ХИРУРГИЧЕСКИЙ РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ С ПРИВОДОМ ОТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
ELECTRICALLY DRIVEN SURGICAL CUTTING INSTRUMENT

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Хирургические сшивающие скобками аппараты применяют для одновременного выполнения продольного рассечения в ткани и наложения рядов скобок на противоположные стороны рассечения. Такие инструменты обычно содержат концевой эффектор, содержащий пару согласованно действующих зажимных элементов, которые, если инструмент предназначен для эндоскопического или лапароскопического применения, способны проходить по проходному каналу канюли. Один из зажимных элементов вмещает кассету для скобок, содержащую, по меньшей мере, два поперечно разнесенных ряда скобок, по одному с каждой стороны ножевого желоба. Другой зажимной элемент образует упор, содержащий скобкоформирующие выемки, совмещенные с рядами скобок в кассете. Инструмент содержит множество возвратно-поступательно перемещающихся клиньев, которые, при приведении в движение в дистальном направлении, проходят сквозь проходы в кассете для скобок и входят в контакт с ведущими элементами, служащими опорой для скобок, для выстреливания скобок к упору. Одновременно, режущий инструмент (или нож) передвигается в дистальном направлении вдоль зажимного элемента так, что в то же время зажатая ткань разрезается и фиксируется (например, сшивается скобками).
Пример хирургического сшивающего скобками аппарата, подходящего для эндоскопического применения, описан в опубликованной заявке на патент США № 2004/0232196 A1, «Surgical stapling instrument having separate distinct closing and firing systems», описание которой целиком включено в настоящее описание посредством ссылки. При применении врач может смыкать зажимные элементы сшивающего скобками аппарата на ткани для расположения ткани перед выстреливанием. После того, как врач определил, что зажимные элементы правильно захватывают ткань, врач может осуществлять выстреливание из сшивающего скобками аппарата и, тем самым, разрезать и сшивать скобками ткань. Одновременные действия по разрезанию и сшиванию скобками исключают осложнения, которые могут возникать при последовательном выполнении данных действий разными хирургическими приспособлениями, которые, соответственно, только режут или сшивают скобками.
В технике известны эндоскопические режущие инструменты с приводом от электродвигателя. В данных устройствах электродвигатель обеспечивает двигательную энергию для выполнения действий инструмента по разрезанию и скреплению. Известно также об использовании встроенной батареи, расположенной в рукоятке инструмента, для питания электродвигателя. В опубликованной заявке на патент США № 2007/0175952 A1, «Motor-driven surgical cutting and fastening instrument with loading force feedback», описание которой целиком включено в настоящее описание посредством ссылки, содержится описание одного упомянутого хирургического инструмента с приводом от электродвигателя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с одним общим аспектом, целью настоящего изобретения является хирургический режущий и скрепляющий инструмент с приводом от электродвигателя. В соответствии с различными вариантами осуществления, инструмент может содержать концевой эффектор, вал, соединенный с концевым эффектором, и рукоятку, соединенную с валом. Концевой эффектор может содержать режущий инструмент, который, при приведении в действие, продольно перемещается по концевому эффектору для разрезания ткани, зажатой в концевом эффекторе. Рукоятка может содержать электродвигатель для приведения в действие режущего инструмента и схему управления электродвигателем для управления электродвигателем. Схема управления электродвигателем может содержать источник питания, подключенный к электродвигателю для электрического питания электродвигателя, и схему регулировки тока, подключенную к источнику питания, для изменения тока, подаваемого на электродвигатель из источника питания. Схема регулировки тока может изменять ток, подаваемый на электродвигатель, и, следовательно, крутящий момент на выходном валу, развиваемый электродвигателем, таким образом, что электродвигатель имеет, по меньшей мере, (i) первый рабочий режим с низкой мощностью для первого участка цикла разрезного хода режущего инструмента и (ii) второй рабочий режим с высокой мощностью для второго участка цикла разрезного хода режущего инструмента.
Таким образом, например, в соответствии с различными вариантами осуществления, электродвигатель может запускаться в режиме с низкой мощностью в начале разрезного хода для обеспечения качества плавного захода. После первоначального плавного захода электродвигатель может выходить на полную мощность на большей части разрезного хода, но затем переходить в режим с низкой мощностью перед тем и вскоре после того, как разрезание реверсируется по направлению. Кроме того, электродвигатель может переходить из режима с высокой мощностью в режим с низкой мощностью перед тем, как режущий инструмент достигает своего конечного положения или положения покоя, когда режущий инструмент отводят. Предлагаются соответствующие конфигурации схем для регулировки тока, подаваемого в электродвигатель.
Кроме того, в соответствии с различными вариантами осуществления, схема управления электродвигателем может активно тормозить электродвигатель перед тем, как электродвигатель реверсирует направление. Например, схема управления электродвигателем может отключать питание, подаваемое на электродвигатель непосредственно перед моментом времени, когда режущий инструмент должен достигнуть своего положения конца хода, и электродвигатель должен реверсировать направление. В различных вариантах осуществления схема управления электродвигателем может содержать память, которая хранит данные о кассете, загруженной в концевой эффектор, причем, по упомянутым данным, схема управления электродвигателем может определять, когда во время разрезного хода следует активно тормозить электродвигатель. В других вариантах осуществления схема управления электродвигателем может не содержать никаких интегральных схем. В таких вариантах осуществления интерфейс между концевым эффектором и кассетой может замыкать электрическую цепь, которая подключена к схеме управления электродвигателем, и которая имеет характеристики (например, сопротивление), которые управляют тем, когда электродвигатель активно тормозится схемой управления электродвигателем.
Упомянутые и другие преимущества настоящего изобретения очевидны из нижеследующего описания.
ФИГУРЫ
Различные варианты осуществления настоящего изобретения описаны в настоящей заявке на примерах и в связи с нижеследующими фигурами, на которых:
Фиг.1, 2 и 24 изображают хирургический инструмент с шарнирно-поворачиваемым концевым эффектором в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения;
Фиг.3-5 представляют собой покомпонентное изображение концевого эффектора и вала инструмента в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения;
Фиг.6 представляет собой вид сбоку концевого эффектора в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения;
Фиг.7 представляет собой покомпонентное изображение рукоятки инструмента в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения;
Фиг.8 и 9 представляют собой частичные виды в перспективе рукоятки в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения;
Фиг.10 представляет собой вид сбоку рукоятки в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения;
Фиг.11, 13-18 и 25 представляют собой схематические представления схемы управления электродвигателем в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения;
Фиг.12 и 19 представляют собой временные диаграммы, поясняющие работу инструмента в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения;
Фиг.20 и 23 представляют собой схематические представления концевого эффектора без кассеты, в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.21-22 представляют собой схематические представления сменной кассеты в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения.
ОПИСАНИЕ
На фиг.1 и 2 изображен хирургический режущий и скрепляющий инструмент 10 с приводом от электродвигателя в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. Изображенный вариант осуществления является эндоскопическим инструментом, и, в общем, варианты осуществления инструмента 10, описанные в настоящей заявке, являются эндоскопическими хирургическими режущими и скрепляющими инструментами. Однако следует отметить, что изобретение этим не ограничено, и что, в соответствии с другими вариантами осуществления настоящего изобретения, инструмент может быть неэндоскопическим хирургическим режущим и скрепляющим инструментом, например лапароскопическим инструментом.
Хирургический инструмент 10, изображенный на фиг.1 и 2, содержит рукоятку 6, вал 8 и шарнирно-поворотный концевой эффектор 12, шарнирно соединенный с валом 8 в шарнире 14 сочленения. Вблизи рукоятки 6 может быть обеспечено устройство 16 управления шарнирным поворотом для осуществления поворота концевого эффектора 12 в шарнире 14 сочленения. В показанном варианте осуществления концевой эффектор 12 выполнен с возможностью выполнения функции эндоскопического режущего инструмента для сжатия, разрезания и сшивания скобками ткани, хотя в других вариантах осуществления можно применять концевые эффекторы других типов, например концевые эффекторы для хирургических устройств других типов, например захваты, режущие приспособления, сшивающие скобками аппараты, приспособления для наложения скрепок, устройства доступа, устройства для доставки лекарства генной терапии к месту действия, ультразвуковые, RF (высокочастотные) или лазерные устройства и т.п. Более подробные сведения о RF устройствах можно найти в патенте США 5403312 и заявке на патент США № 12/031,573, «Surgical cutting and fastening instrument having RF electrodes», принадлежащей общему владельцу с настоящей заявкой, поданной 14 февраля 2008 г., причем описания обоих документов целиком включены в настоящее описание посредством ссылки.
Рукоятка 6 инструмента 10 может содержать смыкающий спусковой механизм 18 и выстреливающий спусковой механизм 20 для приведения в действие концевого эффектора 12. Специалистам в данной области техники очевидно, что инструменты, содержащие концевые эффекторы, предназначенные для разных хирургических целей, могут содержать разные количества или типы спусковых механизмов или других подходящих элементов управления для манипулирования концевым эффектором 12. Концевой эффектор 12 показан отделенным от рукоятки 6 предпочтительно удлиненным валом 8. В одном варианте осуществления врач или хирург, оперирующий инструментом 10, может шарнирно поворачивать концевой эффектор 12 относительно вала 8 с помощью устройства 16 управления шарнирным поворотом, как более подробно описано в опубликованной заявке на патент США № 2007/0158385 A1, «Surgical Instrument Having An Articulating End Effector», изобретателей Geoffrey C. Hueil et al., которая целиком включена в настоящее описание посредством ссылки.
В настоящем примере концевой эффектор 12 содержит, помимо прочего, желоб 22 для скобок и зажимной элемент с поворотно-поступательным перемещением, например упор 24, которые удерживаются на некотором разделяющим их расстоянии, которое обеспечивает, когда упор 24 находится в его сжатом положении, эффективное сшивание скобками и разрезание ткани, зажатой в концевом эффекторе 12. Рукоятка 6 содержит продолжающуюся вниз ручку 26 пистолетного типа, к которой смыкающий спусковой механизм 18 подтягивается поворотным движением врачом для осуществления зажима или смыкания упора 24 к желобу 22 для скобок концевого эффектора 12, чтобы, тем самым, зажать ткань, расположенную между упором 24 и желобом 22. Выстреливающий спусковой механизм 20 находится дальше снаружи от смыкающего спускового механизма 18. После того, как смыкающий спусковой механизм 18 зафиксируется в положении смыкания, как дополнительно поясняется ниже, выстреливающий спусковой механизм 20 может слегка повернуться к ручке 26 пистолетного типа настолько, что его сможет достать оперирующий хирург, работающий одной рукой. Затем оперирующий хирург может поджать поворотным движением выстреливающий спусковой механизм 20 к ручке 26 пистолетного типа для осуществления сшивания скобками и разрезания ткани, зажатой в концевом эффекторе 12. В других вариантах осуществления возможно применение зажимных элементов других типов, кроме упора 24.
Далее следует понимать, что в настоящем описании термины «проксимальный» и «дистальный» применяют для обозначения положения относительно захвата практикующим врачом рукоятки 6 инструмента 10. Следовательно, концевой эффектор 12 является дистальным относительно более проксимальной рукоятки 6. Дополнительно следует понимать, что для удобства и ясности термины, обозначающие пространственное положение, например «вертикальный» и «горизонтальный», используются в настоящем описании применительно к чертежам. Однако существует множество пространственно-угловых положений применения хирургических инструментов, и упомянутые термины не предполагают ограничительного и абсолютного значения.
Во время использования при операции смыкающий спусковой механизм 18 может быть приведен в действие первым. После того, как врач удостоверится в удовлетворительном положении концевого эффектора 12, врач может поджать смыкающий спусковой механизм 18 в его фиксируемое положение полного смыкания вблизи ручки 26 пистолетного типа. Затем можно приводить в действие выстреливающий спусковой механизм 20. Выстреливающий спусковой механизм 20 возвращается в разжатое положение (см. фиг.1 и 2), когда врач прекращает нажатие, как более полно описано ниже. Деблокирующая кнопка на рукоятке 6, при нажатии, может отпустить зафиксированный смыкающий спусковой механизм 18. Деблокирующая кнопка может иметь разные формы исполнения, например, такие формы, которые описаны, например, в опубликованной заявке на патент США № 2007/0175955, «Surgical cutting and fastening instrument with closure trigger locking mechanism», которая целиком включена в настоящее описание посредством ссылки.
На фиг.3 представлено покомпонентное изображение концевого эффектора 12 в соответствии с различными вариантами осуществления. Как показано в представленном варианте осуществления, концевой эффектор 12 может содержать в дополнение к вышеупомянутым желобу 22 и упору 24 режущий инструмент 32, скользящий блок 33, кассету 34 для скобок, которая вмещена с возможностью извлечения в желоб 22, и винтовой вал 36. Режущий инструмент 32 может быть, например, ножом. Упор 24 можно размыкать и смыкать поворотом на оси 25 поворота, соединенной с проксимальным концом желоба 22, между, соответственно, разомкнутым и сомкнутым положениями. Упор 24 может также содержать лапку 27 на своем проксимальном конце, которая вставлена в компонент механической смыкающей системы (дополнительно описанной ниже) для размыкания и смыкания упора 24. Когда смыкающий спусковой механизм 18 приводится в действие, то есть поджимается пользователем инструмента 10 к ручке 26 пистолетного типа, упор 24 может поворачиваться вокруг оси 25 поворота в сжатое или сомкнутое положение. Если зажим концевым эффектором 12 является удовлетворительным, то оперирующий хирург может привести в действие выстреливающий спусковой механизм 20, который приводит нож 32 и скользящий блок 33 в продольное движение по желобу 22, с разрезанием, тем самым, ткани, зажатой внутри концевого эффектора 12. Перемещение скользящего блока 33 по желобу 22 вызывает выталкивание скобок из кассеты 34 для скобок сквозь разрезанную ткань и в сомкнутый упор 24, который загибает скобки для скрепления разрезанной ткани. В различных вариантах осуществления скользящий блок 33 может быть неразъемным компонентом кассеты 34. В патенте США № 6978921, «Surgical stapling instrument incorporating an E-beam firing mechanism», который целиком включен в настоящее описание посредством ссылки, приведены дополнительные сведения, касающиеся упомянутых двухходовых режущих и скрепляющих инструментов. В различных вариантах осуществления скользящий блок 33 может быть такой составной частью кассеты 34, что, когда нож 32 отводится после операции разрезания, скользящий блок 33 не отводится.
Следует отметить, что хотя в вариантах осуществления инструмента 10, описанного в настоящей заявке, применяется концевой эффектор 12, который сшивает скобками разрезанную ткань, в других вариантах осуществления возможно применение отличающихся методов скрепления или герметизации разрезанной ткани. Например, можно также применять концевые эффекторы, которые используют RF-энергию или клея для скрепления разрезанной ткани. В патенте США № 5709680, «ELECTROSURGICAL HEMOSTATIC DEVICE», изобретателей Yates et al., и патенте США № 5688270, «ELECTROSURGICAL HEMOSTATIC DEVICE WITH RECESSED AND/OR OFFSET ELECTRODES», изобретателей Yates et al., которые целиком включены в настоящее описание посредством ссылки, предложен эндоскопический режущий инструмент, который использует RF-энергию для герметизации разрезанной ткани. В опубликованной заявке на патент США № 2007/0102453 A1 изобретателей Jerome R. Morgan, et. al. и опубликованной заявке на патент США № 2007/0102452 A1 изобретателей Frederick E. Shelton, IV, et. al., которые также включены в настоящее описание посредством ссылки, предлагаются эндоскопические режущие инструменты, в которых применяются клеи для скрепления разрезанной ткани. Соответственно, хотя настоящее описание относится к операциям разрезания/сшивания скобками и подобным нижеследующим, следует понимать, что настоящий вариант осуществления является примерным и не предполагает ограничения. Применение других методов скрепления тканей также возможно.
На фиг.4 и 5 представлены покомпонентные изображения и на фиг.6 представлен вид сбоку концевого эффектора 12 и вала 8 в соответствии с различными вариантами осуществления. Как показано в представленных вариантах осуществления, вал 8 может содержать проксимальную смыкающую трубку 40 и дистальную смыкающую трубку 42, соединенные между собой с возможностью поворота шатунами 44. Дистальная смыкающая трубка 42 содержит отверстие 45, в которое вставлена лапка 27 на упоре 24, для размыкания и смыкания упора 24, как дополнительно поясняется ниже. Внутри смыкающих трубок 40, 42 может быть расположена проксимальная несущая трубка 46. Внутри проксимальной несущей трубки 46 может быть расположен главный поворотный (или проксимальный) приводной вал 48, который сообщается с вспомогательным (или дистальным) приводным валом 50 через узел 52 конической шестерни. Вспомогательный приводной вал 50 соединен с ведущим зубчатым колесом 54, которое находится в зацеплении с проксимальным ведущим зубчатым колесом 56 винтового вала 36. Вертикальная коническая шестерня 52b может располагаться и поворачиваться в отверстии 57 на дистальном конце проксимальной несущей трубки 46. Для вмещения вспомогательного приводного вала 50 и ведущих зубчатых колес 54, 56 можно применить дистальную несущую трубку 58. Главный приводной вал 48, вспомогательный приводной вал 50 и шарнирно-поворотный узел (например, узел конических шестерен 52a-c) иногда в настоящем описании совместно именуются «узлом главного приводного вала».
Подшипник 38, расположенный на дистальном конце желоба 22 для скобок, вмещает приводной винт 36 и, тем самым, допускает свободное вращение приводного винта 36 относительно желоба 22. Приводной винт 36 может сопрягаться с резьбовым отверстием (не показанным) ножа 32 таким образом, что вращение вала 36 вызывает поступательное перемещение ножа 32 в дистальном или проксимальном направлении (в зависимости от направления вращения) по желобу 22 для скобок. Соответственно, когда главный приводной вал 48 приводится во вращение приведением в действие выстреливающего спускового механизма 20 (как подробнее изложено ниже), узел 52a-c конических шестерен вынуждает вращаться вспомогательный приводной вал 50, который, в свою очередь, благодаря зацеплению ведущих зубчатых колес 54, 56, приводит во вращение винтовой вал 36, что вызывает продольное перемещение ведущего элемента 32 ножа по желобу 22 для разрезания любой ткани, зажатой внутри концевого эффектора. Скользящий блок 33 может быть выполнен, например, из пластика и может иметь скошенную дистальную поверхность. По мере того, как скользящий блок 33 движется по желобу 22, скошенная передняя поверхность может вжимать вверх или выталкивать скобки из кассеты для скобок сквозь зажатую ткань и в упор 24. Упор 24 загибает скобки и, тем самым, сшивает скобками разрезанную ткань. Когда нож 32 отводится, нож 32 и скользящий блок 33 могут расцепляться, при этом скользящий блок 33 остается на дистальном конце желоба 22.
Кроме того, в соответствии с различными вариантами осуществления инструмент 10 может содержать датчик 150 положения режущего инструмента, который определяет положение режущего инструмента 32 внутри желоба 22 для скобок. В одном варианте осуществления датчик 150 положения режущего инструмента может содержать кодовый датчик положения, расположенный для распознания вращения винтового вала 36 или любого другого приводного вала или зубчатого колеса, вращение которых связано с положением ножа 32 в концевом эффекторе 12. Так как вращение вала 36 или других ведущих валов/зубчатых колес пропорционально перемещению режущего инструмента 32 по длине желоба 22, то сигнал, генерируемый кодовым датчиком 150 положения, также пропорционален перемещению режущего инструмента 32 в желобе 22.
На фиг.7-10 представлен примерный вариант осуществления эндоскопического режущего инструмента с приводом от электродвигателя. Изображенный вариант осуществления обеспечивает для пользователя обратную связь по срабатыванию и усилию нагрузки режущего инструмента в концевом эффекторе. Кроме того, данный вариант осуществления может использовать мощность, развиваемую пользователем при отводе выстреливающего спускового механизма 20, для подачи мощности в устройство (в так называемом режиме с усилением). Как показано в представленном варианте осуществления, рукоятка 6 содержит внешние нижние боковины 59, 60 и внешние верхние боковины 61, 62, которые вместе образуют, в общем, внешнюю часть рукоятки 6. Батарея (или «источник питания» или «модуль питания») 64, например ионная литиевая батарея, может быть установлена в участок 26 ручки пистолетного типа рукоятки 6. Батарея 64 питает электродвигатель 65, расположенный внутри верхнего участка, относящегося к участку 26 ручки пистолетного типа рукоятки 6. В соответствии с различными вариантами осуществления, для питания электродвигателя 65 можно применить несколько батарейных элементов, соединенных последовательно. Кроме того, источник 64 питания может быть сменным и/или подзаряжаемым.
Электродвигатель 65 может быть приводным щеточным электродвигателем постоянного тока с максимальной частотой вращения, приблизительно, 25000 об/мин. В других вариантах осуществления электродвигатель 65 может содержать бесщеточный электродвигатель, электродвигатель с батарейным питанием, синхронный электродвигатель, шаговый электродвигатель или любой другой подходящий электродвигатель. Электродвигатель 65 может приводить в движение 90° узел 66 конической шестерни, содержащий первую коническую шестерню 68 и вторую коническую шестерню 70. Узел 66 конических шестерен может приводить в движение узел 72 планетарной шестерни. Узел 72 планетарной шестерни может содержать ведущую шестерню 74, соединенную с приводным валом 76. Ведущая шестерня 74 может приводить в движение сопряженную венцовую шестерню 78, которая приводит в движение барабан 80 косозубой шестерни посредством приводного вала 82. Кольцо 84 может быть посажено на резьбе на барабан 80 косозубой шестерни. Следовательно, когда электродвигатель 65 вращается, кольцо 84 перемещается по барабану 80 косозубой шестерни посредством промежуточного узла 66 конической шестерни, узла 72 планетарной шестерни и венцовой шестерни 78.
Рукоятка 6 может также содержать датчик 110 работы электродвигателя, связанный с выстреливающим спусковым механизмом 20, для обнаружения, когда выстреливающий спусковой механизм 20 вжат (или «примкнут») в участок 26 ручки пистолетного типа рукоятки 6 оперирующим хирургом, и, тем самым, для запуска исполнения операции разрезания/сшивания скобками концевым эффектором 12. Датчик 110 может быть пропорциональным датчиком, например реостатом или переменным резистором. Когда выстреливающий спусковой механизм 20 вжимают, датчик 110 обнаруживает перемещение и замыкает цепь, используемую для питания электродвигателя 65. Когда датчик 110 является переменным резистором или чем-то подобным, ток, подаваемый на электродвигатель 65, и, следовательно, крутящий момент на выходном валу электродвигателя 65 могут быть, в общем, пропорциональны величине перемещения выстреливающего спускового механизма 20. То есть, если оперирующий хирург лишь слегка вжимает или смыкает выстреливающий спусковой механизм 20, то частота вращения электродвигателя 65 является относительно низкой. Когда выстреливающий спусковой механизм 20 полностью вжат (или находится в полностью сомкнутом положении), частота вращения электродвигателя 65 является максимальной. Другими словами, чем сильнее пользователь вжимает выстреливающий спусковой механизм 20, тем более высокое напряжение подается на электродвигатель 65, что обуславливает более высокие частоты вращения. В других вариантах осуществления датчик 110 может быть переключателем двухпозиционного типа. В данном варианте осуществления, когда выстреливающий спусковой механизм 20 отводят, сенсорный переключатель 110 замыкают, что замыкает цепь, используемую для питания электродвигателя 65.
Рукоятка 6 может содержать среднюю деталь 104 рукоятки, прилегающую к верхнему участку выстреливающего спускового механизма 20. Рукоятка 6 может также содержать оттягивающую пружину 112, закрепленную между штырьками на средней детали 104 рукоятки и выстреливающим спусковым механизмом. Оттягивающая пружина 112 может оттягивать выстреливающий спусковой механизм 20 к его полностью разомкнутому положению. При этом, когда оперирующий хирург отпустит выстреливающий спусковой механизм 20, оттягивающая пружина 112 оттянет выстреливающий спусковой механизм 20 в его разомкнутое положение, что прекращает воздействие на датчик 110, и, тем самым, останавливает вращение электродвигателя 65. Более того, благодаря оттягивающей пружине 112, каждый раз, когда пользователь смыкает выстреливающий спусковой механизм 20, пользователь будет ощущать сопротивление операции смыкания, что обеспечивает пользователя обратной связью по величине частоты вращения, развиваемой электродвигателем 65. Кроме того, оперирующий хирург может прекратить отвод выстреливающего спускового механизма 20 для снятия, тем самым, усилия с датчика 110 и, тем самым, для останова электродвигателя 65. По существу пользователь может остановить срабатывание концевого эффектора 12 с обеспечением оперирующего хирурга, в какой-то степени, возможностью управления операцией разрезания/скрепления.
Дистальный конец барабана 80 косозубой шестерни содержит дистальный приводной вал 120, который приводит в движение венцовую шестерню 122, которая сопрягается с ведущей шестерней 124. Ведущая шестерня 124 соединена с главным приводным валом 48 узла главного приводного вала. При этом вращение электродвигателя 65 вызывает вращение узла главного приводного вала, что приводит в действие концевой эффектор 12 вышеописанным способом.
Кольцо 84, посаженное на резьбе на барабан 80 косозубой шестерни, может содержать штырь 86, который расположен внутри прорези 88 в кулисе 90. Кулиса 90 содержит отверстие 92 на противоположном конце 94, которое вмещает шарнирный палец 96, который присоединен между внешними боковинами 59, 60 рукоятки. Шарнирный палец 96 расположен также с проходом через отверстие 100 в выстреливающем спусковом механизме 20 и отверстие 102 в средней детали 104 рукоятки.
Кроме того, рукоятка 6 может содержать датчик 130 реверса электродвигателя (или конца хода) и датчик 142 останова электродвигателя (или начала хода). В различных вариантах осуществления датчик 130 реверса электродвигателя может быть концевым переключателем, расположенным на дистальном конце барабана 80 косозубой шестерни таким образом, что кольцо 84, установленное на резьбе на барабане 80 косозубой шестерни, входит в контакт с датчиком 130 реверса электродвигателя и включает его, когда кольцо 84 достигает дистального конца барабана 80 косозубой шестерни. Датчик 130 реверса электродвигателя может быть частью схемы, используемой для управления электродвигателем 65. Когда датчик реверса электродвигателя включается, схема управления электродвигателем может реверсировать направление вращения электродвигателя 65 и, тем самым, вызвать отвод ножа 32 концевого эффектора 12 по окончании операции разрезания. Датчик 142 останова электродвигателя может быть, например, нормально замкнутым концевым переключателем и также может входить в состав схемы управления электродвигателем. В различных вариантах осуществления упомянутый датчик может располагаться на проксимальном конце барабана 80 косозубой шестерни таким образом, что кольцо 84 размыкает переключатель 142, когда кольцо 84 достигает проксимального конца барабана 80 косозубой шестерни вследствие чего поступает показание, что режущий инструмент 32 достиг своего проксимального положения (или положения покоя или исходного положения) в концевом эффекторе 12.
Во время работы, когда хирург, оперирующий инструментом 10, подтягивает выстреливающий спусковой механизм 20, датчик 110 определяет расположение выстреливающего спускового механизма 20, и схема управления электродвигателем обеспечивает правое вращение электродвигателя 65, например, с частотой вращения, пропорциональной тому, насколько сильно оперирующий хирург подтягивает выстреливающий спусковой механизм 20. Правое вращение электродвигателя 65, в свою очередь, вызывает вращение венцовой шестерни 78 на дистальном конце узла планетарной шестерни 72 и, тем самым, вызывает вращение барабана 80 косозубой шестерни, что вызывает движение кольца 84, установленного на резьбе на барабане 80 косозубой шестерни, в дистальном направлении по барабану 80 косозубой шестерни. Вращение барабана 80 косозубой шестерни приводит во вращение также вышеописанный узел главного приводного вала, что, в свою очередь, вызывает срабатывание ножа 32 в концевом эффекторе 12. То есть нож 32 и скользящий блок 33 приводятся в продольное движение по желобу 22, с разрезанием, тем самым, ткани, зажатой в концевом эффекторе 12. Кроме того, обеспечивает выполнение операции сшивания скобками концевым эффектором 12 в тех вариантах осуществления, в которых применяется сшивающий скобками концевой эффектор.
К моменту, когда операция разрезания/сшивания скобками концевым эффектором 12 будет закончена, кольцо 84 на барабане 80 косозубой шестерни продвинется до дистального конца барабана 80 косозубой шестерни и, тем самым, вызовет включение датчика 130 реверса электродвигателя, что вынудит схему управления электродвигателем реверсировать направление вращения электродвигателя 65. Это, в свою очередь, вызывает отведение ножа 32, а также приводит кольцо 84 на барабане 80 косозубой шестерни в обратное движение к проксимальному концу барабана 80 косозубой шестерни.
Средняя деталь 104 рукоятки имеет задний буртик 106, который входит в зацепление с кулисой 90, как лучше всего показано на фиг.8 и 9. Средняя деталь 104 рукоятки имеет также упор 107 поступательного движения, который входит в зацепление с выстреливающим спусковым механизмом 20. Перемещение кулисы 90 регулируется, как поясняется выше, вращением электродвигателя 65. Когда кулиса 90 поворачивается против часовой стрелки (CCW) в то время, как кольцо 84 движется от проксимального конца барабана 80 косозубой шестерни к дистальному концу, средняя деталь 104 рукоятки будет иметь свободу поворота против часовой стрелки (CCW). Следовательно, по мере того, как пользователь будет вжимать выстреливающий спусковой механизм 20, выстреливающий спусковой механизм 20 будет входить в зацепление с упором 107 поступательного движения средней детали 104 рукоятки и, тем самым, вынуждать среднюю деталь 104 рукоятки вращаться против часовой стрелки (CCW). Однако вследствие зацепления заднего буртика 106 с кулисой 90, средняя деталь 104 рукоятки сможет поворачиваться против часовой стрелки (CCW) лишь настолько, насколько допускает кулиса 90. При этом, если электродвигатель 65 должен перестать вращаться по какой-либо причине, то кулиса 90 перестанет поворачиваться, и пользователь не сможет дальше вжимать выстреливающий спусковой механизм 20, так как средняя деталь 104 рукоятки не будет свободно поворачиваться против часовой стрелки (CCW) из-за кулисы 90.
Компоненты примерной смыкающей системы для смыкания (или сжатия) упора 24 концевого эффектора 12 посредством отвода смыкающего спускового механизма 18 также показаны на фиг.7-10. В представленном варианте осуществления смыкающая система содержит вилку 250, соединенную со смыкающим спусковым механизмом 18 с помощью шарнирного пальца 251, который вставлен сквозь совмещенные отверстия как в смыкающем спусковом механизме 18, так и в вилке 250. Шарнирный палец 252, на котором поворачивается смыкающий спусковой механизм 18, вставлен сквозь другое отверстие в смыкающем спусковом механизме 18, которое смещено от места, где палец 251 вставлен сквозь смыкающий спусковой механизм 18. Следовательно, отвод смыкающего спускового механизма 18 вынуждает верхнюю часть смыкающего спускового механизма 18, к которой вилка 250 прикреплена пальцем 251, поворачиваться против часовой стрелки (CCW). Дистальный конец вилки 250 соединен пальцем 254 с первой смыкающей скобой 256. Первая смыкающая скоба 256 соединяется со второй смыкающей скобой 258. Смыкающие скобы 256, 258 вместе образуют отверстие, в которое посажен и зафиксирован проксимальный конец проксимальной смыкающей трубки 40 (см. фиг.4) так, что продольное перемещение смыкающих скоб 256, 258 вызывает продольное перемещение проксимальной смыкающей трубки 40. Инструмент 10 содержит также смыкающий шток 260, находящийся внутри проксимальной смыкающей трубки 40. Смыкающий шток 260 может содержать проем 261, в который входит штырь 263 одной из внешних деталей рукоятки, например внешней нижней боковины 59 в показанном варианте осуществления, для жесткой фиксации смыкающего штока 260 с рукояткой 6. При этом проксимальная смыкающая трубка 40 может продольно перемещаться относительно смыкающего штока 260. Смыкающий шток 260 может также содержать дистальную манжету 267, которая входит в углубление 269 в проксимальной несущей трубке 46 и фиксируется в нем крышкой 271 (см. фиг.4).
Когда, в процессе работы, вилка 250 поворачивается из-за отвода смыкающего спускового механизма 18, смыкающие скобы 256, 258 вынуждают проксимальную смыкающую трубку 40 перемещаться в дистальном направлении (т.е. от рукояточного конца инструмента 10), что вызывает перемещение дистальной смыкающей трубки 42 в дистальном направлении, что, в свою очередь, вызывает поворот упора 24 вокруг оси 25 поворота в зажатое или сомкнутое положение. Когда смыкающий спусковой механизм 18 деблокируется из положения фиксации, проксимальная смыкающая трубка 40 принуждается к сдвигу в проксимальном направлении, что приводит к сдвигу дистальной смыкающей трубки 42 в проксимальном направлении, что, в свою очередь, благодаря лапке 27, вставленной в проем 45 дистальной смыкающей трубки 42, вызывает поворот упора 24 вокруг оси 25 поворота в разомкнутое или несжатое положение. При этом, путем отвода и фиксации смыкающего спускового механизма 18, оперирующий хирург может зажать ткань между упором 24 и желобом 22 и может разжать ткань после операции разрезания/сшивания скобками путем деблокирования смыкающего спускового механизма 18 из положения фиксации.
Дополнительные конфигурации механизированных хирургических инструментов описаны в опубликованной заявке на патент США № 2007/0175962 A1, «Motor-driven surgical cutting and fastening instrument with tactile position feedback», которая целиком включена в настоящее описание посредством ссылки.
Фиг.11 представляет собой схематическое представление схемы управления электродвигателем в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. В различных вариантах осуществления схема управления электродвигателем может содержать, по меньшей мере, одну интегральную схему (IC), например процессор, память, микроконтроллер, схемы синхронизации и т.п. В других вариантах осуществления схема управления электродвигателем может не содержать никаких IC. Такая неинтегральная схема управления электродвигателем может быть полезной, так как часто трудно, сложно и дорого стерилизовать хирургический инструмент, содержащий IC.
Когда оперирующий хирург первоначально подтягивает выстреливающий спусковой механизм 20 после фиксации смыкающего спускового механизма 18, датчик 110 включается (или замыкается, когда датчик 110 является переключателем) и, тем самым, допускает протекание через него тока. Если нормально разомкнутый сенсорный переключатель 130 реверса электродвигателя находится в разомкнутом состоянии (что означает, что конец хода концевого эффектора еще не достигнут), ток будет протекать к однополюсному двухпозиционному реле 132. Когда сенсорный переключатель 130 реверса электродвигателя не замкнут, катушка 134 индуктивности реле 132 не будет возбуждена, и поэтому реле 132 будет находиться в своем невозбужденном состоянии.
Как показано на фиг.11, схема может содержать также резистивный элемент 144 и переключатель 146, соединенные параллельно, при этом параллельные элементы соединены последовательно с реле 132. Резистивный элемент 144 и переключатель 146 также подсоединены к источнику 64 питания. Переключатель 146 может находиться под управлением схемы 148 управления, которая реагирует на датчик 150 положения режущего инструмента. В соответствии с различными вариантами осуществления схема 148 управления может размыкать переключатель 146, когда режущий инструмент 32 находится (i) очень близко к началу его хода и (ii) очень близко к концу его хода. Например, схема управления может размыкать переключатель, когда режущий инструмент 32 находится (i) в 0,001 дюймах от начальной точки его хода и (ii) в 0,001 дюймах от конца его хода, согласно определению датчиком 150 положения режущего инструмента. При разомкнутом переключателе 146 ток протекает через резистивный элемент 144 и затем через реле 132, реле 138, сенсорный переключатель 110 работы электродвигателя в электродвигатель 65. Протекание тока через резистивный элемент 144 снижает величину тока, подаваемого в электродвигатель 65, что снижает мощность, развиваемую электродвигателем 65. Следовательно, когда режущий инструмент 32 находится (i) очень близко к началу его хода или (ii) очень близко к концу его хода, мощность, развиваемая электродвигателем 65, снижается. Напротив, как только режущий инструмент 32 переместится достаточно далеко от его начальной точки или конечной точки хода, схема 148 управления может замкнуть переключатель 146, с замыканием накоротко резистивного элемента 144, что приводит к усилению тока через электродвигатель 65 и, тем самым, повышает мощность, развиваемую электродвигателем.
В соответствии с различными вариантами осуществления, электрическая схема дополнительно содержит сенсорные переключатели 136a-d блокировки, совместно образующие цепь 137 блокировки, по которой ток из реле 132, когда оно обесточено, проходит для электрического срабатывания электродвигателя 65. Каждый сенсорный переключатель 136a-d блокировки может быть выполнен с возможностью сохранения разомкнутого (т.е. непроводящего) состояния выключателя или замкнутого (т.е. проводящего) состояния переключателя в ответ на, соответственно, наличие или отсутствие соответствующего условия. Любое из соответствующих условий, если оно имеет место, когда осуществляют выстреливание из инструмента 10, может иметь следствием неудовлетворительную операцию разрезания и сшивания скобками и/или повреждение инструмента 10. Условия, на которые могут реагировать сенсорные переключатели 136a-d блокировки, включают в себя, например, (a) отсутствие кассеты 34 для скобок в желобе 22, (b) присутствие использованной (например, ранее отработанной) кассеты 34 для скобок в желобе 22 и (c) разомкнутое (или иначе неудовлетворительно сомкнутое) положение упора 24 относительно желоба 22. Другие условия, на которые могут реагировать сенсорные переключатели 136a-d блокировки, например износ компонентов, можно предположить с учетом суммарного числа операций выстреливания, выполненных инструментом 10. Соответственно, в различных вариантах осуществления, если существуют любые из упомянутых условий, то соответствующие сенсорные переключатели 136a-d блокировки сохраняют разомкнутое состояние переключения и, тем самым, не допускают протекание тока, необходимого для включения работы электродвигателя 65. Пропускание тока сенсорными переключателями 136a-d блокировки возможно в различных вариантах осуществления только после того, как устранены все упомянутые условия. Следует понимать, что вышеописанные условия приведены только для примера, и что можно обеспечить дополнительные сенсорные переключатели блокировки для реагирования на другие условия, причиняющие вред работе инструмента 10. Аналогично, следует понимать, что, в вариантах осуществления, в которых, по меньшей мере, одно из вышеописанных условий может отсутствовать или не имеет значения, число сенсорных переключателей 136a-d блокировки может быть меньше, чем показано.
Как показано на фиг.11, сенсорный переключатель 136a блокировки можно реализовать с использованием конфигурации нормально-разомкнутого переключателя, чтобы замкнутое состояние переключения поддерживалось, когда кассета 34 для скобок находится в положении, соответствующем ее надлежащему вмещению в желоб 22. Когда кассета 34 для скобок не установлена в желоб 22 или установлена неправильно (например, с нарушением центрировки), сенсорный переключатель 136a блокировки сохраняет разомкнутое состояние переключения. Сенсорный переключатель 136b блокировки можно реализовать с использованием конфигурации нормально-разомкнутого переключателя, чтобы замкнутое состояние переключения сохранялось, только когда в желобе 22 присутствует неиспользованная кассета 34 для скобок (т.е. кассета 34 для скобок, содержащая скользящий блок 33 в неотработанном положении). Присутствие отработанной кассеты 34 для скобок в желобе 22 вынуждает сенсорный переключатель 136b блокировки оставаться в разомкнутом состоянии переключения. Сенсорный переключатель 136c блокировки можно реализовать с использованием конфигурации нормально-разомкнутого переключателя, чтобы замкнутое состояние переключения сохранялось, когда упор 24 находится в сомкнутом положении относительно желоба 22. Сенсорный переключатель 136c блокировки может работать с управлением по устройству задержки времени, при этом замкнутое состояние переключения поддерживается только после того, как упор 24 будет находиться в сомкнутом положении в течение предварительно заданного периода времени.
Сенсорный переключатель 136d блокировки можно реализовать с использованием конфигурации нормально замкнутого переключателя, чтобы замкнутое состояние переключения поддерживалось только в том случае, когда суммарное число выстреливаний, произведенных инструментом 10, имеет значение меньше предварительно заданного числа. Сенсорный переключатель 136d блокировки может сообщаться со счетчиком 139, выполненным с возможностью ведения счета, характеризующего суммарное число выстреливаний, произведенных инструментом 10, сравнения сосчитанного числа с заданным числом и управления состоянием переключения сенсорного переключателя 136d блокировки по результатам сравнения. Следует понимать, что счетчик 139, хотя и показан отдельно на фиг.11, может быть объединенным с сенсорным переключателем 136d блокировки для формирования общего устройства. В предпочтительном варианте, счетчик 139 реализован в виде электронного устройства, имеющего вход для увеличения сохраненного сосчитанного числа на основании перехода дискретного электрического сигнала, подаваемого в данное устройство. Следует понимать, что вместо описанного можно применить механический счетчик, выполненный с возможностью ведения счета на основании механического входного сигнала (например, отвода выстреливающего спускового механизма 20). В случае реализации в виде электронного устройства, любой дискретный сигнал, присутствующий в электрической схеме, который совершает переход один раз при каждой операции выстреливания, можно использовать как входной сигнал счетчика 139. Например, как показано на фиг.11, можно использовать дискретный электрический сигнал, получаемый в результате срабатывания датчика 130 конца хода. Счетчик 139 может управлять состоянием переключения сенсорного переключателя 136d блокировки таким образом, чтобы замкнутое состояние переключения поддерживалось, когда сохраненное сосчитанное число меньше, чем предварительно заданное число, хранимое в счетчике 139. Когда сохраненное сосчитанное число становится равным предварительно заданному числу, счетчик 139 предписывает сенсорному переключателю 136d блокировки поддерживать разомкнутое состояние переключения и, тем самым, не допускать протекание тока через него. Следует понимать, что предварительно заданное число, хранимое счетчиком 139, можно селективно настраивать по требованию. В соответствии с различными вариантами осуществления счетчик 139 может сообщаться с внешним дисплеем (не показан), например LCD (жидкокристаллическим) дисплеем, встроенным в инструмент 10 для указания пользователю либо хранимого сосчитанного числа, либо разности между предварительно заданным числом и хранимым сосчитанным числом.
В соответствии с различными вариантами осуществления, цепь 137 блокировки может содержать, по меньшей мере, один индикатор, доступный для наблюдения пользователем инструмента 10 для отображения состояния, по меньшей мере, одного из сенсорных переключателей 136a-d блокировки. Более подробные сведения, касающиеся таких индикаторов, можно найти в опубликованной заявке на патент США 2007/0175956, «Electronic lockouts and surgical instrument including same», которая целиком включена в настоящее описание посредством ссылки. Данная заявка содержит также примерные монтажные схемы расположения и конфигурации для сенсорных переключателей 136a-d блокировки.
В изображенном варианте осуществления, когда сенсорные переключатели 136a-d блокировки совместно сохраняют замкнутое состояние переключения, однополюсное однопозиционное реле 138 находится под напряжением. Когда реле 138 находится под напряжением, ток протекает через реле 138, через сенсорный переключатель 110 работы электродвигателя и через двухполюсное двухпозиционное реле 140 в электродвигатель 65 и, тем самым, питает электродвигатель 65 и обеспечивает его вращение в правом направлении. В соответствии с различными вариантами осуществления, поскольку выходной сигнал реле 138, после подачи на него напряжения, поддерживает реле 138 в возбужденном состоянии, пока не подается напряжение в реле 132, то цепь 137 блокировки не будет выполнять функцию блокировки работы электродвигателя 165 после начала, даже если, по меньшей мере, один из сенсорных переключателей 136a-d блокировки впоследствии придет в разомкнутое состояние переключения. Однако, в других вариантах осуществления, может быть необходимо или иначе желательно соединить цепь 137 блокировки и реле 138 так, чтобы, по меньшей мере, один из сенсорных переключателей 136a-d блокировки должен был сохранять замкнутое состояние переключения, чтобы поддерживать работу электродвигателя 165 после начала.
Вращение электродвигателя в правом направлении вынуждает кольцо 84 перемещаться в дистальном направлении и, тем самым, выключать сенсорный переключатель 142 останова электродвигателя в различных вариантах осуществления. Так как переключатель 142 является нормально замкнутым, электромагнит 141, подключенный к переключателю 142, может находиться под напряжением. Электромагнит 141 может быть обычным нажимным соленоидом, который, под напряжением, вызывает аксиальное выдвижение плунжера (не показанного). Выдвижение плунжера может выполнять функцию фиксации смыкающего спускового механизма 18 в отведенном назад положении и предотвращения, тем самым, размыкания упора 24 в то время, когда выполняется операция выстреливания (т.е. в то время, когда переключатель 142 не включен). После обесточивания электромагнита 141 плунжер отводится назад, чтобы возможно было ручное отпускание смыкающего спускового механизма 18.
Когда концевой эффектор 12 достигнет конца своего хода, датчик 130 реверса электродвигателя включится, и, тем самым, переключатель 130 замкнется, и реле 132 получит питание. В результате этого реле 132 переключается в его возбужденное состояние (не показанное на фиг.11), что приводит к протеканию тока в обход цепи 137 блокировки и датчика 110 работы электродвигателя и вместо этого вынуждает ток протекать как через нормально замкнутое двухполюсное двухпозиционное реле 140, так и обратно в электродвигатель 65, но таким образом через реле 140, что вызывает реверс направления вращения электродвигателя 65. Поскольку сенсорный переключатель 142 останова электродвигателя является нормально замкнутым, ток будет протекать обратно в реле 132 и, тем самым, удерживать его под напряжением, пока переключатель 142 не разомкнется. Когда нож 32 полностью отведен, сенсорный переключатель 142 останова электродвигателя срабатывает и, тем самым, вызывает размыкание переключателя 142, с выключением, тем самым, питания электродвигателя 65 и снятием напряжения с соленоида 141.
На фиг.12 показан временной график работы цепи в соответствии с различными вариантами осуществления. В предположении, что переключатели 136a-d блокировки находятся в их надлежащем состоянии, в момент времени T0 оператор отводит назад выстреливающий спусковой механизм 20 и, тем самым, замыкает сенсорный переключатель 110 работы электродвигателя, что вызывает правое вращение электродвигателя 65. В это время переключатель 146 разомкнут, и поэтому ток протекает через резистивный элемент 144, ослабляющий ток, подаваемый в электродвигатель 65, с момента времени T0 до момента времени T1. В момент времени T1, когда режущий инструмент находится достаточно далеко от его исходного положения, переключатель 146 замыкается и, тем самым, замыкает накоротко резистивный элемент 144 и подает более высокую мощность в электродвигатель 65. С момента времени T1 до момента времени T2 электродвигатель работает в режиме его полной мощности, при замкнутом переключателе 146. В момент времени T2, когда режущий инструмент 32 подходит ближе к концу его хода, переключатель 146 размыкается, что ослабляет ток, подаваемый в электродвигатель 65. Следовательно, в период от T2 до T3 электродвигатель 65 работает с мощностью ниже полной мощности.
В момент времени T3 замыкается сенсорный переключатель 130 конца хода, что вынуждает электродвигатель 65 реверсировать вращение. Электродвигатель 65 все еще находится в состоянии пониженной мощности, так как переключатель 146 разомкнут, и электродвигатель 65 остается в его состоянии пониженной мощности до момента времени T4, когда переключатель 146 замыкается потому, что режущий инструмент 32 достаточно далеко отодвинулся от его положения конца хода. С момента времени T4 до момента времени T5 электродвигатель 65 работает на полной мощности и отводит режущий инструмент 32. В момент времени T5, подходит ближе к своему исходному положению (положению останова), переключатель 146 снова размыкается, что ослабляет ток, подаваемый в электродвигатель 65, и, тем самым, снижает мощность, развиваемую электродвигателем 65. В момент времени T6 размыкается сенсорный переключатель 142 останова электродвигателя, с отключением подачи тока в электродвигатель и обеспечением останова его вращения.
При такой коммутационной архитектуре инструмент 10 с приводом от электродвигателя обеспечивает качество «плавного» запуска путем ограничения способности электродвигателя сразу прикладывать полную нагрузку. Электродвигатель 65 сначала находится в режиме со сниженной мощностью (с момента времени T0 до момента времени T1), чтобы ограничивать резкий скачкообразный запуск. Кроме того, посредством включения режима плавного запуска снижается вероятность пересиливания электродвигателем механизма блокировки по кассете. Кроме того, снижение мощности прежде достижения ножом положения конца его хода (или дистального положения) облегчает реверсирование направления вращения электродвигателя.
В других вариантах осуществления, параллельно соединенные переключатель 146 и резистивный элемент 144 подсоединены в разных местах, но, в предпочтительном варианте, они всегда находятся в токовой петле независимо от того, вращается ли электродвигатель 65 вправо или в реверсном направлении. Кроме того, резистивный элемент 144 может быть схемным элементом или электрическим компонентом любого типа, который обеспечивает достаточное сопротивление. Например, резистивный элемент 144 может быть одним или несколькими параллельно соединенными резисторами.
Кроме того, резистивный элемент 144 может содержать переменный резистор, как показано на фиг.13. В данном варианте осуществления переключатель 146 может применяться или не применяться. На фиг.13 изображен вариант осуществления без переключателя 146. Схема 148 управления может изменять сопротивление переменного резистивного элемента 144, например, на основании положения режущего инструмента 32. При этом, вместо двух уровней мощности электродвигателя 65, может быть несколько дискретных уровней мощности или непрерывный диапазон изменения уровней мощности электродвигателя 65, в зависимости от характера переменного резистивного элемента 144. В различных вариантах осуществления переменный резистивный элемент может содержать струнный потенциометр или кабельный преобразователь положения, в котором, например, сопротивление зависит от положения ножа 32 в концевом эффекторе 12. Кроме того, для обеспечения переменного сопротивления можно использовать активный элемент, например транзистор. Например, на фиг.14 изображена схема, в которой FET (полевой транзистор) 147 служит переменным резистором для ограничения тока, подаваемого в электродвигатель 65 в различных рабочих состояниях.
В еще одних вариантах осуществления можно применить интегральный переключаемый контроллер, например, UC2637 компании Texas Instrument или какую-нибудь другую схему управления электродвигателем, чтобы ограничивать вращательный момент и/или частоту вращения электродвигателя 65 в различные периоды времени в течение цикла разрезного хода, например «плавного» запуска, в пределах области блокировок, до останова или реверсирования направления и т.п. В соответствии с еще одними вариантами осуществления, как показано на фиг.15, для управления частотой вращения электродвигателя 65 можно воспользоваться схемой 148 широтно-импульсной модуляции, приводящей электродвигатель в действие короткими импульсами. Для управления частотой вращения электродвигателя 65 можно изменять продолжительность импульсов; при этом, чем длиннее импульсы, тем быстрее вращается электродвигатель, и наоборот. Соответственно, импульсы с короткой продолжительностью можно использовать, когда режущий инструмент 32 первоначально покидает или возвращается в свое исходное положение, или приближается к положению конца своего хода или уходит из данного положения и т.п. Кроме того, в еще одних вариантах осуществления, для управления частотой вращения электродвигателя 65 можно применить схему 149 частотной модуляции, как показано на фиг.16. В схеме частотной модуляции коэффициент заполнения импульса остается постоянным, а частота импульсов изменяется и, тем самым, изменяет частоту вращения электродвигателя. Соответственно, низкочастотные импульсы можно использовать, когда режущий инструмент 32 первоначально покидает или возвращается в свое исходное положение, или приближается к положению конца своего хода или уходит из данного положения и т.п., и высокочастотные импульсы можно использовать, когда требуется более высокая частота вращения электродвигателя.
В еще одних вариантах осуществления, для управления частотой вращения электродвигателя 65 можно воспользоваться схемой 151 усилителя, как показано на фиг.17. Схема 151 усилителя может усиливать, например, ток или напряжение, подаваемые в электродвигатель 65. В соответствии с различными вариантами осуществления, схема 151 усилителя может содержать транзисторную пару Дарлингтона или какую-нибудь другую подходящую схему усилителя на транзисторах.
В других вариантах осуществления, вместо двухпозиционного сенсорного переключателя 110 работы электродвигателя можно применить пропорциональный датчик на переменном резисторе. В данных вариантах осуществления частота вращения электродвигателя 65 будет пропорциональной усилию, прикладываемому оператором. Датчик 110 работы электродвигателя может обеспечивать сопротивление разомкнутой цепи, когда выстреливающий спусковой механизм 20 не отведен/приведен в действие, и затем обеспечивать уменьшение сопротивления по мере того, как отводят выстреливающий спусковой механизм. Независимо от того, является ли переключатель 110 двухпозиционным переключателем или переменным резистором, если оператор отпускает выстреливающий спусковой механизм 20 в ходе процедуры в то время, когда электродвигатель вращается в правом направлении, мощность, подаваемая в электродвигатель 65, будет выключаться или, по меньшей мере, снижаться, что обеспечивает возможность динамического торможения инструмента 10.
В других вариантах осуществления, как показано на фиг.18, переключателями 140a и 140b можно управлять активно, а не посредством реле 140, показанным, например, на фиг.11. В данных вариантах осуществления, непосредственно перед тем, как определяется конец хода, один из переключателей 140a, 140b может переключать полярность таким образом, что оба переключателя 140a, 140b оказываются подключенными к выводам с одинаковой полярностью, подаваемой на электродвигатель 65 (например, либо к обоим положительным, либо к обоим отрицательным выводам). Тогда питание электродвигателя 65 будет отключено, что вызывает его останов. На фиг.18 показан вариант осуществления, в котором оба переключателя 104a и 140b соединены к положительным выводам. Тогда, приблизительно, в тот же момент времени, когда распознается конец хода, или вскоре после него, другой переключатель 140a, 140b может переключить полярность, что обеспечивает вращение электродвигателя 65 в реверсном направлении. В примере, показанном на фиг.18, такое действие может выполняться включением переключателя 140a на отрицательный вывод. Разумеется, в других вариантах осуществления переключатель 140a может быть сначала переключен на отрицательный вывод, и затем переключатель 140b может переключаться на положительный вывод. Кроме того, можно воспользоваться другими схемами переключений для временного отключения питания электродвигателя 65 перед переключением направления его вращения, чтобы обеспечивать такого рода «активное торможение». Например, переключатели 140a, 140b могут по-прежнему работать с управлением от индуктивного реле, и схема может содержать другую схему переключения для активного торможения электродвигателя 65.
Активное торможение можно сочетать с регулированием уровней мощности, подаваемой в электродвигатель 65, как пояснялось выше, например, в связи с фиг.11 и 12. На фиг.19 показана временная диаграмма, которая включает в себя активное торможение. В момент времени T2.1 между моментами времени T2 и T3 питание электродвигателя 65 может выключаться посредством переключения, например, одного из переключателей 140a, 104b, с торможением, тем самым, электродвигателя. Затем, в момент времени T3, переключатель 130 конца хода может замыкаться, и другой переключатель 140a, 140b может включиться на подачу питания в электродвигатель 65, но в реверсном направлении, как описано выше.
Схема 135 управления или какая-нибудь другая схема управления может управлять переключением переключателей 140a, 140b. В соответствии с различными вариантами осуществления схема 135 управления может содержать процессор и память. Например, схема 135 управления может содержать микроконтроллер на основе IC (интегральной схемы). Память может хранить данные, характеризующие тип кассеты 34, заряженной в концевой эффектор 12. Например, память может хранить данные, характеризующие длину разреза, необходимого для кассеты 34. На основании упомянутых данных, схема 135 управления может управлять временем, когда переключаются переключатели 146, 140a и 140b. Так как в инструментах 10 некоторых типов кассеты 34 часто являются заменяемыми, то идентификационные данные могут передаваться в схему 135 управления RFID (высокочастотной идентификационной) этикеткой или приемопередатчиком, соединенным или связанным с кассетой 34, или каким-либо другим средством. RFID-сигнал из этикетки может приниматься схемой 135 управления и вводиться в память. В других вариантах осуществления приемопередатчик, связанный с кассетой 34, может передавать идентификационные данные в схему 135 управления по, по меньшей мере, одному индуктивному каналу, например, описанному в опубликованной заявке на патент США № 2008/0167522, «Surgical instrument with wireless communication between control unit and sensor transponders», которая целиком включена в настоящее описание посредством ссылки.
В соответствии с другими вариантами осуществления, схема 135 управления может не содержать никаких интегральных схем. Например, схема 135 управления может содержать цепи аналоговых таймеров (например, резистивно-емкостные (RC) цепи таймеров) для управления временем переключения переключателей 146, 140a-b. В соответствии с данным вариантом осуществления, схема 135 управления может получать информацию о длине разреза для конкретной используемой кассеты 34 на основании замыкания электрической цепи, когда кассету 34 вставляют в желоб 22. Например, как показано на фиг.20, желоб 22 может содержать несколько контактных площадок 220, расположенных встречно по отношению к нижней поверхности кассеты 34, когда кассета 34 заряжена в желоб 22. Нижняя поверхность кассеты 34 также может содержать несколько контактов 222, как показано на фиг.21. Число и расположение контактов 222 на кассете 34 может означать тип кассеты. Например, число и расположение контактов 222 может означать длину разрезания для кассеты 34. Все кассеты с одинаковой длиной разрезания будут предпочтительно иметь одинаковый рисунок контактов; кассеты с разными длинами разрезания будут иметь разные рисунки контактов. Цепь, замыкаемая, когда контакты 222 кассеты 34 контактируют с контактами 220 желоба 22, может содержать несколько разных сопротивлений, поднабор которых включается в замкнутую цепь, когда контакты 222 кассеты 34 контактируют с контактами 220 желоба 22. В зависимости от рисунка контактов на кассете 34, в замкнутой цепи могут находиться разные сопротивления. Сопротивления могут включаться в схему 135 управления и могут служить в составе резистивно-емкостных (RC) цепей для формирования синхронизирующих сигналов для переключателей 146, 140a, 140b. При этом схема 135 управления может управлять переключателями 146, 140a-b на основании типа кассеты 34, заряженной в концевой эффектор 12.
В другом варианте осуществления нижняя поверхность кассеты 34 может содержать плунжер 230, как показано на фиг.22. Желоб 22 может содержать несколько переключателей 232, как показано на фиг.23, один из которых включается плунжером 230, когда кассету 34 заряжают в концевой эффектор 12. Переключатель 232 может содержать отличающуюся, соответствующую ему резисторную цепь. Каждая из резисторных цепей может быть соединена со схемой 135 управления, но, когда кассету 34 заряжают в желоб 22, включаться будет только одна, в зависимости от местоположения плунжера 230. Каждая заменяемая кассета 34, имеющая такую же длину разрезания, будет содержать плунжер 230 в том же самом положении. Кассеты 34 с разными длинами будут предпочтительно содержать плунжеры 230 в разных положениях. Поскольку концевой эффектор 12 может вмещать лишь ограниченное число (например, 5) разных кассет, то в желобе 22 потребуется всего лишь соответствующее число переключателей 232 и будет существовать всего лишь соответствующее число приемлемых местоположений плунжеров.
В других вариантах осуществления инструмент 10 может содержать внешний селекторный переключатель 240, например микропереключатель в корпусе с двухрядным расположением выводов или другое подходящее устройство ввода, с помощью которого оператор инструмента или другое лицо может вводить идентификационные данные на используемую кассету 34. Как показано на фиг.24, рукоятка может содержать данный селекторный переключатель 240 в вариантах осуществления, в которых схема 135 управления содержит IC, или в вариантах осуществления, в которых схема 135 управления не содержит никаких IC.
На фиг.25 представлен другой вариант осуществления схемы управления электродвигателем. Когда переключатель 110 работы электродвигателя (или выстреливания) замкнут (данный переключатель показан в разомкнутом состоянии на фиг.25), когда защитный выключатель 240 замкнут (данный выключатель показан разомкнутым на фиг.25), что указывает на то, что защита устройства установлена, и когда нормально замкнутый переключатель 242 блокировки разомкнут, что указывает на то, что инструмент находится в незаблокированном состоянии, ток протекает через защитный выключатель 240 и через индикатор 244 блокировки (который может быть LED (светоизлучающим диодом), как показано на фиг.25) в электродвигатель 65. Когда достигается конец разрезного хода, переключатель 130 конца хода или направления переключается и, тем самым, реверсирует электродвигатель 65 (с также разомкнутым переключателем 110 выстреливания). В данном состоянии ток также протекает через индикатор 246 реверсного направления, например LED, обеспечивающий визуальную индикацию, что направление электродвигателя реверсировано.
Как показано на фиг.25, схема может также содержать ручной реверсирующий переключатель 248. Оператор может вручную переключить данный переключатель, если режущий инструмент 32 сработал лишь частично. Переключение ручного реверсирующего переключателя 248 приводит к реверсированию вращения электродвигателя 65, что вынуждает режущий инструмент 32 вернуться в его исходное положение или положение покоя.
Батарея 64 инструмента 10 может содержать, по меньшей мере, один последовательно соединенный батарейный элемент. В различных вариантах осуществления селекторный переключатель элементов может управлять тем, сколько батарейных элементов применяются для питания электродвигателя 65 в данный момент времени, для управления мощностью, располагаемой электродвигателем 65. Это позволит оператору инструмента располагать большими возможностями управления как частотой вращения, так и мощностью электродвигателя 65. В другом варианте осуществления инструмент может содержать регулятор мощности, содержащий, например, преобразователь постоянного напряжения, который регулирует напряжение, подаваемое в электродвигатель. Кроме того, уставку напряжения для регулятора напряжения можно настроить так, чтобы напряжение, подаваемое из источника питания, было меньше, чем напряжение, при котором источник питания подает максимальную мощность. При этом источник питания (например, число последовательно соединенных батарейных элементов) может работать на «левой» или восходящей стороне кривой мощности, что дает в распоряжение возможность повышения мощности.
Кроме того, в соответствии с различными вариантами осуществления, источник 64 питания может содержать вспомогательные аккумуляторные устройства, например подзаряжаемые батареи или суперконденсаторы. Данные вспомогательные аккумуляторные устройства могут многократно заряжаться сменными батареями. Схема управления зарядом может управлять зарядкой вспомогательных аккумуляторных устройств и обеспечивать различные сигналы состояния, например предупредительный сигнал, когда зарядка вспомогательных аккумуляторных устройств завершена.
В других вариантах осуществления источник питания или модуль питания, содержащий вспомогательные аккумуляторные устройства, может быть извлекаемым из инструмента и подключаемым к удаленному основному зарядному устройству. Основное зарядное устройство может заряжать вспомогательные аккумуляторные устройства, например, от электрической сети переменного тока или батареи. Основное зарядное устройство может также содержать процессор и блок памяти. Данные, хранимые в памяти съемного модуля питания, могут загружаться в основное зарядное устройство, из которого они могут загружаться для последующего использования и анализа, например, пользователем (например, врачом), изготовителем или дистрибьютором инструмента и т.п. Данные могут содержать рабочие параметры, например информацию о зарядном цикле, а также ID (идентификационные) значения для различных сменных компонентов инструмента, например кассеты для скобок.
Дополнительные сведения, касающиеся упомянутых источников питания, можно найти в заявках на патенты США № 12/031,556, «Motorized surgical cutting and fastening instrument», и № 12/031,567, «Motorized surgical cutting and fastening instrument having handle based power source», обе из которых поданы 14 февраля 2008 г. и принадлежат общему владельцу с настоящей заявкой, и обе из которых целиком включены в настоящее описание посредством ссылки.
Устройства, описанные в настоящей заявке, могут быть выполнены для отправки в отходы после однократного применения, или упомянутые устройства могут быть выполнены для многократного использования. Однако в обоих случаях устройство можно восстанавливать для повторного применения после, по меньшей мере, одного использования. Восстановление может включать в себя любую комбинацию этапов разборки устройства, последующие чистку или замену конкретных деталей и затем повторную сборку. В частности, устройство можно разбирать, и любое число конкретных деталей или частей устройства можно селективно заменять или снимать в любой комбинации. После чистки и/или замены конкретных частей, устройство можно повторно собрать для последующего использования либо в ремонтном учреждении, либо персоналом операционного блока непосредственно перед хирургической процедурой. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что восстановление устройства можно выполнять с применением множества различных методов для разборки, очистки/замены и повторной сборки. Как применение данных методов, так и получаемое восстановленное устройство находятся в пределах объема настоящего изобретения.
Различные варианты осуществления изобретения, описанные в настоящей заявке, будут, предпочтительно, подвергаться обработке перед хирургической операцией. Сначала новый или пользованный инструмент получают и, при необходимости, подвергают очистке. Затем инструмент можно стерилизовать. Согласно одному методу стерилизации, инструмент помещают в закрытую и герметизируемую тару, например термоформованную пластиковую оболочку с покрытием из листа материала TYVEK. Затем тару и инструмент помещают в поле действия излучения, которое может проникать сквозь тару, например гамма-излучения, рентгеновского излучения или потока высокоэнергетических электронов. Излучение убивает бактерии на инструменте и в таре. Затем стерилизованный инструмент можно хранить в стерильной таре. Герметизированная тара сохраняет инструмент в стерильном состоянии для вскрытия в медицинском учреждении.
Устройство рекомендуется стерилизовать. Стерилизацию можно выполнять множеством способов, известных специалистам в данной области техники, включая способы с бета- или гамма-излучением, этиленоксидом, паром и другие способы.
Хотя выше настоящее изобретение пояснялось посредством описания нескольких вариантов осуществления, и хотя наглядные варианты осуществления описаны выше со всеми подробностями, заявитель не предполагает сужать или как-либо ограничивать объем притязаний прилагаемой формулы изобретения упомянутыми подробностями. Дополнительные преимущества и модификации могут быть легко обнаружены специалистами в данной области техники. Различные варианты осуществления настоящего изобретения отражают многочисленные усовершенствования по сравнению с ранее известными способами сшивания скобками, которые требуют использования скобок с разными размерами в одной кассете для получения скобок, которые имеют разные формованные (окончательные) высоты.
Соответственно, настоящее изобретение описано на примере эндоскопических процедур и устройств. Однако применение в настоящей заявке таких терминов, как «эндоскопический» не следует интерпретировать в смысле ограничения настоящего изобретения хирургическим разрезным и сшивающим скобками инструментом для применения только в сочетании с эндоскопической трубкой (т.е. троакаром). Напротив, предполагается, что настоящее изобретение может найти применение при любой процедуре, при которой доступ ограничен, включая, но без ограничения, лапароскопические процедуры, а также при открытых процедурах. Кроме того, оригинальные и новые аспекты различных вариантов осуществления кассеты для скобок в соответствии с настоящим изобретением могут оказаться полезными при применении в сочетании с другими формами сшивающих скобками устройств, не выходящими за пределы существа и объема настоящего изобретения.