(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組織切断装置であって、
身体箇所に挿入するように構成された細長いハウジングであって、第１の端部、及び前記第１の端部に隣接する開口を有する、前記ハウジングと、
前記ハウジング内に配置された組織切断ツールであって、前記開口に隣接したところに、前記ハウジングに対して移動するように構成された少なくとも１つの切断表面を画成し、これによって該開口内に延在する組織を切開する、前記組織切断ツールと、
ブラシ付きモータから延在する駆動シャフトを駆動し、前記切断ツールに連結された該ブラシ付きモータであって、前記開口で組織を切開するため所定の切断速度で前記切断ツールを駆動するように作動可能である、前記ブラシ付きモータと、
前記ハウジングに対する前記駆動シャフトの所定位置を検出し、該所定位置に対応する停止位置信号を生成するための生成手段であって、該所定位置は、前記開口に対する前記少なくとも１つの切断表面の位置に対応し、前記少なくとも１つの切断表面と前記開口との間に未切開の組織を捕捉することを回避させる、前記生成手段と、
前記切断ツールを停止させることが望まれるとき、モータ停止信号を発生するための発生手段と、
前記モータ停止信号に応答して、前記駆動シャフトが概ね前記所定位置にあるときに前記ブラシ付きモータが停止するように、前記駆動シャフトが前記所定位置の前方位置にあるときに前記ブラシ付きモータのスイッチを切る制御回路と、を備える組織切断装置。
【請求項２】
前記ブラシ付きモータはＤＣモータである、請求項１に記載の組織切断装置。
【請求項３】
前記ブラシ付きモータは、前記制御回路により提供されたモータ作動信号に応答して前記駆動シャフトを回転駆動させる、請求項１又は２に記載の組織切断装置。
【請求項４】
前記駆動シャフトは前記切断ツールに接続され、これによって、前記細長いハウジングにより画成された長手方向軸線の回りに該切断ツールを回転駆動させる、請求項３に記載の組織切断装置。
【請求項５】
前記回転する駆動シャフトからの回転運動を前記切断ツールの往復直線運動に転換し、これによって該切断ツールを前記細長いハウジングにより画成された長手方向軸線に対する直線往復態様で駆動させるため、前記モータ及び前記切断ツールの間に配置されたトランスミッション手段を更に備える、請求項３に記載の組織切断装置。
【請求項６】
前記ハウジングに対する前記駆動シャフトの所定位置を検出するための前記手段は、前記駆動シャフトに付帯されたマークと、前記マークの近傍通過を検出し、前記停止位置信号を生成するように作動可能なセンサーと、を備える、請求項３乃至５の何れか１項に記載の組織切断装置。
【請求項７】
前記マークは、前記駆動シャフトに取り付けられた磁化同定手段である、請求項６に記載の組織切断装置。
【請求項８】
前記センサーは、前記ハウジングに取り付けられたホール効果センサーである、請求項６又は７に記載の組織切断装置。
【請求項９】
前記モータ作動信号は、可変モータ速度信号であり、前記制御回路と前記ブラシ付きモータとの間に配置されたモータ制御回路を更に含み、該モータ制御回路は前記可変モータ速度信号に応答して該ブラシ付きモータをその対応する回転速度で駆動させる、請求項３乃至８の何れか１項に記載の組織切断装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、前記ブラシ付きモータに電流信号を提供するパワー増幅器と、前記ブラシ付きモータに提供された電流を検出し、前記パワー増幅器に電流フィードバッグを提供する電流センサーであって、これによって該パワー増幅器は該電流フィードバッグに応答して該ブラシ付きモータに提供された電流信号を制御する、前記電流センサーと、を備える、請求項９に記載の組織切断装置。
【請求項１１】
前記モータ制御回路は、前記電流センサーと前記パワー増幅器との間に配置されたスイッチを備え、該スイッチは、前記モータ停止信号に応答して前記電流フィードバッグを不能化するように作動可能である、請求項９又は１０に記載の組織切断装置。
【請求項１２】
前記モータ制御回路は、前記モータ速度信号に応答して対応するＰＷＭ信号を生成するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号ジェネレータと、前記ＰＷＭ信号に応答して対応する回転速度で前記ブラシ付きモータを駆動させるモータドライバー回路と、を備える、請求項９乃至１１の何れか１項に記載の組織切断装置。
【請求項１３】
前記ハウジング内に真空を生成するため該ハウジングに連結された真空ユニットを更に備える、請求項１乃至１２の何れか１項に記載の組織切断装置。
【請求項１４】
前記制御回路と前記真空ユニットとの間に配置された真空制御回路を更に備え、該真空制御回路は、前記制御回路により提供された少なくとも１つの真空制御信号に応答して該真空ユニットを制御する、請求項１３に記載の組織切断装置。
【請求項１５】
前記ブラシ付きモータは、前記制御回路からの信号を受け取るためのモータターミナルを備え、前記制御回路は、前記モータターミナルを結ぶリレーを備え、該リレーは、前記モータ停止信号に応答して該ターミナルを回路短絡させるように作動可能である、請求項１乃至１４の何れか１項に記載の組織切断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して、モータ駆動式外科切断器具に係り、より詳しくは、駆動モータの停止時における外科切断器具の位置を制御するためのシステムに関する。更に詳しくは、本発明は、該切断器具を駆動するため使用されるブラシ型式のＤＣモータを制御する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
最小侵入形態の外科切断器具が知られており、生体組織を切開し除去するため幅広く使用されている。そのような器具は、典型的に、細長いカニューレ内部に収容された切断ツールを含むハンドピース（handpiece）を備えており、当該ツールはカニューレの先端部或いはその近傍で開口に隣接して配置される。カニューレそれ自体は、小さい切れ目を介して身体内へ経皮的に挿入するため構成され、組織切開及び除去のための位置へと手動で巧みに操作される。
【０００３】
切断ツールの様々な形態が知られており、手動で、空気力学的に、或いは電子的に制御された駆動モータを介して駆動され得る。任意の場合において、カニューレの先端部近傍の開口に隣接した組織は、典型的には、カニューレに対して回転及び往復運動のいずれかで切断ツールを駆動することによって切開される。これによって、組織は、（典型的には真空を介して）開口に引き込まれ、切断ツールによって切開される。
【０００４】
上述した型式のモータ駆動式外科切断器具は、外科用途で幅広く使用されているが、現在利用可能な多くの設計は、様々な欠点を被る。例えば、駆動モータが不能化されたとき切断ツールの位置が制御されない場合、切断ツールは、切断ツールの切断表面及びカニューレの先端部近傍の開口の間で切開されない組織を捕捉し即ちピンチする位置に留まるようになる。この問題を避けるため、外科医は、典型的には、器具の先端部が移動され即ち手術箇所から取り外されるとき、駆動モータの作動を維持し、これによって手続きの正確さ及び精度と妥協しなければならない。前述した欠点は、手続きの複雑さが増加するにつれてより問題となり、例えば目の手術の間にガラス質を除去するなどの繊細な手続きを実行するとき、特に懸念事項となる。
【０００５】
上述した外科切断器具の設計者は、駆動モータを停止させたり、或いは不能化するときにモータ位置を制御するための様々なシステムを提供することによって前述した問題に取り組むことを試みてきた。三相ブラシレスＤＣモータの位置を制御するためのそのようなシステの一例が、クラウセらに付与された米国特許番号５、６０２、４４９号に与えられている。クラウセらの特許公報は、６°インターバルでモータアーマチュア位置を決定するための多数のセンサーを含む精巧な制御システムを開示している。当該技術分野で知られているように、ブラシレスＤＣモータは、典型的には、トルク駆動式というより速度駆動式であり、その作動に伴う回転抵抗をほとんど有しない。かくして、モータが高回転速度で作動しているとき、そのようなモータの制御された停止は、不可能ではないにしても、きわめて困難となる。従って、クラウセらによるシステムは、先ずモータ速度を閾値となる速度レベル以下に減少させるようにモータ停止信号に応答し、次いで、アーマチュア位置に基づいて制御された停止を実行する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ブラシ付きＤＣモータは、ブラシレスＤＣモータと比較したとき、典型的に、速度駆動式というよりトルク駆動式であり、従って、これに伴う実質的な回転抵抗を有する。かくして、クラウセらによりシステムが、ブラシレスＤＣモータにより駆動される外科切断器具の制御された停止を効率的に提供する一方で、ブラシ付きＤＣモータを駆動するときには，そのような精巧な制御技術は不必要となる。従って、必要とされるものは、ブラシ付きＤＣモータ駆動式外科器具の停止位置を制御するための簡素で且つ安価な制御技術である。理想的には、制御システムは、切断ツールとカニューラの先端部近傍の開口との間に未切開の組織が捕捉されないように、駆動モータが止められたときに切断ツールの位置を制御するように作動可能であるべきである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来技術の前述した欠点は本発明によって取り組まれる。本発明の一態様によれば、組織切断装置は、身体箇所に挿入するように構成された細長いハウジングを含み、該ハウジングは、該身体箇所に隣接して開口を画成する第１の端部を有する。組織切断ツールは、ハウジング内に配置され、開口に隣接したところに、ハウジングに対して移動するように構成された少なくとも１つの切断表面を画成し、これによって該開口内に延在する組織を切開する。
【０００８】
本発明の一つの特徴では、ブラシ付きＤＣモータが切断ツールに連結された駆動シャフトを駆動する。ブラシ付きモータが回転する間、駆動シャフトと切断ツールとの間の適切なトランスミッション機構を用いて切断ツールを回転若しくは往復運動の態様で駆動することができる。ハウジングに対する駆動シャフトの所定位置を検出し、該位置に対応する停止位置信号を生成するための手段が提供される。一実施形態では、検出手段はモータと切断ツールとの間に配列されたホール効果センサー及び磁石である。
【０００９】
モータ制御回路がモータの作動を制御するため用意される。一実施形態では、当該回路は、パルス幅変調されるコントローラを備える。別の実施形態では、モータ制御回路は、モータ電流を制御するため電流フィードバッグを利用する。いずれの実施形態に関しても、モータ制御回路は、所定位置で駆動シャフトと共にモータを停止させるためモータ停止信号に応答するように作動可能である。モータ制御回路の幾つかの特徴は、モータを適切な位置で停止させるためモータ及び切断ツールの自然のブレーキ特性の利点を取り入れるように構成されている。この所定位置は、切断表面と開口の境界との間に未切開の組織を捕捉することを回避するように開口に対する切断ツールの切断表面を配位するため位置付けられている。
【００１０】
本発明の一実施形態では、モータ制御回路は、ブラシ付きモータに提供される電流を制御するためオペアンプで駆動される電流フィードバッグループを備える。モータを停止させることが望まれるとき電流フィードバッグ信号を不能化するためフィードバッグループ内にスイッチが介設されている。このように電流フィードバッグを無くすことは、モータ及びハンドピースのブレーキ特性を、切断ブレードがその所定位置で正確に停止されることができるように改善する。この実施形態に関して、制御回路は、フィードバッグループのスイッチを作動させるためモータ停止信号に応答することができる。モータは、停止位置信号が受け取られるまで付勢される。この停止位置信号の受け取りは、駆動シャフトが所定位置にあり、この位置ではモータへのポイント電流は、カッターを停止させるため終了させられることを示している。
【００１１】
別の実施形態では、制御回路は、モータ停止信号に応答してカッター作動速度より小さい所定のモータ速度でモータを駆動させる。制御回路は、停止位置信号の第２の発生に応答して、所定位置で駆動シャフトと共にモータを非作動にさせる。
【００１２】
本発明の一つの目的は、切断ツールの駆動モータが非作動にさせられたとき切断ツールとカニューレ内の開口との間に未切開の組織を捕捉することを回避するように作動可能である、改善された外科切断装置を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、回転切断ツール及び直線往復切断ツールのいずれかを有する外科切断装置にそのような改善を提供することである。
本発明の上記及び他の目的は、以下の好ましい実施形態の説明から更に明らかとなろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の原理についての理解を促進するという目的のため、ここで図面に示された実施形態が参照され、該実施形態を説明するため特定の言語が使用される。それにも係らず、これによって本発明の範囲を制限することを意図したものではなく、図示された装置における代替及び更なる変更、並びに、本文中で示された本発明の原理の更なる応用は、本発明に係る分野の当業者にとって通常なし得るものと考えられる、
図１を参照すると、本発明に係る、モータ駆動式外科切断器具を制御するためのシステム１０の一つの好ましい実施形態が示されている。システム１０は、好ましくはマイクロプロセッサベースのシステムである、メイン制御ユニット（ＭＣＵ）１２を備える。ＭＣＵ１２は、それが本発明に関連するとき、外科切断器具２６の様々な作用を制御し、並びに、システム１０の全体的作用を管理するように作動可能である。フートスイッチ１４は、既知の構成を用いてもよく、等しい数Ｋの信号経路１６を介してＭＣＵ１２の多数の入力に電気的に接続されている。ここで、Ｋは任意の整数である。当該技術分野で知られているように、フートスイッチ（foot switch）１４は、切断器具２６の作動及び非作動を信号出力し、並びに、その切断速度を制御するため、制御信号をＭＣＵ１２に提供するように外科医によって操作される。
【００１５】
制御パネル１８は、既知の構成であってもよく、等しい数Ｊの信号経路２０を介してＭＣＵ１２の多数の入力に電気的に接続されている。ここで、Ｊは任意の整数である。制御パネル１８は、切断器具即ちハンドピース２６の様々な特徴を制御するための多数の制御機構を備えることができる。そのような特徴の例は、ハンドピース２６に提供される洗浄流体（図示せず）の流れ、ハンドピース２６に接続された真空源４２の制御などであるが、これらに限定されるものではない。
【００１６】
ディスプレイユニット２２は、既知の構成を持ってもよく、等しい数Ｑの信号経路２４を介してＭＣＵ１２の多数の出力に電気的に接続されている。ここで、Ｑは任意の整数とすることができる。ディスプレイユニット２２は、好ましくは、システム１０の様々な作動パラメータを表示するための供給手段を備えている。これらの作動パラメータには、切断器具２６の作動ステータス、切断ツール３６の作動速度、真空レベル等が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
外科切断器具３６は、ハンドピース２６内に配置されており、より十分に後述されるように、モータ駆動シャフトを介して切断器具即ちツール３６に連結されたブラシ付きＤＣ電気モータ３４を備えている。モータ３４は、Ｍ個の数の信号経路３０を介してモータ制御ユニット２８に電気的に連結されている。ここで、Ｍは任意の整数とすることができる。次いで、モータ制御ユニット２８は、等しい数Ｎの信号経路３２を介してＭＣＵ１２の多数の出力に連結されている。モータシャフト位置センサー３８は、信号経路４０を介してＭＣＵ１２のモータシャフト位置フィードバッグ入力（ＳＰＦ）に電気的に接続されており、より十分に後述されるように、該入力にモータ停止同定信号を提供する。それが本発明に係るとき、センサー３８によって信号経路４０上に提供されるモータシャフト停止同定信号は、好ましくは、モータ停止同定信号、並びに、ギアシステムのためのモータ速度に比例するカッター速度信号又は直接駆動システムのためのモータ速度と同一のカッター速度信号をＭＣＵ１２に提供する。
【００１８】
ハンドピース２６は、更に、導管４４を介して真空ユニット４２に機械的に接続され、これによって、真空ユニット４２は、当該技術分野で知られているように切開された組織を吸引するためハンドピース２６に制御可能な真空レベルを提供する。真空ユニット４２は、数Ｐの信号経路を介して真空制御ユニット４６に電気的に接続されている。ここでＰは任意の整数とすることができる。更に、真空制御ユニット４６は、等しい数Ｌの信号経路５０を介してＭＣＵ４６の多数の出力に接続されている。ここでＬは任意の整数とすることができる。真空センサー５２は、温度補償されたソリッドステート圧力センサーであってもよく、好ましくは、導管４４内に配置され、信号経路５４を介してＭＣＵ１２の真空フィードバッグ（ＶＦ）入力に電気的に接続されている。その代わりに、真空センサー５２は、ハンドピース２６内部、又は、真空ユニット４２それ自体の内部に配置されてもよい。
【００１９】
作動中には、ＭＣＵ１２は、真空コマンド信号に応答する。該真空コマンド信号は、好ましくは、信号経路５０に沿って真空制御ユニット４６に１つ又はそれ以上の対応する真空制御信号を提供するため、制御パネル１８に連係された対応する制御機構又はこれと同等の制御機構によって提供される。次いで、真空制御ユニット４６は、真空ユニット４２を付勢するため１つ又はそれ以上の真空制御信号に応答し、これによって所望レベルの真空を備えたハンドピース２６が用意される。ハンドピース２６に提供される実際の真空レベルは、ＭＣＵ１２の真空フィードバッグ入力ＶＦに、対応する真空フィードバッグ信号を提供する真空センサー５２により検出される。ＭＣＵ１２は、真空フィードバッグ信号を真空コマンド信号と比較し、この比較結果に従って１つ又はそれ以上の真空制御信号を調整してハンドピース２６内に所望の真空レベルを達成するように作動可能である。そのような閉ループフィードバッグ技術は、制御システム分野で周知されている。
【００２０】
一つの代替実施形態では、ＭＣＵ１２は、モータドライバー５８及び真空生成ユニット４２の作動を制御するように入出力を制御する個々のマイクロプロセッサによって置き換えることができる。この代替実施形態では、モータ制御及び真空制御のマイクロプロセッサは、アリゾナ州チャンドラーのマイクロチップ社により提供されるＰＩＣ１６Ｃｘｘシリーズを用いることができる。モータ制御のマイクロコントローラは、モータドライバー５８及び位置センサー３８並びにフートスイッチ１４及び制御パネル１８からの入力信号を受け取ることができる。同様に、真空マイクロコントローラは、真空センサー５２、フートスイッチ及び制御パネルから入力信号を受け取ることができる。各々のマイクロコントローラは、その被駆動構成部品にそれ自らの出力を提供し、その作動状態を表示するＬＥＤディスプレイ等のそれ自らの表示手段を持つことができる。その上、２つのユニットは、切断及び吸引機能の適切なタイミングによりきれいな切断を確保するため互いに連通し合うことができる。
【００２１】
一つの好ましい実施形態では、ハンドピース即ち組織切断器具、２６は、制御部分６２を備えており、該制御部分は、そこから延在する細長いハウジング即ちカニューレ６４を有する。カニューレ６４は、カニューレ先端部６６で終わっており、先端部６６の近傍の開口６８を画成する。カニューレ６４は、一般に中空であり、図４Ａ、５Ａ、６Ａ及び７に示されたような様々な実施形態の任意の組織切断ツール３６を収容する。いずれの場合においても、カニューレ６４は身体箇所に挿入するため構成され、システム１０の一つの特定の用途では、カニューレ６４は経皮的な目の手術を実行するため構成される。導管４４を介した切断器具２６への真空ユニット４２の接続は、ブラシ付きＤＣ駆動モータ３４及び関連する構成部品の図示の簡潔さ及び明瞭さのため図２では省略されている。しかし、そのような真空接続が、器具２６に対してなされ、典型的には、カニューレ６４と制御部６２との間でなされるということが理解されるべきである。その上、図面には詳細に示されていないが、洗浄流体の接続も器具２６に対してなしてもよく、それにより洗浄流体は、カニューレ開口６８を介して手術箇所まで通される。
【００２２】
ここで、図２及び図３Ａを参照すると、モータ制御ユニット２８及びハンドピース２６の好ましい実施形態が、より詳細に示されている。一実施形態におけるモータ制御ユニット２８は、ＭＣＵ出力３２1の一つに接続されたモータ速度入力を有するパルス幅変調（ＰＷＭ）ジェネレータ回路５６を備える。出力３２1は、所望のモータ速度を示し、且つ、スロットル即ちアクセルペダルの位置に基づく可変電圧信号を提供することができる。幾つかの実施形態では、追加の入力がＭＣＵ出力３２2のうち別の出力に接続される。この出力３２2における信号は、後述するようにモータ減速信号とすることができる。その代わりに、この出力３２2は、図８に表されたように、電流フィードバッグモータコントローラと関連して使用されるブレーキ信号を構成することができる。更なる代替として、減速コマンドは、分離信号３２2を通してというよりモータ速度コマンドそれ自体を介して伝達することができる。この例では、出力３２2は、要求されないことがあり得る。
【００２３】
図示の実施形態では、ＰＷＭは、モータ制御ユニット内に配置されている。その代わりに、ＰＷＭは、ＭＣＵ１２、或いは、上述した分離したモータ制御マイクロプロセッサに統合化されることもできる。モータ速度入力は、駆動モータ３４の所望の作動速度を示すモータ速度信号をＭＣＵ１２から受け取る。減速入力は、駆動モータ３４と連係されたモータセンサー７６により提供される実際のモータ速度信号に基づいてＭＣＵ１２から速度調整信号を受け取ることができる。このモータセンサー７６は更にその詳細を後述される。
【００２４】
モータドライバー回路５８は、信号経路６０を介してＰＷＭジェネレータ回路５６に電気的に接続され、所望のモータ速度を示すパルス幅変調信号であるＰＷＭ駆動信号を該回路から受け取る。モータドライバー回路５８は、信号経路３０を介してモータ３４を駆動するためモータ駆動信号（ＭＤ）を提供する。好ましい実施形態は、ＰＷＭ生成器回路５６を使用したモータのデジタル制御を意図しているが、代替の実施形態は、特に、より低い切断速度が意図された、閉ループフィードバッグアナログ回路を利用することができる。一つの代替のコントローラが、図８に示され、ここでより詳細に説明される。
【００２５】
モータ駆動信号は、ＭＣＵ出力３２3のうち別の一つに接続されたモータ停止入力を含む。本発明によれば、ＭＣＵは、より十分に後述されるように、所望の位置で組織切断ツール３６を停止させるため、フートスイッチ１４により提供されるモータ不能化コマンドに基づいて、及び、センサー３８により提供されるモータ停止同定信号にも基づいて、信号経路３２3上にモータ停止信号を提供する。幾つかの実施形態では、モータ停止信号のみが、モータを所定位置で停止するように指令するため利用される。これらの幾つかの実施形態では、経路３２2上のモータ減速信号を消去することができ、或いは、経路３２2上の入力を、モータ制御回路への他の制御信号のため使用することができる。
【００２６】
駆動モータ３４は、既知のブラシ付きＤＣ電気モータであるのが好ましく、該モータに接続された回転モータシャフト７０を駆動するため作動可能である。本発明の一実施形態では、回転モータシャフト７０は、カニューラ６４内に配置された回転式切断ツール（図４Ａ〜４Ｄ及び図５Ａ〜図５Ｄを見よ）の駆動シャフト７４に直接接続され、これにより切断ツールが細長いカニューラ６４により画定された長手方向軸線の周りを回転する。代替の実施形態では、回転モータシャフト７０は、シャフト７０の回転運動を直線的な往復運動に転換するように作動することができるトランスミッション機構７２の一端部に接続されている。トランスミッション機構７２の他方の端部は、カニューラ６４内に配置された直線的往復切断ツール（図６Ａ〜図６Ｃ、或いは図７を見よ）の駆動シャフト７４に接続され、これにより、切断ツールは、カニューラ６４の長手方向軸線に沿って往復運動する。シャフト７０の回転運動を直線的な往復運動に転換するための一つの知られたトランスミッション機構の一例は、アイルランドらに付与された米国特許番号５，４１１，５１３号で説明されており、その開示内容は参照によって本願の文中に組み込まれる。
【００２７】
ここで、図３Ａ及び３Ｂを参照すると、モータ停止同定信号を決定する機構の好ましい実施形態が示されている。モータ駆動シャフト７０が回転式切断器具（図４Ａ及び図５Ａ）の駆動シャフト７４に直接接続される場合には、図３Ａに示されるように、センサー３８は、好ましくは、ハンドピース２６の内側表面の内部に配置され、又は該内側表面に取り付けられる。チャンネル２５は、好ましくは、ハンドピース２６内に形成され、信号経路４０は、チャンネル２５内に配置され、センサー３８に電気的に接続される。この態様では、信号経路４０は、ハンドピース２６の内側から孤立される。図３Ａに示すように、矢印７５により示された方向に回転可能に駆動されるシャフト７０は、そこに取り付けられた或いはそれと共に一体に成形されたシャフト位置同定マーク７６を備える。直線往復切断器具の駆動シャフト７４に接続されたトランスミッションユニット７２にモータ駆動シャフト７０が接続されている場合（図６Ａ及び図７を見よ）には、図３Ｂに示されるように、シャフト７４は、矢印７９により示された方向に直線的に駆動され、そこに取り付けられた或いはそれと共に一体に成形されたシャフト位置同定マーク７７を備える。その代わりに、シャフト７０上に位置付けられたマーク７６は、たとえハンドピース２６がトランスミッションユニット７２を含んでいたとしても使用され得る。任意の場合において、センサー３８は、周知のホール効果センサーであるのが好ましいが、本発明は、例えば可変リラクタンスセンサーなどの他に周知されたセンサーを利用することも意図している。マーク７６及び７７は、切断器具が好ましい停止位置にあるときセンサー３８と整列する磁化同定手段であるのが好ましい。センサー３８は、マーク７６又は７７の近傍通過を検出するように作動可能であり、信号経路４０を介してＭＣＵ１２の入力シャフト位置フィードバッグ入力ＳＰＦに、対応するシャフト速度信号及びモータ停止同定信号を提供する。
【００２８】
ここで、図４Ａ乃至図４Ｄを参照すると、カニューレ６４に関連した図１の組織切断ツール３６の一実施形態８０が示されている。回転式組織切断ツール８０は、図４Ａに示されるように、図２の回転駆動シャフト７０に接続され又は一体成形されたシャフト８２を備えるのが好ましい。切断ツール８０がカニューレ６４内部で回転運動するため構成されているので、トランスミッション機構７２が省略され、駆動シャフト７０及び７４は単一の駆動シャフトからなる。カニューレ６４の先端部６６近傍に形成された開口６８に隣接して、切断ツール８０は切断表面として機能する多数のブレード即ちフィン８４を画成する。真空ユニット４２（図１）を介してカニューレ６４内に真空が確立され、これにより、カニューレ開口６８において矢印８５により示される方向に吸引力が発達するようになる。
【００２９】
図４Ｂを参照すると、駆動モータ３４は、典型的にフートスイッチ１４を介して提供されるモータ作動コマンドに応じて付勢される。このとき、ＭＣＵ１２及びモータ制御ユニット２８は、上述したようなコマンドを処理して矢印８６により示された方向に一つ又はそれ以上のブレード８４を回転させるように作動可能である。カニューレの開口６８で発達した吸引力は、一つ又はそれ以上のブレード８４が開口６８から離れて配置されるとき、開口６８内へと近傍の組織Ｔを引き込む。１つ又はそれ以上のブレード８４がカニューレ開口６８に隣接して回転するとき、開口６８内に延在する組織ＥＴの一部分は、図４Ｃに示されるように切開される。切開された組織ＥＴは、真空を介して開口６８から離れるよう引き込まれ、適切な組織用容器（図示せず）により収集される。
【００３０】
ブラシ付き駆動モータ３４が非作動にされ、これに対応して一つ又はそれ以上のブレード８４がフートスイッチ１４により提供されるモータ停止コマンドに応じて回転するのを止める。しかし、モータ３４が不能化され、ブレード８４の一つが、開口６８を覆って部分的に配置された状態で載るようになり、その結果、図４Ｄに示すようにブレード８４と開口６８の境界との間で組織Ｔ’の一部分を捕捉するとき、回転シャフト７０の位置及び従ってカニューレ開口６８に対する一つ又はそれ以上のブレード８４の位置は、適切に制御される。手術箇所からカニューレ６４を引っ込める際の努力は、これによって織ベースＴから離して組織部分Ｔ’を引き裂くという結果を生じさせる。これまでのところ、そのような組織捕捉に遭遇した外科医は、典型的には、そのベースＴから組織部分Ｔ’を解放するため切断ツール８０を再付勢させることが要求されよう。しかし、本発明によれば、そのような組織捕捉は回避される。
【００３１】
ここで、図５Ａ乃至図５Ｄを参照すると、カニューレ６４に関連した図１の組織切断ツール３６の別の実施形態９０が示されている。回転式組織切断ツール９０は、図５Ａに示されるように、図２の回転駆動シャフト７０に接続され、又は、これに一体成形された細長い中空チューブ９２を備えるのが好ましい。切断ツール９０はカニューレ６４内で回転運動するように構成されているので、トランスミッション機構７２が省略され、駆動シャフト７０及び７４は、単一の駆動シャフトとなる。カニューレ６４の先端部６６近傍に形成された開口６８に隣接して、切断ツール９０は、その境界部で切断表面を画成する開口９４を画成する。真空が真空ユニット４２を介してカニューレ６４内に確立され、その結果、カニューレ開口６８において矢印９５により示された方向に吸引力が発達する。
【００３２】
図５Ｂを参照すると、切断ツール９０内で画成された切断開口９４をモータ３４が矢印９６により示された方向に回転させるため、上述したように駆動モータ３４が付勢される。カニューレの開口６８で発達した吸引力は、切断ツールの開口９４がカニューレ開口６８と整列したとき、開口６８の中にその近傍の組織Ｔを引き込む。切断ツール開口９４がカニューレ開口６８から離れるように回転するとき、開口６８及び９４内に延在する組織ＥＴの一部分は図５Ｃに示されるように切開される。切開された組織ＥＴは、真空を介して開口６８から離れるように引き込まれ、適切な組織用容器（図示せず）により収集される。
【００３３】
図４Ａ乃至図４Ｄに示された実施形態に関しては、切断ツール開口９４は開口６８上に亘って部分的に配置された状態で載置されるようになる。その結果、モータ３４が不能化されるとき回転シャフト７０の位置及び従ってカニューレ開口６８に対する切断ツール開口９４の位置が適切に制御されない場合、図５Ｄに示されるように、切断ツール開口９４の境界とカニューレ開口６８の境界との間の組織Ｔ’の一部分を捕捉する。再び、手術箇所からカニューレ６４を引っ込めるときの労力は、組織ベースＴから離れるように組織部分Ｔ’を引き裂く事態を引き起こし得る。そのような組織捕捉に遭遇した外科医は、典型的には、そのベースＴから組織部分Ｔ’を解放するため切断ツール９０を再度付勢することが必要となる。
【００３４】
ここで、図６Ａ乃至図５Ｃを参照すると、カニューレ６４に関連する図１の組織切断ツール３６の更に別の実施形態が示されている。直線往復組織切断ツール１００は、図２の駆動シャフト７４に接続され、又は、それと一体成形された細長い中空チューブ１０２を備えるのが好ましい。切断ツール１００がカニューレ６４内で直線往復運動するように構成されているので、トランスミッション機構７２は、駆動シャフト７０及び７４の間に作動的に接続されている。カニューレ６４の先端部６６の近傍に形成された開口６８に隣接して、切断ツール１００は、その境界で切断表面を画成する開口１０４を画成する。真空が真空ユニット４２（図１）を介してカニューレ６４内に確立され、その結果、矢印１０５により示された方向に、吸引力がカニューレ開口６８のところで発達する。
【００３５】
駆動モータ３４は、上述した通り、切断ツール１００内に画成された切断開口１０４をカニューレ６４の長手方向軸線に沿って直線的に往復させるように作動する。切断ツール開口１０４がカニューレ開口６８と整列したとき、カニューレの開口６８で発達した吸引力は、その近傍の組織Ｔを引き込む。切断ツール開口９４がカニューレ開口６８から離れる方に引っ張るとき、開口６８及び１０４内に延在する組織ＥＴの一部分は図５Ｂに示されるように切開される。切開された組織ＥＴは、真空を介して開口６８から離れるように引き込まれ、適切な組織用容器（図示せず）により収集される。
【００３６】
図４Ａ乃至図４Ｄ並びに図５Ａ乃至図５Ｄに示された実施形態に関しては、切断ツール開口１０４は開口６８上に亘って部分的に配置された状態で載置されるようになる。その結果、モータ３４が不能化されるとき回転シャフト７０の位置及び従ってカニューレ開口６８に対する切断ツール開口１０４の位置が適切に制御されない場合、図６Ｃに示されるように、切断ツール開口１０４の境界とカニューレ開口６８の境界との間の組織Ｔ’の一部分を捕捉する。再び、手術箇所からカニューレ６４を引っ込めるときの労力は、組織ベースＴから離れるように組織部分Ｔ’を引き裂く事態を引き起こし得る。そのような組織捕捉に遭遇した外科医は、典型的には、そのベースＴから組織部分Ｔ’を解放するため切断ツール１００を再度付勢することが必要となる。
【００３７】
図６Ａ乃至図６Ｃに示された往復切断器具は、例えば図７に表されるように端部切断形態に変更することができる。この形態では、切断ツール１０６は、その末端部で開口する。末端部１０８は、組織Ｔを切開する周辺切断表面を画成する。図７に示されるように、切断ツール１０６は、上述した現象へと導く、組織の一部分が外側にあるカニューレ６８の切断開口と切断表面１０８との間に捕捉される位置において停止させることができる。図示された本発明の実施形態に係るモータ制御システムは、端部切断表面１０８がカニューレ切断開口から離れるように、切断ツール１０６の停止位置を調整することができる。
【００３８】
本発明によれば、図４Ｄ、５Ｄ、６Ｃ及び７に示された組織捕捉状態は、様々な切断ツールの切断表面がカニューレ開口６８から間隔を隔てて配置される態様で、駆動モータ３４の不能化を制御することによって回避される。再び図２、３Ａ及び３Ｂを参照すると、駆動モータ３４の不能化が詳細に説明される。
【００３９】
現在作動している切断ツール、例えば図４Ａ乃至４Ｄ、５Ａ乃至５Ｄ、６Ａ乃至６Ｃ又は７に示された任意の切断ツールを不能化することが望ましいとき、モータ停止コマンドがフートスイッチ１４（図１）を介して提供される。一実施形態では、ＭＣＵ１２は信号経路３２2を介してＰＷＭジェネレータに減速信号を提供するようにモータ停止コマンドに応答してモータ３４の作動を減速させる。好ましくは、減速信号は、モータ速度閾値レベル以下のモータ速度でモータ３４を駆動させるため機能可能な予め定義された信号レベルに対応する。モータ３４はブラシ付きＤＣモータであるので、それは上述したように回転抵抗即ちこれに伴う抵抗トルクを有する。加えて、幾つかの場合には、内側ニードル及び外側ニードルの間の摩擦は回転抵抗を増加させる。この結合された回転抵抗に起因して、モータ３４をモータ速度閾値以下に駆動させる間に信号経路３０上のモータ駆動信号が不能化された場合、非常に急激に或いはほとんど瞬間的にモータ３４の作動は終止する。従って、センサー３８を用いたマーク７６又は７７のアライメントは、好ましくは、切断器具の位置に対応し、当該位置では、切断表面とカニューレ開口との間に組織が捕捉される危険性は存在せず、センサー３８は、マーク７６又は７７でそのようにアライメントされたときモータ停止同定信号を生成するように作動可能である。その代わりに、マーク７６又は７７は好ましくは開位置にあるが、ブレーキ信号をオンしたとき十分な遅延が制御可能に導入される限り、それは開位置から変位した任意の既知位置に配置され得る。この遅延は、アライメントマーク７６又は７７の変位を補償することができる。
【００４０】
一実施形態では、ＭＣＵ１２は、信号経路３２2上の減速信号を生成してからマーク７６又は７７の近傍通過を検出した後、センサー３８が該センサーとマーク７６又は７７とのアライメントを検出したとき、信号経路３２3上のモータ停止信号を生成するように作動可能である。減速信号を出した後、センサー３８によるマーク７６又は７７の通過の検出を可能とすることは、減速コマンドが出されたときのセンサー３８に対するマーク７６又は７７の位置に係らず、モータ停止コマンドを出すとき、モータ３４の駆動速度がモータ速度閾値以下であることを確実にする。減速信号を出してからセンサー３８によりマーク７６又は７７の一つの通過を検出した後、ＭＣＵ１２は、マーク７６又は７７のアライメントを示すセンサー３８により提供された信号に応答して信号経路３２3上にモータ停止信号を生成する。モータドライバー５８は、モータ停止信号に応答して信号経路３０上にモータ不能化信号を生成する。その固有の回転抵抗に起因して、モータ３４は、マーク７６又は７７がセンサー３８と実質的に整列され、これによって切断器具がその任意の切断表面とカニューレ開口との間に組織を捕捉しないように配置された状態でその作動を直ちに停止するようにモータ不能化信号に応答する。その代わりに、モータ及び従って切断表面の停止される位置は、マーク７６／７７及びセンサー３８の間に所定の差分距離隔てた状態で整列してもよい。カッター及びそのモータのブレーキ特性を確かめることが可能であり、その停止に至る距離は、この所定の差分距離をこれに従って較正することができるように決定することができる。
【００４１】
例えば、切断ツール８０に関して、ＭＣＵ１２は、切断ブレード８４が図４Ｂに示されるように配置された状態で説明された通り駆動モータ３４を停止するように作動可能であることが好ましい。しかし、本発明は、図４Ｄに示されたように組織のピンチが発生しない限り、切断ブレード８４がカニューレ開口６８に対して他の仕方で配置された状態で駆動モータ３４を停止することも意図している。切断ツール９０に関して、ＭＣＵ１２は、切断開口９４が図５Ｃに示されるように配置された状態で説明された通り駆動モータ３４を停止するように作動可能であることが好ましい。しかし、本発明は、図５Ｄに示されたように組織のピンチが発生しない限り、切断開口９４がカニューレ開口６８に対して他の仕方で配置された状態で駆動モータ３４を停止することも意図している。最後に、切断ツール１００に関して、ＭＣＵ１２は、切断開口１０４が図６Ｂに示されるように配置された状態で説明された通り駆動モータ３４を停止するように作動可能であることが好ましい。しかし、本発明は、図６Ｃに示されたように組織のピンチが発生しない限り、切断開口１０４がカニューレ開口６８に対して他の仕方で配置された状態で駆動モータ３４を停止することも意図している。
【００４２】
幾つかの例では、実際のモータ速度は、モータ停止コマンドが外科医により出されないときモータ速度閾値より小さくなる。これらの例では、ＭＣＵは、この状態を認識し、センサーを超えるマーク７６又は７７の一つの通過に関する要求を無視するようにプログラムすることができる。モータ速度が既に十分に減速している場合、ＭＣＵは、マークが最初にセンサーと遭遇したときモータを単に不能化するだけで済むようにすることもできる。
【００４３】
更なる変更形態では、モータ不能化信号を、モータターミナルを結ぶリレー、例えば図２に表されたハンドピース内で破線で示されたリレー１１０などに提供することができる。リレーを付勢することは、ターミナルを短絡させ、直ちにモータを「不作動状態」にさせる。このモータ短絡のアプローチは、モータを再現可能に且つ高い信頼度で停止することを確実にするため上述した回転抵抗に付け加えられる。加えて、短絡リレーは、切断器具が患者から取り除かれる間にモータが再付勢されるに至る可能性を防止する一種のフェールセーフとして機能する。その代わりに、モータ減速信号を無くすことができ、モータ速度信号は速度ゼロに設定される。これは、ドライブ出力の短絡を効率的に生じさせる。この作用は、リレー１１０を付勢することと等価であり、停止時間において同じ改善がある。
【００４４】
代替のアプローチでは、モータ減速信号が省略される。この例では、回転抵抗即ちモータ及びカッターの自然のブレーキ特性は、一旦モータへの電流供給が終了した場合にモータがどの程度回転するかを決定するように定量化することができる。モータ制御回路がセンサー３８により生成されたモータ停止同定信号を受け取るまで、モータ停止信号を受け取った後でさえ電流はモータに供給され得る。このアプローチに関して、センサー３８を、所定位置からオフセットして配置することができる。この位置では、切断表面はカニューレ切断開口から離れている。かくして、センサー３８からの信号が受け取られたとき、モータへの電流を終わらせることができ、このときモータは惰性回転して適切な位置で停止する。
【００４５】
前述の実施形態では、モータ制御回路は、モータ速度及びその作動を制御するためパルス幅変調機能を実装する。更なる実施形態では、図８に示された制御回路は、モータ速度を制御するため電流のフィードバッグに応じる。詳細には、制御回路１１０は、電流センサー１１２及びパワー増幅回路１１４を備える。モータ駆動信号１１６は、パワー増幅回路１１４の出力において提供される。速度制御信号１１８は、スロットル位置に基づいて増幅回路１１４への入力として供給される。速度制御信号１１８は、信号経路３２（図１）において供給することができる。モータ駆動信号１１６への電流は、抵抗器１２２を通して配給される。パワー増幅回路１１２の出力は、直接的に且つ抵抗器１２２を介して電流センサー１１４の差動増幅器１２４に供給される。差動増幅器の出力１２６は、パワー増幅回路１１２の入力へのフィードバッグ信号として提供される。
【００４６】
増幅回路は、オペアンプ１２８を備え、該オペアンプはフィードバッグ出力１２６及び抵抗器１３０を通して調整された信号入力１１８を受け取る。抵抗器１３４は、モータ駆動信号１１６に電流信号を供給するため入力信号を比例増幅する。
【００４７】
本実施形態の一態様では、フィードバッグ不能化スイッチ１３６が、フィードバッグ出力１２６とパワー増幅回路１１２への入力の間に介設される。ブレーキ信号１２０は、その状態を決定するためスイッチ１３６に供給される。図８に示された位置では、スイッチ１３６は、フィードバッグ出力１２６をパワー増幅回路の入力に接続する。その代替の位置では、スイッチ１３６はフィードバッグ出力１２６をグラウンドに接続し、これによって駆動回路１１０の電流フィードバッグ制御特徴を不能化する。この例では、電流フィードバッグの欠如は、ハンドピース及び駆動モータの自然のブレーキ特性を増加させる。
【００４８】
ブレーキ信号入力１２０は、図２で同定されたモータ停止信号３２3から導出することができる。その代わりに、ブレーキ信号入力１２０は、図２に示されたモータ制御回路で減速信号のため使用された出力３２2に接続することができる。前述の実施形態に関して、モータ制御回路１１０は、自然の回転抵抗と、モータ及びカッターのブレーキ特性とに依存する。これらの特性は、ブラシ付きＤＣモータに対して特に顕著であり、容易に定量化することができる。
【００４９】
本発明が図示され、前述の図面及び説明で詳細に説明されたが、これはあくまで例証されたものであり、その通りのものに限定されるものではない。好ましい実施形態のみが示され、本発明の精神内に至る全ての変更及び修正が保護されるべきものと望まれていると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の一実施形態に係る、モータ駆動式外科器具のブラシ付きＤＣモータを制御するためのシステムの線図である。
【図２】  図２は、モータ制御ユニット及び外科器具の一実施形態の更なる詳細を示す図１のシステムの線図である。
【図３】  図３Ａは、回転駆動式モータシャフトのための外科器具停止位置同定機構の詳細を示す図２のハンドピースの断面図である。
図３Ｂは、直線駆動式モータシャフトのための外科器具停止位置同定機構の詳細を示す図２のハンドピースの断面図である。
【図４】  図４Ａは、図２に示された外科器具のカニューラ内に配置された回転式外科切断ツールの一実施形態の断面図である。
図４Ｂは、カニューラ開口から離れて配置された切断ツールの切断表面を示す、区分ライン４Ａ−４Ｂに沿って取られた、図４Ａの外科切断ツールの断面図である。
図４Ｃは、カニューラ先端部の近傍の開口に押しやられた組織の一部分を切開する切断ツールの切断表面のうち一つを示す、区分ライン４Ｃ−４Ｃに沿って取られた、図４Ａの外科切断ツールの断面図である。
図４Ｄは、切断ツールとカニューラ先端部の近傍の開口との間の組織の一部分を捕捉する切断ツールの切断表面のうち一つを示す、区分ライン４Ｄ−４Ｄに沿って取られた、図４Ａの外科切断ツールの断面図であり、この状態は本発明に従って回避される。
【図５】  図５Ａは、図２に示された外科器具のカニューラ内に配置された回転式外科切断ツールの別の実施形態の断面図である。
図５Ｂは、カニューラ開口に隣接して配置された切断ツールの切断表面を示す、区分ライン５Ｂ−５Ｂに沿って取られた、図５Ａの外科切断ツールの断面図である。
図５Ｃは、カニューラ開口内に延在する組織の一部分を切開した後のカニューラ先端部近傍の開口から離れて配置された切断ツールの切断表面を示す、区分ライン５Ｃ−５Ｃに沿って取られた、図５Ａの外科切断ツールの断面図である。
図５Ｄは、切断ツールとカニューラ先端部の近傍の開口との間の組織の一部分を捕捉する切断ツールの切断表面を示す、区分ライン５Ｄ−５Ｄに沿って取られた、図５Ａの外科切断ツールの断面図であり、この状態は本発明に従って回避される。
【図６】  図６Ａは、カニューラ開口に隣接して配置された切断ツールの切断表面を示す図２に示された外科器具のカニューラ内に配置された直線往復外科切断ツールの一実施形態の断面図である。
図６Ｂは、カニューラ開口内に延在する組織の一部分を切開した後のカニューラ先端部近傍の開口から離れて配置された切断ツールの切断表面を示す、図６Ａの外科切断ツールの断面図である。
図６Ｃは、切断ツールとカニューラ先端部の近傍の開口との間の組織の一部分を捕捉する切断ツールの切断表面を示す、図６Ａの外科切断ツールの断面図であり、この状態は本発明に従って回避される。
【図７】  図７は、切断ツールとカニューラ先端部の近傍の開口との間の組織の一部分を捕捉する切断ツールの切断表面を示す直線往復外科切断ツールの更なる実施形態の断面図である。
【図８】  図８は、本発明の一実施形態で使用するためのモータ制御回路の電気的概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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