電動機のような発電ユニットを収容したハウジング付き電動外科用器具。制御モジュールはハウジング内に搭載されたシェル内に配置される。制御モジュールは発電ユニットの作動を調整するための制御回路を収容する。発電ユニットはユニットの動作状態を表わす信号を放射し、それはシェルを形成する構造材を介して伝送される。また制御モジュールシェルの内部には、発電ユニットによって放射された信号を監視するセンサもある。センサによって出力されたこの信号は制御回路に印加される。制御回路はセンサ信号に基づいて、発電ユニットの作動を調整する。発電ユニットが電動機である場合、放射される信号は回転子の位置により変動する磁界である。センサはこの磁界の強度を監視する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に電動外科用器具に関する。さらに詳しくは、本発明は、器具の起動を制御する回路が封入された密閉モジュール付きのコードレス電動外科用器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の外科手術で、医療従事者に利用可能である最も重要な機器の１つが電動外科用器具である。しばしば、この器具は電動機が収容されたドリルユニットの形を取る。ドリルユニットに固定されるのは、特定の医療処置を実行するために手術部位に適用するように設計された切削アタッチメントである。例えば、電動外科用器具の中には、組織に穴をあけるため、または骨のような組織を選択的に切除するためのドリル、バー（ｂｕｒ）、またはリーマが具備されるものがある。他の電動外科用器具の中には、ソーヘッドが具備されるものがある。これらの器具は、硬および軟組織の大きい部分を分離する。ワイヤドライバは、その名前が暗示する通り、ワイヤを患者内に、さらに詳しくは骨内において推進させる電動器具である。電動器具は、手術室で他の機能を果たすためにも使用される。例えば、多量の外科用セメントを形成する成分を混合するために電動器具を使用することが公知である。
【０００３】
患者に電動外科用器具を使用する能力は、患者に医療処置を実行するときの外科医の身体的緊張を低減する。さらに、大半の外科的処置は電動外科用器具により、それら以前に行なわれた手動による同等物より迅速かつ正確に実行することができる。
【０００４】
一部の医師に特に人気のある電動外科用器具のあるタイプのものには、コードレスの電池式電動外科用器具がある。名前が暗示する通り、この器具は電動機の電源として働く電池を有する。これは、外部電源に接続された電源コードを器具に設ける必要性を排除する。電源コードの排除は、コード接続された電動外科用器具に勝る利益をもたらす。このタイプの器具を使用する外科手術従事者は、コードを無菌手術野に導入することができるようにコードを滅菌すること、または処置中に非滅菌セクションのコードが不注意に手術作業域に導入されないことを確実にすることのいずれにも気遣う必要が無い。コードの排除は結果的に、コードが外科的処置にもたらす物理的混雑および視野の遮断をも同様になくする。
【０００５】
コード接続型およびコードレス電動外科用器具に共通する１つの特徴は、器具上の制御スイッチまたは部材の存在である。この部材はしばしばバイアススイッチ、トリガ、またはボタンの形を取る。多数のコード接続型およびコードレス外科用器具は、ピストルのハンドグリップに類似したハンドルを有する。この形状の器具は時々、制御部材がハンドルに褶動可能に装着されたトリガとなるように設計される。
【０００６】
電動外科用器具は、多くの他の電動器具とは異なり、比較的大量の電力を伝えるということ以上のことを行なわなければならない。電動外科用器具は、水蒸気が飽和状態でありかつ非常に高温の環境への、反復される曝露に耐えることができなければならない。これは、使用前に電動外科用器具がオートクレーブで滅菌されるためである。このプロセスで、器具は、雰囲気が水蒸気（蒸気）で飽和状態である、温度が約２７０°Ｆ（１３２℃）であり、雰囲気圧力が約３０ｐｓｉ（ゲージ）（０．２１×１０⁶Ｐａ）であるチャンバ内に配置される。器具の内部構成部品は、その制御回路の導電性構成部品を含め、保護されないままでこの環境に繰返し曝露されると、腐食する。
【０００７】
１９９８年５月５日に発行され、引用することによって本願明細書の一部をなすものとする出願人の米国特許第５，７４７，９５３号「ＣＯＲＤＬＥＳＳ，ＢＡＴＴＥＲＹ ＯＰＥＲＡＴＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＴＯＯＬ」は、オートクレーブ滅菌の影響から外科用器具の内部構成部品を保護するための一手段を開示している。本発明の器具は、器具の作動を調整する回路を収容した密閉モジュールを有する。このモジュールの内部には、外付けされたトリガの状態を監視する非接触センサもある。各トリガに取り付けられ、器具ハウジングの内部に配置されているのは磁石である。モジュールの内部には磁界センサがある。各センサは、トリガ磁石のうちの関連する１つの近接性の関数として、変動信号を生成する。トリガの手動変位は結果的に、器具内部の磁石の同様の変位を引き起こす。トリガおよび磁石がそのように変位すると、相補型センサは移動が起きたことを示す信号を生成する。この信号を受信すると、制御回路は、付勢する電流を電動機に印加するのに必要な信号を生成する。
【０００８】
上記器具のオン／オフ制御アセンブリの導電性構成部品は、オートクレーブ環境の過飽和加熱空気から遮蔽される。この器具が滅菌されるときに、これらの構成部品は悪影響を受けない。
【０００９】
しかし、公知のコードレス電動器具は、露出されたままの他の敏感な構成部品を有する。これらの構成部品として一般的に、電力生産ユニットの動作を監視するセンサがある。多くの電動機付きコードレス電動外科用器具はそれらの電力生産ユニットとして、例えばブラシレス直流電動機を使用する。このタイプの電動機の内部には、電動機の回転子位置を監視するセンサがある。センサによって生成される信号は、制御回路に供給される。これらの信号は、オン／オフ信号により電動機における回転整流を調整するフィードバック信号として機能する。
【００１０】
これらのセンサは、オートクレーブの腐食助長環境に曝露される。現在、これらのセンサは、滅菌プロセスの厳しい影響からそれらを遮蔽するために、ポッティングコンパウンドに包封される。それでもなお、長い間に、加圧水蒸気はこれらのセンサに到達することができる。ひとたびこれが発生すると、水蒸気はセンサを腐食して、それらの誤動作を引き起こす傾向がある。
【００１１】
たとえこれらのセンサが飽和水蒸気から遮蔽されたままであり続けても、それらの使用に関連する幾らかの不利点が存在する。往々にして、これらのセンサは低温環境で最も良く動作する。例えばホール効果センサによって生成される信号は、１５０℃より高い温度で変動し始める。電動外科用器具と一体化した電動機は、温度をこのレベルより高く上昇させるのに十分な熱を発生することがある。ひとたびこれが発生すると、ホールセンサによって出力される信号の変動は、制御回路に器具の誤動作を助長する制御信号を発生させることがある。
【００１２】
さらに、これらのセンサによって生成される電動機回転子の位置信号の精度は、当然、回転子に対するセンサの位置に強く依存する。外科手術従事者の最善の努力にもかかわらず、外科用器具が床に落下することは前例の無いことではない。器具がこの種の機械的衝撃にさらされると、電動機回転子センサの位置が偏移し得る。そのような移動は依然として、センサが電動機回転子の位置を正確に表わしていない信号を生成し得る別の理由である。
【００１３】
理論的には、電動機巻線によって生成される逆ＥＭＦ信号を使用して回転子の位置の指標を得ることによって、この問題を解消することが可能なはずである。これは、コード接続型電動外科用器具における回転子位置センサの使用をいかにして排除するかである。実際には、コードレス電動器具でこの解決策を実現することは難しいことが証明されている。これは、ゼロ速度、失速速度時には、そこから回転子位置を判定することのできる逆ＥＭＦ信号が無いためである。代わりに、電動機で始動させるために電動機巻線を付勢する他の手段が使用される。これらの他の手段は一般的に、巻線へのかなりの電流の印加を伴う。外科的処置中に、コードレス電動器具はオンおよびオフを繰返し循環することができる。したがって、コードレス電動外科用器具が逆ＥＭＦ信号の状態に基づいて駆動された場合、電動機をいつでも再始動可能にするために必要な電力は、電池の充電量の比較的急速な枯渇を引き起こし得る。このため、処置の途中で電池を充電することが必要になるおそれがある。明らかに、これは外科手術従事者が避けたいと思う作業である。
【００１４】
さらに、多くの電動外科用器具は、コード接続型およびコードレス型の両方とも、様々な切削アクセサリを駆動する。例えば多くのドリルユニットは、シェーバおよびバーの両方を駆動するように設計される。往々にして、アクセサリが異なれば、別々の好ましい速度で動作し、別々の最大動作速度を有する。コード接続型電動器具を付勢して装着された切削アクセサリのタイプを示す制御コンソールにフィードバックを提供する、多数の様々なアセンブリが市販されている。この情報に基づいて、制御コンソールは器具の作動を、装着されたアクセサリに適した速度で動作するように調整する。しかし、コードレス電動器具は制御コンソールを有さない。したがって、装着されたアクセサリに基づいて器具の動作をカスタム調整するために使用できる機構を提供することが難しいことが証明されている。
【００１５】
さらに、一部のコード接続型電動外科用器具は、外科医の選好に基づいてカスタム速度または動作設定をもたらすことのできる制御コンソールを有する。再び、コードレス器具はこのタイプのコンソールに接続されないので、このタイプの器具ではこのタイプの制御を外科医に提供することが難しいことが証明されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、新規の有用な電動外科用器具に関する。本発明の外科用器具は、器具の電力生産ユニットと一体化したセンサに頼らずに、ユニットの動作状態を判定する。本発明の外科用器具はまた、装着された切削アクセサリのタイプおよび／または外科医の好みに基づいてカスタム構成可能でもある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の電動外科用器具は、電力生産構成部品を収容するハンドピースを含む。往々にして、この構成部品は直流電動機である。また、ハンドピースの内部には、電動機への電力の印加を調整する制御回路を収容するモジュールもある。この制御回路は密閉モジュール内に収容される。また、このハウジングの内部には、ハンドピースに装着された作動部材の状態を監視するセンサ、および電動機回転子の位置を監視するセンサもある。
【００１８】
本発明のハンドピースは電動機と一体化したセンサを有していないので、これらのセンサを設けることに関連した問題は解消される。
【００１９】
本発明のハンドピースはまた、制御部材の作動によって生成される信号の状態を監視するプロセッサをも有する。プロセッサは、器具が処置における使用のためにセットアップされるたびにロードされる動作命令の特定のセットを実行する。これらの命令に基づいて、プロセッサは制御部材の作動を表わす受信信号を実行するように指示され、プロセッサは制御命令の特定のセットを生成する。
【００２０】
プロセッサ実行のために選択された命令は、遠隔の構成部品から器具にロードされる。特定の器具がコードレス器具である場合、命令はワイヤレス通信リンクによって伝送される。このようにして、本発明の電動外科用器具は、装着された切削アクセサリのタイプおよび外科医の選好のような変数に基づいて動作するようにカスタム構成される。
【００２１】
一実施形態では、本発明の電動外科用器具はコードレス器具である。本発明の他の実施形態では、器具はコード接続される。
【００２２】
本発明は特許請求の範囲に詳細に指摘されている。本発明の上記およびさらなる特徴は、添付の図面に関連して取り上げる以下の詳細な説明を参照することによって、一層よく理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
Ｉ．外科用電動器具
Ａ．概要
図１および１Ａは、本発明に従って構成された外科用器具である電動器具３０を示す。器具３０は、電気的に作動する発電ユニットがその中に配置されたハウジング３２を有する。特定の器具３０では、この発電ユニットはブラシレスＨａｌｌｅｓｓ直流電動機３４である。器具ハウジング３２は、電動機３４がその中に納まる略円筒状ヘッド３６を有するように形成される。器具ハウジング３２は、ヘッド３６から下方に延びるハンドル３８を有するように形成される。
【００２４】
ヘッド３６にはまた、ハウジング３２の最前部に可動に装着されたリングによって代表される結合アセンブリ３９も収容される。結合アセンブリ３９は、電動機がアタッチメントを作動させることができるように外科用アタッチメント４１（図１６）を電動機３４に解放可能に装着する、機械的連結装置からなる。本発明の一部の器具システムでは、アタッチメント４１は切削アクセサリと呼ばれる。結合アセンブリ３９の厳密な構造は、本発明の構造に関係しない。図１および１Ａの器具と同様に、発電ユニットが電動機３４である場合、結合アセンブリ３９は、電動機シャフトの回転と共にアクセサリが回転するように、アクセサリを電動機シャフト２７に解放可能に保持する固締装置からなる。本発明の一部のバージョンでは、減速ギヤアセンブリ２８が電動機３４と結合アセンブリ３９との間に配置される。
【００２５】
ハンドル内部の空所２９の内部に配置されるのは、図１に仮想線で示された気密密閉制御モジュール４０である。制御モジュール４０は、下述の通り、電動機３４への付勢電流の印加を調整する構成部品を収容する。
【００２６】
電動機３４を付勢するための電力は、図６Ｅに概略的に示される電池４２に由来する。実際には、電池４２はハンドル３８の突合せ端に着脱可能に装着される。本発明のこのバージョンと共に使用することのできる１つの電池４２が、引用することによって本願明細書の一部をなすものとする、１９９９年１１月２日に発行された「ＲＥＣＨＡＲＧＥＡＢＬＥ ＢＡＴＴＥＲＹ ＰＡＣＫ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＳＡＭＥ」と称する、出願人の譲受人の米国特許第５，９７７，７４６号，に記載されている。
【００２７】
縦１列に配列された２つのトリガスイッチ４６および４７は、ハンドル３８の前面から前方に延びる。各トリガスイッチ４６および４７は、器具ハウジング３２に褶動可能に装着される。各トリガスイッチ４６および４７は略円筒状バレル５０を含む。バレル５０は、ハウジングハンドル３８の前方に延びるトリガスイッチ４６または４７の部分である。指掛けとして形作られたヘッド５２が、バレル５０の遠位自由端上に配設される。（「遠位」とは、器具３０が向けられる手術部位に向かう方向を意味すると理解されたい。「近位」とは手術部位から離れる方向を意味する。）トリガスイッチ４６および４７は、バレル５０が制御モジュール４０の前に配置されかつそれと整列するように、器具ハウジング３２に装着される。
【００２８】
Ｂ．機械的特徴
図２Ａおよび２Ｂは、トリガスイッチ４６および４７がトリガスイッチハウジング３３内にどのように装着されるかを集合的に示している。トリガスイッチハウジング３３はプラスチックで形成される。ハウジング３３は、各々がその近位端を閉止された２つのバレルケージを画定するように形作られる。各バレルケージ３５は、関連付けられるトリガスイッチバレル５０の一方の褶動可能の摺接嵌合（slidable slip fitting）を容易にするような寸法とされる。装着板３７はバレルケージ３５の開放遠位端と一体的に形成され、かつその周囲に延びる。装着板３７は、ハンドル３８の前面によって画定される陥凹空間に嵌合するように寸法決めされる（陥凹空間は図示せず）。嵌合ボス４３は、バレルケージ３５の間で装着板３７から近位後方に延びる。嵌合ボス４３は軸方向に延びる貫通穴６１を有する。図示しない締結部材がボス４３を貫通して延び、トリガスイッチハウジング３３を器具ハウジング３２に保持する。トリガスイッチハウジング３３には、バレルケージ３５の近位端全体に延びる止め壁４５が形成される。止め壁４５は、トリガスイッチ４６および４７が完全に押し込まれたときに、バレル５０の近位端が当接するトリガハウジング構造部材である。
【００２９】
つる巻きばね４８は通常、トリガスイッチ４６および４７を完全伸長位置に保持する。各ばね４８は、関連付けられたトリガスイッチバレル５０の近位端から遠位方向に延びる長手方向の閉止端穴４９内に着座する。ばね４８の近位端は、ハウジング止め壁４５に押し当てられる。ばね４８は、ハウジング止め壁４５の内壁から遠位前方に延びる支柱５１の周囲に着座する。支柱５１は部分的にバレル穴４９内に延びる。各トリガスイッチ４６および４７の前方遠位移動は、別々のピン５３によって制限される。各ピン５３は、関連付けられるハウジングバレルケージ３５に形成された開口（開口は同定せず）に着座し、バレルケージ内の空間内に横方向に延びる。ピン５３は、トリガバレル５０の外側に沿って長手方向に延びる溝５５内に着座する。（図２Ａにはトリガスイッチ４７の溝５５だけが示される。）各溝５５は、溝を画定する端壁にピン５３が当接することにより、トリガスイッチ４６または４７の前方移動および反転移動が制限されるように、両端を閉止される。
【００３０】
Ｏリング５７およびテフロン（登録商標）リング５９は、トリガスイッチバレルの周りに周方向に延びる溝６０内に着座する。溝６０はスイッチヘッド５２と長手溝５５との間に配置される。Ｏリング５７は溝６０の基部に着座する。テフロン（登録商標）リング５９は、溝６０内でＯリング５７の上に着座する割りリングである。テフロン（登録商標）リング５９の外面は、バレルケージ３５の内壁に押し付けられる。このようにしてテフロン（登録商標）リング５９は、トリガスイッチバレル５０とバレルケージ３５の隣接内面との間に低摩擦の平滑な界面をもたらす。
【００３１】
図２Ａおよび２Ｂには、矩形のトリガアセンブリツール２７も示される。トリガスイッチ４６および４７がそれらのバレルケージ４５内に嵌合された後、ツール２７はバレルケージおよび嵌合ボス４３内に滑入される。ツール２７の上下両端は、トリガスイッチバレル５０に形成された溝２９内に着座する。トリガアセンブリツール２７は、ピン５３がバレルケージおよびスイッチバレル溝５５内に着座するまで、トリガスイッチ４６および４７を適位置に保持する。
【００３２】
磁石５６および５８は各トリガスイッチ４６および４７にそれぞれ装着される。各磁石５６および５８は、トリガスイッチバレル５０の近位端に装着される。各トリガスイッチバレル５０は、バレルの近位端から近位後方に延びるボス６３を有する。関連する磁石５６または５８は、ボス６３に形成された閉鎖端の穴に着座する（穴は同定せず）。
【００３３】
各ハウジングバレルケージ止め壁４５は、近位端開口６５を有するように形成される。トリガスイッチバレル５０は、関連スイッチが完全に押し込まれたときに、ボス６０および磁石５６または５８が関連開口６５を貫通してケージ止め壁４５の先まで近位後方に延びるように、バレルケージ３５に着座する。
【００３４】
したがって、各トリガスイッチ４６または４７を押すと、関連付けられた磁石５６または５８がそれぞれ、制御モジュール４０に近づく。磁石５６または５８が近位側でバレルケージ３５の先まで延びるため、トリガスイッチバレル５０の本体に対して相対的に、磁石は制御モジュール４０に近づく。以下で明らかになる理由から、本発明の器具３０は、トリガスイッチ４６または４７も、その相補型磁石５６または５８も、どちらも制御モジュール４０に接触しないように組み立てられる。
【００３５】
図３Ａに示す通り、制御モジュール４０の内部にはプリント回路基板６４がある。プリント回路基板６４に装着されているのは３対のセンサ、センサ対６６および６８、センサ対７０および７２、ならびにセンサ対７４および７６である（図６Ａ）。センサ対６６および６８は、磁石５６の相対位置の関数としての信号を生成する。センサ対７０および７２は、磁石５８の相対位置の関数としての信号を生成する。センサ対７４および７６は、電力生産ユニットの動作の関数としての信号を生成する。発明の本バージョンでは、センサ対７４および７６は、図６Ｄに象徴的に示す電動機回転子７８の回転の向きに基づいて信号を生成する。
【００３６】
また、制御モジュール４０の内部には電力ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃもある（図６Ｄ）。各ＦＥＴ８２ａ、８２ｂ、および８２ｃは、それぞれの電動機巻線８６ａ、８６ｂ、および８６ｃ（図６Ｄ）の１つを電池４２の正極に選択的に結合する。各ＦＥＴ８４ａ、８４ｂ、および８４ｃは、電動機巻線８６ａ、８６ｂ、および８６ｃの１つをグランドに選択的に結合する。
【００３７】
プリント回路基板６４には、下述する他の構成部品が装着される。これらの構成部品は、センサ対６６〜６８、７０〜７２、および７４〜７６によって生成される信号に基づいてＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃを選択的にゲーティングする。ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃのゲーティングにより、巻線８６ａ〜８６ｃに電流が流れて電動機３４が付勢される。
【００３８】
図３Ａおよび３Ｂに示す通り、制御モジュール４０は６枚の板から形成される。制御モジュール４０がハウジング３２内に着座したときに、前板９２は板のうちで最も遠位になり、ハンドル３８の内側で長手方向に延びる。頂板および底板９４および９６はそれぞれ、前板９２の対向する頂縁および底縁からハンドル３８を貫通して直角に後方に延びる。後板９８は板のうちで最も近位である。後板９８は頂板および底板９４および９８それぞれの近位端の間に延びる。前板、頂板、底板、および後板９２、９４、９６、および９８はそれぞれ一体に溶接されて、矩形のシェルを形成する（同定せず）。このシェルはプリント回路基板６４が着座するモジュール４０内の空間を画定する。
【００３９】
蓋１０２および１０４は、モジュール４０を形成する残りの２つの板である。蓋１０２および１０４は矩形に形作られ、プリント回路基板６４の両面上のシールである。
【００４０】
一般的に、前板９２、底板９６、後板９８、ならびに蓋１０２および１０４は非腐食性の磁性材料から形成される。これらの構成部品を形成することのできる１つの適切な材料として、Ｎｉｃｋｅｌ２００のようなニッケルがある。本発明の記載バージョンでは、センサ６６〜７６は磁気感受性であるため、これらの板は磁性である必要がある。磁性材料から板を形成すると、センサは周囲磁界から遮蔽される。本発明の一のバージョンでは、板９２〜９８は厚さが約０．０５０インチ（１．２７ｍｍ）であり、蓋１０２および１０４は厚さが約０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）である。蓋１０２および１０４の厚さの低減は、板９２〜９８への蓋の溶接を容易にする。
【００４１】
前板９２は一般的に磁性材料から形成されるが、センサ対６６および６８ならびにセンサ対７０および７２上に延在する板の部分は、図４Ａに示す非腐食性非磁性リング１０６の形を取る。本発明の１バージョンでは、リング１０６は銅または銅−ニッケル合金から形成される。１つのそのような合金は、米国ウェストバージニア州ハンチントンのＩｎｃｏ Ａｌｌｏｙｓによって商標モネル（Ｍｏｎｅｌ）で販売されている。この合金は、銅３０〜３５％、ニッケル６０〜６５％、残りイオウおよび炭素の重量組成を有する。各リング１０６は、前板９２に形成された個々の円形開口１０７に装着される。
【００４２】
各リング１０６の中心には、非腐食性の磁性材料から形成された中実円形ディスク１０８がある。円形ディスク１０８を形成することが可能な材料としてニッケルおよびニッケル鉄合金がある。円形ディスク１０８を形成することのできる１つのそのような合金は、米国ペンシルベニア州レディングのＣａｒｐｅｎｔｅｒ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｍｐａｎｙによって商標ＣＡＲＰＥＮＴＥＲ ＨＩＧＨ ＰＥＲＭＥＡＢＩＬＩＴＹ「４９」で販売されている。この合金はニッケル４８％、炭素０．０２％、シリコン０．３５％、マンガン０．５０％、残りが鉄の重量組成を有する。
【００４３】
前板９２が様々な材料から形成される理由は、図４Ａを参照することによって理解される。リング１０６およびディスク１０８の各対は、トリガスイッチ磁石５６または５８のうちの１つの移動の軸線に沿ってセンタリングされる（ここでは磁石５６を図示している）。この線は、関連付けられるセンサの対６６および６８、または７０および７２がそれに沿って磁界の変化に最も敏感になる軸でもある。前板９２、リング１０６、およびディスク１０８の磁性／非磁性／磁性関係のため、これらの構成部品は、この線に沿って磁石により放射される磁界の磁束を収束する。図４Ａに、磁束は破線１１０で示される。したがって、磁石５６または５８が取り付けられたトリガスイッチ４６または４７の移動によって生じる磁束密度のわずかな変化が、センサ対６６および６８、または７０および７２によって容易に検知される。
【００４４】
頂板９４、またはそのうちの少なくともセンサ７４および７６を覆う部分は、非腐食性非磁性材料から形成される。銅またはモネル合金は、この板または板部分を形成する適切な材料であり得る。センサ７４および７６は回転子７８によって放射される磁界の変化を監視することによって回転子の向きの変化を監視するので、頂板９４、または少なくともセンサ対７４および７６を覆う部分は、非磁性材料から形成される。
【００４５】
本発明の一部のバージョンでは、図示しない対向する磁性板が、蓋１０２および１０４の各々から上方に延びる。これらの板は、制御モジュール４０の内側のセンサ７４および７６が装着される場所の両側に配置される。これらの板はセンサ７４および７６を周囲の磁界から遮蔽する。
【００４６】
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、および３Ｄに戻ると、後板９８に矩形の開口１０８が形成されていることが分かる。開口１０８は、端子盤（図示せず）がその中に配置される開口として機能する。端子盤と一体化した露出接点は、遠隔装置からの導線（図示せず）が接続される端子点である。遠隔装置は、外科用器具３０を動作させるための命令がそこを介して制御モジュール４０に供給され、あるいは器具の動作状態に関するデータがそこを介してモジュールから出力されるような頭脳として働く。この遠隔装置は、器具ハウジング３２の開口上のすぐに取外し可能な板の真後ろに配置された第２端子盤とすることができる（端子盤、ハウジング開口、および板は図示せず）。代替的にこの遠隔装置は、図１６に関連して記載するデータトランシーバヘッド５３０である。
【００４７】
モジュール底板９６には５つの円形開口１１１が形成される。各開口１１１は単一のドライバ／信号ピンアセンブリ１１２を収容する（図５に最もよく示す）。各ドライバ／信号ピンアセンブリ１１２は、モジュール板９６を貫通して延びる銅コアピン１１３を含む。ピン１１３は、開口１１１の周囲に着座する円形ブシュ１１４の中心開口を貫通して延びる。ブシュ１１４は冷間圧延鋼から形成される。円形ガラスシール１１５はブシュ１１４の中心開口にピン１１３を保持する。
【００４８】
長いクリップコネクタ１１６が各ピン１１３の露出端上に被嵌される。長いクリップコネクタ１１６は、電池４２および巻線８６ａ〜８６ｃとワイヤ接続されるモジュール構成部品である。本発明の一部のバージョンでは、長いクリップコネクタ１１６の１つ以上は除去される。
【００４９】
５つのドライバ／信号ピンアセンブリ１１２が制御モジュール４０に装着される。ピンアセンブリ１１２のうちの２つは、電池４２との正負接続が行なわれる導電経路として働く。残りの３つのピンアセンブリ１１２は、電動機巻線８６ａ、８６ｂ、および８６ｃとの別々の接続が行なわれる導電経路として機能する。
【００５０】
矩形の装着板１１９（図３Ｂおよび３Ｃが最も分かりやすい）は、後板９８から前方に、かつ制御モジュール４０の底部で前板９２を貫通して側方に延びる。装着板１１９は、下記から明らかになる理由のため、優れた熱伝導性を有する材料から形成される。１つのそのような材料はニッケル２００である。装着板１１９の近位端は、底板９８の開口１０８の下に形成された矩形スロット１２０内に着座する。装着板１１９の遠位端は、前板９２に形成された同様の矩形スロット（スロットは同定せず）を貫通してその前方に延びる。装着板１１９は、遠位端部１２１が前板９２の遠位前方に配置されるように寸法決めされる。
【００５１】
本発明の制御モジュール４０では、ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃが装着板１１９の両面に配置される。回路基板６４の底端は、板１１９の頂面の隣接表面上に配置されて、それに固定される。制御モジュール４０がハンドル３８に嵌合される場合、板の遠位端部１２１は、モジュールが着座する空間を画定する器具ハウジング３２の隣接内壁に当接する。板１１９はＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃ用の装着面として働き、かつ器具ハウジング３２と物理的に接触するので、板はＦＥＴ用の複合装着面兼ヒートシンクとして働く。装着板１１９の遠位端部１２１はさらに、制御モジュール４０の前端が器具ハウジング３２の内壁に押し付けられるのを防止するために、スペーサとして機能する。
【００５２】
装着板１１９はまた、回路基板６４用の支持部材としても働く。制御モジュール４０の組立て中に、ローサイドＦＥＴ８４ａ〜８４ｃへのリードは通常、（超音波により）プリント回路基板６４にワイヤボンディングされる。動作中に、装着板１１９は、プリント回路基板６４の振動を防止する裏当て部材として機能する。
【００５３】
略円筒状インサート１２２は、前板９２の頂部から側方に内向きに延びる。インサート１２２は前板９２に形成された穴に着座する（穴は区別せず）。インサート１２２には、インサートの露出面から内向きに延びる閉端ねじ付き穴１２３（仮想線で示す）が形成される。制御モジュール４０が器具ハウジング３２に着座すると、穴１２３に嵌合されたファスナ（図示せず）はモジュールを適位置に保持する。
【００５４】
図３Ｃによって示される通り、インサート１２２は装着板１１９の遠端部１２１と同様に、前板９２の遠位前方にわずかな距離だけ突出する。したがって、インサート１２２は装着板１１９と同様に、モジュール前板９２が器具ハウジング３２の隣接内壁と当接するのを防止するために、スペーサとして機能する。
【００５５】
インサート１２２はさらに、平坦な表面１２４を有するように形成される。表面１２４は、制御モジュール４０の長手軸と共平面である。インサート１２２と一体化した支柱１２５は、表面１２４から離れるように突出する。制御モジュール４０が組み立てられるときに、プリント回路基板６４はインサート表面１２４上に配置される。インサート１２２はしたがって、プリント回路基板６４を制御モジュール４０内に保持するための装着ブラケットとして働く。支柱１２５は回路基板６４の開口内を延びる（開口は区別せず）。回路基板６４を押圧する支柱１２５上に配置されたロックピンリテーナ（図示せず）は、回路基板を支柱に保持する。本発明の一部のバージョンでは、リテーナの機能ははんだ接続によって達成される。
【００５６】
制御モジュール４０は、回路基板６４を支持する２つの追加タブ１２６および１２７を有する。タブ１２６は前板９２の内側の２つの開口１０７の間に装着される。タブ１２７は、頂板９４および後板９８の接合によって形成される隅に配置される。タブ１２６および１２７の両方に支柱１３０が設けられ、該支柱上に回路基板６４が取り付けられ、かつ該支柱に回路基板固定ファスナが取り付けられる。代替的に、回路基板はタブ１２６および１２７にはんだ付けされる。
【００５７】
プッシュパッド１３１が頂板９６に隣接する後板９８の外面に装着される。外科用器具３０が組み立てられるときに、制御モジュール４０の位置決めを容易にするために、止めねじ（図示せず）が器具ハウジング３２からプッシュパッド１３１に押し当てるように延びる。プッシュパッド１３１は、止めねじによって掛けられる力を分散する補強部材として働く。
【００５８】
タブ９９は、後板９８から外向きに直角に延びる。タブ９９は隣接する底板９６である。タブ９９には開口（同定せず）が形成される。タブ９９は、コンソールをハンドル３８に保持するために使用されるファスナ（図示せず）を受け止めるためのブラケットとして働く。
【００５９】
図４Ｂは、センサ７４および７６、つまり電動機３４の動作を監視するセンサが、プリント回路基板６４にどのように装着されるかを示す。センサ７４、つまり一次センサは、回路基板６４の頂部に形成された切欠き１３２に装着される。センサ７４は切欠き１３２に緊密に着座する。この構成は、器具３０が極度の機械的衝撃にさらされた場合、例えば落下した場合に、機械的モーメントがセンサ７４を電動機３４に対して相対的に偏移させる可能性を最小化する。センサ７４を適位置に固締することにより、センサによって生成される信号が電動機回転子の位置を正確に表わすことが確保される。
【００６０】
本発明の一部のバージョンでは、個々のセンサ７４および７６を受容するために、個々のポケット、凹部が頂板９４に形成される。これらのポケットは、頂板を形成するワークピースの半剪断パンチングによって形成することができる。制御モジュールの組立て中に、各センサ７４および７６は適切なポケットに着座する。ポケットは個々のセンサが着座するネストとして機能する。ポケットの空所はまた、センサが単に頂板９４の内側の平坦な表面に当接配置されただけの場合より、センサを電動機回転子の近くに配置させる。
【００６１】
センサ７６は、センサ７４と側方に整列しかつ縦方向にセンサ７４から離して配置されるように、プリント回路基板６４に装着される。本発明の一部のバージョンでは、センサ７６と一体化したセンサリード１３３（１つのリードを図示する）は、２つのセンサ７４および７６が回路基板６４の平面および長手軸の両方に対して直角に一列に並ぶように、センサ７６を回路基板６４の上に保持する装着支柱としての２次機能を果たす。下で明らかになる理由から、センサ７６の小さい位置の偏移は、外科用器具３０の動作に悪影響を及ぼさない。
【００６２】
ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃがどのように装着板１１９に固定されるかの詳細な説明を、ここで図５を参照することによって提供する。上述の通り、装着板１１９は、ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃ用の支持構造、ならびにこれらおよび特定の他の構成部品によって生成される熱エネルギ用のヒートシンクの両方として機能する。銅／モリブデンラミネート構造１３８ａおよび１３８ｂがそれぞれ、板１１９の頂面および底面に接合される。絶縁層１４０ａおよび１４０ｂが、それぞれ銅／モリブデン層１３８ａおよび１３８ｂ上に配置される。実際には、銅／モリブデン層１３９ａおよび１３９ｂは層１４０ａおよび１４０ｂそれぞれの面に接合され、それらは銅モリブデン層１３８ａおよび１３８ｂに接合される。これは、銅−モリブデンラミネート１３９ａまたは１３９ｂが装着板１１９の各銅／モリブデンラミネート層１３８ａまたは１３８ｂにはんだ付け、ろう付け、または他の方法で固定されることを意味する。これは、装着板１１９のインタフェース構成要素ならびに絶縁層１４０ａおよび１４０ｂが同一熱膨張係数を有することを確実にする。
【００６３】
銅／モリブデンラミネートトレース層１４２は、絶縁層１４０ａの露出面に適用される。ハイサイドＦＥＴ８２ａ、８２ｂ、および８２ｃは絶縁層１４０ａの露出面に取り付けられる。ワイヤ１４３およびＦＥＴリード８３は、ＦＥＴ８２ａ、８２ｂ、および８２ｃと個々のトレースとの間の電気的接続を確立する。Ｌ字状ブラケット１４４（１つを図示）は、絶縁層１４０ａの上端、モジュール頂板９４に向けられた端部で、層１４２のトレース上に装着される。ブラケット１４４は、回路基板６４のトレースを層１４２のトレースに電気接続するワイヤが接続された構造要素である（ワイヤ接続は図示せず）。Ｌ字状ブラケット１４５（１つを図示）は、絶縁層１４０ａの底端、モジュール底板９６に隣接する端部で、層１４２のトレース上に装着される。ブラケット１４５は、信号がそれを介してドライバ／信号ピンアセンブリピン１１３と交換される導電性構成部品である。
【００６４】
１組のフィルタコンデンサ１５０（１つを図示）もまた、層１４２のトレース上に配置される。フィルタコンデンサ１５０は、電池４２からの出力信号からＡＣ成分を除去する。フィルタコンデンサ１５０は、これもまたセラミック材から形成される共通絶縁層１４８上に配置される。銅−モリブデントレース層１４７および１４９はそれぞれ、絶縁層１４８の上面および下面に配置される。下層１４７のトレースは層１４２の物理的に隣接するトレースとの電気接続を確立する。上層１４９のトレースは、コンデンサ１５０との電気接続を提供する。層１４７および１４９のトレースを接続する絶縁層１４８のビアは図示されていない。
【００６５】
絶縁層１４０ｂの露出面、図５Ａで蓋１０４に向けられた面には、銅モリブデントレース層１５２が設けられる。ローサイドＦＥＴ８４ａ、８４ｂ、および８４ｃは、絶縁層１４０ｂの露出面および層１５２のトレース上に配置される。導線１５３はＦＥＴ８４ａ〜８４ｃと層１５２のトレースとの間の接続を確立する。本発明の一部のバージョンでは、複数の導線１５３が、ＦＥＴソースである各ＦＥＴ８４ａ〜８４ｃの露出面から、層１５２の隣接トレースに延びる。複数の導線１５３がＦＥＴ８４ａ〜８４ｃのための共通グランド面を確立する。
【００６６】
絶縁層１４０ｂの露出面、および層１５２の導電性トレース上には、電流感知ＦＥＴ３３６ａ、３３６ｂ、および３３６ｃ（１つを図示）も装着される。ワイヤ１５４は電流感知ＦＥＴ３３６ａ〜３３６ｃのリードを層１５２のトレースに接続する。Ｌ字状ブラケット１５４（１つを図示）は、絶縁層１４０ｂの底端で層１５２のトレース上に配置される。ブラケット１５４は、それを介して信号がドライバ／信号ピンアセンブリピン１１３と交換される導電性構成部品である。
【００６７】
銅モリブデン層１３８ｂおよび１３９ｂ、絶縁層１４０ｂ、トレース、ならびにトレース層１５２は、装着板１１９の頂端まで延在しない。代わりに、板１１９の下面、蓋１０４に向けられた面の頂端は露出する。制御モジュール４０の組立て中に、回路基板６４の底端は板１１９のこの露出面上に配置される。板１１９のこの端部には２つの装着ピン１５６（１つを図示）が設けられる。プリント回路基板６４が板１１９上に配置されたときに、ピン１５６は回路基板に形成された開口内に着座する（開口は同定せず）。回路基板６４上およびピン１５６の周囲に取り付けられたロックピンリテーナ１５７（１つを図示）は、回路基板を適位置に保持する。本発明の一部のバージョンでは、回路基板６４をピン１５６に固定するためにはんだが使用される。これにより、リテーナを提供する必要性が排除される。
【００６８】
Ｕ字状コネクタブラケット１６０は各ドライバ／信号ピンアセンブリピン１１３上に装着される。図５の断面図に示されているのは、ブラケット１６０のセンタウェブに形成された開口であり、その中にピン１１３が圧入されるか、他の方法で導通固定される（開口は同定せず）。ブラケット１６０は、対向する平行な上方に延びる脚１６１を有するように形成される。脚１６１のうちの第１の脚はトレース層１４２の上に延び、フィルタコンデンサ１５０の１つの近くで終端する。各ブラケットの反対側の脚１６１は、トレース層１５２上に延びる。
【００６９】
相隔たる２列のピン１１３およびブラケット１６０は、上の列または下の列のいずれかの導電接続ピン１１３を確立するために、各ブラケット１６０を使用することができるように形成される。したがって、図５の断面図に示すブラケット１６０は、１８０°から回転して、図で２つのピンのうちの上の方にあるピンの上に配置することができ、そうするとその脚１６１は適切に配置される。
【００７０】
各脚１６１の自由端には中心開口１６２が形成される（図３Ｄ）。制御モジュール４０が組み立てられるときに、トレース層１４２上に配設された各脚の開口１６２は、ブラケット１４５のうちの隣接する１つの上に着座する。トレース層１５２上に配設された各脚の開口１６２は、ブラケット１５４のうちの隣接する１つの上に着座する。
【００７１】
Ｃ．電気的特徴
図６Ａ〜６Ｅは、電動機３４の作動を調整する制御モジュール４０内部の回路を示す。一般的に、センサ６６〜７６によって生成される信号は、プロセッサに、図６Ａではデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１７０に印加される。センサ６６および７０によって生成される信号に基づいて、ＤＳＰ１７０は選択的に回路を電力節約「スリープ」モードから「アクティブ」モードに移行させ、回路は電動機３４を付勢する。センサ６８および７２によって生成される信号に基づいて、ＤＳＰ１７０は、電動機３４が動作する速度および方向の両方を示す出力信号を生成する。センサ７４および７６は、電動機回転子７８の位置を表わす基本的信号を生成する。ＤＳＰ１７０はこれらの信号に基づいて、回転子の位置を示す追加信号を生成する。
【００７２】
ＤＳＰ１７０によって生成される速度および方向指示信号ならびに電動機回転子位置信号は、電動機制御チップ（ＭＣＣ）１７２に印加される。ＭＣＣ１７２はＤＳＰ生成信号に基づいて、電力ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃを選択的にゲーティングする。ＭＣＣ１７２はまた電動機３４によって引き出される電流を監視する。ＭＣＣ１７２による電動機３４の作動はさらに、それが動作する速度およびそれが引き出す電流に基づく。
【００７３】
さらに詳しくは、制御モジュール４０の内部には２つの電圧調整器１７４および１７６もある。第１の電圧調整器、調整器１７４はデジタルＶｄｄ信号およびアナログＶｄｄａ信号を出力し、それらはモジュール４０内部の他の構成部品に供給される。本発明の１バージョンでは、ＶｄｄおよびＶｄｄａ信号の公称レベルは３．３ボルトである。電圧調整器１７４は、ハンドピース３０のスリープまたは活動状態に関係なく、ＶｄｄおよびＶｄｄａ信号を連続的に出力する。電圧調整器１７６は、モジュール４０内部の他の構成部品に印加されるＶｃｃ信号を出力する。本発明の１バージョンでは、Ｖｃｃ信号は１２ボルトである。電圧調整器１７６は通常、作動停止状態である。電圧調整器１７６がこの作動停止状態のときに、制御回路全体がスリープモードである。ハンドピース３０を作動させるためにトリガスイッチ４６または４７の１つが押されたときにだけ、電圧調整器１７６は活動状態に移行する。この移行の結果、制御回路全体がスリープモードから活動モードに移行する。
【００７４】
電池４２の正極は、電圧調整器１７４および１７６両方に接続される。本発明の図示されたバージョンでは、電池正極は順方向バイアスダイオード１７７に接続される。ダイオード１７７のカソードは２つの平行な接続された抵抗器１７８および１８０に接続される。抵抗器１７８および１８０の反対側の接合部に存在する信号は、電圧調整器１７４および１７６の両方にＶｉｎ信号として印加される。本発明の一部のバージョンでは、単一の抵抗器は抵抗器１７８および１８０の機能を実行する。適用例では、電池４２の正極に存在する電圧はＢＡＴＴ＋信号である。
【００７５】
本発明の１バージョンでは、カリフォルニア州ミルピタスのＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＬＴ１７６５ＥＦＥ−３．３３Ａｍｐ １．２５ＭＨｚステップダウンスイッチングレギュレータが、電圧調整器１７４として使用される。コンデンサ１８２はこの電圧調整器１７４のＶｉｎ入力とグランドとの間に結合される。コンデンサ１８４および直列接続された抵抗器１８６は、電圧調整器１７４のＶｃピンとグランドとの間に結合される。コンデンサ１８８はコンデンサ１８４および抵抗器１８６をまたいで結合される。電圧調整器１７４のピンのグランドに対する他のグランド接続については特に記載しない。
【００７６】
電圧調整器１７４からの出力電圧はＶｓｗピンから得られる。該出力信号はインダクタ１９０に印加される。電圧調整器１７４から遠位のインダクタ１９０の端部に存在する電圧はＶｄｄ電圧である。インダクタ１９０の遠位端に存在する電圧は、順方向バイアスダイオード１９２を介して電圧調整器のブーストピンに印加される。コンデンサ１９４は、電圧調整器１７４のＶｓｗピンとダイオード１９２のカソードとの間に結合される。整流ダイオード１９６は、グランドと電圧調整器１７４のＶｓｗピンとの間に順方向バイアス接続される。インダクタ１９８はインダクタ１９０の遠位端に接続される。電圧調整器１７４の遠位のインダクタ１９８の端部に存在する電圧はＶｄｄａ電圧である。コンデンサ２０２はインダクタ１９０および１９８の接合部とグランドとの間に接続される。インダクタ１９０および１９８の接合部に存在する電圧、Ｖｄｄ電圧は、フィードバック電圧として電圧調整器１７４に印加される。
【００７７】
本発明の１バージョンでは、同じくＬｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから市販されているＬＴ３４３６ ３Ａｍｐ ８００ｋＨｚステップアップスイッチングレギュレータは、電圧調整器１７６として使用される。コンデンサ２０６はグランドと電圧調整器１７６のＶｉｎピンとの間に結合される。電圧抑制ダイオード２０８もグランドと電圧調整器１７６のＶｉｎピンとの間に結合される。ダイオード２０８は、過渡電圧が電圧調整器１７４および１７６の両方のＶｉｎピンに印加されることを防止する。コンデンサ２０９および直列接続された抵抗器２１０は、電圧調整器１７６のＶｃｃピンとグランドとの間に接続される。コンデンサ２１２はコンデンサ２０８および抵抗器２１０をまたいで結合される。電圧調整器１７６のピンへの他のグランド接続については論じない。
【００７８】
電圧調整器１７６の出力電圧は、Ｖｓｗピンの信号に基づく。この信号は、コンデンサ２１４および直列接続された順方向バイアスダイオード２１６に印加される。ダイオード２１６のカソードに存在する信号はＶｃｃ信号である。ダイオード２１６のカソードとグランドとの間に接続されたコンデンサ２１７は、Ｖｃｃ信号からＡＣ成分を除去する。電圧調整器１７６のＶｉｎピンに印加された信号は、インダクタ２１８を介して電圧調整器のＶｓｗピンに印加される。コンデンサ２１４およびダイオード２１６の接合部に存在する信号は、インダクタ２２０を介してグランドに結合される。ダイオード２１６のカソードに存在する信号は、直列接続された抵抗器２２２および２２４からなる分圧器を介して、グランドに印加される。抵抗器２２２および２２４の接合部に存在する電圧は、電圧調整器１７６のフィードバックピンに印加される。
【００７９】
代替的電圧調整器１７６として、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒから入手可能なＬＭ３４７８ＭＭがある。この電圧調整器は、インダクタ２２０をグランドに選択的に結合するために別個の外部ＦＥＴ（図示せず）を必要とする。
【００８０】
ＤＳＰ１７０からのＡＷＡＫＥ信号デジタル信号は、電圧調整器１７６に選択的に印加される。ハイにアサートされたＡＷＡＫＥ信号は、電圧調整器のＳＨＤＮピンに印加される。ＡＷＡＫＥ信号のアサーションにより電圧調整器１７６は作動する。ＡＷＡＫＥ信号のネゲーションは、電圧調整器１７６にＶｃｃ信号の出力を停止させる。
【００８１】
センサ６６および７０は各々、関連する磁石５６および５８それぞれの近接性の関数として、バイステートデジタル信号を出力する。本発明の１つの好ましいバージョンでは、マサチューセッツ州ワーチェスタのＡｌｌｅｇｒｏ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓから入手可能なＡ３２１３ＬＵＡホール効果スイッチが、センサ６６および７０として機能する。Ｖｄｄ信号は各センサ６６および７０の電源ピンに印加される。各センサ６６および７０のグランドピンはグランドに結合される。センサ６６および７０の出力ピンは、ＤＳＰ１７０の共通入力ピンに結合される。本発明の一部のバージョンでは、これらの出力ピンはＤＳＰ１７０の別々の入力ピンに結合される。
【００８２】
センサ６８および７２は各々、関連する磁石５６および５８それぞれの近接性の関数として、アナログ信号を出力する。本発明の１バージョンでは、イリノイ州フリーポートのＨｏｎｅｙｗｅｌｌ Ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌから入手可能なＳＳ４９５Ａレシオメトリックリニア（Ｒａｔｉｏｍｅｔｒｉｃ Ｌｉｎｅａｒ）（ホール）センサが、センサ６８および７２として使用される。５ボルト信号が各センサ６８および７２のＶｓ電源ピンに印加される。各センサ６８および７２のＶピンはグランドに結合される。センサ６８および７２からの出力信号は、ＤＳＰ１７０の別々のアナログ信号入力ピンに印加される。センサ６８または７２からの各出力信号は、別個の抵抗器２３０を介してＤＳＰ１７０に印加される。コンデンサ２３２は、ＤＳＰ１７０に隣接する各抵抗器２３０の端部とグランドとの間に結合される。ツェナダイオード２３３もまた、各センサ６８および７２の出力ピンとグランド、ＤＳＰ１７０に向けられたカソードとの間に結合される。ツェナダイオード２３３は、センサ６８および７２によって放射される高電圧信号からＤＳＰ１７０を保護する。これらの高電圧信号は、センサが逆極性磁界にさらされたときに生成される。
【００８３】
センサ７４はセンサ６８および７２と同一である。センサ７４のＶｓピンは５ボルト電圧電源に結合される。Ｖピンはグランドに結合される。センサ７４の出力信号は、抵抗器２３４を介して増幅器２３６の反転入力に印加される。コンデンサ２３８は増幅器２３６の反転入力とグランドとの間に結合される。増幅器２３６へのフィードバックは、増幅器の出力と反転入力との間に結合された抵抗器２４０によって供給される。基準信号は増幅器２３６の非反転入力に印加される。本発明の図示したバージョンでは、基準信号は、直列接続された抵抗器２４２および２４４からなる分圧器の中心から供給される信号である。抵抗器２４２の自由端は５ボルト電源に接続される。抵抗器２４４の自由端はグランドに結合される。抵抗器２４２および２４４は、基準電圧が通常１．５ボルトと３．０ボルトとの間となるように選択される。増幅器２３６によって生成される出力信号は、ＤＳＰ１７０のアナログ入力に印加される。
【００８４】
本発明の図示したバージョンでは、センサ７６はセンサ７４と同一である。センサ７６からの出力信号は、抵抗器２４６を介して増幅器２４８の反転入力に印加される。コンデンサ２５０は増幅器２４８の反転入力とグランドとの間に結合される。増幅器２４８の出力と反転入力との間に結合された抵抗器２５２は、フィードバックを供給する。増幅器２３６の非反転入力に印加された基準信号は、増幅器２４８の非反転入力に供給される。増幅器２４８によって生成された出力信号は、ＤＳＰ１７０の区別されるアナログ入力に印加される。
【００８５】
本発明の１バージョンでは、増幅器２３６および２４８は両方とも、カリフォルニア州サニーベールのＭａｘｉｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＭＡＸ４２４７超小型レールツーレール（Ｒａｉｌ−ｔｏ−Ｒａｉｌ）Ｉ／Ｏ、ディセーブル機能付き、シングルまた
はデュアル電源低電力演算増幅器から形成される。Ｖｄｄ信号が各増幅器２３６および２４８に印加される部分は図示されない。また、コンデンサ（図示せず）は増幅器２３６のＶｄｄピンとグランドとの間に結合される。Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒから入手可能なＬＭＶ９８２増幅器も増幅器２３６および２４８として使用することができる。
【００８６】
増幅器２３６および２４８は各々、起動信号が選択的に印加されるＳＨＤＮピンを有する。ＤＳＰ１７０からのＡＷＡＫＥ信号は、増幅器２３６および２４８のオン／オフ状態を調整するために、選択的にＳＨＤＮピンに印加される。
【００８７】
本発明の１バージョンでは、アリゾナ州チャンドラーのＦｒｅｅｓｃａｌｅ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒからのＭＣ５６Ｆ８３２２ １６ビットハイブリッドコントローラが、ＤＳＰ１７０として使用される。ＤＳＰ１７０はＶｄｄおよびＶｄｄａ信号によって付勢される。ＤＳＰ１７０に印加されるＶｄｄおよびＶｄｄａ信号をフィルタリングするコンデンサは図示されない。ＤＳＰ１７０はセンサ６６〜７６から上記５つの信号を入力として受け取る。ＤＳＰ１７０はまた、電池４２からのフィルタリングされた電圧を監視する。特にＢＡＴＴ＋信号は、直列接続された抵抗器２５８および２６０からなる分圧器を介して、ＤＳＰ１７０のアナログ入力ピンに印加される。ＢＡＴＴ＋信号は抵抗器２５８の自由端に印加される。抵抗器２６０の自由端はグランドに結合される。コンデンサ２６２は抵抗器２６０をまたいで結合される。抵抗器２５８および２６０の接合部に存在する電圧は、ＤＳＰ１７０のアナログ入力ピンに印加される。したがってコンデンサ２６０は、監視のためにＤＳＰ１７０に印加される前に、分割されたＢＡＴＴ＋信号をフィルタリングする。
【００８８】
ＤＳＰ１７０はまた、電動機３４が過剰量の電流を引き出したときに、入力としてＭＣＣ１７２から指標を受け取る。特に、ＭＣＣ１７２は、電動機３４によって引き出される電流が設定量を超えたときに、ＤＳＰ１７０に最大電流（Ｉ＿ＬＭＴ）信号を生成する。
【００８９】
ＤＳＰ１７０は５つの信号を出力する。第１の信号出力はＡＷＡＫＥ信号である。ＤＳＰ１７０がセンサ６６またはセンサ７０のいずれか１つから、該センサに関連する磁石５６または５８それぞれが最も遠位の位置から近位側に変位したという信号を受け取ったときに、ＡＷＡＫＥ信号はアサートされる。この信号は、関連するトリガスイッチ４６または４７を押してハンドピース３０を作動させることを表わす。
【００９０】
ＤＳＰ１７０によって出力される第２および第３の信号は、それぞれＦＯＲＷＡＲＤ（ＦＷＤ）およびＲＥＶＥＲＳＥ（ＲＥＶ）信号である。これらの信号は、センサ６８および７２によって生成される出力信号の関数として出力される。一般的に、トリガスイッチ４６または４７の別々の１つの作動の結果、ＦＯＲＷＡＲＤまたはＲＥＶＥＲＳＥ信号の別々の１つが出力される。ＦＯＲＷＡＲＤおよびＲＥＶＥＲＳＥ信号はＭＣＣ１７２に印加される。
【００９１】
しかし、下で説明する通り、ＦＯＲＷＡＲＤまたはＲＥＶＥＲＳＥ信号のうちの特定の１つを出力させるために押されるトリガスイッチ４６または４７の間に定まった関係は無い。ハンドピース３０がどのように選択的に構成されるかによって、トリガスイッチ４６または４７のどちらか１つを押すと、ＦＯＲＷＡＲＤ信号が出力される。同様に、ハンドピース３０の暫定的構成に基づいて、ＲＥＶＥＲＳＥ信号をアサートさせるために、トリガスイッチ４６または４７のいずれかが押される。ハンドピースの構成によっては、両方のトリガスイッチ４６および４７を同時に押すことにより、ＦＯＲＷＡＲＤおよびＲＥＶＥＲＳＥ信号の同時アサーションを生じることができる。ハンドピース３０はさらに、トリガスイッチ４６または４７のうちの１つを押すことによりＦＯＲＷＡＲＤおよびＲＥＶＥＲＥＳＥ信号が同時にアサートされるように、構成することができる。
【００９２】
ＤＳＰ１７０によって出力される第４の信号は１組のホール信号、図では電動機回転子７８の角度位置を表わす信号を表わす、ＨＡＬＬｘ信号である。ＨＡＬＬｘ信号は、電動機３４に装着された従来のデジタルホールセンサが回転子の位置を表わす信号を生成する場合に生成される信号と同等である。ＤＳＰ１７０は通常、センサ７４から受け取る信号の関数として、ＨＡＬＬｘ信号を出力する。始動時に、出力されるＨＡＬＬｘ信号はさらに、センサ７６によって出力される信号の関数である。ＨＡＬＬｘ信号はＭＣＣ１７２に印加される。
【００９３】
ＤＳＰ１７０によって出力される第５の信号はＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ（Ｕ＿Ｓ）信号である。ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号は、最も大きく十分に押し込まれたトリガスイッチ４６または４７それぞれに関連付けられる、センサ６８または７２から受け取る信号の関数として生成される。本発明の記載バージョンでは、ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号はアナログ信号である。センサ６８または７２からの信号に基づいてＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を生成するために、ＤＳＰ１７０が実行するプロセスステップについては下で説明する。
【００９４】
電動機制御回路１７２は特定用途向け集積回路である。一般的にＭＣＣ１７２は、ＦＯＲＷＡＲＤ信号、ＲＥＶＥＲＳＥ信号、ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号、およびＨＡＬＬｘ信号の状態に基づいて、ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃをゲーティングして電動機３４を適切に作動させるために必要な信号を生成する。ＭＣＣ１７２内部の電動機制御サブ回路の詳細な理解は、２０００年２月１５日に発行された出願人の米国特許第６，０２５，６８３号「ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬ ＣＩＲＣＵＩＴ ＦＯＲ ＲＥＧＵＬＡＴＩＮＧ Ａ ＤＣ ＭＯＴＯＲ」から得られ、その内容の全ては引用することによって本願明細書の一部をなすものとする。
【００９５】
ＭＣＣ１７２内部の多数のサブ回路の詳細な理解は米国特許第６，０２５，６８３号でもたらされるが、ＭＣＣ１７２についての以下の理解は図６Ｂおよび図７を参照することによってもたらされる。
【００９６】
ＭＣＣ１７２内部の１つのサブ回路として、方向コントローラ２７０がある。方向コントローラ２７０は、ＤＳＰ１７０からＦＯＲＷＡＲＤ信号およびＲＥＶＥＲＳＥ信号を受け取るＭＣＣ１７２のサブ回路である。ＦＯＲＷＡＲＤ信号およびＲＥＶＥＲＳＥ信号の関数として、方向コントローラ２７０は選択的にＦＯＲＷＡＲＤまたはＲＥＶＥＲＳＥ（Ｆ／Ｒ）信号をアサートする。ＤＳＰ１７０からのＦＯＲＷＡＲＤ信号およびＲＥＶＥＲＳＥ信号が同時にアサートされた場合、方向コントローラ２７０はＦＯＲＷＡＲＤまたはＲＥＶＥＲＳＥ信号を循環的にアサートおよびネゲートする。これは次に、回転子７８が前後に振動するように、電動機３４に付勢信号を印加させる。
【００９７】
方向コントローラ２７０はＦＥＴ２７２を含む。ＦＥＴ２７２のドレインは、オフチップ電流測定回路の一部である抵抗器３４４（図６Ｄ）に結合される。下述の通り、電流測定回路は、電動機３４によって引き出される電流の関数として可変信号を生成する。ＦＥＴ２７２のソースはグランドに結合される。通常、方向コントローラ２７０はＦＥＴ２７２をオン状態に維持する。電動機が発振器パターンで駆動されるとき、方向コントローラ２７０も周期的にＦＥＴ２７２をゲートオフする。下述の通り、これは、電動機３４によって引き出される電流を表わす信号の大きさを変化させる。
【００９８】
タコメータ２７４もまたＭＣＣ１７２の内部にある。タコメータ２７４は入力信号としてＨＡＬＬｘ信号をＤＳＰ１７０から受け取る。ＨＡＬＬｘ信号に基づいて、タコメータ２７４はタコメータ信号（ＴＡＣＨ）として一定オンタイムパルスを生成する。パルスが生成される周波数は、電動機３４の回転速度を表わす。
【００９９】
ＭＣＣ１７２はまた、速度コントローラ２７６をも含む。速度コントローラ２７６は入力としてＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号およびＴＡＣＨ信号を受け取る。これらの信号に基づいて速度コントローラ２７６は、パルス幅変調ＳＰＥＥＤ＿ＣＯＮＴＲＯＬ（Ｓ＿Ｃ）信号を生成する。特に、ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号はＤＳＰ１７０から、図６Ｂに示す抵抗器２７８を介して、速度コントローラ２７６に印加される。コンデンサ２８０は、ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号がそれを介して入力されるＭＣＣ１７２ピンとグランドとの間に結合される。
【０１００】
速度コントローラ２７６内部には、図示しない演算増幅器がある。ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号はこの増幅器の非反転入力に印加される。ＴＡＣＨ信号は増幅器の反転入力に印加される。この信号はオフチップ抵抗器２８２を介して増幅器に印加される。この増幅器の出力信号もまたフィードバック信号として増幅器の反転入力に印加される。この信号は抵抗器２８４を介してフィードバックされる。コンデンサ２８６は抵抗器２８４をまたいで結合される。ＤＣ電圧もまた、速度コントローラの演算増幅器の反転入力に印加される。この電圧は直列接続された抵抗器２８８および２９０からなる分圧器から引き出される。抵抗器２８８の自由端は５ボルト電源に接続される。抵抗器２９０の自由端はグランドに接続される。抵抗器２８８および２９０の接合部に存在する電圧は、抵抗器２９２を介して速度コントローラの増幅器の反転入力に印加される。この増幅器および速度コントローラ２７６の他の構成部品は協働して、ＳＰＥＥＤ＿ＣＯＮＴＲＯＬ（Ｓ＿Ｃ）信号を生成する。ＳＰＥＥＤ＿ＣＯＮＴＲＯＬ信号はパルス幅変調信号である。ＳＰＥＥＤ＿ＣＯＮＴＲＯＬ信号のオンデュティサイクルは、電動機３４のユーザ選択速度と測定速度との間の差に比例する。
【０１０１】
速度コントローラ２７６はまた、デジタルＢＲＡＫＥ＿ＥＮＡＢＬＥ（Ｂ＿Ｅ）信号をも選択的にアサートする。電動機回転子７８がユーザ所望速度よりかなり大きい速度で回転していることを演算増幅器からの出力信号が示すときには必ず、ＢＲＡＫＥ＿ＥＮＡＢＬＥ信号がアサートされる。
【０１０２】
図７では、ＢＲＡＫＥ＿ＥＮＡＢＬＥ信号は、電動機駆動回路２９８に直接印加されるように示される。これは分かり易くするためである。実際には、ＢＲＡＫＥ＿ＥＮＡＢＬＥ信号は方向コントローラ２７０に印加され得る。方向コントローラ２７０は、ＢＲＡＫＥ＿ＥＮＡＢＬＥ信号を電動機駆動回路２９８にアサートする実際のサブ回路として働く。この構成は、電動機３４が振動モードで駆動されるときに、方向コントローラ２７０がＢＲＡＫＥ＿ＥＮＡＢＬＥ信号を循環的にアサートすることを可能にする。これは、電動機３４が振動するときに、器具の振動を低減する。
【０１０３】
再びＭＣＣ１７２の一部である電流モニタ２９６は、電動機３４によって引き出される電流を監視する。電流モニタ２９６は基本的に比較器である。電流制限が設定限度を超えると、電流モニタ２９６は電流制限（Ｉ＿ＬＭＴ）信号をアサートする。このＩ＿ＬＭＴ信号はＤＳＰ１７０にアサートされる信号である。
【０１０４】
同じくＭＣＣ１７２と一体化した電動機駆動回路２９８は、ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃをゲーティングする基本トリガ信号をアサートする。電動機駆動回路２９８は入力信号として、Ｓ＿Ｃ信号、Ｆ／Ｒ信号、ＢＲＡＫＥ＿ＥＮＡＢＬＥ信号、ＨＡＬＬｘ信号、およびＩ＿ＬＭＴ信号を受け取る。これらの信号に基づいて、電動機駆動回路２９８は、３つ（３）のハイ駆動Ｈ＿Ｄ信号および３つ（３）のロー駆動Ｌ＿Ｄ信号をアサートする。Ｈ＿Ｄ信号はアサートされると、ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃ、つまり巻線８６ａ〜８６ｃそれぞれをＢＡＴＴ＋電圧に結合するＦＥＴを個別にゲーティングする。Ｌ＿Ｄ信号はアサートされると、ＦＥＴ８４ａ〜８４ｃ、つまり巻線８６ａ〜８６ｃそれぞれをＢＡＴＴ−グランドに結合するＦＥＴを個別にゲーティングする。
【０１０５】
電動機制御回路１７２はまた、ハイサイドドライバ３０２およびローサイドドライバ３０４をも含む。各Ｈ＿Ｄ信号は、集合的に単一のブロックとして示すハイサイドドライバ３０２のうちの特定の１つに印加される。各ハイサイドドライバ３０２は、関連するＨ＿Ｄ信号の受信に応答して、ＦＥＴ８２ａ、８２ｂ、または８２ｃのうちの関連する１つのゲートにハイサイド制御（Ｈｘ）信号をアサートする。各Ｈｘハイサイド制御信号は、区別される導線３０８を介して関連するＦＥＴ８２ａ、８２ｂ、または８２ｃに印加される。
【０１０６】
各ＦＥＴ８２ａ、８２ｂ、または８２ｃそれぞれに印加される実際のＨ１、Ｈ２、またはＨ３信号は、抵抗器３１５を介してＦＥＴのゲートに印加される。各ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃのドレインは電池４２のＢＡＴＴ＋端子に結合される。各ＦＥＴ８２ａ、８２ｂ、および８２ｃのソースは、巻線８６ａ、８６ｂ、および８６ｃのうちの別々の１つに結合される。
【０１０７】
フライバック回路からのブースト信号はＦＥＴ８２ａ、８２ｂ、および８２ｃのゲートに印加され、それらが相補型ソースに対して順方向にバイアスされることを確実にする。各フライバック回路は、Ｖｃｃ信号が印加されるダイオード３１０からなる。この信号はコンデンサ３１２に印加される。コンデンサの反対側の端は、関連するＦＥＴ８２ｘが取り付けられた巻線に結合される。図６Ｂ、６Ｃ、および６Ｄで、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３導線は、それぞれ巻線８６ａ、８６ｂ、および８６ｃに延びるように図示されている。ツェナダイオード３１４は、各Ｈｘ線と関連するＭｘ線との間に逆方向バイアス接続される。
【０１０８】
フライバック回路の一部であり、ハイサイド駆動回路３０２に含まれるブースト回路は、ブーストされたゲート信号の出力をトリガする。特に、各巻線８６ａ、８６ｂ、または８６ｃがグランドに結合されたときに、関連するコンデンサ３１２に電荷が蓄積される。コンデンサ３１２はＣＦＬＹｘ接続を介してハイサイド回路３０２に接続されることが、さらに観察される。ハイサイド駆動回路内部のブースト回路は、コンデンサからの電流を調整するための図示しないＦＥＴを含む。Ｍｘ線の信号は、ブースト回路用の基準信号として働く。巻線がＢＡＴＴ＋端子に結合されると、コンデンサ３１２の電荷がＣＦＬＹｘ接続を介して印加され、ブースト回路ＦＥＴをオンにする。このブースト信号は次いで、Ｈｘ線で適切なＦＥＴ８２ａ、８２ｂ、または８２ｃのゲートに出力される。ダイオード３１４は、ゲート−ソース間電圧が特定のレベルを超えた場合に、関連するＦＥＴ８２ａ、８２ｂ、または８２ｃのバーンアウトを防止する。本発明の１バージョンでは、これは１５ボルトである。これは、回転子が失速することにより起こり得るＦＥＴのバーンアウトを防止する。この状況で、巻線に逆ＥＭＦ信号は存在しない。この状況で、ＦＥＴ８２ｘのソースに存在する電圧はゼロ近くまで降下することがある。
【０１０９】
各Ｌ＿Ｄ信号は、集合的に単一のブロックとして示すローサイドドライバ３０４のうちの特定の１つに印加される。Ｌ＿Ｄ信号がローサイドドライバ３０４に印加されると、ドライバ３０４はローサイド制御信号（Ｌｘ）を関連するＦＥＴ８４ａ、８４ｂ、または８４ｃのゲートにアサートする。各ローサイドドライバ３０４は、図示しない１対の直列接続されたオフチップＦＥＴを含む。該ＦＥＴのうちの第１ＦＥＴのドレインはＶｄｄ電圧源に結合される。第２ＦＥＴのソースはオフチップケルビングランド３１８（ＫＧＮＤで表わされる導線）に結合される。第１ＦＥＴのソースと第２ＦＥＴのドレインとの接合部に存在する信号はＬｘローサイド制御信号である。巻線８６ａ〜８６ｃをグランドに結合するＦＥＴ８４ａ〜８４ｃのソースもまた、導線３２０によってケルビングランドに接続される。
【０１１０】
各ローサイドドライバ３０４によってアサートされるＬｘ信号は、抵抗器３２１を介して、ＦＥＴ８４ａ、８４ｂ、または８４ｃのうちの別々の１つのゲートに印加される。各ＦＥＴ８４ａ、８４ｂ、および８４ｃのドレインはそれぞれ別々の巻線８６ａ、８６ｂ、および８６ｃに結合される。ＦＥＴ８４ａ〜８４ｃのソースはＢＡＴＴ−ピン、つまり電池４２の負極が接続される端子に結合される。
【０１１１】
また、ＭＣＣ１７２の内部にはバンドギャップ回路３２２もある。バンドギャップ回路３２２は、ＭＣＣ１７２内部の構成部品用の温度非依存定電圧源および定電流源として機能する。
【０１１２】
図示されていないが、ＭＣＣは５ボルトの調整電圧源を有することを理解されたい。この電圧源は、接続は図示されないが、センサ６８、７２、７４、および７６を含め、制御モジュール４０内部の他の構成部品用の５ボルト電力電源として機能する。電圧調整器からの出力信号は、図６Ｂに示す直列接続された抵抗器３２４、３２６、および３２８を介してグランドに印加される。抵抗器３２４および３２６の接合部に存在する電圧は、ＢＲＡＫＥ＿ＥＮＡＢＬＥ信号のアサーションのベースとなるブレーキ基準（ＢＲＫ＿ＲＥＦ）信号として速度コントローラ２７６に印加される。抵抗器３２６および３２８の接合部に存在する電圧は、Ｉ＿ＬＭＴ信号のアサーションのベースとなる基準（Ｉ＿ＲＥＦ）信
号として、電流モニタ２９６に印加される。
【０１１３】
コンデンサ３２９は、抵抗器３２４、３２６、および３２８、ならびにグランドと並列である。抵抗器３２４およびコンデンサ３２９の接合部に存在する電圧は、フィルタリングされ電圧調整された５ボルト基準信号である。
【０１１４】
上記回路のより詳細な理解は、上述し参照によって組み込まれる米国特許第６，０２５，６８３号に提示されている。この文書に開示された回路では、バンドギャップレギュレータも５ボルトの調整電力電源として機能する。
【０１１５】
ＭＣＣ１７２は、電圧調整器１７６によって生成されるＶｃｃ信号によって付勢される。Ｖｃｃ信号は、ＭＣＣ１７２の別々のＶｃｃおよびＤＲＶｃｃピンに印加される。コンデンサ３３０はＶｃｃピンとグランドとの間に結合される。ＭＣＣ１７２の相補型アナロググランドピンはコンデンサ３３０のグランドに結合される。コンデンサ３３２はＤＲＶｃｃピンとグランドとの間に結合される。ＭＣＣ１７２の相補型デジタルグランドピンは、コンデンサ３３２のグランドに結合される。Ｖｃｃ信号は、抵抗器３３３を介してＭＣＣ１７２のＶｍｍピンにも印加される。
【０１１６】
上述の通り、制御モジュール４０は、電動機３４によって引き出される電流を監視するための回路をも含む。該回路は３つのＦＥＴ３３６ａ、３３６ｂ、および３３６ｃを含む。各ＦＥＴ３３６ａ、３３６ｂ、および３３６ｃのドレインはそれぞれ、電動機巻線８６ａ、８６ｂ、および８６ｃの別々の１つに結合される。各ＦＥＴ８４ａ、８４ｂ、または８４ｃそれぞれのゲートに印加されたＬ１、Ｌ２、またはＬ３ローサイド制御信号はそれぞれ、相補型ＦＥＴ３３６ａ、３３６ｂ、または３３６ｃのゲートに印加される。したがって、ＦＥＴ８４ａ、８４ｂ、または８４ｃがオンになるたびに、相補型ＦＥＴ３３６ａ、３３６ｂ、または３３６ｃはそれぞれ同様にオンになる。
【０１１７】
ＦＥＴ３３６ａ〜３３６ｃのソースは、共通の抵抗器３３８に接続される。抵抗器３３８の自由端は抵抗器３４０を介してグランドに結合される。抵抗器３３８および３４０の接合部に存在する電圧は、電動機３４によって引き出される電流を表わすＭＴＲ＿Ｉ信号としてＭＣＣ電流モニタ２９６に印加される。抵抗器３４０をまたいで接続されるコンデンサ３４２はこの信号をフィルタリングする。
【０１１８】
抵抗器３４４はまた、抵抗器３３８および３４０の接合部の一端にも接続される。抵抗器３４４の第２端は、ＦＥＴ２７２のドレインに接続される。通常、ＦＥＴ２７２がゲートオンされるときに、抵抗器３３８を横切る信号は抵抗器３４０および３４４の並列経路を介してグランドに流れる。したがって、通常、ＭＴＲ＿Ｉ信号は比較的低いボルトまたは電流比に基づく。
【０１１９】
電動機３４が振動モードで駆動されるときに、方向コントローラ２７０は、ＦＯＲＷＡＲＤ／ＲＥＶＥＲＳＥがトグルされた後の初期期間中、ＦＥＴ２７２をゲートオフする。これは、抵抗器３４４を電流測定回路から効果的に切断する。ＭＴＲ＿Ｉ信号は次いで比較的高いボルトまたは電流比に基づく。これは次に、電流モニタ２９６にＩ＿ＬＭＴ信号を、それ以外の場合にアサートされるより迅速にアサートさせる。Ｉ＿ＬＭＴ信号の迅速なアサーションは次に、付勢信号を電動機３４に印加する頻度を低下させる。これは初期の電動機の加速度を低減する。電動機加速度の低減は次に、ハンドピース３０が初期に生成する逆トルクを低減させる。この「逆トルク」は、電動機が第１方向に回転する結果生じるハンドピースのトルクと逆のトルクである。逆トルクの最小化により、電動機が第１方向から第２方向に回転をシフトするときにハンドピースユーザの手に生じる蹴りが低減される。
【０１２０】
Ｄ．器具の動作
本発明の外科用器具３０の動作について、ここで、図８Ａ〜８Ｄのフローチャートを参照しながら説明する。ハンドピース３０の作動の前に、ステップ３６０で、ＤＳＰ１７０に、各トリガスイッチ４６および４７が生成するコマンド信号を識別する命令が提供される。例えば、外科医の選好に基づいて、トリガスイッチ４６または４７のいずれかが、ハンドピース電動機を順方向に動作させるために押されるスイッチとなるように設定される。残りのトリガスイッチ４７または４６は、スイッチを逆方向に動作させるために押されるスイッチとなるように設定される。
【０１２１】
代替的なトリガスイッチ設定が可能である。例えば１つのトリガスイッチ４６または４７は、それを押すことにより電動機が順方向に動作するように設定することができ、第２のトリガスイッチ４７または４６は、それを押すことにより電動機が振動パターンを実行するように設定される。さらに別の構成では、ハンドピース３０は、トリガスイッチ４６または４７のいずれか一方を押すと、電動機が順方向に動作するように設定される。下述の通り、ハンドピースは、スイッチ４６を完全に押すことにより電動機３４が第１速度で動作し、スイッチ４７を完全に押すと電動機３４が第２速度で動作するように設定することができる。別の代替的構成では、ハンドピース３０は、１つのトリガスイッチ４６または４７を押すと電動機が順方向または逆方向に動作するように設定される。この構成では、第２のトリガ４７または４６スイッチは非活動状態に設定され、このスイッチを押しても、ハンドピースの電動機３４は作動しない。
【０１２２】
したがって、ステップ３６０は、特定のトリガスイッチ４６または４７が押されたことを検出したときに、ＦＯＲＷＡＲＤ、ＲＥＶＥＲＳＥ、またはこの２つの間の振動のどの信号をＤＳＰが生成すべきであるかを示す命令をＤＳＰ１７０にロードする。
【０１２３】
ハンドピース３０の動作の前に、ステップ３６２で、ＤＳＰ１７０には、特定のトリガスイッチ４６または４７が押込まれた程度の関数として生成されるＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号の範囲を示す命令もロードされる。この範囲は、外科医の選好、ハンドピースに取り付けられる切削アクセサリのタイプ、および実行される外科的処置のタイプのような変数の関数である。例えば、１外科医の選好に基づいて、トリガスイッチは、トリガスイッチ４６が電動機を逆方向に動作させるために押されるスイッチとなり、該スイッチが完全に押し込まれたときに、電動機が２５，０００ＲＰＭの最大速度で動作するように設定することができる。同じ外科医は、トリガスイッチ４７を完全に押し込むと電動機３４が逆方向に動作し、そのように作動したときに電動機が動作する最大速度が１５，０００ＲＰＭとなるように、ＤＳＰ１７０を設定する。
【０１２４】
第２の外科医は、トリガスイッチ４６または４７のいずれかを押すと電動機が順方向に動作するように、ＤＳＰ１７０を設定する。この外科医は、さらに詳しくは、トリガスイッチ４６が完全に押し込まれたときに電動機が３０，０００ＲＰＭの最大速度で動作し、トリガスイッチ４７が完全に押し込まれたときに電動機が７，５００ＲＰＭの最大速度で動作するように、ハンドピース３０を設定する。
【０１２５】
また、ステップ３６２の一部として、電動機３４が動作する最小速度も作動させることができる。したがって外科医は、トリガスイッチ４６または４７の１つが作動したときに、電動機が５，０００から２５，０００ＲＰＭの間の速度で順方向に動作するように、ハンドピースを設定することができる。第２のトリガスイッチ４７または４６が押し込まれたときに、電動機３４は１０，０００から１３，０００ＲＰＭの間の速度で順方向に動作する。
【０１２６】
ステップ３６０および３６２は、特定の外科医が、ＤＳＰ１７０に前もって格納されたデフォルト設定によって定義されるモードとは異なるモードでハンドピースを動作させることを希望する場合にのみ、実行されることを理解されたい。通常、これらのデフォルト設定は製造プロセス中にＤＳＰ１７０にロードされる。
【０１２７】
ハンドピースの実際の使用前に、ＤＳＰ１７０は制御モジュール４０内部の構成部品をスリープモードに維持する。ＡＷＡＫＥ信号はアサートされない。したがって、電圧調整器１７６はＶｃｃ信号を出力しない。Ｖｃｃ信号は出力されないので、ＭＣＣ１７２は作動停止状態である。ＭＣＣ１７２が作動停止しているので、そうでなければ印加される構成部品に対し、ＭＣＣ電圧調整器は５ボルト信号を出力しない。したがってセンサ６８、７２、７４、および７６は活動しない。また、ＤＳＰ１７０内部のアナログ−デジタル変換器（変換器は図示せず）も作動停止する。
【０１２８】
たとえ外科用器具３０がスリープモードのときでも、電圧調整器１７４はＶｄｄおよびＶｄｄａ信号を出力する。したがって、上述した器具構成部品がスリープモードのときでも、センサ６６および７０ならびにＤＳＰ１７０は活動する。
【０１２９】
トリガスイッチ４６または４７の１つを押すと（ステップ３６４）、ハンドピース３０の作動が生じる。解説のために、トリガスイッチ４７が押されたスイッチであると理解して、説明を進める。最初に、トリガスイッチ４７の、実際には磁石５８の移動は、センサ６８によって検出される（ステップ３６６）。したがって、ステップ３６６で、センサ６８によって生成される出力信号は状態変化を受ける。ＤＳＰ１７０は、センサ６８からの出力信号の状態の変化を検出すると、ＡＷＡＫＥ信号をアサートする（ステップ３６８）。
【０１３０】
ＡＷＡＫＥ信号３６８のアサーションにより、ステップ３７０で、ハンドピース３０の残部は活動モードに入る。特に、ＡＷＡＫＥ信号のアサーションは、電圧調整器１７６にＶｃｃ信号の出力を開始させる。Ｖｃｃ信号を受信すると、ＭＣＣ１７２が付勢される。この付勢の結果、ＭＣＣ電圧調整器はセンサ６８、７２、７４、および７６を含めモジュール４０の他の構成部品に、５ボルト信号を出力する。スリープから活動への遷移の別のサブプロセスは、ＤＳＰ１７０内部のアナログ−デジタル変換器ブロックの起動である。
【０１３１】
ステップ３７０の一部として、ＡＷＡＫＥ信号は増幅器２３６および２４６のＳＨＤＮピンにも印加される。このようにして、増幅器２３６および２４６はイネーブルされ、センサ７４および７６それぞれによって生成された出力信号の増幅バージョンが生成される。実際には、制御モジュール４０内部の構成部品がスリープモードから活動モードに遷移するのに最大で約２００ミリ秒かかる。本発明のより好ましいバージョンでは、該遷移を行なうのに最大で１００ミリ秒かかる。これはユーザが知覚することのできる器具の始動の遅延の程度を最小化する。
【０１３２】
ひとたび制御モジュール構成部品が活動モードになると、センサ７２は、磁石５８の検出された移動に基づいて可変出力信号をアサートする（ステップ３７２）。センサ７２からの信号の受信に基づいて、ＤＳＰ１７０はステップ３７４および３７６に同時に関与する。ステップ３７４では、ステップ３６０でロードされた命令データに基づいて、ＤＳＰ１７０は適切な状態のＦＯＲＷＡＲＤもしくはＲＥＶＥＲＳＥ信号またはこれらの信号の組合せをアサートする。トリガスイッチ４７が順方向制御スイッチとなるようにハンドピース３０が設定された場合、ステップ３７４で、ＤＳＰはＦＯＲＷＡＲＤ信号をアサートする。トリガスイッチ４７が逆方向制御スイッチとなるように設定された場合、ＤＳＰはＲＥＶＥＲＳＥ信号をアサートする。代替的に、トリガスイッチ４７が振動制御スイッチとして設定された場合、ＤＳＰ１７０はＦＯＲＷＡＲＤおよびＲＥＶＥＲＳＥＳ信号の両方を同時にアサートする。
【０１３３】
ステップ３７６で、ＤＳＰ１７０はＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を生成する。この信号は、ステップ３６２で受け取った命令、および磁石５８がその移動経路に沿って変位した程度を表わすセンサ７２からの信号に基づく。ＤＳＰ１７０は、トリガスイッチ４７が作動した程度によりＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤを線形的に変化させるようにプログラムされた場合、信号は次式に従って判定される。
ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ＝ＳＰＤ_MIN＋ＳＳ（ＳＰＤ_MAX−ＳＰＤ_MIN） （１）
ここで、ＳＰＤ_MINおよびＳＰＤ_MAXはそれぞれ、トリガスイッチ４７が押されたときに電動機３４が動作する最小および最大速度である。これらはステップ３６２で供給される係数である。変数ＳＳは、トリガスイッチ４７が基準位置への伸長状態から変位した程度を表わし、０．００から１．００までに正規化された、センサ７２からのセンサ信号である。
【０１３４】
下述の通り、ＤＳＰ１７０は、トリガスイッチの変位に基づいて、線形関係以外でＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤを変化させるようにプログラムすることができる。
【０１３５】
ステップ３７４および３７６とほぼ同時に行なわれるステップ３７８で、ＤＳＰ１７０は、電動機回転子７８の位置を表わすＨＡＬＬｘ信号をも生成する。始動時の回転子の速度０ＲＰＭで、これらのデータはセンサ７４およびセンサ７６の両方からの信号に基づく。この判定の基礎について、ここで、図９のグラフのプロットを参照しながら説明する。このグラフは、回転子が２極回転子である場合にセンサ７４および７６から生成される信号を示す。これは分かり易くするためである。したがって、センサ７４からの出力信号、プロット３８２は、回転子の３６０°の回転に対する単一の正弦波である。
【０１３６】
ＭＣＣ１７２が電動機始動後に適切な順序でＨｘおよびＬｘ制御信号を生成するために、ＤＳＰ１７０から供給されるＨＡＬＬｘは、回転子７８がどの六分角つまり６０°弧内に位置するかを示さなければならない。センサ７４からの信号が０．８６６から１．００の間である場合、回転子が６０から１２０°の円弧範囲内であることは明らかである。同様に、センサ７４からの信号が−０．８６６から−１．０の間である場合、回転子が２４０から３００°の円弧範囲内であることは明らかである。
【０１３７】
しかし、これらの範囲外では、センサ７４からの単一信号は、始動時に回転子の位置を正確に示さない。これは、これらの２つの範囲外では、正弦波曲線上で回転子がどこに位置するかを単一信号が示さないからである。例えばセンサ７４によって生成される信号が０．５である場合、回転子が３０°の位置にあるか、それとも１５０°の位置にあるかが明瞭でない。プロット３８２では、これらの２つの位置は、点３８４および３８６によってそれぞれ表わされる。同様に、センサ７４からの信号が−０．７１である場合、回転子が２２５°の位置にあるか、それとも３１５°にあるかが明瞭でない。プロット３８２で、これらの２つの位置は点３８８および３９０によってそれぞれ表わされる。
【０１３８】
このようにして、始動時に、ステップ３７８で、ＤＳＰ１７０はセンサ７４および７６の両方からの信号を使用して、回転子の位置の正確な判定値を生成する。本発明の図示したバージョンでは、センサ７６はアナログ信号を出力するので、このセンサは制御モジュール４０内に配置され、センサ７４によって生成される信号から位相が最大６０°遅れる信号を出力する。図９で、センサ７６によって出力される正規化信号はプロット３９１として示される。
【０１３９】
ステップ３７８で、センサ７４からの信号が、この信号だけを使用して回転子の位置を判定することのできる範囲外である場合、２つの評価のうちの１つが実行される。センサ７４からの正規化出力信号が、回転子７８が０から６０°の六分角または１２０から１８０°の六分角のいずれかに存在することを示す場合、
センサ７４の信号＞センサ７６の信号
であるか否かを判定する検査が行なわれる。この判定結果が真である場合には、センサ信号は集合的に、回転子が０から６０°の間の角度位置にあることを示す。この判定結果が偽である場合には、集合的に信号は、回転子が１２０から１８０°の間の位置にあることを示す。センサ７４からの正規化された出力信号が、回転子が１８０から２４０°の六分角または３００から３６０°のいずれかに存在することを示す場合、
センサ７４の信号＜センサ７６の信号
であるか否かを判定する検査が行なわれる。この判定結果が真である場合には、センサ信号は、回転子が１８０から２４０°の間の角度位置にあることを示す。この判定結果が偽である場合には、回転子は３００から３６０°の間の位置に存在する。
【０１４０】
したがって、始動時に、センサ７４からの信号、およびセンサ７４および７６によって生成される信号の比較に基づいて、ＤＳＰ１７０は、電動機回転子の位置を表わすＨＡＬＬｘ信号を生成する。
【０１４１】
その結果、始動直後に、ＤＳＰ１７０は次の信号、すなわちＦＯＲＷＡＲＤおよび／またはＲＥＶＥＲＳＥ信号、ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号、およびＨＡＬＬｘ信号を、ＭＣＣ１７２に提供する。これらの信号に基づいて、ＭＣＣ１７２はＨＩＧＨ＿ＳＩＤＥ＿ＣＯＮＴＲＯＬ信号およびＬＯＷ＿ＳＩＤＥ＿ＣＯＮＴＲＯＬ信号をアサートする。これらの信号は、回転子７８を適切なユーザ選択方向に適切なユーザ選択速度で回転させるために必要な適切なパターンで、付勢電流を巻線に印加させるために必要な順序でアサートされる。
【０１４２】
上記信号に基づいて、ステップ３９３で、ＭＣＣは、回転子７８が適切な方向に回転するように、ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃを適切にゲーティングして、付勢信号を巻線８６ａ〜８６ｃに印加させる。
【０１４３】
付勢信号が巻線に印加されると、回転子７８は回転する。ひとたび回転子７８の初期位置が判定されると、回転子７８のその後の位置は、センサ７４によって生成される信号のみに基づいて判定される。ＤＳＰ１７０はこの信号を後続のＨＡＬＬｘ信号の組に変換する。ＨＡＬＬｘ信号の状態に基づいて、ＭＣＣ１７２は、回転子をユーザが所望する方向にユーザが所望する速度で回転させるために必要なＨＩＧＨ＿ＳＩＤＥ＿ＣＯＮＴＲＯＬ信号およびＬＯＷ＿ＳＩＤＥ＿ＣＯＮＴＲＯＬ信号をアサートし続ける。
【０１４４】
ＨＡＬＬｘ信号をその後に判定する手段について、図１０の波形４０２、および図１１Ａ〜１１Ｄのフローチャートを参照することによって説明する。波形４０２は、回転子７８の完全な３６０°の回転に対するセンサ７４からの出力信号を表わす。回転子７８は６極回転子であるので、回転の経路全体でセンサ７４は３つの正弦波を生成する。図１０で、３つのピーク値は点４０６ａ、４０６ｂ、および４０６ｃにおける値である。３つの谷の値は、点４０８ａ、４０８ｂ、および４０８ｃにおける信号レベルである。図１０で、個々の正弦波は、同一ピークおよび谷の信号レベルを有するように示されている。実際には、非常に低温または非常に高温の始動時にさえ、これらの信号レベルには多少の差があることを理解されたい。しかし、これらの差は一般的に５％未満である。
【０１４５】
製造較正中に、図１２によって示されるＤＳＰ１７０と一体化した不揮発性メモリ４０４は、センサ７４からの出力信号のピークおよび谷点の値を表わすデータをロードされる。単一の始動ピーク値がフィールド４１０に格納される。単一の始動谷値がフィールド４１２に格納される。本発明の一部のバージョンでは、単一の始動ピーク値は、点４０６ａ、４０６ｂ、または４０６ｃにおける３つのピーク値のうちの最大値である。単一の始動谷値は、３つの谷値４０８ａ、４０８ｂ、または４０８ｄのうちの最低値である。本発明の代替的バージョンでは、格納された始動ピーク値は、３つのピーク値４０６ａ、４０６ｂ、または４０６ｃの平均または中央値である。本発明のバージョンでは、フィールド４１２に格納された谷値は、３つの谷値４０８ａ、４０８ｂ、または４０８ｃの平均または中央値である。
【０１４６】
センサ７４が１つのピークから次の谷への（または１つの谷から次のピークへの）遷移を表わす出力信号を生成する前に、ＤＳＰ１７０は信号処理を実行して、ＨＡＬＬｘ信号の状態がいつ変化するかを判定する。特にステップ４１６で、ピーク４０６ａから谷４０８ａへの信号の場合、ＤＳＰ１７０は、ピークと谷との間の差値（Δ）を判定する。この値は、式：
Δ＝信号値^PEAK−信号値^VALLEY （２）
によって判定される。ステップ４１８で、ピーク４０６ａと谷４０８ａとの間の中点値ＭＰが、次式に従って判定される。
ＭＰ＝Δ／２＋ＯＦＦＳＥＴ （３）
ここで、ＯＦＦＳＥＴは谷４０６ａにおけるセンサ信号、ＳＩＧＮＡＬ ＶＡＬＵＥ^VALLEY信号のレベルである。図１０で、この中点基準信号レベルは、点４２０ａによって表わされる。少なくとも始動直後は、ＳＩＧＮＡＬ ＶＡＬＵＥ^PEAKおよびＳＩＧＮＡＬ ＶＡＬＵＥ ^VALLEY値は、メモリ４０４から取り出される信号レベルであることを理解されたい。
【０１４７】
ステップ４２２および４２４で、ＤＳＰ１７０はセンサ７４からの信号の上方遷移および下方遷移をそれぞれ判定する。ステップ４２２で、上方遷移は式：
ＵＰＰＥＲ ＴＲＡＮＳ＝ＭＰ＋０．４３３Δ （４）
に従って判定される。ステップ４２４で、下方遷移は式：
ＬＯＷＥＲ ＴＲＡＮＳ＝ＭＰ−０．４３３Δ （５）
に従って判定される。方程式（４）および（５）で、定数０．４３３は、本発明のこのバージョンでは、ＨＡＬＬｘ信号の遷移が波形４０２の６０°の位相変化毎に発生するという事実に基づく。第１の位相変化／ＨＡＬＬｘ信号の遷移は、波形が３５９°から０°位置に変化するときに発生する。したがって、次のＨＡＬＬｘ信号の遷移誘発位相は、センサ７４信号が６０°位置より上で遷移するときに発生する。６０°の正弦は０．８６６である。同様に、センサ７４が１７９°位置から１８０°位置に遷移するときに、ＨＡＬＬｘ信号遷移誘発位相変化がある。したがって、次のＨＡＬＬｘ信号遷移誘発位相変化は、センサ７４の信号が２４０°より下に降下したときに発生する。２４０°の正弦は−０．８６６である。
【０１４８】
センサ７４によって生成される信号は全て０．０ボルトより上で出力されるので、ＭＰ＞０．０である。したがって中点値は、信号が３５９°から０°に、かつ１７９°から１８０°に遷移するときのセンサ７４の信号レベルを表わす。方程式（３）および（４）の遷移信号値は中点値からオフセットされる。
【０１４９】
図１０のグラフで、波形４０２上の点４２６ａは、センサ７４からの信号がピーク値４０６ａから谷値４０８ａに降下したときの上方遷移基準信号レベルを表わす。点４２８ａは、信号がこの遷移を経験するときの下方遷移基準信号レベルを表わす。
【０１５０】
このようにして、上記遷移基準信号レベルは、ピーク値４０６ａより上のレベルから谷値４０８ａに遷移するときのセンサ７４からの出力信号のレベルを判定するために使用される。これらの信号レベルは、回転子７８が回転するときの角度位置を表わす。これらの信号レベルの判定は次に、ＨＡＬＬｘ信号の状態がいつ変化するかを判定するために、ＤＳＰ１７０によって使用される。
【０１５１】
図１１Ａ〜１１Ｄの残りのステップでは、ステップ３７８で、電動機回転子７８の始動時の０ＲＰＭの位置が、ピーク値４０６ａ、４０６ｂ、または４０６ｃのいずれか１つによって表わされるピーク位置から３０°以内であることが判定されたと想定する。始動時に、メモリ４０４に格納されるピークおよび谷値は同一である。したがって、回転子７８の３６０°の１回転に対するセンサ７４の信号の３回のサイクルの各々に対して、中点ならびに上方および下方遷移信号がそこから判定されるデータが存在する。したがって、残りのステップを使用して始動直後の回転子の位置を判定するために、３回の３６０°出力信号サイクルのうちのどれをセンサ７４が現在循環しているかを示すデータを、ＤＳＰ１７０に供給する必要が無い。したがって、実施例として、センサ７４からの出力信号はそれがピークレベル４０６ａの位置に近いことを示していると、随意に想定される。
【０１５２】
センサ７４からの出力信号のサイクル中に、ＤＳＰ１７０は出力信号を監視して、ピーク４０６ａのセンサから実際のピーク値信号レベルを取得する。この値は、ＤＳＰ１７０に関連付けられたＲＡＭメモリ４３２（図１３）に格納される。実際には、取得したピーク値は点４０６ａ用のピーク値のテーブル４３４ａに格納される。集合的に、これらの２つのプロセスはステップ４３６によって表わされる。この信号レベルの格納の目的については下述する。始動時に、ステップ４３６を実行することができないことがあることをさらに理解されたい。
【０１５３】
次いで、ステップ４３８で、ＤＳＰ１７０は、センサ７４の出力信号が上方遷移基準信号レベル、つまり点４２６ａのレベルより下に降下するかどうかを判定するために検査し続ける。出力信号がこのレベルより下に降下すると、ステップ４４０でＤＳＰは、回転子７８の新しい位置を反映するようにＨＡＬＬｘ信号をリセットする。次いで、ステップ４４２で、ＤＳＰ１７０はセンサ７４の出力信号を絶えず検査して、それが中点基準信号レベル、つまり点４２０ａのレベルより下に降下するかどうかを判定する。この事象が発生すると、ステップ４４４でＨＡＬＬｘ信号が再びリセットされる。
【０１５４】
ステップ４４６で、ＤＳＰ１７０はセンサ７４の出力信号を検査して、信号レベルが下方遷移基準信号レベル、つまり点４２８ａのレベルより下に降下するかどうかを判定する。この事象が発生すると、ステップ４４８で、ＤＳＰ１７０は再びＨＡＬＬｘ信号をリセットする。
【０１５５】
ステップ４４８の後、ＤＳＰ１７０はステップ４１６、４１８、４２２、および４２４を再実行する。図１０では、ステップ４１６、４１８、４２２、および４２４の再実行をステップ４５０として示す。ステップ４１６、４１８、４２２、および４２４のこの実行では、センサ７４からの信号出力が谷値４０８ａからピーク値４０６ｂに遷移するときに、ＨＡＬＬｘ信号の状態がいつリセットされるかを判定するために、ＤＳＰ１７０は中点ならびに上方および下方遷移基準信号レベルを判定する。図１０で、新しい下方遷移基準信号レベルは点４２８ｂによって表わされ、新しい中点基準信号レベルは点４２０ｂによって表わされ、新しい上方遷移基準信号レベルは点４２６ｃによって表わされる。再び、少なくとも初期には、これらの信号の中点ならびに上方および下方遷移レベルは、メモリ４０４に格納されたピーク値信号レベルデータに基づいて算出されることを理解されたい。
【０１５６】
また、ステップ４５２で、ＤＳＰ１７０は、センサ７４の出力信号を監視して谷４０８ａの実際の信号レベルを判定する。この値は、ＲＡＭ４３２のテーブル４５４ａに格納される。
【０１５７】
次いで、センサ７４からの出力信号が谷４０８ａからピーク４０６ｂに上昇すると、信号は新しい中点および遷移基準信号レベルに照らして検査される。特に、センサ７４の出力信号が下方遷移基準信号レベル、点４２８ｂより上に上昇するときを判定するために、ステップ４５８が実行される。この事象が発生すると、ステップ４６０で、ＨＡＬＬｘ信号は適切にリセットされる。次いで、ステップ４６２が実行され、センサ７４の出力信号が中点基準信号レベル、点４２０ｂより上に上昇するときを検査する。この事象が発生した後、ＤＳＰ１７０はＨＡＬＬｘ信号を適宜リセットする（ステップ４６４）。
【０１５８】
ステップ４６６で、ＤＳＰ１７０は次いで、センサ７４の出力信号が上方遷移基準信号レベルより上、点４２６ｂのレベルより上に上昇するときを判定するために検査する。この事象が発生すると、ＤＳＰ１７０は再びＨＡＬＬｘ信号をリセットする（ステップ４６８）。
【０１５９】
回転子７８が完全な３６０°の回転を完了すると、上記プロセスが再実行される。このようにして、センサ７４の出力信号がピーク値４０６ｘから谷値４０８ｘに遷移するたびに、ステップ４１６、４１８、４２２、４２４、および４３８〜４４８が実行される。センサ７４の出力信号が谷値４０８ｘから次のピーク値４０６ｘに遷移するたびに、ステップ４５０および４５８〜４６８が実行される。
【０１６０】
上記から、センサ７４からの出力信号が、１つのピークから隣接する谷を介して次のピークまで、単一の正弦波周期を通過するたびに、ＨＡＬＬｘ信号が６回の状態遷移を経験することを理解されたい。センサ７４の出力信号が次の正弦波周期を通過するときに、ＨＡＬＬｘ信号は同じ６回の遷移を経験する。ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃを適切にゲーティングするために、ＭＣＣ１７２は、正弦波周期のどの六分角に回転子７８が位置付けられるかを示すデータを必要とするだけである。ＭＣＣ１７２は、回転子７８の３６０°の回転中に生成される３つの正弦波のうちのいずれで回転子の遷移が起きているかを知る必要が無い。わずか３つの個別ＨＡＬＬｘ導線だけが、回転子の位置を表わす３ビットのバイナリＨＡＬＬ信号をＭＣＣ１７２に提供する必要がある理由は、このためである。
【０１６１】
上記はまた、始動時に、正弦波周期のどの六分角に回転子７８が位置付けられるかを示すために十分なセンサデータをＤＳＰ１７０に提供することだけが必要とされる理由でもある。これらのデータのみに基づいて、ＤＳＰ１７０は、センサ７４から後で受け取りかつ変化する出力信号が比較対照される基準レベルを即座に算出することができる。
【０１６２】
また回転子７８の回転中にも、ＤＳＰは絶えずステップ４３６を実行し、各正弦波のピーク４０６ａ、４０６ｂ、および４０６ｃの値を取得して格納する。これらの値はＲＡＭ４３２のテーブル４３２ａ、４３２ｂ、および４３２ｃそれぞれに格納される。ハンドピース３０が作動し続ける限り、各正弦波の谷４０８ａ、４０８ｂ、および４０８ｃの値を取得して格納するために、ステップ４５２もまた絶えず実行される。これらの値はＲＡＭ４３２のテーブル４５４ａ、４５４ｂ、および４５４ｃにそれぞれ格納される。
【０１６３】
正弦波のピークおよび谷を表わすセンサ７４の出力信号値が格納される理由について、ここで、図１４および図１５を参照することによって説明する。図１４は、ハンドピースをある時間作動させた後、回転子７８の完全な３６０°の回転に対するセンサ７４の出力信号のプロット４０２’である。ここで、個々の正弦波の間にピークおよび谷信号レベルの差があることを見ることができる。これらの差が生じる１つの理由は、電動機の加熱および回転子磁石の内在的な物理的相違のため、個々の回転子によって放射される磁界が変動し始めるためである。
【０１６４】
代替的に、製造後に、センサ７４の位置が偏移することがある。そのような偏移は、ハンドピース３０が落下した場合に機械的衝撃にさらされるために起きることがある。センサ７４がそのように偏移した場合、それは検知される磁界の振幅が変動するように配置され得る。これは、製造後に、センサ７４からの出力信号が図１１の比較的一様な外観から図１４の不均等な外観に変化する第２の理由である。図１４で、点４０６ａ’、４０６ｂ’、および４０６ｃ’は新しいピーク値を表わし、点４０８ａ’、４０８ｂ’、および４０８ｃ’は新しい谷値を表わす。
【０１６５】
器具のオートクレーブ滅菌の結果、センサ７４が熱にさらされることも、センサ７４の出力信号が変動する原因になり得る。
【０１６６】
センサ７４の出力信号のずれを補償するために、ＤＳＰ１７０は図１５のさらなる処理を実行する。特に、ステップ４７０で、ＤＳＰ１７０は、メモリ４３２のテーブル４３４ａ、４３４ｂ、または４３４ｃのうちの１つに格納されたピーク値データを取り出す。データは次いで、ステップ４７２で、新しい推定値を生成するために処理され、関連する正弦波ピークの仮想信号レベルが生成される。本発明の１バージョンでは、各テーブル４３４ｘは最後に取得したピーク信号値を含む。この値は次いで、ＨＡＬＬｘ信号遷移基準信号レベルを判定するために次の組の計算でピーク信号として使用される。
【０１６７】
本発明の他のバージョンでは、各テーブルフィールド４３４ｘおよび複数の取得されたピーク信号値。ステップ４７２で、これらの値の単純平均または加重平均を使用して、ピーク４０６ｘの仮想信号レベルが生成される。ピーク４０６ａ、４０６ｂ、および４０６ｃのこれらの仮想値は、フィールド４７６ａ、４７６ｂ、および４７ｃそれぞれに格納される。これらのプロセスステップ４７０〜４７４は、３つの正弦波の各々に対して実行される（ループバックは図示せず）。
【０１６８】
同様に、ステップ４８０で、ＤＳＰ１７０はメモリ４３２のテーブル４５４ａ、４５４ｂ、または４５４ｃの１つに格納された谷値データを取り出す。データは次いで、ステップ４８２で、新しい推定値を生成するために処理され、関連する正弦波ピークの仮想信号レベルが生成される。一般的に、各ピークの仮想信号レベルを生成するために使用されたのと同じアルゴリズムが、各谷４０８ａ、４０８ｂ、または４０８ｃの仮想信号レベルを生成するために使用される。ステップ４８４で、算出された仮想正弦波谷レベルは、メモリ４３２のフィールド４８６ａ、４８６ｂ、または４８６ｃに格納される。プロセスステップ４８０〜４８４は、３つの正弦波の各々に対して実行される（ループバックは図示せず）。
【０１６９】
ひとたびステップ４７０〜４７４および４８０〜４８４が実行されると、ステップ４９０が実行される。ステップ４９０で、ＤＳＰ１７０は、中点ならびに上方および下方遷移信号レベルを判定するために使用された以前のレベルを、これらの算出された仮想ピークおよび谷信号レベルに置き換える。このようにして、ステップ４１６、４１８、４２２、４２４、および４５０の将来の実行においては、これらの仮想信号レベルが上記の方程式２および３の入力変数として使用される。このようにして、ひとたびステップ４９０が実行されると、後で生成される中点ならびに上方および下方遷移基準信号レベルは、センサ７４によって生成される実際のピークおよび谷信号レベルに密に近似するピークおよび谷信号レベルに基づく。これは、センサ７４からの出力信号が製造後に変動し、あるいは一処置中に変動した場合、ＤＳＰ１７０が回転子の位置を正確に表わすＨＡＬＬｘ信号をアサートし続けることを確実にする。
【０１７０】
図８Ｃに戻って、トリガスイッチ４６および／または４７が押され続ける限り、ＤＳＰ１７０はＡＣＴＵＡＴＥ信号、ＦＯＲＷＡＲＤおよび／またはＲＥＶＥＲＳＥ信号、ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号、およびＨＡＬＬｘ信号をアサートする（ステップ４９４）ことを理解されたい。ＭＣＣ１７２は次に、ステップ４９６で、回転子をユーザ選択速度で適切な方向に回転させるために適宜、ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃをゲーティングし続ける。
【０１７１】
ステップ４９４および４９６は、トリガスイッチ４６および／または４７が押され続ける限り、絶えず実行される。ステップ４９７によって表わされる通り、最終的に外科医は、トリガスイッチ４６および／または４７に対する圧力を解放して、ハンドピースを作動停止させる。最初に、この事象が起きると、磁石５６および／または５８は、センサ６８または７２がかなりの磁界の存在を検出することができなくなる位置に移動する。このようにしてセンサ６８または７０は、ＤＳＰ１７０にゼロ速度ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号をアサートさせる出力信号を生成する（ステップ４９８）。
【０１７２】
ＭＣＣ速度コントローラ２７６がこのゼロ速度ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を受け取る時点で、電動機回転子７８は回転している。したがって速度コントローラ２７６は、巻線８６ａ〜８６ｃに電流を印加させて回転子の回転を引き起こす、信号のＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃへのアサーションをＭＣＣにネゲートさせる（ステップ５０２）。代わりに、速度コントローラはＢＲＡＫＥ＿ＥＮＡＢＬＥ信号をアサートする。これにより、ＭＣＣ１７２は、巻線が制動モードに入り回転子７８の回転を減速するように、ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃおよび８４ａ〜８４ｃをゲーティングする（ステップ５０４）。
【０１７３】
磁石５６または５８が制御モジュール４０からさらに離れると、発生する磁界はセンサ６６または７０によってもはや検知されない。その結果、ステップ５０６で、センサ６６または７０からの出力信号はオフ状態になる。センサ６６または７０からの信号がオフ状態にトグルされると、ＤＳＰ１７０はＡＷＡＫＥ信号のアサーションを停止する（ステップ５０８）。これにより電圧調整器１７６および増幅器の作動停止が引き起こされる。電圧調整器１７６の作動停止は結果的に、ＭＣＣ１７２の同様の作動停止を生じる。集合的に、ステップ５１０によって表わされるこれらの構成部品の作動停止は、ハンドピースがエネルギを節約するスリープモードに戻ることである。
【０１７４】
本発明の１バージョンでは、センサ６６または７０からの出力がオフ状態信号に戻るやいなや、ＤＳＰ１７０が即座にＡＷＡＫＥ信号をネゲートする。本発明の別のバージョンでは、センサ６６または７０がオフ状態信号をアサートしたときからＤＳＰがＡＷＡＫＥ信号をネゲートするときまでの間に、最高で５秒の遅延がある。この遅延期間中に、ＭＣＣ１７２は、電動機回転子１７２の制動を促進する信号をアサートし続ける。この制動を続ける利点は、そうしなかった場合にハンドピース３０を保持している個人が受ける機械的衝撃を低減することである。
【０１７５】
ハンドピース３０は、ステップ３６４が再実行され、トリガスイッチ４６または４７が再び押されるまで、スリープ状態に維持される。
【０１７６】
ＩＩ．統合システム
上述の通り、器具３０は各用途向けにカスタム構成可能である。ステップ３６０で、トリガスイッチの機能（順方向、逆方向、振動、またはオフ）がＤＳＰ１７０にロードされる。ステップ３６２で、ＤＳＰ１７０には、トリガスイッチ４６または４７の押込みの関数としてそれが生成する範囲のＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号がロードされる。これらおよび他の命令が器具３０にロードされるメカニズムについて、ここで、最初に図１６および１７を参照することによって説明する。器具３０は、制御モジュール４０内部の該モジュール構成部品に加えて、１つ以上のデータトランシーバヘッド５３０をも含む（１つを図示）。各トランシーバヘッド５３０は、器具３０とは物理的に分離したユニットと信号を交換する。図１６のブロック図バージョンの器具に示される通り、トランシーバヘッド５３０は制御モジュール４０の外部となる。本発明の一部のバージョンでは、制御モジュール４０の内部にトランシーバヘッド５３０を配置することが可能であり得る。本発明の１バージョンでは、ＤＳＰ１７０（器具制御プロセッサ）はシリアルデータ通信線５３１でトランシーバヘッドと信号を交換する。
【０１７７】
トランシーバヘッド５３０が分離したユニットと信号を交換する実際の手段は、本発明では、特定の技術に限定されない。本発明の一部のバージョンでは、信号の交換を容易にするために、器具はドッキングステーション５３２に着座する。ドッキングステーション５３２はそれ自体のトランシーバヘッド５３４を有する。器具３０ａがドッキングステーション５３２に着座すると、２つのトランシーバヘッド５３０および５３４は、それらの間で信号交換が可能になるように一緒に十分に近接配置される。
【０１７８】
本発明のこれらのバージョンの一部では、トランシーバヘッド５３０および５３４は、器具（図１７では器具３０ａ）がドッキングしたときに接合する、露出電気接点である。代替的に、トランシーバヘッド５３０および５３４は、誘導信号伝達を可能にする相補型コイルである。トランシーバヘッド５３０および５３４は、相補型の発光部品および光検出部品の対とすることができる。本発明のこれらのバージョンは、場合によっては赤外スペクトルの光を含め、特定の周波数の光を放出しかつ／または検出する。代替的に、トランシーバヘッド５３０および５３４は相補型ＲＦアンテナである。本発明のこれらのバージョンでは、各トランシーバヘッド５３０および５３４は、電気的状態およびＲＦ状態の間で交換信号を変換するように、適切な信号変調および復調サブ回路をも含む。トランシーバヘッド５３０および５３４は、相補型の露出した導線の組とすることさえできる。この構成は、外科用器具３０ａをドッキングステーションに物理的に接続する必要がある。この構成の利点は、器具３０ａとシステムの他の構成部品との間の非常に高いボーレートが可能になることである。
【０１７９】
図１７の器具３０ｂおよびワイヤレストランシーバヘッド５３６によって示される通り、データトランシーバ５３０が分離ユニットと信号を交換するために、器具を静的ドッキング状態にする必要はない。本発明のこれらのバージョンでは、器具３０ｂがヘッド５３６から１メートル以上離れていたり移動している場合でも、器具のトランシーバヘッド５３０およびワイヤレストランシーバヘッド５３６が信号をワイヤレスで交換する。この信号交換は、赤外パルスを含む光、ＷｉＦｉ、ブルートゥース、もしくはＧ３のような技術を含む無線波、または電磁パルスの交換による。
【０１８０】
本発明のこの実施形態の一部のバージョンでは、器具トランシーバヘッド５３０およびワイヤレストランシーバヘッド５３６は、外科用ナビゲーションシステムの一部である。手短に言うと、外科用ナビゲーションシステムは、位置が追跡される装置に取り付けられた固定ユニットおよび移動ユニットを含む。ユニットの１つは１組２つ以上の信号、一般的に光、電磁波、またはＲＦを送信する。第２のユニットは、送信された信号を受信する２つ以上のセンサを有する。受信した信号の信号強度の差に基づいて、外科用ナビゲーションコンソール（データプロセッサ）５４０は、固定ユニットに対する移動ユニットの位置および向きを示すデータを生成する。多くの外科用ナビゲーションシステムは、移動ユニットが光を放射するように設計される。トラッカ５３９と呼ばれるこの移動ユニットは、移動装置、図１６の外科用器具３０ｂに取り付けられる。ローカライザ５３８と呼ばれる固定ユニットは、放射された光を監視するセンサを含む。トラッカ５３９はセンサを含む。器具３０ｂの位置および向きを追跡することによって、外科用ナビゲーションコンソール５４０は、患者の手術部位に対する外科用器具３０ｂおよび／または相補型アタッチメントの位置を示す信号を生成する。
【０１８１】
本発明の一部のバージョンでは、器具トランシーバヘッド５３０はトラッカ５３９内に組み込まれる。ワイヤレストランシーバヘッド５３６はローカライザ５３８内に組み込まれる。
【０１８２】
器具３０ａまたは３０ｂは１つ以上のユニットと信号を交換する。これらのユニットの１つが、例えば外科用ナビゲーションコンソール５４０である。器具３０ａまたは３０ｂが信号を交換する第２のタイプのユニットは、ハンドピース制御コンソール５４２である。コンソール５４２は通常、付勢信号をコード接続型外科用器具に印加するために使用される。２つのそのようなコンソール５４２が、出願人の譲受人の２００１年１月２５日に発行された米国特許第６，０１７，３５４号「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＰＯＷＥＲＥＤ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＴＯＯＬＳ」および２００４年９月３０日に出願したその米国特許出願第１０／９５５，３８１号「ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＩＮＧ ＰＬＵＲＡＬ ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＴＯＯＬＳ」（米国特許公開第２００６／００７４４０５Ａ１号、今は米国特許第＿＿＿＿＿号）に開示されており、この両方は引用することによって本願明細書の一部をなすものとする。
【０１８３】
パーソナルコンピュータ５４４もまた、器具３０ａまたは３０ｂと通信するユニットとして働くことができる。コンピュータ５４４または他の任意のユニットは、器具３０ａおよび３０ｂと、処置が実行されている手術室または外科手術スイート（ｓｕｒｇｉｃａｌ ｓｕｉｔｅ）に配置されてさえいないユニットとの間で、それを介してデータが交換されるゲートウェイとして働くことができることを理解されたい。そのようなユニットは、例えば器具３０ａもしくは３０ｂの使用または外科的処置に関するデータの記録が維持される、メモリ格納装置とすることができる。パーソナルコンピュータ５４４または他の手術室ユニットは、イーサネット（登録商標）またはＰＯＴＳのような従来のネットワークを介してこの遠隔ユニットに接続することができる。
【０１８４】
音声またはワイヤレスヘッド５４６もまた、器具３０ａまたは３０ｂと信号を交換するユニットとして働くことができる。１つのそのようなヘッド５４６は、商標ＳＩＤＮＥで出願人の譲受人によって販売されている。マイクロフォン搭載ヘッドセット（図示せず）を使用する外科手術従事者はコマンドを話す。音声またはワイヤレスヘッド５４６は、可聴コマンドをデジタル信号パケットに変換するスピーチ認識回路を含む。ヘッド５４６はまた、ワイヤードまたはワイヤレス装置（ワイヤレスペンダント５４８を図示）からの信号がそれを介して受信されるヘッドとしても働く。このようにして外科医は、ペンダント５４８に提示されるタッチスクリーンボタンを押すことによって、コマンドを入力する。これらのコマンドはヘッド５４６に同報通信される。ヘッド５４６は次に、これらのコマンドをデジタル信号パケットに変換する。
【０１８５】
器具と通信するために使用される、外科用ナビゲーションコンソール５４０、ハンドピース制御コンソール５４２、またはパーソナルコンピュータ５４４のような他の遠隔ユニットは、器具にコマンドを入力することを可能にするボタンが提示されるタッチスクリーンディスプレイを有することができることを、同様に理解されたい。代替的に、外科用ナビゲーションコンソール５４０またはパーソナルコンピュータ５４４のようなユニットは、キーボードおよび／またはマウスを有し、それを通してコマンドが入力される。
【０１８６】
図１７で、ドッキングステーション５３０、ワイヤレストランシーバヘッド５３６、ナビゲーションコンソール５４０、ハンドピース制御コンソール５４２、パーソナルコンピュータ５４４、および音声ワイヤレスヘッド５４６は、共通バス５５２に結合される。バスは、ＩＥＥＥ−１３９４ファイヤワイヤバスまたはＬＡＮのような任意のバスとすることができる。このようにして、本発明のこの構成では、各外部ユニットナビゲーションコンソール５４０、ハンドピース制御コンソール５４２、パーソナルコンピュータ５４４、および音声ワイヤレスヘッド５４６は、器具３０ａまたは３０ｂのいずれかと信号を交換することができる。また、下述の通り、システムのこの構成はさらに、器具３０ａが器具３０ｂと通信することを可能にする。
【０１８７】
代替的に、あまり複雑でないシステムでは、単一の外部ユニットは単純に、ドッキングステーション５３０またはワイヤレストランシーバヘッド５３６に接続された唯一の構成部品である。
【０１８８】
信号を本発明の器具３０ｃと交換することのできるさらに別の手段を、図１８に関連して説明する。上述の通り、一部の外科医は、状況によっては、コード接続型器具で作業することをいとわない。これらの器具がもたらす１つの利点は、病院の電力供給網から電力が常に得られるので、電池の放電のため、器具が減速し、あるいは動作を停止する可能性が排除されることである。したがって、これらの外科医にコード接続型パワーパック５５８を提供することが公知である。パワーパック５５８は、器具ハウジング３２の通常コードレス電池パックが取り付けられる場所に結合される。コード５６０はパック５５８から延びる。コード５６０の近位端は、そうしなければコード接続型器具の電源コードが取り付けられるはずのハンドピース制御コンソール５４２のソケット（同定せず）部に差し込まれる。コンソール５４２は、コード５６０を介してパック５５８に付勢信号を供給する。パック５５８の内部には、ハンドピース制御コンソール５４２によって供給された付勢信号を、そうしなければ電池４２によって供給されるはずの形を模倣する形に変換する、図示せずかつ本発明に関係しない構成部品がある。
【０１８９】
また、パック５５８およびコード５６０の内部には、単一線５６２によって表わされるデータ導線がある。データ導線は、器具３０ｃ内のデータトランシーバヘッド５３０とハンドピース制御コンソール５４２内のプロセッサとの間の導電性経路である。したがって、本発明のこの構成では、器具３０ｃおよびハンドピース制御コンソール５４２は、ドッキングステーションまたはワイヤレストランシーバヘッドを使用せずに信号を交換する。
【０１９０】
図１８に、フットスイッチユニット５６３は、ケーブル５４３によってハンドピース制御コンソール５４２に接続された状態で示される。フットスイッチペダル（ペダルは同定せず）を選択的に押圧することによって、コマンドを本発明のシステムに入力することができる。本発明のシステムの一部のバージョンでは、フットスイッチユニット５６３は他のシステム構成部品にワイヤレス接続される。
【０１９１】
外科用器具３０と遠隔ユニットとの間に通信リンクが確立すると、器具内部の制御プロセッサ（図１６のＤＳＰ１７０）は、多数の様々なタイプのデータを遠隔ユニットに送信する。データトランシーバヘッド５３０が、トラッカ５３９に組み込まれた外科用ナビゲーションシステムの一部である場合、これらのデータは、外科用ナビゲーションシステムが器具の位置および向きを判定することを可能にする情報を含む。これらのデータは、他のフレキシブル通信リンクが確立されたときに送信されることを理解されたい。これらの通信リンクは、他のワイヤレスリンク、またはケーブル５４３のようなフレキシブルケーブルによって確立されるリンクである。
【０１９２】
ＤＳＰ１７０はまた、器具電動機３４の動作速度を示すデータをも遠隔ユニットに提供する。本発明の一部のバージョンでは、ＭＣＣ１７２によって生成される電動機速度のＰＷＭ尺度がＤＳＰ１７０に供給される。ＤＳＰ１７０はこの信号に基づいて、電動機速度のこの尺度に基づく電動機速度を表わすマルチビットデジタル信号を生成する。本発明の代替バージョンでは、ＤＳＰ１７０は、センサ７４からの出力信号またはＨＡＬＬｘ信号のいずれかの周期性に基づいて、電動機速度のそれ自体の尺度を算出する。これは、データトランシーバヘッド５３０を介して遠隔ユニットに供給される電動機速度信号である。
【０１９３】
電動機以外の装置が発電ユニットである本発明の他の外科用器具で、制御プロセッサは依然として、発電ユニットによって放射される電力の尺度を遠隔ユニットに送信する。例えば器具がＲＦアブレーションプローブである場合、外科用アタッチメントの遠位端には感温性トランスデューサ、しばしば熱電対がある。制御プロセッサは、熱電対によって測定された温度のデジタル表現を生成し、これらのデータを遠隔ユニットに供給する。
【０１９４】
外科用アタッチメント４１が着脱可能かつ交換可能である本発明のバージョンでは、器具３０は器具のアイデンティティに関するデータも提供する。本発明のこれらのバージョンでは、外科用アタッチメントは、アタッチメントの特性に関するデータが格納された識別用構成部品５６８を有する。構成部品５６８は一般的に、電気的または光学的プロセスを通して読み出される。しばしば構成部品５６８はＲＦＩＤまたはＮＯＶＲＡＭの形を取る。器具３０は、識別用構成部品５６８に格納されたものを読み出すことのできる読取器５７０を有する。例えば、引用することによって本願明細書の一部をなすものとする、２００２年８月８日に出願した出願人の米国特許出願第１０／２１４，９３７号「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＴＯＯＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ ＴＨＡＴ ＰＥＲＦＯＲＭ ＩＮＤＵＣＴＩＶＥ ＤＡＴＡ ＴＲＡＮＳＦＥＲ」（米国特許公開第２００３／００９３１０３号、今は米国特許第＿＿＿＿＿号）は、時に切削アクセサリと呼ばれる外科用アタッチメント内のＲＦＩＤチップから、データがどのようにしてコード接続型およびコードレス両方の外科用器具によって読み出されるかを開示している。
【０１９５】
ひとたびこれらのデータが読み出されると、制御プロセッサはデータ転送ヘッド５３０によって遠隔ユニットにデータを転送する。
【０１９６】
上記の、参照によって組み込まれる出願第１０／２１４，９３７号は、器具ハウジングと手術部位に適用される実際のアタッチメントとの間の中間装置から、データをいかに読み出すかも開示している。この文書はまた、器具によって適位置に嵌合されるインプラントについて記載するデータが、どのようにして器具に読み戻されるかも開示している。したがって、これらのデータが同様にデータトランシーバヘッド５３０を介して遠隔ユニットに送信されることを、同様に理解されたい。
【０１９７】
器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）はまた、器具構成部品の動作状態を記載するデータをも遠隔ユニットに提供する。例えば、上述の通り、これらのデータは例えば、電池の充電レベルを示すデータを含む。図６Ｂに戻って、電池の電圧を表わす信号が抵抗器２５８および２６０の接合部からＤＳＰ１７０に供給されることが理解される。ＤＳＰ１７０はこの信号のレベルに基づいて、トランシーバヘッド５３０を介して、電池の充電レベルを示すデータを出力する。
【０１９８】
第２の器具動作パラメータ出力は、器具の温度である。図１６に、器具３０は温度トランスデューサ５７２を有するように示されている。トランスデューサ５７２はしばしば、器具の熱発生構成部品、一般的に発電構成部品（電動機３４）の近くに配置される。代替的にトランスデューサ５７２は、通常外科医によって把持される器具の表面、例えばハンドル３８に隣接して配置される。トランスデューサ５７２によって生成される出力信号は、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）に供給される。制御プロセッサはこの温度のデジタル化表現を生成し、これらのデータをトランシーバヘッド５３０によって遠隔ユニットに出力する。
【０１９９】
器具３０は加速度計５７４およびノイズ検出器５７６を有する。加速度計５７４は、器具の振動の関数として出力信号を生成する。ノイズ検出器５７６は、器具３０および関連する外科用アタッチメント４１によって放射されるノイズの関数として、可変信号を生成する。加速度計５７４およびノイズ検出器５７６からの出力信号は、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）に供給される。これらの器具の振動および放射ノイズの両方のデジタル表現は、データトランシーバヘッド５３０を介して遠隔ユニットに伝達される。
【０２００】
上述の通り、発電ユニット（電動機３４）が過度の電流を引き出そうとしたことを電力調整器（ＭＣＣ１７２）が判定すると、この事象が発生したことを示すパルスビットが、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）に送られる。制御プロセッサはこの情報を次に、トランシーバヘッド５３０を介して遠隔ユニットに転送する。
【０２０１】
器具３０のコードレスバージョンを付勢するために使用される電池４２の中には、内部温度センサ（図示せず）を有するものがある。トランスデューサからの信号もまた、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）に供給される。制御プロセッサは同様に、検知された電池温度を表わすデジタル信号を、トランシーバヘッド５３０を介して遠隔ユニットに転送する。
【０２０２】
器具結合アセンブリ３９もまた、該アセンブリの状態を監視するセンサ（図示せず）を有し得る。通常、このタイプのセンサは、結合アセンブリ３９がロック状態であるときを示す、第１信号をアサートする。アセンブリは外科用アタッチメント４１を適位置に保持している。センサは、結合アセンブリ３９がロード状態であるときに、第２信号をアサートする。アタッチメント４１を結合アセンブリから取外し、かつそこに戻すことができる。このセンサによってアサートされた出力信号は、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）に送られる。このセンサからの信号がトグルするときは必ず、ＤＳＰ１７０がデータトランシーバヘッド５３０を介して遠隔ユニットにデータパケットを送信する。
【０２０３】
ＩＩＩ．カスタム器具構成
遠隔ユニットが器具３０に供給するデータの型について、最初に図１９を参照することによって説明する。この図は、器具を構成するための外科医の選好をロードするプロセスステップを表わす。最初に、遠隔ユニット、例えばハンドピースコンソール５４２またはパーソナルコンピュータ５４４が動作状態になり、外科医の選択するカスタム構成データを受け入れる（ステップは図示せず）。ステップ５８０で、遠隔ユニットはタッチスクリーン画面を生成し、そこで外科手術従事者はハンドピーストリガ４６の機能、すなわち順方向、逆方向、振動、またはオフを指定するように催促される。ステップ５８２で、従事者は適切なタッチスクリーンボタンを押すことによって、選択した機能を入力する。
【０２０４】
ステップ５８４で、遠隔ユニットは１つ以上の画面を提示し、そこで外科手術従事者は、部分的に後退した状態から完全に後退した状態までのトリガの移動範囲に基づいて、発電ユニットが動作する範囲を指定するように催促される。発電ユニットが電動機３４からなる場合、ステップ５８４で、遠隔ユニットは、トリガ４６または４７が後退する程度に基づいて電動機が動作する、最小および最大の選択速度を入力するように外科手術従事者に催促する画面を提示する。下述の通り、ステップ５８４で、遠隔ユニットはまた、発電ユニットの変化率、例えば速度の段階的増加または線形増加を指示するように外科手術従事者に催促する。ステップ５８６で、遠隔ユニットの画面に提示された適切なボタンを押すことによって、外科手術従事者は外科医が希望する動作範囲プロフィールを入力する。
【０２０５】
ステップ５８０〜５８６は次いで、第２トリガスイッチ４７に対して再実行される（ループバックは図示せず）。外科医選択動作構成後、ステップ３６０および３６２が実行される。ステップ３６０および３６２は遠隔ユニットによって実行され、器具３０ａ、３０ｂ、または３０ｃのどれが構成されるかによって、外科医選択動作構成データがドッキングステーショントランシーバヘッド５３４に、ワイヤレストランシーバヘッド５３６に、またはケーブル５６２で転送される。これらのデータは次いで、制御モジュール４０のＲＡＭメモリ４３２の適切な場所にロードされる（メモリ場所は図示せず）。次いで、トリガ４６または４７どちらを作動させるか、かつトリガをどの程度作動させるかによって、発電ユニット（電動機３４）は外科医の選好に従って作動する。
【０２０６】
器具構成は、器具に結合される特定の外科用アタッチメント４１に応じて設定することができる。図２０で、このプロセスの初期ステップ５９０は、新しい外科用アタッチメントが器具３０に結合されたことをシステムが検出することである。アタッチメントの特定のアイデンティティを判定する多数の手段がある。アタッチメント４１がアタッチメント識別用構成部品５６８を有し、器具３０が相補型読取器５７０を有する本発明のバージョンでは、読取器がこの機能を果たす。
【０２０７】
本発明の代替的構成では、別の構成部品が、アタッチメント識別用構成部品に格納されたデータを読み出す機能を果たす。例えば、引用することによって本願明細書の一部をなすものとする、２００４年１２月９日に出願した「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ａｎｄ Ｉｍｐｌａｎｔ Ｄａｔａ Ｔｏ Ａ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ」と称する出願人の米国特許出願第６０／６３４，５８８号（米国特許公開第＿＿＿＿＿号、今は米国特許第＿＿＿＿＿号）は、中間アタッチメントが、手術部位に対しまたは器具を使用して手術部位に嵌合されるインプラントに対して適用される実際のアタッチメントから、どのようにデータを読み取るかを開示している。これらのデータは次いで、ナビゲーションローカライザ５３８のような静的ヘッドに送信される。
【０２０８】
本発明のさらに別のバージョンでは、アタッチメントデータは手動的に入力される。本発明のこれらのバージョンでは、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）は、結合アセンブリ４１と一体化したセンサからアサートされた信号がロード状態から実行状態に遷移したときに、信号を遠隔ユニットに送信する。遠隔ユニット、例えばハンドピース制御コンソール５４２またはパーソナルコンピュータ５４４はこの情報を、新しい外科用アタッチメント４１が器具３０に装着されたことを示すものと解釈する。この事象が発生したことを遠隔ユニットが判定すると、遠隔ユニットは、新しく装着された外科用アクセサリ４１を識別するように外科手術従事者に要求する画面を生成する（ステップは図示せず）。
【０２０９】
ひとたびステップ５９０が実行されると、ステップ５９２が実行され、新しく装着されたアタッチメント用のハンドピース動作パラメータが識別される。ステップ５９２は、アタッチメント識別用構成部品５６８に格納された追加データを読み出すことによって実行される。代替的に、ステップ５９２は、各種の外科用アタッチメント４１に対し特定の動作特性を識別する遠隔ルックアップのデータを取り出すことによって実行される。このルックアップテーブルは、器具３０を構成するために使用される手術室遠隔ユニット、または手術室から離れた場所にあるファイルサーバに存在することができる。この動作パラメータデータは、器具およびアタッチメントのタイプの関数である。例えば電動機３４が発電ユニットを備え、かつ外科用アタッチメントがバーである場合、これらのデータは、バーの初期および最大速度とすることができる。器具がＲＦアブレーション装置であり、かつ外科用アタッチメントがアブレーション電極である場合、これらのデータは、電極が動作する好ましい温度および最高温度、ならびに電極が引き出すべき最大電流である。
【０２１０】
ステップ５９２は、遠隔ユニットを介するデータの手動入力によって実行することができることを理解されたい。
【０２１１】
ステップ５９４で、これらの動作特性は、ハンドピース３０を構成するために使用される遠隔ユニットによって表示される。この表示の一部として、かつステップ５９６として示されるように、外科手術従事者は取り出された動作特性に基づいて器具の動作特性を容認またはリセットするように催促される。ステップ５９８は、外科手術従事者が器具動作特性を、取り出された特性から離れてリセットすることを表わす。したがってステップ５９８は、ボタンを押して取り出された特性を上下させ、器具の動作特性をリセットする、ステップ５８６の実行である。
【０２１２】
ステップ５９６で好ましい動作特性が容認され、あるいはステップ５９８で特性がリセットされると、ステップ６００が実行される。ステップ５９８は、ステップ３６２と同様に実行され、アタッチメント特定的なパラメータが制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）にロードされる。
【０２１３】
上記説明から、器具３０をある状態で動作するように構成する外科医の選択肢が、アタッチメント４１に指定された動作特性データによって指定されるより大きいことは明らかである。本発明のシステムは、器具４１がそのように動作するときに関する追加フィードバックを提供する。特に、ステップ６０２によって表わされるように、器具の動作状態が、取り出された動作特性から確立される定義された状態を超える場合の監視がある。例えばステップ６０２で、電動機３４の動作が監視され、電動機の動作速度が好ましい最大速度に基づくレベルを超えているかどうかが判定される。このレートは例えば、好ましい最大動作速度の１．０倍から２．０倍の間である。
【０２１４】
ステップ６０２の監視は、器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）または遠隔ユニット（ハンドピースコンソール５４２またはパーソナルコンピュータ５４４）によって実行することができる。監視が遠隔ユニットによって実行される場合、別個のステップ（図示せず）で、器具制御プロセッサは、動作状態を超えていることを示すメッセージを遠隔ユニットに送信する。
【０２１５】
動作状態を超えていることが判定されると、システムはステップ６０６および６０８を実行する。ステップ６０６で、遠隔ユニットは、器具３０が定義された動作状態を超えて動作することを一時的に防止する。例えば器具が電動機３４を含む場合、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）は、電力調整器に定義されたより高い速度レベルで電動機を駆動させる信号をアサートしない。器具がアブレーション器具である場合、制御プロセッサは、アブレーション電極に印加するように定義されたより高いレベルの電流を電力調整器に印加させる信号をアサートしない。
【０２１６】
ステップ６０８で、遠隔ユニットは、器具が定義されたレベルを超えて駆動されようとしていることを外科医に忠告する画面を生成する。次いで外科手術従事者はステップ６１０で、意図的に器具をそのように操作することを確認しなければならない。外科手術従事者がこの確認を入力すると、遠隔ユニットは器具動作のロックを解除する（ステップ６１２）。ステップ６１２で、遠隔ユニットは、トランシーバヘッド５３６および５３０（または導線５６２）を介して器具制御プロセッサに適切なコマンドを送信することによって、この機能を果たす。次いで、器具制御プロセッサはステップ６１４で、器具の動作ロックを解除する。
【０２１７】
本発明の一部のバージョンでは、ステップ６１２の確認が入力されると、システムは器具および外科的処置の事象ログに、器具３０およびアタッチメントが好ましい最大動作レートを超えるレートで動作したことを記録する。
【０２１８】
図２１のプロセスステップによって表わされるように、遠隔ユニットはまた、器具の内部構成部品の監視された動作特性に基づいて、器具３０の動作を調整する。上述の通り、器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）は、器具内部の構成部品の動作状況に関する情報を含むデータパケットを遠隔ユニットに送る。本発明の一部のバージョンでは、これらのパケットは動作状態または状況を定量化するデータを含む。このタイプのデータパケットは例えば、トランスデューサ５７２によって測定された器具電動機３４の温度の正確な指標を含む。代替的に、器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）によって実行される温度監視に基づいて、制御プロセッサは、トランスデューサ５７２からの出力信号が定義されたレベルより上昇するときには必ずデータパケットを送信する。
【０２１９】
同様の監視およびデータパケットの生成は、電池４２の充電量、加速度計５７４、ノイズ検出器５７６、または電池内部の温度トランスデューサから受け取る信号を監視することによって受け取る動作特性データに基づいて実行される。電動機が過剰な量の電流を引き出しているという指摘を制御プロセッサが受け取ったときに、データパケットは制御プロセッサによっても送信される。
【０２２０】
図２１で、ステップ６２０は、器具３０がもはや正常な状態ではなく、異例の動作状態に入ったことの検出を表わす。異例の動作状態の例として、電池がまもなく放電されること、電池がその温度の上昇によって示される通り、破壊状態に近づいていること、器具３０が保持することが難しい温度であるか、それに近づいていること、器具が過度に振動しているか、過度のノイズを発していること、または電動機が過度に加熱されていることの判定が挙げられる。さらに別の異例な動作状態は、発電ユニット（電動機３４）が設定限度レベルを超える電流を、予め定められたレベルを超える頻度で、繰返し引き出すときに発生する。
【０２２１】
述べた通り、ステップ６２０の判定は、器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）によって実行される監視によって行なうことができる。代替的に、遠隔ユニット、ハンドピース制御コンソール５４２またはパーソナルコンピュータ５４４が、器具制御プロセッサによって送信されるデータに基づいてステップ６２０の監視を実行することができる。
【０２２２】
ステップ６２０で器具が異例の動作状態であることが判定されると、遠隔ユニットはステップ６２２で、器具の動作に関する警告を提示する。この警告は、異例の性質を示す。例えば、ステップ６２０で電池４２がほぼ完全に放電していることが判定された場合、この情報が提示される。ステップ６２０で、電動機の温度が、電動機の誤動作または破損を引き起こし得るレベルまで上昇していることが判定された場合、この情報が提示される。
【０２２３】
ステップ６２２と同時に、またはその直後に、遠隔ユニットは外科医に保守動作モードの選択肢を提示する（ステップ６２４）。このステップで、外科医に対し、器具の動作が崩壊することまたは中断されることを防止するために、器具を低下した動作レベルで動作させる選択肢が与えられる。一般的に、この保守動作モードは、発電ユニットが動作するレートを制限する。例えば発電ユニットが電動機３４であり、ステップ６２０で、電池が完全放電に近いか、あるいは電動機の温度が容認できないレベルに近づいていることが判定された場合、保守動作は、電動機が動作することのできる最大速度を低減する。保守動作モードの別の例として、ＲＦアブレーションプローブが手術部位に印加することのできる電力の低減がある。
【０２２４】
ステップ６２６で、外科医は保守モードで動作する誘いを受け入れるか、あるいは拒否する。外科医は、器具の使用が短時間だけ必要であることが分かっている場合には、保守モードでの器具の動作を拒否することを選択することができる。外科医が器具の保守動作の受入れを拒否すると、動作は以前通りに続く（ステップ６２７）。このステップの一部として、器具が特定の異例の状態に入りかつ外科手術従事者が器具を保守動作モードにするという誘いを拒否したというデータを、遠隔ユニットが外部器具ログに書き込むことを理解されたい。
【０２２５】
代替的に、外科医は器具を長時間必要としており、処置は器具の動作の中断が望ましくない時点にあることを前提として、ステップ６２６で、彼または彼女は保守動作モードを受け入れる。
【０２２６】
保守動作モードが受け入れられると、ステップ６２８で、遠隔ユニットは保守動作モードパラメータを器具にロードする。したがってステップ６２８は、新しい動作特性が器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）にロードされるステップ３６２の再実行に類似する。ひとたびステップ６２８が実行されると、器具は、保守動作モード特性によって指定されるレベルであるが、動作し続ける。
【０２２７】
本発明のシステムのこの特徴は、それが無ければ異例の事象の発生により器具を動作し続けることが難しくなる場合に、外科用器具３０を動作し続ける手段を提供する。
【０２２８】
本発明の外科用器具３０は、外科用ナビゲーションシステムと組み合わせて、アタッチメントを適用すべきでない身体場所に外科用アタッチメントが近づいているか、あるいはそこに存在しているときに、外科医に注意を提供するようにさらに構成される。図２２のステップ６３２によって表わされるように、外科的処置中に、外科用ナビゲーションコンソール５４０は外科用アクセサリ４１の位置を監視する。この監視は、器具３０、アクセサリ、または器具と部位に実際に適用されるアクセサリとの間の中間アクセサリに取り付けられた、トラッカ５３９に基づいて実行される。
【０２２９】
処置の開始前に、外科用ナビゲーションプロセッサ５４０には、外科用アタッチメントを適用すべきでないかあるいは細心の注意無しに適用すべきでない、手術部位に隣接する身体場所を指摘するマップデータが提供される。集合的に、これらの領域は「ノーカットゾーン（ｎｏ ｃｕｔ ｚｏｎｅｓ）」と呼ばれる（ステップは図示せず）。
【０２３０】
ステップ６３４で、ステップ６３２で取得したアクセサリ位置データに基づいて、外科用ナビゲーションプロセッサ５４０は、アタッチメント４１がノーカットゾーンの境界にあるか、あるいはそれを超えていないかを判定する。
【０２３１】
外科用アタッチメント４１がそのような位置にある場合、外科用ナビゲーションコンソール５４０はステップ６３６で、低速またはゼロ速度命令を器具の制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）にロードする。したがって、ステップ６３６はステップ３６２の再実行である。ステップ６３６で、器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）は、器具が作動停止するかあるいは最低でも、非常に低い動作レートで稼動すべきであることを示すデータをロードされる。例えば発電ユニットが電動機３４である場合、制御プロセッサは、電動機が低速度で稼動すべきである（電動機の最大速度がかなり低減される）か、あるいは完全に作動停止すべきであることを示す命令をロードされる。発電器具がＲＦアブレーションプローブである場合、ステップ６３６でロードされる命令は一般的に、器具が作動停止すべきであるという命令である。これらの命令に基づいて、制御プロセッサは適切なＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を電力調整器（ＭＣＣ１７２）に生成する。電力調整器は次に器具発電ユニットの動作を適切にリセットする（ステップは図示せず）。
【０２３２】
外科用ナビゲーションユニット５４０によるステップ６３６の実行、および器具３０の稼動のその後の低減が達成されて、アタッチメント４１がノーカットゾーンで作動することは防止されないまでも、その程度は即座に最小化される。
【０２３３】
ステップ６３６の実行と基本的に同時に、ステップ６３８で警告が提示される。一般的にこの警告は、外科用ナビゲーションプロセッサ５４０と一体化したディスプレイに提示される。ステップ６３８で、この警告は、アタッチメント４１がノーカットゾーンにあるか、あるいはそこに入ったので、器具の使用が低減され、または完全に阻止されたという指摘に含まれる。
【０２３４】
警告と一体的に、同じくステップ６３８で、外科医には無効化の選択肢も提示される。無効化の選択肢は、たとえアタッチメント４１がノーカットゾーンの近くにあるか、あるいはその中に入ってしまった場合でも、外科医が器具を操作し続けることを可能にする。ステップ６４０は、外科医が無効化の選択肢を選択的に受け入れるプロセスを表わす。この選択肢が選択されなければ、ステップ６３６で入力されたコマンドに基づく器具の動作が続行される。
【０２３５】
代替的に、ステップ６４０で、外科医は無効化コマンドを入力する。この事象が発生すると、ステップ６４２で、遠隔ユニット、外科用ナビゲーションコントローラプロセッサ５４０、ハンドピース制御コンソール５４２、またはパーソナルコンピュータ５４４は、無効化動作特性を器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）にロードする。予め定められたこれらの特性は、ノーカットゾーンまたはその近くでの外科用アタッチメントの使用を制限する。例えば、ステップ６３６で器具の使用が完全に阻止された場合、ステップ６４０で、無効化特性が、低い動作レートではあるが、器具の動作を続行させることを可能にする。
【０２３６】
代替的に、ステップ６３６でロードされる命令は、制御プロセッサに器具発電ユニットが動作するレートを低減させるだけである可能性がある。この場合、ステップ６４２でロードされた命令は、制御プロセッサに発電ユニットをステップ６３６の命令で指定されたより高いレートで動作させるように指示する。ステップ６４２で新しい命令は、制御プロセッサに発電ユニットを、ステップ６３６が実行される前に定義されたレートで動作させ続けるように指示することさえある。
【０２３７】
ＩＶ．運動学的機械の位置決め
本発明の統合システムは、患者に装着される運動学的機械を正確に配置するために使用される。通常、運動学的機械は、患者の身体の静的点に対して選択的に配置される少なくとも１つの、しばしば２つ以上の可動リンクを有する。リンクを正確に位置付けることによって、該機械を使用しての治療作業が達成される。図２３は１つのそのような運動学的機械、治具アセンブリ６４８を示す。治具アセンブリ６４８は、固定マーカブロック６５６と、装着ブロックに対して移動可能な治具ヘッド６５０とを含む。治具ヘッド６５０にはガイドスロット６５２が形成される。インプラントを骨６５４に取り付けるプロセス中に、治具ヘッド６５０は正確に位置決めされる。ひとたび治具ヘッド６５０およびガイドスロット６５２がそのように位置決めされると、ソーブレードがガイドスロット６５２内に挿入され、インプラントが嵌合される空間を形成するために骨の一部分が除去される。
【０２３８】
マーカブロック６５６は骨６５４に取り付けられる。治具ヘッド６５０は、それ自体可動にマーキングブロック６５６に取り付けられた位置決めブロック６５８に可動に取り付けられる。本発明の統合システムは、治具ヘッド６５０を正確に位置決めして、組織の適切な場所が切削されることを確実にするために使用される。
【０２３９】
図２４Ａのステップ６７２によって表わされる通り、本発明の統合プロセスは、マーカブロック６５６を固定位置に装着することから開始される。通常、この位置は身体上の位置、例えば骨６５４の一部分である。外科用構成部品、ここでは治具ヘッド６５０を配置すべき場所に近い位置でのマーカブロックの位置決めを容易にするために、普通は外科用ナビゲーションシステムが使用される。本発明の１バージョンでは、マーカブロックを骨６５４に保持するために、マーカブロック６５６と一体化したピン６７４が使用される。
【０２４０】
ステップ６７６で、治具ヘッド６５０または他の外科用装置もしくは外科用インプラントがマーカブロック６５６に取り付けられる。本発明の１バージョンでは、治具ヘッド６５０およびマーカブロックには相補型脚および溝（図示せず）が設けられる。治具ヘッド６５０またはマーカブロック６５６のうちの一方にある脚は、マーカブロック６５６または治具ヘッド６５０のうちのもう一方に形成された１つ以上の溝に緊密に摺接嵌合するように、寸法決めされる。これらの２つの構成部品の緊密な摺接嵌合を容易にするために、他の手段を設けることができる。
【０２４１】
本発明の図示したバージョンでは、治具ヘッド６５０は位置決めブロック６５８に可動に取り付けられ、位置決めブロック６５８はマーカブロック６５６に可動に取り付けられる。
【０２４２】
治具ヘッド６５０がマーカブロック６５６に対して相対的に移動することを可能にする結合アセンブリに加えて、これら２つの構成部品に集合的に相補型駆動アセンブリが設けられる。この駆動アセンブリは、治具ヘッド６５０がマーカブロック６５６に対して相対的に移動することを可能にする。本発明の開示バージョンでは、２つの駆動アセンブリがある。第１の駆動アセンブリは、位置決めブロック６５８をマーカブロック６５６に対して相対的に縦方向に移動させる。図２３で、この駆動アセンブリは、マーカブロック６５６に回転装着された円形歯車６８０、および位置決めブロック６５８に回転装着されたウォーム歯車６８２によって表わされる。第２の駆動アセンブリは、治具ヘッド６５０を位置決めブロック６５８に対して相対的に水平方向に移動させる。該駆動アセンブリは、位置決めブロック６５８に回転装着された円形歯車６８４、および治具ヘッド６５０に回転嵌合されたウォーム歯車６８６によって表わされる。
【０２４３】
ひとたび治具アセンブリ６４８が患者に嵌合されると、ステップ６９０で外科用ナビゲーションユニットは治具ヘッドの原位置を判定する。図２３で、治具ヘッド６５０は３つのＬＥＤ６９２を有するように示されている。ＬＥＤ６９２は、治具ヘッド６５０に組み込まれたトラッカを表わす。位置決めブロック６５８はまた、３つのＬＥＤ６９３をも有するように示されている。ＬＥＤ６９３は、外科用ナビゲーションユニットによる位置決めブロック６９３の位置の判定を容易にする。
【０２４４】
ステップ６９４で、治具ヘッド６５０の初期変位率が生成される。この変位率は、外科用ナビゲーションコンソール５４０、ハンドピース制御コンソール５４２、またはパーソナルコンピュータ５４４のような遠隔ユニットの１つによって生成することができる。変位率は、治具ヘッド６５０が配置される患者における以前に設定された位置、およびステップ６９０で得た治具ヘッド６５０の現在の位置に基づく。一般的に、初期変位率は、以前に判定された最終位置に対する治具ヘッド（またはインプラント）の原距離に反比例する。またステップ６９４で、初期治具ヘッド変位率に基づいて、ハンドピース電動機の初期速度が判定される。ステップ６９５で、初期のハンドピース電動機速度がハンドピース制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）にロードされる。これらのタスクが実行されたことを示すメッセージも表示される。
【０２４５】
ステップ６９６で、外科用器具３０が駆動アセンブリに取り付けられる。図２３で、これは、治具ヘッド６５０のウォーム歯車６８６への外科用器具３０の結合によって表わされる。この結合は、駆動アセンブリおよび外科用器具の可動部材に相補型結合機能を提供することによって達成される。例えばウォーム歯車６８２および６８６の近位端に、閉端方形穴を設ける。外科用器具３０の駆動シャフトは、シャフトをウォーム歯車６８２の近位端の穴内に緊密に摺接嵌合することを可能にする方形の遠位端を有する。
【０２４６】
ひとたびステップ６９６が実行されると、ステップ６９８で、外科医は外科用器具３０を作動させて治具ヘッド６５０を位置決めする。ステップ６９４で治具ヘッドの変位率または電動機の速度が算出されかつロードされる本発明のバージョンでは、トリガスイッチ４６または４７を押して器具を作動させると、電動機３４が指定された速度で動作するように、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）が自動的にＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤを設定する。外科用器具によって出力される機械的エネルギは、駆動アセンブリが治具ヘッド６５０を適切な最終位置まで移動するために使用される（ステップは図示せず）。
【０２４７】
治具ヘッド６５０が変位する時間中ずっと、外科用ナビゲーションシステムは治具ヘッドの位置を監視する（ステップ７０２）。ステップ７０４で、外科用ナビゲーションコンソール５４０またはハンドピース制御コンソール５４２は、治具ヘッドと標的位置との間の距離の変化に基づいて、治具ヘッドの変位率または電動機の速度を更新する。ステップ７０４の一部として、新しいユーザ速度を設定するコマンドデータが絶えずハンドピース制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）に送信される。これらのデータに基づいて、制御プロセッサは絶えずＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号をリセットする。このようにして、治具ヘッド６５０が標的位置に接近するにつれて、それが移動する速度が低下する。
【０２４８】
最終的に、外科用ナビゲーションプロセッサ５４０はステップ７０６で、治具ヘッドが標的位置に到達したことを判定する。図２４Ｂで、これはループバックするステップ７０２、７０４、および７０６の反復的実行によって表わされる。ひとたび該事象が発生すると、外科用ナビゲーションプロセッサ５４０またはハンドピース制御コンソール５４２は、作動停止コマンドを外科用器具に送る（ステップ７０８）。このコマンドを受け取ると、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）はＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号をゼロに設定する。これにより、電力調整器（ＭＣＣ１７２）は電動機回転子７８を作動停止させ、制動する。
【０２４９】
次いでステップ７１０が実行され、治具ヘッド６５０が所望の位置にクランプされる。図２３には、止めねじ７１２がマーカブロック６５６を貫通して延びるように示されている。止めねじ７１２は、位置決めブロック６５８に押し当てるように配置される。このようにして止めねじ７１２は、位置決めブロック６５８を正しい位置に保持するクランプ部材として機能する。図示しない同様の止めねじを使用して、治具ヘッド６５０を適位置に保持することができる。
【０２５０】
本発明の統合器具システムのこの構成は、電動機付き外科用器具３０を使用して、外科用構成部品またはインプラントを正確に配置する。ひとたび運動学的機械がそのように配置されると、器具３０は作動停止する。
【０２５１】
本発明のシステムおよび方法を使用して位置決めすることのできる他の運動学的機械として、身体固定器ユニットがある。１つのそのようなタイプのアセンブリが、頭蓋を鎖骨に対して静止状態に保持するために使用されるハロー型ユニットである。他の運動学的機械が、脊椎円板を相互に固定位置に保持するために使用される。さらに他の運動学的機械は、骨折した骨の破片を一体に保持する。図２４Ａおよび２４Ｂの方法は運動学的機械の位置決めに限定されないことを、同様に理解されたい。本発明のシステムおよび方法は、身体組織マーカに対してインプラントを正確に位置決めするためにも使用することができる。
【０２５２】
Ｖ．統合型セメント混合
本発明の外科用器具３０を有するシステムは、図２５を参照することによって分かるように、外科用セメントを混合するためにも使用される。ここで、セメント粉末７４０はカートリッジ７４２に含まれる。モノマ（図示せず）もカートリッジ７４２内に入れられる。カートリッジ内のブレード７４４はセメント粉末およびモノマを一緒に混合して、セメントの未硬化塊を形成する。ブレード７４４に取り付けられたシャフト７４６は、カートリッジ上に配置されたキャップ７４８から延びる。シャフト７４６は、外科用器具３０の出力シャフト７５０に結合される。外科用器具３０は、混合プロセスの終了時にセメント塊が所望のレートで硬化、固化し、かつ硬化したときに、外科医が選択した所望の空隙率および不透明度を有するように、選択時間量だけ選択速度で作動する。
【０２５３】
図２６ａ、２６ｂ、および２６ｃは集合的に、セメントの適切な混合を助長するために、本発明のシステムによって実行されるプロセスステップのフローチャートを形成する。プロセスは、ステップ７５０および７５２でそれぞれ、混合されるセメントのタイプおよび量を入力することから開始される。ステップ７５０および７５２を実行する多数の手段が存在する。本発明の１バージョンで、セメントのタイプおよび量の情報は、ハンドピース制御コンソール５４２、パーソナルコンピュータ５４４、またはペンダント５４８のようなシステムの構成部品の１つにある、特定のタッチスクリーンボタンを押すことによって入力される。
【０２５４】
代替的に、図２７によって表わされる通り、これらのデータは、混合前のセメントを保持するパケット７５４に由来することができる。ここでは、パケット７５４に、Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒから入手可能であるような高周波識別チップ（ＲＦＩＤ）７５６が取り付けられる。ＲＦＩＤ７５６はパケット７５４上に配置される。ＲＦＩＤを適位置に保持するために、紙またはプラスチックのようなＲＦ透過性保護材７５８の小片がＲＦＩＤ７５６に配される。
【０２５５】
ＲＦＩＤ７５６の内部には、図２８のテーブル７６０によって表わされるメモリがあり、その中にセメントの特性を記載するデータが格納される。これらのデータは、フィールド７６２によって表わされるセメントのタイプの指摘を含む。セメントの量を表わすデータはフィールド７６４に格納される。セメントを最後に使用することのできる使用期限日は、フィールド７６６に格納することができる。セメントと混合すべきモノマ、または少なくともセメントと混合するのに好ましいモノマを指定するデータは、フィールド７６８に格納される。フィールド７６８は、所与のパケットのセメントと混合すべきモノマの量に関するデータも含む。セメントを硬化させるために使用すべきでないモノマに関するデータは、フィールド７７０に格納される。フィールド７７２は、セメントと混合することのできる受入れ可能な添加材を記載するデータを格納する。フィールド７７４は、セメントと混合することのできない添加材のリストを含む。
【０２５６】
ＲＦＩＤ７５６は、プローブ７８０内の読取器（図示せず）によって走査される。プローブ７８０および読取器は、ハンドピース制御コンソール５４２またはコンピュータ５４４のようなシステムの別の構成部品に接続される。
【０２５７】
代替的に、本発明の一部のバージョンでは、カートリッジ７４２は予め測定された量のセメント粉末７４０を含む。本発明のこれらのバージョンでは、ＲＦＩＤ７８２はカートリッジと一体的に関連付けられる。ＲＦＩＤ７８２はカートリッジキャップ７４８内に収容することができる。本発明のこれらのバージョンでは、データは外科用器具３０内のＲＦＩＤ読取器またはプローブ７８０内の読取器によって読み出すことができる。本発明のこのバージョンの一部の変形例では、ＲＦＩＤ７８２は、カートリッジ７４２が収納されるパッケージングに取り付けられる。ここで、ステップ７５０および７５２はプローブ７８０により実行される。
【０２５８】
ステップ７５０および７５２の後、システムはステップ７８６で、実行される処置にセメント７２０が適しているかどうかを判定する。ステップ７８６で、多数の別々の評価が実行される。１つの評価は、ＲＦＩＤ使用期限フィールド７６６内のデータに基づいて、セメントの使用のための期限日が過ぎていないかどうかを判定することである。
【０２５９】
また、他のデータに基づいて、ステップ７８６で、セメントのタイプおよび量が処置に適しているか否かに関する判定が行なわれる。これらの判定が行なわれるときの参考データは、データ処置前に外科手術従事者によって入力されるデータに由来することができる。代替的に、これらのデータは、処置を実行するために使用される別の構成部品または計器から得ることができる。例えば、前述し、参照によって組み込まれる２００２年８月８日出願の出願人の米国特許出願第１０／２１４，９３７号「ＳＵＲＧＩＣＡＬ ＴＯＯＬ ＳＹＳＴＥＭＳ ＷＩＴＨ ＣＯＭＰＯＮＥＮＴＳ ＴＨＡＴ ＰＥＲＦＯＲＭ ＩＮＤＵＣＴＩＶＥ ＤＡＴＡ ＴＲＡＮＳＦＥＲ」。
【０２６０】
米国特許公開第２００３／００９３１０３号は、外科用インプラントにどのようにＲＦＩＤを設けるかを記載している。図２９は、これらのＲＦＩＤのうちの１つのメモリ７９０に格納されたデータの幾つかの部分的リストである。フィールド７９２によって表わされるように、これらのデータは、インプラントを取り付けるために使用することのできるセメントのタイプの指摘を含む。使用すべきでないセメントを示すデータは、フィールド７９４に格納される。フィールド７９６は、一般的に必要なセメントの量を示すデータを格納する。処置で嵌合されるインプラントがメモリ７９０のデータを有するタイプである場合には、ステップ７５０の前に、システム、例えばパーソナルコンピュータ５４４が、好ましいセメントのタイプおよび量のデータを表示する。
【０２６１】
セメントが受け入れられないことが判定されると、システムは、ステップ７９７によって表わされるように、警告を表示する。ステップ７９７で、警告は警告の原因、例えば間違ったセメント、期限切れのセメント、またはリコールされたロットを指摘する。警告が提示された後で、外科手術従事者によって実行されるステップは示されていない。外科手術従事者は、新しいバッチのセメントを混合してプロセスを再始動することを決断し得る。代替的に、外科手術従事者は、例えばセメントの使用期限日が最近過ぎたばかりである場合、警告の原因が混合プロセスの再始動を正当化するものではないと判断し得る。そのような状況で、外科手術従事者は警告表示と共に提示された確認ボタンを押す。次いで、確認の入力は外科的処置のログに記録される。図２６Ａで、警告の発生後に実行されるステップ、ステップ７９７は示されていない。ステップ７９８は、混合ユニット、例えばカートリッジ７４２へのセメントの添加である。
【０２６２】
セメントが満足できることが判定されると、システムはステップ７９９で、セメントと混合することが容認できるモノマの指摘、ならびにセメントおよびモノマを混合ユニット（カートリッジ７２２）に最初にロードするときの順序を表示する。これらのデータはシステムに事前にプログラムすることができる。代替的に、メモリ７６０のフィールド７６８および７７１によって表わされるように、これらのデータはセメントと一体化したＲＦＩＤ７５６に格納し、そこから取り出すことができる。
【０２６３】
シーケンスにおいてモノマを入力する時間になると、モノマの特性に関するデータがシステムに入力される（ステップ８０３）。このステップは手動的に実行することができる。代替的に、モノマが貯蔵されている容器８０５に取り付けられたＲＦＩＤ８０４が読み出される。このＲＦＩＤ８０４は、セメントパケットのＲＦＩＤ７５６を読み出すために使用されたのと同じ構成部品によって読み出される。ＲＦＩＤ８０４は、図３０のテーブル８０８によって表わされるメモリを含む。モノマのＲＦＩＤメモリ８０８の内部には、モノマの種類を示すデータフィールド８１０、モノマの量を示すデータフィールド８１２、および使用期限日を示すデータフィールド８１４がある。ＲＦＩＤメモリ８０６だけでなく、セメントのＲＦＩＤ７５６のメモリ７６０にも、製造者および製造ロット番号に関する情報が格納されたデータフィールドがあることも、図示されていないが、理解されたい。
【０２６４】
ひとたびステップ８０３が実行されると、システムはステップ８１８を実行して、モノマが受け入れられるかどうかが判定される。このステップは、以前に得た参考データに基づいて実行される。これらの参考データはシステムにハード格納するか、処置前に格納するか、あるいはセメントのＲＦＩＤ７５６から得たデータとすることができる。ステップ８１８で、添加のために選択されたモノマが受け入れられないことが判定された場合、システムは警告を表示する（ステップ８２０）。ステップ８２０は、外科手術従事者に警告の原因の通知が与えられる点で、ステップ７９７に類似している。外科手術従事者は次いで、該モノマを使用するか、あるいは新しい容器のモノマを選択することを決断することができる。外科手術従事者が潜在的に問題のあるモノマを使用することを選択した場合、確認が入力される。ステップ８２０の実行後に実行されるステップは示されていない。
【０２６５】
ステップ８１８で、モノマが受け入れられると判定された場合、それは混合ユニット（カートリッジ７４２）に添加される（ステップ８２１）。
【０２６６】
ステップは示されていないが、本発明のシステムおよび方法は、セメント混合物に添加されるモニタの量も監視することを理解されたい。量的判定は、数量フィールド８１２に示される全てのモノマが混合物に添加されると仮定することによって行なわれる。この量がフィールド７６８に指定されたセメントの量に対して多量または大量すぎる場合、適切な警告メッセージが表示される。この評価で、システムに添加されたモノマが多すぎたことが示された場合、このシステムは、混合物を廃棄すべきか否かに関して決断することができるように、通知を提供する。評価で、添加されたモノマが少なすぎることが示された場合、通知は追加モノマを添加する機会を提供する。
【０２６７】
セメントおよびモノマが混合ユニットに入れられた後、ステップ８２２で表わされるように、添加材もユニットに入れることができる。セメント混合物に含まれる１つの添加材はときには治療用物質、例えば抗生物質である。含めることのできる別のタイプの添加材として、医用撮像ユニットのセメントの画像を取り込む能力を改善するように企図された物質がある。硫酸バリウムは時々、この目的のためにセメントに添加される。
【０２６８】
図２６Ａで、添加材の添加は単一のステップ８２２として示される。本発明のシステムおよび方法では、添加材を含める必要性、またはプロセスが添加材を添加すべき時ではないことを示す画像を提示することができることを理解されたい。添加すべき添加材の特性に関するデータは、セメント粉末およびモノマに関するデータが入力される方法と同様に、手動または電子的手段を用いて入力される。添加材が貯蔵されれる容器と一体化したＲＦＩＤが読み出される。システムに添加材説明データが提供される場合、添加材および／または添加材の量が受け入れられるか否かを判定するために、ステップ８１８と同様のステップが実行される。
【０２６９】
この判定が行なわれるときの参考データは、セメントのＲＦＩＤメモリ７６０のフィールド７７２または７７４に由来することができる。代替的に、これらの参考データはインプラントのＲＦＩＤメモリ８０８のフィールド８２３および８２４から読み出される。ここで、フィールド８２３は、インプラントと共に使用することが容認され、または望ましいまたは必要である添加材を指摘するデータを含む。フィールド８２４は、インプラントと共に使用するのに適さない添加材を記載するデータを含む。フィールド７７２および８２３はまた、効果的な量が存在することを確実にするために添加すべき添加材の体積または質量を指摘するデータをも含むことを理解されたい。容認でき、所望され、要求され、かつ容認できないデータを記載する同様のデータは、モノマ容器に関連するＲＦＩＤ８０４の一部にも格納される。
【０２７０】
ステップ８２２は、添加材がセメント形成混合物に含めるのに適しており、かつ十分な量の添加材が含まれていることを確認するサブステップを含むことも理解されたい。
【０２７１】
上記プロセスステップは異なる順序で繰り返し、かつ／または再実行することができることも理解されたい。上記ステップが再実行される正確な回数およびそれらの実行順序は、混合されるセメントの量、およびセメント、モノマ、および添加材が混合ユニット（カートリッジ７２２）に加えられる順序に応じて判定される。一部のセメントおよびモノマは、交互の順序で混合される。他のセメントは、最初に全ての粉末を加え、次いで全てのモノマを加えることによって作られる。そのような順序データ（セメントのＲＦＩＤ７５６から得られる）および数量データ（インプラントのＲＦＩＤメモリ７９０から得られる）は、初期成分添加ステップが実行される順序を最初に判定するために、システムによって使用される。これらのステップを実行するための順序を示す指示データは、システムによって画面の１つに提示されることを理解されたい。
【０２７２】
セメント混合物を形成するために混合される材料が混合ユニットに添加されると、外科医が選択した固化時間が、ステップ８２８によって表わされるように、システムに入力される。「固化時間」とは、混合の後、未硬化セメントがそのピーク散熱反応をするまでの時間量である。この事象の発生は、セメントがもはや容易に成形できないポイントまで硬化したことを意味する。セメントを容易に適切に成形することができる時間である「作業時間」は固化時間に正比例し、かつそれより短い。
【０２７３】
ステップ８２９で、硬化したセメントの所望の空隙率を示すデータがシステムに入力される。これらのデータは入力するか、あるいはインプラントのＲＦＩＤメモリ７９０のフィールド８３２のデータに基づくことができる。本発明の一部のバージョンでは、ステップ８２９は、インプラントのメモリフィールド８３１から取り出された空隙率レベルの表示から開始される。次いで外科医は推薦レベルを受け入れるか、あるいは現在の外科的処置の詳細に基づいてレベルを調整する。インプラントが空隙率レベルを提供しない本発明のバージョンでは、システムはステップ８２９で、外科医に選択空隙率レベルを入力するように指示する。
【０２７４】
システムはステップ８３１で、混合を実行するために使用される器具の特性をも判定する。これらのデータは、タッチスクリーン画面に提示されるボタンを押すことによって入力される。代替的に、これらのデータは、データトランシーバヘッド５３０を介して器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）によって提供される器具識別特性データに基づいて、システムによって知られる。
【０２７５】
ステップ８３２で、周囲温度および相対湿度がシステムに入力される。これらのデータは手動的に入力される。代替的に、環境モニタ８３３が手術室内にあり、他のユニット（ハンドピース制御コンソール５４２またはパーソナルコンピュータ５４４）の１つに接続される。環境モニタ８３３は、温度および湿度に感応するトランスデューサを含む。これらのトランスデューサによって生成される出力信号は、セメント混合プロセスを制御しかつ監視するシステムユニットに転送される。システムのこの構成では、ステップ８３２は人間の関与無しに実行される。
【０２７６】
ステップ８３４で、混合システムの詳細がシステムに入力される。これらの詳細は混合ユニットのタイプ（ボウルまたはカートリッジ）、ブレードのタイプ、ブレード振動ユニットの有無、加熱器の有無を含む。
【０２７７】
上記データに基づいて、システムはステップ８３６で、混合プロセス変数を生成する。これらの変数は電動機３４が動作する速度、混合時間、電動機が動作する全時間、およびブレードの方向（一方向または循環順方向／逆方向／順方向／逆方向）を含む。混合システムが長手方向にブレードを振動させることができる場合、振動レートが判定される。混合ユニットが加熱器を有する場合、混合ユニットが加熱される目標温度が判定される。
【０２７８】
ステップ８３６で、上記混合変数は、パーソナルコンピュータ５４４のような構成部品に含まれるルックアップテーブルに格納されたデータに基づいて判定される。代替的に、またはルックアップテーブルのデータと組み合わせて、混合変数は格納されたアルゴリズムの実行に基づいて判定される。ステップ７５０、７５２、８０３、８２２、８２８、８２９、８３１、８３２、および８３４で入力されたデータ、および／またはルックアップテーブルからのデータは、アルゴリズムのための入力変数として機能する。
【０２７９】
ルックアップテーブルおよびアルゴリズムの定数、係数、および指数は一般的に、実証分析によって判定される。表１は、上記の変数と電動機３４が動作するレートおよび／または混合時間との間の一般的関係をリストする。
【表１】

【０２８０】
電動機の速度および混合時間は、器具のタイプに応じて異なる。例えば取り付けられた器具が低速リーマである場合、混合時間は、器具が一般的により高速で動作するドリルであった場合より長くなる可能性がある。ブレードのタイプ、および混合ユニットのタイプのような混合システムの構成部品のような変数は、混合速度および／または混合時間に様々に影響する。
【０２８１】
一般的に、比較的短い固化時間のセメントを希望する場合、システムは、混合ユニットの加熱器が混合されるコンパウンドの温度を下げることを判定する。ブレードの回転方向、およびそれが長手方向に振動するか否かは一般的に、セメントのタイプ、添加材のタイプ、ブレードのタイプに応じて異なる。
【０２８２】
また、ステップ８３６で、混合プロセスの終了時の混合されたセメントの粘度が判定される。再び、これは一般的に実証的プロセスによって判定される。実証的プロセスに基づくルックアップデータは、システム、例えばパーソナルコンピュータ５４４または病院の中央データベースに格納される。これらのデータに基づいて、器具の電動機３４によって引き出すべき電流の判定も、ステップ８３６で生成される。本発明の一部のバージョンでは、これらの後者のデータだけが生成される。本発明の好ましいバージョンでは、システムは電動機が実際の混合プロセス中に経時的に引き出すべき電流を表わすデータを生成する。図３１のプロット８４０は１組のそのようなデータを表わす。
【０２８３】
ステップ８４２で、システムは次いで混合設定値を器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）に転送する。最低限、ステップ８４２でシステムは、ステップ８３６で判定された通り電動機が駆動すべき速度を示すデータを器具制御プロセッサに提供する。ブレードが順方向／逆方向／順方向／逆方向に循環する場合、最小限のデータは、電動機を各方向にどれだけ長く回転させるべきかの指示を制御プロセッサにプリロードすることをも含む。ステップ８４２で、システムはさらに、判定された混合時間を示すデータを器具制御プロセッサに提供することができる。また、ステップ８４２の一部として、器具がセメントを混合するように設定されたことが、システムによって表示される。
【０２８４】
次のステップ、ステップ８４４は、混合を実行する器具の作動である。混合の前に、ブレードの所望の回転に影響するように、ブレードシャフト７４６が器具のシャフト７５０に結合される（ステップは図示せず）ことを理解されたい。器具速度はすでに設定されているので、外科手術従事者は、電動機が正しい速度でかつ／または正しい期間回転することを確実にするために、トリガスイッチ４６または４７を正確に押すように精神的または身体的に努力する必要が無い。プリロードされた命令に基づいて、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）は、適切なＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号ならびにＦＯＲＷＡＲＤおよびＲＥＶＥＲＳＥ信号を電力調整器（ＭＣＣ１７２）にアサートする。このようにして、プリロードされた命令は電動機３４を正しい速度で正しい方向に回転させる。
【０２８５】
外科用器具が作動すると、システムは、ステップ８４６によって表わされるように、器具がどれだけ長く作動するか、およびハンドピース電動機によって引き出された電流の両方を監視する。本発明のシステムの一部のバージョンでは、これらのデータは遠隔ユニット（ハンドピース制御コンソール５４２またはパーソナルコンピュータ５４４）に送信される。
【０２８６】
ステップ８４８および８５０は、混合プロセス全体で、システム、一般的に遠隔ユニットが、ハンドピース電動機３４によって引き出される電流を監視することを表わす。特に、ステップ８４８で、システムは、引き出される電流が混合プロセス中の所与の時間に引き出される予想される電流よりかなり低いか否かに関して行なわれる判定を監視する。図３１で、受入れ可能な最小引出し電流は破線プロット８５２によって示される。したがって、時間ｔ_Nで受入れ可能な最小引出し電流はＩ_MINである。引出し電流が受入れ可能な最小引出し電流レベルより低い場合、セメントは、混合プロセスのその時点であるべき粘度より低い粘度になる可能性が高い。セメントがこの状態である場合、システムは、混合時間および／または電動機のＲＰＭを増大する命令を生成するステップ８５６を実行することによって応答する。（これらの命令を器具３０に送信し、器具によりそれらを実行するステップは図示しない。）
【０２８７】
ステップ８６０で、システムは、引出し電流が混合プロセスにおけるその時点に対する最大レベルを超えているかどうかを判定する。図３１で、任意の時間における最大引出し電流は、破線プロット８５８によって表わされる。時間ｔ_Nで、受け入れられる最大引出し電流はＩ_MAXである。引出し電流が受入れ可能な最大レベルより高い場合、セメント混合物は、混合プロセスにおけるこの時点にあるべき粘度より高い粘度になる可能性が高い。セメントがこの状態である場合、システムはステップ８６１で、混合時間および／または電動機のＲＰＭを低減する命令を生成する。（これらの命令を器具３０に送信し、器具によりそれらを実行するステップは図示しない。）
【０２８８】
システムはまた、混合を実行する外科用器具が混合時間に等しい時間だけ作動したかを監視する（ステップ８６２）。ステップ８６２で、セメントが選択された時間混合されたことが判定されると、外科用器具３０は作動停止する（ステップ８６４）。この作動停止は、器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）が格納された命令に基づいて混合時間の終了時にゼロ速度ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を自動的に発生することに基づいて生じ得る。代替的に、遠隔ユニットが、ゼロ速度ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号をアサートするように制御プロセッサに指示する特定の命令を外科用器具３０に対して発生する。
【０２８９】
器具３０の作動停止の直前に器具電動機３４によって引き出される電流も再度検査される（ステップ８６６）。ステップ８６６で、この引出し電流を検査して、それが混合プロセスの終了時に期待される受け入れられるレベルより高いかどうかが判定される。システムは肯定的な判定を、混合されたセメントが期待されるより高い粘度を有することを示すものと解釈する。これは、混合されたセメントが作業し難くなり、固定時間が切れることを意味する。したがって、ステップ８６６の判定が肯定的である場合、システムはステップ８６８で、セメントの異例な状態に関する警告を提示する。外科手術従事者がセメントを使用することを選択した場合、彼らはシステムに確認を入力する（ステップは図示せず）。
【０２９０】
ステップ８６６の評価が否定的であることを示した場合には、セメントは受入れ可能な粘度である。システムは、ステップ８７０によって表わされるように、セメント混合物が満足できることを示すメッセージを発生する。
【０２９１】
セメントの混合が完了すると、システムはステップ８７２で、予想された固化時間を判定する。この判定を行なうために使用される１つの入力変数は、電動機３４によって引き出される電流の最後の尺度である。上述の通り、これらのデータはセメントの最終粘度に比例する。この判定を行なうために使用される他の入力変数として、以前に入力されたデータ、すなわちセメントのタイプ、周囲温度、周囲相対湿度、量を含む添加材、および（存在するならば）混合ユニット加熱器温度がある。
【０２９２】
ステップ８７２における固化時間の判定は、ステップ８３６で混合時間を判定するために用いられたのと同様の方法論を使用して実行される。経験的に導出された参考データを使用して、ステップ８７２で固化時間を判定するために使用されるルックアップテーブル、定数、係数、および／または指数が生成される。表２は、混合後の未硬化セメントと固化時間との間の一般的関係をリストする。
【表２】

【０２９３】
ひとたび固化時間が判定されると、ステップ８７２はこの時間を表示して終了する。ステップ８７２は、８６８の電流引出し検査の代替物として、またはその後に実行することができることを理解されたい。本発明のこれらのバージョンでは、固化時間が短すぎ、例えば外科医選択固化時間のわずか８０％または９０％であることが判定された場合には、警告表示ステップ８７０が実行される。
【０２９４】
外科医の選好に基づいて、ステップ８７２でシステムはセメント作業時間を算出して表示することを、同様に理解されたい。
【０２９５】
ステップ８７４で、システム（パーソナルコンピュータ５４４）は固化時間を示す表示画面で時間をクロックダウンする。システムはまた時間が予想固化時間に近づくときをも監視する（ステップ８７６）。固化時間が近づくと、ステップ８７８で警告が提示される。この警告は、視覚的であることに加えて、聴覚的であることもできる。また、セメントが混合されるときに、電動機３４によって引き出される電流が絶えず、受入れ可能な最小レベルより下であり続けることも理解されたい。この事象が発生すると、混合プロセスは固化時間境界を超えて増加する。ステップ８８２で（図２６Ｅ）、システムは混合時間を監視して、それが過度でないかどうかを判定する。この判定結果が肯定的である場合、警告が提示される。これは外科手術従事者に、セメントを混合するために使用される構成部品に何か異常があるという通知を提供する。
【０２９６】
本発明のシステムの上記構成は、外科用セメントの混合を自動化する。外科手術従事者には、セメントのタイプおよび量、モノマのタイプおよび量、セメントが使用される構成部品、インプラントの関数として望ましい／必要な添加材のような、セメントを形成するために使用すべき混合成分が自動的に通知される。これは、潜在的に不適切な成分または成分量がセメント混合物に導入される可能性を低減する。同様に、セメントを形成するために使用される成分、外科医の選好、および混合システムの構成部品に基づいて、成分が一緒に混合される時間およびプロセスが自動的に算出される。これは、これらの計算を行なうのに要する時間、および人為ミスが結果的に不正確な計算をもたらす可能性を低減する。
【０２９７】
実際の混合プロセス中に、本発明のシステムは、混合を実行するために用いられる器具３０の動作を調整する。外科手術従事者は、器具が成分を一緒に適切に混合してセメントを形成することを確実にすることに、かなりの精神的および身体的努力を注ぐ必要が無い。再び、器具３０の自動制御のため、人為ミスが結果的に過度のまたは不十分な混合を引き起こす可能性が実質的に低減される。
【０２９８】
混合プロセスが完了すると、システムは、セメントが使用するには粘度が高すぎないか、あるいは速く固化しすぎないかどうかを即時に示す。システムはまた、セメントがいつ固化するかを示すデータも提供する。したがって、セメントが１０分の固化時間を有することを希望することを外科医が示した場合、システムは固化時間が足りない、例えば９分３０秒である場合、それを示す。この情報は、外科的処置の特定の部分を比較的速いレートで実行しなければならない可能性があることを、外科医に知らせる。代替的に、システムによって生成されるデータが、わずかに長い時間で、例えば１０：００分の代わりに１１：００分で固化時間に達したことを示す場合、外科医は同様にこの事実を知らされるので、外科医がこの事実を認識し、処置の実行を適切に調整することができる。
【０２９９】
ＶＩ．補助ユニットの通信および電力共用
上述の通り、トランシーバヘッド５３０またはトラッカ５３９（両方とも図１７）のような補助ユニットを、本発明の電動外科用器具３０に取り付けることができる。そのような接続することのできる他のタイプの補助ユニットとして、レーザポインタおよび光源がある。さらに別の分類の補助ユニットは、検知機能を実行する。１つのそのような補助ユニットとして赤外トランスデューサが挙げられる。このタイプの補助ユニットは、手術部位の組織の温度を監視するために使用される。
【０３００】
図３２および３３は、データ信号がそれを介して補助ユニットと交換される接点９２０が本発明の外科用器具３０ｄにどのように設けられるかを示す。接点９２０はまた、器具電池４２（図６Ｅ）からの電力がそれを介して選択的に補助ユニットに供給される導電部材としても働く。
【０３０１】
器具３０ｄは、ヘッド３６ｄ付きでそこからハンドル３８ｄが延びるハウジング３２ｄを有する。ハウジング３２ｄは、ハンドル３８ｄから近位側に延びるヘッド３６ｄのヘッド底面９１０が平面的であるように形成される。キャップ９１２はハウジングヘッド３６ｄの開放近位端を閉鎖する。キャップ９１２の基部は、ヘッドの底面８７０と共平面である。２つの相隔たる矩形陥凹９１４が、キャップ８７２の平坦な底面に形成される。器具３０ｄは単一のスイッチ４６を有するように示されている。
【０３０２】
ヘッド底面９１０には、キャップ９１２が縁に沿ってハウジング３２ｄと界接する部分に開口する、矩形のカットアウト９１６が形成される。カットアウト８７６内に端子９１８が着座する。ハンドル３８ｄに向かって下方に延びる接点９２０は、端子９１８の一部である。本発明の図示したバージョンでは、４つの接点８２０が設けられる。
【０３０３】
図３４は、接点９２０が接続される器具３０ｄ内部の構成部品を示す。２つの接点９２０は通信接点である。本発明の１バージョンでは、器具３０ｄと補助ユニットとの間の通信は、Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒから入手可能なＩ²Ｃプロトコルに準拠する。したがって、接点９２０のうちの最初の１つは、クロック信号、ＳＣＬ信号がそれを介して送信される接点である。第２の接点９２０はシリアルデータ信号、ＳＤＬ信号がそれを介して交換される接点である。図３４で、通信接点として機能する各接点９２０はＤＳＰ１７０ａに接続される。さらに詳しくは、各接点は抵抗器８８６を介してＤＳＰ１７０ａに接続される。ダイオード８８８は各抵抗器８８６をまたいで直列に接続される。ダイオード８８８は、ＤＳＰ１７０ａから補助ユニットに放射されるＳＣＬおよびＳＤＡ信号のために、抵抗器８８６を迂回する低抵抗バイパス路を提供する。
【０３０４】
逆バイアスツェナダイオード８９０がＤＳＰ１７０ａの各Ｉ²Ｃピンとグランドとの間に接続される。このようにしてダイオード８９０は、ＤＳＰ１７０ａを電圧スパイクから保護する。
【０３０５】
接点９２０のうちの第３の１つは、器具電池４２の電荷がそれを通して補助ユニットに供給される導電部材として機能する。電池４２は、常開ｐチャネルＦＥＴ８９６によって接点９２０に選択的に結合される。ＢＡＴＴ＋信号はＦＥＴ８９６のドレインに印加される。接点９２０はＦＥＴソースに結合される。ＢＡＴＴ＋は、通常ＦＥＴを開状態に保持するように、抵抗器８９８を介してＦＥＴ８９６のゲートに印加される。
【０３０６】
ｎチャネルＦＥＴ９０２はＦＥＴ８９６のゲートの電圧をソース電圧より低くして、ＦＥＴ８９６を選択的に閉じさせる。ＦＥＴ９０２のソースは、抵抗器９０４によってＦＥＴ８９６のゲートに接続される。ＦＥＴ９０２のドレインはグランドに結合される。ＦＥＴ９０２は、ＤＳＰ１７０ａからの単一のアサーションによってゲーティングされる。ツェナダイオード９０６は、ＢＡＴＴ＋ピンと抵抗器８９８および９０４の接合部との間に逆バイアス接続される。ダイオード９０８はＦＥＴ８９６のソースとグランドとの間に逆バイアス接続される。
【０３０７】
通常、抵抗器８９８を介してＦＥＴ８９８のゲートに印加されるＢＡＴＴ＋信号は、ＦＥＴ８９８をオフ状態に保持する。
【０３０８】
補助ユニット（図示せず）は、ユニットがハウジングヘッド３６ｄの近位端に被嵌することを可能にする開面シェルを有することができる。シェルがそのように配置されると、シェルと一体化した可動フィンガがハウジングの陥凹部８７４に着座する。補助ユニットの一部である係止機構がフィンガを陥凹内に保持するので、フィンガは補助ユニットを器具３０ｄに保持する。
【０３０９】
Ｉ²Ｃ通信リンクで受信される補助ユニットからのデータは、補助ユニットが電池４２に蓄積された電力を引き出すことを許されたことを、ＤＳＰ１７０ａに知らせることができる。補助ユニットがそのように許可された場合、ＤＳＰ１７０ａは信号をアサートしてＦＥＴ９０２をゲーティングする。したがってＦＥＴ９０２は閉じて、抵抗器９０４をグランドに結合する。この結果、ＦＥＴ８９６のゲートに存在する電圧はソースの電圧より下に降下して、ＦＥＴ８９６をオンにする。
【０３１０】
図３４に示すように、第４の接点９２０は、補助ユニット内部の回路と器具３０ｄの回路のグランドとの間の接続を確立する。
【０３１１】
本発明の外科用器具３０の密閉モジュール４０は、器具発電ユニット（電動機３４）の作動を調整し、かつユーザ作動制御部材（トリガスイッチ４６および４７）を監視する回路構成部品を、単に保護する以上のことを行なう。モジュール４０は、発電ユニットの動作状態を表わす出力信号を生成するセンサ（ホールセンサ７４および７６）をも保護する。センサ７４および７６は、オートクレーブ滅菌の厳しい湿潤環境に曝露されない。センサをそのように保護することによって、それらの故障の可能性が低減される。
【０３１２】
電動機３４を含む本発明の外科用器具３０のバージョンのさらに別の特徴は、電動機回転子７８の位置を表わす信号を提供するために、２つだけのセンサ、ホールセンサ７４および７６が必要であることである。これは、ブラシレス直流電動機の位置を監視するために必要なフィードバックを提供するために通常使用されるセンサの個数を１つ低減させる。これは、従来の監視アセンブリに勝るコスト削減を意味する。
【０３１３】
また、２つのホールセンサ７４および７６の使用、および電動機が始動するとき、０ＲＰＭ状態の回転子の位置を判定するための正確な手段を提供する手段は、電動機を始動させかつ初期回転子位置を判定するために、かなりの量の電力を消費し得る他の手段を使用する必要性を排除する。これは、電動機を付勢する電力が電池４２に由来する本発明のバージョンでは、特に有用である。本発明の始動時の低下電力引出しの最小化は、電池が放電するまでに電動機３４を付勢するために任意の１個の電池を使用することのできる全体的時間を増大するのに役立つ。
【０３１４】
電力制御モジュール４０の構成は他の利点を有する。特に装着板１１９は、ＦＥＴ８２ａ〜８２ｃ、８４ａ〜８４ｃ、および３３６ａ〜３３６ｃが装着される単なる部材以上の機能を果たす。装着板１１９は、ＦＥＴから器具ハウジング３２に熱を取り去るヒートシンクとして働く。装着板の遠端部１２１は、モジュール前板９２がトリガスイッチ４６または４７の近位端と当接するのを防止するスペーサとして機能する。そのような接触が発生することを許すと、磁石５６および５７によって放射される磁界のパターンに悪影響を及ぼすおそれがある。
【０３１５】
制御モジュール４０の組立て中に、装着板は回路基板６４用の裏当てとして機能する。これは、ＦＥＴ８４ａ〜８４ｃおよび３３６ａ〜３３ｃと回路基板の隣接面との間のワイヤボンディングを実行するために、別個の裏当て板をアセンブリプロセスに導入する必要性を排除する。ひとたび制御モジュール４０が製造されると、装着板６４は回路基板６４用の支持ブラケットとして機能する。
【０３１６】
本発明の外科用器具３０のさらに別の特徴は、器具が作動している途中であるか、あるいは作動されたばかりでない限り、制御回路構成部品がスリープモードであることである。制御回路構成部品がこのモードにあるときは、それらが活動モードにあるときより、少ない電力が消費される。この構成は電池４２の引出しを最小化する。トリガスイッチ４６または４７いずれかが最初に静止位置から変位したときに、センサ６６または７０は基本的に直ちに状態変化を経験する。この結果、制御回路の残部が基本的に同時に覚醒モードに遷移する。したがって、本発明のこの特徴は電池４２の電流引出しを低減するのに役立つが、器具の動作に目立った影響は無い。
【０３１７】
本発明の外科用器具３０はさらに、作動部材（トリガスイッチ４６および４７）の押込みに応じて生成される器具制御信号を変化させるべく、器具（ＤＳＰ１７０）内部の制御プロセッサが選択的にプログラムされるように構成される。上述したプロセスによって示したように、本発明のこの特徴は、部材の作動に基づく器具発電ユニット（電動機３４）の動作を、医師の選好、取り付けられた外科用アタッチメント４１のタイプ、実行される処置、または処置の時点に基づいてカスタム設定することを可能にする。したがって、本発明のコードレス外科用器具３０は、以前にはコード接続型器具だけがそのように構成されかつ動作することができたのと基本的に同じ方法で、カスタム構成し、かつカスタム動作することができる。
【０３１８】
ＶＩＩ．代替的実施形態
上記説明は、本発明の特定の実施形態に向けられている。本発明の他のバージョンは、これまで説明したものとは異なる特徴を有することができる。例えば、記載した電動機は回転シャフトを有するが、本発明の他の電動機付き外科用器具は、振動または往復運動する駆動部材を有する。
【０３１９】
本発明が電動機付き外科用器具に限定されないことは、同様に明白である。本発明の他の外科用器具は、ＲＦエネルギ、熱、光エネルギ、または超音波エネルギを放射するように設計されたユニットのような、他の発電ユニットを有することができる。
【０３２０】
発電ユニットの動作を監視する制御モジュール内部の検知トランスデューサのタイプは、発電ユニットのタイプに応じて異なる。例えば、発電ユニットがＲＦエネルギを放射する場合、ユニット内部には、ユニットによって放射される電力に応じて磁界を発生するインダクタが存在し得る。モジュール内部には、磁界の強度を監視する記述したホール効果センサと同様のセンサがある。代替的に、発電ユニットは、ユニットの動作状態に応じて紫外、可視、または赤外スペクトルの光を放射し得る。例えば発光発電ユニットによって放射される光の一部分は、制御モジュールの方向に転向し得る。代替的に、ＲＦ発電ユニットは、手術部位または関連する外科用アタッチメントが加熱される程度に応じて赤外光信号を放射する部材を含むことができる。本発明のこれらのバージョンでは、モジュールの構造的構成部品は、発電ユニットまたは手術部位によって放射される光のタイプを透過する窓を含む。制御モジュールの内部、窓の背後には、放射される光のスペクトルに感応するトランスデューサがある。
【０３２１】
代替的に、制御モジュール内部のトランスデューサアセンブリは、発電ユニットによって放射される機械的エネルギに感応する。例えば、発電ユニットが振動トランスデューサを含む場合、外科用器具は、発生する振動の一部分がそこを通して制御モジュールに伝達される導管を有することができる。本発明のこのバージョンでは、制御モジュールの構造壁は、これらの振動を目立つほど減衰しない材料から形成される。制御モジュール内部の運動感受性トランスデューサは、出力される振動に応答して信号を発生する。
【０３２２】
発電ユニットが何らかのタイプの電動機アセンブリである本発明のバージョンでさえも、発電ユニットの動作を遠隔的に監視する制御モジュール内部のセンサアセンブリは、必ずしも磁気強度センサである必要はないことを同時に理解された。例えば本発明の一部のバージョンでは、制御モジュールセンサは、電動機によって放射または反射される光に反応する感光ユニットである。本発明のこれらのバージョンでは、電動機３４は、異なる反射率の材料が適用される可動面を備えるか、有する。光は可動面に向かって放射される。制御モジュール内部には、固定領域から反射する光を監視する感光トランスデューサがある。可動面が固定領域を通過するときに、センサによって検出される反射光の量は、適用される材料の反射率により変化する。したがって、発明のこのバージョンでは、制御モジュールに配置されたセンサは、磁界を監視することなく、機械的発電ユニットの動作状態に関するフィードバックを提供する。磁気的にバイアスしてもしなくてもよいインダクタもまた、センサとして機能することができる。
【０３２３】
同様に、本発明の一部のバージョンでは、制御モジュール内部のセンサは、電動機によって発せられ、制御モジュールを介して伝達される機械的運動、振動に感応する。
【０３２４】
さらに本発明の一部のバージョンでは、磁束管が、器具発電ユニットによって放射されるエネルギを制御モジュールに伝達するための導管として働くことができる。そのようなアセンブリを図３５に模式的に示す。ここで、放射エネルギのための良好な導管として働き、あるいはエネルギを透過する磁束管９２４は、発電ユニット３４から延びる。例えば磁気エネルギが発電ユニット３４によって放射される場合、磁束管９２４は透磁率の高い材料から形成される。（この状況で、磁束管は実際には、透磁率の高い材料の中心コア、比較的不透磁性の材料の内部スリーブ、および透磁率の高い材料の外部スリーブを含むことができる。）放射エネルギが光エネルギである場合、磁束管９２０は、発電ユニットによって放射される光を比較的透過する材料から形成される。磁束管の自由端は、モジュールセンサを封入する制御モジュール構造部材に隣接して終端する。本発明のこの構成の利点は、発電ユニットから、そうでない場合にモジュールを配置することが可能になるより遠くに離して、制御モジュールを配置することが可能になることである。
【０３２５】
同様に、本発明の全てのバージョンで、制御モジュール４０を気密密閉することが要求されないことを理解されたい。製造経済性または他の要因から、制御モジュールをそのような組み立てることは望ましくない可能性がある。したがって、モジュール内部の構成部品を滅菌の厳しさから保護することが依然として必要である本発明の一部のバージョンでは、モジュールにポッティングコンパウンドを充填することができる。
【０３２６】
同様に、本発明の全てのバージョンが、上述した構成部品の各々を有する必要はない。したがって、本発明の一部のバージョンでは、制御モジュールは、手動的に作動される制御部材の作動を監視するためのセンサを含まなくてもよい。同様に、本発明の器具３０は必ずしもコードレスである必要はない。同様に、本発明の多くのバージョンで、電動機回転子の位置を表わす信号を生成するホールセンサ７４および７６が制御モジュールに取り付けられるが、必ずしもそうする必要はない。本発明の一部のバージョン、例えばセンサを厳しい環境から保護する必要のない本発明の器具では、製造経済性または他の要因から、センサ７４および７６の一方または両方を、制御モジュールの外部に配置することが必要な可能性がある。例えばこれらのセンサは、電動機回転子７８の比較的近くで、器具に配置することができる。
【０３２７】
また、制御アセンブリに本発明の装着板構成上の電力ＦＥＴを設けることが望ましい器具があり得る。しかし、他の理由で、作動部材センサも発電ユニットセンサもモジュールに配置されない。本発明のこれらのバージョンでは、制御アセンブリは密閉モジュールでさえない可能性がある。
【０３２８】
この器具の独創的な特徴は外科用器具以外の器具に使用することができることを、同様に理解されたい。
【０３２９】
電動機回転子７８の位置を表わす信号を生成するためにホールセンサ７４が使用される、本発明に従って構成された電動機付き器具では、ＨＡＬＬｘ信号がいつ状態遷移を行なうかを判定するために信号基準レベルを絶えず更新する、上述したプロセスを実行する必要が無い可能性がある。実証分析により、ホールセンサ７４からの出力信号が器具動作の時間全体にわたって、かつ温度が変化しても、比較的安定していることが判定される場合、この更新は排除することができる。これらのステップを排除すると、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）が実行しなければならないプロセスステップが減少される。
【０３３０】
また、本発明のシステムおよび方法によって実施されるプロセスステップは、記載したものとは異なってもよい。例えばステップ４９４で、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）は線形方程式の方程式１を使用し、トリガ変位に基づいて、ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を生成する。方程式１は、ＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を生成するために使用することのできる単なる１方程式の例である。代替的に、制御プロセッサは、トリガ変位の関数として非線形的に変化するＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を生成するように設定することができる。
【０３３１】
例えば図３６のプロット９３０は、方程式１を変形した場合、トリガスイッチの変位により指数関数的に増加するＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）がどのように出力するかを示し、プロット９３０は概して指数関数的であるが、不連続部９３２も有する。不連続部９３２は、特定の速度を超えるとスキップするＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を生成するように、いかにして制御プロセッサ１７０をさらにプログラムすることができるかを表わす。この不連続性が望ましい１つの理由は、バーのような外科用アクセサリ４１がバーの固有共振周波数に等しい速度で回転するのを防止するためである。該周波数でのバーの駆動を回避することにより、バーが作動している間に振動する程度が最小化される。
【０３３２】
同様に、本発明の器具を動作させるために使用されるプロセスは、様々な構成部品の使用のため、変化することがある。例えば始動時の０ＲＰＭの回転子の位置を判定するステップ３７８の検査は、センサ７６が電気的にセンサ７４の６０°以内であるという前提に基づいている。本発明の代替的構成では、センサ７６は電気的にセンサ７４の６０°から１２０°の間である。本発明のこれらのバージョンでは、センサ７６は回転子の位置に応じてデジタル信号を出力することさえある。図９で、この信号はプロット９０８によって表わされる。
【０３３３】
ここで、始動時に、ステップ３７８で、回転子が位置付けられる特定の（電気的）六分角の判定は、次のプロセスに従って行なわれる。回転子７８が０から６０°の六分角または１２０から１８０°の六分角のいずれかにあることを、センサ７４からの正規化出力信号が示している場合、
センサ７６の信号＞０
であるか否かを判定する検査が行なわれる。
【０３３４】
この判定が偽となった場合、センサ信号は集合的に、回転子が０から６０°の間の角度位置にあることを示す。この判定が真となった場合、信号は集合的に、回転子が１２０から１８０°の間の位置にあることを示す。センサ７４からの正規化出力信号が、回転子は１８０から２４０°の六分角または３００から３６０°にあることを示した場合、センサ７６からの出力信号の上記検査が実行される。ここで、この判定が真となった場合、センサ信号は、回転子が１８０から２４０°の間の角度位置にあることを示す。この判定が偽となった場合、回転子は３００から３６０°の間の位置にある。
【０３３５】
本発明の上記バージョンの利点は、センサ７４および７６の出力信号の振幅を相互に対して正確に設定する必要性が排除されることである。本発明の前述のバージョンでは、記載した比較を実行することのできる信号を生成するために、そのような調整が必要である。（信号調整の程度は、センサ７４および７６の相互に対する電気的位相差に反比例する。）本発明のこのバージョンでは、センサ７６からの信号は基準値と比較されるので、そのような調整は必要ない。また、本発明のこのバージョンでは、センサ７６はアナログまたはデジタル信号のどちらでも出力することができる。
【０３３６】
始動時の電動機回転子の位置、信号周期のどの部分に信号があるかを、補助センサ、センサ７６からの信号無しで、判定することさえ可能であり得る。図３７は、このプロセスを実行するためにベース仮定アルゴリズムを使用して実行されるプロセスステップを示す。このプロセスでは、ステップ９４０で、センサ７４からの信号に基づいて、ＤＳＰは初期信号ＳＮＳ_INITを判定出力する。これは、回転子の位置が、図３８の点９４２を含む第１六分角、または点９６２を含む第３六分角のいずれかにあることを意味する。簡素化のために、図３８は２極回転子の場合のセンサ７４からの信号のプロットである。したがって、電動機回転子センサ７４によって出力される単一の０から３６０°の信号は、電動機回転子７８の１回転に対応する。ステップ９４６で、ＤＳＰは、センサ７４からのＳＮＳ_INIT信号は回転子７８が第１六分角にあることを示すという前提に基づいて、始動信号を電動機にアサートする。ステップ９４８によって表わされるように、ＤＳＰ１７０はセンサ７４からの信号を監視し続ける。
【０３３７】
ステップ９４６の実行の前提が正しい場合、回転子は選択された方向に回転する。この結果、センサ７４によって出力されるＳＮＳ信号は、ＳＮＳ_INITレベルからかなりの変化を経験する。換言すると、ΔＳＮＳまたはΔ時間勾配はかなりの程度である。図３７で、これは、ＳＮＳ_INIT信号のレベルとはかなり異なる点９４９によって表わされる、ＳＮＳ_T1^ASMPTN#CRCT信号のレベルによって表わされる。したがって、ステップ９５０で次の測定信号、センサ７４からのＳＮＳ_T1信号に基づいて、ＤＳＰはΔＳＮＳまたはΔ時間勾配の大きさを判定する。ステップ９５２で、ΔＳＮＳまたはΔ時間勾配の大きさは、目標勾配と比較される。算出された勾配の大きさが少なくとも目標勾配と同じである場合、ＤＳＰ１７０はこの結果を、初期前提が正しかった、つまり回転子が回転の第１六分角にあったことを示していると解釈する。したがってＤＳＰ１７０は、今は正しいことが証明された回転子の回転位置に関する初期前提に基づいて、制御信号をアサートし続ける（ステップ９５４）。
【０３３８】
しかし、ＳＮＳ_INIT信号は実際には、始動時の回転子が第３六分角、点９６２の信号に関連する六分角にあったことを示し得る。そのような状況では、ステップ９４６の回転子位置の誤った前提に基づいて電動機コイルに印加された付勢信号は、回転子を目立つほどには移動させない。代わりに、少なくとも短時間、電動機コイルに印加された信号は、回転子がロック位置に入るまで回転子の小さい移動を引き起こすだけである。電動機回転子のこの比較的小さい角度変位を前提として、センサ７４から出力されるＳＮＳ_T1^{AMSPTN#INCRCT}信号のレベルは、同様にＳＮＳ_INIT信号レベルとはわずかに異なるだけである。図３７で、これは、点９６２および９６５における信号レベル間の比較的小さい差によって表わされる。
【０３３９】
したがって、この状況において、ステップ９５０で、ΔＳＮＳまたはΔ時間勾配を算出すると、勾配は比較的小さくなる。ステップ９５２の検査で、算出される勾配は目標勾配未満となる。ＤＳＰ１７０はこの結果を、実際には回転子は回転の第１六分角になく、実際、第３六分角にあったことを示すと解釈する。したがって、その後の処理ステップ、ステップ９６６で、ＤＳＰは、回転子位置の改定され証明された正しい解釈に基づいて、ＭＣＣ１７２に制御信号をアサートし続ける。
【０３４０】
上記プロセスステップで、ステップ９５２の検査は絶対勾配に基づいていることを理解されたい。勾配の正または負の傾きは回転子の運動の方向の関数であるので、これは無関係である。
【０３４１】
始動時の回転子位置を判定するために、２つのセンサを設ける必要性を回避するために、代替的手段を使用することができる。別の代替的スキームでは、制御回路は始動時に、最初に、単一のセンサ７４からのピークまたは谷信号から判定することのできる既知の位置まで電動機回転子を回転させる電流をコイルに印加する。回転子がこの状態にあることをセンサ７４が示すと、回転子を既知の状態から回転させるために追加的始動信号が印加される。
【０３４２】
器具制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）と信号を交換するために、Ｉ²Ｃ以外の通信プロトコルも使用することができることを、同様に理解されたい。１つの代替的プロトコルは、Ｄａｌｌａｓ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒによって作成されたワンワイヤプロトコルとすることができる。
【０３４３】
本発明の代替的バージョンでは、ＤＳＰ１７０は、電動機制御回路１７２によって実行される制御機能の一部を実行することができる。例えば、ＤＳＰ１７０は、器具が振動モードで駆動されるときに、器具３０の動作を調整することができる。本発明のこのバージョンでは、ＤＳＰは、電動機回転子７８が振動サイクルの各方向に回転する回転度を監視する。任意の瞬間に、ＤＳＰはＦＯＲＷＡＲＤまたはＲＥＶＥＲＳＥ信号のうちの１つをＭＣＣにアサートするだけである。ＤＳＰは、回転子が１方向に、例えば「逆」方向に設定された度数回転したことを判定すると、ＲＥＶＥＲＳＥ信号をアサートすることからＦＯＲＷＡＲＤ信号に切り替える。命令信号のこの切替えにより、ＭＣＣは、回転子を逆方向に回転させる信号をアサートすることを停止し、回転子を順方向に回転させる信号をアサートし始める。
【０３４４】
上記構成の利点は、ＤＳＰが電動機回転子を不同の回転順序で振動させるように、外科医がＤＳＰ１７０をプログラムすることができることである。例えば、ＤＳＰを使用して振動を調整することにより、回転子が、より詳しくは減速後に、アタッチメントが最初に第１方向に７２０°回転し、次いで第２方向に３６０°回転し、その後に該シーケンスを繰り返すように、器具３０を構成することができる。他のシーケンスも可能である。例えば第１方向に７２０°、第２方向に３６０°、第１方向に３６０°、そして第２方向に３６０°回転し、その後に繰り返すことも可能である。
【０３４５】
さらに、ＤＳＰに振動を調整させることによって、ＤＳＰは、各方向サイクルの回転の始動時および終了期間のそれぞれで、回転子の速度を上下させることができる。回転子の加速および減速（制動）のこの減衰は、器具の振動を低減させることができる。
【０３４６】
また、本発明のシステムの制御機能を、記載したものからさらに変化させることができることも理解されたい。明らかに、外科医は処置の途中で各トリガスイッチ４６および４７の制御機能を再構成することができる。また、複数の器具３０が使用されるときに、１つを他のオーバライドとして使用することができる。従って、指導状況で、１つのトリガスイッチが押されたときに、制御プロセッサが第２器具３０ｂによる実行の停止コマンドを生成するように、教官の器具３０ａは構成される。この停止コマンドは、器具データトランシーバヘッド５３０を介してワイヤレストランシーバヘッド５３６に伝送される。ワイヤレストランシーバヘッド５３６による受信後に、ヘッド５３６または別の構成部品が停止コマンドを学生のハンドピース３０ｂに伝達させる。システムのこの構成では、教官のハンドピース３０ａの第２トリガスイッチは、そのハンドピース内部の電力消費ユニットを作動させて、教官が処置を完了することができるように構成される。
【０３４７】
また、外科用器具３０の動作を調整するために使用される手動設定アクチュエータは、開示したトリガスイッチとは異なってもよい。本発明の一部のバージョンでは、器具は単一のトリガスイッチだけを有することができる。本発明のこれらのバージョンでは、器具はバイステートレバーアームを有することができる。外科医は、自身が器具を動作させたい動作モードに基づいて、レバーアームを選択的に設定する。したがって、器具内部の発電ユニットが電動機３４である場合、レバーアームの設定によって調整することのできるバイステート設定の一部として、順方向または逆方向、順方向または振動、および低速または高速がある。本発明のこれらのバージョンでは、ステップ３６０および２６２で、器具のバイステート動作範囲が制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）にロードされる。
【０３４８】
同様に、電動機３４が発電ユニットとして機能する本発明のバージョンでは、始動中に、２つのセンサを使用して、記載したように回転子位置を判定することができる。次いで、始動後に、２つ以上のセンサを使用して、回転する電動機回転子のその後の位置が判定される。
【０３４９】
同様に、本発明の他のバージョンでは、手動アクチュエータはトリガスイッチではない可能性がある。本発明のこれらのバージョンでは、器具ハウジング３２に装着された１つ以上の押しボタンが、発電ユニットの作動を調整する。各押しボタンは、短時間、センサからの出力信号が状態遷移を経験するように、磁石を関連する制御モジュールセンサに十分に近接させることができる。これらのタイプの制御部材は、ステップレベル制御に適した発電ユニットの作動を調整するのに適している。ＲＦアブレーション器具は１つのそのようなタイプの器具である。
【０３５０】
本発明の一部のバージョンでは、スイッチが作動したかどうかを判定するために使用されるセンサ、記載した実施形態ではセンサ６６および７０は、デジタルセンサでなくてもよい。本発明の代替的バージョンでは、センサはアナログセンサとすることができる。これらのセンサは、マイクロスイッチまたはリードスイッチとすることさえできる。本発明のこれらのバージョンでは、スイッチと一体的なワイパが、関連するスイッチの変位に基づいて接続を開閉する。
【０３５１】
代替的に、本発明の一部のバージョンからセンサ６６および７０を排除することが可能である。スイッチの作動を監視するために使用されるセンサからの信号は、ＡＷＡＫＥ信号の作動およびネゲーションを制御するために第１回路によって使用される。該信号は次いで、ハンドピース内部の発電ユニットのユーザ希望動作レートを表わす出力信号を生成するために、第２回路によって使用される。
【０３５２】
本発明の多くのバージョンでは、結合アセンブリ３９が外科用アタッチメント４１を器具３０に着脱可能に取り付けることを可能にするが、常にそうであるとは限らないことを、同様に理解されたい。本発明の一部のバージョンでは、結合アセンブリ３９は、外科用アタッチメントをハウジング３２および発電ユニットに永久保持する締結装置または締結アセンブリである。これらのアセンブリは、本発明の使い捨てバージョンに一般的である。
【０３５３】
したがって、本発明の器具を形成する他の個々の構成部品は、記載したもののは異なることができることを理解されたい。従来のマイクロプロセッサが器具制御プロセッサとして機能することができる。電動機制御回路１７２を形成するＡＳＩＣを複数の構成部品に置き換えることができる。本発明の一部のバージョンでは、磁石５６または５８それぞれが最初にアサートされたときに、センサ６６または７０によってアサートされる信号は、ＡＷＡＫＥ信号として機能することができる。これにより、そうでなければこの信号をアサートするために必要な、ＤＳＰ１７０によって要求される処理が排除される。
【０３５４】
ハンドピースハウジング３２の内部に、制御プロセッサ（ＤＳＰ１７０）によってデータが書き込まれる不揮発性メモリを設けることができる。このメモリは、異例の事象が発生したときおよびその内容に関する詳細を含め、器具の動作に関するデータが格納される器具ログとして機能する。
【０３５５】
同様に、本発明のプロセスは、記載したものより少数のステップまたはステップの代替的構成を用いて実行することができる。
【０３５６】
したがって、添付する特許請求の範囲の目的は、本発明の真の精神および範囲内に入る全てのそのような変形および変化を範囲に含めることである。
【図面の簡単な説明】
【０３５７】
【図１】本発明の特徴を組み込んだ電動器具の側面図である。
【図１Ａ】本発明の電動器具の断面図である。
【図２Ａ】本発明の器具のトリガアセンブリの分解組立図である。
【図２Ｂ】トリガアセンブリの断面図である。
【図３Ａ】制御モジュールの断面図である。
【図３Ｂ】制御モジュールを形成するパネル部材の分解組立図である。
【図３Ｃ】制御モジュールの内部の平面図である。
【図３Ｄ】制御モジュールに装着および搭載された構成部品の一部を示す制御モジュールの内部の分解組立図である。
【図４Ａ】トリガスイッチの位置を監視する制御モジュール内部のセンサに対するトリガスイッチ磁石の配列を示す側面図である。
【図４Ｂ】電動機回転子の位置を監視するセンサが制御モジュール内部のプリント回路基板にどのように実装されるかの部分断面図である。
【図５】電力ＦＥＴが制御モジュールにどのように実装されるかを示す側面図である。
【図６】図６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、および６Ｅが本発明の制御回路の略図およびブロック図からまたは図にどのように組み立てられるかを示す組立図である。
【図７】電動機制御回路を形成する主要サブ回路のブロック図である。
【図８】器具の作動直後に器具内部の構成部品によって実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図９】器具の電動機回転子の位置を監視する制御モジュールセンサによって生成される信号のプロットである。
【図１０】電動機回転子の位置を監視する１次センサによって生成される出力信号の波形のプロットである。
【図１１Ａ】回転子が回転するにつれて電動機回転子の位置を表わすデジタル信号を生成するために、器具の制御モジュールと一体化したプロセッサによって実行されるプロセスステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図１１Ｂ】回転子が回転するにつれて電動機回転子の位置を表わすデジタル信号を生成するために、器具の制御モジュールと一体化したプロセッサによって実行されるプロセスステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図１１Ｃ】回転子が回転するにつれて電動機回転子の位置を表わすデジタル信号を生成するために、器具の制御モジュールと一体化したプロセッサによって実行されるプロセスステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図１１Ｄ】回転子が回転するにつれて電動機回転子の位置を表わすデジタル信号を生成するために、器具の制御モジュールと一体化したプロセッサによって実行されるプロセスステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図１２】制御モジュールプロセッサと一体化した永久メモリに格納されたデータの一部を示す。
【図１３】制御モジュールプロセッサと一体化したランダムアクセスメモリに格納されたデータの一部を示す。
【図１４】電動機回転子の位置を監視する１次センサによって生成された出力信号の代替的波形のプロットである。
【図１５】電動機のセンサ出力信号が比較される信号遷移レベルを更新するために実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図１６】器具の可変構成および遠隔制御を容易にする本発明の器具内部の構成部品のブロック図である。
【図１７】器具を外部から構成および制御するために使用される器具外部の構成部品を示す系統図である。
【図１８】本発明の器具がコード接続型パワーパックを介してどのようにハンドピース制御コンソールとデータおよび命令を交換するかの略図である。
【図１９】器具が外科医の選好に従って構成される本発明の統合器具システムによって実行されるステップのフローチャートである。
【図２０Ａ】器具が装着されたアクセサリの特性に基づいて構成され、これらの特性に基づいて動作するときに、器具システムによって実行されるステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図２０Ｂ】器具が装着されたアクセサリの特性に基づいて構成され、これらの特性に基づいて動作するときに、器具システムによって実行されるステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図２１】器具構成部品が異例の動作状態に入ったときに、器具の動作を警告し保全するために本発明の統合器具システムによって実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図２２】処置が実行されている手術部位での適用を超える器具アタッチメントの適用を阻止するために統合器具によって実行されるプロセスステップのフローチャートである。
【図２３】本発明の統合システムが、図示する治具のような運動学的機械の位置決めを容易にするためにどのように使用されるかを示す。
【図２４Ａ】外科用インプラントまたは他の外科用装置を配置するためにシステムによって実行されるプロセスステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図２４Ｂ】外科用インプラントまたは他の外科用装置を配置するためにシステムによって実行されるプロセスステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図２５】整形外科用セメントを予め定められた時間量だけ混合し、セメントの粘度を監視するために、本発明の外科用器具がどのように使用されるかの斜視図である。
【図２６Ａ】セメントが適切な時間量だけ混合されることを確実にし、かつセメントの粘度を監視するために、本発明の外科用器具システムによって実行されるプロセスステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図２６Ｂ】セメントが適切な時間量だけ混合されることを確実にし、かつセメントの粘度を監視するために、本発明の外科用器具システムによって実行されるプロセスステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図２６Ｃ】セメントが適切な時間量だけ混合されることを確実にし、かつセメントの粘度を監視するために、本発明の外科用器具システムによって実行されるプロセスステップのフローチャートを集合的に形成する。
【図２７】混合されるセメントを形成する成分の特性に関するデータがどのようにシステムに供給されるかの斜視図である。
【図２８】外科用セメントを含むパケットと一体化したデータ格納装置に格納されたデータ型の幾つかを示す。
【図２９】外科用セメントを硬化させるために使用されるモノマを貯蔵する容器と一体化したデータ格納装置に格納されたデータ型の幾つかを示す。
【図３０】外科用インプラントと一体化したデータ格納装置に格納されたデータ型の幾つかを示す。
【図３１】本発明のシステムが外科用セメントを混合するために使用されるときに引き出される電流の経時的変化のプロットである。
【図３２】本発明の外科用器具の代替的器具ハウジングの側面図である。
【図３３】図３２の線３３−３３から見たときのハウジングヘッドの近位端の底面の平面図である。
【図３４】器具制御プロセッサと補助ユニットとの間で信号がどのように交換されるか、および器具に接続された電池から電力がどのように選択的に補助ユニットに供給されるかを示す、代替的器具内部の電気的構成部品の部分略図である。
【図３５】器具の発電ユニットによって放射されるエネルギを遠隔配置された制御モジュール内のセンサに伝達するための導管として、磁束管がどのように働くかの略図である。
【図３６】器具作動部材の変位の関数として非線形的にＵＳＥＲ＿ＳＰＥＥＤ信号を変動させるように、器具の制御プロセッサをどのようにプログラムすることができるかのグラフ表現である。
【図３７】単一のセンサで始動時に回転子の位置を判定するために、本発明の器具のベース仮定アルゴリズムの一部として実行されるステップのフローチャートである。
【図３８】２極回転子の状態を監視するセンサによって生成された信号の波形であり、プロット点はベース仮定アルゴリズムの実行中に得られた測定値を示すために使用されている。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（３２）と、
ハウジング内に配置された発電ユニット（３４）と、
ハウジングから延び、外科的または医療作業を実行するために発電ユニットに接続され、該発電ユニットによって作動するアタッチメント（４１）と、
少なくとも１つの構造部材（９２、９４、９６、９８）から形成されたシェルと、発電ユニットの状態を表わす信号を受け取り、発電ユニットの状態に基づいて発電ユニットを選択的に作動させる、シェル内の制御回路（１７０、１７２）とを有する、ハウジング内に配置された制御モジュール（４０）と
を含んでなる電動外科用器具（３０）であって、
発電ユニットが発電ユニットの状態を表わす信号を放射し、
制御モジュールシェル構造部材（９４）の少なくとも１つが、発電ユニットによって放射される信号をシェルに伝えることを可能にする材料から形成され、
発電ユニットが放射する信号を監視するための少なくとも１つの第１センサ（７４、７６）が制御モジュールシェル内に配置され、監視されている信号に基づいて、第２センサが発電ユニットの状態を表わす信号を制御回路に生成するようにされることを特徴とする電動外科用器具。
【請求項２】
発電ユニット（３４）が回転子（７８）を有する電動機であり、
前記少なくとも１つの第１センサ（７４、７６）が電動機回転子の回転位置を監視するようにされている、請求項１に記載の電動外科用器具。
【請求項３】
前記発電ユニットが発電ユニットの状態に応じて可変磁気信号を出力し、
ハウジング構造部材（９４）が、磁界を伝えることができる材料によって形成され、
前記少なくとも１つの第１センサが、発電ユニットによって出力される磁界に応答する磁界センサ（７４）である、請求項１または２に記載の電動外科用器具。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第１センサが、発電ユニットの作動状態を集合的に示す信号を生成する第１感知ユニット（７４）および第２感知ユニット（７６）を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の電動外科用器具。
【請求項５】
作動可能な制御部材（４６、４７）が、ハウジングに可動に取り付けられ、前記制御部材がシェルを介して伝わる可変の信号を制御部材の作動に応じて放射するものであり、
第２センサ（６６、７０）が、シェルによって放射される信号を監視するためにシェルに配置され、監視された信号に応答して可変の第２センサ信号を生成するようにされており、
制御回路（１７０、１７２）が、第２センサ信号を受信し、第２センサ信号に基づいて発電ユニットを選択的に作動させるようにさらにされている、請求項１〜４のいずれかに記載の電動外科用器具。
【請求項６】
前記少なくとも１つの第１センサ、前記第２センサ、および制御回路、および第２センサが制御モジュールシェル内に気密密閉される、請求項１〜４のいずれかに記載の電動外科用器具。
【請求項７】
アタッチメント（４１）をハウジング（３２）に解放可能に保持し、発電ユニット（３４）にアタッチメントを接続するための結合アセンブリ（３９）をさらに含む請求項１〜６のいずれかに記載の電動外科用器具。
【請求項８】
シェルを形成する少なくとも１つの構造部材（９４、９６、９８、１０２、および１０４）と、
シェルの外部の発電機（３４）を調整するためにシェル内に配置され、発電機の状態を表わす信号を受け取り、発電機の作動を調整する信号を生成するようにされた制御回路（１７０、１７２）と
を含んでなる電動器具制御モジュール（４０）であって、
発電ユニットが発電ユニットの状態に応じて信号を放射し、
構造部材の少なくとも１つが、発電ユニットによって放射される信号を伝えることを可能にする材料から形成され、
少なくとも１つの第１センサ（７４、７６）が、発電ユニットによって放射され構造部材を通して伝わる信号を監視するためにハウジングに配置され、前記少なくとも１つの第１センサが、発電ユニットからの検知信号に基づいて、発電機の状態を表わす少なくとも１つの第２センサの信号を制御回路に生成するようにされていることを特徴とする電動器具制御モジュール。
【請求項９】
制御モジュールによって調整するようにされた電動器具が、回転子（７８）を有する電動機であり、回転子がハウジング構造部材を通して信号を発し、
前記少なくとも１つの第１センサ（７４、７６）が、回転子が発した信号に基づいて回転子の回転位置を監視する、請求項８に記載の電動器具制御モジュール。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの第１センサ（７４、７６）が前記少なくとも１つの第１センサ信号をアナログ信号として出力する、請求項１、８、または９に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの第１センサ（７４）が、前記センサによって監視される信号に応じて反復している循環信号を出力し、
前記制御回路が、
少なくとも１つの第１センサ信号について、信号サイクルのどの部分に信号があるかを判定し、
少なくとも１つの第１センサ信号がある信号サイクルの部分に基づいて、発電機を選択的に作動させる、ようにさらになされている、請求項８〜１０のいずれかに記載の電動器具制御モジュール。
【請求項１２】
前記制御回路が、少なくとも１つの第２センサ信号に基づいて、少なくとも１つの第２センサ信号が信号サイクルの第１部分にあるか、それとも第１部分と対称な信号サイクルの第２部分にあるかを、発電ユニットの初期作動後に最初に判定する、請求項１１に記載の電動器具制御モジュール。
【請求項１３】
前記第２センサが１次センサ（７４）および２次センサ（７６）を含み、各前記センサが別々の信号を生成し、
前記制御回路は、前記１次センサからの信号が信号サイクルのどの部分にあるかを判定するものであり、
１次センサからの信号が信号サイクルのどの部分にあるかの初期の判定が、１次センサからの信号および前記２次センサからの信号に基づいており、
該初期判定後における１次センサからの信号がどの部分にあるかの判定が、前記１次センサからの信号のみに基づいている、請求項１２に記載の電動器具制御モジュール。
【請求項１４】
前記制御回路が、第２センサ信号がある信号サイクルの部分の初期判定を行なうものであり、該判定が、
第２センサ信号が信号サイクルの第１部分にあるという仮定に基づいて発電ユニットを作動させ、
第２センサ信号の変化を監視し、
第２センサ信号の変化が第１方向である場合、第２センサ信号が信号サイクルの第１部分にあったという仮定に基づいて発電ユニットを作動させ続け、
第２センサ信号の変化が第２方向である場合、第２センサ信号が信号サイクルの第２部分にあったという仮定に基づいて発電ユニットを作動させる、
ことによるものである、請求項１２に記載の電動器具制御モジュール。
【請求項１５】
シェルの外部の作動部材によって放射される信号を監視するためにシェルの内部に配置された第２センサ（６６）をさらに含む、請求項８〜１３のいずれかに記載の電動器具制御モジュール。
【請求項１６】
ハウジング（３２）と、
ハウジング内に配置された発電ユニット（３４）と、
ハウジングから延び、外科的または医療作業を実行するために発電ユニットに接続され、該発電ユニットによって作動するアタッチメント（４１）と、
発電ユニットの作動を調整するためにハウジングに取り付けられ、制御信号を出力する作動可能な制御部材（４６、４７）と、
発電ユニットの作動に基づいて前記発電ユニットの作動を調整するために、前記ハウジング内に配置された電力調整器（１７２）と
を含んでなる電動外科用器具（３０）であって、
プログラム可能制御ユニット（１７０）が、前記制御信号を受信するために前記ハウジング内に配置されており、該プログラム可能制御ユニットは、制御信号をユーザ指定作動信号に対応付けするユーザプログラム命令を受信し、前記制御信号およびユーザプログラム命令の受信に基づいて可変作動信号を生成するようにされており、
前記電力調整器は、前記制御ユニットから作動信号を受信し、作動信号に基づいて発電ユニットの作動を調整するものであることを特徴とする電動外科用器具。
【請求項１７】
前記プログラム可能制御ユニットが、制御信号の受信に基づいてユーザプログラム動作レートを表わす可変作動信号を出力するようにされ、
前記電力調整器が、作動信号の受信に基づいて、ユーザプログラムされた動作レートによって前記発電ユニットが動作するように前記発電ユニットの作動を調整する、請求項１６に記載の電動外科用器具。
【請求項１８】
発電ユニット（３４）が可変速電動機であり、
前記プログラム可能制御ユニットが、ユーザプログラムされた速度を表わす可変作動信号を出力するようにされており、
電動機が該ユーザプログラム速度で動作するように、前記電力調整器が作動信号の受信に基づいて電動機の作動を調整するようにされている、請求項１６または１７に記載の電動外科用器具。
【請求項１９】
前記プログラム可能制御ユニットが、制御信号の受信に基づいてユーザプログラムされた電動機回転方向を表わす可変作動信号を出力するようにされ、
電力調整器が、作動信号の受信に基づいて、電動機が該ユーザプログラムの方向に回転するように電動機の作動を調整する、請求項１８に記載の電動外科用器具。
【請求項２０】
発電ユニットの作動を調整するための命令を含むワイヤレス信号を受信するために前記ハウジングに取り付けられ、前記受信がワイヤレス信号の受信に応答して命令信号を生成するようにされた受信器をさらに含み、
前記プログラム可能制御ユニットが命令信号を受信するために前記受信器に接続され、命令信号の受信に応答して、電力調整器に発電ユニットの作動を変更させる作動信号を電力調整器に生成するようにされている、請求項１６〜１９のいずれかに記載の電動外科用器具。
【請求項２１】
アタッチメントをハウジングに解放可能に保持し、アタッチメントを発電ユニットに取り付けるための結合アセンブリ（３９）をさらに含む、請求項１６〜２０のいずれかに記載の電動外科用器具。
【請求項２２】
発電ユニットを付勢するために前記ハウジングに取り付けられた電池（４２）をさらに含む請求項１６〜２１のいずれかに記載の電動外科用器具。
【請求項２３】
ハウジング（３２）と、
外科的または医療作業を実行するためにハウジングから延びるアタッチメント（４１）と、
ハウジング内に配置され、アタッチメントを作動させるためにアタッチメントに接続された発電ユニット（３４）と、
発電ユニットを付勢するためにハウジングに取り付けられた電池（４２）と
を備える電動外科用器具（３０）であって、
電池からの電力を前記ハウジングに取り付けられた補助電力消費ユニットに選択的に印加するためにスイッチが前記ハウジング内に配置され、
ハウジングに取り付けられた該補助電力消費ユニットからデータを読み出すために、制御回路（１７２）がハウジング内に配置され、該制御回路が、該補助電力消費ユニットから読み出されたデータに基づいて前記スイッチを選択的に作動させることを特徴とする電動外科用器具。
【請求項２４】
電動器具を調整するための制御アセンブリ（４０）であって、
制御モジュールが、
少なくとも１つの構造部材（９２、９４、９６、９８）から形成されたシェルと、
前記ハウジング内で構造部材の１つの背後に配置され、構造部材の前に生成される磁界に反応するセンサが、検知した磁界に応答してセンサ信号を生成するようにされたセンサ（６６、７０）と、
電動器具を調整するために前記ハウジング内に配置され、センサ信号を受信し、センサ信号に応答して電動器具を選択的に作動させるようにされた回路（１７０、１７２）と
を備える制御アセンブリにおいて、
センサの前の構造部材（９２）が、
透磁性材料から形成され、少なくとも部分的にセンサが占める空間を画定する開口（１０７）を有する本体と、
透磁性材料から形成され、本体開口内に前記本体から間隔を置いて配置されるコア（１０８）と、
非磁性材料から形成され、前記本体開口内に配置され、前記本体から前記コアまで延びる、フレーム（１０６）と
を含むことを特徴とする制御アセンブリ。
【請求項２５】
前記コア（１０８）または前記フレーム（１０６）の少なくとも一方が円形断面プロフィールを有している、請求項２４に記載の制御アセンブリ。
【請求項２６】
前記ハウジングが気密密閉される、請求項２４または２５に記載の制御アセンブリ。
【請求項２７】
混合されるセメントを形成するいくつかの成分を、混合ブレードを有する容器（７９８、８２１）に入れるステップと、
電動器具によって混合ブレード（８４４）を動かして該成分を一緒に混合するステップと
を含んでなる医用または外科用セメントの混合方法であって、
前記混合ブレードの作動中に、電動器具（８４６）によって出力される電力を監視し、
電動器具によって出力された電力に基づいて、セメント混合物（８４８、８６０、８６６）の状態を判定することを特徴とする方法。
【請求項２８】
セメント混合物の状態の前記判定に基づいて、セメント混合物の状態を示すデータを表示するステップをさらに含む、請求項２８に記載の医用または外科用セメントの混合方法。
【請求項２９】
混合器（８６２）を作動させるために電動器具が作動する時間を監視するステップをさらに含み、
セメント混合物の状態の前記判定が、電動器具によって出力される電力、および電動器具が作動する時間（８８２）の両方に基づいている、請求項２７または２８に記載の医用または外科用セメントの混合方法。
【請求項３０】
電動器具（３０）が電気的に作動する器具であり、
電動器具によって出力される電力を監視する前記ステップが、電動器具によって引き出される電流を監視することによって実行される、請求項２７〜２９のいずれかに記載の医用または外科用セメントの混合方法。
【請求項３１】
ベース（６５６）およびベースに対して可動であるヘッド（６５０）を有し、ベースに対して移動可能である少なくとも１つのリンク（６５８）がヘッドをベースに対して選択的に位置付けるようにされている運動学的機械（６４８）と、
運動学的機械ヘッド（７０２）の位置を追跡するための外科用ナビゲーションシステム（５３８、５４０、６９２）と
を含んでなる治療的または外科的処置を実行するための運動学的アセンブリであって、
駆動器具（３０）は、少なくとも１つのリンクに着脱可能に取付け可能であり、該リンクによって駆動ヘッドが選択的に位置付けされるように該リンクを移動させるものであり、
前記外科用ナビゲーションユニットは、運動学的機械ヘッドが選択位置（７０６）にあると前記外科用ナビゲーションユニットが判定したときに前記外科用ナビゲーションユニットが駆動器具（７０８）の作動を阻止するように、前記駆動器具の作動を調整するために前記駆動器具に接続されることを特徴とする運動学的アセンブリ。
【請求項３２】
前記駆動器具が電動機（３４）を含み、
前記外科用ナビゲーションユニットが、電動機の作動を阻止することによって前記駆動器具の作動を阻止するようにされた、請求項３１に記載の運動学的アセンブリ。
【請求項３３】
前記外科用ナビゲーションユニットが、運動学的機械ヘッドの位置に基づいて、駆動ユニットの電動機の速度を調整するようにさらにされた、請求項３１に記載の運動学的アセンブリ。
【請求項３４】
前記運動学的機械がドリル治具である、請求項３１〜３３のいずれかに記載の運動学的アセンブリ。
【請求項３５】
前記運動学的機械が骨固定器である、請求項３１〜３３のいずれかに記載の運動学的アセンブリ。
【請求項３６】
ハウジングと、
ハウジング内に配置された発電ユニットと、
ハウジングから延び、外科的または医療作業を実行するために発電ユニットに接続され、該発電ユニットによって作動するアタッチメント（４１）と、
発電ユニットを付勢するためにハウジングに取り付けられた電池（４２）と、
発電ユニットを作動させるための制御部材と、
発電ユニットを作動させるために電池から発電ユニットに電荷を選択的に印加するために制御部材に応答する制御回路であって、電池によって付勢される制御回路と
を備えてなる電動外科用器具にであって、
制御回路は、制御部材が作動するときに低電力消費モードで動作し、制御部材が作動するときを監視し、制御部材が作動するときに高電力消費モードで動作するようにされることを特徴とする電動外科用器具。
【請求項３７】
制御回路が、制御部材が作動するときを監視するための第１センサであって、第１センサからの信号が制御回路を高電力消費モードにするトリガ信号として使用される、第１センサと、発電ユニットの作動の基礎になるセンサ信号を生成する第２センサとを有する、請求項３６に記載の外科用器具。

【図１】

【図１Ａ】

【図２Ａ】

【図２Ｂ】

【図３Ａ】

【図３Ｂ】

【図３Ｃ】

【図３Ｄ】

【図４Ａ】

【図４Ｂ】

【図５】

【図６】

【図６Ａ】

【図６Ｂ】

【図６Ｃ】

【図６Ｄ】

【図６Ｅ】

【図７】

【図８Ａ】

【図８Ｂ】

【図８Ｃ】

【図８Ｄ】

【図９】

【図１０】

【図１１Ａ】

【図１１Ｂ】

【図１１Ｃ】

【図１１Ｄ】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０Ａ】

【図２０Ｂ】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４Ａ】

【図２４Ｂ】

【図２５】

【図２６Ａ】

【図２６Ｂ】

【図２６Ｃ】

【図２７】

【図２８】

【図２９】

【図３０】

【図３１】

【図３２】

【図３３】

【図３４】

【図３５】

【図３６】

【図３７】

【図３８】

【公表番号】特表２００８−５４６５０３（Ｐ２００８−５４６５０３Ａ）
【公表日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１９３９８（Ｐ２００８−５１９３９８）
【出願日】平成１８年６月２１日（２００６．６．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０２４１２０
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００２１８０
【国際公開日】平成１９年１月４日（２００７．１．４）
【出願人】（５０６４１００６２）ストライカー・コーポレイション (36)
【Ｆターム（参考）】