KR101406657B1 - 모터를 구비한 수술 핸드피스 및 모터 로터 위치의 인덕턴스 감지된 판정에 의거하여 핸드피스 모터를 조절하는 컨트롤러 - Google Patents

Abstract

수술 도구 시스템은 복수의 전동 수술 핸드피스를 포함한다. 핸드피스는 하나의 제어 콘솔에 제거 가능하게 연결된다. 제어 콘솔은 전원장치을 가진다. 제어 콘솔 내부의 제어기는 복수의 핸드피스에 전력을 동시에 공급한다. 핸드피스가 총괄적으로 전원장치가 공급할 수 있는 것보다 많은 전력을 인출하는 경우에는, 제어 콘솔이 핸드피스 중 하나로의 전력 인가를 임시로 정지시킨다.

Description

모터를 구비한 수술 핸드피스 및 모터 로터 위치의 인덕턴스 감지된 판정에 의거하여 핸드피스 모터를 조절하는 컨트롤러{MOTORIZED SURGICAL HANDPIECE AND CONTROLLER FOR REGULATING THE HANDPIECE MOTOR BASED ON THE INDUCTIVELY SENSED DETERMINATION OF MOTOR ROTOR POSITION}

본 발명은 일반적으로 수술 도구에 전력을 공급하는 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 상이한 전력이 요구되는 수술 도구들에 동시에 전력을 공급하는 시스템에 관한 것이다.

현대의 수술에서, 전동 수술 도구는 의료진이 임의의 수술 절차를 수행하는데 이용 가능한 가장 중요한 기계들 중 일부이다. 많은 수술 도구들은 드릴 비트, 버 또는 소 블레이드와 같은 컷팅 액세서리가 부착된 일부 타입의 모터 구동 핸드피스의 형태를 취한다. 이 도구들은 하드 또는 소프트 조직의 작은 부분을 선택적으로 제거하거나 조직 부분을 분리하기 위해 사용된다. 환자에게 전동 수술 도구를 사용할 수 있다는 것은 환자에 대해 수술 절차를 수행할 때 의사 및 그 밖의 인원의 육체적 긴장을 줄였다. 또한, 대부분의 수술 절차가 전동 수술 도구를 사용하여 이전의 수동 수술 도구를 사용하는 것보다 좀더 빠르고 정확하게 수행될 수 있었다.

전형적인 전동 수술 도구 시스템은, 핸드피스에 부가하여, 제어 콘솔 및 핸드피스를 콘솔에 연결하는 케이블을 포함한다. 제어 콘솔은 핸드피스에 통합된 모 터에 전력을 공급하는데 적당한 통전 전압으로 상용 라인 전압을 변환시키는 전자회로를 포함한다. 통상적으로, 제어 콘솔은 도구를 제어하는데 사용되는 핸드 또는 풋 스위치로부터의 신호를 수신하기 위해 연결되고; 그 신호에 의거하여, 콘솔은 적절한 통전 신호를 핸드피스에 전송하여 원하는 속도로 작동시킨다.

전동 수술 도구의 사용이 확대됨에 따라, 상이한 수술 임무를 수행하는 상이한 타입의 전동 수술 도구들이 개발되었다. 예를 들어, 힙 대체 수술(hip replacement surgery)에 사용되는, 대퇴부 리머(femoral reamer)는 대략 100 RPM에서 작동하는 상대적으로 느린 속도의 드릴이지만, 상대적으로 많은 양의 전력, 대략 400와트를 인출한다. 신경외과는 대략 75000 RPM에서 작동하고 중간량의 전력, 대략 150와트를 필요로 하는 고전동 드릴인 개두기(craniotome)를 사용할 필요가 있다. 귀, 코 및 목 수술에서는, 가끔 마이크로 드릴이 채용된다. 전형적인 마이크로 드릴은 대략 10000 및 40000 RPM 사이에서 회전하고 상대적으로 소량의 전력, 대략 40와트만을 필요로 한다.

상이한 타입의 전동 수술 도구의 수가 증가함에 따라 각 타입의 핸드피스에 적절한 통전 신호를 안전하게 수신할 수 있도록 하는 메커니즘을 제공할 필요가 있게 되었다. 이러한 문제점에 대한 종래의 해결책은 각 핸드피스에 자체 전력 콘솔을 제공하는 것이었다. 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 이러한 해결책은, 주어진 수술 절차를 수행하기 위해 특정 세트의 도구들이 필요한 경우에, 병원들 및 그 밖의 수술 설비가 많은 수의 상이한 콘솔을 사용 가능하게 유지할 필요가 있다는 점에서 비용이 많이 든다. 또한, 주어진 수술 절차를 수행하기 위해 많은 상이한 수술 도 구들이 필요한 경우에, 상이한 핸드피스에 의해 요구되는 개별 콘솔을 수술실(operating suite)에 제공할 필요가 있다. 이들 상이한 콘솔을 제공하는 것은 수술실을 어지럽게 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 상이한 핸드피스들에 전력을 공급하는 콘솔을 설계하는 시도가 이루어졌다. 이 콘솔들은 만족스럽게 달성되었지만, 이들은 그들 자체의 문제점이 있다. 이 콘솔들 대부분은, 이들이 연결되는 도구에 원하는 통전 신호를 확실히 제공하기 위해, 의료진이 수동으로 그들의 내부의 전자 부품을 미리 조절해야만 한다. 또한, 피할 수 없는 사람의 에러라는 요소가 주어지고, 일단 새로운 도구에 대해 구성되면 콘솔이 실제로 적절히 구성되는 것을 보증하기 위해 소요되는 시간이 필요하다. 의료진이 이러한 임무들을 수행하도록 요구함으로써 의료진이 환자의 요구에 관심을 기울일 시간을 제거한다.

2000년 1월 25일자로 발행된, 출원인의 양수인의 미국특허번호 6,017,354인 "INTEGRATED SYSTEM FOR POWERED SURGICAL TOOLS"의 내용이 여기에 참조문헌으로서 명시적으로 기재되어 있는데, 상기 시스템은 상이한 전력을 요구하는 수술 핸드피스가 사용될 때 수술실 내로 상이한 제어 콘솔들을 가져올 필요성을 분명히 제거한다. 상기 개시된 시스템에서, 각 핸드피스는 NOVRAM을 포함한다. NOVRAM은 핸드피스의 에너지 생산 부품의 전력 필요성를 식별하는 데이터를 저장한다. 상기 시스템은 핸드피스에 인가되는 통전 신호를 공급하는 통전 회로와 프로세서를 구비한 제어 콘솔을 포함한다. 통전회로가 핸드피스에 공급하는 통전 신호의 타입은 프로세서에 의해 전송된 명령 신호의 기능에 따라 변한다. 핸드피스를 제어 콘솔에 연결 시, 핸드피스 NOVRAM의 데이터가 판독된다. 그 다음 이들 데이터가 프로세서에 의해 사용되어 통전회로에 의해 통전 신호의 출력을 조정함으로써, 핸드피스에 적절한 통전 신호가 공급된다.

그럼에도 불구하고 종래 기술의 시스템의 또 다른 특징은 복수의 핸드피스를 제어 콘솔에 동시에 연결하는 것이 가능하다는 것이다. 프로세서는 각 연결된 핸드피스에 대한 통전 신호를 설명하는 데이터를 동시에 저장한다.

그래서, 종래 기술의 시스템은, 많은 수술 절차에 대해, 오로지 사용되는 핸드피스가 상이한 전력을 필요로 하기 때문에, 복수의 제어 콘솔을 수술실에 제공할 필요성을 본질적으로 제거했다. 또한, 상기 시스템은 먼저 제 1 핸드피스를 제거한 다음 제 2 핸드피스를 설치해야만 하지 않고도 콘솔이 상이한 핸드피스를 연속적으로 통전시키기 위해 사용될 수 있도록 설계된다.

명확히, 종래 기술의 시스템은 수술실에 비용 및 시간 효율성을 제공하였다. 그러나, 이러한 시스템은 주어진 순간에 하나의 핸드피스에 전력을 공급할 수만 있다. 효율성 또는 필요성을 위해 수술 절차 동안 복수의 핸드피스를 동시에 구동시키는 것이 바람직한 경우가 있다. 예를 들어, 때때로 한 외과의가 환자의 한 부분으로부터 조직을 채취하고 그동안 다른 외과의가 상기 조직의 삽입을 위해 환자의 몸의 다른 부분을 준비시킨다. 현재 시스템은 이들 개별적인 절차를 수행하는데 사용되는 2개의 개별적인 수술 핸드피스에 동력을 동시에 공급할 수 없다. 효율성을 위해서, 이들 절차를 동시에 수행하는 것이 중요하다면, 2개의 개별적인 제어 콘솔이 구비되어야만 한다.

또한, 많은 외과의들이 그들의 수술 도구 및 액세서리 인스트루먼트, 예를 들어, 관주 및 흡입 펌프(irrigation and suction pumps)를 제어하기 위해 풋스위치를 사용한다. 하나의 풋스위치 어셈블리에, 다수의 상이한 기능을 제어하기 위한 다수의 상이한 풋스위치들을 제공하는 것이 보통이다. 예를 들어, 하나의 풋스위치 어셈블리는 핸드피스 모터의 온/오프 상태, 핸드피스 모터의 속도, 핸드피스 모터의 전/후/오실레이팅 방향, 및 관주액(irrigation fluid)가 공급되는지 여부를 제어하기 위한 개별 풋스위치를 가질 수 있다.

모터가 달린 수술 핸드피스를 구동하기 위한 주지의 시스템과 연관된 또 다른 제한은 모터가 낮은 RPM으로 작동하고 있을 때 연관된 핸드피스를 제어하기 위한 그들의 능력에 관계가 있다. 이러한 문제점은 특히 브러시리스, 센스리스 DC 모터를 포함하는 핸드피스를 구동하기 위해 채용된 시스템에서 널리 퍼져 있다. 주지의 시스템은 모터의 여기되지 않은 권선에서 생산되는 BEMF 신호(back electromotive force voltage)를 모니터링함으로써 작동한다. 이 제어 기술과 연관된 제한은, 모터가 낮은 RPM으로 작동하고 있을 때, BEMF 신호가 가끔 너무 낮아서 불가능하지는 않지만 측정하기 어렵다는 것이다. 일단 이 신호가 검출될 수 없으면, 사용자가 더 이상 권선의 전류(commutation)를 조정할 수 없다는 것이다. 대신에, 로터를 초기 구동시키기 위해서 모터가 기동될 때 브루트 포스(brut force) 수단이 가끔 사용된다. 또, 이러한 전형적인 수단은 전개할 수 있는 토크량과 같은 모터 도달 한계의 결과로서 일단 모터가 정지하면, 보완적인 제어 콘솔이 다시 권선에 전류(commutation) 신호를 인가할 수 있기 전에, 외과의가 전체적으로 모터를 정지, 턴오프시켜야만 한다. 이것은 수술 절차의 원하지 않는 속도 저하를 초래한다.

본 발명은 새롭고 유용한 수술 도구 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 수술 도구 시스템은 제어 콘솔을 포함한다. 제어 콘솔의 내부에는 복수의 수술 핸드피스를 동시에 통전시킬 수 있는 모터 제어기가 있다. 제어 콘솔은 또한 디스플레이 제어기를 포함한다. 디스플레이 제어기는 시스템의 주 제어기로서 기능한다. 디스플레이 제어기는 콘솔의 제어기로서 역할한다. 디스플레이 제어기는 콘솔에 연결된 핸드피스의 NOVRAM의 데이터를 판독할 수 있다. 이 데이터, 콘솔에 의해 판독된 부가 데이터, 외부에서 생성된 명령 및 외과의가 입력한 명령에 의거하여, 메인 프로세서가 핸드피스를 구동시키도록 모터 제어기를 지시한다.

본 발명은 청구항들에 상세히 지적된다. 본 발명의 상기한 그리고 또 다른 특징들은 첨부된 도면과 연관하여 이루어진 다음의 설명을 참조로 좀더 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명의 시스템의 기본 부품들을 도시한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 시스템의 제어 콘솔 내부의 주요 부품들의 블록도를 총괄적으로 형성한다.

도 3은 제어 콘솔의 전원장치 내부의 서브회로의 블록도이다.

도 4는 디스플레이 제어기 및 디스플레이 제어기 외부의 부품들의 블럭도이 다.

도 5는 예시적인 절차 선호 파일 내부에 포함된 기록을 도시한다.

도 6은 예시적인 마스터 사용자 디렉토리 내부에 포함된 기록을 도시한다.

도 7은 예시적인 선호 디렉토리 내부에 포함된 기록을 도시한다.

도 8은 능동의 선호 테이블 내부에 포함된 기록의 실시예이다.

도 9는 능동의 선호의 선택을 안내하기 위해 디스플레이 상에 제공된 이미지를 도시한다.

도 10은 풋스위치 할당 테이블 내부의 데이터 필드를 도시한 테이블이다.

도 11은 제어 콘솔에 결합된 핸드피스의 풋스위치 제어를 할당하기 위해 제어 콘솔에 의해 사용되는 기본적인 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 12는 제어 콘솔 디스플레이에 제공되는 기본적인 풋스위치 맵핑 이미지를 도시한 도면이다.

도 13은 제어 콘솔 디스플레이에 제공된 런타임 이미지의 부품들을 도시하는 도면이다.

도 14는 핸드피스가 이중 제어 모드에 위치될 때 제어 콘솔에 의해 수행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 15a 및 15b는, 함께 결합되었을 때, 모터 제어기의 주요 부품의 블록도를 형성한다.

도 16a, 16b 및 16c는, 함께 결합되었을 때, 모터 제어기의 H 브릿지의 블록 및 부분 개략도를 형성한다.

도 17은 핸드피스 모터의 스테이터 권선의 개략도이다.

도 18은 전원 전압을 모니터링하는데 사용되는 회로의 블록 및 부분 개략도이다.

도 19는 핸드피스 모터의 권선에서 만들어지는 BEMF 신호를 모니터링하는데 사용되는 회로의 블록 및 부분 개략도이다.

도 20은 핸드피스 모터에 의해 인출되는 전류를 모니터링하는데 사용되는 회로의 블록도이다.

도 21은 다수의 모니터링된 신호를 디지털 신호로 변환하는데 사용되는 회로의 블록도이다.

도 22는 모니터링된 전류 신호를 디지털 신호로 변환하는데 사용되는 회로의 블록도이다.

도 23은 모터 제어기의 모터 멀티플렉서를 위한 릴레이 어셈블리 중 하나의 블록 및 부분 개략도이다.

도 24는 전력 드라이버 할당 테이블에 포함된 기록을 도시한다.

도 25는 시스템이 모터의 인덕턴스 감지 모드일 때 핸드피스 모터의 측정된 전류를 도시하는 전류-시간 그래프이다.

도 26은 수술 핸드피스의 모터 로터 위치에 대한 측정된 전류의 관계의 그래프이다.

도 27은 본 발명의 시스템의 핸드피스 NOVRAM이 핸드피스 로터의 인덕턴스 신호 감지를 용이하게 하기 위해 이득과 옵셋 데이터를 어떻게 포함하는지를 도시 한다.

도 28은 인덕턴스 감지가 수행될 때 모터 로터 위치에 대한 측정된 로터 전류의 그래프이다.

도 29는 특정한 모터 극(pole) 상태로의 천이에 의거하여, 모터 로터가 위치이동된 것으로 간주되어야만 하는지 여부를 판정하기 위해 인덕턴스 감지 모드 동안에 모터 제어기에 의해 실행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 30은 특정 모터 상(phase)의 이득 및 옵셋 측정값이 다시 측정되어야만 하는지 여부를 판정하기 위해 인덕턴스 감지 모드 동안에 모터 제어기에 의해 실행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 31은 인덕턴스 감지모드에서 모터 로터 위치를 판정하기 위해 사용자의 d인터컴뮤테이션(inter-communtation) 위치 계산에 대한 시스템의 작동시 그리고 핸드피스 제조시 채용된 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 32a 및 32b는 핸드피스의 통전을 조정하기 위해 모터 제어의 하나의 필드 프로그래머블 게이트 어레이 및 모터 프로세서에 의해 실행되는 처리를 총괄하여 나타낸다.

도 33은 전원 제한 신호를 선택적으로 어서트(assert)하는 회로의 블록 및 부분 개략도이다.

도 34a는 BEMF 신호와 시간의 그래픽이고, 도 34b는 모터 로터 위치를 판정하기 위해 본 발명에 따라 BEMF 신호 어떻게 측정되는지를 도시한다.

도 35a 및 35b는, 함께 결합될 때, 핸드피스 인터페이스의 블록 및 부분 개 략도를 형성한다.

도 36은 선택적인 전원 공유를 수행하기 위해 전원 전류 제한 모듈에 의해 저장되는 일부 데이터 타입을 나타낸다.

도 37은 전력 공유를 수행하도록 구성되지 않을 수 있는 수술 핸드피스의 구동을 조정하기 위해 제어 콘솔에 의해 실행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 38은 코드 배터리(corded battery) 내부의 부품들의 개략도이다.

도 39a 및 39b는 트랜스포머와 같은 부품으로 어떻게 전력이 펄스(pulse)되는지의 타이밍도이다.

도 39c는 도 39a 및 39b의 펄스 열에 따라 통전될 때 트랜스포머를 통한 전류 흐름의 측정값의 파형도이다.

도 40은 통전 신호를 트랜스포머로의 인가하는 것을 조정하기 위해 NOVRAM 메모리에 저장된 데이터의 일부를 도시한다.

도 41은 핸드피스의 구동시 비정상적인 경우, 에러가 발생했다는 지시를 제어 콘솔이 수신할 때 제어 콘솔에 의해 실행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 42는 핸드피스가 오실레이팅 모드로 구동될 때 핸드피스 모터가 임의의 주어진 방향으로 구동하도록 작동되는 기간을 제어하기 위해서 실행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 43은 오실레이팅 모드로 구동될 때 모터가 일 방향인 회전수와 시간의 그래픽 표시이다.

도 44는 제로 속도에서 기동 직후, 본 발명의 콘솔에 의해 통전되는 핸드피 스가 어떻게 상대적으로 높은 양의 토크를 만들고, 상대적으로 많은 양의 전류를 인출하는지의 그래픽 표시이다.

도 45는 멀티플렉서 릴레이에 의해 성립된 연결을 설명하는 도면이다.

도 46은 멀티플렉서 릴레이가 스위칭되는 순서의 플로우챠트이다.

도 47a 및 47b는 모듈이 속도 상태의 함수로서 생성하는 가능한 출력 명령과 속도 제어 PID 모듈에 의해 분석된 상이한 속도 상태를 일반적으로 나타낸다.

도 48은 핸드피스 모터의 제동시, 어떻게 로터 속도가 동적으로 판정되는지의 플로우챠트이다.

도 49a 및 49b는 본 발명의 토크 맵 스케일링의 제 1 및 제 2 수단 각각의 그래픽 표시이다.

도 50은 제어 콘솔의 모터 드라이버 중 하나의 내부의 필드 프로그래머블 게이트 어레이 내부의 에러 검출 모듈의 입력과 출력의 블록도이다.

도 51은 인덕턴스 감지 자체 조정을 수행하기 위해 제어 콘솔에 의해 실행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 52는 본 발명의 시스템이 수술실에서 어떻게 다른 장치들과 연결될 수 있는지의 블록도이다.

도 53은 수술 핸드피스를 구동시키기 위해 무선장치가 채용될 때 제어 완전성을 유지하기 위해 제어 콘솔에 의해 실행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 54는 보완적인 핸드피스들이 현행인지에 대한 데이터를 확실히 저장하기 위해 제어 콘솔에 의해 실행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 55는 제어 콘솔과 통합된 메모리에 의해 유지되는 2개의 핸드피스 데이터 파일을 설명하는 도면이다.

도 56은 중복되는 핸드피스 데이터의 저장을 피하기 위해 제어 콘솔에 의해 실행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 57은 과도한 주변 RF 노이즈 때문에 핸드피스 분리라는 잘못된 판정을 피하기 위해 제어 콘솔에 의해 실행되는 처리 단계들의 플로우챠트이다.

도 58a 및 58b는 과도한 주변 RF 노이즈가 있는지 여부를 판정하기 위해 개별적인 처리에서의 제어 콘솔에 의해 모니터링되는 신호들 중 2개를 도시한다.

도 1, 2a 및 도 2b는 본 발명의 수술 도구 시스템(30)의 기본 특징을 도시한다. 시스템(30)은 제어 콘솔(32)을 포함한다. 제어 콘솔(32)은 하나 이상의 핸드피스(34)를 구동시키는데 사용된다. 도 1에서는, 하나의 핸드피스(34), 톱이 도시되었다. 도 2b를 참조로 알 수 있는 바와 같이, 제어 콘솔(32)에 3개의 핸드피스(34)를 동시에 연결하는 것이 가능하다. 본 발명의 도시된 버전에서는, 핸드피스(34) 내부에 모터(36)(팬텀 박스로서 도시됨) 및 기어 어셈블리(기어 어셈블리는 도시되지 않음)가 있다. 각 핸드피스(34)는 전형적으로 핸드피스에 제거가능하게 부착된 컷팅 액세서리(35)를 구동시킨다. 도 1에 도시된 핸드피스(34)에서, 컷팅 액세서리(35)는 핸드피스의 말단의 끝에 제거가능하게 부착된 소 블레이드(saw blade)이다. ("말단(distal)"은 외과의로부터 떨어져 환자를 향하는 것을 의미한다. "인접(proximal)"은 환자로부터 떨어져 외과의를 향하는 것을 의미한다) 도시된 핸드피 스(34)는 소 블레이드를 전후로 오실레이팅시키도록 설계된 기어 어셈블리를 가진다. 그 밖의 모터가 있는 핸드피스(34)에는 연관된 컷팅 액세서리를 회전 구동시키기 위해 다른 모터 및 기어 어셈블리가 제공될 수 있다. 또한 핸드피스(34)는 전형적으로 핸드피스에 컷팅 어셈블리(35)를 해제가능하게 유지하는, 도 1의 식별번호 33으로 표시된, 커플링 어셈블리를 가지는 것을 알 수 있다.

각 핸드피스(34)는 플렉시블 케이블(38)에 의해 제어 콘솔(32)에 제거가능하게 부착된다. 제어 콘솔은 복수의 소켓(40)을 가진다. 각 소켓(40)은 개별 케이블(38)을 수용할 수 있다. 이것은 복수의 핸드피스(34)가 제어 콘솔(32)에 동시에 연결될 수 있게 한다.

제어 콘솔(32)은 터치 스크린면을 가지는 디스플레이(42)를 구비한다. 디스플레이(42)에 이미지로서 제공된 버튼들을 누름으로써 시스템(30)의 부품을 조정하기 위한 명령들이 제어 콘솔에 입력된다. 또한 다른 제어 스위치들에 의해 제어 콘솔(16)로 명령들이 입력된다. 이 스위치들은 핸드피스(34)와 통합되어도 좋다. 또는, 이 스위치들은 제어 콘솔(32)에 부착된 풋스위치 어셈블리(44)의 일부인 개별 스위치일 수 있다. 도 1에서는, 케이블(46)에 의해 제어 콘솔(32)에 접속된 하나의 풋스위치 어셈블리(44)가 도시된다. 제어 콘솔(32)에는 2개의 케이블(46)을 수용하기 위한 2개의 소켓(48)이 제공된다. 이것은 도 2b에 도시된 바와 같이 2개의 풋스위치 어셈블리(44a, 44b)가 제어 콘솔(16)에 동시에 부착될 수 있게 한다.

펌프(50)가 또한 콘솔(32)에 부착된다. 펌프(50)는 제어 콘솔(32)에 제거가능하게 부착된 튜브 세트(52)를 포함한다. 튜브 세트(52)는 관주액(56)의 백(bag) 에서 핸드피스(34)에 부착된 관주 클립(58)으로의 유체 경로를 제공하는 배관(54)을 포함한다. 펌프(50)는 또한 제어 콘솔(324) 내부에 배치된 모터(60)(도 2b)를 포함한다.

도 2a 및 2b는, 함께 어셈블리될 때, 제어 콘솔(30) 내부의 주요 부품들을 도시한다. 이 부품들은 디스플레이 제어기(64)를 포함하다. 디스플레이 제어기(64)는 도 2a에 LCD(liquid crystal display)로서 표시된, 디스플레이(42)에 제공되는 이미지의 출력을 제어한다. 디스플레이 제어기(64)는 또한 제어 콘솔(32)의 전체 제어기로서 역할한다. 그래서, 디스플레이 제어기(64)는 콘솔(32)에 부착된 장비의 작동을 제어하기 위해 생성된 다양한 입력 신호를 수신하고, 콘솔 내부의 다른 부품들이 적절한 출력 신호를 생성하게 한다.

디스플레이 제어기(64)는 터치 스크린 신호 프로세서(66)에 연결된다. 터치 스크린 신호 프로세서(66)는 디스플레이(28) 위의 터치 스크린층의 눌러짐을 모니터링한다. 터치 스크린 프로세서(66)는 터치 스크린층의 일부가 눌러짐을 검출시 스크린의 어떤 부분이 눌러졌는지에 대해 디스플레이 제어기(64)에게 알려준다. 디스플레이 제어기(64)는 이 정보를 사용하여 디스플레이(42)에 제공된 어떤 버튼이 눌러졌는지를 판정한다.

디스플레이 제어기(64)는 또한 도 2a에 1394 인터페이스로서 표시된 네트워크 인터페이스(68)에 연결된다. 네트워크 인터페이스(68)는, 네트워크(도시하지 않음)에 의해, 수술 절차의 수행을 용이하게 하기 위해 사용되는 다른 장비를 갖는 시스템(30)에 대해 디스플레이 제어기(68)가 정보를 교환하는 장치로서 역할한다. 이러한 장비 중 하나는 수술 내비게이션 유닛일 수 있다. 제어 콘솔(32)이 이러한 타입의 부품에 연결될 때, 디스플레이 제어기(64)는 제어 콘솔에 연결되는 핸드피스(34, 34, 34)의 타입 및 각 핸드피스에 부착된 컷팅 액세서리의 구체적인 타입에 대해 수술 내비게이션 유닛에 알려준다. 수술 내비게이션 유닛은 상기 데이터를 사용하여 환자의 신체에서 핸드피스 및 컷팅 액세서리가 위치되는 장소를 디스플레이하는 정보를 생성한다.

또는, 제어 콘솔(30)은 음성 인식 수술 제어 헤드에 연결될 수 있다. 이러한 타입의 장치는 수술 장비의 작동을 지시하는 외과의의 음성 명령을 수신한다. 이러한 명령들의 실시예는 "셰이버 빠르게(Shaver, faster)" 및 "관주 온(Irrigation, on)"이 있다. 특정 음성 명령의 수신에 응답하여, 음성 인식 제어 헤드는 명령을 특정 지령 패킷으로 변환한다. 이 패킷은 네트워크 인터페이스(68)를 통해 디스플레이 제어기(64)로 전송된다.

디스플레이 제어기(64)와 네트워크 인터페이스(68)는 전용의 SPI 버스(69) 상에서 신호를 교환한다.

제어 콘솔(32)은 또한 3개의 핸드피스 인터페이스(70)를 포함한다. 각 핸드피스 인터페이스(70)는 소켓(40) 중 개별적인 하나를 통하고 있고 케이블(38)은 핸드피스(34) 중 개별적인 하나에 연결된다. 각 핸드피스 인터페이스(70)는 연관된 핸드피스(34) 내부의 부품과 신호를 교환한다.

핸드피스 인터페이스(70)와 신호를 교환하는 핸드피스(34) 내부의 부품들은 센서들이다. 예를 들어, 하나의 핸드피스는 핸드피스 내부의 모터(36)의 온도를 모 니터링하는 제 1 센서를 가질 수 있다. 동일한 핸드피스(34)가 핸드피스의 스위치 레버를 대치하는 기능으로서 아날로그 신호를 생성하는 제 2 센서를 가질 수 있다. 이러한 센서로부터의 출력신호는 핸드피스 모터(36)에 대해 외과의가 선택한 속도를 나타낸다. 또 다른 핸드피스는 핸드피스를 통한 관주 흐름을 조정하는 밸브의 개폐상태의 기능인 신호를 생성하는 센서를 가질 수 있다. 이값의 상태에 의거하여, 디스플레이 제어기(64)는 핸드피스(34)에 공급되는 관주액 속도를 증감시키기 위해 펌프(60)의 속도를 리셋할 수 있다.

핸드피스 인터페이스(70)는 또한 핸드피스(34) 내부의 부품들에 신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 핸드피스는 광, RF파 또는 음향신호를 방출하는 부품을 포함할 수 있다. 이 장치에 의해 방출된 신호는 수술 네비게이션 시스템에 의해 핸드피스의 위치를 추적하는데 사용된다. 이 부품을 구동시키는 통전 신호가 제어 콘솔(32)로부터 핸드피스 인터페이스(70)를 통해 전송된다.

제어 콘솔(32)은 2개의 풋스위치 인터페이스(74)를 포함한다. 각 풋스위치 인터페이스(74)는, 소켓(48)과 케이블(46) 중 개별적인 하나를 통해, 풋스위치 어셈블리(44) 중 개별적인 하나와 신호를 교환한다. 특히, 각 풋스위치(44)는 풋스위치 어셈블의 특정 패드의 눌러짐에 응답하여 신호를 생성하는 하나 이상의 압력 감지 센서를 포함한다. 각 풋스위치 인터페이스(74)는 인터페이스가 연결되는 풋스위치의 풋스위치 센서로부터 데이터를 판독한다.

핸드피스 인터페이스(70)와 풋인터페이스(74)는 공통의 제 1 UART 버스(76)에 의해 디스플레이 제어기에 연결된다.

제어 콘솔(32)은 또한 NOVRAM 인터페이스(78)를 포함한다. NOVRAM 인터페이스는 핸드피스(34)와 풋스위치 어셈블리(44) 내부의 메모리의 데이터를 판독한다. 구체적으로, 핸드피스 인터페이스와 신호를 교환하는 각 핸드피스(34) 내부에는 NOVRAM(72)이 존재한다. 각 NOVRAM(72)는 NOVRAM이 장착되는 핸드피스(34)의 작동을 특정하는 데이터를 포함한다. 이러한 데이터의 실시예에는 핸드피스 내부의 모터가 전개해야만 하는 최소 및 최대 속도, 모터가 주어진 속도에서 생산해야만 하는 최대 토크가 포함된다. 핸드피스 NOVRAM(72)은 또한 핸드피스(34)의 센서의 타입를 나타내는 데이터와 센서로부터 출력되는 신호의 처리를 용이하게 하는 데이터를 포함한다. 상기에서 참조된 미국특허번호 6,017,354는 여기에 참조문헌으로서 기재된 것으로 NOVRAM(72)에 저장된 데이터의 타입의 좀더 상세한 리스트를 제공한다.

도시되지는 않았지만, 각 핸드피스는 또한 EEPROM을 포함함을 알아야만 한다. NOVRAM 인터페이스(78)는 핸드피스 EEPROM으로부터 데이터를 판독하고 EEPROM에 데이터를 기록할 수 있다. 핸드피스 EEPROM에 기록된 데이터는 핸드피스(34)가 작동된 경과시간을 나타내는 데이터와 핸드피스의 작동시 검출되는 임의의 고장을 식별하는 데이터를 포함한다.

각 풋스위치 어셈블리(44)는 또한 NOVRAM(풋스위치 어셈블리 NOVRAM은 도시되지 않음)을 포함한다. 각 풋스위치 NOVRAM는 연관된 풋스위치 어셈블리(44)의 구성을 설명하는 데이터와, 어셈블리 내부의 센서들에 의해 생성되는 신호를 처리하는데 유용한 데이터를 포함한다.

펌프 제어기(80)는 또한 제어 콘솔(34)에 병합된다. 펌프 제어기(80)는, 디스플레이 제어기(64)로부터의 명령에 응답하여, 펌프 모터(60)의 온/오프 작동을 조정한다. 펌프 제어기(80)는 또한 펌프 모터(60)가 작동되는 속도를 조정하여 펌프(50)로부터 관주액이 방출되는 속도를 조정한다. 본 발명의 하나의 버전에서, 펌프 제어기(80)를 형성하는 회로를 구성하는 기본 부품은 미국, 캘리포니아, 산조세의 Atmel corporation으로부터 입수 가능한 ATmega8 마이크로제어기이다.

제어 콘솔(32)은 또한 RFID(radio frequency identification device) 인터페이스(82)를 가진다. RFID 인터페이스(32)는 제어 콘솔(32)에 연결된 임의의 RFID와 신호를 교환한다(RFID는 도시하지 않음). 각 RFID는 메모리와, 메모리에 데이터를 기록하거나 메모리로부터 데이터를 판독하는 것을 용이하게 하는 회로를 포함한다. 각 핸드피스(34)에 부착된 각 컷팅 액세서리(35)는 RFID를 가질 수 있다. 컷팅 액세서리(35)와 통합된 각 RFID는 컷팅 액세서리의 특성을 설명하는 데이터를 포함한다. 이 데이터는 컷팅 액세서리의 물리적 특성 및/또는 컷팅 액세서리가 구동되어야만 하는 속도 및 방향을 설명할 수 있다. 2002년 8월 8일 출원된, 본 출원인의 미국특허출원번호 10/214,937, "SURGICAL TOOL SYSTEM WITH COMPONENTS THAT PREFORM INDUCTIVE SIGNAL TRANSFER"는 여기에 참조문헌으로 명기된 것으로, 컷팅 액세서리(35)가 부착되는 핸드피스(34)의 구동을 조정하기 위해 컷팅 액세서리 RFID의 데이터가 어떻게 사용되는지에 대해 상세한 지령을 제공한다.

RFID는 또한 펌프(50)의 튜브 세트(52) 또는 펌핑되는 관주액을 보유하는 백(56)에 부착될 수 있다. 튜브 세트 RFID의 데이터는 튜브 세트(52)의 특성을 설명 한다. 백 RFID의 데이터는 백(56)의 내용물의 특성을 설명한다. 2004년 9월 28일 출원된, 본 출원인의 미국특허출원번호 10/952,410, "SURGICAL TOOL SYSTEM WITH INTEGRATED PUMP" 여기에 참조문헌으로서 명기된 것으로, 어떻게 튜브 세트(52)와 액체 백(56) 내의 RFID의 데이터가 펌프(50)의 작동을 조정하기 위해 사용되는지에 대한 상세한 설명을 제공한다.

RFID 인터페이스(82)는 컷팅 액세서리, 튜브 세트 및 액체 백 RFID에 데이터를 기록하거나 그로부터 데이터를 판독한다. 인덕턴스 신호 전송에 의해 RFID 인터페이스(82)와 각 RFID 사이에 신호가 전송된다. 튜브 세트(52)와 액체 백(56) RFID 사이의 신호 전송을 용이하게 하는 제어 콘솔(32)의 코일은 도시되지 않았다. 핸드피스에 부착된 컷팅 액세서리(35)와 제어 콘솔(32) 사이의 신호 교환을 용이하게 하는 핸드피스(34) 내부의 코일은 마찬가지로 도시되지 않았다. RFID 인터페이스(82)는 네덜란드 아인트호벤의 필립스 반도체로부터 입수 가능한 하나 이상의 SL RC400 I·CODE 리더기 중에서 구성된다.

NOVRAM 인터페이스(78), 펌프 제어기(80) 및 RFID 인터페이스(82)는 제 2 UART 버스(84) 상에서 디스플레이 제어기(64)로 데이터를 전송하고 디스플레이 제어기(64)로부터 지령을 수신한다.

제어 콘솔(32)은 또한 모터 제어기(86)를 포함한다. 모터 제어기(86)는 디스플레이 제어기(64)로부터의 지령에 의거하여 핸드피스(34) 내부의 전력소비장치 이외의 모터(36)로의 통전 신호를 생성하는 회로이다. 모터 제어기(86)는 소켓(40)과 케이블(38)을 통해 3개의 핸드피스에 동시에 연결된다. 모터 제어기(86)는 제 2 SPI 버스(88) 상에서 디스플레이 제어기(64)로부터 지령을 수신하고 데이터를 제공한다.

도 3을 참조로 알 수 있는 바와 같이, 또한 제어 콘솔 내부에는 전원장치(90)가 있다. 전원장치(90)는 AC/DC 변환기(82)를 포함한다. AC/DC 변환기(92)는 라인 신호를 40 VDC 신호로 변환한다. 이 40 VDC는 모터 제어기(86)에 의해 핸드피스(34)에 인가되는 신호이다. AC/DC 변환기로의 라인 전압의 신호 흐름은 싱글 풀 더블 스로우 스위치(single pull double throw switch)(94)에 의해 제어된다. 그래서 스위치(94)는 제어 콘솔(94)의 메인 온/오프 스위치로서 기능한다. AC/DC 변환기 내부에는 라인 신호를 필터링하는 일련의 초크와 라인 신호를 DC 전압으로 변환 및 필터링하는 브릿지 정류기가 있다. 출력신호의 전력 팩터 보정을 수행하기 위해, 텍사스 달라스의 텍사스 인스트루먼트로부터 입수 가능한 UCC38500 전력 매니저가 사용된다. 그 다음 부스팅된 DC 신호는, 380V에서, 스텝 다운 전송 변조된 펄스 파형이다. 트랜스포머로부터의 출력 신호가 정류 및 필터링되어 40 VDC 출력 신호를 생산한다. 도면의 복잡성을 줄이기 위해서, 필요하지 않다면, 전원장치(40)에 의해 만들어진 40 VDC 신호 및 그 밖의 출력 신호의 버스는 도시되지 않는다.

핸드피스(34)에 인가되는 것에 부가하여, 40 VDC는 전원장치(90)의 일부인 디지털 전원장치(96)에도 인가된다. 부품들이 도시되지 않은 전원장치(96)가 40 VDC 신호를 12 VDC, 7 VDC, 5 VDC, 3.3 VDC, 2.5 VDC, 1.8 VDC, 1.26 VDC 및 -5 VDC 신호로 변환한다. 7 VDC를 제외한 상기 모든 신호들은 제어 콘솔(32) 내부의 다른 부품들의 사용을 위해 버스 상에서 이용가능하게 만들어진다.

전원장치(96)에 의해 생산된 12 VDC, 7 VDC 및 -5 VDC 신호는 전원장치(90)의 일부인, 아날로그 전원장치(98)로 전송된다. 입력 신호에 의거하여, 전원장치(98)는 8 V, 5 V 및 -3.5 V 정밀도의 일정한 아날로그 신호를 생산한다. 변환기(98)에 의해 생산된 아날로그 신호는 제어 콘솔(32) 내부의 감지 회로에 의해 사용된다. 전원장치(98)는 또한 VREF 신호를 생산한다. 전형적으로 VREF 신호는 2.5볼트이다.

디스플레이 제어기(64)와 그 주변의 부품들을 도 4를 참조하여 설명한다. 디스플레이 제어기(64)는 임의의 적절한 마이크로프로세서이다. 하나의 가능한 마이크로프로세서는 캘리포니아 산타 클라라의 인텔사로부터의 GDPXA255A0C300 프로세서이다. SDRAM(102)과 플래시 메모리(104)는 모두 디스플레이 제어기(64)에 연결된다. SDRAM(102)은 디스플레이 제어기(64)의 런타임 동안 데이터와 작동 지령을 유지한다. 플래시 메모리(104)는 디스플레이 제어기(64)의 영구적인 작동 지령과 터치 스크린(66)의 측정 데이터를 저장하는 불휘발성 메모리이다. SDRAM(102)과 플래시 메모리(104)는 공통 버스(106)에 의해 디스플레이 제어기(64)에 연결된다.

폭넓게 인터페이스(108)로 언급되는 서브 회로 집합이 또한 디스플레이 제어기(64)에 연결된다. 인터페이스(108) 내부에는 제어 콘솔(32) 내의 다른 부품들 내부의 버스와 디스플레이 제어기(64) 사이의 신호 교환을 제어하는 각각의 서브 회로가 있다. 이들 서브회로는 2개의 SPI 버스(69, 88), UART 버스(76, 84) 상에서 신호 교환을 용이하게 하고 디스플레이(42) 및 터치 스크린 신호 프로세서(66)를 구비한 회로를 포함한다. 인터페이스(108)는 또한 제어 콘솔(32) 내부의 USB 버스 (110) 상에서 신호 교환을 용이하게 하는 회로를 포함한다.

디스플레이 제어기(64)와 일반적으로 버스(112)로 식별되는 도체들의 집합 상에서 인터페이스(108)를 형성하는 서브 회로 사이에 신호들이 교환된다. 디스플레이 제어기와 인터페이스(108)를 형성하는 개개의 서브회로 사이의 신호의 교환은 서브 회로 사이에서 비동기인 것이 인식되어야만 한다.

비록 도시되지 않았지만 다수의 부가 주변 장치들이 또한 디스플레이 제어기(64)에 연결됨을 알아야만 할 것이다. 이러한 부품들은 클록 신호를 디스플레이 제어기(64)에 제공하는 크리스탈을 포함한다. 안정한 전원 및 짧은 수명의 백업 전원을 디스플레이 제어기(64) 및 인터페이스(108)를 형성하는 서브 회로에 제공하는 회로가 있다.

본 발명의 시스템(10)이 구동하도록 초기 셋업되면, 디스플레이 제어기(64)는 핸드피스 NOVRAM(72), 풋스위치 어셈블리 NOVRAM, 및 컷팅 액세서리(35)와 펌프 튜브 세트(52) 내부의 RFID의 데이터를 판독한다. 이 데이터 및 수술진에 의해 입력된 임의의 부가 데이터에 의거하여, 시스템이 작동하도록 구성된다. 예를 들어, 임의의 부가적 지령이 없으면, 핸드피스 NOVRAM(72)과 핸드피스에 부착된 보완적인 컷팅 액세서리(35)의 RFID로부터 수신된 데이터에 의거하여, 디스플레이 콘솔(64)은 핸드피스에 대해 그 모터(36)가 작동해야 하는 속도 범위 그리고 바람직한 또는 고장 속도를 제정한다. 단일 속도로 작동하면 상기 후자의 속도는 모터의 초기 작동 속도이다. 디스플레이 제어기(64)는 또한 핸드피스와 컷팅 액세서리 콤비네이션을 식별하는 이미지가 디스플레이(42)에 제공되게 한다.

풋스위치 어셈블리 NOVRAM으로부터 판독된 데이터에 의거하여, 디스플레이 제어기(64)는 어셈블리 내부의 센서들에 의해 생성되는 아날로그 입력 신호에 어떤 수정 팩터가 제공될 필요가 있는지 판정한다. 펌프 튜브 세트(52) 내부의 RFID로부터의 데이터에 의거하여, 디스플레이 제어기(64)는 특정 유속로 관주액을 배출하기 위해 펌프 모터(62)가 구동해야만 하는 속도를 정한다.

일단 시스템(10)이 작동을 위해 구성되면, 외과의가 제어 콘솔(32)에 명령을 입력하여 다양한 부품들, 즉, 핸드피스(34)와 펌프(50)를 구동시킨다. 이들 명령은 풋스위치 어셈블리(44)의 페달을 누름으로써 또는 핸드피스(34)의 제어 버튼 또는 디스플레이(42)에 제공되는 제어 버튼을 누름으로써 입력될 수 있다. 또한 음성 인식 수술 제어 헤드를 가지고 네트워크 인터페이스(68)를 통해 음성 명령이 입력될 수 있다. 이들 명령에 의거하여, 디스플레이 제어기(64)는 특정 명령을 제어 콘솔 내부의 부품들로 전송한다. 우선, 이들 명령은 모터 제어기(86)로 전송되어 하나 이상의 핸드피스(34)를 구동시킨다. 일부 명령들은 펌프 제어기(80)로 전송되어 펌프 모터(60)를 구동시킨다.

디스플레이 제어기(64)와 연관된 플래시 메모리(104) 내부에 다수의 절차 선호 파일(116)이 있고, 그 중 하나를 도 5를 참조로 설명한다. 각 절차 선호 파일(116)은, 디폴트 셋팅의 대안으로서, 어떻게 시스템(10)의 하나 이상의 부품이 특정 수술 절차 동안에 작동하도록 설정되는 것인지를 나타낸다. 각 절차 선호 파일(116)은 하나 이상의 부품 선호 필드(118)를 포함한다. 각 선호 필드는 2개의 서브 필드를 포함한다(식별되지 않음). 제 1 서브 필드는 설정되는 부품을 식별하는 데 이터를 포함하고, 제 2 서브 필드는 어떻게 부품이 설정되는 것인지를 식별한다.

도시된 선호 파일(116)에서, 제 1 부품 선호 필드(118)는 바람직한 셋팅, 유니버설 드릴 핸드피스의 속도의 초기 셋팅이 핸드피스 NOVRAM(72)의 디폴트 셋팅과는 상이한 속도로 설정되는 것임을 나타내는 데이터를 포함한다. 제 2 부품 선호 필드(118)는 유니버설 드릴 핸드피스의 최대속도가 NOVRAM(72)에 의해 특정된 정격 최대 속도와는 상이한 속도로 설정되는 것임을 나타내는 데이터를 포함한다. (이 대안의 최대 속도는 정격 최대 속도보다 작다) 제 3 부품 선호 필드(118)는 핸드피스(34)가 구동될 때 펌프(50)가 구동되는지 여부를 나타내는 데이터를 포함한다. 펌프(50)가 구동되는 바람직한 유속에 관한 데이터는 제 4 부품 선호 필드(118)에 저장된다. 제 5 부품 선호 필드(118)는 각각의 풋스위치 페달이 핸드피스(34)와 펌프(50)의 작동을 제어하기 위해 맵핑되어야만 하는 것에 관한 데이터를 포함한다. 선호 파일(116)은 특정 절차를 위해, 특정 외과의를 위해, 그리고 특정 외과의에 의해 수행되는 특정 절차를 위해 설정할 수 있다. 특히, 도 6을 참조로 알 수 있는 바와 같이, 디스플레이 제어기(64)는 메모리에 마스터 유저 디렉토리(122)를 저장한다. 유저 디렉토리(122)는 그 각각이 특정 개별 외과의 또는 절차를 식별하는 데이터를 포함하는 다수의 유저 필드(124)를 포함한다. 도 6의 첫 번째 2개 및 제 5 유저 필드(124)는 특정 외과의를 식별한다. 제 3 및 제 4 유저 필드(124)는 특정 절차를 식별한다.

각 유저 필드(124)는 도 7을 참조로 설명된, 특정 선호 디렉토리(126)에 링크된다. 도시된 선호 디렉토리(126)는 특정 의사를 위한 것이다. 선호 디렉토리 (126) 내부에는 이 의사가 어떤 기계를 선호하는 절차를 식별하는 선호 필드(128)가 있다. 그래서 각 선호 필드는 의사가 선호하는 절차를 식별하는 데이터와 그 절차의 특정 선호 파일(116)을 식별하는 데이터를 포함한다. 절차에 대한 선호 디렉토리(126)는 그 절차를 위해 각 외과의가 설정한 시스템을 식별한다. 그래서 디렉토리 내의 각 선호 필드(128)는 의사를 식별하고 절차를 위한 의사의 특정 선호 파일(116)에 대한 포인터를 포함한다.

본 발명의 디스플레이 제어기(64)는 또한 도 8을 참조로 설명된 능동 선호 테이블(130)을 유지한다. 능동 선호 테이블(130)은, 시스템 셋팅 선호가 개별 능동 선호 파일(132)에 저장된, 4개의 시스템 셋팅 선호의 기록을 포함한다. 각 능동 선호 파일(132)는 특정 능동 선호를 식별하고 특정 선호 파일(116)에 대한 포인터를 포함한다. 선택적인 능동 셋팅 선호가 필요한 기반으로서 설정될 수 있다.

시스템이 구동으로 설정될 때, 수술진은 상대적으로 쉽게 도 9를 참조로 설명할 디스플레이(42)의 능동 선호 이미지(136)에 접근할 수 있다. 능동 선호 이미지(136)는 테이블(130)에 저장된 능동 선호가 리스트된 4개의 바(138)를 포함한다. 또한 디폴트 바(140)가 제공된다. 그 다음 수술진이 특정 선호를 선택하기 위해 바(138, 140) 중 하나를 누를 수 있다. 동의(ACCPT) 버튼(142)를 누름으로써 동의의 확인이 수행된다. 일단 선택된 셋팅 선호가 확인되면, 디스플레이 제어기(64)는 선택된 선호의 파일(116)의 데이터에 따라 시스템을 설정한다.

또는, 디폴트 셋팅의 선택 및 확인은 디스플레이 제어기(64)가 핸드피스(34) 및 컷팅 액세서리(35)의 디폴트 셋팅에 의거하여 시스템을 설정하게 한다.

상기 선호를 선택하고 NEW PRIMARY 버튼(144)을 누름으로써 능동 선호 중 하나의 대체가 개시된다.

본 발명의 시스템(10)의 상기한 특징의 이점은, 일반적으로 사용되는 시스템 구성에 대해, 특정 선호 파일(118)에서 데이터를 검색하기 위해 긴 다단계 선택 처리를 행해야만 할 필요성을 제거한다는 것이다.

본 발명의 시스템(30)은 또한 풋스위치 어셈블리(44)가 제어 콘솔(32)에 연결된 핸드피스(34) 중 임의의 하나를 제어하는데 사용될 수 있도록 구성된다. 시스템(30)이 이러한 기능을 수행하기 위해서는, 디스플레이 제어기(64)가 도 10에 도시된 각 풋스위치 어셈블리(44)의 테이블(150)을 유지한다는 것을 알아야만 한다. 테이블의 개개의 필드(152)는 풋스위치 어셈블리와 통합된 페달 중 개별적인 하나에 할당된 제어 기능을 식별한다. 본 발명의 도시된 버전에서는, 풋스위치 어셈블리가 5개의 페달을 가진다. 따라서, 풋스위치 어셈블리의 테이블(150)은 5개의 페달 할당 필드(152)를 가진다. 디스플레이 제어기(64)는, 입력되어 확립된 디폴트 셋팅, 수동으로 입력된 선호 명령 또는 저장매체로부터 검색되는 개개의 외과의의 선호에 관한 데이터에 의거하여, 각 풋스위치 페달에 할당된 기능을 식별하는 데이터를 그 보완적인 할당 필드(152)에 기록한다.

보완적인 페달이 구동되었음을 나타내는 풋스위치 센서 중 하나로부터 신호가 수신되면, 풋스위치의 테이블(150)의 데이터를 참조하여, 디스플레이 제어기(64)가 시스템과 연결된 다른 부품의 적절한 상태 변화를 일으키는 적절한 명령을 생성한다.

디스플레이 제어기(64)는 또한 풋스위치 기능 테이블의 데이터를 업데이트하여 아래에 설명되는 바와 같이 풋스위치들 사이에서의 핸드피스의 제어 스위칭을 용이하게 한다.

특히, 디스플레이 제어기(64)는 핸드피스 케이블(38)이 각 소켓(40)에 연결되는지 여부와 풋스위치 케이블(46)이 각 소켓(48)에 연결되는지 여부를 모니터링한다. 케이블(38)이 소켓(40)에 연결되어 있으면 핸드피스(34)가 케이블(38)의 말단 끝에 연결된 것으로 추정된다. 각 풋스위치 어셈블리(44)는 케이블(46)에 통합적으로 부착된다. 따라서, 케이블(38)과 제어 콘솔의 연결은 자동적으로 풋스위치와 콘솔의 연결을 초래한다.

도 11의 플로우챠트에서 단계(156)로 표시된 바와 같이, 핸드피스(34)와 풋스위치(44)의 제어 콘솔(32)과의 연결에 대한 초기 모니터링은 시스템(30)이 플러그 앤 플레이 모드에 있는지 여부를 모니터링함으로써 참조된다. 만약, 주어진 시간에 2보다 적은 시스템(30) 또는 2보다 적은 풋스위치 어셈블리(44)가 제어 콘솔(32)에 연결되면, 시스템(30)은 플러그 앤 플레이 모드로 간주된다.

시스템이 플러그 앤 플레이 모드에 있으면, 디스플레이 제어기(64)는, 단계(158)에서, 디폴트 스킴에 따라 풋스위치에 그 핸드피스를 할당한다. 특히 이 스킴하에서, 제어 콘솔(32)에 부착된 하나의 풋스위치 어셈블리(44)만이 존재하면, 각각 부착된 핸드피스(34)의 제어가 그 풋스위치에 할당 또는 맵핑된다. 그래서, 부착된 각 핸드피스(34)에 대해, 디스플레이 제어기(64)는 풋스위치 어셈블리(44)의 페달 할당 테이블(150)에 기능 필드(152) 중 하나의 데이터를 기록한다. 이 데이터 는 기능 필드(152)와 연관된 풋스위치 페달이 특정 핸드피스를 제어함을 나타낸다.

유사하게, 시스템(30)은 제어 콘솔(32)에 부착된 하나의 핸드피스(34)와 복수의 풋스위치 어셈블리(44)가 있으면 플러그 앤 플레이 모드로 간주된다. 디스플레이 제어기(64)는 각 풋스위치 어셈블리에 대한 핸드피스의 제어를 맵핑함으로써 이 버전의 플러그 앤 플레이 모드에 대한 디폴트 맵핑을 수행한다. 그래서 디스플레이 제어기(64)는 각 풋스위치가 핸드피스(34)를 제어할 수 있음을 나타내는 양 핸드피스 데이터를 페달 할당 테이블(150)에 기록한다. 양 풋스위치가 핸드피스를 제어할 수 있으면, 핸드피스는 아래에 기술된 이중 제어 상태인 것으로 간주된다.

단계(156)의 케이블 연결 모니터링의 결과로서, 디스플레이 제어기(64)가 2 이상의 핸드피스(34)와 양 풋스위치 어셈블리(44)가 제어 콘솔(32)에 연결되었다고 판정하면, 시스템은 다중 모드인 것으로 간주된다. 처음에, 시스템(30)이 다중 모드로 진입하면, 디스플레이 제어기(64)는, 그들이 직전의 플러그 앤 플레이 모드에 있었던 것에 대해, 풋스위치 할당을 맵핑한다(단계(162)). 그래서, 하나의 풋스위치 어셈블리(44)가 복수의 핸드피스를 제어하고 있으면, 그 풋스위치 어셈블리는 초기에 그들 핸드피스의 제어를 유지한다. 양 풋스위치 어셈블리가 이중의 제어하의 하나의 핸드피스를 가지면, 양 풋스위치 어셈블리가 이 제어를 유지한다.

단계(160)의 맵핑이 완료된 후, 디스플레이 제어기(64)는, 단계(161)에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 풋스위치 할당 맵(162)이 디스플레이(42)에 제공되게 한다. 맵(162) 상에서, 각 풋스위치 어셈블리가 이미지의 좌측에 상이한 컬러 버튼으로 표시된다. 디스플레이된 맵에서, 녹색 버튼(164)은 제 1 풋스위치 어셈블리를 나타내는데 사용되고; 노랑색 버튼(166)은 제 2 풋스위치 어셈블리를 나타낸다. 레전드(168a, 168b, 168c)는 제어 콘솔(34)에 연결된 각 핸드피스를 식별한다. 이 정보가 맵(162)에 제공될 수 있도록 각 핸드피스를 식별하는 데이터는 핸드피스 NOVRAM(72)로부터의 것이다.

맵(162)의 이미지 상에는, 각 핸드피스가 현재 할당된 풋스위치 어셈블리(44)를 식별하는 컬러 특정 버튼(170a, 170b, 170c)이 존재한다. 각 버튼(170a, 170b, 170c)은 버튼이 연관된 핸드피스의 레전드 이미지(168a, 168b, 168c)의 바로 오른쪽에 각각 있다. 각 버튼(170a, 170b, 170c)의 컬러는 버튼의 핸드피스를 제어하기 위해 현재 맵핑된 풋스위치 어셈블리(44)와 연관된 컬러에 대응한다. 도 12의 맵 이미지(162)는, 4㎜ 드릴이 2개의 소켓(48)의 바닥에 연결된 노란색 풋스위치 어셈블리의 제어 하에서 있음을 나타낸다.

맵(12)의 버튼(170c)에 의해 표시된 바와 같이, 이중 제어 하에 있는 핸드피스는 그 연관된 버튼이 1/2은 하나의 색으로 1/2은 다른 하나의 색으로 도시되었다.

그 다음 외과의는 현재 동작, 도 11의 단계(172)을 위해 어떤 풋스위치를 할당해야하는지 지시한다. 이 단계는 새로운 풋스위치 어셈블리(44)에 맵핑되는 각 핸드피스(34)의 각 레전드(168a, 168b, 168c)의 터치 스크린 이미지를 누름으로써 수행된다. 레전드 이미지를 각각 누름에 의해, 디스플레이 제어기(64)는 핸드피스에 대한 풋스위치 맵핑을 변경한다. 특히, 디스플레이 제어기는 다음의 순서를 통해 맵핑을 순환시킨다: 상부 소켓(48)과 연관된 풋스위치 어셈블리; 하부 소켓(48) 과 연관된 풋스위치 어셈블리; 이중 제어 모드; 및 풋스위치 제어 없음. 맵핑이 변경됨에 따라, 버튼(170a, 170b, 170c)의 색깔이 적절히 변화하여 연관된 핸드피스에 대한 새로운 할당을 지시한다.

상기한 바와 같이, 풋스위치 제어로부터 핸드피스(34)를 분리하는 것이 가능하다. 이러한 옵션은 예를 들어 외과의가 핸드피스(34)의 구동을 조정하기 위해 핸드피스 장착 스위치를 사용하는 것을 결정할 때 선택될 수 있다. 이 옵션이 선택되면, 맵(162) 상의 연관된 버튼(170a, 170b, 170c)은 회색으로 제공된다. 특정 풋스위치 어셈블리 할당 맵의 승인은 또한 맵(162)의 이미지에 제공되는 승인(ACPT) 버튼(A23)의 이미지를 눌러 수행된다.

풋스위치 할당 맵핑은 디스플레이(42)에 제공된 버튼을 누름으로써만 수행될 수 있음을 알아야만 한다. 이것은, 핸드피스(34)의 제어를 하나의 풋스위치 어셈블리(44)로부터 제 2 풋스위치 어셈블리(44)로 양도시키는 역할을 비고의적으로 행하는, 풋스위치 페달의 부주의에 의한 누름을 방지한다.

외과의 수행 단계(172)에 응답하여, 디스플레이 제어기는 단계(174)에서 새로운 풋스위치 할당을 풋스위치 할당 테이블(150)에 맵핑한다. 그 다음 외과의는 그 핸드피스를 제어하는데 할당된 풋스위치 어셈블리(44) 상의 적절한 페달을 누름으로써 각 핸드피스(34)를 구동시킬 수 있다(단계(176)).

만약 있다면 풋스위치 어셈블리(44)가 특정 핸드피스(34)를 제어하는 것의 진로를 수술진이 쉽게 쫓을 수 있게 하기 위해서, 이 관계에 대한 정보가 도 13에 도시된 런타임 디스플레이(178)에 제공된다. 특히, 바(180)는 제어 콘솔에 연결된 각 핸드피스에 제공된다. 핸드피스를 식별하는 레전드(182)가 각 바(180)와 통합된다. 핸드피스가 풋스위치 제어 하에 있으면 풋스위치 아이콘(184)이 바(180)의 좌측에 나타난다. 아이콘(184)의 색깔은 핸드피스(34)를 제어하는 풋스위치 어셈블리(44)를 식별한다. 도 13에 있어서, 녹색 아이콘(184)은 10㎜ 버(bur) 바(180)가 제공된다. 이것은 녹색 풋스위치 어셈블리(44)가 이 기계를 제어함을 의미한다. 녹색 아이콘(184)과 노란색 아이콘(184) 모두에는 왕복 소 바(reciprocating saw bar)(180)와 연관된 바가 제공된다. 이것은 이 기계가 하기의 이중 제어 모드에 있음을 의미한다. 그러나, 여기서 노란색 아이콘인, 하나의 아이콘(184)이 최대한의 밝기로 디스플레이되고; 여기서 녹색 아이콘인, 제 2 아이콘이 저하된 밝기(팬텀 프리젠테이션으로 표시됨)로 디스플레이된다. 이것은 현재 순간에서 노란색 풋스위치 어셈블리가 소(saw)의 제어함을 의미한다.

도 13에서는, 5㎜ 드릴 바(180) 내부에 풋스위치 아이콘이 없다. 이것은 이러한 핸드피스(34)가 풋스위치 어셈블리(44)의 제어 하에 있지 않음을 나타내는 역할을 한다.

일단 원하는 풋스위치 어셈블리(44) 할당 맵이 제어 콘솔(32)에 입력되었으면, 외과의는 단계(176)로 표시된 절차를 수행할 수 있다.

수술 절차 진행중에, 외과의의 이동, 외과의들 사이에 핸드피스(34)를 넘겨주는 것 또는 풋스위치 어셈블리(44)의 이동이 있을 수 있다. 이런 일들 중 어느 하나의 결과로서, 외과의가 어떤 풋스위치 어셈블리(44)를 사용하여 어떤 핸드피스(34)를 제어하는지에 관한 혼란이 있을 수 있다. 이러한 혼란이 발생하면, 외과의 는 핸드피스를 환자로부터 떨어뜨려 상부 위치에 쉽게 위치시켜서 각 핸드피스를 구동할 수 있다. 각 핸드피스가 구동됨에 따라, 런타임 이미지가 변경되어 어떤 핸드피스가 구동하고 있는지를 보여준다. 이것은 외과의에게 어떤 풋스위치 어셈블리(44)가 어떤 핸드피스(34)를 제어하고 있는지를 판정하기 위한 빠른 수단을 제공한다.

일단 수술이 시작되면, 풋스위치 어셈블리(44)에 대한 맵 할당이 단계(188)에 의해 표시된 것처럼 변경될 수 있다. 특히, 디스플레이(42)에 제공된 다른 버튼을 누름으로써, 디스플레이 제어기(64)가 풋스위치 할당 맵(162)의 이미지를 나타내는 것이 가능하다. 그 다음 새로운 풋스위치 어셈블리(44) 할당이 입력된다. 그 다음 이들 할당이 풋스위치 할당 테이블(150)에 맵핑된다(단계(190)). 시스템(10)은, 새로운 풋스위치 어셈블리의 할당을 가지고, 다시 사용가능하다.

상기한 바와 같이, 시스템이 플러그 앤 플레이 모드이든지 또는 다중 모드이든지 간에, 하나 이상의 핸드피스(34)가 이중 제어 모드에 위치될 때의 상황이 있을 수 있다. 핸드피스(34)가 이 모드에 있으면, 풋스위치 어셈블리(44)의 할당된 풋 페달을 누름으로써 핸드피스를 구동시킬 것이다. 핸드피스(34)가 이 모드에 있으면, 디스플레이 제어기(64)는 양쪽의 풋스위치 어셈블리(44)가 동시에 핸드피스를 제어하는 것을 방지하기 위해 도 14의 처리 단계들을 실행한다. 단계(194)에 나타내어진 바와 같이 초기에, 디스플레이 제어기(64)는 어셈블리가 이중 제어 하에서 핸드피스를 구동시키는지를 판정하기 위해 양쪽의 풋스위치 어셈블리(44)로부터 출력되는 신호를 모니터링한다.

만약, 단계(194)에서, 어느 하나의 풋스위치 어셈블리(44)로부터 구동신호가 수신되면, 디스플레이 제어기(64)는 모터 제어기(86)가 핸드피스를 구동시키도록 지령한다(단계(196)). 또한, 단계(196)에서는, 런타임 디스플레이(A26)가 변경되어서 기동하는 풋스위치 어셈블리(44)와 연관된 아이콘(184)의 이미지를 밝게 한다.

그 다음 구동하는 풋스위치 어셈블리(44)를 사용하는 외과의가 페달을 눌러서 제어 콘솔(32)이 핸드피스(34)를 턴오프하도록 지령한다. 이러한 일이 발생되면, 디스플레이 제어기는 핸드피스를 정지시킨다. 디스플레이 제어기(64)는 단계(194)로 리턴한다. (상기 단계들은 도시되지 않음)

그러나, 단계(196) 동안에, 제 2 풋스위치 어셈블리(44)를 작동시키는 외과의가 단계(198)로 표시된 바와 같이 핸드피스의 턴온을 시도할 수 있다. 디스플레이 제어기(64)는 이 신호를 무시한다. 대신에, 단계(202)에 의해 표시된 바와 같이, 핸드피스가 턴오프됨을 나타내는 신호를 제 1 풋스위치 어셈블리로부터 수신하기 위해 대기한다. 이 신호의 수신시, 단계(204)에서, 디스플레이 제어기(64)는 핸드피스를 턴오프시킨다. 제 2 풋스위치 어셈블리가 구동될 핸드피스를 호출하는 명령을 여전히 생성하고 있더라고 디스플레이 제어기(64)는 이러한 행동을 취한다. 또한, 단계(204)의 일부로서, 디스플레이 제어기는 구동하는 풋스위치 어셈블리(44)와 연관된 아이콘(184)의 밝기강도를 흐릿하게 한다. 이 시점에서, 이중 제어 하에서 핸드피스와 연관된 양쪽의 풋스위치 아이콘(32)은 흐릿한 상태에 있다. 이것은 수술진에게 현 시점에서 어느 풋스위치 어셈블리(44)도 핸드피스(32)를 제어하지 않는다는 것을 나타낸다.

대신에, 단계(206)에 의해 표시된 것처럼, 핸드피스(34)를 턴오프하기 위해 제 2 풋스위치 어셈블리(44)로부터 신호를 수신하기 위해 대기한다. 이 신호가 수신되기까지, 디스플레이 제어기(64)는 어느 한쪽의 풋스위치 어셈블리(44)가 핸드피스(34)를 구동시키는 것을 금지시킨다.

일단, 단계(206)에서, 핸드피스를 턴오프하기 위한 신호가 제 2 풋스위치 어셈블리로부터 수신되면, 디스플레이 제어기는 단계(208)를 실행할 수 있다. 단계(204)에서, 디스플레이 제어기(64)는 양쪽의 풋스위치 어셈블리(44)로부터의 출력신호를 다시 모니터링하여 그들 중 어느 한쪽이 핸드피스(34)를 턴온하는지 판정한다. 그래서, 단계(208)는 앞서 설명된 단계(194)와 본질적으로 동일하다. 일단 이러한 타입의 신호가 수신되면, 디스플레이 제어기(64)는 핸드피스(34)를 재구동시키기 위해 단계(196)를 재실행한다.

도 15a 및 15b를 참조하여 모터 제어기(86)를 설명한다. 특히, 모터 제어기(84)는 2개의 동일한 전력 드라이버 및 감지 회로(210)를 포함한다. 각 전력 드라이버 및 감지 회로(210)는 소켓(40) 중 임의의 하나에 연결된 임의의 핸드피스(34)의 모터(36)에 전력을 공급할 수 있다. (도 15b와 다음의 도면들에서, 개개의 소켓(40)은 S1, S2 및 S3로서 식별된다.) 특히, 각 전력 드라이버 및 감지 회로의 내부에 H 브릿지(212)가 있다. H 브릿지는 40 V 전력선 또는 접지 중 어느 하나에 연결된 각 권선을 선택적으로 접속하는 서브 회로이다.

전력 드라이버 및 감지 회로(210)는 또한 핸드피스 모터의 구동의 결과로서 생성되는 신호를 모니터링한다. 이러한 모니터링을 수행하기 위해서, 각 회로(210) 는 BEMF 아닐로그 회로(214)를 가진다. BEMF 아날로그 회로는 모터 내부의 비통전 권선에서 생산되는 BEMF 신호를 추출한다. 모터(36)는 이러한 타입의 신호를 생산하는 브러시리스, 센서리스 모터이다. BEMF 아날로그/디지털 회로(216)는 추출된 BEMF 신호를 디지털 신호로 변환한다. ISENSE 아날로그 회로(218)는 핸드피스 모터(36)에 의해 인출되는 전류 및 제어 콘솔(32) 내부의 전류를 모니터링한다. 또한 회로(210) 내부의, ISENSE 아날로그/디지털 회로(220)는 모니터링된 전류를 나타내는 신호를 디지털 신호로 변환한다.

H 브릿지(212)에 의해 출력된 모터 권선에 대한 전력 신호, 즉 통전 신호가 모터 멀티플렉서(22)에 인가된다. 모터 멀티플렉서(222)는 3개의 소켓(400) 중 임의의 하나에 대해 H 브릿지(212)에 의해 생성되는 전력 신호를 생성할 수 있다.

또한 모터 제어기(86)의 일부인, 모터 프로세서(224)는 전력 드라이버 및 감지 회로(210)와 모터 멀티플레서(222)의 작동을 조정한다. 본 발명의 일부 바람직한 버전에서는, DSP 프로세서가 모터 프로세서(224)로서 채용된다. 모터 프로세서(224)를 구성할 수 있는 하나의 프로세서는 텍사스 달라스의 텍사스 인스트루먼트로부터 입수 가능한 TMS320C6713 플로팅-포인트 디지털 신호 프로세서이다. 모터 프로세서(224)에 의해 사용되는 임의의 데이터는 플래시 메모리(226)에 기록되거나 플래시 메모리(226)로부터 판독된다. 이러한 플래시 메모리 중 하나는 인텔사로부터 입수할 수 있다. 플래시 메모리(226)에 저장된 데이터는 모터 프로세서(224)에 의해 실행되는 지령, FPGA(228)의 구성 데이터 및 전류 감지 회로의 측정 데이터를 포함한다.

전력 드라이버 및 감지 회로(210)에 대해 생성되는 실제 제어 신호는 FPGA(field programmable gate array)(228)에 의해 생성된다. 각 FPGA(228)는, 모터 프로세서(224)로부터의 지령에 응답하여, 모터 드라이버 및 감지 회로(210) 중 개별적인 하나에 대해 제어 신호를 생성한다. 각 FPGA(228)는 또한 FPGA가 연결된 회로(210)로부터 디지털화된 BEMF 및 감지된 전류 신호를 수신한다. FPGA(228)는 또한 모터 멀티플렉서(222)의 셋팅을 제어한다. 적당한 FPGA는 캘리포니아 산조세의 자일링스사로부터 입수 가능한 XC2S3x 스파탄 시리즈 프로그래머블 게이트 어레이로부터 제조될 수 있다.

모터 프로세서(224)는 병렬 버스(230)에 의해 플래시 메모리(226)와 FPGA(228)에 연결된다. (버스(230)는 도 15a에서 하나의 라인으로 도시됨)

H 브릿지(212)의 기본 구조는 도 16a, 16b 및 16c에 의해 형성된 블록 및 개략도에 도시된다. 참조로, 도 17에서는 통전 신호가 인가되는 핸드피스 모터(36)의 스테이터(232)가 도시된다. 스테이터(232)는 공통 중앙 포인트(236)에 접속된 3개의 권선(234)을 가진다. 40 V 전력선, 접지 또는 BEMF 아날로그 회로(214)에 접속된 개개의 권선 터미널은 M1, M2 및 M3로서 식별된다.

도 17에서는 Y자형으로 연결된 모터의 권선 배치가 도시된다. 본 발명의 시스템(10)은 또한 델타형으로 연결된 모터의 구동을 조정하는데 사용될 수 있다.

H 브릿지(212) 내부의 천이 보호 회로(238)에 의해 40 V 전력 신호가 수신된다. 천이 보호 회로(238)는 제 1 권선(234)로부터의 임의의 브레이킹 천이 신호를 제 2 권선의 순간적인 이상으로부터 방지하기 위해 40 V 신호의 출력을 선택적으로 금지시킨다. 천이 보호 회로의 내부에는 40 V 신호의 출력을 제어하는 FET(도시하지 않음)가 있다. 이 FET는 상보형 FPGA(228)(연결은 도시되지 않음)로부터의 제어 신호에 의해 게이트 제어된다. 40 V 전력 신호는 H 브릿지 내부의 40 V 레일(240) 상에서 천이 보호 회로(238)로부터 출력된다.

각 권선(234)에 대해, H 브릿지(212)는 권선 터미널을 40 V 레일(240) 또는 접지에 각각 접속하는 2개의 FET(242, 244)를 가진다. 도 16a, 16b 및 16c에서, 권선 터미널(M1, M2, M3)에 접속된 터미널은 M1P, M2P 및 M3P로서 각각 식별된다. FET(242)는 40 V 레일(240) 및 MxP 터미널 사이에 접속된다. FET(244)는 MxP 터미널 및 접지 사이에 접속된다. 전압 보호를 위해, 각 FET 마다 하나씩, FET(242, 244)의 소스와 드레인 사이에 연결된 리버스 바이어스된 제너 다이오드는 도시되지 않았다.

각 쌍의 FET(242, 244)는 FET 드라이버(246)에 의해 제어된다. 각 FET 드라이버(246)는, 상보형 FPGA(228)로부터의 제어 신호에 응답하여, 게이트 신호를 상보형 FET(242, 244)에 어서트(assert)한다. FET 드라이버의 기초로서 사용될 수 있는 베이스 드라이버는 일리노이즈, 라폭스의 인터내셔널 정류기(Richardson Electronics)으로부터 입수할 수 있는 IR218x 시리즈 고전압 게이트 드라이버이다. FET(242)의 게이트에 대해 FET 드라이버(246)에 의해 생성된 제어신호는 저항(248)을 통해 게이트로 인가된다. FET 드라이버는 저항(250)을 통해 FET(242)의 소스에서의 전압을 모니터링한다. 권선(234)을 접지에 접속하기 위한 제어 신호가 저항(252)를 통해 FET(244)의 게이트에 인가된다.

저항(254)은 각 FET(244)의 소스 사이에 연결된다. 각 저항(254)의 타단은 서로 접속되어 공통 저항(256)에 연결된다. 저항(256)의 타단은 접지에 접속된다. 각 저항(254)의 전압은 저항(254)이 결합된 모터 권선(234)의 전압을 나타내는 신호로서 측정된다. 이 전압은 도 16a, 16b 및 16c에서 MxIP 및 MxIN 터미널에 의해 구획된다. 저항(256)의 전압은 핸드피스 모터(36)에 의해 인출된 전체 전류를 나타내는 신호로서 측정된다. 이 신호는 도 16c의 OVRLIP 및 OVERLIN 터미널 사이에서 측정된다.

BEMF 아날로그 회로(214)의 서브 회로 하나를 도 18을 참조하여 설명한다. 이 특정 서브 회로는 전원 전압을 측정하는데 사용된다. 특히, H 브릿지(21)로부터의 40 V 레일 신호가 이 회로; 도 16c 및 18에서 PSI 터미널에 인가된다. 이 회로의 신호는 2개의 직렬 연결된 저항(258, 260)을 통해 접지에 접속된다. 저항(258, 260)의 접합점에서 분할된 40 V 신호는 유니티 이득 증폭기(unity gain amplifier)(262)에 의해 버퍼링된다. 증폭기(262)의 출력 신호는 전원 전압을 나타내는 PSV_SNS 신호이다.

BEMF 아날로그 회로(214)는 또한 도 19에 도시된 서브 회로를 포함한다. 이것은 비통전시 모터 권선(234)에 전개되는 BEMF 신호를 측정하는 실제 서브 회로이다. 도 19에서는 권선 터미널이 회로에 직접 연결된 것으로 도시된다. 실제로는, 각 권선 터미널(M1, M2, M3)이 전압 분할기에 연결되어 버퍼 증폭기에 인가된다. 그래서 BEMF 신호는 PSV_SNS 신호를 형성하기 위해 40 V 전력 신호가 처리되는 방식과 동일한 방식으로 미리 처리된다.

각 분할 및 버퍼링된 권선 터미널 신호가 저항(266)을 통해 증폭기(268)의 비반전 입력에 인가된다. 또한 V_REF 신호가 각 증폭기(268)의 비반전 단자에 인가된다. 이 V_REF 신호는, 증폭기(268)에 인가되기 전에, 단일 이득 증폭기(270)에 의해 버퍼링된다. 증폭기(270)로부터의 신호는 저항(271)을 통해 증폭기(268)에 인가된다.

각 권선 터미널은 또한 개별적인 저항(272)에 연결된다. 저항(272)의 자유단들은 함께 접속되어 유니티 이득 버퍼 증폭기(274)에 인가된다. 증폭기(274)로부터의 출력 신호는 각 증폭기(268)의 반전 입력에 인가된다. 상기 신호는 각 저항(276)을 통해 각 증폭기(268)에 각각 인가된다. 피드백 저항(277)은 각 증폭기(268)의 출력과 반전 입력 터미널 사이에 접속된다. 그래서, 증폭기(268)는 3개로 분할된 Bx_SNS 신호의 합으로 이루어지는 모터의 재현된 뉴트럴 전압을 만드는데 사용된다.

각 증폭기(268)의 출력 신호는 증폭기가 연결된 권선 터미널에서 BEMF 신호를 측정한 것이다. 이들 신호는 도면에서 B1_SNS, B2_SNS 및 B3_SNS 신호로서 나타내어진다. 이들 신호 각각은 모터(36)에 대해 연관된 권선 단자의 전압에서 재현된 뉴트럴 전압을 뺀 것으로 표현됨을 알 수 있다.

도 20을 참조하여, ISENSE 아날로그 회로(218)를 상세히 설명한다. H 브릿지(212)로부터의 MxIP 및 MxIN 신호의 쌍 각각은 각 차동 증폭기(280)의 비반전 및 반전 입력에 각각 인가된다. OVERLIP 및 OVERLIN 신호가 각각 차동 증폭기(280)의 비반전 및 반전 입력에 동일하게 인가된다. 도시되지는 않았지만, 버퍼링된 VREF 신호가 증폭기(280)의 각 비반전 입력에 인가됨을 알아야만 한다. 개개의 버퍼 증폭기(도시되지 않음)는 버퍼링된 VREF 신호를 증폭기(280)에 인가하는데 사용된다. 각 증폭기(280)는 증폭기가 연관된 신호에 대한 x10 이득 회로로서 역할한다.

각각의 증폭기(280)로부터의 신호는 4:1 멀티플렉서(284)에 인가된다. FPGA(228)로부터 제어신호는 부가 처리를 위해 감지된 전류 신호 중 하나를 선택적으로 전송한다. 선택된 신호는 멀티플렉서(284)로부터 가변 이득 증폭기(286)로 전송된다. 본 발명의 일 버전에서, 증폭기(286)는 1 내지 20의 가변 이득을 가진다. 증폭기(286)는 디지털 증폭기로서 256 단계로 이득이 조정될 수 있다. 증폭기(286)의 이득을 설정할 수 있는 명령 신호는 FPGA(228)으로부터 온다.

OVERLIP 및 OVERLIN 신호들이 인가되는 증폭기(280)로부터의 출력신호는 또한 이득 및 평균 회로(288)로 인가된다. 이 회로는 감지된 전체 모터 전류에 2를 곱한다. 회로(288)는 또한 선택된 기간, 예를 들어 1 밀리초 동안 신호를 평균한다. 이득 및 평균 회로(288)로부터의 출력 신호는 평균 전력 인출 신호(PSI_SNS)로서 출력된다.

도 21을 참조로 BEMF 아날로그/디지털 회로(216)를 설명한다. 회로(216)는 5:1 멀티플렉서(292)를 포함한다. 멀티플렉서(292)로의 3개의 입력 신호는 BEMF 아날로그 회로(214)로부터의 3개의 Bx_SNS BEMF 신호이다. 멀티플렉서(292)로의 제 4 입력은 전원 전압을 나타내는 버퍼(262)로부터의 PSV_SNS 신호이다. 멀티플렉서(292)로의 나머지 입력은 전원 전류를 나타내는 이득 및 평균 회로(288)로부터의 PSI_SNS 신호이다. FPGA(228)로부터의 제어신호는 부가 처리를 위해 5개의 신호 중 하나를 선택한다.

처리에 의해 선택된 신호는 멀티플렉서(292)에서 고속 DC 정밀 버퍼 증폭기(294)로 출력된다. 증폭기(294)의 출력과 반전 입력 사이에 접속된 피드백 저항은 도시되지 않는다. 증폭기(294)의 출력에 접속된 리버스 바이어스된 전압 제한 다이오드도 도시되지 않는다. 증폭기(294)와 5 볼트 아날로그 버스 사이에는 제 1 다이오드가 접속된다. 증폭기(294)의 출력과 접지 사이에 제 2 다이오드가 리버스 바이어스 접속된다.

증폭기(294)에 의해 만들어진 신호는 아날로그/디지털 변환기(296)로 인가된다. 변환기(296)로부터의 출력신호는 FPGA(228)에 공급된다.

ISENSE 아날로그/디지털 변환기 회로(220)는 도 22에 도시되었다. 가변 이득 증폭기(286)로부터의 출력신호는 고속 버퍼 증폭기(298)에 인가된다. 증폭기(298)와 그 지원 부품들, 피드백 저항 및 전압 제한 다이오드들(부품들은 도시되지 않음)은 버퍼 증폭기(294)에 부착된 것들과 동일하다. 버퍼 증폭기(298)로부터의 출력신호는 아날로그/디지털 변환기(300)로 인가된다. 변환기(300)의 출력신호는 FPGA(228)로 인가된다.

모터 멀티플렉서(222)는 6개의 릴레이 회로(302)로 구성되며, 그 중 하나가 도 23에 도시된다. 각 릴레이 회로는 개별적인 MxP 신호를 수신한다. 3개의 릴레이 회로(302)는 제 1의 H 브릿지(212)로부터 M1P, M2P 및 M3P 신호를 수신한다. 나머지 릴레이 회로(302)는 제 2의 H 브릿지(212)로부터 M1P, M2P 및 M3P 신호를 수신한다.

각 릴레이 회로(302)는 제 1 릴레이(304) 및 제 2 릴레이(306)를 포함한다. MxP 신호가 릴레이(304)에 입력으로서 인가된다. 릴레이(304)는 선택적으로 MxP 신호를 소켓(40)의 어느 하나, 도 23에서 S3, 또는 릴레이(306)로 인가한다. 릴레이(306)는 선택적으로 MxP 신호를 나머지 소켓(40) 중 하나, 도 23에서 S1 또는 S2로 인가한다. 릴레이(304, 306)의 상태는 FPGA(228)로부터의 제어 신호에 의해 조정된다. 이들 제어 신호는 각각 FET(308)로 인가된다. 각 FET(308)는 FET가 결합된 릴레이(304 또는 306)의 솔레노이드로의 40 V 신호의 인가를 제어한다. 40 V 신호는 저항(309)을 통해 각 FET(308)로 인가된다. 각 FET(308)의 드레인에 존재하는 신호는 2개의 직렬 연결된 저항(310, 312)을 통해 접지에 인가된다. 저항(310, 312) 접합점에 존재하는 신호는 FPGA(228)로 리턴된다. FPGA(228)는 이들 리턴된 신호를 상태 신호로 사용하여 릴레이 회로의 상태를 검증한다.

각 FPGA(228)로부터의 한 쌍의 제어 신호만이 특정 FPGA를 보완하는 3개의 릴레이 회로(302)의 셋팅을 제어함을 알아야만 한다. 동일하게, 3개의 릴레이 회로에 대한 2개의 상태 신호만이 FPGA(228)로 리턴된다.

디스플레이 제어기(64)와 모터 프로세서(224)는 SPI 버스(88) 상에서 신호를 교환한다. 본 발명의 시스템(30)의 전체 제어를 유지하는 처리의 일부로서, 디스플레이 제어기(64)는 전력 드라이버 할당 테이블(320)을 유지한다(도 24). 테이블(32)의 내부에는 2개의 전력 드라이버 할당 필드(322)가 있다. 각 전력 드라이버 할당 필드(322)는 개별적인 하나의 전력 드라이버 및 감지 회로(210)와 연관된다. 각 필드(322)의 데이터는 연관된 전력 드라이버 및 감지 회로(210)가 특정 핸드피 스(34)를 통전시키는데 사용되고 있는지 여부를 나타낸다.

외과의가 핸드피스 중 하나를 구동시킬 때, 디스플레이 제어기는 전력 드라이버 할당 필드(322)의 데이터를 판독한다. 이 데이터에 의거하여, 전력 드라이버 및 감지 회로(210) 중 하나가 핸드피스(34)에 통전 신호를 공급하는데 이용 가능한지 여부를 판정한다. 회로들(210) 중 하나가 이용가능하면, 회로가 핸드피스에 할당된다. 디스플레이 제어기(64)는 새로 할당되는 전력 드라이버 회로(210)가 할당 완료된 핸드피스를 나타내기 위해 전력 드라이버 할당 테이블(320)에 데이터를 재기록한다.

디스플레이 제어기(64)는 또한 초기화 패킷을 모터 프로세서(224)로 전송한다. 이 패킷은 어떤 전력 드라이버 및 감지 회로(210)가 핸드피스(34)에 할당되었는지 식별하는 데이터를 포함한다. 초기화 데이터 패킷에 포함된 데이터의 타입을 아래에 논의한다.

도 32a 및 32b는 부착된 핸드피스 모터(36)의 권선(234)에의 통전 신호 인가를 조정하기 위해 모터 제어기(224)와 FPGA(228)에 의해 실행되는 제어 처리를 총괄하여 도시하였다. 도 32a는 모터 프로세서(224)의 처리 실행을 도시한다. FPGA(228)의 처리 실행은 도 32b에 도시된다. 일반적으로, 이 처리들의 목적은, H 브릿지(212) 내부의 FET(242, 244)의 각각에 하나씩, 6개의 드라이버 신호를 생성하기 위한 것임을 알아야만 한다. FET(242, 244)의 턴온 및 턴오프는 선택된 초핑 레이트(chop rate)로 선택된 권선 쌍을 통한 전류 흐름을 발생시키는 것이다.

FPGA(228) 내부의 하나의 처리 모듈은 FET 드라이버 로직 모듈(390)이다. 모 듈(390)은 신호를 생성하여 FET(242, 244)를 게이트시키는 FPGA 내부의 모듈이다. 도 32b에서, 이것은 FET 드라이버 로직 모듈(390)로부터 H 브릿지로 연장하는 6개의 컨덕터로 표시된다. 혼란을 최소화하기 위해서, 이어서 논의되는 연결은 복수의 컨턱터가 존재하여도 단지 하나의 라인 컨덕터로 도시된다. 또한, 이어서 논의되는 연결 대부분은 동일한 집적 회로 부품 내에 있음을 알아야만 한다.

FET 드라이버 로직 모듈(390)로의 입력 신호는 권선의 전류(commutation)와 권선의 구동을 조정하는데 사용되는 지령이다. 전류(commutation) 지령 신호는 FET 드라이버 로직 모듈(390)에 어떤 권선 쌍에 통전 신호가 인가되어야만 하는지 알려준다. 구동 신호는 FET 드라이버 로직 모듈(390)에 통전 신호가 가져야만 하는 PWM 레이트 및 듀티 사이클을 알려준다. 이 지령들에 의거하여, 모듈(390)은 적절한 순서로 FET(242, 244)를 턴오프하기 위한 게이트 신호를 생성한다.

전류 지령 신호는 또한 FPGA(228) 내부의 전류(commutation) 로직 모듈(392)에 의해 생성된다. 모듈(392)은 모터 로터의 각도 위치를 나타내는 신호를 입력으로서 수신한다. 이 신호들에 의거하여, 전류 로직 모듈(392)은 FET 드라이버 로직 모듈(390)로의 전류 지령 신호를 생성한다.

본 발명의 시스템에서는, 모터 로터 위치를 판정하는 2개의 택일적 처리가 있다. FPGA(228) 내부에는 BEMF 모니터 모듈(394)이 있다. 모듈(394)은 BEMF 아날로그/디지털 변환기(216)로부터 디지털화된 BEMF 신호를 입력으로서 수신한다. 도 32b에서, 이 신호들은 Bx_SNS 신호로서 나타내어진다. 이 신호들에 의거하여, BEMF 모듈(394)이 로터 위치를 판정한다. 모듈(394)은 이 정보를 전류(commutation) 및 로직 모듈(392)에 제공한다.

아래에 논의된 바와 같이, 핸드피스 모터(36)가 저속으로 작동하고 있을 때, BEMF 신호는 로터 위치를 판정하기 위해 사용될 수 없다. 그래서, 핸드피스(34)가 이 상태에 있으면, 제어 콘솔은 로터 위치를 판정하는 제 2 방법(인덕턴스 감지)을 사용한다. 모니터 프로세서(224) 내부의 IS(Inductance Sensing) 모니터 모듈(396)에 의해 인덕턴스 감지가 수행된다. 일반적으로, 인덕턴스 감지시, 로터 위치를 판정하기 위해 권선(234)의 전류가 감지됨을 알아야만 한다. IS 모니터 모듈(396)로의 입력 신호는 개개의 권선(234)의 측정된 전류 흐름의 캡처된 피크의 측정값이다. 이 피크들은 FPGA(228)에 위치된 IS 피크 캡처 모듈(395)에 의해 캡처된다. 모듈(395)로의 입력신호는 각각의 권선으로부터의 디지털화된 전류 측정 신호이다. 인덕턴스 감지 모드에서, 저항(256)의 전류는 측정된 전류임을 알아야만 한다.

이 전류는 H 브릿지의 저항(254)의 전압에 비례한다. 연결은 도시되지 않았지만, 이 신호의 디지털화된 표현은 ISENSE 아날로그/디지털 회로(220)로부터 전달되어, FPGA(228)에서 모터 프로세서(224)로 전달된다. 로터 위치를 판정하는데 인덕턴스 감지 처리가 어떻게 사용되는지는 아래에서 논의된다. 인덕턴스 감지 모니터 모듈(396)에 의해 이루어진 로터 위치 판정은 전류(commutation) 로직 모듈(392)에 제공된다.

전류 로직 모듈(392)이 로터 위치에 대한 BEMF 감지 판정에 응답해야할 때 그리고 모듈(392)이 인덕턴스 감지 판정에 응답해야할 때를 모터 제어기(224)가 판정함을 알아야만 한다. 모터 프로세서(224)는 핸드피스 모터의 실제 속도와 핸드피 스 NOVRAM(72)으로부터의 속도 컷오프 데이터에 의거하여 이러한 판정을 한다. 이 컷오프 데이터는, 저장되는 필드는 도시되지 않았지만, 인덕턴스 감지 로터 위치 판정이 어떤 속도 아래에서 전류(commutation)를 조정하는데 사용되는지를 나타낸다. 이 컷오프 속도는 초기화 패킷의 일부로서 모터 프로세서(224)에 공급된다. 그래서, 비록 입력 연결은 도시되지 않았지만, 인덕턴스 감지 모니터 모듈(396)이 또한 원하는 비교를 수행하기 위해 모터 속도와 컷오프 속도의 표시를 수신한다는 것을 알아야만 한다.

연결은 도시되지 않았지만, 인덕턴스 감지 모니터 모듈(396)이 또한 BEMF 모듈(394)과 통신할 수 있음을 알야야만 한다. 특히 인덕턴스 감지 모니터 모듈(396)은 초기 시작 로직 데이터를, 로터 위치의 BEMF 모니터링을 수행하는데 필요한, BEMF 모듈(394)로 제공한다.

권선을 구동시키기 위해, 3개의 기본적 입력 변수들이 사용된다. 하나의 입력은 핸드피스 모터의 실제 속도와 사용자가 선택한 속도 사이의 차이에 의거한다. 제 2 입력은 모터(36)에 의해 인출된 전류에 의거한다. 제 3 입력은 임의의 주어진 순간에 시스템(10)에 의해 소비되는 전체 전력에 의거한다.

디지털화된 BEMF 신호, 도 32b에서의 Bx_SNS 신호는 핸드피스 모터(36)의 가공되지 않은 속도(raw speed)를 판정하기 위해 FPGA(228)에 의해 사용되는 것이다. 구체적으로, FPGA(228)의 내부에는 속도 계산기 모듈(398)이 있다. 속도 계산기 모듈(398)은 전류 로직 모듈(392)(도 32b에서 연결 H)로부터 출력 전류(commutation) 지령 신호를 수신한다. 이 신호에 의해 설계된 바와 같이 전류(commutation) 사이 의 시간에 의거하여, 속도 계산기 모듈(398)이 로터 속도의 디지털 표시를 생성한다. 이 속도값은 FPGA 내부의 FIR 필터(402)에 의해 필터링된다. 이러한 필터의 계수는 핸드피스 NOVRAM(72)으로부터의 초기화 패킷에 포함된다. 마찬가지로, DSP(224)와 FPGA(228)에서의 모든 필터의 필터 계수는 초기화 패킷으로 NOVRAM(72)으로부터 온다.

필터링된 속도 신호는 FPGA(228)로부터 모터 제어기(224) 내부의 IIR 필터(404)로 전송된다. IIR 필터(404)에 의해 필터링된 신호는 하나의 입력 변수로서 SC(Speed Control) PID(Proportional Integral Derivative) 알고리즘 모듈(406)에 인가된다.

SC PID 모듈(406)에서의 제 2 변수는 사용자 속도 설정 포인트 신호이다. 이 신호는 일반적으로 핸드피스에 대해 사용자가 선택한 속도의 디지털 표시이다. 이 신호는 디스플레이 제어기(64)에 의해 초기화 패킷과 속도 설정 포인트 패킷 모두에 제공된다. 이 속도 설정 패킷은 핸드피스가 구동되는 상태로 남아 있는 한 디스플레이 제어기(86)에 의해 모터 프로세서(224)로 반복적으로 전송된다. 각 속도 설정 포인트는 패킷이 연관된 핸드피스(34)를 식별하는 데이터와 핸드피스(34)에 대한 사용자 설정 속도를 나타내는 데이터를 포함한다.

후자의 데이터는 모터 속도를 변경하기 위해 외과의가 구동하는 입력 장치를 참조하여 디스플레이 제어기에 의해 판정된다. 핸드피스가 구동되는 상태로 남아 있는 동안, 디스플레이 제어기(64)는 전형적으로 매 10 밀리초마다 한번씩 속도 설정 포인트 패킷을 전송한다.

속도 설정 포인트 신호가 SC PID 모듈(406)에 의해 수신되기 전에, 가속 제어 모듈(408)에 의해 신호가 처리되어도 좋다. 이것은 속도 설정 포인트 신호가 외과의가 핸드피스 모터(36)의 증속, 감속, 또는 제동함에 따라 시간적으로 변화할 것이기 때문이다. 실제 속도 설정 포인트 신호의 변화률에 따라, 가속제어모듈(408)이 SC PID 모듈(406)에 인가되는 설정 포인트 신호의 실제 변화율을 조정한다. 이것은 임의의 저킹(jerking) 또는 그밖에 빠른 가속, 감속, 또는 제동의 결과로서 발생할 수 있는 핸드피스 모터(34)의 불균일한 동작을 최소화하기 위해 행해진다.

가속 제어 모듈이 속도 설정 포인트 신호의 변화율을 변경하기 위해 사용하는 파라미터는 초기화 패킷으로 핸드피스 NOVRAM(72)으로부터 온다.

SC PID 모듈(406)은, 실제(필터링된) 모터 속도와 설정 포인트 신호에 의해 지시된 속도 사이의 차이에 의거하여, SC PID 출력 신호를 판정한다. 이 신호를 생성하는 알고리즘은 주지이다.

비록 2개의 항상 변화하는 입력이 SC PID 모듈(406)로 입력되지만, 알고리즘으로의 다른 변수들이 있음을 알아야만 한다. 이 변수들은 비례 이득, 적분 이득 도함수, 이득 및 도함수 시간 상수, 출력 최대 및 출력 최소값을 포함한다. 이 변수들은 본질적으로 상수로서, 초기화 패킷에 의해 핸드피스 NOVRAM(72)으로부터 공급된다. 일부 모터들에 대해서는, 상이한 속도 범위에서 속도를 제어하기 위해 이러한 변수들의 상이한 세트가 채용된다. 복수 세트의 변수들이 초기화 패킷으로 공급된다. 핸드피스 모터(36)가 작동하는 현재 속도 범위에 의거하여, 모터 프로세서 (224)는 적절한 세트의 변수들을 SC PID 모듈(406)에 로드한다.

또한, 상기한 상수-시간범위 변수들(constant-over-speed range variables)은 IC(Current Control) PID 모듈(414)에 공급된다. SP PID 및 IC PID 모듈(406, 414)에 인가되는 변수 세트는 각각 상이함을 알아야만 한다.

모듈(406)로부터의 SC PID 출력 신호는 SC 출력 계산 모듈(409)로 인가된다. 모듈(408)로의 제 2 입력은 모터 PWM 주파수이다. 이 변수는 핸드피스 NOVRAM(72)으로부터의 것으로 초기화 패킷으로 공급된다. 이 입력들에 의거하여, SC 출력 계산 모듈(409)은 2개의 값, 구동신호의 PWM 온 타임 및 PWM 주기를 판정한다.

SC 출력 계산 모듈에 의해 생산된 값들을 나타내는 출력신호는 FPGA(228) 내부의 SC 펄스 생성기(410)로 전송된다. SC 펄스 생성기(410)는, 모듈(409)로부터의 입력에 의거하여, 속도 제어 기반의 PWM 구동 펄스열을 생산한다.

전류 기반의 구동신호는 핸드피스 모터(36)의 전류 설정 포인트와 모터에 의해 인출된 실제 전류 모두에 의거한다. 토크 맵 모듈(412)은 전류 설정 포인트 값을 만든다. 전류 설정 포인트를 판정하는 3개의 변수 형태는 모터의 속도, 토크 맵 및 상수이다. 토크 맵 모듈(412)은 FPGA FIR(402)로부터의 필터링된 속도 신호를 수신한다. 토크 맵은 모터가 특정 속도에서 전개할 수 있는 토크의 모터에 대해 특정 관계이다. 상수는 속도 기반의 토크를 전류 설정 포인트으로 변환한다. 토크를 위한 데이터 그리고 상수는 NOVRAM(72)로부터 것으로 초기화 패킷에 포함된다.

그래서, 주어진 속도에 대해, 토크 맵에 의거하여, 모듈(412)은 모터가 전개해야만 하는 토크를 판정한다. 이 판정 및 상수에 의거하여, 모듈(412)은 모터가 인출하는 전류를 판정한다. 토크 맵 모듈(412)은 이 전류 설정 포인트를 나타내는 데이터를 IC PID(414) 알고리즘으로 공급한다.

IC PID 모듈(414)로의 제 2의 연속적으로 변화하는 입력은 모터에 의해 인출되는 실제 전류이다. 모듈(414)에 공급되는 전류 측정값은 H 브릿지(212)의 저항(254), 도 32b의 MxI 신호로부터의 인터리브된 개별 권선 전류 측정값에 의거한다. 이 신호들은 FPGA(228)의 2단 가변 주파수 필터(416)로 공급된다. 필터(228)는 전류(commutation) 스위칭을 위해 이 전류신호의 고주파 리플을 제거한다.

필터(228)로부터 필터링된 전류 신호는 모터 프로세서(224) 내부의 전류 교정 모듈(418)로 인가된다. 전류 교정 모듈(418)은 다음의 처리를 위해 전류를 교정한다. 변수 모듈(418)은 전류 인출 신호가 측정될 필요가 있는 범위가 전류 신호의 아날로그 버전이 가변 이득 증폭기(286)에 의해 증폭되는 범위를 나타내는 값인지를 판정하기 위해 채용된다. 이 값 및 증폭기(286)의 셋팅은 핸드피스 NOVRAM(72)로부터의 것으로 초기화 패킷에 포함된다.

측정된 전류 판독은 또한 모터 프로세서(224)에서 IIR(420)에 의해 필터링된다. 필터링된 감지 전류는 제 2 변수로서 IC PID 모듈(414)로 인가된다.

전류 설정 포인트 그리고 필터링 및 측정된 실제 전류의 측정값에 의거하여, IC PID 모듈은 중간 포인트 전류값을 생산한다. 중간 포인트 전류값은 전류 제어 출력 계산 모듈(416)로 전송된다. 초기화 패킷으로부터, 모듈(416)은 전류 범위 윈도우 데이터를 미리 수신한다. 이 데이터는 모터 전류가 오실레이팅해야하는 범위를 나타낸다. 이 윈도우 범위 데이터와 중간 포인트 전류값에 의거하여, 전류 제어 출력 계산 변조가 ILIMITH(하이)와 ILIMITL(로우) 전류 제한값을 만든다. 중간 포인트 전류값은 이 전류 제한값 사이에 있음을 알아야만 한다. 이 제한값 사이의 범위는 초기화 패킷의 범위 데이터에 의거한다.

모터 프로세서(224)는 ILIMITH와 ILIMITAL 값을 FPGA 내부의 전류 제어 제한 펄스 제너레이터(419)를 제공한다. 제너레이터(419)는 또 다른 입력으로서 실제 모터 전류의 측정값을 수신한다. 실제로, 3개의 권선 전류 중 인터리브된 디지털화된 버전, 디지털화된 MxI 전류 신호는 제너레이터(419)에 인가된다. ILIMITx 값들과 측정된 전류에 의거하여, 전류 제어 제한 펄스 제너레이터(419)는, 뱅뱅 처리(bang-bang process)에 의거하여, 선택적으로 전류 제어 구동 펄스를 끝낸다.

권선(234)의 구동 발생을 제어하기 위해 사용되는 신호들 중 2개는 SC 펄스 제너레이터(410)로부터의 속도 제어 기반의 PWM 구동 펄스와 전류 제어 제한 펄스 제너리이터(419)로부터의 전류 제어 구동 펄스이다. 제 3 입력 신호는 PSI_LMT(power supply limit) 신호이다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 이 신호는 시스템(10)의 부품들이 콘솔 전원장치(90)이 제공할 수 있는 것보다 많은 전력을 소비할 때 어서트된다.

이 3개의 신호는 FPGA(228) 내부의 AND 로직 모듈(422)에 인가된다. 모듈(422)로부터의 출력은 윈도우(234)를 구동하기 위한 신호로서 FET 드라이버 로직 모듈(390)에 인가된다. AND 로직 모듈(422)은 속도 제어 기반의 PWM 구동 펄스와 전류 제어 구동 펄스가 동시에 권선이 구동됨을 나타내고 전력 제한 초과 신호가 어서트되지 않을 때만 권선(234)을 구동하기 위한 신호를 어서트하도록 구성된다.

상기 어셈블리의 특징은 핸드피스(34) 작동의 정밀한 토크 제어를 위해 제공하는 것임을 알아야 할 것이다. 특히, 적절한 명령을 입력함으로써, 디스플레이 제어기(64)는 디스플레이(42)에 토크 제어 셋팅 이미지를 제공하도록 지시받는다. 이 이미지와 연관된 터치 스크린 버튼을 누름으로써, 외과의가 핸드피스 모터가 전개하는 최대 토크를 설정한다. 이것은, 조직으로의 임플란트의 구동과 같은, 임의의 절차에 대해, 선택된 최대량의 토크만이 인가되므로, 유용하다. 일단 외과의가 이 토크 제한을 설정하면, 그 값에 관한 데이터가 디스플레이 제어기(64)에 의해 초기화 패킷으로 모터 제어기(224)에 제공된다. 이 데이터에 의거하여, 모터 프로세서(224)는 핸드피스 모터(36)가 한정된 최대량보다 많은 토크를 생산하게 지시하는 신호를 결코 생성하지 않도록 토크 맵 모듈(412)을 구성한다.

전원 제한 신호가 언제 어떻게 어서트되었는지는 도 33을 참조로 이해될 수 있다. 우선, 전력 제한을 위한 수단이 제공되는 이유는 외과의가 제어 콘솔(32)이 제공할 수 있는 것보다 많은 전력을 총괄적으로 소비하는 2개의 기계를 동시에 구동시키고자 할 때가 있기 때문임을 알아야만 한다. 이것은 임의의 전원장치가 공급할 수 있는 전력량이 반드시 제한되기 때문이다. 예를 들어, 본 발명의 일부 버전에서는, 전원장치(90)가 400와트 전력까지 제공하는 것이 예상됨을 이해해야 한다. 크기 때문에 그리고 제어 콘솔(32)에 의해 방출되는 열량을 최소화하기 위해, 가끔 제어 콘솔이 제공할 수 있는 전력량을 제한하는 설계를 고려하고 있다. 또한, 제어 콘솔에 의해 동시에 구동되는 양자의 핸드피스가 400와트의 전력보다 많은 전력을 필요로 하는 순간은 드물다. 따라서, 더 많은 전력을 공급할 수 있는 전원장치를 제공하는 것은 자원의 효율적 사용이 아님을 알아야만 할 것이다.

그러나, 2개의 고전력 소비 핸드피스(34)가 동시에 연결되어 제어 콘솔(32)에 의해 통전되는 경우가 가끔 있을 수 있다. 본 발명의 시스템(10)의 전원 제한 회로는 양자의 핸드피스가 구동되는 것을 허락한다.

도 33을 참조로 알 수 있는 바와 같이, 전원 제한 회로는 전원장치(40) 외부의 전류가 측정되고 전원장치 외부의 접지에 연결되는 저항(424)을 포함한다. 저항(424)의 전압은 이득 및 평균 회로(426)에 인가된다. 본 발명의 일 버전에서는, 이러한 전류 인출 신호에 20이 곱해지고 1 마이크로초 동안 평균화된다. 상기 회로(426)로부터의 곱해진 그리고 평균화된 전원 전류 신호가 비교기(428)에 인가된다. 비교기(428)로의 제 2 입력은, 도시하지 않았지만, 전력이 인출되는 최대 전류를 나타내는 기준 신호이다. 40 볼트 전위의 형태로 핸드피스에 전력이 공급된다. 따라서, 400 와트보다 많이 소비하지 않게 전원장치가 인출하는 최대 전류는 10 Amps이다. 실제로, 전원장치(90)은 500와트까지 생산할 수 있지만, 부가 부분은 펌프 모터(60)와 같은 내부 콘솔 부품들에 의해 사용된다. 전원장치의 실제 전력 제한보다 작은 레벨에서 전력 제한 모니터링을 수행하면, 전원장치가 부품 고장을 일으킬 수 있을 정도로 많은 전력을 소비할 가능성을 본질적으로 제거한다.

그래서, 비교기(428)는 전원장치가 너무 많은 전류를 소비하고 있는지 여부를 판정하기 위해 조정된 전원 전류를 연속적으로 모니터링한다. 이러한 상태가 발생하면, 비교기(428)는 PSI_LMT 신호를 어서트한다.

PSI_LMT 신호는 양자의 FPGA(228)에 인가된다. 핸드피스 모터(36)의 통전을 조정하는 전체 처리의 일부로서, 모터 프로세서(224)는 전력 제한 초과의 관점에서, 어떤 모터가 임시로 정지되어야만 하는지를 연속적으로 판정한다. 이 판정은 모터 프로세서(224) 내부의 PSI(power supply current) 제한 선택 모듈(430)에 의해 이루어진다. 모듈(430)로의 입력은 각 핸드피스 모터(36)에 의해 현재 인출되고 있는 전류의 값이다. 구체적으로 이들은 H 브릿지 저항(256)을 통한 전류 인출 측정값이다. 도 32a에서, 이것은 모듈(430)로 직접 인가되는 하나의 OVERLI 신호로 도시된다. 실제로, 이들 모터 전류 신호의 디지털화된 형태가 양자의 FPGA(228)에서 PSI 제한 선택 모듈(430)로 전송된다. 이 신호들을 비교함으로써, 모듈(430)은 임의의 주어진 순간에 2개의 구동되는 핸드피스 모터(36) 중 어떤 것이 좀더 전류를 인출하여 좀더 전력을 소비하는지를 판정한다. PSI 제한 모듈(430)은 이러한 핸드피스 모터(36)를 전력 제한을 위해 정지가 필요한 것으로 선택한다.

구체적으로, PSI 제한 모듈(430)은 전력 제한 인에이블 신호를 선택된 핸드피스 모터(36)와 연관된 FPGA(228) 내부의 AND 로직 모듈(432)에 어서트한다. PSI_LMT 신호는, 어서트되었을 때, 양자의 FPGA(228)의 AND 로직 모듈(432)에 의해 동시에 수신된다. 전력 제한 인에이블 신호가 인서트된 모듈(432)만이 PSI_LMT 신호를 전송한다. 구체적으로, 이 신호는 AND 로직 모듈(422)로 전송된다. 상기한 바와 같이, AND 로직 모듈(422)이 PSI_LMT 신호를 수신하였을 때, 모듈(422)은 FET 드라이버 로직(390)으로의 구동 신호의 어서트를 금지시킨다.

그래서, PSI_LMT 신호의 어서트는 인에이블된 FPGA(228)가 어서트하는 구동 신호를 일시적으로 정지시킨다. 이것은 모터(36)의 권선의 통전 신호의 인가를 순 간적으로 정지시킨다. 이러한 모터(36)로의 통전 신호의 인가의 순간적인 정지는 모터에 의해 인출되는 평균 전력을 순간적으로 떨어뜨리게 한다. 이것은 전원장치(90)가 생산하도록 설계된 것보다 많은 전력량을 출력하는 것을 방지한다.

상기한 바와 같이, 통상의 동작 속도에서, 전력 드라이버 및 감지 회로(210)와 연관된 FPGA(228)가 비통전 모터 권선(234)에서 생성되는 BEMF 신호를 모니터링함으로써 모터 권선(234)의 전류(commutation) 스위칭을 조정한다. 그러나, 핸드피스 모터(36)의 최대 작동 속도의 10% 이하의 속도, 그리고 일부 핸드피스에 대해서는, 5% 이하 속도의 저속에서, 권선의 BEMF 신호가 검출될 수 없는 레벨로 떨어진다.

이러한 경우가 발생시, 모터 제어기(86)는 모터 로터의 위치를 판정하기 위해 인덕턴스 감지를 채용한다. 특히, 도 27에 도시된 바와 같이, 핸드피스 NOVRAM(72) 내부에, BEMF/IS 설정 포인트 필드(339)가 있다. 필드(339)는 모터 제어기(86)가 로터 위치를 판정하기 위해 BEMF 감지를 채용해야하는 속도를 나타내는 데이터를 포함한다. 필드(339)에 나타낸 속도 이하의 속도에서, 모터 제어기(86)는 로터 위치를 판정하기 위해 후술되는 인덕턴스 감지 처리를 채용한다. BEMF/IS 설정 포인트 필드에서의 속도 레벨은 디스플레이 제어기(64)에 의해 모터 프로세서(224)에 초기화 패킷으로 공급된다. 필드(339)로부터의 값 및 모터 속도를 나타내는 데이터에 의거하여, 모터 프로세서(224)는 선택적으로 BEMF 감지 또는 인덕턴스 감지를 사용하여 핸드피스 모터(36)의 통전을 조정한다.

모터 제어기(86)는 6개의 모터 상 각각에서 권선의 인덕턴스를 측정함으로써 인덕턴스 감지 처리를 시작한다. 이것은 도 25의 도면에서 기간(336)으로 표현되는 바와 같이 권선(234)으로의 통전 신호의 인가를 우선 취소함으로써 수행된다.

그 다음, 기간 동안, 각 모터 권선(234)에 짧은 전압 펄스가 인가된다. 첫번째 상에서 인덕턴스를 측정하기 위해, 권선 중 하나는 H 브릿지(212)의 40 V 레일(240)에 접속되고, 나머지 2개의 권선은 접지에 접속된다. 다음에 40 V 레일(240)에 연결된 권선에 의해 전개된 전류가 측정된다. 제 1 상과 반대의 제 2 상에서 인덕턴스를 측정하기 위해, 권선의 전력 연결이 반전된다. 그래서, 접지에 접속된 2개의 권선은 40 V 레일(240)에 연결되고; 레일에 부착된 권선(234)은 접지에 접속된다. 그 다음 접지에 접속된 권선을 통한 전류가 측정된다. 이 측정은 3개의 권선(234) 모두에 대해 이루어진다. 그래서 도 25에 도시된 바와 같이, 모터(36)로부터의 6개의 측정된 전류 펄스가 있다.

이론적으로는, 임의의 주어진 위치의 모터 로터에 대해, 하나의 모터 상에 대해 측정된 전류가 나머지 5개의 상 측정을 위한 측정된 전류보다 높아야만 한다. 이것은 로터 자석의 위치가 권선의 인덕턴스에 영향을 미치고, 따라서 권선의 전류에 영향을 미치기 때문이다.

그러나, 도 26의 그래프를 참조로 나타낸 바와 같이, 실제로는, 수술 핸드피스(34)의 DC 모터에서, 로터 위치와 측정된 인덕턴스의 상관관계가 미약함으로 발견하였다. 이러한 미약한 상관관계는 본 발명의 시스템(30)과 통합된 핸드피스(34)가 상대적으로 작은 로터의 모터를 가진다는 사실 때문이라고 믿어진다. 특히, 로터는 전형적으로 직경이 0.5 인치 이하이다. 또 다른 모터 로터는 0.25 인치 이하 의 직경을 가진다. 이들 로터와 통합된 자석의 상대적으로 작은 크기 때문에, 자석은 인접하는 모터 권선(234)의 인덕턴스를 로터 위치를 판정하기 위해 인덕턴스 변화만이 사용될 수 있을 정도로 변화하지 않는다.

그래서, 이 모터 프로세서(224)의 시스템(30)에서, 이득 및 옵셋값을 6개의 측정된 모터 상 전류에 인가한다. 이 이득 및 옵셋값은, 핸드피스 NOVRAM(72) 내의, 도 27에 도시된, 데이터 필드(340, 342)로부터 온다. 구체적으로, 각 로터 위치에 대해, NOVRAM(72)는 이득을 생산하기 위해 측정된 전류에 곱해지는 계수를 포함하는 데이터를 필드(340)에 포함한다. 각 필드(342)의 데이터는 곱해진 이득에 인가되는 상수인 옵셋을 포함한다. 이 데이터, 및 BEMF/IS 속도 설정 포인트 필드(339)의 데이터는 초기화 패킷의 일부로서 디스플레이 제어기(64)에서 모터 프로세서(224)로 전송된다.

각 타입의 모터(36)에 대해, 필드(340, 342)의 이득과 옵셋값이 각각 모터의 작동의 실험 분석에 의해 전개됨을 알아야만 한다.

이 검색된 이득 및 옵셋 데이터에 의거하여, 모터 프로세서(224)는 각 전류값에 대해 측정된, 정규화된 전류 측정값을 생산한다.도 28을 참조로 알 수 있는 바와 같이, 이 측정된 정규화된 값들은 각 로터 위치에 대해 전류값 중 하나가 다른 전류 값보다 높은 플롯(plot)을 초래한다.

그래서 이 권선 인덕턴스의 측정 및 정규화된 측정값에 의거하여, 모터 프로세서(228)는 모터 로터의 위치를 판정하는 것이 가능하다. 이 판정에 의거하여, 모터 프로세서(228)는 전류가 다음에 인가되어야만 하는 권선(234)을 판정하는 것이 가능하다. 이것은 모터 권선(234) 중 적절한 2개에 통전 신호가 인가되는 기간(346)으로 도 25에서 나타내어진다. 이 도면으로부터 정지기간(350)이 기간(336)으로 진행하여 전류 측정값이 만들어질 수 있음을 유의해야 할 것이다. 총괄적으로, 기간(336, 350)은 모터를 구동하기 위해 하나의 권선 쌍에 신호가 인가되는 기간(346)의 크기의 대략 10%이다. 일반적으로, 기간(336, 346, 350)의 일 사이클에 대한 전체 기간은 1 밀리초이다.

핸드피스 모터(36)가 저속 상태로 동작할 때 이외의 상황에서, 로터 위치를 모니터링하고 권선의 통전을 조정하기 위해 이러한 인덕턴스 측정 감지가 사용될 수 있음을 알아야만 한다. 이러한 인덕턴스 측정 감지는 모터가 정지, 0 RPM의 속도일 때에도 권선 통전을 조정하는데 사용된다. 그래서, 인덕턴스 측정 감지 핸드피스가 초기에 구동될 때 모터 기동을 조정하는데 사용될 수 있다. 인덕턴스 측정 감지는 또한, 전개할 수 있는 최대 토크에 근접하거나 최대 토크와 같은 토크량을 전개하는 모터의 결과로서, 모터 로터가 매우 낮은 속도 또는 정지까지 감속될 때 모터 구동을 조정하는데 사용될 수 있다.

또한 로터 위치의 인덕턴스 감지에서 실행되는 단계는 전류 상태 계산을 포함한다. 구체적으로, 본 발명의 시스템(30)에서, 모터 프로세서(224)는 모터 상 인덕턴스의 측정 및 정규화된 측정에 대해 베이스 전류(commutation) 상태보다 많이 한다. 모터 프로세서는 또한 인덕턴스 감지시 하나의 주어진 전류(commutation) 상이 판정된 후 다음에 판정된 상이 적절한지 여부를 조사한다. 이러한 판정에 의거하여, 모터 프로세서는 모터(36)를 다음의 적절한 전류(commutation) 상태에 위치 시킨다. 이러한 처리는 도 29의 플로우챠트를 참조하여 알 수 있다. 단계(350)는 제 1 피크 감지된 유도전류 상으로부터 제 2 피크 감지된 유도전류 상으로 천이를 나타낸다. 이러한 천이가 발생한 후, 단계(352)에서, 모터 프로세서(224)는 제 2 피크 감지된 유도전류 상이 미리 판정된 제 1 피크 감지 유도전류 상에 바로 인접하는 것인지 여부를 판정한다. 도 28의 측정 및 정규화된 피크 전류에 대한 실시예로서, 직전의 전류 상이 M3 네거티브 상이면, 바로 인접하는 상은 일 방향에서 M2 포지티브, 타 방향에서 M1 포지티브 상이다. 단계(352)에서 감지된 상이 이 2개의 상 중 하나로부터의 것이면, 모터가 적절히 동작하고 있는 것으로 추정된다. 다음에, 단계(354)에서, 모터 프로세서(224)는 권선에 인가되는 통전 신호의 다음의 적절한 전류 이동(commutation shift)을 만들도록 적절한 FPGA(228)에게 지시한다.

그러나, 단계(352)에서, 예를 들어, M3 네거티브 감지된 유도전류 상이 최고인 직후에, 다음에 감지된 최고 유도전류는 M3 포지티브 상으로부터의 것이다. 이것은 제조 공차 때문에 M3 네거티브와 M1 포지트브 상 사이의 천이가 최고인 동안 M3 포지티브 상에 대응하는 유도감지된 전류가 최고이기 때문이다.

이러한 판정에 응답하여, 단계(356)에서, 모터 프로세서(224)는 이 새로운 상의 피크 유도 감지된 전류가 감지된 전류 사이의 상 천이가 발생하는 레벨보다 매우 높은 레벨에 도달했는지 여부를 판정한다. 본 실시예에서, 모터 프로세서(234)는, M3 포지티브 상의 정규화된 유도 감지된 전류가 0.5의 값만큼 마지막에 측정된 M3 네거티브 상의 것을 초과하면, M3 네거티브 감지된 상에 의거한 모터 구동으로부터 M3 포지티브 상에 있는 로터에 의거한 구동으로 스위칭할 것이다.

단계(356)에서, 명백히 순서에서 벗어난 인덕턴스 측정값이 선행하는 측정값보다 분명하게 높다고 판정되면, 그 측정은 정확한 것으로 받아들여지고, 단계(354)가 실행된다. 이러한 버전의 단계(354)에서, 모터 프로세서(224)는 적절한 FPGA(228)에게 검출된 상에 있는 모터에 의거하여 통전 신호의 다음번의 적절한 전류 이동(commutation shift)를 만들도록 지시한다.

또는, 단계(356)에서, 명백히 순서에서 벗어난 유도 측정값이 이 임계값 아래에 있다고 판정될 수 있다. 이러한 판정이 이루어지면, 이러한 최고의 판정된 유도 감지된 상은 무시된다. 대신에, 단계(350)가 재수행된다. 이것에서, 그리고 단계(350, 352)의 모든 실행에서, 인덕턴스 감지 모니터 모듈(396)은 다음에 예상되는 상이 단지 현재의 상보다 최저한도로 높을 때 모터 상의 변경이 있었는지 여부에 기초하여 판정한다. 본 실시예에서, 예상되는 M1 포지티브 스테이지의 측정 및 정규화된 인덕턴스 감지된 신호는 모터 프로세서(224)가 모터 로터가 현재 M1 포지티브 상에 대응하는 위치에 있다고 판정하기 위해서는 현재의 상보다 0.1 높아야만 된다.

단계(356)에서, 순서에서 벗어난 인덕턴스 감지된 측정값은 마지막 상의 인덕턴스 감지된 측정의 값보다 분명히 높다고 판정될 수 있다. 이러한 "마지막 상 인덕턴스 감지된 값"이 2개의 인덕턴스 감지된 신호의 교차로부터의 것이다. 이러한 경우가 발생하면, 모터 프로세서(224)는 모터 로터가 실제로 이러한 새로운 최고의 인덕턴스 감지된 측정값에 의해 지시되는 위치에 있다는 의미로서 해석한다. 이러한 경우에, 모터 프로세서는 통전 신호를 이러한 로터 위치의 새로운 판정에 의거하여 모터 권선으로 인가한다.

본 발명의 시스템(30)의 이러한 특징의 이점은, 작동 글리치(glitch) 및 모터 권선 변동 때문에 발생하는 다음번의 최고의 모터 상의 순서에서 조금 벗어난 판정은 모터 제어기(86)가 로터 위치의 틀린 판정에 의거하여 권선을 부적절하게 통전시키지 않게 할 가능성을 본질적으로 제거하는 것이다.

본 발명의 모터 프로세서(224)는 또한 모터 위상의 이득 및 옵셋 상수를 조정하도록 구성된다. 구체적으로, 도 30의 플로우챠트에 나타내어진 바와 같이, 단계(362)에서 모터 프로세서(224)는 로터의 회전에 대해 측정 및 정규화된 인덕턴스 감지된 측정값들이 미리 정의된 윈도우 내에 있는지 여부를, 각 모터 상에 대해 판정한다. 이 윈도우는, 예를 들어, -0.1과 1.1 사이에 있을 수 있다. 단계(362)에서 상에 대해 교정 및 정규화된 인덕턴스 감지된 측정값이 이 범위에 있다면, 재측정되지 않는다.

그러나, 단계(362)에서 교정 및 정규화된 인덕턴스 감지된 측정값이 정의된 윈도우의 외부에 있다고 판정될 수 있다. 이 상태가 검출되면, 단계(364)에서, 모터 프로세서(224)는 이득 및 옵셋 계수의 조정을 수행한다. 이 조정은, 단계(362)의 수반되는 실행에서, 모터 상에 대해 교정 및 정규화된 인덕턴스 감지된 측정값이 정의된 윈도우 내에 있다고 판정될 때까지 반복적으로 수행된다.

본 발명의 이러한 특징은 온도의 변화 및 부품 마모 때문에 시간에 따른 인덕턴스 파형의 이동이 부정확한 모터 상태로 계산되는 결과를 초래하지 않게 한다.

이러한 재측정을 수행하는 또 다른 방법은 모터 로터를 알려진 위치 세트로 고정한 다음 인덕턴스 측정을 하는 것이다. 그 다음 측정된 인덕턴스에 의거하여 재측정이 이루어진다. 감지된 인덕턴스 측정값의 장기간의 평균값은 이득 및 옵셋 값을 어떻게 적절히 조정할지 판정하기 위해 채용될 수도 있다.

본 발명의 일부 버전에서, 디스플레이 제어기(64)는, NOVRAM 인터페이스(78)를 통해, 모터 상으로부터의 재계산된 이득 및 옵셋 값을 핸드피스 EEPROM에 기록한다. 그 다음, 이 데이터는 디스플레이 계산기에 의해 판독되어 핸드피스(34)가 제어 콘솔에 플러그인되는 다음번에 사용된다.

실제로, 이것은 모터 극(pole) 이득 및 옵셋 값의 기민한 재계산시 인덕턴스 감지 처리가 초기화되자마자 수행될 수 있다. 최대 및 최소 정규화된 감지된 인덕턴스값이 포착된다. 모터 로터의 회전을 통해 피크-투-피크 정규화된 감지된 값이 1.0의 값을 초과하거나 1.0보다 작은 것으로 판정되면, 이득 및 옵셋 값은 이러한 핸드피스(34)의 전류 흐름에 대해 모터 프로세서(224)에 의해 재계산된다.

많은 핸드피스 모터는 로터 위치 기반의 제어가 인덕턴스 감지 모드에서 BEMF 감지 모드로 스위칭될 때 권선의 통전 순서는 일정하게 남아 있도록 구성된다. 그러나, 일부 모터(36)는 인덕턴스 감지와 BEMF 감지 모드 사이에서 제어가 이동할 때 권선의 구동순서가 역전되도록 구성된다. 핸드피스 NOVRAM(72)는 그래서 도 27에서 BEMF/IS 리버스 통전 순서 필드(368)로 표시되는 데이터 플래그를 포함한다. 필드(368)에서의 이러한 플래그의 셋팅은 로터 위치의 인덕턴스 감지와 BEMF 감지 사이의 스위칭시 모터 제어기(86)가 권선의 통전 순서를 역전시켜야하는지 여부를 나타낸다.

필드(368)에서의 플래그 셋팅에 의거하여, 모터 프로세서(224)는 감지 모드 변경시 또한 권선이 전류되는 순서를 선택적으로 역전시킨다.

모터 로터 위치의 인덕턴스 감지 모니터링 수단은 핸드피스의 작동을 제어하는데 사용되어 핸드피스가 최대량의 토크를 제공할 수 있게 한다. 로터 위치의 인덕턴스 감지의 또 다른 방법에서는, 제어 콘솔(32)은 O RPM으로 핸드피스 모터의 속도를 정비하게 조정할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 또 다른 버전에서는, 하나의 모터 극에 대한 인덕턴스 감지 신호 프로파일의 수학적 모델이 전개된다(도 31의 단계(372)). 이 모델을 생성하기 위해 고속 푸리에 변환이 사용될 수 있다. 모든 인덕턴스 감지 신호가 도 28에 도시된 모터 극의 사인파 프로파일을 갖는 것은 아님을 알 수 있다. 이 신호 프로파일을 설명하는 계수가 핸드피스 NOVRAM, 도 27의 필드(370)에 저장된다. 이 데이터는 모터 프로세서(224)에 초기화 패킷으로 제공된다(단계(374)).

데이터의 수신시, 모터 프로세서(224)는 로터 위치의 모든 등급을 위해 지시하는 테이블을 전개하기 위해 하나의 신호 프로파일, 각 모터 상에 대해 제외된 인덕턴스 감지된 신호를 설명하는 데이터를 사용한다(단계(376)). 핸드피스 모터가 인덕턴스 감지 모드에 있으면, 6개의 모터 상의 각각에 대해 교정 및 정규화된 인덕턴스 감지된 신호값이 측정된 데이터로부터 판정된다(단계(378)). 다음에 이 6개의 계산된 값들이 가장 가까운 세트의 테이블 값에 매칭된다(단계(380)). 그래서 단계(380)의 매칭은, 복수의 인덕턴스 감지되어 교정 및 정규화된 값에 의거하여, 모터 로터의 각도 위치를 판정하는 역할을 한다.

단계(382, 384)는 각각 단계(378, 380)의 반복이다. 시간차에 의해 나누어진 단계(380, 384)로부터의 판정된 로터 위치에서의 차이에 의거하여, 모터 프로세서(224)는 단계(386)에서 로터 속도를 판정하는 것이 가능하다.

상기한 방법의 인덕턴스 감지되는 속도는 BEMF 신호가 전형적으로 정밀한 속도 제어를 용이하게 할 정도로 충분히 강하지 않은 저속으로 채택된다. 일반적으로, 이러한 타입의 제어에서 저속은 최대 모터 속도의 15% 이하, 또는 가끔 최대 모터 속도의 10% 이하로 간주된다.

상기 방법, 상호 전류(inter-commutation) 로터 위치 판정을 위한 인덕턴스 감지는, 0 RPM으로 속도를 감속시키기 위해 로터 위치를 판정하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 시스템(10)이 BEMF 신호를 모니터링하게 하는 수단을 도 34a 및 34b을 참조로 설명한다. 도 34의 플롯의 라인 세그먼트(440)는 비통전되는 권선(234)의 BEMF 신호에서의 이론적 상승을 도시한다. 임의로, 라인 세그먼트(440)는 제 1 권선의 모니터링된 BEMF 신호, B1_SNS 신호로 간주될 수 있다. 라인 세그먼트(442)는 제 2 권선의 모니터링된 BEMF 펄스, B2_SNS 신호로 간주될 수 있다. 라인 세그먼트(446)는 제 3 권선의 모니터링된 BEMF 신호, B3_SNS 신호로 간주될 수 있다. 다음에 패턴이 반복한다.

실제로, 권선의 전류 상(commutation phase)의 스위칭에서의 변화, 즉 글리치(glitch)가 플라이백 전류 때문에 BEMF 신호의 초기 상에 가끔 존재할 수 있다. 이것은 라인 세그먼트(442)와 연관된 다운 전압 글리치 펄스(448)로 표시된다.

이 글리치에 의거한 로터 위치의 고장 판정을 피하기 위해, FPGA BEMF 모니터 모듈(394)은 시간 위에서 측정된 BEMF 신호를 적분한다. 특히, 모듈(394)은 오직 신호가 그 상승 또는 하강의 1/2인 시간으로부터 시작하는 특정한 BEMF 신호를 적분한다. 그래서, 라인 세그먼트(440)로 표시되는 신호와 관련하여, BEMF 모니터링 모듈(394)은 오직 포인트(450)로 표시되는 시간으로부터의 신호를 적분했다. 라인 세그먼트(442)로 표시되는 BEMF 신호는 오직 포인트(452)에 의해 표시되는 시간으로부터 적분된다. 라인 세그먼트(444)로 표시되는 BEMF 신호는 오직 포인트(454)에 의해 표시되는 시간으로부터 적분된다.

이 BEMF 신호의 적분은 도 34b에서 적분 곡선 하의 영역으로 표시된다. BEMF 모니터 모듈(394)은 정의된 공통 임계값이 도달될때까지 각 BEMF 신호를 적분한다. 이 임계값은 초기화 패킷으로 NOVRAM(72)으로부터 온다. 이 임계값은 도 34b에서 포인트(458)로 표시된다.

초기 BEMF 신호의 초기 중간 포인트의 시간, 도 34a의 포인트(450)는 전류 로직 모듈(392)로부터 온다. 모듈(392)은 또한 제 2 및 제 3 중간 포인트인 포인트(452, 454)의 시간이 각각 판정될 수 있는 데이터를 제공한다.

BEMF 모니터 모듈은 다음의 처리에 따라 다음의 중간 포인트인 도 34a의 포인트(456)의 시점을 예측한다. 우선, 모듈(394)은 라인(440)의 BEMF 신호와 연관된 피크 적분값이 발생할 때인 도 34b의 포인트(458)를 판정한다. 다음에, 포인트(460)는 라인(442)의 BEMF 신호와 연관된 임계값이 발생하는 시간이다. 이들 2개의 경우 사이의 시간은 라인(442)의 BEMF 신호가 그 진정한 중간 포인트에 있는 실제 시간이다. (예를 들어, 임의의 주어진 중간 시간 포인트의 BEMF 신호에 대해, 예상되는 시간 및 실제 시간 사이의 차이는 아주 적다)

BEMF 모니터 모듈(394)은 라인(446)의 BEMF 신호와 연관된 적분 임계값이 도달되는 시간인 포인트(462)를 판정한다. 발생된 포인트(460, 462)의 임계값 사이의 시간차에 의거하여, 모듈(394)은, 라인(446)의 BEMF 신호가 그 중간 포인트에 도달한, 실제 시간을 판정한다. 이 시점에서, BEMF 모니터 모듈(394)은 그 메모리에, 중간 포인트(454)의 신호가 발생해야만 할 때와 라인(442, 446)의 BEMF 신호의 천이의 중간 포인트들 사이의 시간차를 나타내는 데이터를 가진다. BEMF 모니터 모듈(394)는 이러한 시간차를 포인트(454)로 표시되는 중간 천이가 발생한 시점에 가산한다. 이러한 합은 라인(455)으로 표시되는 BEMF 신호가 발생할 때인 포인트(456)의 예측이다. 그래서, BEMF 모니터 모듈(384)은 이 시간에 적분을 개시한다.

본 발명의 다른 버전에서는, BEMF 모니터 모듈(394)이 BEMF 신호 천이의 중간 포인트 전후에 적분을 개시할 수 있다. 일반적으로 그렇지만, 스위치 글리치는 이러한 중간 포인트 이전에 끝난다.

이러한 방식으로 나중의 BEMF 신호의 천이의 중간 천이 시간이 반복적으로 계산된다. 그래서, BEMF 신호의 기울기가 핸드피스 모터(36)의 속도 변화의 결과로서 변화할 때, 신호 천이의 중간 포인트의 예상 시간은 동일하게 변화할 것이다. 그래서, BEMF 모니터링 모듈에 의해 예상된 중간 천이 시간, 즉 모듈이 그 적분 처리를 시작하는 시간은 속도가 변경되더라도 진정한 시간에 매우 근접할 것이다.

제로 크로싱의 발생의 모니터링에 대립하는 것으로서, BEMF 신호가 적분되는 이유는 고주파 노이즈 때문에 모터 상의 판정 오류를 제거하기 위한 것이다.

도 35a 및 35b는 본 발명의 핸드피스 인터페이스(70)의 구조를 총괄적으로 도시한다. 인터페이스(70)는 인터페이스가 연결되는 핸드피스(34)와 통합되는 4개의 장치에 연결가능하다. 간단히 도시하기 위해, HP_DEVx 연결로 라벨이 붙여진 하나의 장치에 대한 연결 회로가 도시된다. 인터페이스(70)는 아날로그 및 디지털 신호 모두를 연결된 각 핸드피스 장치와 송수신하는 것이 가능하다

핸드피스 인터페이스(70)는 인터페이스 제어기(470)를 포함한다. 하나의 적당한 인터페이스 제어기(470)는 ATmega8 마이크로제어기로 구성될 수 있다. 제어기(470)는 연결된 핸드피스 장치로부터 수신된 아날로그 신호를 디지털화하는 내부의 아날로그/디지털 회로(472)를 가진다. 제어기(470)는 버스(76)에서 상기 연결된 핸드피스(34)와 디스플레이 제어기 사이의 인터페이스로서 역할한다. 임의의 핸디피스 장치로의 아날로그 신호 인터페이스 제어기(470) 출력은 디지털 형태로 디지털/아날로그 변환기(474)로 출력된다. 하나의 적당한 변환기(474)는 텍사스 인스트루먼트사로부터 구입할 수 있다.

인터페이스(70)는 정밀 전압원(476)을 가진다. 전압원(476)은 정밀한 5 VDC 전압인 HP_REF 신호를 핸드피스(34)로 출력한다. 이러한 전압은 그 다음에 정밀 전압을 필요로 할 수 있는 핸드피스 내부의 임의의 부품에 이용가능하다. 전류 모니터링 회로(478)는 HR_REF 신호의 전류를 모니터링한다. 이러한 전류가 어떤 레벨을 초과하면, 핸드피스 내부에 고장이 있다고 추정된다. 이러한 전류 레벨이 검출되면, 모니터링 회로(478)는 고장 신호를 인터페이스 제어기(470)로 전송한다. 인터 페이스 제어기(470)는, 차례로, 적절한 고장 메시지를 디스플레이 제어기(64)로 전송한다.

고장 메시지의 수신시, 디스플레이 제어기(64)는 디스플레이(42)에 적절한 경고를 제공한다. 디스플레이 제어기(64)는 또한 핸디피스 제어 중 핸드피스 센서에 의해 생성된 임의의 신호들에 의거하여 핸드피스(34)의 구동을 금지시킨다. 이것은 고전류 HP_REF 신호가 이들 제어로 고장이 있음을 나타내는 것으로 생각되기 때문이다.

핸드피스 인터페이스(70)는 또한 핸드피스 전원장치(480)를 포함한다. 전원장치(480)는 핸드피스에 전력신호, HP_PWR 신호를 제공한다. 이 신호는 전력을 필요로 할 수 있는 모터(36) 이외의 핸드피스 내부의 임의의 장치에 이용가능하다. 이러한 장치는 수술 내비게이션 시스템의 일부인 전송 유닛일 수 있다.

HP_DEVx 연결을 통한 핸드피스 장치로부터의 아날로그 신호는 3개의 직렬 연결된 저항(482, 484, 486)을 포함하는 RC 필터를 통해 상기 연결로부터 이동한다. 이 필터는 또한 캐패시터(488, 490)를 포함한다. 캐패시터(488)는 저항(482, 484)의 접합점과 접지 사이에 접속된다. 캐패시터(490)는 저항(484, 486)의 접합점과 접지 사이에 접속된다.

HP_DEVx 연결은 또한 저항(494)을 통해 버퍼 증폭기(492)의 반전 입력에 부착되는 것이 도 35로부터 관찰된다. 버퍼 증폭기의 비반전 입력은 디지털/아날로그 변환기(474)에 연결된다. 핸드피스 NOVRAM(72) 데이터가 연결된 장치로부터 아날로그 신호가 수신됨을 나타낼 때, 디스플레이 제어기(64)로부터 수신된 지령에 의거 하여, 인터페이스 제어기(470)는 회로를 구성한다. 구체적으로, 인터페이스 제어기(470)는 디지털/아날로그 변환기(474)가 증폭기를 디스에이블시키는 증폭기(492)의 비반전 입력에 신호를 어서트하게 한다. 증폭기는 회로의 외부에 있으므로, HP_DEVx 연결에서 RC 필터로의 신호 흐름이 단독으로 존재한다.

RC 필터로부터의 신호인 저항(486)의 출력 신호는 제어기 아날로그/디지털 변환기(472)로 인가되어 제어기(470)가 처리한다.

인터페이스(70)가 아날로그 신호를 핸드피스 장치로 출력하기 위한 것인 경우에, 제어기(470)는 버퍼 증폭기(492)를 기동시킨다. 상기 신호의 디지털화된 버전은 제어기(470)에서 디지털/아날로그 변환기(474)로 출력된다. 변환기(474)에 의해 생산된 아날로그 신호는 버퍼 증폭기(492)의 비반전 입력으로 인가된다. 풀 다운 저항(496)은 또한 증폭기(492)의 비반전 입력과 접지 사이에 접속된다.

증폭기(492)의 출력 아날로그 신호는 다이오드(498)를 통해 HP_DEVx 연결에 인가된다.

인터페이스(70)로의 디지털 신호는 아날로그 입력 신호로서 HP_DEVx 연결에서 제어기(470)로의 도체 경로와 동일한 경로를 채택한다. 디지털 신호가 수신되면, 제어기(470)는 그 아날로그/디지털 변환기(472)를 디스에이블시킨다. 결과적으로, 입력신호는 디지털 신호로서 처리된다.

인터페이스에 의해 전송된 디지털 신호는 아날로그 신호가 통상적으로 수신되는 제어기 단자를 통해 제어기(470)에 의해 전송된다. 그래서 디지털 출력 신호는 저항(486, 484, 482)을 통해 HP_DEVx 연결로 전달된다.

도 34b에서, 2개의 제너 다이오드(500)는 5 VDC 버스와 접지 사이에 리버스 바이어스 연결되어 있다. 다이오드(500) 사이의 접합점은 저항(482, 484) 사이의 접합점에 연결된다. 2개의 다이오드(502)는 직렬 연결되고 5 VDC 버스와 접지 사이에 리버스 바이어스된다. 다이오드(502)는 그들의 공통 접합점이 버퍼 증폭기(492)의 반전 입력에 연결된다. 그래서 다이오드(500, 502)는 인터페이스를 전압 보호한다.

본 발명의 일부 버전에서는, 릴레이가 HP_DEVx 연결 및 인터페이스 회로 사이에 연결될 수 있다. 이 릴레이는, 구동될 때, RFID 인터페이스(78)에 릴레이를 부착시킨다. 그래서, 이 릴레이는, 핸드피스 부품이 핸드피스와 연관된 RFID와 신호를 유도 교환하도록 설계된 안테나인 경우 HP_DEVx 연결을 RFID 인터페이스(78)에 연결하기 위해 구동된다.

본 발명의 시스템(30)의 또 다른 특징은 디스플레이 제어기(64), 모터 제어기(224) 및 FPGA(228)은 전체적으로 다시 프로그램가능한 것임을 알아야만 한다. 예를 들어, 1394 인터페이스(68)를 통해 지령을 입력함으로써, PID 모듈(406, 414)의 알고리즘이 크게 변형될 수 있다. 그래서, 하나 이상의 모터 드라이브 및 감지 회로(210)는 직접 구동 모드로 작동하기 위해 또는 오픈 루프 제어를 제공하기 위해 리셋될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 모터 드라이브 및 감지 회로(210)는 모터를 포함하지 않는 전력 소비 부품을 구비한 핸드피스(34)에 통전 신호를 공급하도록 다시 프로그램될 수 있다. 이러한 핸드피스는 RF 애블레이션 도구, 발광 소자, 전기 소작기 및 초음파 조직 형성 액세서리를 구동시키는 장치를 포함한다.

또한, 본 발명의 시스템(30)은 필요하다면 콘솔(32)이 하나의 핸드피스(34)로 공급된 전력을 일시적으로 감소시키지 않도록 구성된다. 이러한 버전의 본 발명에서는, 핸드피스 NOVRAM(72)이 전력 공유 플래그를 가진다. 이 플래그는, 존재할 경우, 전원장치(90)에 대한 요구가 제공할 수 있는 양을 초과하기 시작할 것 같으면, 핸드피스에 의해 인출되는 전체 전력을 감소시키기 위해 핸드피스로의 전력이 순간적으로 정지될 수 있는 상기한 방식으로 핸드피스가 동작될 수 있음을 나타낸다. 도 27로 되돌아가면, 이러한 플래그는 필드(540)에 있거나 없음을 알 수 있다. 플래그의 상태는 핸드피스 NOVRAM(72)으로부터 판독된 다른 데이터를 가지고 판독된다.

이러한 버전의 본 발명에서, 디스플레이 제어기(64)는 각 부착된 핸드피스가 잠재적으로 인출할 수 있는 최대 전력량을 나타내는 데이터를 저장한다. 이 데이터는, 디스플레이 제어기(64)와 연관된, 도 36에 표시된, 3개의 필드(542a, 542b, 542c)에 저장된다. 디스플레이 제어기(64)는 또한 임의의 순간에 현재 구동되는 핸드피스에 의해 인출될 수 있는 최대 전력을 나타내는 데이터를 필드(544)에 저장한다. 아래의 명확한 이유 때문에, 단지 2개의 드라이버(210)를 구비한 본 발명의 버전에서, 이 데이터는 단순히 현재 구동하는 핸드피스와 연관된 하나의 필드(542a, 542b 또는 542c)에 대한 포인터일 수 있다. 이러한 상황에서, 포인터는 구동되는 핸드피스가 없을 때 제로 값을 가진다.

도 37을 참조로, 전력 공유 유도 전류 중단될 수 없는 핸드피스를 모터 드라이버가 작동시키는 처리를 설명한다. 우선, 단계(548)에서, 디스플레이 제어기(64) 는 외과의가 특정 핸드피스_x를 사용하기를 원한다는 지시를 받는다. 핸드피스 NOVRAM(72)의 전력 공유 플래그 필드(540)로부터 판독된 데이터에 의거하여, 디스플레이 제어기(64)는 핸드피스 전력 소비 모듈이 전력 공유 상태에서 작동될 수 있는지 판정한다(단계(550)). 핸드피스가 그렇게 동작될 수 있다면, 디스플레이 제어기(64)는, 단계(552)에서, 종래의 초기화 패킷을 모터 프로세서(224)로 보내서 핸드피스가 구동될 수 있게 한다. 그 다음, PSI_LMT 신호가 어서트되는 경우, 핸드피스에 인가된 전력이 후술된 바와 같이 순간적으로 무효로 될 수 있다.

그러나, 필드(540)의 플래그가 핸드피스가 전력 공유 모드로 작동될 수 없음을 지시하면, PSI 제한 모듈(430)은 단계(554)로 진행한다. 단계(554)에서, PSI 제한 모듈(430)은 현재 구동되는 핸드피스/핸드피스들이 인출할 수 있는 최대 전력을 지시하는 필드(544)의 데이터와 이러한 새로운 핸드피스의 최대 전력을 지시하는 필드(542x)의 데이터에 의거하여 모든 핸드피스를 위해 인출 가능한 새로운 최대 전력을 판정한다. 단계(556)에서, 이러한 전력 인출 레벨은 전원장치(90)가 생산할 수 있는 최대 전력과 비교된다.

단계(556)의 비교 결과가 구동되는 핸드피스가 인출할 수 있는 전체 전력이 전원장치가 공급할 수 있는 양 이내에 있음을 지시하면, 단계(552), 총괄적으로 구동되는 핸드피스가 인출할 수 있는 전력량이 전원장치(90)가 공급할 수 있는 전력량보다 작으므로, PSI_LMT 신호가 어서트될 가능성은 없다. 이것은 어느 핸드피스도 전력 공유 동작되지 않아야만 함을 의미한다.

또는, 단계(556)에서, 잠재적으로, 새롭게 구동되는 핸드피스를 포함하는 핸 드피스가 인출할 수 있는 전체 전력이 전원장치(90)가 공급할 수 있는 양을 초과한다고 판정될 수 있다. 이러한 경우에, 디스플레이 제어기는 새롭게 구동되는 핸드피스를 통전시키는 처리를 시작하기 위해 초기화 패킷을 출력하지 않는다. 이러한 원하지 않는 경우는 단계(558)에 의해 표시된다. 핸드피스의 구동을 금지시키는 처리의 일부로서, 디스플레이 제어기(64)는 디스플레이(42)에 핸드피스가 구동되지 않는 이유를 나타내는 메시지를 생성할 수 있다.

결국, 이전에 구동되는 핸드피스가 정지된다(단계(560)). 이러한 경우가 발생시, 디스플레이 제어기는 현재 작동하는 핸드피스에 의해 인출 가능한 전류를 반영하기 위해 필드(542)에 저장된 데이터를 교정한다. 또, 2개의 드라이버(210)만 있는 경우, 이 전류는 제로이다.

단계(554, 556)가 재실행된다. 이러한 시간 단계(556)가 실행되고, 디스플레이 제어기는 전원장치(90)가 전력 공유를 할 수 없는 핸드피스가 인출할 수 있는 전력을 공급할 수 있다고 판정한다. 따라서, 단계(552)가 실행된다.

또한, 전력 공유할 수 없는 핸드피스가 통전 신호를 공급받고 있는 동안에 동일한 처리가 디스플레이 제어기(64)에 의해 실행됨을 알아야만 한다. 여기서, 전원장치가 현재 작동하는 핸드피스가 필요로하는 전력을 공급할 수 있는지 판정하기 위해 단계(554)와 동일한 단계들이 실행된다. 판정결과가 부정적으로 평가되면, 새롭게 구동되는 핸드피스가 전력 공유를 할 수 있더라도, 디스플레이 제어기(64)는 새롭게 구동되는 핸드피스의 구동을 금지시킨다. 새로운 핸드피스의 구동은 전력 공유를 할 수 없는 핸드피스가 정지될 때까지 금지된 채로 남아있는다.

이러한 버전의 본 발명의 이점은 전력 공유 처리의 순간적인 전력 제한을 받지 않아야만 하는 핸드피스가 그렇게 전력 제한됨을 보증한다는 것이다.

본 발명의 시스템(30)은 또한 프그로램된, 전류 제한 통전 신호를 어떤 중대한 전력 소비 수술 핸드피스(34)에 제공하도록 구성된다. 가끔 이러한 타입의 핸드피스는 배터리로부터 전력이 제공된다. 전력을 제공하기 위해 배터리를 사용하는 것은 많은 이점들을 제공할 수 있지만, 하나의 제약은 배터리가 그 셀 내부에 저장된 전력만을 분배할 수 있다는 것이다. 일단 배터리 충전이 고갈되면, 핸드피스의 연속적인 사용이 필요한 경우에, 배터리를 제거 및 교체하기 위해 수술 절차가 중단된다.

그래서, 일부 외과의는 도 38의 개략도에서 설명되는 "코드 배터리 팩"(560)으로 알려진 장치를 가지고 이러한 타입의 핸드피스에 전력을 공급하는 것을 선호한다. 배터리 팩(560)은 스텝 다운 트랜스포머(562)를 포함한다. H 브릿지(212)로부터의 M1P 및 M2P 단자는 트랜스포머(562)의 1차 권선의 반대단에 접속된다. 정류기(564)는 트랜스포머(562)의 2차 권선에 연결된다. 출력 신호 정류기(564)는 리플이 감소된 DC 통전 신호이다. 이 신호는 통전 신호로서 배터리 팩(560)이 부착된 핸드피스(34)에 인가된다. 일부 배터리 팩(560)은 10 VDC 통전 신호를 출력하도록 설계된다.

배터리 팩(560)은 H 브릿지(212) M3P 터미널를 통해 제공될 수 있는 접지 또는 전력 어느 것도 채용하지 않는다. 따라서, 통전 신호를 배터리 팩(560)으로 인가하는 동안, M3P 터미널은 배터리 팩(560)에 연결되지 않는다.

H 브릿지 M1P와 M2P 터미널을 통해 트랜스포머 권선으로 전력 및 접지 연결을 교호로 그리고 연속적으로 성립하기 위해 통전 신호가 인가된다. 도 39a 및 39b는 이 연결들이 성립되는 순서를 도시한다. 도 39a는, 40 VDC 전력선과 접지 사이에, 하나의 터미널 즉 임의로 M1P 터미널의 H 브릿지 연결을 나타낸다. 도 39b는 제 2 터미널 즉 임의로 M2P 터미널의 연결을 나타낸다. 도 39b의 펄스(566, 570, 574, 578)는 40 VDC 전력 신호가 M2P 터미널을 통해 트랜스포머(562)에 인가되는 기간을 나타낸다. 이 시간에서, 도 39a의 파형으로 나타낸 바와 같이, 트랜스포머(562) 1차 권선의 반대단이 M1P 터미널을 통해 접지에 접속된다. M2P 터미널을 통해 트랜스포머(562)에 전력 신호가 인가되는 기간 사이에, M1P 터미널을 통해 트랜스포머로 전력 신호가 인가된다. 이것은 도 39a의 펄스(568, 572, 576)으로 표시된다. 이 시간에서, H 브릿지(212)는 M2P 터미널을 통해 트랜스포머 1차 사이의 접지 연결을 성립시킨다.

또한, MxP 터미널 중 첫 번째 하나를 통한 40 VDC 전력 레일로부터의 트랜스포머(562)의 각 단선은 제 2 MxP 터미널을 통한 전력 레일과의 동시 연결을 수반하지 않음을 관찰될 것이다. 대신에, 트랜스포머(562)를 통해 제 1 방향으로 전류가 흐를 때와 반대 방향으로 전류가 흐르기 시작할 때 사이에 데드 타임이 있다. 도 39a에서, 파선(580)(펄스(566)가 끝나는 시간)과 펄스(568)의 시작 사이의 시간은 이 데드 타임 기간들 중 하나를 나타낸다. 도 39b에서, 파선(582)(펄스(568)가 끝나는 시간)과 펄스(570)의 시작 사이의 시간은 제 2 데드 타임 기간을 나타낸다.

비록 도시되지는 않았지만, 코드 배터리(corded battery)(560)는 핸드피스 NOVRAM(72)과 동일한 NOVRAM을 가지는 것이 인정된다. 배터리 NOVRAM 내부의 데이터는, 배터리에 통전 신호를 제공하기 위해, 연관된 H 브릿지(212)의 M1P 및 M2P 터미널이 전원선과 접지 사이에서만 토글됨을 지시하는 지령을 포함한다. 도 40에 의해 표시된 바와 같이, 코드 배터리 NOVRAM 내부에는 스위칭 주파수와 데드 타임 데이터 필드(588, 590)이 각각 있다. 스위칭 주파수 필드(588)는 트랜스포머(562)에 인가되어야만 하는 통전 신호의 주파수를 지시하는 데이터를 포함한다. 데드 타임 필드(590)는 트랜스포머 1차 권선의 일단이 전원선에 접속되는 연속하는 기간들 사이의 데드 타임, T_{DEAD_TIME}의 기간을 지시하는 데이터를 포함한다. 이 데이터는, 배터리 NOVRAM으로부터 검색된 다른 데이터와 같이, 코드 배터리(560)가 제어 콘솔(32)에 먼저 부착될 때 디스플레이 제어기(64)에 의해 저장된다.

디스플레이 제어기(64)가 코드 배터리로의 통전 신호의 인가를 시작하기 위해 초기화 패킷을 모터 프로세서(224)로 전송할 때, 스위칭 주파수 및 데드 타임 기간 데이터가 포함된다. 이 데이터에 의거하여, 모터 프로세서(224)는 각 펄스(566∼578)가 어서트되는 기간, T_PULSE을 판정한다. 우선, 스위칭 주파수 데이터에 의거하여, 모터 프로세서(224)는, M1P와 M2P 터미널 모두로부터 트랜스포머(562)에 통전 신호가 인가되는 하나의 시퀀스에 대해, 사이클 타임, T_CYLCLE을 판정한다. 각 펄스의 기간은 다음의 공식에 따라 판정된다:

T_PULSE= .5(T_CYCLE - 2T_{DEAD _TIME})

그 다음 T_PULSE와 T_{DEAD _TIME} 값이 코드 배터리(560)로 통전 신호를 인가하는 것을 책임지는 FPGA(228)로 전송된다. 이 데이터에 의거하여, FPGA는 트랜스포머 권선의 타단이, M1P과 M2P 터미널을 통해, 전원선 레일과 접지에 적절한 순서로 접속되는 것을 보증한다.

본 발명의 시스템(30)의 이러한 특징은 제어 콘솔(32)이 트랜스포머에 필요한 고전력 통전 신호를 그 트랜스포머에 가장 적합한 순서로 인가하는 것을 가능하게 한다. 이러한 트랜스포머는 코드 배터리와 같은 장치에 배치되는 것 이외에, 전력 공급되는 수술 핸드피스 자체 내에 포함될 수도 있다.

본 발명의 제어 콘솔(32)은 또한 트랜스포머(562)에 의해 인출된 전류를 모니터링 및 조정한다. 구체적으로, 트랜스포머(562)의 1차 권선을 통한 전류 흐름은 ISENSE 신호의 OVERLIP/OVERLIN 버전을 모니터링함으로써 모니터링된다. 이 신호는 FPGA 모듈(419)에 의해 모니터링된다. 도 39c는 전류 파형을 도시한다. 이 도면은 다수의 파형(602∼614)을 포함한다. 각 파형(602∼614)은 각각 통전 펄스(566∼578) 중 개별적인 하나 동안에 트랜스포머(562)를 통한 전류 흐름에 대응한다. 또한, 하나의 파형(602∼614)의 시작과 연속하는 파형의 시작 사이에 작은 시간 갭이 있음이 관찰된다. 이것은 각 통전 펄스(566∼578) 사이의 데드 타임 기간의 존재를 반영한다.

도 40으로 되돌아가면, 또한 코드 배터리 메모리가 최대 전류 필드(616)를 포함함을 알 수 있다. 필드(616)는 트랜스포머를 통한 허가된 최대 전류 흐름을 나 타내는 값을 지시하는 데이터를 포함한다. 이 데이터는 초기화 패킷의 일부로서 모터 프로세서(224)에 공급되는 데이터의 일부이다.

최대 전류 필드(582)의 데이터에 의거하여, 모터 프로세서(224)는 트랜스포머(592)가 하나의 통전 펄스, 도 39c의 I_MAX 동안 인출해야하는 최대 전체 전류의 값을 판정한다. 모듈(419)은 I_MAX 레벨에 도달했는지 알기 위해 연속적으로 전류 파형(602∼614)의 레벨을 모니터링한다. 도 39c에서, 파형(610)은 도 39b의 펄스(574)와 연관된 파형으로서 I_MAX에 도달한 것으로 도시된다. 이것이 발생되면, 모듈(419)은 트랜스포머를 접지로 전원 레일에 접속시키는 H 브릿지 HxP 터미널을 오픈한다. 도 39b에서, 이것은 펄스(574)가 펄스(566, 570, 578)보다 짧은 기간을 가진다는 점에서 알 수 있다. 모듈(419)은 터미널이 다른 방법으로 전원 레일에 접속되는 기간과 연속하는 데드 타임 기간 동안 MxP를 오픈으로 계속해서 유지한다. 다음에, 통상 예정된 시간에서, 제 2 MxP 터미널이 전원 레일에 접속된다. 이것은 도 39a에서 펄스(572, 576) 시작 사이의 시간이 펄스(568, 572) 시작 사이의 시간과 동일하다는 점에서 알 수 있다.

그래서 본 발명의 콘솔(32)은 트랜스포머(562)와 같은 장치에 전력을 더 많이 인가한다. 콘솔(32)은 장치에 제공되는 전력량이 장치가 소비하도록 설계된 전력량을 초과하지 않도록 보증하는 것도 가능하다. 또한, 장치가 전력을 소비하는 능력의 한계로 전력을 인출하도록 연속적으로 시도하는 경우에, 콘솔은 장치에 제공되어야만 하는 주파수로 전력을 계속해서 제공할 것이다.

본 발명의 제어 콘솔(32)은 상기 경우의 서베러티 펑크션(severity function)으로서 핸드피스(32)가 구동하는 동안 발생하는 범위를 벗어난 경우에 응답하도록 구성된다. 도 41은 에러라고 불리는 경우의 발생에 관한 정보의 수신시 콘솔이 어떻게 응답하는지의 플로우챠트이다. 단계(620)에서, 모터 제어기(86)는 에러의 발생, 그리고 에러의 타입를 식별하는 코드를 디스플레이 제어기에 보고한다. 단계(622)에서, 디스플레이 제어기(64)는 에러가 에러의 최하위 형태인 "경고(warning)"인지를 판정한다. 이러한 타입의 에러는 콘솔(32) 또는 핸드피스(34)를 손상시키지 않는 타입의 경우이다. 하나의 이러한 경고 타입 에러는 인출하고자 하는 전력보다 많은 전력을 인출하는 핸드피스(34)이다. 만약, 단계(622)에서, 에러가 경고 타입 에러라고 판정되면, 디스플레이 제어기는, 단계(624)에서, 에러의 발생을 기록한다. 디스플레이 제어기는 핸드피스의 작동이 중단되지 않도록 한다.

다음의 보다 높은 레벨의 에러는 "폴트(fault)" 에러이다. 이러한 타입의 에러는 콘솔 또는 핸드피스에 직접적인 손상을 잠재적으로 일으킬 수 있다. 폴트 타입 에러의 예는 핸드피스 전력 소비 유닛의 전압의 급격한 저하 또는 모터 제어기(86)에서 발생하는 제로로 나누는 경우이다. 단계(626)는 에러 코드에 의거하여 상기 발생된 에러가 폴트 에러인지 판정하는 디스플레이 제어기(64)를 나타낸다. 에러가 폴트 에러이면, 단계(628)에서, 에러 발생이 기록된다. 에러와 연관된 핸드피스의 정지가 단계(628)의 부분으로 도시된다.

단계(630)에서, 디스플레이 콘솔은 에러가 발생되어 핸드피스가 재기동됨을 나타내는 데이터를 디스플레이(42)에 제공하고, 사이클 오프 후 다시 온되어야만 한다. 단계(632)는 조정 작동에 사용되는 스위치의 사이클링이 발생하는지 대기하는 것을 나타낸다. 일단 핸드피스 제어 스위치가 그렇게 작동되면, 디스플레이 제어기(64)는 핸드피스가 재구동되는 것을 허락한다(단계(634)).

에러가 경고도 폴트도 아니면, 가장 심한 타입의 에러인, 록다운(lockdown) 에러이다. 이러한 에러의 예는 디스에이블된 FET(242, 244) 또는 고착된 릴레이(stuck relay)(304, 306)이다. 단계(622, 626)의 검사가 모두 거짓이라면, 그 다음 디폴트에 의해, 에러는 록다운 에러이다. 이 경우에, 단계(638)에서 디스플레이 제어기(64)는 에러를 기록한다. 또한 단계(638)에 의해 나타내어진 바와 같이, 디스플레이 제어기(64)는 그 부착된 임의의 핸드피스의 통전을 금지시킨다. 디스플레이 제어기(64)는 또한 수술진에게 에러를 알려주는 적절한 이미지를 디스플레이(42)에 제공한다. 수술진은 전력을 차단한 다음 백업 콘솔에 전력을 공급하여 콘솔을 사이클링함으로써 에러를 클리어시킨다. 단계(642)는 이러한 경우가 발생하는지 대기하는 콘솔(32)을 나타낸다. 단계(644)는 콘솔(32)의 이어지는 재초기화를 나타낸다. (대부분의 경우, 록다운 타입 에러는 콘솔의 오프/온 사이클링에 의해 치료될 수 없는 하드웨어 문제이다.)

그래서 콘솔(32)은 또한 에러의 발생에 응답하여 취해진 동작이 에러의 서베러티 펑크션이 되도록 설계된다. 사소한 에러는 에러의 근원이었을 수 있는 핸드피스의 구동을 중단시키지 않는다. 콘솔은 수술진에게 핸드피스의 순간적인 사이클링 온/오프에 의해 중간 정도의 에러가 정정될 수 있는지 판정할 기회를 준다. 단지 사소한 에러가 발생하였으면 콘솔은 완전한 전력 차단 및 콘솔의 백업 전력 공급을 요구한다.

또한, 콘솔은 에러가 발생했을 때, 에러의 타입 및 에러와 연관된 핸드피스를 기록한다. 이것은 특정 에러의 근원을 식별하는 능력을 유지보수 인원에게 제공하다.

핸드피스가 오실레이팅 모드로 작동될 때, 본 발명의 제어 콘솔(32)은 모터 회전 및 시간의 함수로서 모터(36)가 임의 주어진 방향으로 구동되는 기간을 조정한다. 백그라운드로서, 세이버(shaver)와 같은 일부 수술 핸드피스는 오실레이팅 모드에서 작동됨을 알아야함 한다. 이러한 모드에서 모터(36)와 부착된 컷팅 액세서리(35)는 제 1 방향으로 다음에 역방향으로 구동된다. 그 다음 상기 사이클이 반복된다. 이러한 움직임은 컷팅 액세서리(35)가 인가되는 조직의 부분을 컷팅 액세서리가 절제할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

모터가 오실레이팅 모드로 구동될 때, 모터 얼마나 길게 주어진 방향으로 작동되지를 모터 프로세서(224)가 조정하는 처리를 도 42의 플로우챠트를 참조하여 설명한다. 초기 단계(656)에서, 모터 프로세서(224)는 모터(36)가 필요한 수의 축회전을 만들어야 하는 기간에 대한 기초 판정을 한다. 이 판정으로의 입력 변수는: 모터축이 주어진 하나의 방향 사이클로 턴해야만 하는 회전수; 모터축이 회전하는 속도; 및 모터 가속도이다. 이 입력 변수들은 외과의에 의한 임의의 조정에 의거한 핸드피스의 고장 설정에 의거한다. 이 조정들은 핸드피스가 오실레이팅 모드로 구동될 때 설정된 속도 셋팅을 포함할 수 있다.

도 43의 플롯(plot)(657)은 상기한 변수들이 예상되는 구동 시간을 판정하는 데 어떻게 사용되는지를 그래픽적으로 도시한다. 플롯의 초기부분인, 곡선의 세그먼트(658)는 회전의 범위, 즉 제로 속도 상태에서 설정 속도 상태로 가속되는 시간상의 모터 로터의 회전수를 나타낸다. 플롯(657)의 선형 세그먼트(660)는 설정 속도에서 시간상의 모터의 회전 수를 나타낸다. 그래서, 이 변수들과 모터 로터가 턴해야만 하는 회전수를 설명하는 데이터에 의거하여, 모터 프로세서(224)가 예상된 회전수, T_ROTATAE를 만들기 위해 모터가 구동되야만 하는 전체시간을 판정한다.

일단 T_ROTATE가 계산되면, 단계(664)에서, 모터 프로세서가 보상된 회전 시간 T_{COMP_ROTATE}를 판정하기 위해 기간에 보상 팩터를 곱한다. 이러한 보상 팩터는 1보다 크다. 본 발명의 일부 버전에서, 이러한 팩터는 핸드피스 NOVRAM(72)의 필드(665)에 저장된다(도 27). 이러한 보상은 절단되는 조직의 저항이 모터 로터가 턴하는 시간을 낮출 수 있기 때문에 발생한다.

단계(666)에서는 모터가 구동된다. 단계(668)에서 모터 프로세서(224)는 모터 로터가 겪는 회전수 모두를 모니터링한다. 권선(234)을 순환하는 전류의(commutation) 수를 카운팅하여 회전 계수가 모니터링되는 것을 알 수 있다. 또한 단계(668)에서 모터 프로세서(224)는 모터가 구동되는 시간을 모니터링한다. 단계(670)에서, 모터 프로세서는 단계(668)의 모니터링에 의거하여 모터 로터가 설정수의 회전을 겪는지 판정한다. 단계(670)의 평가가 참(true)으로 검사되면, 단계(672)에서, 모터 프로세서(224)는 모터를 정지시키고 모터 로터의 회전 방향을 역전시킨다. 그 다음 순서가 반복된다.

단계(670)의 평가가 거짓(false)으로 검사되면, 단계(674)에서 모터 프로세서(224)는 모터가 구동되는 시간이 보상된 회전 시간 이상인지 판정하기 위해 검사한다. 이것이 부정적으로 검사되면, 단계(668, 670, 674)가 재실행된다.

그러나, 단계(674)에서 모터 프로세서(224)가 모터가 일 방향으로 상기 보상된 예상 시간보다 많이 구동한다고 판정하면, 단계(672)가 실행된다.

그래서, 세이버와 같은 오실레이팅하는 컷팅 액세서리는 절제하기 어려운 조직 절단 부분에 접한 경우, 액세서리는 조직에 고착되지 않게 된다. 대신에, 본 발명의 시스템(30)은 컷팅 액세서리가 이러한 방해를 받을 때 액세서리가 방향을 변경하도록 구성된다. 이것은 방해 조직의 반대측에 대한 컷팅 액세서리의 반복적인 오실레이팅이 시간상에서 조직을 절제할 수 있는 가능성을 증가시킨다.

본 발명의 시스템(30)은 또한 핸드피스를 구동시키기 위해 통전 신호가 핸드피스 모터(36)에 인가되는 초기 기간 동안 핸드피스가 그 정규 제한 위로 토크를 전개하는 것이 가능하도록 구성된다.

통상적으로, 참조문헌으로 기재된 미국특허번호 6,017,354에 기술된 바와 같이, 핸드피스가 임의의 순간에 인출을 허락하는 토크량은 모터 속도의 함수이다. 일반적으로, 핸드피스가 전개를 허락하는 순간 토크량과 핸드피스 모터의 순간 속도 사이에는 반대 관계가 있다. 기동시, 체액과 조직의 작은 조각이 존재하기 때문에, 컷팅 액세서리의 부품은 상당한 량의 정적 마찰을 받을 수 있다. 또한, 기동시, 컷팅 액세서리에 직접 인접하는 조직이 컷팅 액세서리의 움직임에 상당량의 저항을 줄 수 있다. 이러한 조건들의 존재는 핸드피스 모터가 기동시 컷팅 액세서리 를 그 정지 위치로부터 이동시킬 수 있도록 상당량의 토크를 분배할 필요가 있다는 것을 의미한다. 그러나, 제어 콘솔이 핸드피스 모터(36)가 전개할 수 있는 토크량을 제한하면, 콘솔은 핸드피스 모터에 컷팅 액세서리를 초기 위치시키는데 필요한 전력을 제공하지 않을 수 있다.

본 발명의 시스템(30)은, 통전 신호 인가 시작 후 제한된 시간 동안, 모터(36)가 좀더 많은 토크를 생산하도록 그렇지 않으면 모터가 인출 가능한 것보다 좀더 많은 전류를 인출할 수 있도록 하여, 핸드피스 구동의 금지 가능성을 극복한다. 모터가 인출할 수 있는 부가적인 토크량은 핸드피스 NOVRAM(72) 메모리의 기동 토크 필드(678)(도 27)로부터 얻어진다. 모터가 이러한 초과 토크를 생산할 수 있는 기간은 기동 토크 타임 아웃 필드(680), T_{TRQ _TIME_OUT}로부터 얻어진다. 전형적으로 모터가 보다 높은 초기 토크를 전개할 수 있는 기간은 기동 후 10밀리초와 1초 사이이다. 본 발명의 일부 방법에서, 이러한 기동 기간은 3초까지 계속될 수 있다.

도 44의 플롯(64)은 이러한 관계를 그래픽으로 나타낸다. 라인 세그먼트(686)는 통전 신호가 먼저 인가된 직후에, 모터가 전개할 수 있는 토크를 핸드피스 모터가 인출할 수 있는 최대 전류량을 그래픽으로 나타낸다. 시간 T_{TRQ _TIME_OUT} 이후 핸드피스가 전개할 수 있는 토크량은, 라인 세그먼트(688)로 나타내어진, 저레벨로 떨어진다. 이러한 허락된 전력 출력의 증대는, 디스플레이 제어기의 결과로서 시간 제한이 일어나기 전, 시간 T_{TRQ _TIME_OUT} 이후, 초기화 패킷 그리고 이어지는 속도 설정 포인트 패킷으로, 디스플레이 제어기가 모터 프로세서(224)에 핸드피스가 보다 높 은 전류를 인출할 수 있음을 지시하는 데이터를 전송하기 때문에 발생한다. 시간 T_{TRQ_TIME_OUT} 이후, 디스플레이 제어기는 모터 속도의 함수인 전류 제한을 갖는 속도 설정 포인트 패킷을 전송한다.

제어 콘솔(32)은 또한 멀티플렉서(222) 내부의 릴레이(304, 306)를 사전에 배치하도록 구성된다. 상기 릴레이의 구성은 도 45에 제공된 한 세트의 릴레이의 개략도에 도시된다. 여기서, 릴레이(304a, 306a)는 소켓(S1, S2, S3)의 M1 연결에 드라이버 1 M1P 터미널로부터의 연결을 성립시키는 릴레이로서 도시된다. 릴레이(304b, 306b)는 드라이버 2 M1P로부터 동일한 소켓 M1 연결로의 연결을 성립시키는 릴레이로서 도시된다. 여기서, 릴레이(306a, 306b)의 상태는 반전됨을 알 수 있다. 릴레이(306a)가 정적 상태에 있으면, S1 소켓의 M1 컨넥터에의 연결을 성립시킨다. 릴레이(306b)가 정적 상태에 있으면, S2 소켓의 M1 컨넥터에의 연결을 성립시킨다. 이것은 부팅시 드라이버가 서로 연결되지 않음을 보증한다.

도 46은 콘솔(32)의 릴레이 시퀀싱의 플로우챠트이다. 단계(694)에서, 모터 프로세서(224)는 드라이버(1)와 연관된 릴레이(304a)가 소켓(S3)에의 연결을 성립시키기 위해 스위칭되었는지 여부를 판정한다. 모터 프로세서(224)는 나머지 2개의 소켓(S1 또는 S2) 중에서 연결되는 것을 판정하기 위해 드라이버 2를 계속해서 모니터링한다. 특히, 모터 프로세서는 소켓 S1에 연결되었는지 연결되기 시작하는지를 판정하기 위해 드라이버 2를 모니터링한다(단계(696)). 드라이버 2가 소켓(S1)에 연결되었거나 연결되기 시작하면, 단계(698)에서, 모터 프로세서는 드라이버 1 의 일부인 FPGA가 자동적으로 릴레이(306a)를 구동시켜서 릴레이가 소켓(S2)에 접속되게 한다.

비록 릴레이(306a)가 그렇게 미리 배치되지 않았더라도, 드라이버 1이 소켓(S2)에 부착된 수술 핸드피스(34)를 구동하기 위해 즉시 사용되면 다음의 경우가 발생한다. 릴레이(304a, 306a)는 이러한 연결을 성립시키기 위해 스위칭한다. 릴레이(306b)이 리셋되기 전에 릴레이(304a)가 리셋을 성립시키면, 다음에, 순간적으로, 드라이버 1과 드라이버 2 모두가 소켓(S1)에 연결된다. 이것은 드라이버 2에 의한 통전 신호 출력이 드라이버 1에 인가되는 것을 초래한다. 분명히, 이러한 신호 흐름은 잠재적으로 제어 콘솔(32)을 손상시킬 수 있다.

그러나, 상기한 본 발명의 제어 콘솔(32)의 스위칭 처리는 이러한 경우의 가능성을 피한다. 단계(698)의 실행 때문에, 릴레이(306b)는 이미 소켓(S2)에 연결되었다. 그래서, 드라이버 1이 통전하는 핸드피스를 소켓 3에 부착된 핸드피스에서 소켓 1에 부착된 핸드피스로 스위칭하라는 명령을 수신하면, 릴레이(304a)의 리셋은 적절한 새로운 연결을 즉시 성립시킨다. 멀티플렉서 연결이 드라이버 1과 소켓(S1) 사이에 순간적으로 그리고 잠재적으로 손상시키는 연결을 성립시킬 가능성은 없다.

모터 프로세서(224)가 나머지 MxP와 Mx 연결을 위해 도 46의 플로우챠트의 처리를 변형시켜 실행함을 이해해야만 한다. 그래서, 드라이버 2가 소켓(S3)으로 스위칭되면, 모터 프로세서(224)는 드라이버 1이 소켓(S2)에 연결되는지 여부를 모니터링한다. 이러한 평가가 긍정적이면, 릴레이(306b)는 소켓(S1)에 연결된다. 그 래서, 드라이버 2가 소켓(S1)을 통해 통전 신호를 다음에 인가하기 위한 것인 경우에, 릴레이(304b)만 스위칭될 필요가 있다. 릴레이(304b, 306b)의 사이클링이 드라이버 2를 (드라이버 1이 동일한 소켓에 연결되는 동안) 소켓(S2)에 순간적으로 연결시킬 가능성이 제거된다.

본 발명의 제어 콘솔(32)은 또한, 핸드피스 모터(36)가 제 1 속도와 제 2의 낮은 속도 사이에서 감속될 때, 모터로 제동 신호를 인가하도록 구성된다. 구체적으로, 이러한 버전의 본 발명에서는, SC PID 모듈(406)에 의해 채용된 알고리즘이, 실제 속도와 속도 설정 포인트에 의거하여, 100%(완전 가속)에서 -100%(완전 제동)까지 변화하는 신호를 출력한다.

도 47a는 본 발명에 따른 제동 신호를 출력하는 하나의 방법을 도시한다. 구체적으로, 핸드피스 모터(36)의 실제 속도가 속도 설정 포인트보다 낮은 상태에서, 속도 제어 PID 모듈(406)은 모터를 가속시키기 위해 구동 신호를 출력한다. 구동 신호의 정확한 타입, 라이트(light), 풀(full), 중간은 실제 속도와 속도 설정 포인트 사이의 차이의 함수이다. 모터(36)의 실제 속도가 설정 포인트 속도 보다 클 때, 속도 제어 PID 모듈(406)은 모터의 라이트 제동에서 풀 제동까지 임의의 제동을 일으키는 신호를 출력할 수 있다. 아래에 논의된 바와 같이, 2개의 속도에서 작은 차이만이 있을 때, PID 모듈(406)은 FPGA로의 구동신호 레이트를 단지 실제로만 감소시켜도 좋다. 속도의 차이가 약간 크면, 모듈(406)은 구동신호도 제동신호도 어서트하지 않을 수 있다. 대신에, 모듈(406)은 모터를 타력 진행시키는 신호를 어서트한다. 실제 속도와 설정 포인트 속도 사이의 차이가 증가함에 따라, 속도 제어 PID 모듈(406)은 모터(36)를 제동시키는 명령 신호를 출력한다. 제동의 범위는 또한 모터의 실제 속도와 낮지만 0 RPM 보다 큰, 외과의 설정 속도 사이의 차이의 크기의 함수이다.

이러한 버전의 본 발명에서는, 실제 모터 속도가 설정 포인트 속도에 매칭할 때만 속도 제어 PID 모듈이 타력 진행 신호를 출력한다. 이들은 통전 신호도 제동 신호도 모터 권선에 연결되지 않게 하는 신호이다. 대신에, 암시된 바와 같이, 모터는 타력 진행될 수 있다.

도 47b는 제동 명령 신호가 어서트될 때를 판정하는 제 2 처리를 도시한다. 이러한 처리에서, 모터 속도가 설정 포인트 속도 보다 약간 작은 상태에 핸드피스 모터가 있을 때, 모터는 타력 진행될 수 있다. 그래서, 외과의가 모터 속도를 약간만 줄일 경우에, 속도 제어 PID 모듈(406)은 모터가 새로운 보다낮은 속도로 타력 진행할 수 있게 하는 신호를 생성한다. 이것은 모터 로터의 제동시 달성하기 어려울 수 있는 모터의 균일한 감속을 허락한다.

그러나, 모터 속도가 로터 속도보다 매우 큰 상황에서는, 속도 제어 PID 모듈이 전과 같이 제동시키기 위한 명령 신호를 어서트한다.

이 모두의 처리에서 제동 명령 신호 모듈(406)은 라이트 제동 신호를 변경시킬 수 있음을 알어야만 한다. 본 발명의 일부 버전에서는, 도 47a에 도시된 바와 같이, 초기의 라이트 제동 명령 신호는 콘솔이 인가할 수 있는 가장 작은 량의 제공을 일으킨다. 도 47b에 도시된 바와 같이, 속도 제어 PID 모듈은 라이트 제동 신호를 생성할 때 가장 작은 량보다 많은 제동을 일으키는 명령 신호를 생성할 수 있 다. 이것은, 도 47b의 처리에서처럼, 모터 실제 속도와 속도 설정 포인트 사이에 큰 차이가 있을 때 특히 바람직하다.

핸드피스 NOVRAM으로부터 판독된 데이터(데이터는 도시되지 않음)는: 속도 제어 PID가 구동 및 제동 신호를 생성하기 위해 사용하는 처리; 구동 명령 신호도 제동 명령 신호도 생산되지 않는 임의의 속도 데드존의 범위; 및 실제 모터 속도와 설정 포인트 속도 사이의 차이의 함수로서 생성되는 명령 신호의 타입, 라이트/중간/풀을 판정하기 위한 지령을 포함할 수 있다. 또한, 인가된 제동량은 계단모양의 양이 아니라 점진적인 것임을 알아야만 할 것이다.

위에서 간단히 언급된 바와 같이, 모터 실제 속도가 속도 설정 포인트보다 위에 있다는 사실은 모든 경우에 속도 제어 PID 모듈이 모터를 타력 진행 또는 제동시키는 신호를 출력하지 않게 한다. 예를 들어, 외과의가 실제 속도보다 약간 낮은 속도 설정 포인트로 동작하도록 핸드피스 속도를 설정하는 경우, 속도 제어 PID 모듈은 구동신호를 30% 구동률에서 20% 구동률로 재설정만하여 응답할 수 있다. 이러한 경우에 타력 진행도 제동도 없다. 모터 실제 속도가 속도 설정 포인트보다 상당히 높은 상황에서, 속도 제어 PID 모듈은 0%의 타력 진행신호, 또는 0%보다 작은 제동신호를 일으키는 신호를 생성할 것이다. 속도 제어 PID 모듈이 수행하는 보상 범위는 핸드피스의 모듈에 로드된 튜닝 상수(tuning constant)와 시스템 동역학의 함수이다.

핸드피스 모터(36)가 제동되고 있는 기간 동안, 모터 속도가 모니터링된다. 이러한 모니터링은, 권선(234)을 통한 전류 흐름을 연속적으로 모니터링하여 제동 이 수행되는 동안, 제동 레벨이 먼저 감소된 다음 모터 속도가 완전히 정지될 수 있는 충분한 레벨로 실제 모터 속도가 떨어졌는지 판정하기 위해 수행된다. 구체적으로, 각 MxIP/MxIN 기반의 ISENSE 신호는 모터가 제동되고 있고 모터 로터가 회전하고 있을 때 연관된 권선(234)을 통한 전류 흐름의 측정값으로서 기능한다.

그래서 도 48은 MxIP/MxIN 기반의 ISENSE 신호가 제동 처리 동안에 로터 속도를 판정하기 위해 측정되는 처리를 도시한다. 단계(702)에서, BEMF 모니터 모듈(394) 또는 기능적으로 동일한 모듈이 MxIP/MxIN 기반의 ISENSE 신호 중 하나; 이 예의 경우 임의로 M2IP/M2IN ISENSE 신호 중 하나를 측정하기 시작한다. 단계(704)에서, BEMF 모니터(394)는 신호가 모니터링되기 시작된 이후의 시간에서 ISENSE 신호를 적분하기 시작한다. BEMF 모니터링 그 자체를 가지고서, 이 릴레이는 플라이백 전류의 존재에 기인한 거짓(false) 적분 결과를 최소화하기 위한 것이다. 그래서 이러한 적분의 출력은 도 34b의 파형과 본질적으로 동일하다.

결국, 적분의 합계가 임계값, 도 34b의 파형의 포인트(458)에 도달한다(도 48의 플로우챠트의 단계(706)). 단계(708)에서 이러한 임계값에서의 시간이 기록된다. 단계(710)에서, 단계(702, 704)의 처리는 제 2 권선, 임의로 M3IP/M3IN ISENSE 신호를 위해 반복된다. 단계(712)에서 제 2 적분의 합이 임계값, 포인트(460)에 도달한다. 단계(714)에서, 임계값에서의 시간이 기록된다. 그 다음 임계값이 도달된 시간의 차이에 의거하여 모터 속도가 계산된다.

그래서 본 발명의 제어 콘솔(32)은, 타력 진행에 의한 감속 이외에, 모터를 제 1 속도에서 제 2 속도로 감속시키는 수단을 제공한다.

제어 콘솔(32)은 또한 핸드피스 모터(36)의 토크 설정 포인트 프로파일을 임의의 외과의가 선택한 핸드피스 속도의 스케일링의 함수로서 스케일링한다. 이러한 처리는 도 49a을 참조하여 알 수 있다. 여기서 플롯(722)는 최대의 허용 가능한 모터 속도에 대해 임의로 주어진 속도에서 모터가 전개할 수 있는 최대 토크를 나타낸다. 플롯(722)를 형성하는 실제 라인 세그먼트(724a, 724b, 724c, 724d)는 핸드피스 NOVRAM(72)로부터 검색된 4개의 토크/속도 설정 포인트(데이터 필드는 도시되지 않음)과 핸드피스의 최대 속도에 의거한다. 도 49a에서, 포인트(726a, 726b, 726c, 726d)은 토크/속도 포인트 값을 나타낸다. 도 49a에서, 포인트(728)은 X축에 의거하여 핸드피스 모터의 최대 동작 속도를 나타낸다.

외과의가 핸드피스 모터(36)에 대해 최대 동작 속도를 최대 동작 속도보다 낮은 속도의 설정 속도로 설정하도록 결정할 때가 있다. 포인트(730)는 X축 상에서 모터 설정 속도를 최대 동작 속도보다 낮은 속도로 재설정하는 것을 나타낸다.

모터 설정 속도가 그렇게 재설정되면, 디스플레이 제어기(64)는 토크 설정 포인트 프로파일을 생성한다. 주어진 실제 모터 속도인 ACT_SPD에 대해, 이러한 처리는 모터 속도 퍼센트의 계산을 가지고 시작한다:

SPEED_PCT = ACT_SPD/MAX_SPD

여기서 MAX_SPD는 모터가 구동할 수 있는 실제 속도이다. 다음에 설정 속도 퍼센트인 SET_SPD_PCT가 공식

SET_SPD_PCT = SET_SPEED/MAX_SPD을 사용하여 구해진다.

여기서, SET_SPEED는 사용자 설정 최대 속도이다. 다음에 상수

가 공식:

에 따라 계산된다.

여기서, MAX_FXD_PCT는 핸드피스의 토크 속도 플롯의 마지막 가장 오른쪽의 고정 포인트이다. 도 49a의 플롯의 경우에, 이것은 포인트(726a)에서의 퍼센트이다. 이러한 값은 핸드피스 NOVRAM(72)로부터 판독된 토크 속도 플롯 데이터로부터 온다.

다음에 MAP_SPD_PCT 값이 다음의 공식:

MAP_SPD_PCT = MAX_FXD_PCT +

ㆍ(X - MAX_FXD_PCT)

에 따라 계산된다.

변수 X는, 다운 조정되는 속도의 도 49a의 루트 플롯(722)로부터의 퍼센트이다. 그래서, 포인트(738b)의 속도를 계산하기 위해, 변수 X가 공식:

X_{PNT _738b} = SPD_{PNT _726b}/SPD_{PNT _728}

에 따라 계산된다.

여기서, SPD_{PNT _728}은 MAX_SPD임을 알 수 있다. 일단 MAP_SPD_PCT가 계산되면, 상기 포인트에서의 속도는 이러한 후자의 퍼센트에 대응하는 플롯 포인트로부터의 속도를 곱하여 계산된다. 그래서, 포인트(738b)에서의 속도인 SPD_PNT_738b가 다음의 공식:

SPD_{PNT _738b} = MAP_SPD_PCTㆍSPD_{PNT _726b}

에 따라 계산된다.

연속하는 포인트(738c, 738d)의 속도는 포인트(726c, 726d) 각각에서의 속도로부터 동일하게 맵핑된다.

이들 새롭게 맵핑된 속도 포인트에 의거하여, 라인 세그먼트(740a, 740b, 740c, 740d)가 플롯(734) 즉 포인트(730)의 설정 포인트 속도에 대한 새로운 토크 설정 포인트 프로파일을 전개하도록 생성된다.

본 발명에서는, 외과의가 모터를 감소된 최대 속도로 구동시킬 때, 모터는 본 발명의 토크 맵핑이 없는 것보다 빨리 그 토크 한계에 도달한다. 결과적으로, 모터 속도는 이러한 움직임이 다른 방법으로 일어나는 것보다 빨리 감속을 시작한다. 이러한 본 발명의 특징은 피드백이 다른 방법으로 수신되는 것보다 빨리 상당한 토크가 수술 장소로 인가되는 피드백을 외과의에게 제공한다. 이것은 외과의가, 최고속보다 낮은 속도로 핸드피스(34)를 작동시키는 동안, 모터 속도를 조정하여 핸드피스가 정지하는 장소 없이 원하는 수술 절차를 수행하기 위해 할 수 있는 최대량의 힘을 출력하는 것을 보증한다.

도 49b는 본 발명에 의해 생산될 수 있는 택일적으로 스케일링된 토크 맵이다. 플롯(750)는 도 49a의 플롯(722)과 동일하다. 플롯(752)은 초기의 감소된 최대 속도 셋팅을 위한 토크 속도 플롯이다. 여기서, 포인트(726a, 726b)는 스케일링된 토크 맵의 고정된 포인트이다. 그래서 부가적인 감소된 속도 토크 속도 설정 포인 트를 맵핑하기 위해서 포인트(726b)에서의 속도가 MAX_FXD_PCT로서 사용된다.

그래서, 라인 세그먼트(724a)는 플롯(750), 플롯(752), 및 그밖의 감소된 속도 셋팅의 토크/속도 플롯의 일부를 형성한다. 플롯(752)은 상기의 알고리즘을 사용하는 조정된 속도 설정 포인트(754a, 754b)에 대한 값을 계산함으로써 완료된다. 플롯(752)의 라인 세그먼트(756b)는 포인트(726b)와 포인트(754a) 사이에 플로팅된다. 라인 세그먼트(756c)는 포인트(754a, 754b) 사이에서 플로팅된다. 라인 세그먼트(756d)는 플롯(734)의 라인 세그먼트(740d)와 동등하다.

복수의 고정된 포인트에서 토크 맵 스케일링은 매우 낮은 최대 속도에서 도 49b로 표현됨을 알아야만 할 것이다. 모터가 최대속도로 구동될 때, 핸드피스는 정지 속도에 근접할 때까지 상당한 토크량을 생성하는 것이 가능할 수 있다. 라인 세그먼트(724a, 762)를 포함하는, 플롯(760)은 이러한 타입의 토크/속도 관계를 나타낸다.

스케일링된 토크 맵에서의 고정 포인트의 수는 핸드피스 NOVRAM(72)으로부터 판독된 데이터에 근거한다. 또는, 외과의가 이러한 요소를 맞춤 설정할 수 있다.

본 발명의 제어 콘솔(32)은 또한 시스템(30)이 적절히 기능하고 있음을 보증하기 위해서 핸드피스 전압 저하 및 전류 인출을 모니터링하도록 구성된다. FPGA(228)의 일부인 도 50에서 개별적인 소자로서 도시된 에러 검출 모듈(770)은 PSV_SNS 신호와 OVERLIP/OVERLIN 기반의 ISENSE 신호 모두를 모니터링한다. 핸드피스가 구동되는 동안, 에러 검출 모듈(770)은 신호가 전원 전압에서 컷오프 전압 레벨 아래로 떨어지는지 평가하기 위해 PSV_SNS 신호를 연속적으로 모니터링한다. 전 원 전압이 40 VDC인 본 발명의 버전에서는, 컷오프 전압 레벨이 30 VDC이다. 전원 전압이 컷오프 전압 레벨 아래로 떨어지면, 에러 검출 모듈(770)은 폴트 타입 에러 메시지를 어서트한다.

핸드피스(34)가 작동되지 않는 기간동안, 에러 검출 모듈(770)은 OVERLIP/OVERLIN 기반의 ISENSE 신호를 모듈링한다. 구체적으로, 이러한 신호는 핸드피스가 임계 레벨보다 많이 전류를 인출하고 있는지 판정하기 위해 임계 신호와 비교된다. 일부 버전에서 이러한 임계 레벨은 50㎃이다. 에러 검출 모듈(770)이 비작동되는 핸드피스의 전류 인출이 임계 레벨보다 높다고 판정한 경우에, 모듈은 록다운(lockdown) 타입의 에러 메시지를 어서트한다. 이것은 이러한 참된 인출이 H 브릿지 셋팅에서 폴트를 지시할 수 있기 때문이다.

모터 프로세서(224) 내부의 인덕턴스 감지 교정 모듈(모듈은 도시되지 않음) 인덕턴스 감지 이득 및 옵셋값을 제공한다. 이 모듈이 이러한 값들을 생성하는 하나의 처리를 도 52의 플로우챠트를 참조하여 설명한다. 우선, 단계(776)에서, 핸드피스 모터(36)는 짧은 시간 동안 구동된다. 이때, 제로 속도 위치로부터 모터를 기동시키기 위해 오픈 루프 처리를 사용할 필요가 있다. 단계(778)에서, 로터는 주지의 위치에 정지된다. 이것은 순간적으로 성립된 권선(234)으로의 설계된 전력 및 접지 연결에 의해 달성된다. 예를 들어 권선(M1, M2)은 전원 레일에 부착될 수 있고; 권선(M3)은 접지에 접속된다. 단계(778)이 실행된 직후, 각 권선(234)을 통한 전류 흐름이 측정된다(단계(780)). 전체 6개의 측정값이 존재하도록 권선(234)을 통한 양방향의 전류 흐름이 측정된다.

전류 흐름 측정값의 초기 세트가 만들어진 후, 단계(782)에서, 모터(36)는 오픈 루프 모드로 다시 구동된다. 모터는 제 2의 주지의 위치에서 정지된다(단계(784)). 이것은, 예를 들어, M1, M3 권선을 전원 레일에 접속하고 M2 권선을 접지에 접속하여 달성된다. 단계(786)에서, 6개의 전류 흐름 측정값이 다시 만들어진다.

다음에, 단계(788)에서, 2개 세트의 전류 흐름 측정값에 의거하여 정규화된 전류 흐름 측정값을 생성하는데 필요한 6개의 이득 및 6개의 옵셋 값이 생성된다. 다음에 이 측정값은 모터 프로세서(224)와 통합된 플래시 메모리에 저장될 수 있다. 또는, 이 데이터는 핸드피스 EEPROM 또는 NOVRAM에 기록될 수 있다.

이러한 본 발명의 방법은 로터 위치의 인덕턴스 감지 판정에 필요한 정규화된 전류 측정값의 생성을 용이하게 하기 위해 기동시에 사용될 수 있다. 이러한 상황에서, 자체 생성된 이득 및 옵셋 값은 핸드피스 NOVRAM로부터의 값의 치환 또는 대체물로서 역할한다. 기동 후, 이러한 방법은 권선 전류 흐름의 측정시 임의의 열 또는 마멸 손상에 의해 유발된 변화를 보상하기 위해 조정된 이득 및 옵셋 값을 제공하는데 사용될 수 있다.

상기한 교정 처리는 핸드피스를 외과의가 사용하는 과정 동안에 핸드피스가 교정되는 상황에서 실행될 수 있다. 이러한 처리에서, 모터를 초기 구동시키기 위해 오픈 루프 처리가 사용된 후, BEMF 감지가 보다 고속의 전류(commutation)를 조정하는데 사용됨을 이해해야만 할 것이다. 그래서 단계(776, 778) 사이와 단계(782, 784) 사이에서, 핸드피스는 종래의 방식으로 사용될 수 있다.

또는, 콘솔은 핸드피스(34)와 콘솔(32)의 결합시 핸드피스가 교정 처리를 받게 할 수 있다. 이러한 처리에서, 콘솔은 본질적으로 우선 단계(778)를 수행하여 모터 로터를 제 1의 주지의 위치로 이동시킨다. 다음에 단계(780)의 측정이 이루어진다. 다음에, 단계(782), 단계(784)를 통과하여 모터 로터를 제 2의 주지의 위치에 위치시킨다.

상기한 바와 같이, 제어 콘솔(32)은 본 발명의 시스템(30)에 의해 조정되는 핸드피스(34)의 원격 제어를 용이하게 하기 위해 인터페이스를 가진다. 도 2a에서, 인터페이스는 1394 파이어와이어 인터페이스(68)로서 도시된다. 도 52에서 볼 수 있는 바와 같이, 인터페이스(68)는 제어 콘솔(32)과 버스(792)의 연결을 용이하게 한다.

버스(792)에 연결된 다른 장치는 내비게이션 시스템(796)과 와이어 리모트 헤드(wired remote head)(798)이다. 내비게이션 시스템은, 그 기술에서 알려진 바와 같이, 절차가 수행되고 있는 수술 장소에 대한 핸드피스(36)의 위치와 방위를 추적하는데 사용된다. 와이어 리모트 헤드(798)는 외과의가 버스(792)에 연결된 다른 부품에 구두 명령을 입력하는 것을 허락한다. 이러한 하나의 장치는 상표 SIDNEE으로 출원인의 양수인에 의해 판매된다.

버스(792)에 연결된 또 다른 장치는 와이어리스 헤드(802)이다. 와이어리스 헤드(802)는 와이어리스 장치로부터 방출된 신호를 수신할 수 있다. 이러한 하나의 장치는 예를 들어 와이어리스 풋스위치이다. 와이어리스 송신기(804)가 상기 와이어리스 장치와 통합된다. 와이어리스 풋스위치는 종래 풋스위치(44)(도 1)와 동일 한 페달을 가지며 동일한 기능을 수행한다. 그러나, 명령 신호가 케이블 상에서 콘솔로 전송되는 대신에, 와이어리스 송신기(804)가 그들을 와이어리스 헤드(802)로 전송한다. 송신기(804)와 헤드(802) 사이에 와이어리스 신호를 전송하는데 적합한 프로토콜 중 하나는 와이어리스 USB이다.

와이어리스 헤드(802)는 연속적으로 명령들을 포함하는 패킷을 제어 콘솔(32)로 전송한다. 일단 패킷 전송 지령이 인터페이스(68)에 의해 패킷으로부터 제거되면, 패킷 콘텐츠가 디스플레이 제어기(64)로 전송된다. 패킷이 핸드피스(36)를 기동시키기 위한 명령을 포함하면, 디스플레이 제어기(64)는 모터 프로세서(224)로의 적절한 초기화 패킷을 생성한다. 핸드피스가 초기화된 후, 와이어리스 장치로부터의 신호에 의거하여, 디스플레이 제어기(224)는 종래의 방식으로 속도 설정 포인트 패킷을 모터 프로세서(224)로 전송한다.

디스플레이 제어기(64)는 또한 핸드피스(36)의 구동을 조정하기 위해 와이어리스 헤드(802)로부터 지령이 수신되고 있을 때 페일세이프 시퀀스(failsafe sequence)를 실행한다. 이러한 시퀀스는, 도 53의 플로우챠트로 표시된 바와 같이, 단계(810)에서, 와이어리스 헤드로부터의 지령 패킷의 접수시 시작한다. 단계(812)는 모터 프로세서(224)에 의한 실행을 위해 디스플레이 제어기(64)에 의한 초기화 또는 속도 설정 포인트 패킷의 생성을 나타낸다. 이러한 속도 설정 포인트 패킷은 와이어리스 헤드(802)로부터의 패킷의 콘텐츠에 의거함을 알 수 있다.

단계(816)에서, 디스플레이 제어기는 와이어리스 헤드(810)로부터 패킷이 수 신될 때로부터 타이머를 기동시킨다. 단계(818)에서, 경과 시간이 최대 시간, T_MAX와 비교된다. 본 발명의 일부 버전에서, T_MAX는 100 msec와 500 msec 사이에 있다. 이 기간이 끝나기 전에, 와이어리스 헤드(802)로부터 새로운 패킷이 수신되면, 디스플레이 제어기(64)는 타이머를 클리어하고 단계(810∼818)를 재수행한다(단계는 도시되지 않음).

그러나, 지속된 시간 카운트가 T_MAX 보다 크게 될 때가 있다. 단계(818)에서, 이러한 경우가 발생되었다고 판정되면, 디스플레이 제어기는, 단계(820)에서, 모터 프로세서(24)로의 신호를 생성하여 핸드피스를 정지시킨다.

그래서, 와이어리스 제어 장치로부터의 신호가 유실된 경우에, 콘솔(32)은 이전에 수신된 와이어리스 지령에 의거하여 구동 핸드피스를 계속해서 통전시키지 않는다. 대신에, 콘솔(32)은 핸드피스(34)를 정지시킨다. 이것은 와이어리스 지령 스트림에서의 브레이크 때문에 핸드피스가 외과의의 의도에 반하는 방식으로 구동됨을 보증한다.

제어 콘솔(32)은 또한 내비게이션 시스템(796)과 리모트 헤드(798)와 같은 장치에 의해 생성되는 비동기 명령을 수신할 수 있다. 리모트 헤드(798)는 핸드피스와 펌프의 온/오프 구동 그리고 이들 장치의 작동 셋팅과 관련한 구체적 단계의 명령을 생성하기 위해 사용된다. 내비게이션 시스템(796)이 컷팅 액세서리(35)가 액세서리가 인가되지 않는 수술 장소에서의 위치에 접근하고 있다고 판정할 경우, 내비게이션 시스템은 연관된 핸드피스를 감속 또는 정지시킬 수 있다.

도 55에 도시된 바와 같이, 디스플레이 제어기(64) 또는 이와 연관된 메모리의 내부에 이미지 데이터 파일(842)이 있다. 이미지 데이터 파일(842)은, 시스템과 함께 사용될 수 있는 각 타입의 핸드피스(34)에 대해, 그 타입의 핸디피스의 기본 작동 파라미터 데이터를 포함한다. 이 데이터는 모터가 오실레이팅 할 수 있으면 핸드피스의 최소 및 최대 속도를 포함하고, 핸드피스가 모터와 함께 사용되면 펌프 유체 유속을 포함한다. 다른 데이터는 핸드피스 모터 권선(234)에 통전 신호가 인가되는 시퀀스에 관한 정보를 포함한다.

이미지 데이터 파일에 이러한 정보를 저장함으로써 핸드피스(34)가 콘솔(32)에 연결될 때 디스플레이 제어기에 데이터를 로드하는데 필요한 시간량을 줄인다.

이미지 데이터 파일을 보유하는 또 다른 이점은 핸드피스가 콘솔(32)에 부착되지 않더라도 특정 타입의 핸드피스의 작동 특성에 관한 정보를 다음에 검색하는 것이 가능하다는 것이다. 이 데이터는 디스플레이(42)에 제공된다. 그래서 이것은 특정 외과의가 콘솔(32)에 핸드피스(34)을 물리적으로 부착할 필요없이 핸드피스를 사용하기를 원할 때 바람직한 셋팅을 로드하는 것을 가능하게 한다.

디스플레이 제어기(64)에 통합된 메모리 내부의 데이터가 현재 핸드피스 데이터를 제공받는 처리를 도 54의 플로우챠트를 참조하여 설명한다. 단계(830)는 핸드피스 NOVRAM(72)의 데이터 판독이다. 검색된 데이터의 기본 식별 필드에 의거하여, 디스플레이 제어기(64)는, 단계(832)에서, 이것이 새로운 타입의 핸드피스인지 즉각 판정한다. 특히, 단계(832)에서, 디스플레이 제어기(64)는, 이미지 데이터 필드(842)의 데이터 또는 상보성의 학습 데이터 필드(844)가 동일한 타입의 핸드피스 (34)에 대한 데이터를 포함하는지 여부에 의거하여 이러한 판정을 한다.

만약, 단계(832)에서, 이것은 콘솔이 임의의 데이터를 가지지 않는 새로운 타입의 핸드피스라고 판정되면, 디스플레이 제어기는 단계(834)를 실행한다. 단계(834)에서는, 이 핸드피스의 기본 구성 데이터가 학습 데이터 파일(844)에 기록된다.

단계(832) 이후 실행되는 단계(836)에서, 디스플레이 제어기(64)가 또한 정하는 핸드피스 타입 데이터의 버전이 가장 최근의 버전인지를 판정한다. 이러한 처리는 핸드피스 NOVRAM(72)로부터의 수정 식별 데이터가 각각 이미지 데이터 또는 학습 데이터 파일(842, 844)의 핸드피스의 수정 식별 데이터보다 새로운 것인지를 판정함으로써 수행된다. 이러한 핸드피스 NOVRAM(72)의 수정 데이터가 더 새로운 경우, 단계(834)에서, 이 데이터는 학습 데이터 파일(844)에 기록된다.

그 다음, 단계(838)에서, 디스플레이 제어기(64)는 핸드피스(34)가 그것을 구동시키기 위한 가장 최근의 데이터에 의거하여 구동되게 한다.

도 56의 플로우챠에 도시된 바와 같이, 제어 콘솔(32)은 또한 학습 데이터 파일(544) 내의 중복 데이터 저장을 최소화하도록 구성된다. 구체적으로, 단계(848)에 표시된 바와 같이, 새로운 동작 소프트웨어가 제어 콘솔에 주기적으로 로드된다. 이러한 소프트웨어는 새로운 이미지 데이터 파일(842)를 포함할 수 있다. 이러한 파일이 단계(850)에서 각 핸드피스 데이터 파일에 대해 존재하는 경우, 디스플레이 제어기는 새로운 이미지 데이터 파일에서의 핸드피스 데이터 파일의 수정 버전이 학습 데이터 파일의 버전과 동일한지 또는 새로운 것인지 여부를 판정한다.

단계(848)에서 판정이 긍정적으로 검사되면, 단계(852)에서 학습 데이터 파일에서의 핸드피스 데이터 파일이 삭제된다.

그래서, 새로운 데이터를 갖는 핸드피스가 제어 콘솔(32)에 부착되자마자, 새로운 핸드피스 타입 데이터가 콘솔 메모리에 로드된다. 이것은 이러한 타입의 핸드피스가 부착될 때마다 콘솔에 이러한 데이터를 항상 로드해야만 할 필요성을 제거한다. 콘솔은 현재 핸드피스 타입 데이터의 새로운 마스터 파일을 수신할 때마다, 이 데이터의 원래의 그리고 현재의 중복하는 카피가 그 메모리로부터 제거된다. 이것은 콘솔 메모리에 불필요한 데이터를 파일하지 않음을 보증한다.

상기한 그리고 참조문헌으로 기재된 미국특허번호 6,017,354 및 미국특허 출원번호 10/214,937에서 논의된 바와 같이, NOVRAM(72)을 구비한 수술 핸드피스 또는 RFID를 구비한 컷팅 액세서리가 도구 시스템에 부착될 때, 도구 또는 핸드피스가 여전히 부착되었는지를 판정하기 위해 때때로 간단한 적분을 하는 것이 유용하다.

도 57의 플로우챠트를 참조로 설명하는 바와 같이, 본 발명의 콘솔(32)은 중대한 RF 노이즈가 존재시 핸드피스/액세서리 분리의 잘못된 판정에 대한 내성을 제공하도록 구성된다. 상기 시스템의 일부를 포함하는 일부 수술 장치는 구동될 때 상당량의 RF 에너지를 방출하므로 이러한 노이즈가 존재할 수 있음을 이해해야만 할 것이다. 이러한 에너지는 NOVRAM과 RFID로부터의 신호가 제어 콘솔(32)로 리턴되는 라인에 노이즈를 유도한다.

단계(862) 이후, 제어 콘솔(32)이 핑(ping)에 대한 명백한 응답을 수신하지 않았다고 디스플레이 제어기가 판정할 때, 상기 처리가 시작된다. 핑은 RFID 또는 NOVRAM으로 보내는 기본 장치 존재 유/무 질문이다. 핑에 대한 응답은 장치 존재의 짧은 승인이다. 핑 응답은 장치를 식별하는 임의의 데이터를 포함하지 않는다. 그러나, 중대한 노이즈가 있다면, 응답을 수신하는 제어 콘솔 내부의 서브 어셈블리, 핸드피스 인터페이스(70), 풋스위치 인터페이스(74) 또는 RFID 인터페이스(82)는 식별할 수 있는 응답을 수신하지 못할 수 있다.

그래서, 단계(862)에서 핑 응답 수신하는데 실패하면, 고장이 중대한 노이즈의 존재 때문인지 판정하기 위해 단계(864)를 수행한다. 이러한 판정을 하는 방법은 검출되고 있는 장치의 존재 및 타입의 함수이다.

상기 장치가 RFID로부터 신호가 기대되는 장치이면, 단계(864)에서 RFID 인터페이스(82)는 핑에 응답하여 주변 노이즈를 넘어서는 리턴 라인을 따르는 신호 강도에서의 측정 가능한 변화가 있는지 평가한다. 신호 레벨이 변경되면, RFID 인터페이스(82)는 인터페이스가 분명한 핑 응답을 수신하는 것을 노이즈가 방지하는 환경으로서 인식한다. RFID 인터페이스(82)는 이러한 판정을 디스플레이 제어기(64)에 보고한다.

대안으로서, 노이즈 판정이 더 많은 추정 근거에 의해 이루어질 수 있다. 그래서, 부착된 장치가 핸드피스 또는 코드 풋스위치인 경우, 단계(864)는 그 내부에서 전류를 인출하도록 되어 있는 부품이 실제로 전류를 인출하고 있는지 여부를 평가함으로써 수행될 수 있다. 이러한 부품은 핸드피스 구동을 조정하기 위한 어셈블리의 일부로서 일부 핸드피스에 존재하는 아날로그 홀 센서이다. 이러한 장치에서 핸드피스 인터페이스 제어기(470)(도 35a)는 HP_PWR 연결을 통해 인출되는 전류를 모니터링한다. 인출되는 전류가 정규 레벨보다 높으면, 인터페이스 제어기(470)는 전류 인출 부품인 핸드피스가 부착된 채로 남아있다고 추정한다. 인터페이스 제어기(470)는 이러한 판정을 디스플레이 제어기(64)에 보고한다.

전류가 평가되고 있는 부품이 상당량의 전류를 인출할 때 상기한 방법의 노이즈 평가 작업이 가장 좋음을 알아야만 할 것이다. 온도 센서 또는 디지털 홀 센서와 같은, 핸드피스 또는 풋스위치 내부의 일부 부품들은 상당량의 전류를 인출하지 않을 수 있다.

콘솔(32)에 부착된 또 다른 장치는 상당량의 전류를 연속하여 인출하는 내부 부품을 가지지 않을 수 있다. 코드 풋스위치(44)가 이러한 장치이다. 이러한 타입의 장치에 대해, 단계(864)의 평가는 가끔 정규 상태에 있는 장치 부품으로부터의 출력 신호의 전압 레벨을 모니터링하는 것으로 이루어진다. 구체적으로, 인터페이스는 다시 예를 들어 핸드피스 인터페이스 제어기(470)에 의해 수행된다. 구체적으로, 인터페이스 제어기(470)는 부착된 장치 내부의 부품으로부터 수신된 아날로그 출력 HP_DEV 신호를 모니터링한다. 서미스터 또는 일부 홀 센서가 이러한 타입의 신호를 출력한다. 인터페이스(470)는 이 신호를 디지털화하여 디지털화된 신호를 디스플레이 제어기(64)로 전송한다.

디스플레이 제어기(64)는 이러한 정규 신호를 노이즈 임계값, V_{N _T}와 비교한다. 그래픽적으로, 도 58a는 초기에는 이러한 임계값 아래에 있다가 그 다음 이러 한 임계값 위로 상승하는 이러한 신호를 나타낸다. V_{N _T} 레벨보다 높은 이러한 신호 레벨의 상승은 주변 RF 노이즈가 완전한 핑 응답의 수신을 방해한다는 표시로서 디스플레이 제어기(64)에 의해 해석된다.

본 발명의 버전은 출력 신호가 정규 신호 강도보다 높은지 여부를 판정하기 우해 핸드피스로부터의 부품 신호를 모니터링하는 것이다. 상기 신호가 이러한 정규 신호 레벨보다 높으면 디스플레이 제어기(64)는 부품 즉 연관된 핸드피스(34)가 콘솔(32)에 여전히 부착되어 있다고 간주한다

NOVRAM 이외의 다른 신호 생성 부품을 장치가 가지고 있지 않다면, 단계(864)를 실행하기 위한 제 4 수단이 실행된다. 이 예에서, NOVRAM 인터페이스(78)는 NOVRAM으로부터 리턴된 신호를 모니터링한다. 데이터 리드 라이트 처리가 없을 때, 이러한 신호는 통상적으로 고정된 레벨, 때때로 5 VDC이다. 단계(864)의 실행에서, NOVRAM 인터페이스(78)는 고정된 레벨로부터 변동하는지 판정하기 위해 NOVRAM에 연결된 통신 라인에 신호가 존재하는 모니터링한다. 그래픽적으로, 도 58b는 이러한 신호를 나타낸다. 포인트(376) 이전 시간에, 일반적으로 신호는 고정된 레벨이다. 포인트(876) 이후 시간에, 상당한 변동이 있다. NOVRAM 인터페이스는 이러한 신호 강도에서의 변동을 상당한 RF 노이즈가 존재하는 것을 나타내는 것으로 해석한다. 이러한 판정은 디스플레이 제어기(64)에 보고된다.

많은 환경에서, 864의 검사는 부정적일 것이고; 노이즈가 존재하지 않는다고 판정된다. 이러한 판정이 이루어지면, 디스플레이 제어기(64)는 핑 고장을 장치가 시스템으로부터 분리되었음을 나타내는 것으로 해석한다(단계(866)).

RF 또는 EM 노이즈가 존재하면, 단계(864)의 검사는 긍정적이다. 이 경우에 노이즈 판정 검사가 연속적으로 재실행된다. 도 57에서, 이러한 부분의 처리가 단계(868)의 연속적인 재실행으로 나타내어진다. 단계(868)의 실행 방법은 단계(864)의 방법과 동일하다.

결국, RF 노이즈 생성 장치가 정지될 것이다. 일단 이것이 일어나면, 단계(868)의 검사는 노이즈 존재에 대한 부정적 평가로 리턴할 것이다. 이 단계에 응답하여, 디스플레이 제어기는, 단계(870)에서, NOVRAM 인터페이스(78) 또는 RFID 인터페이스(82)가 연관된 NOVRAM 또는 RFID로 완전한 장치 식별 요청을 전송하게 한다. 이러한 요청에 응답하여, NOVRAM 또는 RFID는 특이성을 갖는 장치를 식별하는 신호를 출력한다. 이 응답은 핑 응답보다 매우 큰 길이를 가진다. 디스플레이 제어기는 이러한 타입의 요청을 생성하여서 실제로 주변 노이즈의 증가 전에 시스템에 부착된 장치가 노이즈 레벨 저하 후 존재하는 장치인지 판정할 수 있다.

그래서, 제어 콘솔(32)은 또한 상당한 RF 또는 EM 유도 노이즈가 존재하는 상황에서 노이즈에 의해 장치가 시스템(30)으로부터 분리되었다는 잘못된 지시를 초래하지 않도록 구성된다. 또한 노이즈 레벨 저하시 제어 콘솔(32)은 부착된 장치가 노이즈 레벨의 상승 이전에 부착된 것인지 즉시 검증한다.

본 발명의 다른 버전에서, 제어 콘솔은 3개보다 많은 소켓(40)이 제공될 수 있음을 마찬가지로 알아야만 할 것이다. 이것은 3개 이상의 전력 공급되는 수술 도구 또는 핸드피스를 콘솔에 동시에 연결하는 것을 가능하게 만든다. 그래서, 3개 이상의 핸드피스가 동시에 사용 준비될 수 있다. 그래서, 일반적으로, 콘솔은 M개의 수술 핸드피스(M>1)를 수신하고 N개의 핸드피스(N>1)를 동시에 구동하도록 구성될 수 있다(여기서, M>N).

본 발명의 또 다른 버전에서는, 콘솔이 통전할 수 있는 핸드피스의 수와 임의의 한번에 콘솔에 연결될 수 있는 핸드피스의 수가 동일하도록 콘솔이 설계될 수 있다(M=N).

따라서, 상기한 설명은 본 발명의 하나의 특정 버전에 대한 것임을 알아야만 할 것이다. 본 발명의 다른 버전은 설명된 것과는 다른 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 특징의 각각은 본 발명의 모든 버전에 병합되지 않을 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 버전은 상이한 특징을 가질 수 있다. 인덕턴스 감지 이외의 수단이 핸드피스 모터의 토크를 감소시켜 정지시키는 제어를 제공하기 위해 채용될 수 있다.

실행되는 처리 단계들 및 단계들이 실행되는 순서는 마찬가지로 단지 예이며 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 41의 플로우챠트에 대해 설명된 에러 보고 처리에 관련하여, 제 1 단계는 에러 메시지가 록다운 타입 에러의 보고인지에 대한 판정일 수 있다. 이것은 콘솔(32)의 한층 더 빠른 록킹 아웃을 용이하게 한다.

본 발명의 특징은 코드리스 전동 수술 핸드피스에 병합될 수 있음을 마찬가지로 이해될 것이다. 이러한 타입의 핸드피스는, 제어 콘솔로부터의 신호에 의해 통전되는 대신에, 부착된 배터리로부터 그 통전 신호를 수신한다. 2005년 6월 28일자로 출원된, 출원인의 양수인의 미국특허 출원번호 60/694,592 "POWERED SURGICAL TOOL WITH SEALED CONTROL MODULE"는 여기에 그 내용이 인용에 의해 삽입되는데, 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 타입의 도구에는 도구 전력 소비 유닛으로의 통전 신호의 인가를 조정하는 내부 프로세서가 제공됨이 알려져 있다. 이러한 처리는 본 발명의 신호 처리 단계를 수행할 수 있다.

전류(commutation)를 조정할 목적으로 BEMF 신호가 로터 위치를 판정하는데 사용되는 방식을 개선하기 위해 다른 수단이 채용될 수 있다.

Claims (56)

1. 복수의 권선과 로터를 구비한 브러시리스, 센서리스 모터; 및 상기 로터에 커팅 액세서리를 착탈가능하게 수용하는 결합 어셈블리를 포함하는 수술 핸드피스; 및

   상기 핸드피스에 연결되어 상기 권선에 대한 상기 로터의 위치에 의거하여 상기 모터 권선에 통전 신호를 선택적으로 인가하는 모터 제어기를 포함하는 전동 수술 도구로서,

   상기 모터 제어기는,

   상기 모터의 속도가 임계 속도 이하이면, 상기 로터의 위치의 인덕턴스 감지에 의거하여 상기 권선에 대한 상기 모터 로터의 위치를 판정하고,

   상기 모터의 속도가 상기 임계 속도를 초과하면, 상기 권선에 전개된 역기전력을 감시함으로써 상기 권선에 대한 상기 모터 로터의 위치를 판정하도록 구성된, 전동 수술 도구.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 모터 제어기는, 상기 모터 로터 위치의 인덕턴스 감지를 행할 때,

   각각의 권선을 통한 전류 흐름을 측정하고;

   권선 전류 흐름 측정의 측정값에 의거하여 상기 로터 위치를 판정하도록 구성된, 전동 수술 도구.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 모터 제어기는, 상기 모터 로터 위치의 인덕턴스 감지를 행할 때,

   각각의 권선을 통한 전류 흐름을 측정하고;

   권선 전류 흐름의 측정값에 의거하여, 권선을 통한 전류 흐름의 정규화된 측정값(normalized measurements of current flow)을 생성하고;

   권선 전류 흐름의 정규화된 측정값에 의거하여 상기 로터 위치를 판정하도록 구성된, 전동 수술 도구.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1 또는 3에 있어서,

   상기 모터 제어기는, 상기 모터 로터 위치의 인덕턴스 감지를 행할 때,

   상기 로터의 회전을 발생시키기 위해 통전 신호를 상기 권선에 인가하는 것을 무효화(negate)하고;

   전압 펄스가 각 권선에 인가되는 기간 동안 상기 각 권선을 통한 전류 흐름을 측정하고:

   전류 흐름이 가장 큰 권선을 판정하며;

   전류 흐름이 가장 큰 권선에 의거하여, 로터 위치를 판정하도록 구성된, 전동 수술 도구.
7. 청구항 1 또는 3에 있어서,

   상기 모터 제어기는, 상기 모터 로터 위치의 인덕턴스 감지를 행할 때,

   상기 로터의 회전을 발생시키기 위해 통전 신호를 상기 권선에 인가하는 것을 무효화(negate)하고;

   전압 펄스가 각 권선에 인가되는 기간 동안 상기 각 권선을 통한 전류 흐름을 측정하고:

   측정된 권선 전류 흐름을 권선 전류 흐름의 모델과 비교하며;

   측정된 권선 전류 흐름과 권선 전류 흐름의 모델의 비교에 의거하여, 로터 위치를 판정하도록 구성된, 전동 수술 도구.
8. 청구항 1 또는 3에 있어서,

   상기 모터 제어기는 모터 기동시 모터 로터 위치의 인덕턴스 감지를 행하도록 구성된, 전동 수술 도구.
9. 청구항 1 또는 3에 있어서,

   상기 모터 제어기는 상기 핸드피스로부터 떨어져 있는(separate from) 제어 콘솔 내에 있는, 전동 수술 도구.
10. 청구항 1 또는 3에 있어서,

    상기 수술 핸드피스는 배터리로부터 전력이 제공되는 코드리스 핸드피스이며, 상기 모터 제어기는 상기 핸드피스 내에 포함된, 전동 수술 도구.
11. 청구항 1 또는 3에 있어서,

    상기 도구는 1.27 cm 이하의 직경을 갖는 모터 로터를 포함하는, 전동 수술 도구.
12. 복수의 권선과, 상기 권선에 인가되는 전류에 응답하여 회전하는 로터; 및 상기 로터에 커팅 액세서리를 착탈가능하게 수용하는 결합 어셈블리를 포함하는 모터를 구비한 전동 수술 도구를 통전하는 방법으로서,

    모터 기동시, 상기 로터 위치의 인덕턴스 감지에 의거하여 상기 권선에 대한 상기 로터의 위치를 판정하는 단계;

    로터의 회전을 가져오도록 상기 로터 위치의 인덕턴스 감지된 판정에 의거하여 상기 권선에 전류를 선택적으로 인가하는 단계;

    상기 로터가 임계 속도를 초과한 속도로 회전할 때까지 상기 로터 위치의 인덕턴스 감지된 판정에 의거하여 상기 권선에 전류를 인가함으로써, 로터 위치의 인덕턴스 감지에 의한 상기 로터의 위치 판정을 계속하는 단계;

    상기 로터 속도가 임계 속도를 초과하면, 상기 권선에 전개되는 역기전력의 감시에 의거하여 상기 권선에 대한 상기 로터의 위치를 판정하는 단계; 및

    상기 로터의 위치의 역기전력-기반 판정에 의거하여 상기 권선에 전류를 선택적으로 인가하는 단계를 포함하는, 전동 수술 도구 통전 방법.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 권선의 인덕턴스 감지에 의한 로터 위치 판정 단계에서, 상기 권선을 통한 전류 흐름이 측정되는, 전동 수술 도구 통전 방법.
14. 청구항 12에 있어서,

    상기 인덕턴스 감지에 의한 로터 위치 판정 단계에서,

    각 권선을 통한 전류 흐름이 측정되고;

    상기 측정된 권선 전류 흐름이 정규화되고;

    로터 위치는 상기 권선 전류 흐름의 정규화된 측정값에 의거하는, 전동 수술 도구 통전 방법.
15. 삭제
16. 삭제
17. 청구항 12 또는 14에 있어서,

    상기 인덕턴스 감지에 의한 로터 위치 판정 단계에서,

    상기 로터의 회전을 발생시키기 위해 상기 권선에 통전 신호를 인가하는 것이 무효화(negated)되고;

    각 권선을 통해 전압 펄스가 인가되고, 상기 전압 펄스의 인가 동안 각 권선을 통한 전류 흐름이 측정되고;

    전류 흐름이 가장 큰 권선를 판정하여, 로터 위치가 판정되는, 전동 수술 도구 통전 방법.
18. 청구항 12 또는 14에 있어서,

    상기 인덕턴스 감지에 의한 로터 위치 판정 단계에서,

    상기 로터의 회전을 발생시키기 위해 상기 권선에 통전 신호를 인가하는 것이 무효화(negated)되고;

    각 권선을 통해 전압 펄스가 인가되고, 상기 전압 펄스의 인가 동안 각 권선을 통한 전류 흐름이 측정되고; 및

    로터 위치는 상기 측정된 권선 전류 흐름을 권선 전류 흐름의 모델과 비교하여 판정되고, 상기 모델은 권선을 통한 전류 흐름과 로터 위치의 관계를 나타내는 것인, 전동 수술 도구 통전 방법.
19. 청구항 12 또는 14에 있어서,

    인덕턴스 감지를 모터 로터 위치 판정에 사용하는 과정 동안,

    수술 도구의 모터에 통전 신호를 선택적으로 인가하는 모터 제어기가 권선을 통한 전류 흐름을 측정하고, 전류 흐름에 의거하여, 로터 위치를 판정하며,

    상기 모터 제어기는, 가장 큰 전류 흐름이 있는 권선을 판정한 후, 권선 전류 흐름 측정값이 잘못되었는지를 판정하고;

    상기 권선 전류 흐름 측정값이 잘못되었다고 판정되면, 상기 모터 제어기는 상기 모터 로터 위치를 판정하는 단계를 생략하는, 전동 수술 도구 통전 방법.
20. 청구항 19에 있어서,

    모터 제어기는, 다음의 단계로 상기 권선 전류 흐름 측정값이 잘못되었는지를 판정하는 과정을 수행하는, 전동 수술 도구 통전 방법:

    전류 흐름 측정의 결과로서, 모터 제어기가 로터가 초기 위치에서 시프트된 위치로 이동했다고 판정하면, 상기 시프트된 위치가 인접한 위치인지를 판정하고;

    상기 시프트된 위치가 인접한 위치에 있으면, 모터 제어기가 로터가 인접한 위치에 있다고 판정하고;

    상기 시프트된 위치가 인접한 위치가 아니면, 모터 제어기가 전류 흐름이 임계 레벨을 초과했는지를 판정하고;

    상기 전류 흐름이 상기 임계 레벨을 초과했으면, 모터 제어기가 로터가 시프트된 위치에 있다고 판정하고;

    상기 전류 흐름이 상기 임계 레벨 아래이면, 모터 제어기가 전류 흐름 측정값이 잘못되었다고 판정함.
21. 청구항 12 또는 14에 있어서,

    로터 속도가 임계 속도 아래이면, 상기 인덕턴스 감지에 의거하여 상기 로터의 위치를 판정하는 과정으로 돌아가고;

    상기 로터의 회전을 발생시키기 위해 로터 위치의 인덕턴스 감지된 판정에 의거하여 상기 권선에 전류를 선택적으로 인가하며;

    로터 속도가 다시 임계 속도를 초과하면, 상기 권선에 전개되는 상기 역기전력의 상기 감시에 의거하여 상기 권선에 대한 상기 로터의 위치를 판정하는 단계로 돌아가고;

    로터의 위치의 상기 역기전력-기반 판정에 의거하여 상기 권선에 전류를 선택적으로 인가하는, 전동 수술 도구 통전 방법.
22. 청구항 12 또는 14에 있어서,

    상기 임계속도는 최대 모터 속도의 10% 이하인, 전동 수술 도구 통전 방법.
23. 권선과 회전 로터를 구비한 모터; 및 커팅 액세서리가 상기 로터에 의해 작동되도록 상기 로터에 상기 커팅 액세서리를 착탈가능하게 수용하는 결합 어셈블리를 갖는 수술 핸드피스; 및

    상기 로터를 회전시키도록 상기 권선에 통전 신호를 선택적으로 인가하는 모터 제어기를 포함하고,

    상기 모터 제어기는,

    상기 권선의 인덕턴스를 측정하는 인덕턴스 측정 회로;

    상기 모터 로터 회전의 결과로서 상기 권선에 전개되는 전위(potentials)를 판정하기 위한 역기전력 회로; 및

    상기 인덕턴스 측정 회로에 연결되어 그로부터 권선 인덕턴스를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 역기전력 회로에 연결되어 그로부터 상기 권선에 전개되는 전위(potentials)를 나타내는 신호를 수신하는 프로세서를 포함하고,

    상기 프로세서 회로는, 상기 모터의 속도가 임계 속도 아래이면, 상기 권선 인덕턴스의 측정값에 의거하여, 상기 권선에 대한 상기 로터의 위치를 판정하고, 상기 로터 위치에 의거하여, 상기 권선에 통전 신호를 선택적으로 인가하도록 구성되며,

    상기 모터의 속도가 상기 임계 속도를 초과하면, 상기 모터 로터 회전의 결과로서 상기 권선에 전개되는 전위의 측정값에 의거하여, 상기 권선에 대한 상기 로터의 위치를 판정하며, 상기 로터의 위치에 의거하여, 상기 권선에 통전 신호를 선택적으로 인가하도록 구성된, 수술 도구.
24. 청구항 23에 있어서,

    상기 인덕턴스 측정 회로는 상기 권선을 통한 전류 흐름을 측정하도록 구성되는, 수술 도구.
25. 청구항 23에 있어서,

    상기 인덕턴스 측정 회로는 상기 권선을 통한 전류 흐름을 측정하도록 구성되고,

    상기 프로세서는 상기 권선의 상대 인덕턴스를 판정함으로써 로터 위치를 판정하도록 구성되는, 수술 도구.
26. 청구항 23에 있어서,

    상기 인덕턴스 측정 회로는 상기 권선을 통한 전류 흐름을 측정하도록 구성되고;

    상기 프로세서는: 상기 인덕턴스 측정 회로에 의해 만들어진 상기 전류 흐름 측정값을 정규화하고; 상기 권선 전류 흐름의 정규화된 측정값에 의거하여 상기 로터 위치를 판정하도록 구성되는, 수술 도구.
27. 청구항 23 또는 26에 있어서,

    상기 인덕턴스 측정 회로는 상기 권선을 통한 전류 흐름을 측정하도록 구성되고,

    상기 프로세서는 상기 측정된 권선 전류 흐름을 권선 전류 흐름의 모델과 비교하여 로터 위치를 판정하고, 상기 측정된 권선 전류 흐름과 권선 전류 흐름의 모델과의 비교에 의거하여, 로터 위치를 판정하도록 구성된, 수술 도구.
28. 청구항 23 또는 26에 있어서,

    상기 인덕턴스 측정 회로는 상기 권선을 통한 전류 흐름을 측정하도록 구성되고,

    인덕턴스 감지에 의거하여 로터 위치를 판정할 때, 상기 프로세서는:

    가장 큰 전류 흐름이 있는 권선을 판정하고;

    가장 큰 전류 흐름이 있는 권선에 의거하여, 로터 위치를 판정하는, 수술 도구.
29. 청구항 26에 있어서,

    상기 핸드피스와 메모리가 통합되고, 상기 메모리는 상기 권선을 통한 인덕턴스 생성된 전류 흐름 측정값을 정규화하는 데이터를 포함하고,

    상기 프로세서는: 상기 핸드피스 메모리로부터, 인덕턴스 생성된 전류 흐름 측정값을 정규화하는 데이터를 수신하고, 인덕턴스 생성된 전류 흐름을 정규화하기 위한 핸드피스 데이터에 의거하여 상기 인덕턴스 측정 회로로부터의 상기 전류 흐름 측정값을 정규화하는, 수술 도구.
30. 청구항 23 또는 26에 있어서,

    상기 인덕턴스 측정 회로는 상기 권선을 통한 전류 흐름을 측정하도록 구성되고,

    상기 프로세서는, 권선 인덕턴스 전류 측정값에 의거하여, 상기 로터가 초기 위치에서 시프트된 위치로 이동한 것으로 나타났는지 판정하고,

    상기 로터가 그렇게 이동된 위치를 가지면, 상기 시프트된 위치가 인접한 위치인지를 판정하고,

    상기 시프트된 위치가 인접한 위치이면, 상기 로터가 인접한 위치에 있다고 판정하고,

    상기 시프트된 위치가 인접한 위치가 아니면, 상기 전류 흐름이 임계 레벨을 초과했는지를 판정하고,

    상기 전류 흐름이 상기 임계 레벨을 초과했으면, 상기 로터가 시프트된 위치에 있다고 판정하고,

    상기 전류 흐름이 상기 임계 레벨 아래이면, 상기 로터가 초기 위치에 남아있다고 판정하는, 수술 도구.
31. 청구항 23 또는 26에 있어서,

    상기 모터 제어기는 상기 핸드피스로부터 떨어져 있는(separate from) 제어 콘솔 내에 있는 것인, 수술 도구.
32. 청구항 23 또는 26에 있어서,

    상기 수술 핸드피스는 배터리로부터 전력이 제공되는 코드리스 핸드피스이며, 상기 모터 제어기는 상기 핸드피스 내에 포함된 것인, 수술 도구.
33. 청구항 23 또는 26에 있어서,

    상기 도구는 1.27 cm 이하의 직경을 갖는 모터 로터를 포함하는, 수술 도구.
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