(57)【要約】  電動外科用器具が開示される。外科用器具は、変位部材、モータ、制御回路、及び位置センサを含む。変位部材は並進するように構成される。モータは変位部材に連結され、変位部材を並進させる。制御回路はモータに連結される。位置センサは制御回路に連結される。位置センサは、変位部材の位置を測定し、かつ長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成される。制御回路は、エンドエフェクタと長手方向に延びるシャフトとの間の関節運動角度を決定し、関節運動角度に基づきモータ速度を設定するように構成される。
2020524054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外科用器具であって、
変位部材と、
前記変位部材に連結され、前記変位部材を並進させるモータと、
前記モータに連結された制御回路と、
前記制御回路に連結された位置センサであって、前記変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、を備え、
前記制御回路は、
前記エンドエフェクタと前記シャフトとの間の前記関節運動角度を決定し、
前記関節運動角度に基づき力閾値を選択し、
前記関節運動角度に基づきモータ速度を設定し、
前記変位部材にかかる力を決定し、かつ
前記変位部材にかかる前記力が前記力閾値より大きいときに前記モータ速度を調節する
ように構成されている、外科用器具。
【請求項２】
前記制御回路が、前記変位部材の実際の位置を決定するように構成されている、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項３】
前記制御回路が、前記変位部材の発射行程の終了を判定するように構成されている、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項４】
前記制御回路が、前記変位部材にかかる前記力と前記力閾値とを比較するように構成されている、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項５】
前記制御回路に連結されたタイマー／計数回路を更に備え、前記タイマー／計数回路は、経過時間を測定するように構成され、
前記制御回路は、
前記モータ速度を設定し、
前記位置センサから前記変位部材の初期位置を受信し、
前記タイマー／計数回路から、前記変位部材の前記初期位置に対応する参照時間ｔ１を受信し、かつ
前記モータ速度に基づき、時間ｔ２における前記変位部材の予想位置を決定する
ように構成されている、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項６】
前記制御回路が、
前記位置センサから、前記時間ｔ２における前記変位部材の実際の位置を受信し、
前記時間ｔ２における前記変位部材の前記実際の位置と、前記時間ｔ２における前記変位部材の前記予想位置とを比較し、かつ
前記時間ｔ２における前記変位部材の前記実際の位置と、前記時間ｔ２における前記変位部材の前記予想位置との間の差に基づき、前記変位部材にかかる前記力を決定する
ように構成されている、請求項５に記載の外科用器具。
【請求項７】
前記制御回路は、前記変位部材にかかる前記力が前記力閾値を下回るまで、前記モータ速度を下げるように構成されている、請求項１に記載の外科用器具。
【請求項８】
外科用器具であって、
変位部材と、
前記変位部材の近位端に連結され、前記変位部材を並進させるモータと、
前記モータに連結された制御回路と、
前記制御回路に連結された位置センサであって、エンドエフェクタに対する前記変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対する前記エンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、
を備え、
前記制御回路は、
前記エンドエフェクタと前記長手方向に延びるシャフトとの間の前記関節運動角度を決定し、かつ
前記関節運動角度に基づきモータ速度を設定する
ように構成されている、外科用器具。
【請求項９】
前記制御回路が、前記変位部材の実際の位置を決定するように構成されている、請求項８に記載の外科用器具。
【請求項１０】
前記制御回路が、前記変位部材の発射行程の終了を判定するように構成されている、請求項８に記載の外科用器具。
【請求項１１】
前記制御回路が、前記関節運動角度と以前の関節運動角度とを比較するように構成されている、請求項８に記載の外科用器具。
【請求項１２】
前記制御回路が、新しい関節運動角度に基づき、前記設定したモータ速度を調節するように構成されている、請求項１１に記載の外科用器具。
【請求項１３】
前記制御回路に連結されたタイマー／計数回路を更に備え、前記タイマー／計数回路は、経過時間を測定するように構成され、
前記制御回路は、
前記モータ速度を設定し、
前記位置センサから前記変位部材の初期位置を受信し、
前記タイマー／計数回路から、前記変位部材の前記初期位置に対応する参照時間ｔ１を受信し、かつ
前記設定したモータ速度に基づき、時間ｔ２における前記変位部材の予想位置を決定する
ように構成されている、請求項８に記載の外科用器具。
【請求項１４】
前記制御回路が、
前記位置センサから、前記時間ｔ２における前記変位部材の実際の位置を受信し、
前記時間ｔ２における前記変位部材の前記実際の位置と、前記時間ｔ２におけるＩビーム部材の前記予想位置とを比較し、かつ
前記時間ｔ２における前記変位部材の前記実際の位置と、前記時間ｔ２における前記変位部材の前記予想位置との間の差に基づき、前記変位部材にかかる力を決定する
ように構成されている、請求項１３に記載の外科用器具。
【請求項１５】
外科用器具におけるモータ速度の制御方法であって、前記外科用器具は、変位部材と、前記変位部材に連結され、前記変位部材を並進させるモータと、前記モータに連結された制御回路と、前記制御回路に連結され、前記変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、を備え、前記方法は、
前記制御回路により、エンドエフェクタと長手方向に延びるシャフトとの間の関節運動角度を決定することと、
前記制御回路により、前記関節運動角度に基づきモータ速度を設定することと、
を含む、制御方法。
【請求項１６】
前記制御回路により、前記関節運動角度に基づき力閾値を選択することと、
前記制御回路により、前記変位部材にかかる力を決定することと、
前記制御回路により、前記変位部材にかかる前記力が前記力閾値より大きいときに前記モータ速度を調節することと、
を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記制御回路により、前記変位部材の実際の位置を決定することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記制御回路により、前記変位部材の発射行程の終了を判定することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記制御回路により、前記関節運動角度と以前の関節運動角度とを比較することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記制御回路により、新しい関節運動角度に基づき前記モータ速度を調節することを更に含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、外科用器具に関し、また様々な状況において、組織をステープル留め及び切断するために設計された、外科用ステープル留め及び切断器具並びにそれらのステープルカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動外科用ステープル留め及び切断器具において、切断部材の速度を制御するか、又はエンドエフェクタの関節速度を制御することが有用であり得る。変位部材の速度は、変位部材の所定の位置間隔で経過時間を測定するか、又は所定の時間間隔で変位部材の位置を測定することによって決定することができる。制御は、開ループ又は閉ループであってもよい。このような測定は、組織の厚さなどの組織状態を評価し、組織状態を考慮するために発射行程中の切断部材の速度を調節するのに有用であり得る。組織の厚さは、切断部材の予期される速度と切断部材の実際の速度とを比較することによって決定され得る。いくつかの状況では、エンドエフェクタを一定の関節運動速度で関節運動させることが有用であり得る。他の状況では、エンドエフェクタのスイープ範囲内の１つ又は２つ以上の領域において、デフォルトの関節運動速度とは異なる関節運動速度でエンドエフェクタを駆動することが有用であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電動外科用ステープル留め及び切断器具の使用中、切断部材又は発射部材が受ける発射力又は負荷力は、エンドエフェクタの関節運動角度に基づいて変化又は増加することが可能である。それ故、切断部材又は発射部材の発射速度を、エンドエフェクタの関節運動角度に応じて変化させ、エンドエフェクタの関節運動角度の増加に応じて、切断部材又は発射部材上における、発射負荷への力を低下させることが望ましい場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、本発明は外科用器具を提供する。外科用器具は、並進するように構成された変位部材と、変位部材の近位端に連結され、変位部材を並進させるモータと、モータに連結された制御回路と、制御回路に連結された位置センサであって、変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、を備え、制御回路は、エンドエフェクタと長手方向に延びるシャフトとの間の関節運動角度を決定し、関節運動角度に基づき力閾値を選択し、関節運動角度に基づきモータ速度を設定し、変位部材にかかる力を決定し、かつ変位部材にかかる力が力閾値より大きいときにモータ速度を調整するように構成されている。
【０００５】
別の態様では、外科用器具は、並進するように構成された変位部材と、変位部材に連結され、変位部材を並進させるモータと、モータに連結された制御回路と、制御回路に連結された位置センサであって、エンドエフェクタに対する変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、を備え、制御回路は、エンドエフェクタと長手方向に延びるシャフトとの間の関節運動角度を決定し、かつ関節運動角度に基づきモータ速度を設定するように構成されている。
【０００６】
別の態様では、本開示は、外科用器具における、モータ速度の制御方法であって、外科用器具は、並進するように構成された変位部材と、変位部材に連結され、変位部材を並進させるモータと、モータに連結された制御回路と、制御回路に連結され、変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、を備え、を本方法は、制御回路により、エンドエフェクタと長手方向に延びるシャフトとの間の関節運動角度を決定することと、制御回路により、関節運動角度に基づきモータ速度を設定することと、を含む、制御方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本明細書に記載される態様の新規特徴は、添付の「特許請求の範囲」に具体的に記載される。しかし、これらの態様は、構成及び操作の方法のいずれに関しても、以下の説明文を添付の図面と共に参照することによってより深い理解を得ることができる。
【図１】本開示の一態様に従った、交換式シャフト組立体が動作可能に連結された外科用器具の斜視図である。
【図２】本開示の一態様に従った、図１の外科用器具の一部の分解組立図である。
【図３】本開示の一態様に従った、交換式シャフト組立体の一部の分解組立図である。
【図４】本開示の一態様に従った、図１の外科用器具のエンドエフェクタの分解図である。
【図５Ａ】本開示の一態様に従った、２枚の図面にわたる、図１の外科用器具の制御回路のブロック図である。
【図５Ｂ】本開示の一態様に従った、２枚の図面にわたる、図１の外科用器具の制御回路のブロック図である。
【図６】本開示の一態様に従った、ハンドル組立体、動力組立体、並びにハンドル組立体及び交換式シャフト組立体の間のインタフェースを示す、図１の外科用器具の制御回路のブロック図である。
【図７】本開示の一態様に従った、図１の外科用器具の態様を制御するように構成された制御回路を示す。
【図８】本開示の一態様に従った、図１の外科用器具の態様を制御するように構成された、組み合わせ論理回路を示す。
【図９】本開示の一態様に従った、図１の外科用器具の態様を制御するように構成された、順序論理回路を示す。
【図１０】図１の外科用器具の絶対位置決めシステムの図であり、絶対位置決めシステムは、本開示の一態様に従ったセンサ機構を含む制御モータ駆動回路機構を含む。
【図１１】本開示の一態様に従った、制御回路基板組立体、及びセンサ機構の各要素の相対的な整合を示す、絶対位置決めシステムのセンサ機構の分解斜視図である。
【図１２】本開示の一態様に従った、磁気回転絶対位置決めシステムを備える位置センサのダイヤグラムである。
【図１３】本開示の一態様に従った、エンドエフェクタ内に把持された組織に対する発射部材行程を示す、図１の外科用器具のエンドエフェクタの断面図である。
【図１４】本開示の一態様に従った、変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされた外科用器具のブロックダイヤグラムを示す。
【図１５】本開示の一態様に従って実行した、２つの例示的な変位部材行程をプロットするダイヤグラムを示す。
【図１６】本開示の一態様に従った、明確性のために一部を取り除いた、非関節運動配向にある細長シャフト組立体を示す、外科用器具のエンドエフェクタの一部の部分斜視図である。
【図１７】本開示の一態様に従った、非関節運動配向にある細長シャフト組立体を示す、図１６のエンドエフェクタの別の斜視図である。
【図１８】本開示の一態様に従った、細長シャフト組立体の態様を示す図１６のエンドエフェクタの分解組立斜視図である。
【図１９】本開示の一態様に従った、非関節運動配向にある細長シャフト組立体を示す、図１６のエンドエフェクタの平面図である。
【図２０】本開示の一態様に従った、第１の関節運動配向にある細長シャフト組立体を示す、図１６のエンドエフェクタの別の平面図である。
【図２１】本開示の一態様に従った、第２の関節運動配向にある細長シャフト組立体を示す、図１６のエンドエフェクタの別の平面図である。
【図２２】本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、エンドエフェクタ関節運動角度の関数としての変位部材速度（速度）のグラフである。
【図２３】本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、変位部材の発射行程変位に応じた、変位部材の力のグラフである。
【図２４】本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、変位部材の発射行程変位に応じた、変位部材の力のグラフである。
【図２５】本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、変位部材の直線変位行程変位に応じた、変位部材の速度のグラフである。
【図２６】本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、エンドエフェクタの関節運動角度に基づくＩビーム部材などの変位部材の速度を制御するための、制御プログラム又は論理構成のプロセスを示す論理フロー図である。
【図２７】本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、エンドエフェクタの関節運動角度に基づくＩビーム部材などの変位部材の速度を制御するための、制御プログラム又は論理構成のプロセスを示す論理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本出願の出願人は、本出願と同時に出願された以下の特許出願を所有しており、これらの各々は、それぞれの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００９】
代理人整理番号ＥＮＤ８１９１ＵＳＮＰ／１７００５４、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＡＮＧＬＥ  ＯＦ  ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＯＮ」。
【００１０】
代理人整理番号ＥＮＤ８１９２ＵＳＮＰ／１７００５５、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＷＩＴＨ  ＶＡＲＩＡＢＬＥ  ＤＵＲＡＴＩＯＮ  ＴＲＩＧＧＥＲ  ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴ」。
【００１１】
代理人整理番号ＥＮＤ８１９３ＵＳＮＰ／１７００５６、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｍｅｍｂｅｒ  ｍｏｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｕｒｇｉｃａｌ  ｓｔａｐｌｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｕｔｔｉｎｇ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ」。
【００１２】
代理人整理番号ＥＮＤ８１９５ＵＳＮＰ／１７００５８、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
【００１３】
代理人整理番号ＥＮＤ８１９６ＵＳＮＰ／１７００５９、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＨＡＶＩＮＧ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＡＢＬＥ  ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ」。
【００１４】
代理人整理番号ＥＮＤ８１９７ＵＳＮＰ／１７００６０、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ  ＭＥＭＢＥＲ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
【００１５】
代理人整理番号ＥＮＤ８１９８ＵＳＮＰ／１７００６１、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ  ＭＥＭＢＥＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＦＯＲ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
【００１６】
代理人整理番号ＥＮＤ８２２２ＵＳＮＰ／１７０１２５、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＡＮＧＬＥ  ＯＦ  ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＯＮ」。
【００１７】
代理人整理番号ＥＮＤ８１９９ＵＳＮＰ／１７００６２Ｍ、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ  ＦＯＲ  ＡＤＡＰＴＩＶＥ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
【００１８】
代理人整理番号ＥＮＤ８２７５ＵＳＮＰ／１７０１８５Ｍ、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｒａｙｍｏｎｄ  Ｅ．Ｐａｒｆｅｔｔらによる、表題「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ  ＦＯＲ  ＣＬＯＳＥＤ  ＬＯＯＰ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
【００１９】
代理人整理番号ＥＮＤ８２６８ＵＳＮＰ／１７０１８６、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｒａｙｍｏｎｄ  Ｅ．Ｐａｒｆｅｔｔらによる、表題「ＣＬＯＳＥＤ  ＬＯＯＰ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＭＡＧＮＩＴＵＤＥ  ＯＦ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＥＲＲＯＲ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ」。
【００２０】
代理人整理番号ＥＮＤ８２７６ＵＳＮＰ／１７０１８７、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｊａｓｏｎ  Ｌ．Ｈａｒｒｉｓらによる、表題「ＣＬＯＳＥＤ  ＬＯＯＰ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＭＥＡＳＵＲＥＤ  ＴＩＭＥ  ＯＶＥＲ  Ａ  ＳＰＥＣＩＦＩＥＤ  ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ  ＤＩＳＴＡＮＣＥ」。
【００２１】
代理人整理番号ＥＮＤ８２６６ＵＳＮＰ／１７０１８８、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＣＬＯＳＥＤ  ＬＯＯＰ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＭＥＡＳＵＲＥＤ  ＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴ  ＤＩＳＴＡＮＣＥ  ＴＲＡＶＥＬＥＤ  ＯＶＥＲ  Ａ  ＳＰＥＣＩＦＩＥＤ  ＴＩＭＥ  ＩＮＴＥＲＶＡＬ」。
【００２２】
代理人整理番号ＥＮＤ８２６７ＵＳＮＰ／１７０１８９、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＣＬＯＳＥＤ  ＬＯＯＰ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＭＥＡＳＵＲＥＤ  ＴＩＭＥ  ＯＶＥＲ  Ａ  ＳＰＥＣＩＦＩＥＤ  ＮＵＭＢＥＲ  ＯＦ  ＳＨＡＦＴ  ＲＯＴＡＴＩＯＮＳ」。
【００２３】
代理人整理番号ＥＮＤ８２６９ＵＳＮＰ／１７０１９０、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｊａｓｏｎ  Ｌ．Ｈａｒｒｉｓらによる、表題「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＤＩＳＰＬＡＹＩＮＧ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＦＯＲ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
【００２４】
代理人整理番号ＥＮＤ８２７０ＵＳＮＰ／１７０１９１、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｊａｓｏｎ  Ｌ．Ｈａｒｒｉｓらによる、表題「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  ＭＯＴＯＲ  ＳＰＥＥＤ  ＡＣＣＯＲＤＩＮＧ  ＴＯ  ＵＳＥＲ  ＩＮＰＵＴ  ＦＯＲ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」。
【００２５】
代理人整理番号ＥＮＤ８２７１ＵＳＮＰ／１７０１９２、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＣＬＯＳＥＤ  ＬＯＯＰ  ＦＥＥＤＢＡＣＫ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＭＯＴＯＲ  ＶＥＬＯＣＩＴＹ  ＯＦ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＢＡＳＥＤ  ＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ  ＣＯＮＤＩＴＩＯＮＳ」。
【００２６】
本出願の出願人は、本出願と同時に出願された以下の米国意匠特許出願を所有しており、これらの各々は、それぞれの全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２７】
代理人整理番号ＥＮＤ８２７４ＵＳＤＰ／１７０１９３Ｄ、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｊａｓｏｎ  Ｌ．Ｈａｒｒｉｓらによる、表題「ＧＲＡＰＨＩＣＡＬ  ＵＳＥＲ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ  ＦＯＲ  Ａ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＯＲ  ＰＯＲＴＩＯＮ  ＴＨＥＲＥＯＦ」。
【００２８】
代理人整理番号ＥＮＤ８２７３ＵＳＤＰ／１７０１９４Ｄ、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｊａｓｏｎ  Ｌ．Ｈａｒｒｉｓらによる、表題「ＧＲＡＰＨＩＣＡＬ  ＵＳＥＲ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ  ＦＯＲ  Ａ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＯＲ  ＰＯＲＴＩＯＮ  ＴＨＥＲＥＯＦ」。
【００２９】
代理人整理番号ＥＮＤ８２７２ＵＳＤＰ／１７０１９５Ｄ、２０１７年６月２０日出願の、発明者Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ  Ｅ．Ｓｈｅｌｔｏｎ，ＩＶらによる、表題「ＧＲＡＰＨＩＣＡＬ  ＵＳＥＲ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ  ＦＯＲ  Ａ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＯＲ  ＰＯＲＴＩＯＮ  ＴＨＥＲＥＯＦ」。
【００３０】
開示した装置及び方法の構造、機能、製造、及び使用を理解するために、特定の態様が図示され、記載される。一実施例に図示される、又は記載される特徴は、他の実施例の特徴と組み合わせることが可能であり、修正及び変形は、本開示の範囲内である。
【００３１】
用語「近位」及び「遠位」は、外科用器具のハンドルを操作する臨床医に対するものであり、「近位」は、臨床医により近い部分を指し、「遠位」は、臨床医から離れて位置する部分を指す。便宜上、図面に関して使用される空間的用語「垂直の」、「水平の」、「上」、及び「下」は、外科用器具が多くの向き及び位置で使用可能であるため、限定的かつ／又は絶対的なものであることを意図していない。
【００３２】
腹腔鏡下及び低侵襲性の外科的処置を行うため、例示的な装置及び方法が提供されている。しかし、このような装置及び方法は、例えば開放外科的処置を含む、他の外科的処置及び用途で使用可能である。外科用器具は、自然の開口部を通して、又は組織内に形成された切込穴又は穿刺穴を通して、中に挿入することができる。これらの器具の作用部分即ちエンドエフェクタ部分は、体内に直接挿入することができる、又は、外科用器具のエンドエフェクタ及び細長シャフトを前進させることが可能な作用通路を有するアクセスデバイスを通して挿入することができる。
【００３３】
図１〜４は、再使用されてもされなくてもよい、切断及び締結用のモータ駆動式外科用器具１０を示している。図示の例では、外科用器具１０は、臨床医が把持し、操作し、作動させるように構成されたハンドル組立体１４を備えるハウジング１２を含む。ハウジング１２は、１つ又は２つ以上の外科的タスク又は処置を行うように構成されたエンドエフェクタ３００が動作可能に連結されている、交換式シャフト組立体２００に動作可能に取り付けるように構成されている。本開示に従うと、様々な形態の交換式シャフト組立体を、ロボット制御式外科用システムと組み合わせて、効率的に使用することができる。用語「ハウジング」は、交換式シャフト組立体を作動させるために使用することができる、少なくとも１つの制御運動を生成し適用するように構成された、少なくとも１つの駆動システムを収容する又は別様において動作可能に支持する、ロボットシステムのハウジング又は同様の部分を包含し得る。用語「フレーム」は、手持ち式外科用器具の一部分を指してもよい。また、用語「フレーム」は、ロボット制御式外科用器具の一部分、及び／又は外科用器具を動作可能に制御するために使用することができるロボットシステムの一部を表す場合もある。交換式シャフト組立体は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第号９，０７２，５３５号、表題「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ  ＷＩＴＨ  ＲＯＴＡＴＡＢＬＥ  ＳＴＡＰＬＥ  ＤＥＰＬＯＹＭＥＮＴ  ＡＲＲＡＮＧＥＭＥＮＴＳ」に開示されている、様々なロボットシステム、器具、構成要素、及び方法と共に用いることができる。
【００３４】
図１は、本開示の一態様に従った、動作可能に連結された交換式シャフト組立体２００を有する外科用器具１０の斜視図である。ハウジング１２は、外科用ステープルカートリッジ３０４を中に動作可能に支持するように構成された、外科用切断及び締結デバイスを備える、エンドエフェクタ３００を含む。ハウジング１２は、交換式シャフト組立体と接続して使用するように構成されていてよく、この交換式シャフト組立体には、様々なシャフト長、サイズ、及び種類などがあり、また、様々なサイズ及び種類のステープルカートリッジを支持するように適合化されたエンドエフェクタが含まれる。ハウジング１２は、他の動き及び形態のエネルギー、例えば高周波（ＲＦ）エネルギー、超音波エネルギー、及び／又は動きを、様々な外科的用途及び処置と共に使用するのに適合化されたエンドエフェクタ構成に適用するように構成された組立体を含む、様々な交換式シャフト組立体と共に用いることができる。エンドエフェクタ、シャフト組立体、ハンドル、外科用器具、及び／又は外科用器具システムは、任意の好適な１つ又は複数の締結具を利用して組織を締結することができる。例えば、中に着脱可能に格納された複数の締結具を備える締結具カートリッジが、シャフト組立体のエンドエフェクタに着脱可能に挿入及び／又は装着され得る。
【００３５】
ハンドル組立体１４は、ネジ、スナップ機構、接着剤などにより相互に連結された、一対の相互連結可能なハンドルハウジングセグメント１６、１８を含むことができる。ハンドルハウジングセグメント１６、１８は協働して、臨床医により把持及び操作され得るピストルグリップ部分１９を形成する。ハンドル組立体１４は、動作可能に取り付けられた交換式シャフト組立体の対応する部分に、制御運動を生成及び適用するように構成された、複数の駆動システムを動作可能に支持する。ディスプレイは、カバー４５の下に備えられてよい。
【００３６】
図２は、本開示の一態様に従った、図１の外科用器具１０の一部の分解組立図である。ハンドル組立体１４は、複数の駆動システムを動作可能に支持するフレーム２０を含んでよい。フレーム２０は、「第１の」、又は閉鎖駆動システム３０を動作可能に支持することができ、これにより、開閉運動を交換式シャフト組立体２００に適用することができる。閉鎖駆動システム３０は、フレーム２０により枢動可能に支持された閉鎖トリガ３２などアクチュエータを含んでよい。閉鎖トリガ３２は、枢動ピン３３によりハンドル組立体１４に枢動可能に連結され、閉鎖トリガ３２を臨床医が操作することが可能になる。臨床医がハンドル組立体１４のピストルグリップ部分１９を把持するとき、閉鎖トリガ３２は、開始、即ち「非作動」位置から「作動」位置まで、より詳細には完全に圧縮された、又は完全に作動された位置まで枢動することができる。
【００３７】
ハンドル組立体１４及びフレーム２０は、取り付けられた交換式シャフト組立体の対応する部分に発射運動を適用するように構成された、発射駆動システム８０を動作可能に支持することができる。発射駆動システム８０は、ハンドル組立体１４のピストルグリップ部分１９に位置する電動モータ８２を用いてもよい。電動モータ８２は、例えば、約２５，０００ＲＰＭの最大回転速度を有するブラシ付きＤＣモータであってもよい。その他の構成では、モータとしては、ブラシレスモータ、コードレスモータ、同期モータ、ステッパモータ、又はその他の任意の好適な電動モータが挙げられ得る。電動モータ８２は、着脱可能なパワーパック９２を備えてもよい、電源９０によって給電されてもよい。着脱可能なパワーパック９２は、遠位ハウジング部分９６に取り付けるように構成された、近位ハウジング部分９４を備えてよい。近位ハウジング部分９４及び遠位ハウジング部分９６は、その中に複数の電池９８を動作可能に支持するように構成される。電池９８はそれぞれ、例えば、リチウムイオン（「ＬＩ」）又は他の好適な電池を含んでよい。遠位ハウジング部分９６は、電動モータ８２に動作可能に連結されている、制御回路基板１００に着脱可能かつ動作可能に取り付けられるように構成されている。直列に接続されているいくつかの電池９８は、外科用器具１０に電力を供給することができる。電源９０は、交換可能及び／又は再充電可能であってもよい。カバー４５の下に位置するディスプレイ４３は、制御回路基板１００に電気的に連結されている。カバー４５を取り外してディスプレイ４３を露出させてよい。
【００３８】
電動モータ８２は、回転式シャフト（図示せず）を含んでもよく、この回転式シャフトは、長手方向に移動可能な駆動部材１２０上の駆動歯１２２の組又はラックとの噛み合い係合をなして装着される歯車減速機組立体８４と動作可能に連係する。長手方向に移動可能な駆動部材１２０は、歯車減速機組立体８４の対応する駆動歯車８６と噛み合い係合するために、その上に形成された駆動歯１２２のラックを有する。
【００３９】
使用の際、電源９０によって提供される電圧極性によって電動モータ８２を時計方向に動作させることができるが、電池によって電動モータに印加される電圧極性は、電動モータ８２を反時計方向に動作させるために反転させることができる。電動モータ８２がある方向に回転されると、長手方向に移動可能な駆動部材１２０は、遠位方向「ＤＤ」に軸方向駆動されることになる。モータ８２が、反対の回転方向に駆動されると、長手方向に移動可能な駆動部材１２０は、近位方向「ＰＤ」に軸方向駆動されることになる。ハンドル組立体１４は、電源９０によって電動モータ８２に印加される極性を反転させるように構成され得るスイッチを含むことができる。ハンドル組立体１４は、長手方向に移動可能な駆動部材１２０の位置、及び／又は長手方向に移動可能な駆動部材１２０が移動されている方向を検出するように構成されたセンサを含むことができる。
【００４０】
電動モータ８２の作動は、ハンドル組立体１４上に枢動可能に支持される発射トリガ１３０によって制御され得る。発射トリガ１３０は、非作動位置と作動位置との間で枢動することができる。
【００４１】
図１に戻ると、交換式シャフト組立体２００は、外科用ステープルカートリッジ３０４を中で動作可能に支持するように構成された細長通路３０２を備える、エンドエフェクタ３００を含む。エンドエフェクタ３００は、細長通路３０２に対して枢動可能に支持されるアンビル３０６を含んでもよい。交換式シャフト組立体２００は、関節運動継手２７０を含んでよい。エンドエフェクタ３００及び関節運動継手２７０の構造及び操作は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２０１４／０２６３５４１号、表題「ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＡＢＬＥ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＣＯＭＰＲＩＳＩＮＧ  ＡＮ  ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＩＯＮ  ＬＯＣＫ」に記載されている。交換式シャフト組立体２００は、ノズル部分２０２、２０３で構成される近位ハウジング又はノズル２０１を含んでよい。交換式シャフト組立体２００は、エンドエフェクタ３００のアンビル３０６を開閉するのに利用可能な、シャフト軸ＳＡに沿って延びる閉口管２６０を含んでよい。
【００４２】
図１に戻ると、閉口管２６０は、例えば、上述した参照文献の米国特許出願公開第２０１４／０２６３５４１号に記載されている方法で、閉鎖トリガ３２の作動に応答して、遠位側（方向「ＤＤ」）に並進して、アンビル３０６を閉じる。アンビル３０６は、閉口管２６０を近位側に並進することにより開口される。アンビル開位置において、閉口管２６０は、その近位位置へと移動される。
【００４３】
図３は、本開示の一態様に従った、交換式シャフト組立体２００の部分の別の分解組立図である。交換式シャフト組立体２００は、スパイン２１０内で軸方向移動するように支持された、発射部材２２０を含んでよい。発射部材２２０は、遠位切断部分又はナイフバー２８０に取り付けるために構成された中間発射シャフト２２２を含む。発射部材２２０は、「第２のシャフト」又は「第２のシャフト組立体」と呼ばれることがある。中間発射シャフト２２２は、遠位端に、ナイフバー２８０の近位端２８２にてタブ２８４を受容するように構成された、長手方向スロット２２３を含んでよい。長手方向スロット２２３及び近位端２８２は、それらの間の相対運動を可能にするように構成されてよく、かつスリップ継手２８６を含むことができる。スリップ継手２８６は、発射部材２２０の中間発射シャフト２２２を、ナイフバー２８０を移動させることなく、又は少なくとも実質的に移動させることなく、関節運動継手２７０を中心にエンドエフェクタ３００を関節運動させることを可能にすることができる。エンドエフェクタ３００が好適に配向されると、中間発射シャフト２２２は、長手方向スロット２２３の近位側壁がタブ２８４に接触し、ナイフバー２８０を前進させて、通路３０２内に位置付けられたステープルカートリッジを発射するまで、遠位側に前進することが可能である。スパイン２１０は、中間発射シャフト２２２の、スパイン２１０内への組立と挿入を容易にする、細長開口部又は窓２１３を有する。中間発射シャフト部分２２２が中に挿入されると、頂部フレームセグメント２１５がシャフトフレーム２１２と係合されて、中間発射シャフト部分２２２及びナイフバー２８０を中に封入することができる。発射部材２２０の操作は、米国特許出願公開第２０１４／０２６３５４１号に見出すことができる。スパイン２１０は、発射部材２２０及びスパイン２１０の周りに延びる閉口管２６０を摺動可能に支持するように、構成することができる。スパイン２１０は、関節運動駆動器２３０を摺動可能に支持することができる。
【００４４】
交換式シャフト組立体２００は、関節運動駆動器２３０を発射部材２２０に選択的かつ解放可能に連結するように構成された、クラッチ組立体４００を含むことができる。クラッチ組立体４００は、発射部材２２０の周りに位置付けられるロックカラー、即ちロックスリーブ４０２を含み、ロックスリーブ４０２は、ロックスリーブ４０２が関節運動駆動器２３０を発射部材２２０に連結する係合位置と、関節運動駆動器２３０が発射部材２２０に動作可能に連結されない係合解除位置との間で回転され得る。ロックスリーブ４０２が係合位置にあるとき、発射部材２２０の遠位方向移動によって、関節運動駆動器２３０を遠位側に移動させることができ、それに対応して、発射部材２２０の近位方向移動によって、関節運動駆動器２３０を近位側に移動させることができる。ロックスリーブ４０２が係合解除位置にあるとき、発射部材２２０の移動は、関節運動駆動器２３０に伝達されず、その結果、発射部材２２０は、関節運動駆動器２３０とは独立して移動することができる。ノズル２０１は、米国特許出願公開第２０１４／０２６３５４１号に記載されている様々な方式で、関節運動駆動システムと発射駆動システムとを動作可能に係合及び係合解除するために用いることができる。
【００４５】
交換式シャフト組立体２００は、例えば、エンドエフェクタ３００との間で電力を伝導し、かつ／又はエンドエフェクタ３００との間で信号を通信するように構成することができる、スリップリング組立体６００を備えることができる。スリップリング組立体６００は、ノズル部分２０２、２０３で画定されるスロット内に位置付けられた、近位コネクタフランジ６０４、及び遠位コネクタフランジ６０１を含むことができる。近位コネクタフランジ６０４は第１の面を備えることができ、遠位コネクタフランジ６０１は、第１の面に隣接して位置付けられ、かつ第１の面に対して移動可能である第２の面を備えることができる。遠位コネクタフランジ６０１は、シャフト軸ＳＡ−ＳＡ（図１）を中心にして、近位コネクタフランジ６０４に対して回転することができる。近位コネクタフランジ６０４は、その第１の面に画定される、複数の同心の、又は少なくとも実質的に同心の導体６０２を備えることができる。コネクタ６０７は、遠位コネクタフランジ６０１の近位側に装着することができ、複数の接点を有してもよく、各接点は、導体６０２のうちの１つに対応し、それと電気的に接触する。このような構成により、近位コネクタフランジ６０４と遠位コネクタフランジ６０１とが、それらの間の電気的接触を維持したまま相対回転することが可能になる。近位コネクタフランジ６０４は、例えば、シャフト回路基板と信号通信した導体６０２を配置することができる、電気コネクタ６０６を含むことができる。少なくとも一事例では、複数の導体を含む配線ハーネスが、電気コネクタ６０６とシャフト回路基板との間に延在し得る。電気コネクタ６０６は、シャーシ装着フランジに画定されたコネクタ開口部を通って近位側に延在してもよい。米国特許出願公開第２０１４／０２６３５５１号、表題「ＳＴＡＰＬＥ  ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ  ＴＩＳＳＵＥ  ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ  ＳＥＮＳＯＲ  ＳＹＳＴＥＭ」は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。米国特許出願公開第２０１４／０２６３５５２号、表題「ＳＴＡＰＬＥ  ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ  ＴＩＳＳＵＥ  ＴＨＩＣＫＮＥＳＳ  ＳＥＮＳＯＲ  ＳＹＳＴＥＭ」は、その全体が参照により組み込まれる。スリップリング組立体６００に関する更なる詳述は、米国特許出願公開第２０１４／０２６３５４１号に見出すことができる。
【００４６】
交換式シャフト組立体２００は、ハンドル組立体１４に固定可能に装着された近位部分、及び長手方向軸を中心に回転可能な遠位部分を含むことができる。回転可能な遠位シャフト部分は、スリップリング組立体６００を中心にして近位部分に対して回転させることができる。スリップリング組立体６００の遠位コネクタフランジ６０１は、回転可能な遠位シャフト部分内に位置付けることができる。
【００４７】
図４は、本開示の一態様に従った、図１の外科用器具１０のエンドエフェクタ３００の一態様の分解図である。エンドエフェクタ３００は、アンビル３０６及び外科用ステープルカートリッジ３０４を含んでよい。アンビル３０６は、細長通路３０２に連結されてよい。アパーチャ１９９を、アンビル３０６から延びるピン１５２を受け入れる細長通路３０２内に画定することができ、これにより、細長通路３０２及び外科用ステープルカートリッジ３０４に対してアンビル３０６を開位置から閉位置まで枢動させることができる。発射バー１７２は、エンドエフェクタ３００内に長手方向に並進するように構成される。発射バー１７２は、１つの中実部分から構築されてもよく、又は、鋼板のスタックを含む、積層材料を含んでもよい。発射バー１７２は、その遠位端に、Ｉビーム１７８及び刃先１８２を備える。発射バー１７２の遠位側に突出する端部をＩビーム１７８に取り付けて、アンビル３０６が閉位置にあるときに、細長通路３０２内に位置付けられた外科用ステープルカートリッジ３０４からアンビル３０６を離すことを補助することができる。Ｉビーム１７８は、Ｉビーム１７８が発射バー１７２によって遠位側に前進されるにつれて組織を切断する、鋭利な刃先１８２を含むことができる。操作において、Ｉビーム１７８は、外科用ステープルカートリッジ３０４を発射することができる。外科用ステープルカートリッジ３０４は、ステープル駆動器１９２上に載置された複数のステープル１９１を、それぞれの上向きに開いたステープルキャビティ１９５内で保持する、成型カートリッジ本体１９４を含むことができる。楔形スレッド１９０がＩビーム１７８により遠位側に駆動され、外科用ステープルカートリッジ３０４のカートリッジトレイ１９６上を摺動する。楔形スレッド１９０は、Ｉビーム１７８の刃先１８２がクランプされた組織を切る間、ステープル駆動器１９２を上向きにカム駆動して、ステープル１９１を追い出してアンビル３０６と変形接触させる。
【００４８】
Ｉビーム１７８は、発射の間にアンビル３０６を係合する、上部ピン１８０を含むことができる。Ｉビーム１７８は、カートリッジ本体１９４、カートリッジトレイ１９６、及び細長通路３０２の部分を係合する、中央ピン１８４及び下部フット１８６を含むことができる。外科用ステープルカートリッジ３０４が細長通路３０２内に位置付けられると、カートリッジ本体１９４に画定されたスロット１９３を、カートリッジトレイ１９６に画定された長手方向スロット１９７、及び細長通路３０２に画定されたスロット１８９と位置合わせすることができる。使用の際、Ｉビーム１７８は、位置合わせされた長手方向スロット１９３、１９７、及び１８９を通って摺動することができ、図４に示されるように、Ｉビーム１７８の下部フット１８６は、スロット１８９の長さに沿って細長通路３０２の底面に沿って延びている溝に係合することができ、中央ピン１８４は、長手方向スロット１９７の長さに沿ってカートリッジトレイ１９６の上面に係合することができ、上部ピン１８０は、アンビル３０６に係合することができる。発射バー１７２が遠位側へと移動されて、ステープルを外科用ステープルカートリッジ３０４から発射し、かつ／又はアンビル３０６と外科用ステープルカートリッジ３０４との間に捕捉された組織を切開するにつれて、Ｉビーム１７８は、アンビル３０６と外科用ステープルカートリッジ３０４とを離すか、又はそれらの相対移動を制限することができる。発射バー１７２及びＩビーム１７８を近位側へと後退させることができ、それによってアンビル３０６を開いて、ステープル留めされ切断された２つの組織部分を解放することができる。
【００４９】
図５Ａ〜５Ｂは、本開示の一態様に従った、２枚の図面にわたる図１の外科用器具１０の制御回路７００のブロック図である。主に図５Ａ〜５Ｂを参照すると、ハンドル組立体７０２は、モータ駆動器７１５により制御可能であり、外科用器具１０の発射システムにより用いられることが可能な、モータ７１４を含むことができる。様々な形態において、モータ７１４は、約２５，０００ＲＰＭの最大回転速度を有する、ブラシ付きＤＣ駆動モータであってよい。その他の構成において、モータ７１４は、ブラシレスモータ、コードレスモータ、同期モータ、ステッパモータ、又は任意の他の好適な電動モータを含んでよい。モータ駆動器７１５は、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）７１９を含むＨブリッジ駆動器を備えてもよい。モータ７１４は、制御電力を外科用器具１０に供給するためにハンドル組立体２００に解放可能に装着された、動力組立体７０６により給電されることができる。動力組立体７０６は、外科用器具１０に給電するための電源として使用され得る、直列に接続された複数の電池セルを含み得る電池を備えてもよい。特定の状況下では、動力組立体７０６の電池セルは、交換可能及び／又は再充電可能であってよい。少なくとも１つの例では、電池セルは、動力組立体７０６に別個に連結され得るリチウムイオン電池であってよい。
【００５０】
シャフト組立体７０４は、シャフト組立体７０４と動力組立体７０６がハンドル組立体７０２に連結されている間に、インタフェースを通して安全コントローラ及び電力管理コントローラ７１６と通信することができる、シャフト組立体コントローラ７２２を含み得る。例えば、インタフェースは、シャフト組立体７０４及び動力組立体７０６がハンドル組立体７０２に連結されている間にシャフト組立体コントローラ７２２と電力管理コントローラ７１６との間の電気通信を可能にするために、対応するシャフト組立体電気コネクタとの連結係合のために１つ又は２つ以上の電気コネクタを含み得る第１のインタフェース部分７２５、及び、対応する動力組立体電気コネクタとの連結係合のために１つ又は２つ以上の電気コネクタを含み得る第２のインタフェース部分７２７を含み得る。インタフェースを介して１つ又は２つ以上の通信信号を送信して、取り付けられた交換式シャフト組立体７０４の１つ又は２つ以上の電力要件を電力管理コントローラ７１６に伝達することができる。それに応じて、電力管理コントローラは、取り付けられたシャフト組立体７０４の電力要件に従って、以下により詳細に記載されているように、動力組立体７０６の電池の電力出力を変調し得る。コネクタは、ハンドル組立体７０２の、シャフト組立体７０４及び／又は動力組立体７０６への機械的連結係合の後に起動して、シャフト組立体コントローラ７２２と電力管理コントローラ７１６との間の電気的通信を可能にすることができるスイッチを備えることができる。
【００５１】
インタフェースは、例えば、ハンドル組立体７０２に存在するメインコントローラ７１７を通して、かかる通信信号の経路指定を行うことにより、電力管理コントローラ７１６とシャフト組立体コントローラ７２２との間の１つ又は２つ以上の通信信号の伝達を容易にし得る。他の状況下では、シャフト組立体７０４及び動力組立体７０６がハンドル組立体７０２に連結されている間、インタフェースは、ハンドル組立体７０２を介して電力管理コントローラ７１６とシャフト組立体コントローラ７２２との間の直接線の通信を容易にし得る。
【００５２】
メインコントローラ７１７は、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓの商標名ＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘとして知られるものなど、任意のシングルコア又はマルチコアプロセッサであってよい。一態様では、メインコントローラ７１７は、例えば、その詳細が製品データシートで入手可能である、最大４０ＭＨｚの２５６ＫＢのシングルサイクルフラッシュメモリ若しくは他の不揮発性メモリのオンチップメモリ、性能を４０ＭＨｚ超に改善するためのプリフェッチバッファ、３２ＫＢのシングルサイクルシリアルランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ＳｔｅｌｌａｒｉｓＷａｒｅ（登録商標）ソフトウェアを搭載した内部読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、２ＫＢの電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、１つ又は２つ以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）モジュール、１つ又は２つ以上の直交エンコーダ入力（ＱＥＩ）アナログ、１２個のアナログ入力チャネルを備える１つ又は２つ以上の１２ビットアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む、Ｔｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＬＭ４Ｆ２３０Ｈ５ＱＲ  ＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘ−Ｍ４Ｆプロセッサコアであってもよい。
【００５３】
安全コントローラは、やはりＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓの商標名Ｈｅｒｃｕｌｅｓ  ＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘ  Ｒ４として知られている、ＴＭＳ５７０及びＲＭ４ｘなど、２つのコントローラベースファミリを備える安全コントローラプラットフォームであってよい。安全コントローラは、拡張性のある性能、接続性、及びメモリの選択肢を提供しながら、高度な集積型安全機構を提供するために、中でも特に、ＩＥＣ６１５０８及びＩＳＯ２６２６２の安全限界用途専用に構成されてもよい。
【００５４】
動力組立体７０６は、電力管理回路を含んでよく、電力管理回路は、電力管理コントローラ７１６、電力変調器７３８、及び電流検出回路７３６を含み得る。シャフト組立体７０４及び動力組立体７０６がハンドル組立体７０２に連結されている間に、電力管理回路は、シャフト組立体７０４の電力要件に基づいて電池の電力出力を変調するように構成され得る。電力管理コントローラ７１６は、動力組立体７０６の電力出力の電力変調器７３８を制御するようにプログラムされ得、電流検出回路７３６は、電池の電力出力に関するフィードバックを電力管理コントローラ７１６に提供するため、動力組立体７０６の電力出力を監視するように用いられ得、そのため、電力管理コントローラ７１６は、動力組立体７０６の電力出力を調節して、所望の出力を維持することができる。電力管理コントローラ７１６及び／又はシャフト組立体コントローラ７２２はそれぞれ、多数のソフトウェアモジュールを記憶し得る１つ又は２つ以上のプロセッサ、及び／又はメモリユニットを備えることができる。
【００５５】
外科用器具１０（図１〜４）は、知覚フィードバックをユーザに提供するための装置を含み得る、出力装置７４２を備えることができる。このような装置は、例えば、視覚的フィードバック装置（例えば、ＬＣＤディスプレイスクリーン、ＬＥＤインジケータ）、可聴フィードバック装置（例えば、スピーカー、ブザー）又は触覚フィードバック装置（例えば、触覚作動装置）を含んでもよい。特定の状況下では、出力装置７４２は、ハンドル組立体７０２に含まれ得るディスプレイ７４３を備えてよい。シャフト組立体コントローラ７２２及び／又は電力管理コントローラ７１６は、出力装置７４２を介して外科用器具１０のユーザにフィードバックを提供し得る。インタフェースは、シャフト組立体コントローラ７２２及び／又は電力管理コントローラ７１６を出力装置７４２に接続するように構成され得る。出力装置７４２は代わりに、動力組立体７０６と一体化されてもよい。このような状況下では、シャフト組立体７０４がハンドル組立体７０２に連結されている一方で、出力装置７４２とシャフト組立体コントローラ７２２との間の通信はインタフェースを介して成し遂げられ得る。
【００５６】
制御回路７００は、電動外科用器具１０の操作を制御するように構成された回路セグメントを備える。安全コントローラセグメント（セグメント１）は、安全コントローラ、及びメインコントローラ７１７セグメント（セグメント２）を備える。安全コントローラ及び／又はメインコントローラ７１７は、１つ又は２つ以上の追加の回路セグメント、例えば加速セグメント、ディスプレイセグメント、シャフトセグメント、エンコーダセグメント、モータセグメント、及び動力セグメントと相互作用するように構成される。回路セグメントのそれぞれは、安全コントローラ及び／又はメインコントローラ７１７に連結されてよい。メインコントローラ７１７もまた、フラッシュメモリに連結される。メインコントローラ７１７は、シリアル通信インタフェースも備える。メインコントローラ７１７は、例えば、１つ又は２つ以上の回路セグメント、電池、及び／又は複数のスイッチに連結された、複数の入力を備える。セグメント化回路は、例えば、電動外科用器具１０内のプリント回路基板組立体（ＰＣＢＡ）など、任意の好適な回路によって実装されてもよい。プロセッサという用語は、本明細書で使用するとき、任意のマイクロプロセッサ、プロセッサ、１つ若しくは複数のコントローラ、又は、コンピュータの中央処理装置（ＣＰＵ）の機能を１つの集積回路又は最大で数個の集積回路上に組み込んだ、他の基本コンピューティングデバイスを含むと理解されるべきである。メインコントローラ７１７は、デジタルデータを入力として受理し、メモリに記憶された命令に従ってそのデータを処理し、結果を出力として提供する、多目的のプログラム可能装置である。これは、内部メモリを有するので、逐次的デジタル論理の一例である。制御回路７００は、本明細書に記載される１つ又は２つ以上のプロセスを実装するように構成され得る。
【００５７】
加速度セグメント（セグメント３）は加速度計を備える。加速度計は、電動外科用器具１０の移動又は加速度を検出するように構成されている。加速度計からの入力は、スリープモードとの間での遷移、電動外科用器具の配向の識別、及び／又は外科用器具が落下したときの識別に使用され得る。いくつかの実施例では、加速度セグメントは安全コントローラ及び／又はメインコントローラ７１７に連結される。
【００５８】
表示セグメント（セグメント４）は、メインコントローラ７１７に連結されたディスプレイコネクタを備える。表示コネクタは、メインコントローラ７１７を、ディスプレイの１つ又は２つ以上の集積回路駆動器を通して、ディスプレイに連結する。ディスプレイの集積回路駆動器は、ディスプレイと一体化されてよい、かつ／又はディスプレイとは別個に配置されてよい。ディスプレイは、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、及び／又は任意の他の好適なディスプレイなど、任意の好適なディスプレイを含んでもよい。いくつかの実施例では、ディスプレイセグメントは安全コントローラに連結される。
【００５９】
シャフトセグメント（セグメント５）は、外科用器具１０（図１〜４）に連結された、交換式シャフト組立体２００（図１及び３）用の制御、並びに／又は、交換式シャフト組立体２００に連結されたエンドエフェクタ３００用の１つ又は２つ以上の制御を備える。シャフトセグメントは、メインコントローラ７１７をシャフトＰＣＢＡに連結するように構成された、シャフトコネクタを備える。シャフトＰＣＢＡは、強誘電体ランダムアクセスメモリ（ＦＲＡＭ）、関節運動スイッチ、シャフト解放ホール効果スイッチ、及びシャフトＰＣＢＡ  ＥＥＰＲＯＭを有する低電力マイクロコントローラを備える。シャフトＰＣＢＡ  ＥＥＰＲＯＭは、交換式シャフト組立体２００及び／又はシャフトＰＣＢＡに固有の、１つ又は２つ以上のパラメータ、ルーチン、及び／又はプログラムを含む。シャフトＰＣＢＡは、交換式シャフト組立体２００に連結されてよい、かつ／又は、外科用器具１０と一体であってよい。いくつかの実施例では、シャフトセグメントは、第２のシャフトＥＥＰＲＯＭを備える。第２のシャフトＥＥＰＲＯＭは、電動外科用器具１０と連係され得る１つ又は２つ以上のシャフト組立体２００及び／又はエンドエフェクタ３００に対応する複数のアルゴリズム、ルーチン、パラメータ、及び／又は他のデータを含む。
【００６０】
位置エンコーダセグメント（セグメント６）は、１つ又は２つ以上の磁気式角度回転位置エンコーダを備える。１つ又は２つ以上の磁気式角度回転位置エンコーダは、外科用器具１０（図１〜４）のモータ７１４、交換式シャフト組立体２００（図１及び３）、及び／又はエンドエフェクタ３００の回転位置を識別するように構成されている。いくつかの実施例では、磁気式角度回転位置エンコーダは、安全コントローラ及び／又はメインコントローラ７１７に連結されてよい。
【００６１】
モータ回路セグメント（セグメント７）は、電動外科用器具１０（図１〜４）の移動を制御するように構成された、モータ７１４を備える。モータ７１４は、１つ又は２つ以上のＨブリッジ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、及びモータコントローラを備える、Ｈブリッジ駆動器によりメインマイクロコントローラプロセッサ７１７に連結される。Ｈブリッジ駆動器はまた、安全コントローラにも連結される。モータ電流センサは、モータの引き込み電流を測定するため、モータと直列に連結されている。モータ電流センサは、メインコントローラ７１７及び／又は安全コントローラと信号連通している。いくつかの実施例では、モータ７１４は、モータ電磁干渉（ＥＭＩ）フィルタに連結されている。
【００６２】
モータコントローラは、第１のモータフラグ及び第２のモータフラグを制御して、モータ７１４の状態及び位置をメインコントローラ７１７に示す。メインコントローラ７１７は、パルス幅変調（ＰＷＭ）高信号、ＰＷＭ低信号、方向信号、同期信号及びモータリセット信号をモータコントローラに、バッファを介して供給する。電力セグメントは、セグメント電圧を回路セグメントのそれぞれに提供するように構成される。
【００６３】
電力セグメント（セグメント８）は、安全コントローラ、メインコントローラ７１７、及び追加の回路セグメントに連結された電池を備える。電池は、電池コネクタ及び電流センサによってセグメント化回路に連結されている。電流センサは、セグメント化回路の合計引き込み電流を測定するように構成されている。いくつかの実施例では、１つ又は２つ以上の電圧変換器が、既定の電圧値を１つ又は２つ以上の回路セグメントに提供するように構成されている。例えば、いくつかの実施例では、セグメント化回路は、３．３Ｖ電圧変換器及び／又は５Ｖ電圧変換器を備えてもよい。ブースト変換器は、例えば１３Ｖ以下など、既定量以下のブースト電圧を提供するように構成されている。ブースト変換器は、電力集約的な動作の間、追加の電圧及び／又は電流を提供し、電圧低下又は低電力状態を防止するように構成されている。
【００６４】
複数のスイッチは、安全コントローラ及び／又はメインコントローラ７１７に連結されている。スイッチは、セグメント化回路の、外科用器具１０（図１〜４）の操作を制御し、かつ／又は外科用器具１０の状態を示すように構成されてよい。脱出ドアスイッチ、及び脱出用のホール効果スイッチは、脱出ドアの状態を示すように構成されている。例えば、左側関節左スイッチ、左側関節右スイッチ、左側関節中央スイッチ、右側関節左スイッチ、右側関節右スイッチ、及び右側関節中央スイッチなど、複数の関節運動スイッチは、交換式シャフト組立体２００（図１及び３）、及び／又はエンドエフェクタ３００（図１及び４）の関節運動を制御するように構成されている。左側反転スイッチ及び右側反転スイッチは、メインコントローラ７１７に連結されている。左側関節左スイッチ、左側関節右スイッチ、左側関節中央スイッチ、及び左側反転スイッチを備える左側スイッチは、左側可撓コネクタによってメインコントローラ７１７に連結されている。右側関節左スイッチ、右側関節右スイッチ、右側関節中央スイッチ、及び右側反転スイッチを備える右側スイッチは、右側可撓コネクタによってメインコントローラ７１７に連結されている。発射スイッチ、掴持解除スイッチ、及びシャフト係合スイッチは、メインコントローラ７１７に連結されている。
【００６５】
任意の好適な機械的、電気機械的、又は固体スイッチを用いて、任意の組み合わせで、複数のスイッチを実装してよい。例えば、スイッチは、外科用器具１０（図１〜４）、又は対象体の存在と関連した構成要素の動きにより操作される、制限スイッチであってよい。このようなスイッチを用いて、外科用器具１０と関連した様々な機能を制御することができる。制限スイッチは、一連の接触と機械的に繋がったアクチュエータからなる、電気機械装置である。対象体がアクチュエータと接触すると、装置はその接触を操作して、電気的接続をなす、又は破壊する。その丈夫さ、設置の容易さ、及び操作の信頼性により、制限スイッチは様々な用途及び環境で用いられる。制限スイッチは、対象体の有無、通過、配置、及び移動の終了を測定することができる。他の実装形態では、スイッチは、とりわけホール効果装置、磁気抵抗性（ＭＲ）装置、巨大磁気抵抗性（ＧＭＲ）装置、磁力計などの、磁場の影響下で動作する、固体スイッチであることができる。他の実装形態では、スイッチは、とりわけ光センサ、赤外線センサ、紫外線センサなどの光の影響下で動作する固体スイッチであってもよい。更に、スイッチは、トランジスタ（例えば、ＦＥＴ、接合ＦＥＴ、金属酸化物半導体ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）、バイポーラなど）といった固体装置であることができる。他のスイッチとしては、とりわけ、無線スイッチ、超音波スイッチ、加速度計、慣性センサが挙げられ得る。
【００６６】
図６は、本開示の一態様に従った、ハンドル組立体７０２と動力組立体７０６との間のインタフェース、及びハンドル組立体７０２と交換式シャフト組立体７０４との間のインタフェースを示す、図１の外科用器具の制御回路７００の別のブロック図である。ハンドル組立体７０２は、メインコントローラ７１７、シャフト組立体コネクタ７２６、及び動力組立体コネクタ７３０を備えることができる。動力組立体７０６は、動力組立体コネクタ７３２、電力管理コントローラ７１６を備え得る電力管理回路７３４、電力変調器７３８、及び電流検出回路７３６を含むことができる。シャフト組立体コネクタ７３０、７３２は、インタフェース７２７を形成する。交換式シャフト組立体７０４及び動力組立体７０６がハンドル組立体７０２に連結されている間、電力管理回路７３４は、交換式シャフト組立体７０４の電力要件に基づいて電池７０７の電力出力を変調するように構成され得る。電力管理コントローラ７１６は、動力組立体７０６の電力出力の電力変調器７３８を制御するようにプログラムされ得、電流検出回路７３６は、電池７０７の電力出力に関するフィードバックを電力管理コントローラ７１６に提供するため、動力組立体７０６の電力出力を監視するように用いられ得、そのため、電力管理コントローラ７１６は、動力組立体７０６の電力出力を調節して、所望の出力を維持することができる。シャフト組立体７０４は、不揮発性メモリ７２１及びシャフト組立体コネクタ７２８に連結され、シャフト組立体７０４をハンドル組立体７０２に電気的に連結する、シャフトプロセッサ７１９を備える。シャフト組立体コネクタ７２６、７２８は、インタフェース７２５を形成する。メインコントローラ７１７、シャフトプロセッサ７１９、及び／又は電力管理コントローラ７１６は、本明細書に記載されるプロセスの１つ又は２つ以上を実装するように構成され得る。
【００６７】
外科用器具１０（図１〜４）は、知覚フィードバックをユーザに送る出力装置７４２を備えることができる。このような装置は、視覚的フィードバック装置（例えば、ＬＣＤディスプレイ画面、ＬＥＤインジケータ）、可聴フィードバック装置（例えば、スピーカー、ブザー）又は触覚フィードバック装置（例えば、触覚作動装置）を含んでよい。特定の状況下では、出力装置７４２は、ハンドル組立体７０２に含まれ得るディスプレイ７４３を備えてよい。シャフト組立体コントローラ７２２及び／又は電力管理コントローラ７１６は、出力装置７４２を介して外科用器具１０のユーザにフィードバックを提供し得る。インタフェース７２７は、シャフト組立体コントローラ７２２及び／又は電力管理コントローラ７１６を出力装置７４２に接続するように構成され得る。出力装置７４２は、動力組立体７０６と一体化されてもよい。交換式シャフト組立体７０４がハンドル組立体７０２と連結されている間に、出力装置７４２とシャフト組立体コントローラ７２２との間の通信が、インタフェース７２５を通して成し遂げられ得る。外科用器具１０（図１〜４）の操作を制御するための制御回路７００（図５Ａ〜５Ｂ、及び６）を記載したが、本開示はここから、外科用器具１０（図１〜４）及び制御回路７００の様々な構成に転じる。
【００６８】
図７は、本開示の一態様に従った、外科用器具１０（図１〜４）の態様を制御するように構成された制御回路８００を示す。制御回路８００は、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するように構成することができる。制御回路８００は、少なくとも１つのメモリ回路８０４に連結された１つ又は２つ以上のプロセッサ８０２（例えば、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ）を備えるコントローラを備えることができる。メモリ回路８０４は、プロセッサ８０２によって実行されると、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するための機械命令をプロセッサ８０２に実行させる、機械実行可能命令を記憶する。プロセッサ８０２は、当該技術分野で既知の多数のシングル又はマルチコアプロセッサのうちの任意の１つであってよい。メモリ回路８０４は、揮発性及び不揮発性のストレージ媒体を含むことができる。プロセッサ８０２は、命令処理ユニット８０６及び演算ユニット８０８を含んでもよい。命令処理ユニットは、メモリ回路８０４から命令を受信するように構成されてよい。
【００６９】
図８は、本開示の一態様に従った、外科用器具１０（図１〜４）の態様を制御するように構成された組み合わせ論理回路８１０を示す。組み合わせ論理回路８１０は、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するように構成することができる。回路８１０は、入力８１４で外科用器具１０と関連付けられたデータを受信し、組み合わせ論理８１２によってデータを処理し、出力８１６を提供するように構成された組み合わせ論理回路８１２を含む有限状態マシンを備えることができる。
【００７０】
図９は、本開示の一態様に従った、外科用器具１０（図１〜４）の態様を制御するように構成された順序論理回路８２０を示す。順序論理回路８２０又は組み合わせ論理回路８２２は、本明細書に記載される様々なプロセスを実装するように構成することができる。回路８２０は有限状態マシンを備えてよい。順序論理回路８２０は、例えば、組み合わせ論理回路８２２、少なくとも１つのメモリ回路８２４、及びクロック８２９を備えてもよい。少なくとも１つのメモリ回路８２０は、有限状態マシンの現在の状態を記憶することができる。特定の場合では、順序論理回路８２０は、同期式又は非同期式であってもよい。組み合わせ論理回路８２２は、入力８２６にて外科用器具１０と関連したデータを受信し、組み合わせ論理回路８２２によりそのデータを処理し、出力８２８を提供するように構成される。他の態様では、回路は、本明細書の様々なプロセスを実装するための、プロセッサ８０２と有限状態マシンとの組み合わせを備えてよい。他の態様では、有限状態マシンは、組み合わせ論理回路８１０及び順序論理回路８２０の組み合わせを含むことができる。
【００７１】
態様は、製造物品として実装されてよい。製造物品は、１つ又は２つ以上の態様の様々な動作を行うための論理、命令、及び／又はデータを記憶するように構成されたコンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい。例えば、製造物品は、汎用プロセッサ又は特定用途向けプロセッサによって実行するのに好適なコンピュータプログラム命令を含む磁気ディスク、光学ディスク、フラッシュメモリ、又はファームウェアを含んでもよい。
【００７２】
図１０は、本開示の一態様に従った、センサ機構１１０２を含む制御モータ駆動回路配置を含む、外科用器具１０（図１〜４）の絶対位置決めシステム１１００の図である。絶対位置決めシステム１１００用のセンサ機構１１０２は、変位部材１１１１の位置に対応する固有の位置信号を提供する。図２〜４に簡潔に戻ると、一態様において、変位部材１１１１は、歯車減速機組立体８４の対応する駆動歯車８６を有する、噛み合い係合のための駆動歯１２２のラックを備える、長手方向に移動可能な駆動部材１２０（図２）を表す。他の態様では、変位部材１１１１は、駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る発射部材２２０（図３）を表す。更に別の態様では、変位部材１１１１は、それぞれが駆動歯のラックを含むように適合及び構成され得る、発射バー１７２（図４）又はＩビーム１７８（図４）を表す。したがって、本明細書で使用するとき、変位部材という用語は、一般的に、駆動部材１２０、発射部材２２０、発射バー１７２、Ｉビーム１７８、又は変位され得る任意の要素など、外科用器具１０の任意の可動部材を指すために使用される。一態様では、長手方向に移動可能な駆動部材１２０は、発射部材２２０、発射バー１７２、及びＩビーム１７８に連結される。したがって、絶対位置決めシステム１１００は、実際には、長手方向に移動可能な駆動部材１２０の直線変位を追跡することによって、Ｉビーム１７８の直線変位を追跡することができる。様々な他の態様では、変位部材１１１１は、直線変位を測定するのに好適な任意のセンサに連結されてもよい。したがって、長手方向に移動可能な駆動部材１２０、発射部材２２０、発射バー１７２、若しくはＩビーム１７８、又は組み合わせを、任意の好適な直線変位センサに連結してよい。直線変位センサは、接触式又は非接触式変位センサを含んでよい。直線変位センサは、線形可変差動変圧器（linear variable differential transformers、ＬＶＤＴ）、差動可変磁気抵抗型変換器（differential variable reluctance transducers、ＤＶＲＴ）、スライドポテンショメータ、移動可能な磁石及び一連の直線上に配置されたホール効果センサを備える磁気感知システム、固定された磁石及び一連の移動可能な直線上に配置されたホール効果センサを備える磁気感知システム、移動可能な光源及び一連の直線上に配置された光ダイオード若しくは光検出器を備える光学検出システム、固定された光源及び一連の移動可能な直線上に配置された光ダイオード若しくは光検出器を備える光学検出システム、又はこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。
【００７３】
電動モータ１１２０は、変位部材１１１１上の駆動歯のセット又はラックと噛み合い係合で装着される歯車組立体１１１４と動作可能に連係する回転式シャフト１１１６を含んでもよい。センサ素子１１２６は、センサ素子１１２６の１回転が、変位部材１１１１のいくらかの直線長手方向並進に対応するように、歯車組立体１１１４に動作可能に連結されてよい。ギアリング及びセンサ１１１８を、ラックピニオン機構によって直線アクチュエータに、又はスパー歯車若しくは他の接続によって回転アクチュエータに接続することができる。電源１１２９は、絶対位置決めシステム１１００に電力を供給し、出力インジケータ１１２８は、絶対位置決めシステム１１００の出力を表示することができる。図２において、変位部材１１１１は、歯車減速機組立体８４の対応する駆動歯車８６と噛み合い係合するために、その上に形成された駆動歯１２２のラックを備える長手方向に移動可能な駆動部材１２０を表す。変位部材１１１１は、長手方向に移動可能な発射部材２２０、発射バー１７２、Ｉビーム１７８、又はこれらの組み合わせを表す。
【００７４】
位置センサ１１１２に付随するセンサ素子１１２６の１回転は、変位部材１１１１の長手方向直線変位ｄ１に相当し、ｄ１は、変位部材１１１１に連結したセンサ素子１１２６が１回転した後に、変位部材１１１１が点「ａ」から点「ｂ」まで移動する長手方向の直線距離である。センサ機構１１０２は、位置センサ１１１２が変位部材１１１１の完全行程に対して１回又は２回以上の回転を完了する結果をもたらす歯車の減速を介して接続されてもよい。位置センサ１１１２は、変位部材１１１１の完全行程に対して複数回の回転を完了することができる。
【００７５】
位置センサ１１１２の複数の回転に対する固有の位置信号を与えるために、一連のスイッチ１１２２ａ〜１１２２ｎ（ここでｎは１より大きい整数である）は、単独で用いられても、歯車の減速と共に用いられてもよい。スイッチ１１２２ａ〜１１２２ｎの状態はコントローラ１１０４にフィードバックされ、コントローラ１１０４は論理を適用して、変位部材１１１１の長手方向の直線変位ｄ１＋ｄ２＋．．．ｄｎに対応する固有の位置信号を決定する。位置センサ１１１２の出力１１２４は、コントローラ１１０４に提供される。センサ機構１１０２の位置センサ１１１２は、位置信号又は値の固有の組み合わせを出力する、磁気センサ、電位差計などのアナログ回転センサ、又はアナログホール効果素子のアレイを備えてもよい。
【００７６】
絶対位置決めシステム１１００は、モータ１１２０が単に前方又は後方に経たステップの数をカウントして装置アクチュエータ、駆動バー、ナイフなどの位置を推定する従来の回転エンコーダで必要となり得るような、変位部材１１１１をリセット（ゼロ又はホーム）位置へ後退又は前進させることなしに、器具の電源投入時に変位部材１１１１の絶対位置を提供する。
【００７７】
コントローラ１１０４は、ナイフ及び関節運動システムの速度及び位置に対する精密制御など、様々な機能を実施するようにプログラムされてもよい。一態様では、コントローラ１１０４は、プロセッサ１１０８及びメモリ１１０６を含む。電動モータ１１２０は、関節運動又はナイフシステムへの歯車箱及び機械的リンクを備えたブラシ付きＤＣモータであってもよい。一態様では、モータ駆動器１１１０は、Ａｌｌｅｇｒｏ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡ３９４１であってもよい。絶対位置決めシステム１１００で使用するために、他のモータ駆動器が容易に代用されることができる。絶対位置決めシステム１１００のより詳細な説明は、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１６年４月１５日出願の米国特許出願第１５／１３０，５９０号、表題「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ  Ａ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＮＤ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」に記載されている。
【００７８】
コントローラ１１０４は、変位部材１１１１及び関節運動システムの速度及び位置に対する正確な制御を提供するようにプログラムされてもよい。コントローラ１１０４は、コントローラ１１０４のソフトウェア内で応答を計算するように構成されてもよい。計算された応答は、実際のシステムの測定された応答と比較されて「観測された」応答が得られ、これが実際のフィードバックの判定に用いられる。観測された応答は、シミュレーションによる応答の滑らかで連続的な性質を、測定による応答と釣り合わせる好適な同調された値であり、これはシステムに及ぼす外部影響を検知することができる。
【００７９】
絶対位置決めシステム１１００は、フィードバック制御（例えばＰＩＤ）、状態フィードバック、及び適応式コントローラを備えることができる、かつ／又は、これらを実装するようにプログラムされてよい。電源１１２９が、フィードバックコントローラからの信号を、システムへの物理的入力、この場合は電圧へと変換する。他の例としては、電圧、電流、及び力のパルス幅変調（ＰＷＭ）が挙げられる。位置センサ１１１２で測定される位置に加えて、物理的システムの物理パラメータを測定するために、他の（単数又は複数の）センサ１１１８が設けられてもよい。デジタル信号処理システムでは、絶対位置決めシステム１１００はデジタルデータ取得システムに連結され、ここで絶対位置決めシステム１１００の出力は有限の解像度及びサンプリング周波数を有する。絶対位置決めシステム１１００は、計算された応答を測定された応答に向けて駆動する加重平均及び理論制御ループなどのアルゴリズムを用いて、計算された応答を測定された応答と組み合わせるために、比較及び組み合わせ回路を備え得る。入力を知ることによって物理的システムの状態及び出力がどうなるかを予測するために、物理的システムの計算された応答は、質量、慣性、粘性摩擦、誘導抵抗などの特性を考慮に入れる。コントローラ１１０４は、制御回路７００（図５Ａ〜５Ｂ）であってよい。
【００８０】
モータ駆動器１１１０は、Ａｌｌｅｇｒｏ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡ３９４１であってもよい。Ａ３９４１駆動器１１１０は、特にブラシ付きＤＣモータなどの誘導負荷を目的として設計された外部Ｎチャネルパワー金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）と共に使用するためのフルブリッジコントローラである。駆動器１１１０は、固有の電荷ポンプレギュレータを備え、これは、全（＞１０Ｖ）ゲート駆動を７Ｖまでの電池電圧にもたらし、Ａ３９４１が５．５Ｖまでの低減ゲート駆動で動作することを可能にする。ブートストラップコンデンサは、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴに必要な上記の電池供給電圧を提供するために使用されてもよい。ハイサイド駆動用の内部電荷ポンプにより、ＤＣ（１００％デューティサイクル）動作が可能となる。フルブリッジは、ダイオード又は同期整流を用いて高速又は低速減衰モードで駆動され得る。低速減衰モードにおいて、電流の再循環は、ハイサイドのＦＥＴによっても、ローサイドのＦＥＴによっても可能である。電力ＦＥＴは、抵抗器で調節可能なデッドタイムによって、シュートスルーから保護される。統合診断は、低電圧、温度過昇、及びパワーブリッジの異常を指示するものであり、ほとんどの短絡状態下でパワーＭＯＳＦＥＴを保護するように構成され得る。絶対位置決めシステム１１００で使用するために、他のモータ駆動器が容易に代用されることができる。
【００８１】
センサ機構１１０２用の絶対位置決めシステム１１００の実装態様のための一般的なアーキテクチャについて説明したので、ここで、絶対位置決めシステム１１００のセンサ機構１１０２の一態様について説明するために、本開示は図１１及び１２に移る。図１１は、一実施形態による、回路１２０５及びセンサ機構１１０２の各要素の相対的な整合を示す、絶対位置決めシステム１１００のセンサ機構１１０２の分解斜視図である。絶対位置決めシステム１１００用のセンサ機構１１０２は、位置センサ１２００、磁石１２０２センサ素子、変位部材１１１１の完全行程毎に１回転する磁石ホルダ１２０４、及び、歯車の減速をもたらすギア組立体１２０６を備える。図２を簡単に参照すると、変位部材１１１１は、歯車減速機組立体８４の対応する駆動歯車８６と噛み合い係合するための駆動歯１２２のラックを備える、長手方向に移動可能な駆動部材１２０を表してよい。図１１に戻ると、ブラケット１２１６などの構造素子が、歯車組立体１２０６、磁石ホルダ１２０４、及び磁石１２０２を支持するために提供される。位置センサ１２００は、ホール素子などの磁気検出素子を備え、磁石１２０２に近接して配置されている。磁石１２０２が回転すると、位置センサ１２００の磁気検出素子は、１回転にわたって磁石１２０２の絶対角度位置を決定する。
【００８２】
センサ機構１１０２は、例えば、磁界の全磁界又はベクトル成分を測定するか否かに基づいて分類される磁気センサなどの、任意の数の磁気検出素子を備えてもよい。両タイプの磁気センサを生産するために用いられる技術は、物理学及び電子工学の多数の側面を含んでいる。磁場検出に用いられる技術として、とりわけ、探りコイル、フラックスゲート、光ポンピング、核摂動、ＳＱＵＩＤ、ホール効果、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、磁気トンネル接合、巨大磁気インピーダンス、磁歪／圧電複合材、磁気ダイオード、磁気トランジスタ、光ファイバ、光磁気、及び微小電気機械システム系の磁気センサが挙げられる。
【００８３】
歯車組立体は、３：１の歯数比接続をもたらす、噛み合い係合した第１の歯車１２０８及び第２の歯車１２１０を備える。第３の歯車１２１２は、シャフト１２１４を中心にして回転する。第３の歯車１２１２は変位部材１１１１（又は、図２に示すように１２０）と噛み合い係合し、変位部材１１１１が遠位方向Ｄに前進すると第１の方向に回転し、変位部材１１１１が近位方向Ｐに後退すると第２の方向に回転する。第２の歯車１２１０はまた、シャフト１２１４を中心に回転し、したがって、シャフト１２１４を中心にした第２の歯車１２１０の回転は、変位部材１１１１の長手方向並進に対応する。したがって、遠位方向Ｄ又は近位方向Ｐのいずれかにおける変位部材１１１１の完全な１行程は、第２の歯車１２１０の３回転、及び第１の歯車１２０８の１回転に対応する。磁石ホルダ１２０４は第１の歯車１２０８に連結されているので、磁石ホルダ１２０４は、変位部材１１１１の完全行程毎に１回転する。
【００８４】
位置センサ１２００は、磁石ホルダ１２０４内で下に回転する磁石１２０２と正確に位置合わせされた位置センサ１２００を含めるのに好適なアパーチャ１２２０を画定する、位置センサホルダ１２１８により支持される。固定具は、ブラケット１２１６に、及び回路１２０５に連結されており、磁石１２０２が磁石ホルダ１２０４と共に回転する間、依然として静止している。ハブ１２２２が、第１の歯車１２０８及び磁石ホルダ１２０４と嵌合するように設けられている。シャフト１２１４と連結した第２の歯車１２１０及び第３の歯車１２１２もまた、示されている。
【００８５】
図１２は、本開示の一態様に従った、磁気回転絶対位置決めシステムを備える絶対位置決めシステム１１００用の、位置センサ１２００の図である。位置センサ１２００は、Ａｕｓｔｒｉａ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＧから入手可能なＡＳ５０５５ＥＱＦＴシングルチップ磁気回転位置センサとして実装されてもよい。位置センサ１２００は、コントローラ１１０４と連係して絶対位置決めシステム１１００を提供する。位置センサ１２００は、低電圧低電力の構成要素であり、磁石１２０２（図１５及び１６）の上方に位置する位置センサ１２００の領域１２３０に、４つのホール効果素子１２２８Ａ、１２２８Ｂ、１２２８Ｃ、１２２８Ｄを有している。高解像度ＡＤＣ１２３２及びスマート電力管理コントローラ１２３８もまた、チップ上に設けられている。加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために、１桁毎の方法とボルダーアルゴリズム（Volder's algorithm）でも知られる、ＣＯＲＤＩＣ（座標回転デジタルコンピュータ）プロセッサ１２３６が設けられる。角度位置、アラームビット、及び磁界情報は、ＳＰＩインタフェース１２３４などの標準的なシリアル通信インタフェースを介してコントローラ１１０４に伝送される。位置センサ１２００は、１２ビット又は１４ビットの解像度を提供する。位置センサ１２００は、小型のＱＦＮ１６ピン４×４×０．８５ｍｍパッケージで提供されるＡＳ５０５５チップであってもよい。
【００８６】
ホール効果素子１２２８Ａ、１２２８Ｂ、１２２８Ｃ、１２２８Ｄは、直接回転磁石１２０２の上方に設置されている（図１１）。ホール効果は周知の効果であり、便宜上本明細書では詳述を行わない。しかし一般的に、ホール効果は、電気導体における電流と、その電流に対して垂直な磁場に直行して、電気導体にかかる電圧差（ホール電圧）を生成する。ホール係数は、誘導電場と、電流密度に印加磁場を掛けたものとの比として定義される。その値は、電流を構成する電荷キャリアの種類、数、及び特性に依存するので、ホール係数は、導体を作る材料の特徴を示す。ＡＳ５０５５位置センサ１２００において、ホール効果素子１２２８Ａ、１２２８Ｂ、１２２８Ｃ、１２２８Ｄは、磁石１２０２の絶対位置を磁石１２０２の１回転にわたって角度で示す電圧信号を発生させることが可能である。この角度値は固有の位置信号であり、ＣＯＲＤＩＣプロセッサ１２３６によって算出され、ＡＳ５０５５位置センサ１２００にオンボードでレジスタ又はメモリ内に格納される。１回転にわたる磁石１２０２の位置を示す角度値は、様々な技術で、例えば電源投入時に、又はコントローラ１１０４によって要求されたときに、コントローラ１１０４に与えられる。
【００８７】
ＡＳ５０５５位置センサ１２００は、コントローラ１１０４に接続されているとき、動作するために少数の外部構成要素のみを必要とする。単一電源を使用する単純な適用には６本の導線を必要とし、電力用に２本の導線、コントローラ１１０４とのＳＰＩインタフェース１２３４用に４本の導線１２４０を必要とする。割り込みをコントローラ１１０４に送信して、新たな有効な角度が読み込まれ得ることを知らせるために、７番目の接続が加えられてもよい。電源投入時に、ＡＳ５０５５位置センサ１２００は、１回の角度測定を含むすべての電源投入シーケンスを実施する。このサイクルの完了は、ＩＮＴ出力１２４２として示され、角度値は内部レジスタに記憶される。この出力が設定されると、ＡＳ５０５５位置センサ１２００は、一時停止してスリープモードに移る。コントローラ１１０４は、ＳＰＩインタフェース１２３４を介してＡＳ５０５５位置センサ１２００から角度値を読み取ることによって、ＩＮＴ出力１２４２におけるＩＮＴ要求に応答することができる。角度値がコントローラ１１０４によって読み取られると、ＩＮＴ出力１２４２が再びクリアされる。また、コントローラ１１０４によってＳＰＩインタフェース１２３４で「角度読取り」コマンドを位置センサ１２００に送信すると、自動的にチップに給電され、別の角度測定が開始される。コントローラ１１０４が角度値の読取りを完了すると、直ちに、ＩＮＴ出力１２４２がクリアされ、新たな結果が角度レジスタに記憶される。角度測定の完了は、再び、ＩＮＴ出力１２４２及びステータスレジスタの対応するフラグを設定することによって示される。
【００８８】
ＡＳ５０５５位置センサ１２００の測定原理に基づいて、単一の角度測定のみが、各電源投入シーケンス後のごく短い時間で（〜６００μｓ）実施される。１つの角度の測定が完了すると、直ちに、ＡＳ５０５５位置センサ１２００は一時停止して電源オフ状態に移る。デジタル平均化による角度値のオンチップフィルタリングは、複数回の角度測定を必要とし、その結果、電源投入時間がより長くなり、低電力用途には望ましくないので、実施されない。角度のジッターは、コントローラ１１０４で複数の角度サンプルを平均化することによって低減され得る。例えば、４つのサンプルを平均化すると、ジッターは６ｄＢ（５０％）低減する。
【００８９】
図１３は、本開示の一態様に従った、エンドエフェクタ２５０２内に把持された組織２５２６に対するＩビーム２５１４発射行程を示す、外科用器具１０（図１〜４）のエンドエフェクタ２５０２の断面図である。エンドエフェクタ２５０２は、図１〜４に示す外科用器具１０と共に動作するように構成されている。エンドエフェクタ２５０２は、アンビル２５１６と、ステープルカートリッジ２５１８が中に配置された細長通路２５０３とを備える。発射バー２５２０は、エンドエフェクタ２５０２の長手方向軸２５１５に沿って遠位側に、及び近位側に並進可能である。エンドエフェクタ２５０２が関節運動しないとき、エンドエフェクタ２５０２は器具のシャフトと揃っている。刃先２５０９を備えるＩビーム２５１４は、発射バー２５２０の遠位部分にて示されている。楔形スレッド２５１３は、ステープルカートリッジ２５１８内に配置されている。Ｉビーム２５１４が遠位側に並進するとき、刃先２５０９は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に位置付けられた組織２５２６と接触し、切断することができる。また、Ｉビーム２５１４が楔形スレッド２５１３と接触して、これを遠位側に押し、楔形スレッド２５１３をステープル駆動器２５１１と接触させる。ステープル駆動器２５１１はステープル２５０５内に打ち込まれて、ステープル２５０５を、アンビル２５１６内に画定された、ステープル２５０５を成形するポケット２５０７の中まで組織を通して前進させることができる。
【００９０】
例示的なＩビーム２５１４発射行程は、エンドエフェクタ２５０２と位置合わせされたチャート２５２９により示される。例示的な組織２５２６もまた、エンドエフェクタ２５０２と位置合わせされて示される。発射部材行程は、行程開始位置２５２７、及び行程終了位置２５２８を備えることができる。Ｉビーム２５１４発射行程の間、Ｉビーム２５１４は行程開始位置２５２７から行程終了位置２５２８まで、遠位側に並進されることができる。Ｉビーム２５１４は、行程開始位置２５２７の１つの例示的な位置に示される。Ｉビーム２５１４発射部材行程チャート２５２９は、５つの発射部材行程領域２５１７、２５１９、２５２１、２５２３、２５２５を示す。第１の発射行程領域２５１７において、Ｉビーム２５１４は遠位側に前進を開始し得る。第１の発射行程領域２５２７において、Ｉビーム２５１４は、楔形スレッド２５１３と接触し、楔形スレッド２５１３を遠位側に移動させ始め得る。しかし、第１の領域にある間、刃先２５０９は組織と接触しなくてもよく、楔形スレッド２５１３はステープル駆動器２５１１と接触しなくてよい。静止摩擦が克服された後、第１の領域２５１７においてＩビーム２５１４を駆動する力は、実質的に一定であり得る。
【００９１】
第２の発射部材行程領域２５１９において、刃先２５０９は、組織２５２６と接触し、この組織２５２６の切断を開始し得る。また、楔形スレッド２５１３がステープル駆動器２５１１と接触し、ステープル２５０５の駆動を開始し得る。Ｉビーム２５１４を駆動する力は、増加し始め得る。図示するように、最初に遭遇する組織は、ステープルカートリッジ２５１８に対してアンビル２５１６が枢動する方法故に、圧縮され得、かつ／又はより薄くなり得る。第３の発射部材行程領域２５２１において、刃先２５０９は組織２５２６と継続して接触し、これを切断することができ、楔形スレッド２５１３はステープル駆動器２５１１に繰り返し接触し得る。Ｉビーム２５１４を駆動させる力は、第３の領域２５２１にて平坦であり得る。第４の発射行程領域２５２３により、Ｉビーム２５１４を駆動させる力は低下を始めることができる。例えば、第４の発射領域２５２３に対応するエンドエフェクタ２５０２の一部における組織は、アンビル２５１６の枢動点により近い組織よりも圧縮され場合があるため、切断する力をさほど必要としない。また、刃先２５０９及び楔形スレッド２５１３は、第４の領域２５２３にある間に、組織２５２６の末端に到達し得る。Ｉビーム２５１４が第５の領域２５２５に到達すると、組織２５２６は完全に切断され得る。楔形スレッド２５１３は、１つ又は２つ以上のステープル駆動器２５１１に、組織の末端にて、又はその付近にて接触し得る。第５の領域２５２５を通してＩビーム２５１４を前進させる力は低下し得、いくつかの実施例においては、第１の領域２５１７においてＩビーム２５１４を駆動させる力と同様であり得る。発射部材行程の終了時に、Ｉビーム２５１４は行程終了位置２５２８に到達し得る。図１８における、発射部材行程領域２５１７、２５１９、２５２１、２５２３、２５２５の配置は、一例でしかない。いくつかの実施例では、異なる領域は、例えば、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間の組織の配置に基づいて、エンドエフェクタ長手方向軸２５１５に沿った異なる位置にて開始し得る。
【００９２】
上述したように、そしてここで図１０〜１３を参照すると、外科用器具１０（図１〜４）のハンドル組立体内に配置された電動モータ１１２２を利用して、エンドエフェクタ２５０２内で捕捉される組織をステープル留め、及び／又は切開するために、シャフト組立体のエンドエフェクタ２５０２に対して、Ｉビーム２５１４を含む、シャフト組立体の発射システムを前進及び／又は後退させることができる。Ｉビーム２５１４は、所望の速度にて、又は所望の速度の範囲内で、前進又は後退させることができる。コントローラ１１０４は、Ｉビーム２５１４の速度を制御するように構成されることができる。コントローラ１１０４は、例えば電圧及び／若しくは電流などの、電動モータ１１２２に供給される、電力の様々なパラメータ、並びに／又は、電動モータ１１２２若しくは外的影響の他の操作パラメータに基づいて、Ｉビーム２５１４の速度を予測するように構成されてよい。コントローラ１１０４は、電動モータ１１２２に供給される電流及び／若しくは電圧の以前の値、並びに／又は、速度、加速度、及び／若しくは位置など、システムの以前の状態に基づいて、Ｉビーム２５１４の現在の速度を予想するように構成されてよい。コントローラ１１０４は、本明細書に記載する絶対配置センサシステムを利用して、Ｉビーム２５１４の速度を感知するように構成されてよい。コントローラは、Ｉビーム２５１４の予想速度と、感知したＩビーム２５１４の速度とを比較して、電動モータ１１２２への電力が、Ｉビーム２５１４の速度を増加させるために増加されるべきか、及び／又は、Ｉビーム２５１４の速度を低下させるために低下されるべきかを判定するように構成されてよい。米国特許第８，２１０，４１１号、表題「ＭＯＴＯＲ−ＤＲＩＶＥＮ  ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＣＵＴＴＩＮＧ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ」の全体が参照により本明細書に組み込まれる。米国特許第７，８４５，５３７号、表題「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴ  ＨＡＶＩＮＧ  ＲＥＣＯＲＤＩＮＧ  ＣＡＰＡＢＩＬＩＴＩＥＳ」の全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００９３】
Ｉビーム２５１４に作用する力は、様々な技術を用いて決定され得る。Ｉビーム２５１４の力は、モータ２５０４の電流を測定することにより決定され得、ここで、モータ２５０４の電流は、Ｉビーム２５１４が遠位側に前進する際にＩビーム２５１４が受ける負荷に基づいている。Ｉビーム２５１４の力は、駆動部材１２０（図２）、発射部材２２０（図２）、Ｉビーム２５１４（Ｉビーム１７８、図２０）、発射バー１７２（図２）、及び／又は刃先２５０９の近位端における、歪みゲージの配置により決定され得る。Ｉビーム２５１４の力は、所定の経過時間Ｔ１後に、モータ２５０４の現在の設定速度に基づく予想速度にて移動する、Ｉビーム２５１４の実際の位置を監視すること、及び、時間Ｔ１の終了時におけるモータ２５０４の現在の設定速度に基づき、Ｉビーム２５１４の予想位置に対するＩビーム２５１４の実際の位置を比較することにより決定され得る。それ故、Ｉビーム２５１４の実際の位置がＩビーム２５１４の予想位置より小さい場合、Ｉビーム２５１４にかかる力は公称力より大きい。逆に、Ｉビーム２５１４の実際の位置がＩビーム２５１４の予想位置より大きい場合、Ｉビーム２５１４にかかる力は公称力より小さい。Ｉビーム２５１４の実際の位置と予想位置との間の差は、公称力からの、Ｉビーム２５１４にかかる力の偏差に比例する。このような技術は代理人整理番号ＥＮＤ８１９５ＵＳＮＰに記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００９４】
図１４は、本開示の一態様に従った、変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされた外科用器具２５００のブロック図を示す。一態様では、外科用器具２５００は、Ｉビーム２５１４などの変位部材１１１１の遠位並進を制御するようにプログラムされる。外科用器具２５００は、アンビル２５１６、Ｉビーム２５１４（鋭利な刃先２５０９を含む）、及び着脱可能なステープルカートリッジ２５１８を備え得るエンドエフェクタ２５０２を備える。エンドエフェクタ２５０２、アンビル２５１６、Ｉビーム２５１４、及びステープルカートリッジ２５１８は、例えば図１〜１３に関して、本明細書に記載したとおりに構成され得る。
【００９５】
Ｉビーム２５１４などの直線変位部材１１１１の位置、移動、変位、及び／又は並進は、図１０〜１２に示され、かつ図１４の位置センサ２５３４として示される絶対位置決めシステム１１００、センサ機構１１０２、及び位置センサ１２００により測定することができる。Ｉビーム２５１４が長手方向に移動可能な駆動部材１２０に連結されているため、Ｉビーム２５１４の位置は、位置センサ２５３４を使用する長手方向に移動可能な駆動部材１２０の位置を測定することによって判定することができる。したがって、以下の説明では、Ｉビーム２５１４の位置、変位、及び／又は並進は、本明細書に記載される位置センサ２５３４によって達成され得る。図５Ａ及び５Ｂに記載される制御回路７００などの制御回路２５１０は、図１０〜１２に関連して記載されるように、Ｉビーム２５１４などの変位部材１１１１の並進を制御するようにプログラムされることができる。いくつかの実施例では、制御回路２５１０は、１つ又は２つ以上のマイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、又は１つ若しくは複数のプロセッサに、記載される方法で変位部材、例えばＩビーム２５１４を制御させる命令を実行するための他の好適なプロセッサを備えてもよい。一態様では、タイマー／計数回路２５３１は、経過時間又はデジタルカウントなどの出力信号を制御回路２５１０に提供して、位置センサ２５３４によって判定されたＩビーム２５１４の位置をタイマー／計数回路２５３１の出力と相関させ、その結果、制御回路２５１０は、開始位置に対する特定の時間（ｔ）におけるＩビーム２５１４の位置を決定することができる。タイマー／計数回路２５３１は、経過時間を測定するか、外部イベントを計数するか、又は外部イベントの時間を測定するように構成されてよい。
【００９６】
制御回路２５１０は、モータ設定点信号２５２２を生成してもよい。モータ設定点信号２５２２は、モータコントローラ２５０８に提供されてもよい。モータコントローラ２５０８は、本明細書に記載するように、モータ２５０４にモータ駆動信号２５２４を提供してモータ２５０４を駆動するように構成された１つ又は２つ以上の回路を備えてもよい。いくつかの実施例では、モータ２５０４は、図１、５Ｂ、１０に示すモータ８２、７１４、１１２０などの、ブラシ付きＤＣ電動モータであってよい。例えば、モータ２５０４の速度は、モータ駆動信号２５２４に比例してもよい。いくつかの例では、モータ２５０４はブラシレス直流（ＤＣ）電動モータであってもよく、モータ駆動信号２５２４は、モータ２５０４の１つ又は２つ以上の固定子巻線に提供されるパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を含んでもよい。また、いくつかの実施例では、モータコントローラ２５０８は省略されてもよく、制御回路２５１０がモータ駆動信号２５２４を直接生成してもよい。
【００９７】
モータ２５０４は、エネルギー源２５１２から電力を受け取ることができる。エネルギー源２５１２は、電池、超コンデンサ、又は任意の他の好適なエネルギー源２５１２であってもよく、あるいはそれを含んでもよい。モータ２５０４は、伝達装置２５０６を介してＩビーム２５１４に機械的に連結され得る。伝達装置２５０６は、モータ２５０４をＩビーム２５１４に連結するための１つ又は２つ以上の歯車又は他の連結構成要素を含んでもよい。位置センサ２５３４は、Ｉビーム２５１４の位置を感知し得る。位置センサ２５３４は、Ｉビーム２５１４の位置を示す位置データを生成することができる任意の種類のセンサであってもよく、又はそれを含んでもよい。いくつかの例では、位置センサ２５３４は、Ｉビーム２５１４が遠位側及び近位側に並進すると一連のパルスを制御回路２５１０に提供するように構成されたエンコーダを含んでもよい。制御回路２５１０は、パルスを追跡してＩビーム２５１４の位置を決定してもよい。例えば近接センサを含む他の好適な位置センサが使用されてもよい。他の種類の位置センサは、Ｉビーム２５１４の動きを示す他の信号を提供することができる。また、一部の実施例では、位置センサ２５３４は省略されてもよい。モータ２５０４がステップモータである場合、制御回路２５１０は、モータ２５０４が実行するように指示されたステップの数及び方向を合計することによって、Ｉビーム２５１４の位置を追跡することができる。位置センサ２５３４は、エンドエフェクタ２５０２内、又は器具の任意の他の部分に位置してもよい。
【００９８】
制御回路２５１０は、１つ又は２つ以上のセンサ２５３８と通信してもよい。センサ２５３８は、エンドエフェクタ２５０２上に位置付けられ、外科用器具２５００と共に動作して、間隙距離対時間、組織圧縮対時間、及びアンビル歪み対時間などの様々な導出パラメータを測定するように適合されてもよい。センサ２５３８は、磁気センサ、磁界センサ、歪みゲージ、圧力センサ、力センサ、渦電流センサなどの誘導センサ、抵抗センサ、容量センサ、光学センサ、及び／又はエンドエフェクタ２５０２の１つ又は２つ以上のパラメータを測定するための任意の他の好適なセンサを備えてもよい。センサ２５３８は、１つ又は２つ以上のセンサを含んでもよい。
【００９９】
１つ又は２つ以上のセンサ２５３８は、クランプ状態の間のアンビル２５１６における歪みの大きさを測定するように構成された、微小歪みゲージなどの歪みゲージを備えてもよい。歪みゲージは、歪みの大きさに伴って振幅が変動する電気信号を提供する。センサ２５３８は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に圧縮された組織が存在によって生成された圧力を検出するように構成された圧力センサを備えてもよい。センサ２５３８は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に位置する組織部分のインピーダンスを検出するように構成されてもよく、このインピーダンスは、それらの間に位置する組織の厚さ及び／又は充満度を示す。
【０１００】
センサ２５３８は、閉鎖駆動システム３０によってアンビル２５１６に及ぼされる力を測定するように構成され得る。例えば、１つ又は２つ以上のセンサ２５３８は、閉口管２６０によってアンビル２５１６に適用される閉鎖力を検出するために、閉口管２６０（図３）とアンビル２５１６との間の相互作用点に位置してもよい。アンビル２５１６に対して及ぼされる力は、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に捕捉された組織切片が受ける組織圧縮を表すものであり得る。１つ又は２つ以上のセンサ２５３８は、閉鎖駆動システム３０（図２）に沿った様々な相互作用点に配置されて、閉鎖駆動システム３０によってアンビル２５１６に適用される閉鎖力を検出することができる。１つ又は２つ以上のセンサ２５３８は、図５Ａ〜５Ｂに記載するプロセッサによるクランプ動作中にリアルタイムでサンプリングされてもよい。制御回路２５１０は、リアルタイムのサンプル測定値を受信して時間ベースの情報を提供及び分析し、アンビル２５１６に適用される閉鎖力をリアルタイムで評価する。
【０１０１】
モータ２５０４によって引き込まれる電流を測定するために、電流センサ２５３６を用いることができる。Ｉビーム２５１４を前進させるのに必要な力は、モータ２５０４によって引き込まれる電流に相当する。力はデジタル信号に変換されて、制御回路２５１０に提供される。
【０１０２】
図１〜１４に関連して本明細書に開示される器具の物理的性質を用い、かつ図１４を参照すると、制御回路２５１０は、コントローラのソフトウェア内の器具の実際のシステムの応答をシミュレートするように構成され得る。変位部材を作動させて、エンドエフェクタ２５０２内のＩビーム２５１４を目標速度又はその付近で移動させることができる。外科用器具２５００は、フィードバックコントローラを含むことができ、フィードバックコントローラは、例えば、ＰＩＤ、状態フィードバック、ＬＱＲ、及び／又は適応コントローラが挙げられるがこれらに限定されない、任意のフィードバックコントローラのうちのいずれか１つであってもよい。外科用器具２５００は、フィードバックコントローラからの信号を、例えば、ケース電圧、パルス幅変調（ＰＷＭ）電圧、周波数変調電圧、電流、トルク、及び／又は力などの物理的入力に変換するための電源を含むことができる。
【０１０３】
外科用器具２５００の実際の駆動システムは、歯車ボックス、並びに関節運動及び／又はナイフシステムへの機械的連結部を備えるブラシ付きＤＣモータによって、変位部材、切断部材、又はＩビーム２５１４を駆動するように構成されている。もう１つの例は、交換式シャフト組立体の、例えば、変位部材及び関節運動駆動器を操作する電動モータ２５０４である。外部影響とは、組織、周囲体、及び物理系上の摩擦などのものの、測定されていない予測不可能な影響である。こうした外部影響は、電動モータ２５０４に反して作用する障害と呼ばれることがある。障害などの外部影響は、物理系の動作を物理系の所望の動作から逸脱させることがある。
【０１０４】
外科用器具２５００の様々な態様を詳細に説明する前に、例示的態様が、適用又は使用において、添付の図面及び明細書で例示される部品の構造及び配置の詳細に限定されないことに留意されたい。例示的な態様は、他の態様、変形形態、及び修正で実施されるか、又はそれらに組み込まれてもよく、様々な方法で実施又は実行されてもよい。更に、特に明記しない限り、本明細書で用いられる用語及び表現は、読者の便宜のために例示的態様を説明する目的で選択されたものであり、それらを限定するためのものではない。更に、以下に記述される態様、態様の具現、及び／又は実施例のうち１つ又は２つ以上を、以下に記述される他の態様、態様の具現、及び／又は実施例のうち任意の１つ又は２つ以上と組み合わせることができるものと理解されたい。
【０１０５】
様々な例示的態様が、モータ駆動の外科用ステープル留め及び切断器具を有するエンドエフェクタ２５０２を備える外科用器具２５００に関する。例えば、モータ２５０４は、エンドエフェクタ２５０２の長手方向軸に沿って遠位側及び近位側に変位部材を駆動してもよい。エンドエフェクタ２５０２は、枢動可能なアンビル２５１６と、使用のために構成されるときは、アンビル２５１６の反対側に位置付けられたステープルカートリッジ２５１８と、を備えてもよい。臨床医は、本明細書に記載されるように、アンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に組織を把持してもよい。器具２５００を使用する準備が整うと、臨床医は、例えば器具２５００のトリガを押すことによって発射信号を提供してもよい。発射信号に応答して、モータ２５０４は、変位部材をエンドエフェクタ２５０２の長手方向軸に沿って、近位の行程開始位置から行程開始位置の遠位にある行程終了位置まで遠位側に駆動することができる。変位部材が遠位側に並進すると、遠位端に位置付けられた切断要素を備えるＩビーム２５１４は、ステープルカートリッジ２５１８とアンビル２５１６との間の組織を切断することができる。
【０１０６】
様々な実施例において、外科用器具２５００は、１つ又は２つ以上の組織状態に基づいて、例えばＩビーム２５１４などの変位部材の遠位並進を制御するようにプログラムされた制御回路２５１０を備えてもよい。制御回路２５１０は、本明細書に記載されるように、直接的に又は間接的にのいずれかで、厚さなどの組織状態を感知するようにプログラムされてもよい。制御回路２５１０は、組織状態に基づいて発射制御プログラムを選択するようにプログラムされてもよい。発射制御プログラムは、変位部材の遠位運動を記述することができる。様々な組織状態をより良好に処理するために様々な発射制御プログラムを選択することができる。例えば、より厚い組織が存在する場合、制御回路２５１０は、変位部材をより低い速度で、かつ／又はより低電力で並進させるようにプログラムされてもよい。より厚い組織が存在する場合、制御回路２５１０は、変位部材をより高い速度で、かつ／又はより高電力で並進させるようにプログラムされてもよい。
【０１０７】
いつくかの実施例では、制御回路２５１０は、最初に、モータ２５０４を、変位部材の行程の第１の開ループ部分では開ループ構成で動作させてもよい。行程の開ループ部分の間の器具２５００の応答に基づいて、制御回路２５１０は、発射制御プログラムを選択してもよい。器具の応答としては、開ループ部分の間の変位部材の並進距離、開ループ部分の間に経過する時間、開ループ部分の間にモータ２５０４に提供されるエネルギー、モータ駆動信号のパルス幅の合計などが挙げられ得る。開ループ部分の後、制御回路２５１０は、変位部材行程の第２の部分に対して、選択された発射制御プログラムを実施してもよい。例えば、行程の閉ループ部分の間、制御回路２５１０は、変位部材の位置を記述する並進データに基づいてモータ２５０４を閉ループ式に変調して、変位部材を一定速度で並進させてもよい。
【０１０８】
図１５は、本開示の一態様に従い実施される、２つの例示的変位部材行程をプロットした図２５８０を示す。図２５８０は、２つの軸を含む。横軸２５８４は経過時間を示す。縦軸２５８２は、行程開始位置２５８６と、行程終了位置２５８８との間での、Ｉビーム２５１４の位置を示す。横軸２５８４において、制御回路２５１０は発射信号を受信し、ｔ０において初期のモータ設定の提供を開始することができる。変位部材行程の開ループ位置は、ｔ０〜ｔ１の間で経過し得る初期期間である。
【０１０９】
第１の例２５９２は、厚い組織がアンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に配置されたときの、外科用器具２５００の応答を示す。変位部材行程の開ループ位置、例えば、ｔ０〜ｔ１の間での初期期間の間に、Ｉビーム２５１４は行程開始位置２５８６から位置２５９４まで横断することができる。制御回路２５１０は、位置２５９４が、ｔ１（例えば、閉ループ位置）後の、例２５９２の傾きにより示される、選択された一定の速度（Ｖｓｌｏｗ）における、Ｉビーム２５１４を前進させる発射制御プログラムに対応することを判定することができる。Ｉビーム２５１４の位置を監視し、モータ設定値２５２２及び／又はモータ駆動信号２５２４を調節してＶｓｌｏｗを維持することにより、制御回路２５１０は、Ｉビーム２５１４を速度Ｖｓｌｏｗまで駆動することができる。第２の例２５９０は、薄い組織がアンビル２５１６とステープルカートリッジ２５１８との間に配置されたときの、外科用器具２５００の応答を示す。
【０１１０】
ｔ０〜ｔ１の間の初期時間（例えば、開ループ期間）の間に、Ｉビーム２５１４は行程開始位置２５８６から位置２５９６まで横断することができる。制御回路は、位置２５９６が、選択された一定の速度（Ｖｆａｓｔ）にて変位部材を前進させる発射制御プログラムに対応することを判定することができる。例２５９０における組織は、例２５９２における組織よりも薄いため、Ｉビーム２５１４の移動に対する抵抗は少なくなり得る。結果的に、Ｉビーム２５１４は、初期時間の間、行程のより大きな部分を横断することができる。また、いくつかの例において、より薄い組織（例えば、初期時間の間に横断される変位部材行程の、より大きな部分）は、初期時間後の、より高い変位部材速度に対応し得る。
【０１１１】
図１６〜２１は、エンドエフェクタ２３００が、本開示の一態様に従い、関節運動継手２２７０を中心にして、細長シャフト組立体２２００に対してどのように関節運動することができるかを示す、外科用器具２０１０のエンドエフェクタ２３００を示す。図１６は、明確化のために一部が取り除かれた、非関節運動配向にある細長シャフト組立体２２００を示すエンドエフェクタ２３００の一部の部分斜視図である。図１７は、非関節運動配向にある細長シャフト組立体２２００を示す、図１６のエンドエフェクタ２３００の斜視図である。図１８は、細長シャフト組立体２２００を示す、図１６のエンドエフェクタ２３００の分解組立斜視図である。図１９は、非関節運動配向にある細長シャフト組立体２２００を示す、図１６のエンドエフェクタ２３００の平面図である。図２０は、第１の関節運動の配向にある細長シャフト組立体２２００を示す、図１６のエンドエフェクタ２３００の平面図である。図２１は、第２の関節運動の配向にある細長シャフト組立体２２００を示す、図１６のエンドエフェクタ２３００の平面図である。
【０１１２】
ここで図１６〜２１を参照すると、エンドエフェクタ２３００は、組織を切断してステープル留めするように適合され、中に外科用ステープルカートリッジ２３０４を動作可能に支持するように構成された細長通路２３０２の形態の、第１の顎部を含む。エンドエフェクタ２３００は、細長通路２３０２上で、エンドエフェクタ２３００に対する動きのために支持される、アンビル２３１０の形態の第２の顎部を更に備える。細長シャフト組立体２２００は、関節運動ロック２８１０を用いる関節運動システム２８００を含む。関節運動ロック２８１０は、様々な関節運動位置に外科用エンドエフェクタ２３００を選択的にロックするように構成及び動作され得る。このような機構は、関節運動ロック２８１０がロック解除状態にあるときに、外科用エンドエフェクタ２３００がシャフト閉鎖スリーブ２６０に対して回転、即ち関節運動することを可能にする。特に図１８を参照すると、細長シャフト組立体２２００はスパイン２１０を含んでおり、このスパインは、（１）中に発射部材２２０を摺動可能に支持し、（２）スパイン２１０の周りに延びる閉鎖スリーブ２６０（図１６）を摺動可能に支持する、ように構成されている。シャフト閉鎖スリーブ２６０は、二重枢動閉鎖スリーブ組立体２７１によって閉鎖スリーブ２６０に枢動可能に取り付けられるエンドエフェクタ閉鎖スリーブ２７２に取り付けられている。
【０１１３】
スパイン２１０はまた、近位関節運動駆動器２３０を摺動可能に支持する。近位関節運動駆動器２３０は、関節運動ロック２８１０と動作可能に係合するように構成された遠位端２３１を有する。関節運動ロック２８１０は、本明細書に開示される様々な方式でスパイン２１０に取り付けられるシャフトフレーム２８１２を更に備えている。シャフトフレーム２８１２は、中で遠位関節運動駆動器２８２０の近位部分２８２１を移動可能に支持するように構成されている。遠位関節運動駆動器２８２０は、それに加えられた関節運動制御モーションに応答して、シャフト軸ＳＡ−ＳＡから横方向に偏位しかつシャフト軸ＳＡ−ＳＡに対して平行である関節運動軸ＡＡＡに沿って、遠位方向ＤＤ及び近位方向ＰＤに選択的に長手方向に移動するように、細長シャフト組立体２２００内で移動可能に支持されている。
【０１１４】
図１７及び１８において、シャフトフレーム２８１２は、その上に形成された枢動ピン２８１８を有する遠位端部分２８１４を含む。枢動ピン２８１８は、エンドエフェクタ装着組立体２３９０の枢動ベース部分２３９５に形成された枢動ホール２３９７内に枢動可能に受容されるように適合されている。エンドエフェクタ装着組立体２３９０は、ばねピン２３９３又は等価物により、細長通路２３０２の近位端２３０３に取り付けられている。枢動ピン２８１８は、シャフト軸ＳＡ−ＳＡを横切る関節運動軸Ｂ−Ｂを画定し、シャフトフレーム２８１２に対する関節運動軸Ｂ−Ｂを中心にしたエンドエフェクタ２３００の、枢動移動（例えば関節運動）を容易にする。
【０１１５】
図１８に示すように、リンクピン２８２５が遠位関節運動リンク２８２０の遠位端２８２３上に形成されており、クロスリンク２９００の近位端２９０２のホール２９０４内に受容されるように構成されている。クロスリンク２９００は、シャフト軸ＳＡ−ＳＡを横断して延びており、遠位端部分２９０６を含んでいる。遠位リンクホール２９０８がクロスリンク２９００の遠位端部分２９０６を通して設けられており、エンドエフェクタ装着組立体２３９０の枢動ベース部分２３９５の底部から延びるベースピン２３９８を中に枢動可能に受容するように構成されている。ベースピン２３９５は、関節運動軸Ｂ−Ｂに平行な連結軸ＬＡを画定する。図１７及び２０は、非関節運動位置にある外科用エンドエフェクタ２３００を示す。細長通路２３０２によって画定されるエンドエフェクタ軸ＥＡは、シャフト軸ＳＡ−ＳＡと整列される。「と整列される」という用語は、シャフト軸ＳＡ−ＳＡと「同軸状に整列される」か又はシャフト軸ＳＡ−ＳＡと平行であることを意味し得る。遠位関節運動駆動器２８２０が近位方向ＰＤへ移動することにより、クロスリンク２９００が、図１９に示すように関節運動軸Ｂ−Ｂを中心として時計回りのＣＷ方向に外科用エンドエフェクタ２３００を引き込むことになる。遠位関節運動駆動器２８２０が遠位方向ＤＤへ移動することにより、クロスリンク２９００が、図２１に示すように関節運動軸Ｂ−Ｂを中心として反時計回りのＣＣＷ方向に外科用エンドエフェクタ２３００を移動させることになる。図２１に示すように、クロスリンク２９００は湾曲形状を有しており、この湾曲形状は、外科用エンドエフェクタ２３００がその方向に関節運動されるときに、クロスリンク２９００を関節運動ピン２８１８の周りに湾曲させることを可能にするものである。外科用エンドエフェクタ２３００がシャフト軸ＳＡ−ＳＡの両側で完全関節運動位置にあるとき、エンドエフェクタ軸ＥＡとシャフト軸ＳＡ−ＳＡとの間の関節運動角度２７００は約６５度（６５°）である。したがって、シャフト軸のいずれかの位置における関節運動の範囲は、１度（１°）から６５度（６５°）である。
【０１１６】
図１９は、一態様に従った、直線位置、即ち、シャフト軸ＳＡとして記載される長手方向に対するゼロ角度θ０における、関節運動継手２２７０を示す。図２０は、一態様に従った、シャフト軸ＳＡとエンドエフェクタ軸ＥＡとの間で画定される第１の角度θ１における、一方向に関節運動された、図１９の関節運動継手２２７０を示す。図２１は、シャフト軸ＳＡとエンドエフェクタ軸ＥＡとの間で画定された第２の角度θ２における、別の方向に関節運動された、図１９の関節運動継手２２７０を示す。
【０１１７】
図１６〜２１の外科用エンドエフェクタ２３００は、本明細書に記載される様々な種類及び構成の発射部材２２０を用いる、外科用切断及びステープル留め装置を備える。しかしながら、外科用エンドエフェクタ２３００は、組織を切断及び／又はステープル留めしない他の形態の外科用エンドエフェクタを備えてもよい。中央支持部材２９５０がスパイン２１０に対して枢動可能にまた摺動可能に支持されている。図１８において、中央支持部材２９５０はスロット２９５２を含んでおり、このスロットは、スパイン２１０から突出するピン２９５４をその中に受容するように適合されている。これにより、中央支持部材２９５０は、外科用エンドエフェクタ２３００が関節運動されるときに、ピン２９５４に対して枢動及び並進することが可能となる。枢動ピン２９５８が中央支持部材２９５０の下側から突出しており、エンドエフェクタ装着組立体２３９０のベース部分２３９５に設けられた対応する枢動ホール２３９９内に枢動可能に受容されるようになっている。中央支持部材２９５０は、それを通じて発射部材２２０を受容するためのスロット２９６０を更に含む。中央支持部材２９５０は、発射ビーム２２０が外科用エンドエフェクタ２３００の関節運動に適応するように屈曲するときに、発射部材２２０に側方支持をもたらすように働く。
【０１１８】
外科用器具は、エンドエフェクタ２３００が配向される角度を決定するように、更に構成されることができる。様々な態様において、センサ機構１１０２の位置センサ１１１２は例えば、とりわけ、１つ又は２つ以上の磁気センサ、アナログ回転センサ（電位差計など）、アナログホール効果センサの配列を備えてもよく、これらは、位置信号又は値の固有の組み合わせを出力するものである。一態様では、図１６〜２１に示す態様の関節運動継手２２７０は更に、角度位置、即ちエンドエフェクタ２３００の関節運動角度を決定し、それに対応する固有の位置信号を提供するように構成された、関節運動センサ機構を備えることができる。
【０１１９】
関節運動センサ機構は、上述し、図１０〜１２に示したセンサ機構１１０２に類似であってもよい。本態様において、関節運動センサ機構は、関節運動継手２２７０の回転と一致して回転するように、関節運動継手２２７０に動作可能に連結された、位置センサ及び磁石を備えることができる。磁石は例えば、枢動ピン２８１８に連結されることができる。位置センサは、ホール効果センサなどの、１つ又は２つ以上の磁気検出素子を備え、関節運動継手２２７０内に、又は関節運動継手２２７０に隣接してのいずれかで、磁石に近接して配置される。したがって、磁石が回転すると、位置センサの磁気検出素子は、磁石の絶対角度位置を決定する。磁石が関節運動継手２２７０に連結されると、位置センサに対する磁石の角度位置は、エンドエフェクタ２３００の角度位置に対応する。したがって、関節運動センサ機構は、エンドエフェクタが関節運動すると、エンドエフェクタの角度位置を決定することができる。
【０１２０】
別の態様においては、外科用器具は、関節運動駆動器２３０（図３）の絶対位置を監視することにより間接的に、エンドエフェクタ２３００が配置された角度を決定するように構成される。関節運動駆動器２３０の位置が、エンドエフェクタ２３００が既知の方法で配向される角度に対応すると、関節運動駆動器２３０の絶対位置を追跡し、次いでエンドエフェクタ２３００の角度位置に並進することができる。本態様において、外科用器具は、関節運動駆動器２３０の絶対直線位置を決定し、それに対応する固有の位置信号を提供するように構成された、関節運動センサ機構を備える。いくつかの態様において、関節運動センサ機構、又は関節運動センサ機構に動作可能に連結されたコントローラは、更に、固有の位置信号により、エンドエフェクタ２３００の角度位置を並進させる、又は計算するように構成される。
【０１２１】
本態様における関節運動センサ機構は同様に、上述し、図１０〜１２に示したセンサ機構１１０２に類似であってもよい。変位部材１１１１に関して図１０に示した態様に類似する一態様において、関節運動センサ機構は、位置センサ、及び長手方向に移動可能な関節運動駆動器２３０の、各完全行程毎に１回転する磁石を備える。位置センサは、ホール効果センサなどの１つ又は２つ以上の磁気検出素子を備え、磁石に近接して配置される。したがって、磁石が回転すると、位置センサの磁気検出素子が、１回転にわたって磁石の絶対角度位置を決定する。
【０１２２】
一態様では、位置センサに関連付けられたセンサ素子の１回転は、長手方向に移動可能な関節運動駆動器２３０の長手方向直線変位ｄ１に相当する。換言すれば、ｄ１は、長手方向に移動可能な関節運動駆動器２３０に連結されたセンサ素子が１回転した後の、長手方向に移動可能な関節運動駆動器２３０が点「ａ」から点「ｂ」まで移動する長手方向直線距離である。関節運動センサ機構は、位置センサが長手方向に移動可能な関節運動駆動器２３０の完全行程に対して１回転のみを完了する結果をもたらす、歯車の減速を介して接続されてもよい。換言すれば、ｄ１は、関節運動駆動器２３０の完全行程に等しくてもよい。次に位置センサは、図１０に示した態様などにおける、関節運動駆動器２３０の絶対位置に対応する固有の位置信号をコントローラ１１０４に伝達するように構成される。固有の位置信号を受信すると、次にコントローラ１１０４は、例えば、エンドエフェクタ２３００の、事前計算した角度位置の値を返す参照表をクエリする、アルゴリズムにより、関節運動駆動器２３０の直線位置を入力として利用する、エンドエフェクタ２３００の角度位置を計算する、又は、当分野で既知の任意の他の、このような方法を実施することにより、関節運動駆動器２３０の直線位置に対応するエンドエフェクタの角度位置を決定するための論理を実行するように構成されている。
【０１２３】
様々な態様において、例えば、全磁場を測定するか磁場のベクトル成分を測定するかによって分類される磁気センサなど、任意の数の磁気検出素子が関節運動センサ機構に用いられてよい。利用した磁気検出素子の数は、関節運動センサ機構により感知される所望の解像度に対応する。換言すれば、使用する磁気検出素子の数が増えれば増えるほど、関節運動センサ機構により感知され得る関節運動の程度は、より微細になる。両タイプの磁気センサを生産するために用いられる技術は、物理学及び電子工学の多数の側面を含んでいる。磁場検出に用いられる技術として、とりわけ、探りコイル、フラックスゲート、光ポンピング、核摂動、ＳＱＵＩＤ、ホール効果、異方性磁気抵抗、巨大磁気抵抗、磁気トンネル接合、巨大磁気インピーダンス、磁歪／圧電複合材、磁気ダイオード、磁気トランジスタ、光ファイバ、光磁気、及び微小電気機械システム系の磁気センサが挙げられる。
【０１２４】
一態様では、関節運動センサ機構の様々な態様における位置センサは、変位部材１１１１の位置を追跡するために、図１２に示した配置システムと同様の方法で実装することができる。このような一態様において、関節運動センサ機構は、Ａｕｓｔｒｉａ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ，ＡＧから入手可能なＡＳ５０５５ＥＱＦＴシングルチップ磁気回転位置センサとして実装されてもよい。位置センサはコントローラと連係して、直接又は間接的のいずれかで、エンドエフェクタ２３００の絶対角度位置を決定するための絶対位置決めシステムを提供する。位置センサは、低電圧低電力の構成要素であり、磁石１２０２（図１１）の上方に位置する位置センサ１２００の領域１２３０に、４つのホール効果素子１２２８Ａ、１２２８Ｂ、１２２８Ｃ、１２２８Ｄを含む。また、高解像度ＡＤＣ１２３２及びスマート電力管理コントローラ１２３８がチップ上に設けられている。加算、減算、ビットシフト、及びテーブル参照演算のみを必要とする、双曲線関数及び三角関数を計算する簡潔かつ効率的なアルゴリズムを実装するために、１桁毎の方法とボルダーアルゴリズム（Volder's algorithm）でも知られる、ＣＯＲＤＩＣ（座標回転デジタルコンピュータ）プロセッサ１２３６が設けられる。角度位置、アラームビット、及び磁界情報は、ＳＰＩインタフェース１２３４などの標準的なシリアル通信インタフェースを介してコントローラ１１０４に伝送される。位置センサ１２００は、１２ビット又は１４ビットの解像度を提供する。位置センサ１２００は、小型のＱＦＮ１６ピン４×４×０．８５ｍｍパッケージで提供されるＡＳ５０５５チップであってもよい。
【０１２５】
図１〜４、及び１０〜２１を参照すると、関節運動継手２２７０の位置、及びＩビーム１７８（図４）の位置を、絶対位置決めシステム１１００からの絶対位置フィードバック信号／値を用いて判定することができる。一態様では、関節運動角度θは、外科用器具１０の駆動部材１２０に基づいて相当に正確に決定することができる。上で概説したように、長手方向に移動可能な駆動部材１２０（図２）の移動は、絶対位置決めシステム１１００によって追跡されることができ、例えば、関節運動駆動器がクラッチ組立体４００（図３）によって発射部材２２０（図３）に動作可能に連結されると、絶対位置決めシステム１１００は実質的に、駆動部材１２０を介して関節運動システムの移動を追跡することができる。関節運動システムの移動を追跡した結果として、外科用器具のコントローラは、例えばエンドエフェクタ２３００などの、エンドエフェクタ２３００の関節運動角度θを追跡することができる。様々な状況において、結果として、関節角度θは、駆動部材１２０の長手方向変位ＤＬの関数として決定することができる。駆動部材１２０の長手方向変位ＤＬは、絶対位置決めシステム１１００により提供される絶対位置信号／値に基づき正確に決定することができるため、関節運動角度θは、長手方向変位ＤＬの関数として決定することができる。
【０１２６】
別の態様では、関節運動角度θは、関節運動継手２２７０上にセンサを配置することにより、決定することができる。センサは、関節運動継手２２７０の絶対回転を測定するように適合された絶対位置決めシステム１１００を使用して、関節運動継手２２７０の回転を感知するように構成され得る。例えば、センサ機構１１０２は、位置センサ１２００、磁石１２０２、及び、関節運動継手２２７０の回転を感知するように適合された磁石ホルダ１２０４を備える。位置センサ１２００は、ホール素子などの１つ又は２つ以上の磁気検出素子を備え、磁石１２０２に近接して配置されている。図１２に示す位置センサ１２００は、関節運動継手２２７０の回転角度を測定するように適合され得る。したがって、磁石１２０２が回転すると、位置センサ１２００の磁気検出素子は、関節運動継手２２７０上に位置する磁石１２０２の絶対角度位置を決定する。この情報は、関節運動継手２２７０の関節運動角度を計算するために、マイクロコントローラ１１０４に提供される。したがって、エンドエフェクタ２３００の関節運動角度は、関節運動継手２２７０の絶対回転を測定するように適合された、絶対位置決めシステム１１００により決定することができる。
【０１２７】
一態様では、Ｉビーム１７８の発射速度又は速度は、エンドエフェクタ２３００関節運動角度に応じて変化し、本明細書で論じる発射駆動システム８０のその他の部品の中でも、発射駆動システム８０における力対発射、特に、Ｉビーム１７８の力対発射を低下させることができる。エンドエフェクタ２３００関節運動角度に応じて、Ｉビーム１７８の変更可能な発射力を適合させるために、変更可能なモータ制御電圧をモータ８２に印加して、モータ８２の速度を制御することができる。モータ８２の速度は、エンドエフェクタ２３００の関節運動角度に基づいて、Ｉビーム１７８発射力と異なる最大閾値とを比較することにより制御することができる。電動モータ８２の速度は、例えば、モータ８２に適用される電圧、電流、パルス幅変調（ＰＷＭ）、又はデューティサイクル（０〜１００％）を調節することにより変化することができる。
【０１２８】
関節運動継手２２７０の関節運動角度を測定し、外科用器具１０（図１〜４）の発射駆動システム８０を用いる、長手方向に移動可能な駆動部材１２０、発射部材２２０、発射バー１７２、又はＩビーム１７８を駆動するための技術を説明してきたが、ここから説明は、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に基づく、Ｉビーム２５１４、又は発射バー２５２０の発射速度又は速度を制御するための様々な技術を説明するための、図１３、１４、及び２２〜２７に移る。
【０１２９】
図２２は、本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、エンドエフェクタ２５０２の関節角度の関数としての、Ｉビーム２５１４発射速度（速度）のグラフ４５００である。横軸４５０２は、例えば、−６５°〜＋６５°で変化するエンドエフェクタ２５０２の関節運動角度を表し、縦軸４５０４は、０〜１．０Ｙｍｍ／秒（Ｙは計数逓減率である）のＩビーム２５１４の発射速度を表す。例えば、Ｙ＝２０のとき、縦軸４５０４は０から２０ｍｍ／秒までスケールされる。曲線４５０６は、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度が−６５°から＋６５°まで変化すると、Ｅビーム２５１４の発射速度が非線形的に変化し、０°を中心にして対称であることを示す。Ｉビーム２５１４の最大発射速度（１．０Ｙ）は、エンドエフェクタ２３００の０°の関節運動角度において、換言すれば、エンドエフェクタ軸ＥＡ及びシャフト軸ＳＡが整列したときに生じる。エンドエフェクタ２５０２が０°から＋６５°まで、又は０°から−６５°まで関節運動すると、Ｉビーム２５１４の発射速度は１．０Ｙから０．５Ｙまで、非線形的に低下する。
【０１３０】
図２３は、本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、Ｉビーム２５１４の発射行程変位に応じた、Ｉビーム２５１４の発射力のグラフ４５１０である。横軸４５１２は、０ｍｍ（発射行程の開始）から１．０Ｘｍｍ（発射行程の終了）までの、Ｉビーム２５１４の発射行程変位を表し、ここで、Ｘはステープラーカートリッジの呼び長さと関連した、計数逓減率である。ステープラーカートリッジの呼び長さは例えば、１０〜６０ｍｍｍの範囲である。縦軸４５１４は、０〜１．００Ｙ  Ｎ（ニュートン）のＩビーム２５１４の発射力を表し、ここでＹは計数逓減率である。一態様では、発射部材２５２０の力は、０〜９００Ｎ（０〜２０２．３２８ポンド−力）で変化する。グラフ４５１０は、３つの値、４５１６、４５１８、４５２０を示す。第１の曲線４５１６は、Ｉビーム２５１４が一定の速度で遠位側に前進するときの、エンドエフェクタ２５０２の０°の関節運動角度（エンドエフェクタ軸ＥＡとシャフト軸ＳＡが整列している）における、Ｉビーム２５１４の発射行程変位の関数としての、Ｉビーム２５１４の発射力を示す。第２の曲線４５１８は、Ｉビーム２５１４が一定の速度で遠位側に前進するときの、エンドエフェクタ２５０２の±６５°の関節運動角度における、Ｉビーム２５１４の発射行程変位の関数としての、Ｉビーム２５１４の発射力を表す。換言すれば、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に応じて、モータ２５０４の速度が変化することはない。第１の曲線４５１６に対する第２の曲線４５２０により示されるように、Ｉビーム２５１４の発射行程変位の関数としてのＩビーム２５１４の力は、エンドエフェクタ２５０２の±６５°の関節運動角度において、Ｉビーム２５１４が一定速度で遠位側に前進するときより大きい。第３の曲線４５２０は、例えば図２２に示す、エンドエフェクタ２５０２の±６５°の関節運動角度に応じて、モータ２５０４の速度を変化させることにより成し遂げられる、Ｉビーム２５１４の発射行程変位の関数としての、全体的により小さいＩビーム２５１４の発射力を示す。
【０１３１】
発射部材２５２０に作用する力は、様々な技術を用いて決定され得る。一態様では、発射部材の力はモータ２５０４の電流を測定することにより決定され得、ここで、モータ２５０４の電流は、発射部材２５２０が遠位側に前進する際に発射部材２５２０が受ける負荷に基づいている。別の態様においては、Ｉビーム２５１４の発射力は、駆動部材１２０（図２）、発射部材２２０（図２）、発射部材２５２０、発射バー１７２（図２）、及び／又はＩビーム２５１４、１７８（図４）に歪みゲージを配置することにより決定され得る。更に別の態様では、Ｉビーム２５１４の発射力は、所定の経過時間Ｔ１後に、モータ２５０４の現在の設定速度に基づく予想速度にて移動する、Ｉビーム２５１４の実際の位置を監視すること、及び、時間Ｔ１の終了時におけるモータ２５０４の現在の設定速度に基づき、Ｉビーム２５１４の予想位置に対するＩビーム２５１４の実際の位置を比較することにより決定され得る。それ故、Ｉビーム２５１４の実際の位置がＩビーム２５１４の予想位置より小さい場合、Ｉビーム２５１４にかかる力は公称力より大きい。逆に、Ｉビーム２５１４の実際の位置がＩビーム２５１４の予想位置より大きい場合、Ｉビーム２５１４にかかる力は公称力より小さい。Ｉビーム２５１４の実際の位置と予想位置との間の差は、公称力からの、Ｉビーム２５１４にかかる力の偏差に比例する。後者の技術は、同日に出願された、同一所有者の代理人整理番号ＥＮＤ８１９５ＵＳＮＰに記載されており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。Ｉビーム２５１４の発射力は、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に応じて変化するため、モータ２５０４に印加される制御電圧を変化させて、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に関連した異なる最大電流閾値により、モータ２５０４の速度を制御することを用いることで、Ｉビーム２５１４にかかる発射力、及びＩビーム２５１４が一般的な力対発射を低下させることができる。本技術を、図２３に関連して以下で説明する。
【０１３２】
図２４は、本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、Ｉビーム２５１４の発射行程変位に応じた、Ｉビーム２５１４の発射力のグラフ４５３０である。横軸４５３２は、０〜１．０Ｘｍｍでの発射行程変位を表し、ここで、Ｘはステープラーカートリッジの呼び長さと関連した、計数逓減率である。ステープラーカートリッジの呼び長さは例えば、１０〜６０ｍｍｍの範囲である。縦軸４５３４は、０〜１．００Ｙ  ＮのＩビーム２５１４の発射力を表し、ここでＹは計数逓減率である。一態様では、Ｉビーム２５１４の発射力は０〜９００Ｎ（０〜２０２．３２８ポンド−力）で変化する。グラフ４５３０は、Ｉビーム２５１４における発射力、及び力対発射を低下させるための、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に基づいた３つの曲線４５３６、４５３８、４５４０、及び２つの閾値４５４２、４５４４を示す。第１の曲線４５３６は、Ｉビーム２５１４が一定速度で遠位側に前進するときの、エンドエフェクタ２５０２の０°の関節運動角度（エンドエフェクタ軸ＥＡとシャフト軸ＳＡが整列している）における、発射行程変位の関数としてのＩビーム２５１４の発射力を表す。第２の曲線４５３８は、発射部材が、関節運動角度より設定された変更可能な速度にて遠位側に前進するときの、エンドエフェクタ２５０２の６５°の関節運動角度における、Ｉビーム２５１４の発射行程変位の関数としての、Ｉビーム２５１４の発射力を表す。第３の曲線４５４０は、Ｉビーム２５１４が、実際の電池容量（Ｖ−Ａ）制限を有しながら一定の所望の速度にて前進するときの、エンドエフェクタ２５０２の６５°の関節運動角度における、Ｉビーム２５１４の発射行程変位の関数としての、Ｉビーム２５１４の発射力を表す。
【０１３３】
グラフ４５３０は、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に基づく、変更可能なＩビーム２５１４の発射力トリガ閾値４５４２、４５４４もまた示し、Ｉビーム２５１４の発射行程を通して、変更可能なＩビーム２５１４の発射速度をもたらす。上限閾値４５４２は、エンドエフェクタ２５０２の６５°の関節運動角度に対するものであり、下限閾値４５４４は、エンドエフェクタ２５０２の０°の関節運動角度に対するものである。エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度を６５°に設定すると、Ｉビーム２５１４は、Ｉビーム２５１４の発射力が上限閾値４５４２を超えるまで、変更可能な速度にて前進し、この閾値を超えたとき、アルゴリズムが、Ｉビーム２５１４の発射力が、Ｉビーム２５１４の発射力の上限閾値４５４２を下回るまで、モータ２５０４の速度を所望の速度に調節し、その後、モータ２０５４の速度を一定に維持する。Ｉビーム２５１４は次に、一定の所望の速度にて遠位側に前進する。エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度を０°に設定すると、Ｉビーム２５１４は、Ｉビーム２５１４の発射力が下限閾値４５４４を超えるまで、変更可能な速度にて前進し、この閾値を超えたとき、アルゴリズムがモータ２５０４の速度を、一定の所望の速度に調節する。Ｉビーム２５１４は、一定の所望の速度にて遠位側に前進する。この動作は、図２４に関連して更に以下で説明する。上限閾値４５４２及び下限閾値４５４４、並びに、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に基づいて変化する、これらの間の介在閾値は、ステープラーカートリッジ２５１８の発射行程変位を横切って非線形である。他の態様では、閾値４５４２、４５４４は不変量での直線であってよく、又は傾斜した直線であってよい。閾値４５４２、４５４４は、Ｉビーム２５１４の発射力がどのように決定されるかに関係なく、Ｉビーム２５１４の発射力を表す。
【０１３４】
上述のように、Ｉビーム２５１４の発射力は、モータ２５０４の電流、歪みゲージにより決定されてもよい、又は、設定されたモータ２５０４の速度にて遠位側に前進するＩビーム２５１４の予想位置に対して、所定の期間ｔ１でのＩビーム２５１４の実際の位置を比較することにより表されてもよい。後者の構成において、図２５もまた参照すると、外科用器具は、制御回路２５１０に連結されたタイマー／計数回路２５３１を更に含み、ここで、タイマー／計数回路２５３１は経過時間を測定するように構成される。制御回路２５１０は、モータ２５０４の速度を設定し、位置センサ２５３４からＩビーム２５１４の初期位置を受信し、タイマー／計数回路２５３１から、Ｉビーム２５１４の初期位置に対応する参照時間ｔ１を受信し、かつ設定したモータ２５０４の速度に基づき、時間ｔ２におけるＩビーム２５１４の予想位置を決定するように構成されている。制御回路２５１０は更に、位置センサ２５３４から、時間ｔ２におけるＩビーム２５１４の実際の位置を受信し、時間ｔ２におけるＩビーム２５１４の実際の位置と、時間ｔ２におけるＩビーム２５１４の予想位置とを比較し、時間ｔ２におけるＩビーム２５１４の実際の位置と、時間ｔ２におけるＩビーム２５１４の予想位置との間の差に基づき、Ｉビーム２５１４にかかる発射力を決定するように構成されている。
【０１３５】
図２５は、本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、Ｉビーム２５１４の発射行程変位の関数としての、Ｉビーム２５１４の発射速度のグラフ４５５０である。横軸４５５２は、０〜１．０ＸｍｍのＩビーム２５１４の発射行程変位を表し、ここで、Ｘはステープラーカートリッジの呼び長さと関連した、計数逓減率である。ステープラーカートリッジの呼び長さは例えば、１０〜６０ｍｍｍの範囲である。縦軸４５５４は、０〜１．００Ｙ  ＮのＩビーム２５１４の発射速度を表し、ここでＹは計数逓減率である。一態様では、Ｉビーム２５１４の力は０〜２０ｍｍ／秒で異なる。グラフ４５５０は、３つの曲線４５５６、４５５８、４５５９を示す。第１の曲線４５５６は、エンドエフェクタの０°の関節運動角度における、設定したＩビーム２５１４の速度である。Ｉビーム２５１４の発射速度は最初の変位の間増加し、残りの行程を通しては、モータ２５０４を一定の速度に設定して一定を維持する。第２の曲線４５５８は、エンドエフェクタ２５０２の６５°の関節運動角度にて設定されたＩビーム２５１４の発射速度である。Ｉビーム２５１４の発射速度は最初の変位の間増加し、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に基づき、モータ２５０４を変更可能な速度に設定して、残りの行程を通しては一定に維持される。第３の曲線４５５９は、エンドエフェクタ２５０２を６５°の関節運動角度に設定されたＩビーム２５１４の発射速度である。Ｉビーム２５１４は最初の変位の間増加し、モータ２５０４を、実際の電池容量（Ｖ−Ａ）の制限を有する一定の所望の速度に設定して、残りの行程を通しては変化する。
【０１３６】
図２６は、本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、例えば、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に基づき、Ｉビーム２５１４などの変位部材の速度を制御するための、制御プログラム又は論理構成のプロセス４５６０を示す論理フロー図である。図２６のプロセス４５６０の以下の説明において、図１５〜２５もまた参照すべきである。したがって、制御回路２５１０は、位置センサ２５３４から受信した情報に基づき、エンドエフェクタ２５０２の現在の関節運動角度を決定する（４５６２）。制御回路２５１０は、関節運動角度に基づき、モータ２５０４の速度を設定する（４５６４）。制御回路２５１０は、現在の関節運動角度と以前の関節運動角度とを比較する（４５６５）。関節運動角度の変化がなければ、プロセス４５６０は「いいえ分岐（Ｎ）」に沿って継続し、制御回路２５１０は、モータ２５０４の速度を一定に維持しながら関節運動角度を決定する（４５６２）。エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度の変化があれば、プロセス４５６０は「はい分岐（Ｙ）」に沿って継続し、制御回路２５０１は、新しい関節運動角度に基づき、モータ２５０４の速度を調節する（４５６６）。制御回路２５１０は、Ｉビーム２５１４の実際の位置と、発射行程位置の終わりとを比較する（４５６７）。Ｉビーム２５１４が発射行程の終わりにあるとき、プロセス４５６０は「はい分岐（Ｙ）」に沿って継続し、終了する（４５６８）。Ｉビーム２５１４が発射行程の終わりに到達しないとき、プロセス４５６０は「いいえ分岐（Ｎ）」に沿って継続し、関節運動角度を決定する（４５６２）。プロセス４５６０は、Ｉビーム２５１４の位置がＩビーム２５１４の発射行程の終わりに到達する（４５６９）まで継続する。
【０１３７】
図２７は、本開示の１つ又は２つ以上の態様に従った、例えば、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に基づき、Ｉビーム２５１４などの変位部材の速度を制御するための、制御プログラム又は論理構成のプロセス４５７０を示す論理フロー図である。図２７のプロセス４５７０の以下の説明において、図１５〜２５もまた参照すべきである。したがって、制御回路２５１０は、位置センサ２５３４から受信した情報に基づき、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度を決定する（４５７２）。変位部材がＩビーム２５１４である例において、制御回路２５１０は、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に基づき、Ｉビーム２５１４の力閾値を選択する（４５７４）。制御回路２５１０は、モータ設定点信号２５２２をモータコントローラ２５０８に提供し、これによりモータ駆動信号２５２４を提供し、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度に基づき、モータ２５０４の速度を設定する（４５７６）。制御回路２５１０は、Ｉビーム２５１４の実際の位置を決定し（４５７８）、Ｉビーム２５１４の発射力を決定し（４５８０）、Ｉビーム２５１４の発射力と閾値とを比較する（４５８２）。Ｉビーム２５１４の発射力が閾値を超えると、プロセスは「はい分岐（Ｙ）」に沿って継続し、Ｉビーム２５１４の発射力がＩビーム２５１４の発射力閾値を下回るまで、モータ２５０４の速度を低下させる（４５８４）。Ｉビーム２５１４の発射力が閾値を下回る場合、プロセスは「いいえ（Ｎ）分岐」に沿って継続し、Ｉビーム２５１４の実際の位置の測定を続け（４５７８）、Ｉビーム２５１４の発射力を決定し（４５８０）、Ｉビーム２５１４の発射力が閾値を超えるまで、Ｉビーム２５１４の発射力と閾値とを比較する（４５８２）。モータ駆動信号２５２４は、様々な電圧若しくは電流信号、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号、及び／又は変更可能なデューティサイクル信号であってよい。制御回路２５１０は、Ｉビーム２５１４の実際の位置と、Ｉビーム２５１４の発射行程位置とを比較する。Ｉビーム２５１４が発射行程の終わりにある場合、プロセス４５７０は「はい分岐（Ｙ）」に沿って継続し、終了する（４５８８）。Ｉビーム２５１４が発射行程の終わりに到達しないとき、プロセス４５７０は「いいえ分岐（Ｎ）」に沿って継続し、エンドエフェクタ２５０２の関節運動角度を決定する（４５７２）。プロセス４５７０は、Ｉビーム２５１４が発射行程の終わりに到達するまで継続する。
【０１３８】
本明細書に記載される機能又はプロセス４５６０、４５７０は、本明細書に記載される処理回路のいずれか、例えば、図５〜６に関連して記載される制御回路７００、図７〜９に記載される回路８００、８１０、８２０、図１０及び１２に記載されるマイクロコントローラ１１０４、並びに／又は、図１４に記載される制御回路２５１０により実行可能である。
【０１３９】
電動外科用器具の態様は、本明細書に開示される具体的な詳細なしに実施することができる。一部の態様は、詳細ではなくブロック図として示されている。本開示の一部は、コンピュータメモリに記憶されるデータ上で動作する命令の観点から示されることができる。アルゴリズムとは、所望の結果につながる工程の自己無撞着シーケンスを指し、「工程」とは、記憶、伝達、結合、比較、及び別様に操作されることが可能な電気又は磁気信号の形態をなすことができる物理量の操作を指す。これらの信号は、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数として言及されてもよい。これらの及び類似の用語は、適切な物理量と関連付けられてもよく、またこれらの量に適用される好都合な標識であるに過ぎない。
【０１４０】
一般に、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせによって、個々にかつ／又は集合的に実装することができる、本明細書に記載される様々な態様を、様々な種類の「電気回路」から構成されるものと見なすことができる。結果として、「電気回路」は、少なくとも１つの個々の電気回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つの特定用途向け集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムで構成された汎用コンピューティングデバイス（例えば、本明細書で説明したプロセス及び／若しくはデバイスを少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムで構成された汎用コンピュータ又はマイクロプロセッサ）を形成する電気回路、メモリデバイスを形成する（例えば、ランダムアクセスメモリの形態）電気回路、及び／又は、通信デバイス（例えばモデム、通信スイッチ、若しくは光学電気機器）を形成する電気回路を含む。これらの態様は、アナログ若しくはデジタル形態、又はこれらの組み合わせで実装することができる。
【０１４１】
前述の説明は、１つ又は２つ以上の機能及び／又は動作を含有し得る、ブロック図、フローチャート、及び／又は実施例の使用による、装置及び／又はプロセスの態様を説明している。このようなブロック図、フローチャート、又は実施例における各機能及び／又は動作は、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又は実質上これらの任意の組み合わせにより、個別に、かつ／又は集合的に実装することができる。一態様では、本明細書に記載される主題のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、回路、レジスタ並びに／又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、論理並びに／若しくはハードウェア及びソフトウェア構成要素の組み合わせ）、論理ゲート、又は他の一体化フォーマットにより実装されることができる。その全部か一部かを問わず、本明細書に開示される形態のいくつかの態様は、１台又は２台以上のコンピュータ上で稼働する１つ又は２つ以上のコンピュータプログラムとして（例えば、１台又は２台以上のコンピュータシステム上で稼働する１つ又は２つ以上のプログラムとして）、１つ又は２つ以上のプロセッサ上で稼働する１つ又は２つ以上のプログラムとして（例えば、１つ又は２つ以上のマイクロプロセッサ上で稼働する１つ又は２つ以上のプログラムとして）、ファームウェアとして、あるいは、それらの実質的に任意の組み合わせとして、集積回路において等価に実装することができ、また、回路を設計すること、並びに／又はソフトウェア及び／若しくはファームウェアのコードを記述することは、本開示を鑑みれば当業者の技能の範囲内に含まれる。
【０１４２】
開示される主題のメカニズムは、多様な形式でプログラム製品として配布されることが可能であり、本明細書に記載される主題の例示的な態様は、配布を実際に行うために使用される特定の種類の信号搬送媒体に関係なく用いられる。信号搬送媒体の例としては、以下：記録可能型の媒体、例えば、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリなど、並びに伝送型の媒体、例えば、デジタル及び／又はアナログ通信媒体（例えば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信リンク、無線通信リンク（例えば、送信機、受信機、送信ロジック、受信ロジックなど）が挙げられる。
【０１４３】
これらの態様の前述の説明は、記載及び説明を目的として提示されている。開示された厳密な形態に対し、包括的であることも、限定することも意図されていない。上記の教示を鑑みて、修正又は変形が可能である。これら態様は、原理及び実際の応用について例示し、それによって、様々な態様を様々な修正例と共に、想到される特定の用途に適するものとして当業者が利用できるようにするために、選択され記載されるものである。本明細書と共に提示される特許請求の範囲が全体的な範囲を定義することが意図される。
【０１４４】
本明細書に記載される主題の様々な態様は、以下の番号付けされた実施例において説明される。
【０１４５】
実施例１．外科用器具であって、変位部材と、変位部材に連結され、変位部材を並進させるモータと、モータに連結された制御回路と、制御回路に連結された位置センサであって、変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、を備え、制御回路は、エンドエフェクタとシャフトとの間の関節運動角度を決定し、関節運動角度に基づき力閾値を選択し、関節運動角度に基づきモータ速度を設定し、変位部材にかかる力を決定し、かつ変位部材にかかる力が力閾値より大きいときにモータ速度を調整するように構成されている、外科用器具。
【０１４６】
実施例２．制御回路が、変位部材の実際の位置を決定するように構成されている、実施例１に記載の外科用器具。
【０１４７】
実施例３．制御回路が、変位部材の発射行程の終了を判定するように構成されている、実施例１又は実施例２に記載の外科用器具。
【０１４８】
実施例４．制御回路が、変位部材にかかる力と力閾値とを比較するように構成されている、実施例１〜実施例３に記載の外科用器具。
【０１４９】
実施例５．制御回路に連結されたタイマー／計数回路を更に備え、タイマー／計数回路は、経過時間を測定するように構成され、制御回路は、モータ速度を設定し、位置センサから変位部材の初期位置を受信し、タイマー／計数回路から、変位部材の初期位置に対応する参照時間ｔ１を受信し、かつモータ速度に基づき、時間ｔ２における変位部材の予想位置を決定するように構成されている、実施例１〜実施例４に記載の外科用器具。
【０１５０】
実施例６．制御回路は、位置センサから、時間ｔ２における変位部材の実際の位置を受信し、時間ｔ２における変位部材の実際の位置と、時間ｔ２における変位部材の予想位置とを比較し、かつ時間ｔ２における変位部材の実際の位置と、時間ｔ２における変位部材の予想位置との間の差に基づき、変位部材にかかる力を決定するように構成されている、実施例５に記載の外科用器具。
【０１５１】
実施例７．制御回路は、変位部材にかかる力が力閾値を下回るまで、モータ速度を下げるように構成されている、実施例１〜実施例６に記載の外科用器具。
【０１５２】
実施例８．外科用器具であって、変位部材と、変位部材の近位端に連結され、変位部材を並進させるモータと、モータに連結された制御回路と、制御回路に連結された位置センサであって、エンドエフェクタに対する変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、を備え、制御回路は、エンドエフェクタと長手方向に延びるシャフトとの間の関節運動角度を決定し、かつ関節運動角度に基づきモータ速度を設定するように構成されている、外科用器具。
【０１５３】
実施例９．制御回路が、変位部材の実際の位置を決定するように構成されている、実施例８に記載の外科用器具。
【０１５４】
実施例１０．制御回路が、変位部材の発射行程の終了を判定するように構成されている、実施例８又は実施例９に記載の外科用器具。
【０１５５】
実施例１１．制御回路が、関節運動角度と以前の関節運動角度とを比較するように構成されている、実施例８〜実施例１０に記載の外科用器具。
【０１５６】
実施例１２．制御回路が、新しい関節運動角度に基づき、設定したモータ速度を調節するように構成されている、実施例１１に記載の外科用器具。
【０１５７】
実施例１３．制御回路に連結されたタイマー／計数回路を更に備え、タイマー／計数回路は、経過時間を測定するように構成され、制御回路は、モータ速度を設定し、位置センサから変位部材の初期位置を受信し、タイマー／計数回路から、変位部材の初期位置に対応する参照時間ｔ１を受信し、かつ設定したモータ速度に基づき、時間ｔ２における変位部材の予想位置を決定するように構成されている、実施例８〜実施例１２に記載の外科用器具。
【０１５８】
実施例１４．制御回路は、位置センサからの、時間ｔ２における変位部材の実際の位置を受信し、時間ｔ２における変位部材の実際の位置と、時間ｔ２におけるＩビーム部材の予想位置とを比較し、かつ時間ｔ２における変位部材の実際の位置と、時間ｔ２における変位部材の予想位置との間の差に基づき、変位部材にかかる力を決定するように構成されている、実施例１３に記載の外科用器具。
【０１５９】
実施例１５．外科用器具におけるモータ速度の制御方法であって、外科用器具は、変位部材と、変位部材に連結され、変位部材を並進させるモータと、モータに連結された制御回路と、制御回路に連結され、変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、を備え、この方法は、制御回路により、エンドエフェクタと長手方向に延びるシャフトとの間の関節運動角度を決定することと、制御回路により、関節運動角度に基づきモータ速度を設定することと、を含む、制御方法。
【０１６０】
実施例１６．制御回路により、関節運動角度に基づき力閾値を選択することと、制御回路により、変位部材にかかる力を決定することと、制御回路により、変位部材にかかる力が力閾値より大きいときにモータ速度を調節することと、を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【０１６１】
実施例１７．制御回路により、変位部材の実際の位置を決定することを更に含む、実施例１５又は実施例１６に記載の方法。
【０１６２】
実施例１８．制御回路により、変位部材の発射行程の終了を判定することを更に含む、実施例１５〜実施例１７に記載の方法。
【０１６３】
実施例１９．制御回路により、関節運動角度と以前の関節運動角度とを比較することを更に含む、実施例１５〜実施例１８に記載の方法。
【０１６４】
実施例２０．制御回路により、新しい関節運動角度に基づきモータ速度を調節することを更に含む、実施例１９に記載の方法。
【０１６５】
〔実施の態様〕
（１）  外科用器具であって、
変位部材と、
前記変位部材に連結され、前記変位部材を並進させるモータと、
前記モータに連結された制御回路と、
前記制御回路に連結された位置センサであって、前記変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、を備え、
前記制御回路は、
前記エンドエフェクタと前記シャフトとの間の前記関節運動角度を決定し、
前記関節運動角度に基づき力閾値を選択し、
前記関節運動角度に基づきモータ速度を設定し、
前記変位部材にかかる力を決定し、かつ
前記変位部材にかかる前記力が前記力閾値より大きいときに前記モータ速度を調節する
ように構成されている、外科用器具。
（２）  前記制御回路が、前記変位部材の実際の位置を決定するように構成されている、実施態様１に記載の外科用器具。
（３）  前記制御回路が、前記変位部材の発射行程の終了を判定するように構成されている、実施態様１に記載の外科用器具。
（４）  前記制御回路が、前記変位部材にかかる前記力と前記力閾値とを比較するように構成されている、実施態様１に記載の外科用器具。
（５）  前記制御回路に連結されたタイマー／計数回路を更に備え、前記タイマー／計数回路は、経過時間を測定するように構成され、
前記制御回路は、
前記モータ速度を設定し、
前記位置センサから前記変位部材の初期位置を受信し、
前記タイマー／計数回路から、前記変位部材の前記初期位置に対応する参照時間ｔ１を受信し、かつ
前記モータ速度に基づき、時間ｔ２における前記変位部材の予想位置を決定する
ように構成されている、実施態様１に記載の外科用器具。
【０１６６】
（６）  前記制御回路が、
前記位置センサから、前記時間ｔ２における前記変位部材の実際の位置を受信し、
前記時間ｔ２における前記変位部材の前記実際の位置と、前記時間ｔ２における前記変位部材の前記予想位置とを比較し、かつ
前記時間ｔ２における前記変位部材の前記実際の位置と、前記時間ｔ２における前記変位部材の前記予想位置との間の差に基づき、前記変位部材にかかる前記力を決定する
ように構成されている、実施態様５に記載の外科用器具。
（７）  前記制御回路は、前記変位部材にかかる前記力が前記力閾値を下回るまで、前記モータ速度を下げるように構成されている、実施態様１に記載の外科用器具。
（８）  外科用器具であって、
変位部材と、
前記変位部材の近位端に連結され、前記変位部材を並進させるモータと、
前記モータに連結された制御回路と、
前記制御回路に連結された位置センサであって、エンドエフェクタに対する前記変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対する前記エンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、
を備え、
前記制御回路は、
前記エンドエフェクタと前記長手方向に延びるシャフトとの間の前記関節運動角度を決定し、かつ
前記関節運動角度に基づきモータ速度を設定する
ように構成されている、外科用器具。
（９）  前記制御回路が、前記変位部材の実際の位置を決定するように構成されている、実施態様８に記載の外科用器具。
（１０）  前記制御回路が、前記変位部材の発射行程の終了を判定するように構成されている、実施態様８に記載の外科用器具。
【０１６７】
（１１）  前記制御回路が、前記関節運動角度と以前の関節運動角度とを比較するように構成されている、実施態様８に記載の外科用器具。
（１２）  前記制御回路が、新しい関節運動角度に基づき、前記設定したモータ速度を調節するように構成されている、実施態様１１に記載の外科用器具。
（１３）  前記制御回路に連結されたタイマー／計数回路を更に備え、前記タイマー／計数回路は、経過時間を測定するように構成され、
前記制御回路は、
前記モータ速度を設定し、
前記位置センサから前記変位部材の初期位置を受信し、
前記タイマー／計数回路から、前記変位部材の前記初期位置に対応する参照時間ｔ１を受信し、かつ
前記設定したモータ速度に基づき、時間ｔ２における前記変位部材の予想位置を決定する
ように構成されている、実施態様８に記載の外科用器具。
（１４）  前記制御回路が、
前記位置センサから、前記時間ｔ２における前記変位部材の実際の位置を受信し、
前記時間ｔ２における前記変位部材の前記実際の位置と、前記時間ｔ２におけるＩビーム部材の前記予想位置とを比較し、かつ
前記時間ｔ２における前記変位部材の前記実際の位置と、前記時間ｔ２における前記変位部材の前記予想位置との間の差に基づき、前記変位部材にかかる力を決定する
ように構成されている、実施態様１３に記載の外科用器具。
（１５）  外科用器具におけるモータ速度の制御方法であって、前記外科用器具は、変位部材と、前記変位部材に連結され、前記変位部材を並進させるモータと、前記モータに連結された制御回路と、前記制御回路に連結され、前記変位部材の位置を測定するように構成され、長手方向に延びるシャフトに対するエンドエフェクタの関節運動角度を測定するように構成された、位置センサと、を備え、前記方法は、
前記制御回路により、エンドエフェクタと長手方向に延びるシャフトとの間の関節運動角度を決定することと、
前記制御回路により、前記関節運動角度に基づきモータ速度を設定することと、
を含む、制御方法。
【０１６８】
（１６）  前記制御回路により、前記関節運動角度に基づき力閾値を選択することと、
前記制御回路により、前記変位部材にかかる力を決定することと、
前記制御回路により、前記変位部材にかかる前記力が前記力閾値より大きいときに前記モータ速度を調節することと、
を更に含む、実施態様１５に記載の方法。
（１７）  前記制御回路により、前記変位部材の実際の位置を決定することを更に含む、実施態様１５に記載の方法。
（１８）  前記制御回路により、前記変位部材の発射行程の終了を判定することを更に含む、実施態様１５に記載の方法。
（１９）  前記制御回路により、前記関節運動角度と以前の関節運動角度とを比較することを更に含む、実施態様１５に記載の方法。
（２０）  前記制御回路により、新しい関節運動角度に基づき前記モータ速度を調節することを更に含む、実施態様１９に記載の方法。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１６−１７】
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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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【国際調査報告】
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