少なくとも１台のアームカート１１０とを備えている。アームカート１１０は、１台以上のロボットマニピュレータ又はアーム１１２に機械的にかつ／又は電気的に結合され得る。ロボットアーム１１２の各々は、患者１０４に対して様々な手術作業を実施するための１台以上の手術器具１１４を備え得る。アーム１１２及び器具１１４を含めて、アームカート１１０の動作は、臨床医１０２によってコントローラ１０８から指示され得る。いくつかの実施形態において、第２の臨床医１０２’によって操作される第２のコントローラ１０８’もまた、第１の臨床医１０２’と協働してアームカート１１０の動作を指示し得る。例えば、臨床医１０２、１０２’の各々が、カートの異なるアーム１１２を制御してもよく、あるいは場合により、アームカート１０１０のすべての制御が、臨床医１０２、１０２’の間で交わされてもよい。いくつかの実施形態において、付加的なアームカート（図示せず）が患者１０４に対して利用されてもよい。これらの付加的なアームカートは、コントローラ１０８、１０８’の１台以上によって制御され得る。アームカート１１０とコントローラ１０８、１０８’は、通信リンク１１６を介して互いに通信してもよく、通信リンク１１６は、任意の好適な通信プロトコルに従って任意の好適な種類の信号（例えば、電気、光、赤外線など）を搬送する任意の好適な種類の有線又は無線通信リンクであってよい。通信リンク１１６は実際的な物理リンクであってもよく、あるいは、１つ以上の実際的な物理リンクを使用する論理リンクであってもよい。ネットワークの各ノードを接続する通信設備を参照するためのコンピュータネットワークの分野で周知のように、リンクが論理リンクである場合、物理リンクの種類は、例えば、データリンクであっても、アップリンクであっても、ダウンリンクであっても、光ファイバリンクであっても、２地点間リンクであってもよい。システム１００などのロボット手術システムの例示的な実現形態が、その開示内容が本明細書に組み込まれる米国特許第７，５２４，３２０号に開示されている。したがって、そのような装置の様々な特色について本明細書では、本明細書で開示するロボット手術の機器、システム、及び方法の様々な実施形態及び形式を理解するのに必要となり得る範囲を越えて詳細に説明することはしない。
【００１５】
図２は、図３に示すタイプのロボットアームスレーブカートと連結して使用され得るマスタコントローラの一実施形態を示している。一実施形態において、マスタコントローラ２０２及びロボットアームスレーブカート３００、並びにそれらの個々の構成要素及び制御システムは、本明細書において総じてロボットシステム２００と呼ばれる。そのようなシステム及び装置の例が、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第７，５２４，３２０号に開示されている。したがって、そのような装置の各詳細については、本明細書において、本発明の各種の実施形態及び形式を理解するのに必要となり得る範囲を越えて説明しないことにする。周知のように、マスタコントローラ２０２は一般に、外科医が立体ディスプレイ２０６によって手技を観察する間に外科医によって把持され、空間をおいて操作されるマスタコントローラ（概して図２において２０４として表される）を有している。マスタコントローラ２０２は一般に手動入力装置を備え、その手動入力装置は好ましくは、多自由度で移動するものであり、また多くの場合、用具を作動させるための（例えば、握持のこぎりの閉鎖、電極への電位の印加などのための）作動式ハンドルを更に有している。他の構成において、ディスプレイ２０６を通じて観察され得るフィードバックメータ２０８が外科医に与えられてもよく、また、切断器具又は動的クランピング部材に加えられている力の大きさの視覚的指示が外科医に与えられてもよい。例えば、ステープルカートリッジがエンドエフェクタに装填されているか否か、アンビルが発射に先立って閉位置へ移動されているか否かに関する指示をマスタコントローラ２０２に与えるために、他のセンサ構成が用いられてもよい。
【００１６】
図３は、複数の外科用具を作動させるように構成されたロボットアームカートの一実施形態を示している。図３に示すように、一形態において、ロボットアームカート３００は、総じて３０２と表される複数の手術用具を作動させるように構成される。マスタコントローラとロボットアームカートの構成を利用した様々なロボット手術のシステム及び方法が、参照によってそのすべての開示内容が本明細書に組み込まれる米国特許第６，１３２，３６８号、名称「多構成テレプレゼンスシステムおよびその方法（Multi-Component Telepresence System and Method）」に開示されている。様々な形態において、ロボットアームカート３００は基部３０４を有し、図示の実施形態において、この基部３０４から３つの手術用具３０２が支持されている。様々な形態において、手術用具３０２はそれぞれ、組立ジョイント３０６及びロボットマニピュレータ３０８と呼ばれる、一連の手動関節式リンク機構によって支持される。これらの構造は本明細書において、ロボットリンク機構の大部分に被さって延びる保護カバーを伴って示されている。これらの保護カバーは任意選択であってよく、また、そのような装置を操作するために使用されるサーボ機構にかかる慣性を最小限にするため、衝突を避けるように可動構成要素の体積を限定するため、そして、カート３００の総重量を限定するため、いくつかの実施形態では寸法を限定されるか、あるいは完全に省かれてもよい。カート３００は概して、手術室同士の間でカート３００を輸送するのに好適な寸法を有する。カート３００は、通常は標準的な手術室のドアを通り抜け、標準的な病院のエレベータに入るように構成され得る。様々な形態において、カート３００は、好ましくは一定の重量を有し、カート３００を１人の付添人によって手術台に隣接して位置決めできるホイール（又は他の輸送）システムを有する。様々な実施形態において、ベース部分を備えた自動リロードシステムが、ロボットシステム２００のロボットアームカート３００の作業範囲３１０内に戦略的に設置される。
【００１７】
図４は、手術用具の移動を制限するためのリンク機構を有し得るロボットマニピュレータの一実施形態を示している。ここで図４を参照すると、少なくとも１つの実施形態において、ロボットマニピュレータ３０８は、手術用具３０２の移動を制限するリンク機構４００を備えてもよい。様々な実施形態において、リンク機構４００は、そのすべての開示内容が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第５，８１７，０８４号に更に詳細に記述されているように、平行四辺形の構成をなして回転関節によって互いに結合された剛性リンクを有し、そのため、手術用具３０２は空間４０２内のある点を中心として回転するようになっている。平行四辺形の構成により、ピッチ軸と呼ばれることもある軸４０４ａを中心とした旋回に回転が限定される平行四辺形のリンク機構を支持するリンクは、組立ジョイント３０６（図３）に旋回式で装着され、そのため、手術用具３０２は更に、ヨー軸と呼ばれることもある軸４０４ｂを中心として回転するようになっている。ピッチ軸４０４ａとヨー軸４０４ｂは、手術用具３０２のシャフト４０８に沿って調心される遠隔中心４０６にて交差する。手術用具３０２は、長手方向の用具軸「ＬＴ−ＬＴ」に沿った手術用具３０２のスライド運動を含めて、マニピュレータ３０８によって支援される更なる被駆動自由度を有してもよい。手術用具３０２が用具の軸線ＬＴ−ＬＴに沿ってマニピュレータ３０８に対してスライドするとき（矢印４０４ｃ）、遠隔中心４０６は、マニピュレータ３０８のベース４１０に対して依然として不動である。したがって、マニピュレータ３０８全体は概して、遠隔中心４０６を再配置するように移動される。マニピュレータ３０８のリンク機構４００は、一連のモータ４１２によって駆動される。これらのモータ４１２は、コントロールシステムのプロセッサからの指令に応答してリンク機構４００を能動的に移動させる。モータ４１２はまた、手術用具３０２を操作するために用いられてもよい。
【００１８】
図５は、別の組立ジョイント構造の一実施形態を示している。この実施形態において、手術用具３０２が、別のマニピュレータ構造５００によって２つの組織操作用具の間で支持される。当業者には理解されることとして、本発明の様々な実施形態が、すべての開示内容が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第５，８７８，１９３号、名称「最適な位置決めのための自動内視鏡システム（Automated Endoscope System For Optimal Positioning）」に記載されているものを含めて、多様な別のロボット構造を組み込んでいてもよい。加えて、ロボット構成要素とロボット手術システムのプロセッサとの間のデータ通信については、主として、手術用具３０２とマスタコントローラ２０２（図２）との間の通信に関連して説明するが、理解されたいこととして、同様の通信が、マニピュレータ、組立ジョイント、内視鏡又は他の画像捕捉装置などの回路と、構成要素の互換性検証、構成要素の種別の確認、構成要素較正（オフセットなど）の通信、ロボット手術システムへの構成要素の結合の確認などのためのロボット手術システムのプロセッサとの間に起こり得る。
【００１９】
ロボットシステム２００において使用され得る更なる手術器具については、本発明の譲受人に譲渡された以下の米国特許出願、すなわち、（１）２０１２年２月９日出願の米国特許出願第１３／３６９，５６１号、名称「ロボットシステムで使用するための自動エンドエフェクタ構成要素取換えシステム（AUTOMATED END EFFECTOR COMPONENT RELOADING SYSTEM FOR USE WITH A ROBOTIC SYSTEM）」、（２）２０１２年２月９日出願の米国特許出願第１３／３６９，５６９号、名称「力フィードバック機能を備えたロボット制御式の手術器具（ROBOTICALLY-CONTROLLED SURGICAL INSTRUMENT WITH FORCE-FEEDBACK CAPABILITIES）」、（３）２０１２年２月９日出願の米国特許出願第１３／３６９５７８号、名称「ロボット制御式の手術用具のためのシフト式駆動インターフェース（SHIFTABLE DRIVE INTERFACE FOR ROBOTICALLY-CONTROLLED SURGICAL TOOL）」、（４）２０１２年２月９日出願の米国特許出願第１３／３６９，５８４号、名称「カム駆動式ステープル配備装置を備えた手術用ステープリング器具（SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITH CAM-DRIVEN STAPLE DEPLOYMENT ARRANGEMENTS）」、（５）２０１２年２月９日出願の米国特許出願第１３／３６９，５８８号、名称「可変作動速度を有する回転作動式閉鎖システムを備えたロボット制御式電動手術用エンドエフェクタシステム（ROBOTICALLY-CONTROLLED MOTORIZED SURGICAL END EFFECTOR SYSTEM WITH ROTARY ACTUATED CLOSURE SYSTEMS HAVING VARIABLE ACTUATION SPEEDS）」、（６）２０１２年２月９日出願の米国特許出願第１３／３６９，５９４号、名称「選択的に関節運動可能なエンドエフェクタを備えたロボット制御式手術器具（ROBOTICALLY-CONTROLLED SURGICAL INSTRUMENT WITH SELECTIVELY ARTICULATABLE END EFFECTOR）」、（７）２０１２年２月９日出願の米国特許出願第１３／３６９，６０１号、名称「ロボット制御式手術用エンドエフェクタシステム（ROBOTICALLY-CONTROLLED SURGICAL END EFFECTOR SYSTEM）」、（８）２０１２年２月９日出願の米国特許出願第１３／３６９，６０９号、名称「操作可能な手術用具をロボットに動作可能に結合するための駆動インターフェース（DRIVE INTERFACE FOR OPERATIVELY COUPLING A MANIPULATABLE SURGICAL TOOL TO A ROBOT）」、（９）２０１２年２月９日出願の米国特許出願第１３／３６９，６２９号、名称「ロボット制御式のケーブル型手術用エンドエフェクタ（ROBOTICALLY-CONTROLLED CABLE-BASED SURGICAL END EFFECTORS）」、（１０）２０１２年２月９日出願の米国特許出願第１３／３６９，６６６号、名称「回転作動式閉鎖システムを備えたロボット制御式手術用エンドエフェクタシステム（ROBOTICALLY-CONTROLLED SURGICAL END EFFECTOR SYSTEM WITH ROTARY ACTUATED CLOSURE SYSTEMS）」に記載されており、各々の開示内容は参照によってそのすべてが本明細書に組み込まれる。
【００２０】
図６〜１２は、用具駆動組立体を有するロボットシステム２００（図２）と共に使用するように適合された手術用具６００の一実施形態を示しており、用具駆動組立体は、操作者（すなわち外科医）からの入力によって動作可能なマスタコントローラ２０２（図２）に動作可能に結合されている。図６に示すように、一実施形態において、手術用具６００は、可動ジョー部材を有する医療用鉗子を備えた手術用エンドエフェクタ６０２（例えばクランプジョー６０２）と、ロボットシステム２００によって制御される細長シャフト組立体６０８内に配置された内部シースに結合された切断ブレードとを備える。可動ジョー部材は、上部ジョー６０４と下部ジョー６０６とを備える。切断要素（例えば、ブレード、ナイフ）をその中にスライド可能に受容するための中心スロット６２８が設けられている。一実施形態において、切断要素は、そのすべての開示内容が参照によって本明細書に組み込まれる、２０１１年９月１９日出願の米国特許出願第１３／２３５，６６０号（「出願第６６０号」）、名称「外科用装置を関節運動させるための関節接合特徴（Articulation Joint Features For Articulating Surgical Device）」に開示されているような「Ｉ形梁（I-beam）」のように付形される。また発射梁を有するエンドエフェクタ及びその動作の様々な例が、参照によって本明細書に組み込まれる出願第６６０号に記載されている。一実施形態において、手術用具６００は細長シャフト組立体６０８を備え、細長シャフト組立体６０８は、細長チューブ部分６１０と、遠位関節区間６１２とを有する。手術用具６００は、用具装着部分６１４によってマニピュレータ３０８（図３〜５）に作動的に結合される。手術用具６００は更にインターフェース６１６を備え、インターフェース６１６は用具装着部分６１４をマニピュレータ３０８に機械的にかつ電気的に結合するものである。
【００２１】
様々な実施形態において、用具装着部分６１４は、用具装着ハウジング６２６と用具装着プレート６１８とを備え、用具装着プレート６１８は、複数の回転本体部分、従動ディスク又は要素６２０（４枚が図８に示されている）を作動的に支持するものであり、従動ディスク又は要素６２０はそれぞれ、従動要素６２０の表面から延びる１対のピン６２２を有する。あるピン６２２は、同じ従動要素６２０上の他のピン６２２よりも、各従動要素６２０の回転軸に近く、このことは、従動要素６２０の角度アライメントが確実となるようにするのに役立つ。インターフェース６１６は、以下で更に議論するように、装着プレート６１８に装着によって係合するように構成されたアダプタ部分を備える。一実施形態において、アダプタ部分は電気接続ピンの配列を有してもよく、その電気接続ピンは、用具装着部分６１４内で回路基板によって記憶構造に結合され得る。インターフェース６１６については、機械的、電気的、及び磁気的結合要素に関連して説明するが、赤外線、誘導結合などを含め、多種多様な遠隔測定の様式が用いられ得ることを理解されたい。手術用具６００を発電機に電気的に結合するために、電気ケーブル６２４及びストレインリリーフ６５４が設けられ、発電機は、超音波エネルギー源であっても、高周波ＲＦエネルギー源であっても、それらの組合わせであってもよい。いくつかの実施形態において、その開示内容がすべて参照によって本明細書に組み込まれる、本発明の譲受人に譲渡された２０１１年１０月２４日出願の米国仮特許出願第６１／５５０，７６８号、名称「医療器具（MEDICAL INSTRUMENT）」（「出願第７６８号」）に開示されているような発電機及びエネルギー源が手術用具６００に電気的に結合され得る。
【００２２】
一実施形態において、手術用具６００は、いくつかの特徴の中でも特に、双極性のＲＦエネルギー、血管及び組織へのアクセスを良好にするための細長シャフトの関節運動、血管の封止、低熱膨張性（low thermal spreading）、止血性を改善するための一様な圧縮性をもたらす。図１３〜２４を参照して更に詳細に説明するように、手術用具６００は、いくつかある運動の中でも特に、シャフト組立体６０８の関節区間６１２、エンドエフェクタ６０２の上部ジョー６０４の部分、切断要素の独立した運動と、シャフト組立体６０８の回転が得られるようにギヤ機構を設けている。一実施形態において、用具装着ハウジング６２６はまた、手術用具６００を識別するために、電子要素を備えた電子回路基板を備えてもよい。一実施形態において、用具装着ハウジング６２６はまた、例えば、血管などの組織を焼灼する、凝固／乾燥させる、及び／又は単純にその組織の出血を減らすか若しくは遅くするのに十分なエネルギーを発生させるために、図８９及び９０に示すように、内部電池を備えてもよい。そのような電池給電型回路が、参照によって本明細書に組み込まれる出願第７６８号に記載されている。
【００２３】
開示を明確にするために、図１３及び１４において、手術用具６００は、用具装着ハウジング６２６を取り外して示されている。開示を更に明確にするために、図１７、１８、及び２１〜２４において、手術用具６００は、用具装着ハウジング６２６と用具装着プレート６１８を取り外して示されている。用具装着ハウジング６２６と用具装着プレート６１８の詳細図がそれぞれ、図１５、１６及び１９、２０に示されている。
【００２４】
ここで手術用具６００について、図６〜２４を参照して説明することにする。したがって、一実施形態において、手術用具６００は、シャフト組立体６０８を用具装着部分６１４に結合するための結合具６３０を備える。上部シャフトホルダ６３２及び下部シャフトホルダ６３４が、シャフト組立体６０８を用具装着ハウジング６２６に回転可能に結合する。
【００２５】
一実施形態において、手術用具６００の用具装着部分６１４は、シャフト組立体６０８の関節機構と、シャフト組立体６０８の回転機構と、クランプジョー６０２の開閉機構と、ナイフ作動機構とを備える。一実施形態において、回転胴部６２１（例えば回転スプール）が従動要素６２０に結合される。回転胴部６２１は、従動要素６２０と一体に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、回転胴部６２１は、従動要素６２０を駆動することで回転胴部６２１の回転が生じるように回転胴部６２１と従動要素６２０が固定式に結合されるのであれば、従動要素６２０とは別に形成され得る。回転胴部６２１の各々は、シャフトの関節運動及び回転、クランプジョーの開閉、並びにナイフの作動をもたらすように、ギヤトレーン又はギヤ機構に結合される。
【００２６】
一実施形態において、手術用具６００の用具装着部分６１４は、シャフト組立体６０８の関節機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具６００は、シャフトの関節機能をもたらすために、ラックピニオンギヤ機構を備えている。一実施形態において、ラックピニオンギヤ機構は、対応する従動要素６２０の回転によって第１のピニオンギヤ６３６が回転されるように回転胴部６２１に結合された第１のピニオンギヤ６３６を備える。軸受け６６０（図１７）が回転胴部６２１に結合され、従動要素６２０と第１のピニオンギヤ６３６との間に設けられる。第１のピニオンギヤ６３６は、シャフト組立体６０８の関節区間６１２の関節運動を左方向６５８Ｌ（図９９も参照）に制御するために、第１のラックギヤ６５０に噛み合わされて第１のピニオンギヤ６３６の回転運動を第１のラックギヤ６５０の直線運動に変換する。第１のラックギヤ６５０は、第１のラックギヤ６５０が遠位方向に直線運動することによってシャフト組立体６０８の関節区間６１２が左方向６５８に関節運動されるように、第１の関節バンド６５１（図９、１３、２１、２２、及び１０２、１０３、１０６、１０７）に取り付けられている。対応する従動要素６２０の回転によって第２のピニオンギヤ６３８が回転するように、第２のピニオンギヤ６３８は別の回転胴部６２１に結合される。軸受け６６０が回転胴部６２１に結合され、従動要素６２０と第２のピニオンギヤ６３８との間に設けられる。第２のピニオンギヤ６３８は、関節区間６１２の関節運動を右方向６５８Ｒに制御するために、第２のラックギヤ６５２に噛み合わされて第２のピニオンギヤ６３８の回転運動を第２のラックギヤ６５２の直線運動に変換する。第２のラックギヤ６５２は、第２のラックギヤ６５２が遠位方向に直線運動することによってシャフト組立体６０８の関節区間６１２が右方向６５８Ｒに関節運動されるように、第２の関節バンド６５３（図１０、１４、２１、２２、１０６、１０７）に取り付けられている。更なる軸受けが回転胴部とそれに対応するギヤとの間に設けられてもよい。例えば、装着を支持及び安定化し、シャフトとギヤの回転摩擦を低減するために、任意の好適な軸受けが設けられてよい。
【００２７】
一実施形態において、手術用具６００の用具装着部分６１４は、シャフト組立体６０８の回転機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具６００は、回転胴部６２１に結合された第１の螺旋状ウォームギヤ６４４と、シャフト組立体６０８に結合された第２の螺旋状ウォームギヤ６４６とを備えている。軸受け６６０（図１７）が回転胴部６２１に結合され、従動要素６２０と第１の螺旋状ウォームギヤ６４４との間に設けられる。第１の螺旋状ウォームギヤ６４４は、シャフト組立体６０８に結合された第２の螺旋状ウォームギヤ６４６に噛み合わされて、第１及び第２の螺旋状ウォームギヤ６４４、６４６の回転方向に基づいて時計回り（ＣＷ）及び反時計回り（ＣＣＷ）におけるシャフト組立体６０８の回転を制御するようになっている。したがって、第１の軸を中心とした第１の螺旋状ウォームギヤ６４４の回転が、第１の軸に対して直角をなす第２の軸を中心とした第２の螺旋状ウォームギヤ６４６の回転に変換される。図１３及び１４に示すように、例えば、第２の螺旋状ウォームギヤ６４６が時計回りに回転すると、結果として、シャフト組立体６０８が６６２ＣＷで示す方向に時計回りに回転することになる。第２の螺旋状ウォームギヤ６４６が反時計回りに回転すると、結果として、シャフト組立体６０８が６６２ＣＣＷで示す方向に反時計回りに回転することになる。更なる軸受けが回転胴部とそれに対応するギヤとの間に設けられてもよい。例えば、装着を支持及び安定化し、シャフトとギヤの回転摩擦を低減するために、任意の好適な軸受けが設けられてよい。
【００２８】
一実施形態において、手術用具６００の用具装着部分６１４は、クランプジョー６０２の開閉機構とナイフ作動機構とを備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具６００は、クランプジョー６０２の開閉機能とナイフの作動機能をもたらすために、ラックピニオンギヤ機構を備えている。図示の実施形態において、第１のギヤ６４０が回転胴部６２１に結合されており、対応する従動要素６２０が回転することによって第１のギヤ６４０が第１の方向に回転されるようになっている。第２のギヤ６４２が、用具装着プレート６１８に形成されたポスト６５６を中心として自在に回転する。第１のギヤ６４０は第２のギヤ６４２に噛み合わされており、そのため、第２のギヤ６４２が、第１のギヤ６４０とは反対の方向に回転するようになっている。一実施形態において、第１及び第２のギヤ６４０、６４２を備えるギヤ機構が、クランプジョー６０２の上部ジョー８０４の開閉、及びクランプジョー６０２に形成されたスロット６２８を通じた「Ｉ形梁」形状の切断要素の移動を制御するように構成される。一実施形態において、第２のギヤ６４２は、直線方向に移動するラックギヤ６４９に噛み合わされるピニオンギヤである。ラックギヤ６４９は、閉開ブロック６４８に結合されており、閉開ブロック６４８はシャフト組立体６０８の遠位部分に結合されている。ラックギヤ６４９が遠位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が前進し、クランプジョー６０２の上部ジョー６０４を閉鎖する。ラックギヤ６４９が近位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が後退して、クランプジョー６０２の上部ジョー６０４を開放させる。「Ｉ形梁」形状の切断要素の一実施形態については、参照によって本明細書に組み込まれる出願第６６０号に示されている。
【００２９】
図２５〜３１は、用具駆動組立体を有するロボットシステム２００（図２）と共に使用するように適合された手術用具７００の一実施形態を示しており、用具駆動組立体は、操作者（すなわち外科医）からの入力によって動作可能なマスタコントローラ２０２（図２）に作動的に結合されている。図２５に示すように、手術用具７００は、可動ジョー部材を有する医療用鉗子を備えた手術用エンドエフェクタ７０２（例えばクランプジョー７０２）と、ロボットシステム２００によって制御される細長シャフト組立体７０８内に配置された内部シースに結合された切断ブレードとを備える。可動ジョー部材は、上部ジョー７０４と下部ジョー７０６とを備える。切断要素（例えば、ブレード、ナイフ）をその中にスライド可能に受容するための中心スロット７２８が設けられている。一実施形態において、切断要素は、出願第６６０号に開示されているように、「Ｉ形梁」のように付形される。一実施形態において、手術用具７００は細長シャフト組立体７０８を備え、細長シャフト組立体７０８は、細長チューブ部分７１０と、遠位関節区間７１２とを有する。手術用具７００は、用具装着部分７１４によってマニピュレータ３０８（図３〜５）に作動的に結合される。手術用具７００は更にインターフェース７１６を備え、インターフェース７１６は用具装着部分７１４をマニピュレータ３０８に機械的にかつ電気的に結合するものである。
【００３０】
様々な実施形態において、用具装着部分７１４は、用具装着ハウジング７２６と用具装着プレート７１８とを備え、用具装着プレート７１８は、複数の回転本体部分、従動ディスク又は要素７２０（４枚が図２７に示されている）を作動的に支持するものであり、従動ディスク又は要素７２０はそれぞれ、従動要素７２０の表面から延びる１対のピン７２２（図２７）を有する。あるピン７２２は、同じ従動要素７２０上の他のピン７２２よりも、各従動要素７２０の回転軸に近く、このことは、従動要素７２０の角度アライメントが確実となるようにするのに役立つ。インターフェース７１６は、以下で更に議論するように、装着プレート７１８に装着によって係合するように構成されたアダプタ部分を備える。一実施形態において、アダプタ部分は電気接続ピンの配列を有してもよく、その電気接続ピンは、用具装着部分７１４内で回路基板によって記憶構造に結合され得る。インターフェース７１６については、機械的、電気的、及び磁気的結合要素に関連して説明するが、赤外線、誘導結合などを含め、多種多様な遠隔測定の様式が用いられ得ることを理解されたい。手術用具７００を発電機に電気的に結合するために、電気ケーブル７２４及びストレインリリーフ７５４が設けられ、発電機は、超音波エネルギー源であっても、ＲＦエネルギー源であっても、それらの組合わせであってもよい。いくつかの実施形態において、出願第７６８号に開示されているような発電機及びエネルギー源が、手術用具７００に電気的に結合され得る。
【００３１】
一実施形態において、手術用具７００は、いくつかの特徴の中でも特に、双極性のＲＦエネルギー、血管及び組織へのアクセスを良好にするための細長シャフトの関節運動、血管の封止、低熱膨張性（low thermal spreading）、止血性を改善するための一様な圧縮性をもたらす。図３２〜４３を参照して更に詳細に説明するように、手術用具７００は、いくつかある運動の中でも特に、シャフト組立体７０８の関節区間７１２、エンドエフェクタ７０２の上部ジョー７０４の部分、切断要素の独立した運動と、シャフト組立体７０８の回転が得られるようにギヤ機構を設けている。一実施形態において、用具装着ハウジング７２６はまた、手術用具７００を識別するために、電子要素を備えた電子回路基板を備えてもよい。一実施形態において、用具装着ハウジング７２６はまた、例えば、血管などの組織を焼灼する、凝固／乾燥させる、及び／又は単純にその組織の出血を減らすか若しくは遅くするのに十分なエネルギーを発生させるために、図８９及び９０に示すように、内部電池を備えてもよい。そのような電池給電型回路が出願第７６８号に記載されている。
【００３２】
開示を明確にするために、図３２及び３３において、手術用具７００は、用具装着ハウジング７２６を取り外して示されている。開示を更に明確にするために、図３６、３７、及び４０〜４３において、手術用具７００は、用具装着ハウジング７２６と用具装着プレート７１８を取り外して示されている。用具装着ハウジング７２６と用具装着プレート７１８の詳細図がそれぞれ、図３４、３５及び３８、３９に示されている。
【００３３】
ここで手術用具７００について、図２５〜４３を参照して説明することにする。したがって、一実施形態において、手術用具７００は、シャフト組立体７０８を用具装着部分７１４に結合するための結合具７３０を備える。上部シャフトホルダ６３２（図１３、１４）と類似した上部シャフトホルダと、下部シャフトホルダ６３４（図１３、１４）と類似した下部シャフトホルダが、シャフト組立体７０８を用具装着ハウジング７２６に回転可能に結合する。
【００３４】
一実施形態において、手術用具７００の用具装着部分７１４は、シャフト組立体７０８の関節機構と、シャフト組立体７０８の回転機構と、クランプジョー７０２の開閉機構と、ナイフ作動機構とを備える。一実施形態において、回転胴部７２１（例えば回転スプール）が従動要素７２０に結合される。回転胴部７２１は、従動要素７２０と一体に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、回転胴部７２１は、従動要素７２０を駆動することによって回転胴部７２１の回転が生じるように回転胴部７２１と従動要素７２０が固定式に結合されるのであれば、従動要素７２０とは別に形成され得る。回転胴部７２１の各々は、シャフトの関節運動及び回転、クランプジョーの開閉、並びにナイフの作動をもたらすように、歯車列又は歯車機構に結合される。
【００３５】
一実施形態において、手術用具７００の用具装着部分７１４は、シャフト組立体７０８の関節機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具７００は、シャフトの関節機能をもたらすために、ラックピニオン機構を備えている。一実施形態において、ラックピニオンギヤ機構は、対応する従動要素７２１の回転によって第１のピニオンギヤ７３６が回転されるように回転胴部７２１に結合された第１のピニオンギヤ７３６を備える。軸受け７６０（図３６）が回転胴部７２１に結合され、従動要素７２０と第１のピニオンギヤ７３６との間に設けられる。第１のピニオンギヤ７３６は、シャフト組立体７０８の関節区間７１２の関節運動を左方向７５８Ｌに制御するために、第１のラックギヤ７５０に噛み合わされて第１のピニオンギヤ７３６の回転運動を第１のラックギヤ７５０の直線運動に変換する。第１のラックギヤ７５０は、第１のラックギヤ７５０が遠位方向に直線運動することによってシャフト組立体７０８の関節区間７１２が左方向７５８Ｌに関節運動されるように、第１の関節バンド７５１に取り付けられている。対応する従動要素７２１の回転によって第２のピニオンギヤ７３８が回転されるように、第２のピニオンギヤ７３８は別の回転胴部７２０に結合される。軸受け７６０が回転胴部７２１に結合され、従動要素７２０と第２のピニオンギヤ７３８との間に設けられる。第２のピニオンギヤ７３８は、シャフト組立体７０８の関節区間７１２の関節運動を右方向７５８Ｒに制御するために、第２のラックギヤ７５２に噛み合わされて第２のピニオンギヤ７３８の回転運動を第２のラックギヤ７５２の直線運動に変換する。第２のラックギヤ７５２は、第２のラックギヤ７５２が遠位方向に直線運動することによってシャフト組立体７０８の関節区間７１２が右方向７５８Ｒに関節運動されるように、第２の関節バンド７５３に取り付けられている。更なる軸受けが回転胴部とそれに対応するギヤとの間に設けられてもよい。例えば、装着を支持及び安定化し、シャフトとギヤの回転摩擦を低減するために、任意の好適な軸受けが設けられてよい。
【００３６】
一実施形態において、手術用具７００の用具装着部分７１４は、シャフト組立体７０８の回転機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具７００は、第２の螺旋状ウォームギヤ７６４に結合された第１の螺旋状ウォームギヤ７６６を備え、第２の螺旋状ウォームギヤ７６４は第３の螺旋状ウォームギヤ７４４に結合されている。既存のロボットシステム２００との互換性を維持すること及び／又は空間が限定され得る場所を含め、様々な理由により、そのような配列が設けられている。第１の螺旋状ウォームギヤ７６６は回転胴部７２１に結合されている。第３の螺旋状ウォームギヤ７４４は、シャフト組立体７０８に結合された第４の螺旋状ウォームギヤ７４６に噛み合わされている。軸受け７６０（図３７）が回転胴部７２１に結合され、従動要素７２０と第１の螺旋状ウォームギヤ７３８との間に設けられる。別の軸受け７６０が回転胴部７２１に結合され、従動要素７２０と第１の螺旋状ウォームギヤ７６６との間に設けられる。第３の螺旋状ウォームギヤ７６６は、シャフト組立体７０８に結合された第４の螺旋状ウォームギヤ７４６に噛み合わされて、シャフト組立体７０８の回転を螺旋状ウォームギヤ７４４、７４６の回転方向に基づいてＣＷ及びＣＣＷ方向に制御するようになっている。したがって、第１の軸を中心とした第３の螺旋状ウォームギヤ７４４の回転が、第１の軸に対して直角をなす第２の軸を中心とした第４の螺旋状ウォームギヤ７４６の回転に変換される。図３２、３３に示すように、例えば、第４の螺旋状ウォームギヤ７４６が時計回りに回転すると、結果として、シャフト組立体７０８が７６２ＣＷで示す方向に時計回りに回転することになる。第４の螺旋状ウォームギヤ７４６が反時計回りに回転すると、結果として、シャフト組立体７０８が７６２ＣＣＷで示す方向に反時計回りに回転することになる。更なる軸受けが回転胴部とそれに対応するギヤとの間に設けられてもよい。例えば、装着を支持及び安定化し、シャフトとギヤの回転摩擦を低減するために、任意の好適な軸受けが設けられてよい。
【００３７】
一実施形態において、手術用具７００の用具装着部分７１４は、クランプジョー７０２の開閉機構とナイフ作動機構とを備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具７００は、クランプジョー７０２の開閉機能とナイフの作動機能をもたらすために、ラックピニオンギヤ機構を備えている。一実施形態において、第３のギヤ７４０が回転胴部７２１に結合されており、対応する従動要素７２０が回転することによって第３のピニオンギヤ７４０が第１の方向に回転されるようになっている。第３のピニオンギヤ７４０は、直線方向に移動するラックギヤ７４９に噛み合わされる。ラックギヤ７４９は、閉開ブロック７４８に結合されており、閉開ブロック７４８はシャフト組立体７０８の遠位部分に結合されている。一実施形態において、ピニオンギヤ７４０を備えるギヤ機構が、クランプジョー７０２の開閉、及びクランプジョー７０２に形成されたスロット７２８を通じた「Ｉ形梁」形状の切断要素の移動を制御するように構成される。ラックギヤ７４９が遠位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が前進し、クランプジョー７０２の上部ジョー７０４を閉鎖する。ラックギヤ７４９が近位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が後退し、クランプジョー７０２の上部ジョー７０４を開放させる。「Ｉ形梁」形状の切断要素の一実施形態の説明が、参照によって本明細書に組み込まれる出願第６６０号に示されている。
【００３８】
図４４〜５０は、用具駆動組立体を有するロボットシステム２００（図２）と共に使用するように適合された手術用具８００の一実施形態を示しており、用具駆動組立体は、操作者（すなわち外科医）からの入力によって作動可能なマスタコントローラ２０２（図２）に作動的に結合されている。図４４に示すように、手術用具８００は、可動ジョー部材を有する医療用鉗子を備えた手術用エンドエフェクタ８０２（例えばクランプジョー８０２）と、ロボットシステム２００によって制御される細長シャフト組立体８０８内に配置された内部シースに結合された切断ブレードとを備える。可動ジョー部材は、上部ジョー８０４と下部ジョー８０６とを備える。切断要素（例えば、ブレード、ナイフ）をその中にスライド可能に受容するための中心スロット８２８が設けられている。一実施形態において、切断要素は、出願第６６０号に開示されているように、「Ｉ形梁」のように付形される。一実施形態において、手術用具８００は細長シャフト組立体８０８を備え、細長シャフト組立体８０８は、細長チューブ部分８１０と、遠位関節区間８１２とを有する。手術用具８００は、用具装着部分８１４によってマニピュレータ３０８（図３〜５）に作動的に結合される。手術用具８００は更にインターフェース８１６を備え、インターフェース８１６は用具装着部分８１４をマニピュレータ３０８に機械的にかつ電気的に結合するものである。
【００３９】
様々な実施形態において、用具装着部分８１４は、用具装着ハウジング８２６と用具装着プレート８１８とを備え、用具装着プレート８１８は、複数の回転本体部分、従動ディスク又は要素８２０（４枚が図４６に示されている）を作動的に支持するものであり、従動ディスク又は要素８２０はそれぞれ、従動要素８２０の表面から延びる１対のピン８２２（図４６）を有する。あるピン８２２は、同じ従動要素８２０上の他のピン８２２よりも、各従動要素８２０の回転軸に近く、このことは、従動要素８２０の角度アライメントが確実となるようにするのに役立つ。インターフェース８１６は、以下で更に議論するように、装着プレート８１８に装着によって係合するように構成されたアダプタ部分を備える。一実施形態において、アダプタ部分は電気接続ピンの配列を有してもよく、その電気接続ピンは、用具装着部分８１４内で回路基板によって記憶構造に結合され得る。インターフェース８１６については、機械的、電気的、及び磁気的結合要素に関連して説明するが、赤外線、誘導結合などを含め、多種多様な遠隔測定の様式が用いられ得ることを理解されたい。手術用具８００を発電機に電気的に結合するために、電気ケーブル８２４及びストレインリリーフ８５４が設けられ、発電機は、超音波エネルギー源であっても、ＲＦエネルギー源であっても、それらの組合わせであってもよい。いくつかの実施形態において、出願第７６８号に開示されているような発電機及びエネルギー源が、手術用具８００に電気的に結合され得る。
【００４０】
一実施形態において、手術用具８００は、いくつかの特徴の中でも特に、双極性のＲＦエネルギー、血管及び組織へのアクセスを良好にするための細長シャフトの関節運動、血管の封止、低熱膨張性（low thermal spreading）、止血性を改善するための一様な圧縮性をもたらす。図５１〜６２を参照して更に詳細に説明するように、手術用具８００は、いくつかある運動の中でも特に、シャフト組立体８１２の関節区間８１２、エンドエフェクタ８０２の上部ジョー８０４の部分、切断要素の独立した運動と、シャフト組立体８０８の回転が得られるようにギヤ機構を設けている。一実施形態において、用具装着ハウジング８２６はまた、手術用具８００を識別するために、電子要素を備えた電子回路基板を備えてもよい。一実施形態において、用具装着ハウジング８２６はまた、例えば、血管などの組織を焼灼する、凝固／乾燥させる、及び／又は単純にその組織の出血を減らすか若しくは遅くするのに十分なエネルギーを発生させるために、図８９及び９０に示すように、内部電池を備えてもよい。そのような電池給電型回路が出願第７６８号に記載されている。
【００４１】
開示を明確にするために、図５１及び５２において、手術用具８００は、用具装着ハウジング８２６を取り外して示されている。開示を更に明確にするために、図５５、５６、及び５９〜６２において、手術用具８００は、用具装着ハウジング８２６と用具装着プレート８１８を取り外して示されている。用具装着ハウジング８２６と用具装着プレート８１８の詳細図がそれぞれ、図５３、５４及び５７、５８に示されている。
【００４２】
ここで手術用具８００について、図４４〜６２を参照して説明することにする。したがって、一実施形態において、手術用具８００は、シャフト組立体８０８を用具装着部分８１４に結合するための結合具８３０を備える。結合具８３０とブッシュ８３１がシャフト組立体８０８を用具装着ハウジング８２６に回転可能に結合する。
【００４３】
一実施形態において、手術用具８００の用具装着部分８１４は、シャフト組立体８０８の関節機構と、シャフト組立体８０８の回転機構と、クランプジョー８０２の開閉機構と、ナイフ作動機構とを備える。一実施形態において、回転胴部８２１（例えば回転スプール）が従動要素８２０に結合される。回転胴部８２１は、従動要素８２０と一体に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、回転胴部８２１は、従動要素８２０を駆動することによって回転胴部８２１の回転が生じるように回転胴部８２１と従動要素８２０が固定式に結合されるのであれば、従動要素８２０とは別に形成され得る。回転胴部８２１の各々は、シャフトの関節運動及び回転、クランプジョーの開閉、並びにナイフの作動をもたらすように、歯車列又は歯車機構に結合される。
【００４４】
一実施形態において、手術用具８００の用具装着部分８１４は、シャフト組立体８０８の関節機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具８００は、シャフトの関節運動機能をもたらすために、ラックピニオンギヤ機構を備えている。一実施形態において、ラックピニオンギヤ機構は、対応する従動要素８２０の回転によって第１のピニオンギヤ８３６が回転されるように回転胴部８２１に結合された第１のピニオンギヤ８３６を備える。第１のピニオンギヤ８３６は、シャフト組立体８０８の関節区間８１２の関節運動を左方向８５８Ｌに制御するために、第１のラックギヤ８５０に噛み合わされて第１のピニオンギヤ８３６の回転運動を第１のラックギヤ８５０の直線運動に変換する。第１のラックギヤ８５０は、第１のラックギヤ８５０が遠位方向に直線運動することによってシャフト組立体８０８の関節区間８１２を左方向８５８Ｌに関節運動させるように、第１の関節バンド８５１に取り付けられている。対応する従動要素８２０の回転によって第２のピニオンギヤ８３８が回転するように、第２のピニオンギヤ８３８は別の回転胴部８２１に結合される。第２のピニオンギヤ８３８は、シャフト組立体８０８の関節区間８１２の関節運動を右方向８５８Ｒに制御するために、第２のラックギヤ８５２に噛み合わされて第２のピニオンギヤ８３８の回転運動を第２のラックギヤ８５２の直線運動に変換する。第２のラックギヤ８５２は、第２のラックギヤ８５２が遠位方向に直線運動することによってシャフト組立体８０８の関節区間８１２を右方向８５８Ｒに関節運動させるように、第２の関節バンド８５３に取り付けられている。
【００４５】
一実施形態において、手術用具８００の用具装着部分８１４は、シャフト組立体８０８の回転機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具８００は、回転胴部８２１に結合された第１のギヤ８４４と、第１及び第２の開口部８７０を備える固定ポスト８６８と、シャフト組立体に結合された第１及び第２の回転ピン８７４と、ケーブル８７２（又はロープ）とを備える。ケーブルは回転胴部８２１に巻き付けられる。ケーブル８７２の一方の端部は、固定ポスト８６８の上部開口部８７０を貫いて配置され、上部回転ピン８７４に固定式に結合されている。ケーブル８７２のもう一方の端部は、固定ポスト８６８の下部開口部８７０を貫いて配置され、下部回転ピン８７４に固定式に結合されている。既存のロボットシステム２００との互換性を維持すること及び／又は空間が限定され得る場所を含め、様々な理由により、そのような配列が設けられている。したがって、回転胴部８２１が回転することによってシャフト組立体８０８が回転されて、シャフト組立体８０８の回転が回転胴部８２１の回転方向に基づいてＣＷ及びＣＣＷ方向に制御される。したがって、第１の軸を中心とした回転胴部８２１の回転が、第１の軸に対して直角をなす第２の軸を中心としたシャフト組立体８０８の回転に変換される。図５１、５２に示すように、例えば、回転胴部８２１が時計回りに回転すると、結果として、シャフト組立体８０８が８６２ＣＷで示す方向に時計回りに回転することになる。回転胴部８２１が反時計回りに回転すると、結果として、シャフト組立体８０８が８６２ＣＣＷで示す方向に反時計回りに回転することになる。更なる軸受けが回転胴部とそれに対応するギヤとの間に設けられてもよい。例えば、装着を支持及び安定化し、シャフトとギヤの回転摩擦を低減するために、任意の好適な軸受けが設けられてよい。
【００４６】
一実施形態において、手術用具８００の用具装着部分８１４は、クランプジョー８０２の開閉機構とナイフ作動機構とを備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具８００は、クランプジョー８０２の開閉機能とナイフの作動機能をもたらすために、ラックピニオン機構を備えている。一実施形態において、第３のピニオンギヤ８４０である。第３のピニオンギヤ８４０は回転胴部８２１に結合されており、対応する従動要素８２０が回転することによって第３のピニオンギヤ８４０が第１の方向に回転されるようになっている。第３のピニオンギヤ８４０は、直線方向に移動するラックギヤ８４９に噛み合わされる。ラックギヤ８４９は、閉開ブロック８４８に結合されており、閉開ブロック８４８はシャフト組立体８０８の遠位部分に結合されている。一実施形態において、ピニオンギヤ８４０を備えるギヤ機構が、クランプジョー８０２の上部ジョー８０４の開閉、及びクランプジョー８０２に形成されたスロット８２８を通じた「Ｉ形梁」形状の切断要素の移動を制御するように構成される。ラックギヤ８４９が遠位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が前進し、クランプジョー８０２の上部ジョー８０４を閉鎖する。ラックギヤ８４９が近位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が後退し、クランプジョー８０２の上部ジョー８０４を開放させる。「Ｉ形梁」形状の切断要素の一実施形態の説明が、参照によって本明細書に組み込まれる出願第６６０号に示されている。
【００４７】
図６３〜６８は、用具駆動組立体を有するロボットシステム２００（図２）と共に使用するように適合された手術用具９００の一実施形態を示しており、用具駆動組立体は、操作者（すなわち外科医）からの入力によって動作可能なマスタコントローラ２０２（図２）に作動的に結合されている。図６３に示すように、手術用具９００は、可動ジョー部材を有する医療用鉗子を備えた手術用エンドエフェクタ９０２（例えばクランプジョー９０２）と、ロボットシステム２００によって制御される細長シャフト組立体９０８内に配置された内部シースに結合された切断ブレードとを備える。可動ジョー部材は、上部ジョー９０４と下部ジョー９０６とを備える。切断要素（例えば、ブレード、ナイフ）をその中にスライド可能に受容するための中心スロット９２８が設けられている。一実施形態において、切断要素は、出願第６６０号に開示されているように、「Ｉ形梁」のように付形される。一実施形態において、手術用具９００は細長シャフト組立体９０８を備え、細長シャフト組立体９０８は、細長チューブ部分９１０と、遠位関節区間９１２とを有する。手術用具９００は、用具装着部分９１４によってマニピュレータ３０８（図３〜５）に作動的に結合される。手術用具９００は更にインターフェース９１６を備え、インターフェース９１６は用具装着部分９１４をマニピュレータ３０８に機械的にかつ電気的に結合するものである。
【００４８】
様々な実施形態において、用具装着部分９１４は、用具装着ハウジング９２６と用具装着プレート９１８とを備え、用具装着プレート９１８は、複数の回転胴部、従動ディスク又は要素９２０、及び固定ディスク又は要素９９０を作動的に支持するものである（３枚の従動要素と１枚の固定要素が図６５に示されている）。従動要素９２０はそれぞれ、従動要素９２０の表面から延びる１対のピン９２２（図６５）を有する。あるピン９２２は、同じ従動要素９２０上の他のピン９２２よりも、各従動要素９２０の回転軸に近く、このことは、従動要素９２０の角度アライメントが確実となるようにするのに役立つ。固定要素９９０が２本のピン９９２を有する。インターフェース９１６は、以下で更に議論するように、装着プレート９１８に装着によって係合するように構成されたアダプタ部分を備える。一実施形態において、アダプタ部分は電気接続ピンの配列を有してもよく、その電気接続ピンは、用具装着部分９１４内で回路基板によって記憶構造に結合され得る。インターフェース９１６については、機械的、電気的、及び磁気的結合要素に関連して説明するが、赤外線、誘導結合などを含め、多種多様な遠隔測定の様式が用いられ得ることを理解されたい。手術用具８００を発電機に電気的に結合するために、電気ケーブル９２４及びストレインリリーフ９５４が設けられ、発電機は、超音波エネルギー源であっても、ＲＦエネルギー源であっても、それらの組合わせであってもよい。いくつかの実施形態において、出願第７６８号に開示されているような発電機及びエネルギー源が、手術用具９００に電気的に結合され得る。用具装着ハウジング９２６の背面から出る電力ケーブル９２４は、手術中に電源（制御モジュール）に接続され得る。図９１に示すように、フィードバック制御をもたらすために、電子回路基板１１０２が用具装着部分９１４又はインターフェース９１６内に装着され得る。
【００４９】
一実施形態において、手術用具９００は、いくつかの特徴の中でも特に、双極性のＲＦエネルギー、血管及び組織へのアクセスを良好にするための細長シャフトの関節運動、血管の封止、低熱膨張性（low thermal spreading）、止血性を改善するための一様な圧縮性をもたらす。図７０〜８８を参照して更に詳細に説明するように、手術用具９００は、いくつかある運動の中でも特に、シャフト組立体９０８の関節区間９１２、エンドエフェクタ９０２の上部ジョー９０４の部分、切断要素の独立した運動と、シャフト組立体９０８の回転が得られるようにギヤ機構を設けている。一実施形態において、用具装着ハウジング９２６はまた、手術用具９００を識別するために、電子要素を備えた電子回路基板を備えてもよい。一実施形態において、用具装着ハウジング９２６はまた、例えば、血管などの組織を焼灼する、凝固／乾燥させる、及び／又は単純にその組織の出血を減らすか若しくは遅くするのに十分なエネルギーを発生させるために、図９１に示すように、内部電池を備えてもよい。そのような電池給電型回路が出願第７６８号に記載されている。
【００５０】
開示を明確にするために、図７０及び７１において、手術用具９００は、用具装着ハウジング９２６を取り外して示されている。開示を更に明確にするために、図７４、７５、及び７８〜８１において、手術用具９００は、用具装着ハウジング９２６と用具装着プレート９１８を取り外して示されている。用具装着ハウジング９２６と用具装着プレート９１８の詳細図がそれぞれ、図７２、７３及び７６、７７に示されている。
【００５１】
ここで手術用具９００について、図６３〜８８を参照して説明することにする。それによれば、一実施形態において、手術用具９００は、シャフト組立体９０８を用具装着部分９１４に結合するための結合具９３０を備える。結合具９３０とブッシュ９３１がシャフト組立体９０８を用具装着ハウジング９２６に回転可能に結合する。
【００５２】
一実施形態において、手術用具９００の用具装着部分９１４は、シャフト組立体９０８の関節機構と、シャフト組立体９０８の回転機構と、クランプジョー９０２の開閉機構と、ナイフ作動機構とを備える。一実施形態において、回転胴部９２１（例えば回転スプール）が従動要素９２０に結合される。回転胴部９２１は、従動要素９２０と一体に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、回転胴部９２１は、従動要素９２０を駆動することによって回転胴部９２１の回転が生じるように回転胴部９２１と従動要素９２０が固定式に結合されるのであれば、従動要素９２１とは別に形成され得る。一実施形態において、回転胴部９２１のうちのいくつかは、シャフトの関節運動をもたらすためにダブルカム機構に結合され、他の回転胴部は、シャフトの回転及びクランプジョーの開閉及びナイフの作動をもたらすためにギヤトレーン又はギヤ機構に結合され得る。
【００５３】
一実施形態において、手術用具９００の用具装着部分９１４は、シャフト組立体９０８の関節機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具９００は、シャフトの関節運動機能をもたらすために、ダブルカム機構９８４を備えている。一実施形態において、ダブルカム機構９８４は第１及び第２のカム部分９５４Ａ、９５４Ｂを備える。第１及び第２の従動アーム９８６、９８８が、対応するピボットスプール９８２に旋回式で結合される。ダブルカム機構９８４に結合された回転本体９２１が回転するとき、第１のカム部分９８４Ａは第１の従動アーム９８６に作用し、第２のカム部分９８４Ｂは第２の従動アーム９８８に作用する。カム機構９８４が回転するとき、従動アーム９８６、９８８はピボットスプール９８２を中心として旋回する。第１の従動アーム９８６は第１の関節バンド９５１に取り付けられ、第２の従動アーム９８８は第２の関節バンド９８３に取り付けられる。上部カム部分９５４Ａが第１の従動アーム９８６に作用するとき、シャフト組立体９０８は左方向９５８Ｌに関節運動する。カム部分９５４Ｂが第２の従動アーム９８８に作用するとき、シャフト組立体９０８は左方向９５８Ｒに関節運動する。第１及び第２の従動アーム９８６、９８８（又はレバー）は、用具装着部分９１４内でシャフト上に装着され、シャフト組立体９０８の遠位端部から現れる関節バンド（ワイヤ）に連結される。第１及び第２の従動アーム９８６、９８８の関節位置に影響を与えることなくシャフトの回転を可能にするために、２つの別々のブッシュ９８３、９８５が、それぞれ第１及び第２の従動アーム９８６、９８８の下方に装着される。関節運動のために、これらのブッシュは、ジョー９０２の回転位置に影響を及ぼすことなく第１及び第２の従動アーム９８６、９８８と共に往復する。図７８Ｂは、第１及び第２のカム部分９８４Ｂ、９８４Ｂを含めて、ブッシュ９８３、９８５及び二重カム組立体９８４を示しており、第１及び第２の従動アーム９８６、９８８はより詳細でかつ明確な図を提示するために取り除かれている。
【００５４】
ダブルカム機構９８４を使用したシャフト組立体９０８の左及び右関節運動の操作について、図８２〜８５に更に示す。図８２及び８３において、ダブルカム機構９８４は、シャフト組立体９０８を右方向９５８Ｒに関節運動させるように配置されている。カム機構９８４をＣＣＷ方向に中立位置から回転させることにより、シャフト組立体９０８の遠位端部の関節区間９１２は右方向９５８Ｒに移動する。図８４及び８５において、ダブルカム機構９５４は、シャフト組立体９０８を左方向９５８Ｌに関節運動させるように配置されている。カム機構９８４をＣＷ方向に中立位置から回転させることにより、シャフト組立体９０８の遠位端部の関節区間９１２は左方向９５８Ｌに移動する。
【００５５】
図８６に更に詳細に示すように、一実施形態において、手術用具９００の用具装着部分９１４は、シャフト組立体９０８の回転機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具９００は第１の螺旋状ウォームギヤ９９６を備えており、第１の螺旋状ウォームギヤ９９６は、回転胴部９２１に結合され、第２の螺旋状ウォームギヤ９９８に噛み合わされており、第２の螺旋状ウォームギヤ９９８はシャフト組立体９０８に結合されている。それ故に、第１の螺旋状ウォームギヤ９９６が回転することによって、第２の螺旋状ウォームギヤ９９８が、したがってシャフト組立体９０８が、第１の螺旋状ウォームギヤ９９６に結合された回転胴部９２１の回転方向に応じて、ＣＷ及びＣＣＷ方向に回転されることになる。したがって、第１の軸を中心とした回転胴部９２１の回転が、第１の軸に対して直角をなす第２の軸を中心としたシャフト組立体９０８の回転に変換される。更なる軸受けが回転胴部とそれに対応するギヤとの間に設けられてもよい。例えば、装着を支持及び安定化し、シャフトとギヤの回転摩擦を低減するために、任意の好適な軸受けが設けられてよい。
【００５６】
一実施形態において、手術用具９００の用具装着部分９１４は、クランプジョー９０２の開閉機構とナイフ作動機構とを備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具９００は、クランプジョー９０２の開閉機能とナイフの作動機能をもたらすために、ラックピニオンギヤ機構を備えている。ある実施形態において、ラックピニオンギヤ機構は、ピニオンギヤ９９７に結合された回転胴部９２１を備え、ピニオンギヤ９９７はラックギヤ９９５に噛み合わされる。ピニオンギヤ９９７は回転胴部９２１に結合されており、対応する従動要素９２０が回転することによってピニオンギヤ９９７が第１の方向に回転されるようになっている。ピニオンギヤ９９７は、直線方向に移動するラックギヤ９９５に噛み合わされる。ラックギヤ９９５は、閉開ブロック９９９に結合されており、閉開ブロック９９９はシャフト組立体９０８の遠位部分に結合されている。一実施形態において、ピニオンギヤ９９７を備えるラックピニオンギヤ機構が、クランプジョー９０２の上部ジョー９０４の部分の開閉、及びクランプジョー９０２に形成されたスロット９２８を通じた「Ｉ形梁」形状の切断要素の移動を制御するように構成される。ラックギヤ９９５が遠位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が前進し、クランプジョー９０２の上部ジョー９０４を閉鎖する。ラックギヤ９９５が近位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が後退し、クランプジョー９０２の上部ジョー９０４を開放させる。「Ｉ形梁」形状の切断要素の一実施形態の説明が、参照によって本明細書に組み込まれる出願第６６０号に示されている。
【００５７】
ここで図８６〜８８を参照するが、エンドエフェクタ９０２のカッター要素の位置を示すために、リミットスイッチ９８０が設けられている。一実施形態において、外部制御を得るために、あるいは手術用具９００の電気的状態を示すために、点滅スイッチ９９４が用具装着ハウジング９２６に装着され得る。図８７に示すように、例えば、手術用具９００の遠位部分における上部ジョー９０４及びカッター要素が完全に閉鎖される際、ラックギヤ９９５はリミットスイッチ９８０を圧迫して、電力作動に関する信号及び／又はコントローラへの指示を与えるが、その指示は、クランプジョー９０２の上部ジョー９０４が閉鎖され、カッター要素が遠位位置に「不在」であるというものである。図８８に示すように、例えば、リミットスイッチ９０８は自由であり、クランプジョー９０２の上部ジョー９０２が開放しており、カッター要素が近位位置にあるという指示を与える。
【００５８】
様々な実施形態において、手術用具６００、７００、８００、９００は、外部電力及びエネルギー源で作動され得る。他の実施形態において、図８９〜９１に示すような手術用具１０００、１１００は、電子装置を駆動すると共に所望の焼灼電気エネルギーを供給するための内部エネルギー源を備えてもよく、ＲＦ周波数（約５０ｋＨｚを超える周波数はヒトの神経系に影響を及ぼさないことが判明している）が次いで、制御された方式でエンドエフェクタの鉗子に加えられる。
【００５９】
したがって、図８９及び９０は、用具駆動組立体を有するロボットシステム２００（図２）と共に使用するように適合された手術用具１０００の一実施形態を示しており、用具駆動組立体は、操作者（すなわち外科医）からの入力によって作動可能なマスタコントローラ２０２（図２）に作動的に結合されている。図８９、９０に示すように、手術用具は、内部直流（ＤＣ）エネルギー源と、内部駆動及び制御回路１００２とを備えている。図示の実施形態において、エネルギー源は第１及び第２の電池１００４、１００６を備えている。他の態様において、手術用具１０００は、図２５〜４３に示す手術用具７００と類似している。したがって、一実施形態において、手術用具１０００は、細長チューブ部分１０１０と遠位関節区間（図示せず）とを有するシャフト組立体を備える。手術用具１０００は更にインターフェース１０１６を備え、インターフェース１０１６は用具装着部分１０１４をマニピュレータ３０８に機械的にかつ電気的に結合するものである。様々な実施形態において、用具装着部分１０１４は、用具装着ハウジング１０２６と用具装着プレート１０１８とを備え、用具装着プレート１０１８は、複数の回転胴部、従動ディスク又は要素を作動的に支持するものであり、従動ディスク又は要素はそれぞれ、従動要素の表面から延びる１対のピンを有する。あるピン９２２は、同じ従動要素上の他のピンよりも、各従動要素の回転軸に近く、このことは、従動要素の角度アライメントが確実となるようにするのに役立つ。インターフェース１０１６は、装着プレート１０１８に装着によって係合するように構成されたアダプタ部分を備える。一実施形態において、アダプタ部分は電気接続ピンの配列を有してもよく、その電気接続ピンは、用具装着部分１０１４内で回路基板１００２によって記憶構造に結合され得る。インターフェース１０１６については、機械的、電気的、及び磁気的結合要素に関連して説明するが、赤外線、誘導結合などを含め、多種多様な遠隔測定の様式が用いられ得ることを理解されたい。
【００６０】
一実施形態において、手術用具１０００の用具装着部分１０１４は、シャフト組立体の関節機構と、シャフト組立体の回転機構と、クランプジョーの開閉機構と、ナイフ作動機構とを備える。一実施形態において、回転胴部７２１（例えば回転スプール）が従動要素に結合される。回転胴部１０２１は、従動要素と一体に形成されてもよい。いくつかの実施形態において、回転胴部１０２１は、従動要素を駆動することによって回転胴部１０２１の回転が生じるように回転胴部１０２１と従動要素が固定式に結合されるのであれば、従動要素とは別に形成され得る。回転胴部１０２１の各々は、シャフトの関節運動及び回転、クランプジョーの開閉、並びにナイフの作動をもたらすように、ギヤトレーン又はギヤ機構に結合される。
【００６１】
一実施形態において、手術用具１０００の用具装着部分１０１４は、シャフト組立体の関節機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具１０００は、シャフトの関節運動機能をもたらすために、ラックピニオン機構を備えている。一実施形態において、ラックピニオンギヤ機構は、対応する従動要素の回転によって第１のピニオンギヤ１０３６が回転されるように回転胴部１０２１に結合された第１のピニオンギヤ１０３６を備える。第１のピニオンギヤ１０３６は、シャフト組立体の関節区間の関節運動を左方向に制御するために、第１のラックギヤ１０５０に噛み合わされて第１のピニオンギヤ１０３６の回転運動を第１のラックギヤ１０５０の直線運動に変換する。第１のラックギヤ１０５０は、第１のラックギヤ１０５０が遠位方向に直線運動することによってシャフト組立体の関節区間が左方向に関節運動されるように、第１の関節バンドに取り付けられている。対応する従動要素１０２０の回転によって第２のピニオンギヤ１０３８が回転されるように、第２のピニオンギヤ１０３８が別の回転胴部１０２１に結合される。第２のピニオンギヤ１０３８は、シャフト組立体の関節区間の関節運動を右方向に制御するために、第２のラックギヤ１０５２に噛み合わされて第２のピニオンギヤ１０３８の回転運動を第２のラックギヤ１０５２の直線運動に変換する。第２のラックギヤ１０５２は、第２のラックギヤ１０５２が遠位方向に直線運動することによってシャフト組立体の関節区間が右方向に関節運動されるように、第２の関節バンドに取り付けられている。
【００６２】
一実施形態において、手術用具１０００の用具装着部分１０１４は、シャフト組立体の回転機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具１０００は、第２の螺旋状ウォームギヤ１０６４に結合された第１の螺旋状ウォームギヤ１０６６を備え、第２の螺旋状ウォームギヤ１０６４は第３の螺旋状ウォームギヤ１０４４に結合されている。既存のロボットシステム２００との互換性を維持すること及び／又は空間が限定され得る場所を含め、様々な理由により、そのような配列が設けられている。第１の螺旋状ウォームギヤ１０６６は回転胴部１０２１に結合されている。第３の螺旋状ウォームギヤ１０４４は、シャフト組立体に結合された第４の螺旋状ウォームギヤ１０４６に噛み合わされている。第３の螺旋状ウォームギヤ１０６６は、シャフト組立体に結合された第４の螺旋状ウォームギヤ１０４６に噛み合わされて、シャフト組立体の回転を螺旋状ウォームギヤ１０４４、１０４６の回転方向に基づいてＣＷ及びＣＣＷ方向に制御するようになっている。したがって、第１の軸を中心とした第３の螺旋状ウォームギヤ１０４４の回転が、第１の軸に対して直角をなす第２の軸を中心とした第４の螺旋状ウォームギヤ１０４６の回転に変換される。
【００６３】
一実施形態において、手術用具１０００の用具装着部分１０１４は、クランプジョーの開閉機構とナイフ作動機構とを備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具１０００は、クランプジョーの開閉機能とナイフの作動機能をもたらすために、ラックピニオンギヤ機構を備えている。一実施形態において、第３のギヤ１０４０が回転胴部１０２１に結合されており、対応する従動要素が回転することによって第３のピニオンギヤ１０４０が第１の方向に回転されるようになっている。第３のピニオンギヤ１０４０は、直線方向に移動するラックギヤ１０４９に噛み合わされる。ラックギヤ１０４９は、閉開ブロック１０４８に結合されており、閉開ブロック１０４８はシャフト組立体の遠位部分に結合されている。一実施形態において、ピニオンギヤ１０４０を備えるギヤ機構が、クランプジョーの開閉、及びクランプジョーに形成されたスロットを通じた「Ｉ形梁」形状の切断要素の移動を制御するように構成される。ラックギヤ１０４９が遠位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が前進し、クランプジョーの上部ジョーを閉鎖する。ラックギヤ１０４９が近位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が後退し、クランプジョーの上部ジョーを開放させる。「Ｉ形梁」形状の切断要素の一実施形態の説明が、参照によって本明細書に組み込まれる出願第６６０号に示されている。
【００６４】
図９１は、用具駆動組立体を有するロボットシステム２００（図２）と共に使用するように適合された手術用具１１００の一実施形態を示しており、用具駆動組立体は、操作者（すなわち外科医）からの入力によって作動可能なマスタコントローラ２０２（図２）に作動的に結合されている。図８９、９０に示すように、手術用具は、内部直流（ＤＣ）エネルギー源と、内部駆動及び制御回路とを備えている。図示の実施形態において、エネルギー源は第１の電池１１０４と第２の電池１１０６とを備えている。他の態様において、手術用具１１００は、図６３〜８８に示す手術用具９００と類似している。したがって、一実施形態において、手術用具１１００は、細長チューブ部分１１１０と遠位関節区間（図示せず）とを有するシャフト組立体を備える。手術用具１１００は更にインターフェース１１１６を備え、インターフェース１１１６は用具装着部分１１１４をマニピュレータ３０８に機械的にかつ電気的に結合するものである。様々な実施形態において、用具装着部分１１１４は、用具装着ハウジングと用具装着プレート１１１８とを備え、用具装着プレート１１１８は、複数の回転胴部、従動ディスク又は要素を作動的に支持するものであり、従動ディスク又は要素はそれぞれ、従動要素の表面から延びる１対のピンを有する。あるピンは、同じ従動要素上の他のピンよりも、各従動要素の回転軸に近く、このことは、従動要素の角度アライメントが確実となるようにするのに役立つ。インターフェース１１１６は、装着プレート１１１８に装着によって係合するように構成されたアダプタ部分を備える。一実施形態において、アダプタ部分は電気接続ピンの配列を有してもよく、その電気接続ピンは、用具装着部分１１１４内で回路基板によって記憶構造に結合され得る。インターフェース１１１６については、機械的、電気的、及び磁気的結合要素に関連して説明するが、赤外線、誘導結合などを含め、多種多様な遠隔測定の様式が用いられ得ることを理解されたい。
【００６５】
一実施形態において、手術用具１１００の用具装着部分１０１４は、シャフト組立体の関節機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具１１００は、シャフトの関節運動機能をもたらすために、ダブルカム機構１１８４を備えている。一実施形態において、ダブルカム機構１１８４は第１及び第２のカム部分１１５４Ａ、１１５４Ｂ（図示せず）を備える。第１及び第２の従動アーム１１８６、１１８８が、対応するピボットスプール１１８２に旋回式で結合される。ダブルカム機構１１８４に結合された回転本体１１２１が回転するとき、第１のカム部分１１８４Ａは第１の従動アーム１１８６に作用し、第２のカム部分１１８４Ｂは第２の従動アーム１１８８に作用する。カム機構１１８４が回転するとき、従動アーム１１８６、１１８８はピボットスプール１１８２を中心として旋回する。第１の従動アーム１１８６は第１の関節バンド１１５１に取り付けられ、第２の従動アーム１１８８は第２の関節バンド１１５３に取り付けられる。上部カム部分１１５４Ａが第１の従動アーム１１８６に作用するとき、シャフト組立体は左方向１１５８Ｌに関節運動する。カム部分１１５４Ｂが第２の従動アーム１１８８に作用するとき、シャフト組立体は右方向１１５８Ｒに関節運動する。
【００６６】
図８６に更に詳細に示すように、一実施形態において、手術用具１１００の用具装着部分１１１４は、シャフト組立体の回転機構を備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具１１００は第１の螺旋状ウォームギヤ１１９６を備えており、第１の螺旋状ウォームギヤ１１９６は、回転胴部１１２１に結合され、第２の螺旋状ウォームギヤ１１９８に噛み合わされており、第２の螺旋状ウォームギヤ１１９８はシャフト組立体に結合されている。それ故に、第１の螺旋状ウォームギヤ１１９６が回転することによって、第２の螺旋状ウォームギヤ１１９８が、したがってシャフト組立体が、第１の螺旋状ウォームギヤ１１９６に結合された回転胴部１１２１の回転方向に応じて、ＣＷ及びＣＣＷ方向に回転されることになる。したがって、第１の軸を中心とした回転胴部１１２１の回転が、第１の軸に対して直角をなす第２の軸を中心としたシャフト組立体の回転に変換される。
【００６７】
一実施形態において、手術用具１１００の用具装着部分１１１４は、クランプジョーの開閉機構とナイフ作動機構とを備える。図示の実施形態において、例えば、手術用具１１００は、クランプジョーの開閉機能とナイフの作動機能をもたらすために、ラックピニオンギヤ機構を備えている。ある実施形態において、ラックピニオンギヤ機構は、ピニオンギヤ１１９７に結合された回転胴部１１２１を備え、ピニオンギヤ１１９７はラックギヤ１１９５に噛み合わされる。ピニオンギヤ１１９７は回転胴部１１２１に結合されており、対応する従動要素１１２０が回転することによってピニオンギヤ１１９７が第１の方向に回転されるようになっている。ピニオンギヤ１１９７は、直線方向に移動するラックギヤ１１９５に噛み合わされる。ラックギヤ１１９５は、閉開ブロック１１９９に結合されており、閉開ブロック１１９９はシャフト組立体の遠位部分に結合されている。一実施形態において、ピニオンギヤ１１９７を備えるラックピニオンギヤ機構が、クランプジョーの上部ジョーの部分の開閉、及びクランプジョーに形成されたスロット１１２８を通じた「Ｉ形梁」形状の切断要素の移動を制御するように構成される。ラックギヤ１１９５が遠位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が前進し、クランプジョーの上部ジョーを閉鎖する。ラックギヤ１１９５が近位方向に移動するとき、「Ｉ形梁」形状の切断要素が後退し、クランプジョーの上部ジョーを開放させる。「Ｉ形梁」形状の切断要素の一実施形態の説明が、参照によって本明細書に組み込まれる出願第６６０号に示されている。
【００６８】
エンドエフェクタ内におけるカッター要素の位置を示すために、リミットスイッチ１１８０が設けられる。手術用具１１００の電気的状態を制御するために、点滅スイッチ１１９４が設けられる。リミットスイッチ１１８０は圧迫され、クランプジョーの上部ジョー１１０４が閉鎖されており、カッター要素が遠位位置に「不在」であるという指示をコントローラに与える。リミットスイッチは解放され、クランプジョーの上部ジョーが開放されており、カッター要素が近位位置にあるという指示をコントローラに与える。
【００６９】
図８９〜９１に示す改良された手術用具１０００、１１００について手術用具７００及び９００の実施形態を参照して説明したが、手術用具６００及び８００の他の実施形態もまた、限定されることなく、図８９〜９１に関連して示し議論したものと類似した方式で改良され得る。
【００７０】
ここで説明は図９２〜９８に移るが、一実施形態による電池給電式の電気手術器具のＲＦ駆動及び制御回路部の一実施形態について説明する。電子回路１００２、１１０２のＲＦ駆動及び制御回路部が、それぞれ手術用具１０００、１１００と関連して示されている。給電及びＲＦ増幅部の電子要素は、比較的小さな手持型ハウジングに放出される熱を最小限にするために、可能な限り高い効率を有するように設計されるべきである。効率はまた、電池の保管及び作動寿命を可能な限り延長する。
【００７１】
様々な実施形態において、また給電並びにＲＦ駆動及び制御回路部の効率により、図８９〜９１に示す電池１００４、１００６、１１０４、１１０６、及び図９２〜９８に関連して以下で電池１３００とも呼ばれる電池の、ミッション寿命を果たすためにあるいは所与の寸法の電池１３００に対してミッション寿命を延長するために必要な寸法を最小化することができる。一実施形態において、電池１３００は、１２．６Ｖ（無負荷）の端子電圧及び１０３０ｍＡ−Ｈｏｕｒの容量で、低い電源インピーダンスをもたらす。負荷を受けた状態で、電池電圧は例えば公称で１１．１Ｖである。
【００７２】
高周波駆動増幅器のトポロジは、様々な実施形態に応じて異なり得る。一実施形態において、例えば、直列共振の手法が用いられ得るが、この手法では、事前にプログラムされた負荷曲線に従って手術用具を強制的に作動させるために、動作周波数は出力電圧を変化させるように変動される。直列共振の手法において、直列共振ネットワークのインピーダンスは共振周波数で最小となるが、これは、容量性要素と誘導性要素のリアクタンスが、小さな実抵抗を残して相殺するからである。直列共振回路の最大電圧も共振周波数で生じる（また回路のＱ値にも依存する）。したがって、出力で高電圧を発生させるためには、直列共振回路は、共振周波数のより近くで動作するべきであり、これにより、必要な電流をＲＦ増幅器区間に供給するために、ＤＣ供給部（例えば電池１３００）からの電流の引き込みが増加する。直列共振の手法は、共振モードブーストコンバータと呼ばれることもあるが、実際には、共振周波数は最大電圧点であるため、この設計では共振周波数で作動されることはまれである。共振モードトポロジの利点は、共振周波数のすぐ近くで作動される場合、スイッチング電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を、電圧又は電流のゼロ交差のいずれかで「オン」又は「オフ」に切り替えることができ、それによって、可能な限り、最小量の電力がスイッチングＦＥＴ内で散逸することである。
【００７３】
一実施形態によるＲＦ駆動及び制御回路部のもう１つの特徴により、巻数比の比較的高い変圧器が設けられ、この変圧器は、電池１３００の公称電圧の約１１．１Ｖから約８５Ｖｒｍｓへと出力電圧を増大させるものである。これにより、１つの変圧器と１つの他のインダクタのみが必要となるため、より小型の実装がもたらされる。そのような回路においては、所望の出力電圧又は電流を生成するために、変圧器の一次側に高電流が必要である。そのような装置はしかしながら、消耗しているときの電池の電圧降下を考慮するために余裕が設けられているため、共振周波数では作動され得ない。したがって、出力電圧を必要なレベルに維持するために、ヘッドルームが設けられる。直列共振の手法の更に詳細な説明は、２０１１年５月２０日出願の、本発明の譲受人に譲渡された国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１１／０００７７８号、名称「医療装置（Medical Device）」に示されており、その開示内容のすべてが参照によって本明細書に組み込まれる。
【００７４】
別の実施形態によれば、新規でかつ独特なアーキテクチャを備えたＲＦ器具トポロジが、電気外科手術用具のための、手持形の電池給電式ＲＦ型発電機に設けられる。したがって、一実施形態において、本開示は、組織によって与えられる負荷抵抗、又はいかなる電圧、電流、若しくは電力レベルがコントローラによって指令されるかにかかわらず、装置の各電力部が最大効率で作動するように構成されたアーキテクチャを、ＲＦ器具トポロジにもたらす。一実施形態において、このことは、例えば、現在知られている最も効率的なエネルギー変換様式を利用することによって、そして素子の寸法を最小化して電子回路パッケージを小型でかつ軽量なものにしてハウジング内に収まるようにすることによって実現され得る。
【００７５】
一実施形態において、電子回路システム４００のＲＦ電力電子回路区間は、ブーストモードコンバータ、同期バックコンバータ、及び並列共振増幅器として分割され得る。一実施形態によれば、手術用具の共振モードブーストコンバータ区間は、同期モードバックコンバータで使用するために、ＤＣ電池１３００の電圧をより高いＤＣ電圧に変換するのに用いられ得る。共振モードブーストコンバータ区間の所定の効率を達成するために考慮すべき１つの側面は、ブーストコンバータの入力電圧と出力電圧との比である。一実施形態において、１０：１の比が達成可能であるが、二次側の電力が相当なものとなり、ブーストモード変圧器への入力電流が、負荷に応じて約１５Ａ〜２５Ａの範囲で、極めて大きくなる。別の実施形態において、変圧器の約５：１の巻数比が設けられる。理解されたいこととして、約５：１〜約１０：１の範囲内の変圧器の比がまた、限定を伴うことなく実現され得る。５：１の変圧器の巻数比において、設計トレードオフは、並列共振出力のＱを昇圧比に対して管理することである。共振出力ネットワークは２つの機能を果たす。第１に、Ｄ級出力増幅器から正方形のデジタルパルスをフィルタ処理し、基本周波数の正弦波を除いたすべてを出力から除去する。第２に、フィルタネットワークのＱによる受動的な電圧利得をもたらす。換言すれば、増幅器からの電流が、回路の無負荷Ｑ及び負荷抵抗によって決まる利得で、出力電圧に変えられ、これが回路のＱに影響を与える。
【００７６】
共振モードブーストコンバータ部において所定の効率を達成するために考慮すべき別の側面は、フルブリッジ型スイッチのトポロジを利用することであり、これにより、同じ入力電圧に対して昇圧変圧器の巻数比が半分となる。このトレードオフは、この手法では更なるＦＥＴトランジスタが必要となる場合があり、例えばハーフブリッジ手法と比べて更に２つのＦＥＴが必要となることである。現在利用可能なスイッチモードＦＥＴはしかしながら比較的小型であり、ゲート駆動電力は無視できるものではないが、合理的な設計トレードオフをもたらす。
【００７７】
共振モードブーストコンバータ区間において所定の効率を達成し、ブーストコンバータを最大効率で作動させるために考慮すべき更に別の側面は、例えば、設計者がどちらを選択するかにかかわらず（ＺＣＳスイッチングかあるいはＺＶＳスイッチング）、ＦＥＴが常に電圧又は電流の最小値で切り替えするように、常に回路を共振周波数で稼働させることである。これには、負荷が変化するときにコンバータの共振周波数を監視すること、及びＺＶＳ又はＺＣＳ（ゼロ電圧スイッチング／ゼロ電流スイッチング）が最小の電力損で生じるようにブーストコンバータのスイッチング周波数を調節することが含まれ得る。
【００７８】
共振モードブーストコンバータ部において所定の効率を達成するために考慮すべき更に別の側面は、通常の全波ダイオード整流器ブロックの代わりに同期整流器回路を利用することである。ＦＥＴのオン抵抗は、高電流条件下での順電圧降下に対して最適化されたショットキーパワーダイオードのオン抵抗よりもかなり低いため、同期整流ではＦＥＴがダイオードとして用いられる。同期整流器は、ＦＥＴ用のゲート駆動と、ＦＥＴを制御するためのロジックを必要とするが、従来のフルブリッジ整流器に対して、相当な電力節減をもたらす。
【００７９】
各種の実施形態によれば、共振モードブーストコンバータの所定の効率は、例えば、９８％〜９９％の入出力比である。任意の好適な所定効率が、特定の実現形態に基づいて選択され得る。したがって、本明細書で説明する実施形態はこの状況において限定される。
【００８０】
一実施形態によれば、負荷曲線で決まる指令出力電力、電圧又は電流を可能な限り小さな損失で維持するために、手術用具の同期バックコンバータ区間が用いられて、ＲＦ整流器区間に供給されるＤＣ電圧が所定のレベルまで低減され得る。バックコンバータは基本的に、低インピーダンススイッチを制御して指令出力電圧を維持するための調整回路を伴った、低インピーダンススイッチによって供給を受けるＬＣローパスフィルタである。作動電圧は、メインコントローラによって指令された所定レベルに降下し、メインコントローラは、制御システムコードを動作させて、検出された組織抵抗値の関数として割り当てられた負荷曲線にシステムを強制的に従わせる。様々な実施形態によれば、同期バックレギュレータの所定の効率は例えば約９９％である。任意の好適な所定効率が、特定の実現形態に基づいて選択され得る。したがって、本明細書で説明する実施形態はこの状況において限定される。
【００８１】
一実施形態によれば、並列共振ネットワークをＲＦ増幅器区間の出力部に備える共振モードＲＦ増幅器区間が設けられる。一実施形態において、並列共振ネットワークをＲＦ増幅器区間の出力部に設けることによって、所定の効率が達成され得る。ＲＦ増幅器区間は、次の３つを満たす出力ネットワークの共振周波数で駆動され得る。第１に、高Ｑネットワークにより、受動的な電圧利得が出力部にもたらされ、高電圧出力レベルを発生させるためにブーストレギュレータで必要とされる昇圧が低減される。第２に、ＲＦ増幅器区間で発生される方形パルスがフィルタ処理され、基本周波数のみが出力部に通される。第３に、フルブリッジ増幅器が出力フィルタの共振周波数でスイッチングされ、この共振周波数はつまり、最小の電力を散逸させるために、電圧ゼロ交差か又は電流ゼロ交差のいずれかにおけるものである。したがって、ＲＦ増幅器区間の所定効率は約９８％である。ゲート駆動損失によって、効率はこの数字か若しくはそれよりわずかに低い数字に制限される。任意の好適な所定効率が、特定の実現形態に基づいて選択され得る。したがって、本明細書で説明する実施形態はこの状況において限定される。
【００８２】
ＲＦ器具のトポロジ及び上述したアーキテクチャを鑑みると、約９６％である、約０．９９×０．９９×０．９８の全システム効率が達成され得る。したがって、約４５Ｗを送出するために、メイン及びハウスキーピングマイクロプロセッサを、そしてＡＤＣ及びアナログ増幅器とフィルタなどの支持回路を動作させるのに必要な電力を除いて、約１．８Ｗが電子回路によって散逸する。約１３５Ｗを送出するためには、約５．４Ｗが散逸する。これは、大型ジョーのクラスの発電機を手持形電気手術医療器具に実装するのに必要となる電力の量である。いくつかの従来の器具において当てはまり得るので、全システム効率はおそらく、比較的強い関数となる代わりに、負荷抵抗の弱い関数となるにすぎない。
【００８３】
電気外科手術用具の様々な他の実施形態において、フルブリッジ増幅器を一次回路に利用することによって、ある所定の効率向上を達成し、フルブリッジ増幅器をアースから分離して一次側により大きな電圧を得るために、並列共振トポロジが利用され得る。これにより、一次側の巻数がより多くなるがために、より大きな一次インダクタンスと、より低い磁束密度がもたらされる。
【００８４】
図９２は、一実施形態によるＲＦ駆動及び制御回路１８００を示している。図９２は、この実施形態において、鉗子に供給されるＲＦ電気エネルギーを発生及び制御するために使用されるＲＦ駆動及び制御回路１８００を示す部分概略部分ブロック図である。以下で更に詳細に説明するように、この実施形態において、駆動回路１８００は、並列共振ネットワークをＲＦ増幅器出力部に備えた共振モードＲＦ増幅器であり、制御回路は、駆動信号の作動周波数を制御するように作動して、その作動周波数が駆動回路の共振周波数に維持されるようにし、駆動回路は、鉗子１０８に供給される電力の量を制御する。これが達成される方式は、以下の説明から明らかとなろう。
【００８５】
図９２に示すように、ＲＦ駆動及び制御回路１８００は、この例においては約０Ｖ〜約１２Ｖのレールに給電するように構成された上述の電池１３００を備えている。低電源インピーダンスを得るために、入力コンデンサ（Ｃｉｎ）１８０２が０Ｖと１２Ｖとの間に接続されている。１対のＦＥＴスイッチ１８０３−１と１８０３−２（共にこの実施形態においては電力損失を低減するためにＮチャネルである）が０Ｖレールと１２Ｖレールとの間に直列に接続されている。２つのＦＥＴ  １８０３の各々を駆動するためにそれぞれ１つの、２つの駆動信号を発生させるＦＥＴゲート駆動回路１８０５が設けられている。ＦＥＴゲート駆動回路１８０５は、下方のＦＥＴ（１８０３−２）がオフであるときに上方のＦＥＴ（１８０３−１）をオンにし、またその逆にする駆動信号を発生させる。これにより、ノード１８０７は１２Ｖレール（ＦＥＴ  １８０３−１がオンに切り替えられたとき）及び０Ｖレール（ＦＥＴ  １８０３−２がオンに切り替えられたとき）に交互に接続されることになる。図９２はまた、対応するＦＥＴ  １８０３の内部寄生ダイオード１８０８−１及び１８０８−２を示しており、これら内部寄生ダイオード１８０８−１及び１８０８−２は、ＦＥＴ  １８０３が開放している任意の期間に伝導する。
【００８６】
図９２に示すように、ノード１８０７は、コイルＬｓ  １８１２及びコイルＬｍ  １８１４によって形成されたコイル・コイル共振回路１８１０に接続されている。ＦＥＴゲート駆動回路１８０５は、並列共振回路１８１０の共振周波数でＦＥＴスイッチ１８０３を開閉する駆動信号を駆動周波数（ｆｄ）で発生させるように構成されている。共振回路１８１０の共振特性の結果として、ノード１８０７における方形波電圧は、駆動周波数（ｆｄ）の実質的に正弦波状の電流を共振回路１８１０内に流れさせる。図９２に示すように、コイルＬｍ  １８１４は変圧器１８１５の一次側であり、その二次側はコイルＬｓｅｃ  １８１６で形成されている。変圧器１８１５の２次側のコイルＬｓｅｃ  １８１６は、コイルＬ２  １８１８、コンデンサＣ４  １８２０、及びコンデンサＣ２  １８２２によって形成されるコイル・コンデンサ・コンデンサの並列共振回路１８１７に接続されている。変圧器１８１５は、コイルＬｍ  １８１４にかかる駆動電圧（Ｖｄ）を、出力並列共振回路１８１７に印加される電圧にアップコンバートする。負荷電圧（ＶＬ）は、並列共振回路１８１７によって出力され、鉗子のジョー及び鉗子で把持される組織又は血管のインピーダンスに対応する負荷（図９２では負荷抵抗Ｒｌｏａｄ  １８１９で表される）に印加される。図９２に示すように、ＤＣ信号が負荷１８１９に印加されるのを防止するために、１対のＤＣブロックコンデンサＣｂｌ  １８４０−１及び１８４０−２が設けられている。
【００８７】
一実施形態において、変圧器１８１５は、以下の仕様に従うコア径（ｍｍ）、線径（ｍｍ）、及び二次巻線同士の間隙で実現され得る。
コア径Ｄ（ｍｍ）
Ｄ＝１９．９×１０−３
２２ＡＷＧワイヤの線径Ｗ（ｍｍ）
Ｗ＝７．３６６×１０−４
間隙０．１２５の２次巻線同士の間隙
Ｇ＝ｇａｐ／２５．４
【００８８】
この実施形態において、鉗子に供給される電力の量は、ＦＥＴ  １８０３を切り替えるのに使用されるスイッチング信号の周波数を変動させることによって制御される。これで機能するが、それは共振回路８１０が周波数依存性（無損失）の減衰器として働くからである。駆動信号が共振回路１８１０の共振周波数に近づくほど、駆動信号は減衰されなくなる。同様に、駆動信号の周波数が移動して回路１８１０の共振周波数から離れるほど、駆動信号は減衰されなくなり、したがって負荷に供給される電力も低下する。この実施形態において、ＦＥＴゲート駆動回路１８０５によって発生されるスイッチング信号の周波数は、負荷１８１９に送達されるべき目標電力、並びに通常の電圧検出回路１８４３及び電流検出回路１８４５によって取得される負荷電圧（ＶＬ）及び負荷電流（ＩＬ）の測定値に基づいて、コントローラ１８４１によって制御される。コントローラ８４１が作動する方式について、以下で更に詳細に説明することにする。
【００８９】
一実施形態において、電圧検出回路１８４３及び電流検出回路１８４５は、高帯域幅で高速のレールツーレール増幅器（例えばナショナルセミコンダクタ社（National Semiconductor）によるＬＭＨ６６４３）で実現され得る。そのような増幅器はしかしながら、作動状態にあるとき、比較的多くの電流を消費する。したがって、増幅器が電圧検出回路１８４３及び電流検出回路１８４５において使用されていないときに増幅器の供給電圧を低減するために、節電回路が設けられ得る。一実施形態において、レールツーレール増幅器の供給電圧を低減し、それによって電池１３００の寿命を延長するために、ステップダウンレギュレータ（例えばリニアテクノロジー社（Linear Technology）のＬＴ３５０２）が節電回路で利用され得る。
【００９０】
図９３は、一実施形態によるコントローラ１８４１の主構成要素を示している。図９３に示す実施形態において、コントローラ１８４１はマイクロプロセッサベースのコントローラであり、したがって図９３に示す構成要素の大部分はソフトウェアベースの構成要素である。それでもなお、それに代わってハードウェアベースのコントローラ１８４１が使用されてもよい。図示のように、コントローラ１８４１は同期Ｉ／Ｑサンプリング回路１８５１を有しており、この同期Ｉ／Ｑサンプリング回路１８５１は、検出電圧及び電流信号を検出回路１８４３及び１８４５から受信し、電力、Ｖｒｍｓ及びＩｒｍｓ計算モジュール１８５３に渡される対応するサンプルを取得する。計算モジュール１８５３は、受信したサンプルを使用して、負荷１８１９（図９２、鉗子及びその鉗子に把持される組織／血管）に印加されるＲＭＳ電圧及びＲＭＳ電流を計算し、そしてそれらＲＭＳ電圧及びＲＭＳ電流から、負荷１８３９に現在供給されている電力を計算する。決定した値は次いで、周波数制御モジュール１８５５及び医療装置制御モジュール１８５７に渡される。医療装置制御モジュール１８５７は、それらの値を使用して負荷１８１９の現在のインピーダンスを決定し、決定したこのインピーダンスと定義済みのアルゴリズムに基づいて、どの程度の目標電力（Ｐｓｅｔ）を周波数制御モジュール１８５５に印加すべきかを決定する。医療装置制御モジュール８５７は次いで、ユーザー入力モジュール１８５９から受信した信号によって制御されるが、ユーザー入力モジュール１８５９は、ユーザーからの入力（例えば、ボタンを押下すること又はハンドル上の制御レバーを作動させること）を受信すると共にユーザー出力モジュール１８６１を介してハンドル上の出力装置（光、ディスプレイ、スピーカなど）を制御するものである。
【００９１】
周波数制御モジュール１８５５は、計算モジュール１８５３から取得した値及び医療装置制御モジュール１８５７から取得した電力目標値（Ｐｓｅｔ）、並びに定義済みのシステム限界（以下で説明する）を使用して、印加周波数を増減させるべきか否かを判断する。この判断の結果は次いで、方形波発生モジュール１８６３に渡されるが、方形波発生モジュール１８６３はこの実施形態において、受け取った判断に基づいて、発生させる方形波信号の周波数を１ｋＨｚ単位で増減させる。当業者には明らかとなるように、別の実施形態において、周波数制御モジュール１８５５は、周波数を増やすべきかそれとも減らすべきかだけでなく、必要となる周波数変化の大きさをも決定し得る。この場合、方形波発生モジュール１８６３は、所望の周波数シフトを伴って、対応する方形波信号を発生させる。この実施形態において、方形波発生モジュール１８６３によって発生された方形波信号はＦＥＴゲート駆動回路１８０５に出力され、ＦＥＴゲート駆動回路１８０５はこの信号を増幅し、ＦＥＴ  １８０３−１に加える。ＦＥＴゲート駆動回路１８０５はまた、ＦＥＴ  １８０３−１に加えられる信号を反転させ、その反転した信号をＦＥＴ  １８０３−２に加える。
【００９２】
図９４は、ＦＥＴ  １８０３に加えられたスイッチング信号と、負荷１８１９に加えられた測定電流及び電圧を表す正弦波信号と、検出した負荷電圧及び負荷電流を同期サンプリング回路１８５１がサンプリングするタイミングとを示す、一実施形態による信号プロットである。特に、図１７は、上方のＦＥＴ  １８０３−１に加えられるスイッチング信号（ＰＷＭ１  Ｈと記される）と、下方のＦＥＴ  １８０３−２に加えられるスイッチング信号（ＰＷＭ１  Ｌと記される）を示している。簡潔にするため図示されていないが、ＦＥＴ  １８０３が共に同じ時間にオンにならないようにするため、ＰＷＭ１ＨとＰＷＭ１Ｌとの間にデッドタイムが存在する。図９４はまた、測定負荷電圧／電流（ＯＵＴＰＵＴと記される）を示している。負荷電圧と負荷電流は共に正弦波状の波形であるが、それらは、負荷１８１９のインピーダンスに応じて位相がずれていてもよい。図示のように、負荷電流と負荷電圧は、ＦＥＴ  １８０３を切り替えるために使用されるスイッチング信号（ＰＷＭ１  Ｈ及びＰＷＭ１  Ｌ）と同じ駆動周波数（ｆｄ）をなしている。通常、正弦波信号をサンプリングするとき、サンプリングされる信号の周波数の少なくとも２倍、すなわち期間当たり２個のサンプルに相当する速度で信号をサンプリングすることが必要である。しかしながら、コントローラ１８４１は、スイッチング信号の周波数を把握しているので、同期サンプリング回路１８５１は、より低い速度で測定電圧／電流をサンプリングし得る。この実施形態において、同期サンプリング回路１８５１は、測定信号を期間当たり１回、ただし隣接する期間に異なる位相でサンプリングする。図１７において、このことが、「Ｉ」サンプル及び「Ｑ」サンプルによって示されている。同期サンプリング回路５１がこれらのサンプルを作るタイミングは、この実施形態においては、２つの制御信号ＰＷＭ２及びＰＷＭ３によって制御され、これら制御信号ＰＷＭ２及びＰＷＭ３は、スイッチング信号（ＰＷＭ１  Ｈ及びＰＷＭ１  Ｌ）に対して固定位相を有し、（好ましくは、それによって後の計算が容易になるため、期間の４分の１だけ）互いに位相を異にしている。図示のように、同期サンプリング回路１８５１は、ＰＷＭ２信号の立ち上がり１つおきに「Ｉ」サンプルを取得し、また同期サンプリング回路１８５１は、ＰＷＭ３信号の立ち上がり１つおきに「Ｑ」サンプルを取得する。同期サンプリング回路１８５１は、方形波発生器１８６３（スイッチング信号ＰＷＭ１  Ｈ及びＰＷＭ１  Ｌと同じ周波数をなす）によって出力された方形波信号から、ＰＷＭ２及びＰＷＭ３制御信号を発生させる。したがって、制御信号ＰＷＭ２及びＰＷＭ３もまた変化する（しかしながら相対位相は依然として同じである）。このようにして、サンプリング回路１８５１は、駆動信号の周波数が変更されたときに、サンプリング回路１８５１が検出電圧及び電流信号をサンプリングするタイミングを連続的に変更し、そのため、サンプルが常に駆動信号の期間内の同じ時点で取られるようになっている。したがって、サンプリング回路１８５１は、単純に固定サンプリングクロックで規定される固定サンプリング速度で入力信号をサンプリングする従来のサンプリ���グ動作に代わって、「同期」サンプリング動作を実施している。
【００９３】
同期サンプリング回路１８５１によって取得されたサンプルは次いで、電力、Ｖｒｍｓ及びＩｒｍｓの計算モジュール１８５３に渡されるが、この計算モジュール１８５３は、負荷電流及び負荷電圧のわずか１つの「Ｉ」サンプルと１つの「Ｑ」サンプルから、測定信号の大きさ及び位相を決定し得る。しかしながら、この実施形態において、何らかの平均化を達成するために、計算モジュール１８５３は、連続する「Ｉ」サンプルを平均化して平均「Ｉ」値を、また連続する「Ｑ」サンプルを平均化して平均「Ｑ」値を取得し、次いでこの平均Ｉ及びＱ値を使用して、測定信号の大きさ及び位相を（通常の方式で）決定する。当業者には明らかとなるように、約４００ｋＨｚの駆動周波数で、期間当たり１回、サンプリングすることは、同期サンプリング回路１８５１が４００ｋＨｚのサンプリング速度を有し、計算モジュール１８５３が０．０１ｍｓごとに電圧測定値と電流測定値を生成することを意味する。同期サンプリング回路１８５１の動作は、既存の製品に対する改善をもたらすものであり、既存の製品では、測定を同じ速度で行うことができず、大きさの情報のみが入手可能となる（位相情報は失われる）。
【００９４】
一実施形態において、電気外科手術用具のためのＲＦ増幅器及び駆動回路は、必要な組織効果を生じるように所望のＲＦ電気外科周波数で稼働する共振モードステップアップスイッチングレギュレータを利用する。図１８に示す波形は、システム効率を向上させるために、また電子システム４００内のいくつかの特注構成要素に要求される許容差を緩和するために利用され得る。一実施形態において、手術用具に必要な高周波数で高電圧の出力信号を生成するために、第１の発生器制御アルゴリズムが共振モードスイッチングトポロジによって利用され得る。第１の発生器制御アルゴリズムは、装置の出力部における電圧を制御する（それによって装置の出力部における電流及び電力が制御される）ために、共振モードコンバータの作動周波数をシフトさせて共振点に近づけるかあるいは共振点から遠ざける。共振モードコンバータへの駆動波形はこれまで、一定の固定デューティであり、駆動波形の周波数が唯一の制御手段であった（振幅はそうではない）。
【００９５】
図９５は、一実施形態による、ＦＥＴゲート駆動回路１８０５を駆動するための駆動波形を示している。したがって、別の実施形態において、手術用具に必要な高周波数で高電圧の出力信号を生成するために、第２の発生器制御アルゴリズムが共振モードスイッチングトポロジによって利用され得る。第２の発生器制御アルゴリズムは、制御システムがコンバータの作動効率を維持する一方で電力曲線の付近を追跡するために電力出力を低減する目的で、増幅器に対する制御の更なる手段をもたらす。図１８に示すように、一実施形態によれば、第２の発生器制御アルゴリズムは、コンバータが作動する駆動周波数を変調するだけでなく、デューティサイクル変調によって駆動波形のデューティサイクルをも制御するように構成される。したがって、図９５に示す駆動波形１８９０は２自由度を呈している。駆動波形１８９０の変調を利用する利点には、柔軟性、全システムの効率の改善、増幅器の電子回路及び受動的な誘導性構成要素の電力損及び温度上昇の低減、並びに、システム効率の向上による電池寿命の向上が挙げられる。
【００９６】
図９６は、一実施形態による、第１の基板１４０８ａに設置されたデジタル処理システム１９００の略図を示している。デジタル処理システム１９００は、開示を明確にするために示されていない構成要素の中でも、主プロセッサ１９０２と、安全プロセッサ１９０４と、コントローラ１９０６と、メモリ１９０８と、不揮発性メモリ１４０２とを備えている。このデュアルプロセッサアーキテクチャは、主プロセッサ１９０２と呼ばれる第１の動作プロセッサを備え、この第１の動作プロセッサは、手術用具の動作を制御するための主プロセッサである。一態様において、主プロセッサ１９０２は、ソフトウェア命令を実行して、図９３に示すコントローラを実現する。一実施形態において、主プロセッサ１９０２はまた、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータと、タイミング制御用のパルス幅変調器（ＰＷＭ）とを備え得る。
【００９７】
主プロセッサ１９０２は、手術用具全体の様々な機能を制御する。一実施形態において、主プロセッサは、鉗子のジョー及びその鉗子に把持された組織又は血管のインピーダンスに対応する負荷（図９２に負荷抵抗Ｒｌｏａｄ  １８１９で表される）で測定された電圧検出（Ｖ  Ｓｅｎｓｅ）及び電流検出（Ｉ  Ｓｅｎｓｅ）信号を受信する。例えば、主プロセッサ１９０２は、図９２に示すように、電圧検出回路１８４３及び電流検出回路１８４５用にＶ  Ｓｅｎｓｅ及びＩ  Ｓｅｎｓｅ信号を受信する。主プロセッサ１９０２はまた、負荷における組織温度（Ｔ  ｓｅｎｓｅ）測定値を受信する。Ｖ  Ｓｅｎｓｅ、Ｉ  Ｓｅｎｓｅ、及びＴ  Ｓｅｎｓｅを用いて、プロセッサ１９０２は様々なアルゴリズムを実行して、インピーダンスＺに基づいて組織の状態を検知し得る。ここでＺ＝Ｖ  Ｓｅｎｓｅ／Ｉ  Ｓｅｎｓｅである。一実施形態において、手術用具は、約３５０ｋＨｚ〜約６５０ｋＨｚで周波数アジャイル型である。先に議論したように、コントローラ１８４１はＲＦ増幅器区間の共振作動周波数を変化させて、例えば図９２〜９４に関連して説明したように、パルス幅変調（ＰＷＭ）を制御し、負荷への出力電圧（Ｖ）を低減し、出力電流（Ｉ）を増強する。
【００９８】
本発明の手術器具１００を作動させるために利用され得る周波数アジャイルアルゴリズムの例が、それぞれ参照によってすべての内容を本明細書に組み込まれる、同一所有者の以下の米国特許出願に記載されており、その米国特許出願とは、（１）米国特許出願第１２／８９６，３５１号、名称「組織を切断及び凝固させるための装置及び技術（DEVICES AND TECHNIQUES FOR CUTTING AND COAGULATING TISSUE）」、代理人整理番号ＥＮＤ６４２７ＵＳＣＩＰ１／０８０５９１ＣＩＰ、（２）米国特許出願第１２／８９６，４７９号、名称「超音波及び電気外科装置のための外科用発電器（SURGICAL GENERATOR FOR ULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES）」、代理人整理番号ＥＮＤ６６７３ＵＳＮＰ１／１００５５７、（３）米国特許出願第１２／８９６，３４５号、名称「超音波及び電気外科装置のための外科用発電器（SURGICAL GENERATOR FOR ULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES）」、代理人整理番号ＥＮＤ６６７３ＵＳＮＰ２／１００５５９、（４）米国特許出願第１２／８９６，３８４号、名称「超音波及び電気外科装置のための外科用発電器（SURGICAL GENERATOR FOR ULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES）」、代理人整理番号ＥＮＤ６６７３ＵＳＮＰ３／１００５６０、（５）米国特許出願第１２／８９６，４６７号、名称「超音波及び電気外科装置のための外科用発電器（SURGICAL GENERATOR FOR ULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES）」、代理人整理番号ＥＮＤ６６７３ＵＳＮＰ４／１００５６２、（６）米国特許出願第１２／８９６４５１号、名称「超音波及び電気外科装置のための外科用発電器（SURGICAL GENERATOR FOR ULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES）」、代理人整理番号ＥＮＤ６６７３ＵＳＮＰ５／１００５６３、（７）米国特許出願第１２／８９６，４７０号、名称「超音波及び電気外科装置のための外科用発電器（SURGICAL GENERATOR FOR ULTRASONIC AND ELECTROSURGICAL DEVICES）」、代理人整理番号ＥＮＤ６６７３ＵＳＮＰ６／１００５６４、並びに、米国特許出願第１２／５０３，７７５号、名称「段状の出力を用いて切断及び凝固するための超音波装置（ULTRASONIC DEVICE FOR CUTTING AND COAGULATING WITH STEPPED OUTPUT）」、代理人整理番号ＥＮＤ６４２７ＵＳＮＰ／０８０５９１である。
【００９９】
一実施形態において、主プロセッサ１９０２はまた、リミットスイッチのストローク最終位置（Ｌｍｔ  Ｓｗ  Ｓｅｎｓｅ）を検出する。リミットスイッチは、ナイフがストローク限界の終端に達したときに始動される。リミットスイッチＬｍｔ  Ｓｗ  Ｓｅｎｓｅによって発生された信号は主プロセッサ１９０２に与えられて、ナイフのストローク終端状態を示唆する。
【０１００】
一実施形態において、主プロセッサ１９０２はまた、電子システム、リミットスイッチ、又は他のスイッチ若しくは入力装置に設置された磁気作動式要素に関連付けられた加動信号（Ｒｅｅｄ  Ｓｗ  Ｓｅｎｓｅ）を検出する。初期化が主プロセッサ１９０２によって検出されると、アルゴリズムが実行されて手術用具の動作が制御される。そのようなアルゴリズムの一実施形態について、以下で更に詳細に説明する。更に、初期の電源投入において、磁気作動式要素が電池１３００の供給を電子回路システムに接続するとき、低い抵抗負荷が電池１３００の端子に加えられて、電池１３００の内部抵抗が確認される。これにより、主プロセッサ１９０２は、電池１３００の充電状態を判断することができ、あるいは換言すれば、電子システムに電力を送出する電池１３００の能力を判断することができる。一実施形態において、主プロセッサ１９０２は単純に、無負荷時と負荷時の電池１３００の差の絶対値を決定し得る。適切な量の電力を送出するのに十分な能力を電池１３００が有していないと、主プロセッサ１９０２が判断した場合、電池が再使用されることがなく、初期不良として分類されるように、主プロセッサ１９０２は、以下で更に詳細に議論するように、手術用具を無効にし、Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｂａｔｔｅｒｙ信号を出力して電池１３００を制御可能に放電させる。
【０１０１】
一実施形態において、アルゴリズムの一部として、主プロセッサ１９０２は１つ以上の視覚フィードバック要素１１８１を有効化する。図９６に示すように、視覚フィードバック要素１１８１は、少なくとも１つの赤色ＬＥＤと、少なくとも１つの緑色ＬＥＤと、少なくとも１つの青色ＬＥＤとを備える。ＬＥＤの各々は、手術用具に関連付けられたアルゴリズムに基づいて電圧を加えられる。主プロセッサ１９０２はまた、手術用具に関連付けられたアルゴリズムに基づいて、聴覚フィードバック要素を起動する。一実施形態において、聴覚フィードバック要素は、例えば、２．６０５ｋＨｚ〜２．８００ｋＨｚの周波数にて１メートルで６５ｄＢａで動作する圧電性ブザーを含む。先に議論したように、視覚及び聴覚フィードバック要素１１８１は、本明細書で開示する装置に限定されず、他の視覚及び聴覚フィードバック要素を包含することを意図されている。
【０１０２】
一実施形態において、主プロセッサ１９０２は、ある出力信号を与える。例えば、電池１３００を放電させるために、ある出力信号が回路に与えられる（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｂａｔｔｅｒｙ）。これについて、図９７を参照して更に詳細に説明する。手術用具に関連付けられたアルゴリズムに従って、いくつかの条件下で電池１３００を放電させることが必要となり得る。そのような条件及びアルゴリズムについて、以下で更に詳細に議論する。一実施形態において、手術用具に電圧を加えるために使用される電池１３００は、ある状況下で約６時間〜約８時間、最大で約１０時間にわたって初期状態の容量を有する。医療手技の後、一部の容量が電池１３００に残存する。電池１３００は、使い捨ての電池として設計されており、再充電可能ではないので、電池１３００が不完全な容量を有しているとき、手術用具の再使用を防止するために、電池１３００は使用後に制御可能に放電される。
【０１０３】
一実施形態において、主プロセッサ１９０２は、電圧及び電流を負荷に人為的に注入することによって、出力電圧（Ｖ）及び電流（Ｉ）検出機能を確認し得る。主プロセッサ１９０２は次いで、負荷からの電圧及び電流を読み取り、セーフモードで手術用具が作動し得るかあるいは機能し得ないかを判断する。一実施形態において、試験電圧及び電流が、電気制御スイッチを介して疑似負荷に印加される。例えば、電子スイッチが２極形リレーを備えてもよい。主プロセッサ１９０２は、休止状態にあるときに１時間当たり１回、そして各発射前に１回、出力検出機能を確認する。これらの期間は特定の実現形態に応じて異なり得ることが理解されよう。出力検出機能を確認するために、主プロセッサ１９０２は、以下で図９８に関連して説明する出力検出機能試験回路に、注入試験電圧（Ｉｎｊｅｃｔ  Ｔｅｓｔ  Ｖ）及び注入試験電流（Ｉｎｊｅｃｔ  Ｔｅｓｔ  Ｉ）信号を出力する。先に説明したように、主プロセッサ１９０２は、検出した電圧及び電流信号Ｖ  Ｓｅｎｓｅ及びＩ  Ｓｅｎｓｅを読み取って、手術用具の電圧（Ｖ）及び電流（Ｉ）検出機能の動作を判断する。
【０１０４】
主プロセッサ１９０２はまた、メモリ１９０８及び不揮発性メモリ１４０２に結合されている。主プロセッサ１９０２によって実行されるコンピュータプログラム命令は、不揮発性メモリ１４０２（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなど）に記憶されている。メモリ１９０８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）であってもよく、とりわけ、実行中の命令、測定データ、変数を記憶するために使用され得る。メモリ１９０８は揮発性であり、その内容は、電池１３００が所定の電圧レベル未満で放電されるときに消去される。不揮発性メモリ１４０２は不揮発性であり、その内容は、電池１３００が所定のレベル未満で放電されるときも消去されない。一実施形態において、例えば、手術用具が既に手技で用いられているとき、手術用具が初期不良であると判断されたとき、又は手術用具が別様に不良であるとき、再使用を防止するため、不揮発性メモリ１４０２の内容を消去することが望ましい場合もある。これらの状況の各々において、主プロセッサ１９０２は電池１３００の放電操作を開始する。そのような状況下で、不揮発性メモリを消去するための、不揮発メモリ１４０２内のプログラム命令が、メモリ１９０８に転送され、ここでプログラムの実行が再開する。メモリ１９０８から実行される命令は次いで、不揮発性メモリ１４０２の内容を消去する。
【０１０５】
安全プロセッサ１９０４は主プロセッサ１９０２に結合されており、主プロセッサ１９０２の動作を監視する。安全プロセッサ１９０４が主プロセッサ１９０２の誤動作を確認した場合、安全プロセッサ１９０４は主プロセッサ１９０２の動作を無効化し、手術用具を安全モードで停止する。
【０１０６】
コントローラ１９０６は、主プロセッサ１９０２と安全プロセッサ１９０４の両方に結合されている。一実施形態において、コントローラ１９０６はまた主プロセッサ１９０２の動作を監視し、主プロセッサ１９０２が制御を失った場合、コントローラ１９０６は安全プロセッサを有効化して、ＲＦ増幅器区間を安全な方式で停止する。一実施形態において、コントローラ１９０６は、限定するものではないが、ＣＰＬＤ（ｃｏｍｐｌｅｘ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｄｅｖｉｃｅ）として実装され得る。
【０１０７】
電池１３００の寿命を維持又は延長するために、主プロセッサ１９０２、安全プロセッサ１９０４、及び／又はコントローラ１９０６は、それらが使用されていないときに電源を切られてもよい（例えば、スリープモードにされる）。これにより、デジタル処理システム１９００はエネルギーを温存して、電池１３００の寿命を維持又は延長することが可能となる。
【０１０８】
様々な実施形態において、主プロセッサ１９０２、安全プロセッサ１９０４、又はコントローラ１９０６は、モジュール及び／又はブロックなど、いくつかの別々の機能要素を備えてもよい。特定のモジュール及び／又はブロックが一例として説明され得るが、それより多数又は少数のモジュール及び／又はブロックが使用されてもよく、また依然として実施形態の範囲内に含まれることが明らかとなる。更に、様々な実施形態が、説明を容易にするためにモジュール及び／又はブロックの点から説明され得るが、そのようなモジュール及び／又はブロックは、１つ又は複数のハードウェア構成要素、例えばプロセッサ、ＣＰＬＤ（Ｃｏｍｐｌｅｘ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、プログラマブル論理デバイス（ＰＬＤ）、専用集積回路（ＡＳＩＣ）、回路、レジスタ、及び／若しくはソフトウェア構成要素、例えば、プログラム、サブルーチン、ロジック、並びに／又はハードウェア構成要素とソフトウェア構成要素との組合わせによって実現され得る。
【０１０９】
一実施形態において、デジタル処理システム１９００は、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれらの任意の組合わせとして実現された１つ以上の組込みアプリケーションを備え得る。デジタル処理システム１９００は、ソフトウェア、プログラム、データ、ドライバ、アプリケーションプログラムインターフェース（ＡＰＩ）など、様々な実行可能モジュールを備え得る。ファームウェアは、ビットマスクされた読出し専用メモリ（ＲＯＭ）又はフラッシュメモリ内など、不揮発性メモリ１４０２（ＮＶＭ）内に記憶され得る。様々な実現形態において、ファームウェアをＲＯＭ内に記憶することで、フラッシュメモリを保護することができる。ＮＶＭは、例えば、プログラム可能ＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能ＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、又は、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）、ダブルデータレートＤＲＡＭ（ＤＤＲＡＭ）、及び／若しくはシンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）などのバッテリバックアップ型のランダムアクセスメモリ１９０８（ＲＡＭ）を含め、他の種類のメモリを含み得る。
【０１１０】
図９７は、一実施形態による電池放電回路１１０００を示している。通常の動作において、ライン１１００４は低電位に保たれ、シリコン制御整流器１１００２などの電流制御装置がＯＦＦ状態にあり、また、シリコン制御整流器１１００２のアノード「Ａ」からカソード「Ｃ」に電流が流れないので、電池電圧Ｖｂａｔｔが電子システム１４００に印加される。高電位の制御信号「Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｂａｔｔｅｒｙ」が主プロセッサ１９０２によってライン１１００４に印加されると、シリコン制御整流器１１００２のゲート「Ｇ」はコンデンサＣ１によってｈｉｇｈに保たれ、シリコン制御整流器１１００２はアノード「Ａ」から「Ｃ」に電流を導く。放電電流は抵抗器Ｒ４によって制限される。別の実施形態において、電流制御装置は、シリコン制御整流器１１００２を使用するのではなく、電子スイッチが電池１３００からの電流の放出を制御するように構成され得る電子要素の中でも、１つ以上のダイオード、トランジスタ（例えば、ＦＥＴ、バイポーラ、ユニポーラ）、リレー（固体又は電気機械式）、光アイソレータ、光結合器を使用して実現され得る。
【０１１１】
図９８は、一実施形態による、出力検出試験回路と磁気スイッチ要素とを備えたＲＦ増幅器区間を示している。先に議論したように、一実施形態において、主プロセッサ１９０２は、対応する第１の試験電流１１１０２及び第２の試験電流１１１０４を疑似負荷１１１１４に注入することによって、出力電流（Ｉ）及び出力電圧（Ｖ）検出機能を確認し得る。主プロセッサ１９０２は次いで、疑似負荷１１１１４から、電流検出端子１１１２０を通る対応する出力検出電流（Ｉ  Ｏｕｔ  Ｓｅｎｓｅ  １）と電圧検出端子１１１２２を通る対応する出力検出電流（Ｉ  Ｏｕｔ  Ｓｅｎｓｅ  ２）を読み取り、手術用具が安全モードで作動し得るかあるいは機能し得ないかを判断する。一実施形態において、試験電流及び電圧は、ＦＥＴトランジスタ、固定リレー、２極形リレーなどの電子制御スイッチを介して疑似負荷に印加される。主プロセッサ１９０２は、休止状態にあるときに１時間当たり１回、そして各発射前に１回、出力検出機能を確認する。これらの期間は特定の実現形態に応じて異なり得ることが理解されよう。
【０１１２】
出力検出機能を確認するために、主プロセッサ１９０２は、駆動器回路１１１１６を無効化することによってＲＦ増幅器区間１１１１２の動作を無効化する。ＲＦ増幅器区間１１１１２が無効化されると、主プロセッサ１９０２は、第１の注入試験電流（Ｉｎｊｅｃｔ  Ｔｅｓｔ  Ｉ）信号と第２の注入試験電圧（Ｉｎｊｅｃｔ  Ｔｅｓｔ  Ｖ）信号を出力検出試験回路１１１００に出力する。結果として、第１の試験電流１１１０２が、トランジスタＴ１  １１１０６をＯＮにする抵抗器に注入され、トランジスタＴ１  １１１０６はトランジスタＴ２  １１１０８をＯＮにして、トランジスタＴ２  １１１０８に流れるＩ  Ｏｕｔ  Ｓｅｎｓｅ  １電流を発生させる。電流Ｉ  Ｏｕｔ  Ｓｅｎｓｅ  １は電流検出端子１１１２０から流出し、主プロセッサ１９０２によってＩ  Ｓｅｎｓｅ信号として検知される。第２の試験電流１１１０４が、固体リレー１１１１０（ＳＳＲ）の入力区間を通じて加えられる。これにより、電流Ｉ  Ｏｕｔ  Ｓｅｎｓｅ  ２が疑似負荷１１１１４を通じて流れることになる。電流Ｉ  Ｏｕｔ  Ｓｅｎｓｅ  ２は電流検出端子１１１２２から流出し、主プロセッサ１９０２によってＶ  Ｓｅｎｓｅ信号として検知される。疑似負荷１１１１４は、抵抗器Ｒ１〜Ｒ４から構成された第１の分圧器ネットワークと、Ｒ５〜Ｒ８から構成された第２の分圧ネットワークとを備える。先に説明したように、主プロセッサ１９０２は、検出した電圧及び電流信号Ｖ  Ｓｅｎｓｅ及びＩ  Ｓｅｎｓｅを読み取って、手術用具の電圧（Ｖ）及び電流（Ｉ）検出機能の動作を判断する。
【０１１３】
一実施形態において、磁気作動要素１６０６は、磁石と連動して働く。図９８に示すように、一実施形態において、磁気作動要素はリードスイッチ１１１１８として実現され得る。リードスイッチ１１１１８は、磁石で発生された磁束によって第１の状態に保たれている間、電池の電力を電子システムから電気的に切断する。以下で説明するように、磁石が取り除かれ、磁束がリードスイッチ１１１１８に影響を及ぼさなくなると、電池の電力が電子システムに接続され、システムは初期化アルゴリズムを受ける。
【０１１４】
エネルギーを温存し、それによって電池１３００の寿命を延長するために、ハードウェア回路の特定の区間が停止されるかあるいはスリープモードにされ得る。特に、試験電流及び試験電圧の注入に関連付けられ、出力検出電流を検知する増幅器回路が、エネルギーを温存するために、スリープモードにされるかあるいは周期的に停止され得る。
【０１１５】
図１００〜１０７は、本明細書で説明した手術用具６００、７００、８００、９００、１０００、１１００の各実施形態のいずれかで利用され得るシャフト組立体６０８の一実施形態を示している。様々な関節区間６１２がシャフト組立体６０８の種々の構成に対して利用され得ることが理解されよう。本明細書で議論した手術用具６００、７００、８００、９００、１０００、１１００のいずれかで利用され得る様々な関節区間の例が、出願第６６０号で見出され得る。（Ａ）並列支持レールを備えた関節区間、（Ｂ）成形ジョイントによって形成された関節区間、（Ｃ）ビード付きの関節区間、及び（Ｄ）関節制御構成など、関節ジョイント構成のいくつかの例が、参照によって本明細書に組み込まれる出願第６６０号に記載されている。
【０１１６】
図１０８〜１１１は、本明細書で説明した手術用具６００、７００、８００、９００、１０００、１１００のいずれかで利用され得る関節区間１２０６を備えたシャフト組立体１２００の一実施形態を示している。図示のように、シャフト組立体１２００は、単に遠位エンドエフェクタ１２０２（ジョー）を回転させる遠位スリップリング１２０４を備え、シャフト組立体１２００の残りは依然として不動である。遠位スリップリング１２０２により、ユーザーは、アクセスの改善、視認性の改善、そしてより容易な切開封止を伴って、組織平面を関節区間１２０６に対して遠位側に向けることが可能となる。遠位スリップリング１２０４により、電気的連続性を失うことなく、関節区間１２０６の遠位側でエンドエフェクタ１２０２を連続的に回転させることができる。遠位ビードにおける支持表面１２０８が、接触面を減らすために設けられている。更なる関節構成が、参照によって本明細書に組み込まれる出願第６６０号に記載されている。
【０１１７】
図１１２は、本明細書で説明した手術用具６００、７００、８００、９００、１０００、１１００にて利用され得るエンドエフェクタ１３０２の一実施形態を示している。エンドエフェクタ１３０２は、上部ジョー１３０４と、下部ジョー１３０６と、カッター要素用のスロット１３２８とを備えている。図示の実施形態において、手術用具６００、７００、８００、９００、１０００、１１００が単極モードと２極モードのいずれでも動作できるようにするため、下部ジョー１３０６は、突き出たワイヤ１３２９を備えている。一実施形態において、モード切替え回路及び機構が設けられ得る。
【０１１８】
本明細書で説明した手術用具６００、７００、８００、９００、１０００、１１００の様々な実施形態が、一般にロボットシステム２００（図２）によって供給される電力で作動される電動スプール又は回転可能な本体を備える。組織の切断及び／又は凝固の目的で更なる電力が必要である場合、用具装着部分６１４、７１４、８１４、９１４、１０１４、１１１４のハウジング内部に、別のモータが装着され得る。
【０１１９】
上で議論した手術用具６００、７００、８００、９００、１０００、１１００の様々な実施形態が、使い捨て式であるシャフト組立体６０８、７０８、８０８、９０８、１００８、１１０８と用具装着部分６１４、７１４、８１４、９１４、１０１４、１１１４とを備え得る。他の実施形態において、しかしながら、シャフト組立体６０８、７０８、８０８、９０８、１００８、１１０８が容易に分解及び処分され得る一方で、用具装着部分６１４、７１４、８１４、９１４、１０１４、１１１４が洗浄及び再滅菌の後に再使用され得るように、手術用具６００、７００、８００、９００、１０００、１１００が設計されることが企図される。
【０１２０】
いくつかの態様が、「結合された」及び「連結された」という表現を、それらの派生語と共に用いて説明され得る。これらの用語は互いに同義語とすることを意図したものではないことを理解されたい。例えば、いくつかの態様は、２つ以上の要素が互いに直接、物理的又は電気的接触をなすことを示すために、「連結された」という用語を用いて説明され得る。別の例において、いくつかの態様は、２つ以上の要素が直接、物理的又は電気的接触をなすことを示すために、「結合された」という用語を用いて説明され得る。「結合された」という用語はまた、しかしながら、２つ以上の要素が互いに直接、接触をなさないが、依然として互いに協働又は相互作用することをも意味し得る。
【０１２１】
本明細書における各例については、主に電気手術器具の状況下で説明されているが、本明細書の教示は、様々な他の種類の医療器具に容易に適用され得ることを理解されたい。単に一例として、本明細書の教示は、組織把持器、組織回収パウチ配置器具、手術用ステープラ、超音波手術器具などに容易に適用され得る。また、理解されたいこととして、本明細書の教示は、本明細書で引用した文献のいずれかに記載された器具のいずれかに容易に適用され得るものであり、そのため、本明細書の教示は、本明細書で引用した文献のいずれかの教示と様々な方式で容易に組み合わされ得る。本明細書の教示が組み込まれ得る他の種類の器具が、当業者には明らかとなろう。
【０１２２】
理解されたいこととして、参照によって本明細書に組み込まれると述べられた任意の特許、公報、又は他の開示資料は、部分的にあるいは全体的に、その組み込まれた資料が既存の定義、記載内容、又は本開示に示した他の開示資料と矛盾しない範囲で本明細書に組み込まれる。したがって、必要な範囲で、本願に明示的に示した開示内容は、参照によって本願に組み込まれる、矛盾するいかなる文献にも優先する。参照によって本願に組み込まれると述べられた要素又はその一部分であっても、既存の定義、記載内容、又は本願に示された他の開示要素と矛盾するものは、その組み込まれる要素と既存の開示要素との間に矛盾が生じない範囲でのみ組み込まれる。
【０１２３】
本明細書で開示する装置及びそれらの構成要素の実施形態は、通常の内視鏡及び開放手術器具における応用性、並びにロボット支援手術における応用性を有し得る。例えば、当業者には明らかとなることであるが、本明細書の様々な教示は、参照によってその開示内容が本明細書に組み込まれる、２００４年８月３１日公開の米国特許第６，７８３，５２４号、名称「超音波焼灼及び切断器具を備えたロボット手術用具（Robotic Surgical Tool with Ultrasound Cauterizing and Cutting Instrument）」の様々な教示と容易に組み合わされ得る。
【０１２４】
本明細書で開示した装置の実施形態は、１回の使用後に処分されるように設計されてもよく、あるいは、それらの実施形態は、複数回使用されるように設計されてもよい。実施形態は、いずれの場合も、少なくとも１回の使用後に再利用のために再調整され得る。再調整されることは、装置を分解する工程、それに続いて特定の部品を洗浄及び交換する工程、並びにその後に再組み立てする工程の任意の組み合わせを含み得る。特に、装置の各実施形態は分解されてもよく、また、装置の任意の個数の特定の部片又は部品が、任意の組み合わせで選択的に交換されるか、あるいは取り外されてもよい。特定の部品の洗浄及び／又は交換の際、装置の各実施形態は、再調整用の施設で、又は外科手技の直前に外科チームによって、後の使用のために再組み立てされてよい。装置の再調整では、分解、洗浄／交換、及び再組み立てのための様々な技術が利用され得ることが、当業者には理解されよう。そのような技術の利用、及びその結果として得られる再調整された装置はすべて、本願の範囲に含まれる。
【０１２５】
例に過ぎないが、本明細書で説明した実施形態は、手術前に処理されてもよい。まず、新品又は使用済みの器具が入手され、必要に応じて洗浄されてもよい。器具は次いで、滅菌されてもよい。ある滅菌技術において、器具は、プラスチック製又はタイベック（ＴＹＶＥＫ）製のバックなど、閉じられた密封容器内に置かれる。次いで、容器と器具は、ガンマ放射線、Ｘ線、又は高エネルギー電子など、容器を透過し得る放射線の場に置かれ得る。放射線により、器具上及び容器内の細菌を死滅させてもよい。次いで、滅菌された器具は、滅菌容器内に格納され得る。密封容器は、医療施設で開けられるまで、器具を滅菌状態に保ち得る。装置はまた、限定されるものではないが、ベータ若しくはガンマ放射線、エチレンオキシド、又は水蒸気を含めて、当該技術分野で既知の任意の他の技術を使用して滅菌されてもよい。
【０１２６】
本発明の装置及び構成要素の様々な実施形態について図示し説明したので、本明細書で説明した方法及びシステムの更なる改作が、当業者による適切な修正により、本発明の範囲を逸脱することなく達成され得る。そのような考えられる修正のいくつかが述べられており、また、その他の修正が当業者には明らかとなろう。例えば、上で議論した例、実施形態、幾何学的形状、材料、寸法、比率、工程などは、例示的なものであり、必須ではない。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲から考慮されるべきであり、本明細書及び図面に示し説明した構造及び操作の細部に限定されると解釈されるものではない。
【０１２７】
各態様のある特徴について、本明細書に記載の通り説明したが、ここで、多数の修正形態、置換形態、変化形態、及び等価形態が当業者には思い付くであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのような修正形態及び変化形態を、開示する実施形態の範囲内に含まれるものとして扱うことを意図したものであることを理解されたい。
【０１２８】
〔実施の態様〕
（１）  手術用具であって、
用具装着ハウジングと、用具装着プレートと、結合具とを備える用具装着部分であって、前記結合具は、関節区間を備えたシャフト組立体を前記用具装着部分に結合するためのものである、用具装着部分と、
前記シャフト組立体の近位端部を受容して前記シャフト組立体の前記関節区間を関節運動させるように構成された関節機構と、
前記用具装着部分をマニピュレータに機械的にかつ電気的に結合するためのインターフェースとを備える、手術用具。
（２）  前記関節機構は、前記シャフト組立体の前記関節区間を関節運動させるように作動する少なくとも１つのラックピニオンギヤ機構を備える、実施態様１に記載の手術用具。
（３）  前記ラックピニオンギヤ機構は、
第１の回転胴部に回転可能に結合された第１のピニオンギヤであって、前記第１の回転胴部は、前記インターフェースに回転可能に結合するように適合された第１の従動要素に結合される、第１のピニオンギヤと、
前記第１のピニオンギヤと噛み合わされた第１のラックギヤであって、第１の関節バンドに連結される、第１のラックギヤとを備える、実施態様２に記載の手術用具。
（４）  前記ラックピニオンギヤ機構は、
第２の回転胴部に結合された第２のピニオンギヤであって、前記第２の回転胴部は、前記インターフェースに回転可能に結合するように適合された第２の従動要素に結合される、第２のピニオンギヤと、
前記第２のピニオンギヤと噛み合わされた第２のラックギヤであって、第２の関節バンドに連結される、第２のラックギヤとを備える、実施態様３に記載の手術用具。
（５）  前記関節機構は、前記シャフト組立体の前記関節区間を関節運動させるように作動するカム機構を備える、実施態様１に記載の手術用具。
【０１２９】
（６）  前記カム機構は、
第１及び第２のカム部分を備える二重カムであって、前記二重カム組立体は、回転胴部に回転可能に結合され、前記回転胴部は、前記インターフェースに回転可能に結合するように適合された従動要素に結合される、二重カムと、
第１のカム部分に作動的に結合される第１の端部を有する第１の従動アームと、
前記第２のカム部分に作動的に結合される第１の端部を有する第２の従動アームとを備える、実施態様５に記載の手術用具。
（７）  前記第１の従動アームは第１のピボットスプールに回転可能に結合された第２の端部を有し、前記第２の従動アームは第２のピボットスプールに回転可能に結合された第２の端部を有する、実施態様６に記載の手術用具。
（８）  前記第１及び第２の従動アームの関節位置に影響を与えることなく、前記シャフト組立体の回転が可能となるように、前記第１及び第２の従動アームそれぞれの下方に装着された第１及び第２のブッシュを更に備える、実施態様６に記載の手術用具。
（９）  前記第１及び第２のブッシュは、前記シャフト組立体の回転位置に影響を与えることなく、対応する前記第１及び第２の従動アームと共に往復する、実施態様８に記載の手術用具。
（１０）  時計回り（ＣＷ）及び反時計回り（ＣＣＷ）方向における前記シャフト組立体の回転を制御するためのシャフト組立体回転機構を更に備える、実施態様１に記載の手術用具。
【０１３０】
（１１）  前記シャフト組立体回転機構は、回転胴部に結合された第１の螺旋状ウォームギヤと、前記シャフト組立体に結合された第２の螺旋状ウォームギヤとを備え、前記第１の螺旋状ウォームギヤは前記第２の螺旋状ウォームギヤと噛み合わされる、実施態様１０に記載の手術用具。
（１２）  前記シャフト組立体回転機構は、
回転胴部に結合されたギヤと、
第１及び第２の開口部を備える固定ポストと、
前記シャフト組立体に結合された第１及び第２の回転ピンと、
ケーブルとを備え、
前記ケーブルは前記回転胴部に巻き付けられ、前記ケーブルの第１の端部が、前記固定ポストの前記第１の開口部に通して配置され、前記第１の回転ピンに固定式に結合され、前記ケーブルの第２の端部が、前記固定ポストの前記第２の開口部に通されて配置され、前記第２の回転ピンに固定式に結合される、実施態様１０に記載の手術用具。
（１３）  クランプジョー開閉及びナイフ作動機構を更に備える、実施態様１に記載の手術用具。
（１４）  前記クランプジョー開閉及びナイフ作動機構はラックピニオンギヤ機構を備える、実施態様１３に記載の手術用具。
（１５）  前記ラックピニオンギヤ機構は、エンドエフェクタに作動的に結合されたラックギヤと噛み合わされたピニオンギヤを備える、実施態様１４に記載の手術用具。
【０１３１】
（１６）  前記用具装着部分内に配置された電池を更に備える、実施態様１に記載の手術用具。
（１７）  高周波（ＲＦ）発生回路を更に備え、前記ＲＦ発生回路は、前記ハンドルに結合されるものであり、ＲＦ駆動信号を発生させるように、また前記ＲＦ駆動信号を前記少なくとも１つの電気接点に供給するように作動可能であり、並列共振回路を備える、実施態様１に記載の手術用具。
（１８）  前記ＲＦ発生回路は、方形波信号などの周期的に変動する信号を直流（ＤＣ）供給部から発生させるスイッチング回路を備え、前記共振回路は前記周期的に変動する信号を受信するように構成され、前記周期的に変動する信号はデューティサイクル変調される、実施態様１７に記載の手術用具。
（１９）  リミットスイッチを更に備える、実施態様１に記載の手術用具。
（２０）  前記用具装着部分に作動的に結合されたシャフト組立体を更に備え、前記シャフト組立体は、関節区間とエンドエフェクタとを備える、実施態様１に記載の手術用具。
【０１３２】
（２１）  前記関節区間の遠位端部を越えて前記エンドエフェクタの前記近位端部に配置された遠位スリップリングを更に備える、実施態様２０に記載の手術用具。
（２２）  前記エンドエフェクタに結合された突き出したワイヤを更に備える、実施態様２０に記載の手術用具。
【図１】
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【図２】
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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１５】
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【図１６】
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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３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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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４９】
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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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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８Ａ】
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【図７８Ｂ】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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【図９１】
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【図９２】
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【図９３】
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【図９４】
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【図９５】
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【図９６】
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【図９７】
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【図９８】
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【図９９】
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【図１００】
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【図１０１】
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【図１０２】
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【図１０３】
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【図１０４】
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【図１０５】
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【図１０６】
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【図１０７】
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【図１０８】
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【図１０９】
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【図１１０】
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【図１１１】
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【図１１２】
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【国際調査報告】
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