BR102019017761A2 - Controle de temperatura do atuador de extremidade ultrassônico e sistema de controle para o mesmo - Google Patents

Controle de temperatura do atuador de extremidade ultrassônico e sistema de controle para o mesmo Download PDF

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Cameron R. Nott
Fergus P. Quigley
Amrita Singh Sawhney
Stephen M. Leuck
Brian D. Black
Eric M. Roberson
Patrick J. Scoggins
Craig N. Faller
Madeleine C. Jayme
Jacob S. Gee
Frederick E. Shelton
David C. Yates
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Abstract

controle de temperatura do atuador de extremidade ultrassônico e sistema de controle para o mesmo a presente invenção revela um gerador, um dispositivo ultrassônico, e um método de determinação de uma temperatura de uma lâmina ultrassônica. um circuito de controle acoplado a uma memória determina uma frequência de ressonância real de um sistema eletromecânico ultrassônico que compreende um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por um guia de ondas ultrassônico. a frequência de ressonância real é correlacionada a uma temperatura real da lâmina ultrassônica. o circuito de controle recupera da memória uma frequência de ressonância de referência do sistema eletromecânico ultrassônico. a frequência de ressonância de referência é correlacionada a uma temperatura de referência da lâmina ultrassônica. o circuito de controle então infere a temperatura da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância real e a frequência de ressonância de referência.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONTROLE DE TEMPERATURA DO ATUADOR DE EXTREMIDADE ULTRASSÔNICO E SISTEMA DE CONTROLE PARA O MESMO. REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS DE DEPÓSITO CORRELATOS
[001] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§
119(e) ao pedido de patente provisório n° 62/721.995, intitulado CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION, formulado em 23 de agosto de 2018, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[002] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§
119(e) ao pedido de patente provisório n° 62/721.998, intitulada SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS, depositado em 23 de agosto de 2018, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[003] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§
119(e) ao pedido de patente provisório n° 62/721.999, intitulado INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING, depositado em 23 de agosto de 2018, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[004] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§
119(e) ao pedido de patente provisório n° 62/721.994, intitulado BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY, depositado em 23 de agosto de 2018, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[005] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§
119(e) ao pedido de patente provisório n° 62/721.996, intitulado RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 16/934
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ELECTRICAL SIGNAL, depositado em 23 de agosto de 2018, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade.
[006] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§
119(e) ao pedido de patente provisório n° 62/692.747, intitulado SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE, depositado em 30 de junho de 2018, ao pedido de patente provisório para n° 62/692.748, intitulado SMART ENERGY ARCHITECTURE, depositado em 30 de junho de 2018 e ao pedido de patente provisório para n° 62/692.768, intitulado SMART ENERGY DEVICES, depositado em 30 de junho de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[007] Este pedido também reivindica o benefício de prioridade sob
U.S.C.§ 119(e) para o pedido de patente provisório US n° de série 62/640.417, intitulado TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR, depositado em 8 de março de 2018, e ao pedido de patente provisório US n° de série 62/640.415, intitulado ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR depositado em 8 de março de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[008] Este pedido também reivindica o benefício de prioridade sob
U.S.C.§ 119 (e) para o pedido de patente provisório US n° 62/650.898 depositado em 30 de março de 2018, intitulado CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS, para o pedido de patente provisório US n° de série 62/650.887, intitulado SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES, depositado em 30 de março de 2018, ao pedido de patente provisório n° de série 62/650.882, intitulado SMOKE
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 17/934
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EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 30 de março de 2018, e ao pedido de patente provisório n° de série 62/650.877, intitulado SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS, depositado em 30 de março de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[009] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§
119(e) ao pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, ao pedido de patente provisório US n° de série 62/611.340, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS, depositado em 28 de dezembro de 2017, e ao pedido de patente provisório US n° de série 62/611.339, intitulado ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
ANTECEDENTES
[0010] Em um ambiente cirúrgico, os dispositivos de energia inteligente podem ser necessários em um ambiente de arquitetura de energia inteligente. Os dispositivos cirúrgicos ultrassônicos, como bisturis ultrassônicos, estão encontrando aplicações cada vez mais amplamente difundida em procedimentos cirúrgicos, em razão de suas características de desempenho exclusivas. Dependendo de configurações e parâmetros operacionais específicos do dispositivo, os dispositivos cirúrgicos ultrassônicos podem oferecer, de maneira substancialmente simultânea, transecção de tecidos e homeostase por coagulação, desejavelmente minimizando o trauma do paciente. Um dispositivo cirúrgico ultrassônico pode compreender uma empunhadura contendo um transdutor ultrassônico, e um instrumento acoplado ao transdutor ultrassônico tendo um atuador de extremidade montado
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4/310 distalmente (por exemplo, uma ponta de lâmina) para cortar e vedar o tecido. Em alguns casos, o instrumento pode estar permanentemente fixado empunhadura . Em outros casos, o instrumento pode ser separável da empunhadura, como no caso de um instrumento descartável ou um instrumento intercambiável. O atuador de extremidade transmite energia ultrassônica aos tecidos colocados em contato com o mesmo, para realizar a ação de corte e cauterização. Os dispositivos cirúrgicos ultrassônicos dessa natureza podem ser configurados para uso em procedimentos cirúrgicos abertos, laparoscópicos ou endoscópicos, inclusive procedimentos roboticamente assistidos.
[0011] A energia ultrassônica corta e coagula os tecidos com o uso de temperaturas mais baixas que aquelas usadas em procedimentos eletrocirúrgicos e pode ser transmitida ao atuador de extremidade por um gerador ultrassônico em comunicação com a empunhadura. Vibrando em altas frequências (por exemplo, 55.500 ciclos por segundo), a lâmina ultrassônica desnatura a proteína presente nos tecidos para formar um coágulo pegajoso. A pressão exercida sobre os tecidos pela superfície da lâmina achata os vasos sanguíneos e possibilita que o coágulo forme um selo hemostático. Um cirurgião pode controlar a velocidade de corte e coagulação por meio da força aplicada aos tecidos pelo atuador de extremidade, do tempo durante o qual a força é aplicada e do nível de excursão selecionado para o atuador de extremidade.
[0012] O transdutor ultrassônico pode ser modelado como um circuito equivalente que compreende uma primeira ramificação que tem uma capacitância estática e uma segunda ramificação em movimento que tem uma indutância, resistência e capacitância conectadas em série que definem as propriedades eletromecânicas de um ressonador. Os geradores ultrassônicos conhecidos podem incluir um indutor de sintonia
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5/310 para cancelar a capacitância estática a uma frequência de ressonância de modo que substancialmente toda a corrente do sinal de acionamento do gerador flua para a ramificação em movimento. Consequentemente, mediante o uso de um indutor de sintonia, a corrente do sinal de acionamento do gerador representa a corrente da ramificação em movimento, e o gerador é dessa forma capaz de controlar seu sinal de acionamento para manter a frequência de ressonância do transdutor ultrassônico. O indutor de sintonia pode também transformar o gráfico da impedância de fase do transdutor ultrassônico para otimizar as capacidades de travamento de frequência do gerador. Entretanto, o indutor de sintonia precisa ser combinado com a capacitância estática específica de um transdutor ultrassônico na frequência de ressonância operacional. Em outras palavras, um transdutor ultrassônico diferente tendo uma capacitância estática diferente precisa de um indutor de sintonia diferente.
[0013] Adicionalmente, em algumas arquiteturas de gerador ultrassônico, o sinal de acionamento do gerador apresenta distorção harmônica assimétrica que complica as medições de magnitude e fase da impedância. Por exemplo, a exatidão das medições de fase da impedância pode ser reduzida devido à distorção harmônica nos sinais de corrente e tensão.
[0014] Além disso, a interferência eletromagnética em ambientes ruidosos diminui a capacidade do gerador de manter o travamento na frequência de ressonância do transdutor ultrassônico, aumentando a probabilidade de entradas inválidas do algoritmo de controle.
[0015] Os dispositivos eletrocirúrgicos para aplicação de energia elétrica a tecidos de modo a tratar e/ou destruir os ditos tecidos estão também encontrando aplicações cada vez mais amplamente disseminadas em procedimentos cirúrgicos. Um dispositivo eletrocirúrgico pode compreender uma empunhadura e um instrumento que tem um
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6/310 atuador de extremidade distalmente montado (por exemplo, um ou mais eletrodos). O atuador de extremidade pode ser posicionado contra o tecido, de modo que a corrente elétrica seja introduzida no tecido. Os dispositivos eletrocirúrgicos podem ser configurados para funcionamento bipolar ou monopolar. Durante o funcionamento bipolar, a corrente é introduzida no tecido e retornada a partir do mesmo pelos eletrodos ativos e de retorno, respectivamente, do atuador de extremidade. Durante o funcionamento monopolar, uma corrente é introduzida no tecido por um eletrodo ativo do atuador de extremidade e retornada através de um eletrodo de retorno (por exemplo, uma placa de aterramento) separadamente situada no corpo do paciente. O calor gerado pela corrente que flui através do tecido pode formar selagens hemostáticas no interior do tecido e/ou entre tecidos e, dessa forma, pode ser particularmente útil para cauterização de vasos sanguíneos, por exemplo. O atuador de extremidade de um dispositivo eletrocirúrgico pode também compreender um membro de corte que é capaz de mover-se em relação ao tecido e aos eletrodos, para transeccionar o tecido.
[0016] A energia elétrica aplicada por um dispositivo eletrocirúrgico pode ser transmitida ao instrumento por um gerador em comunicação com a empunhadura. A energia elétrica pode estar sob a forma de energia de radiofrequência (RF). A energia de RF é uma forma de energia elétrica que pode estar na faixa de frequência de 300 kHz a 1 MHz, conforme descrito em EN60601-2-2:2009+A11:2011, Definição 201.3.218 - ALTA
FREQUÊNCIA. Por exemplo, a frequência em aplicações de RF monopolar pode ser tipicamente restrita a menos do que 5 MHz. Entretanto, em aplicações de RF bipolar, a frequência pode se quase qualquer uma. Frequências acima de 200 kHz são tipicamente usadas para aplicações monopolares a fim de evitar o estímulo indesejado dos nervos e músculos que resultaria do uso de uma corrente de frequência baixa. Frequências inferiores podem ser usadas para técnicas bipolares
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7/310 se uma análise de risco mostrar que a possibilidade de estímulo neuromuscular foi mitigada até um nível aceitável. Normalmente, frequências acima de 5 MHz não são usadas, a fim de minimizar problemas associados correntes de dispersão de alta frequência. É geralmente aceito que 10 mA é o limiar inferior dos efeitos térmicos em tecido.
[0017] Durante esta operação, um dispositivo eletrocirúrgico pode transmitir energia de RF em baixa frequência através do tecido, o que causa atrito, ou agitação iônica, ou seja, aquecimento resistivo, o que, portanto, aumenta a temperatura do tecido. Devido ao fato de que um limite preciso pode ser criado entre o tecido afetado e o tecido circundante, os cirurgiões podem operar com um alto nível de precisão e controle, sem sacrificar o tecido adjacente não alvo. As baixas temperaturas de operação da energia de RF podem ser úteis para remoção, encolhimento ou escultura de tecidos moles enquanto, simultaneamente, cauterizam os vasos sanguíneos. A energia de RF pode funcionar particularmente bem no tecido conjuntivo, que compreende principalmente colágeno e encolhe quando entra em contato com calor.
[0018] Devido a suas necessidades únicas de sinal de acionamento, detecção e retroalimentação, dispositivos ultrassônicos e eletrocirúrgicos geralmente exigem diferentes geradores. Adicionalmente, nos casos em que o instrumento é descartável ou intercambiável com uma empunhadura, os geradores ultrassônicos e eletrocirúrgicos estão limitados em sua capacidade de reconhecer a configuração do instrumento específico sendo usado e de otimizar processos de controle e diagnóstico em conformidade. Além disso, o acoplamento capacitivo entre os circuitos não isolados e isolados de paciente, do gerador, especialmente nos casos em que tensões e frequências mais altas são usadas, pode resultar na exposição de um paciente a níveis inaceitáveis de corrente de fuga.
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[0019] Além disso, devido a suas necessidades únicas de sinal de acionamento, detecção e retroalimentação, os dispositivos ultrassônicos e eletrocirúrgicos geralmente exigem diferentes interfaces de usuário para os diferentes geradores. Em tais dispositivos ultrassônicos e eletrocirúrgicos convencionais, uma interface de usuário é configurada para uso com um instrumento ultrassônico ao passo que uma interface de usuário diferente pode ser configurada para uso com um instrumento eletrocirúrgico. Tais interfaces de usuário incluem interfaces de usuário ativadas pela mão e/ou pé, como chaves ativadas pela mão e/ou chaves ativadas pelo pé. Quando vários aspectos de geradores combinados para uso tanto com instrumentos ultrassônicos como com instrumentos eletrocirúrgicos são contemplados na subsequente revelação, interfaces de usuário adicionais que são configuradas para operar com geradores de instrumentos ultrassônicos tanto quanto eletrocirúrgicos também são contempladas.
[0020] Interfaces de usuário adicionais para fornecer retroalimentação, se ao usuário ou a outra máquina, são contemplados na subsequente revelação para fornecer retroalimentação que indica um modo de operação ou status de um instrumento ultrassônico e/ou eletrocirúrgico. Fornecer retroalimentação ao usuário e/ou à máquina para operar um instrumento ultrassônico e/ou eletrocirúrgico em combinação exigirá fornecer retroalimentação sensorial a um usuário e retroalimentação elétrica/mecânica/eletromecânica a uma máquina. Os dispositivos de retroalimentação que incorporam dispositivos de retroalimentação visual (por exemplo, uma Tela de Display de LCD, indicadores de LED), dispositivos de retroalimentação de áudio (por exemplo, um alto-falante, uma campainha) ou dispositivos de retroalimentação tátil (por exemplo, atuadores hápticos) para uso em instrumentos ultrassônicos e/ou eletrocirúrgicos combinados são
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9/310 contemplados na subsequente revelação.
[0021] Outros instrumentos cirúrgicos elétricos incluem, sem limitação, eletroporação irreversível e/ou reversível, e/ou tecnologias de micro-ondas, entre outras. Consequentemente, as técnicas aqui reveladas são aplicáveis a RF ultrassônica, bipolar ou monopolar, (eletrocirúrgica), eletroporação irreversível e/ou reversível e/ou instrumentos cirúrgicos baseados em micro-ondas, entre outros.
SUMÁRIO
[0022] Em um aspecto geral, é fornecido um método para determinar uma temperatura de uma lâmina ultrassônica. Sendo que o método compreende: determinar, por um circuito de controle acoplado a uma memória, uma frequência de ressonância real de um sistema eletromecânico ultrassônico que compreende um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por meio de um guia de ondas ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância real está correlacionada a uma temperatura real da lâmina ultrassônica; recuperar, a partir da memória pelo circuito de controle, uma frequência de ressonância de referência do sistema eletromecânico ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância de referência está correlacionada a uma temperatura de referência da lâmina ultrassônica; e inferir, pelo circuito de controle, a temperatura da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância real e a frequência de ressonância de referência.
[0023] Em um outro aspecto, um gerador para determinar a temperatura de uma lâmina ultrassônica é fornecido. Sendo que o gerador compreende: um circuito de controle acoplado a uma memória, sendo o circuito de controle configurado para: determinar uma frequência de ressonância real de um sistema eletromecânico ultrassônico compreendendo um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por meio de um guia de ondas ultrassônico,
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10/310 sendo que a frequência de ressonância real está correlacionada a uma temperatura real da lâmina ultrassônica; recuperar da memória uma frequência de ressonância de referência do sistema eletromecânico ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância de referência está correlacionada a uma temperatura de referência da lâmina ultrassônica; e inferir a temperatura da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância real e a frequência de ressonância de referência.
[0024] Em ainda um outro aspecto, um dispositivo ultrassônico para determinar uma temperatura de uma lâmina ultrassônica é fornecida. Sendo que o dispositivo ultrassônico compreende: um circuito de controle acoplado a uma memória, sendo o circuito de controle configurado para: determinar uma frequência de ressonância real de um sistema eletromecânico ultrassônico compreendendo um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por meio de um guia de ondas ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância real é correlacionada a uma temperatura real da lâmina ultrassônica; recuperar da memória uma frequência de ressonância de referência do sistema eletromecânico ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância de referência está correlacionada a uma temperatura de referência da lâmina ultrassônica; e inferir a temperatura da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância real e a frequência de ressonância de referência.
FIGURAS
[0025] Os recursos de vários aspectos são apresentados com particularidade nas reivindicações em anexo. Os vários aspectos, no entanto, no que se refere tanto à organização quanto aos métodos de operação, juntamente com objetos e vantagens adicionais dos mesmos, podem ser melhor compreendidos em referência à descrição apresentada a seguir, considerada em conjunto com os desenhos em
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11/310 anexo, como a seguir.
[0026] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema cirúrgico interativo implementado por computador, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0027] A Figura 2 é um sistema cirúrgico sendo usado para executar um procedimento cirúrgico em uma sala de operação, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0028] A Figura 3 é um hub cirúrgico emparelhado com um sistema de visualização, um sistema robótico, e um instrumento inteligente, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0029] A Figura 4 é uma vista em perspectiva parcial de um invólucro do hub cirúrgico, e de um módulo gerador em combinação recebido de maneira deslizante em um invólucro do hub cirúrgico, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0030] A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um módulo gerador em combinação com contatos bipolares, ultrassônicos e monopolares e um componente de evacuação de fumaça, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0031] A Figura 6 ilustra conectores individuais de barramento de energia para uma pluralidade de portas de acoplamento lateral de um alojamento modular lateral configurado para receber uma pluralidade de módulos, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0032] A Figura 7 ilustra um alojamento modular vertical configurado para receber uma pluralidade de módulos, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0033] A Figura 8 ilustra uma rede de dados cirúrgicos que compreende um hub de comunicação modular configurado para conectar dispositivos modulares localizados em uma ou mais salas de
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12/310 cirurgia de uma instalação de serviços de saúde, ou qualquer ambiente em uma instalação de serviços de saúde especialmente equipada para operações cirúrgicas, à nuvem, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0034] A Figura 9 ilustra um sistema cirúrgico interativo implementado por computador, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0035] A Figura 10 ilustra um hub cirúrgico que compreende uma pluralidade de módulos acoplados à torre de controle modular, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0036] A Figura 11 ilustra um aspecto de um dispositivo de hub de rede de barramento em série universal (USB), de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0037] A Figura 12 ilustra um diagrama lógico de um sistema de controle de um instrumento ou ferramenta cirúrgica, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0038] A Figura 13 ilustra um circuito de controle configurado para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0039] A Figura 14 ilustra um circuito lógico combinacional configurado para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. [0040] A Figura 15 ilustra um circuito lógico sequencial configurado para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0041] A Figura 16 ilustra um instrumento ou ferramenta cirúrgica que compreende uma pluralidade de motores que podem ser ativados para executar várias funções, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0042] A Figura 17 é um diagrama esquemático de um instrumento
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13/310 cirúrgico robótico configurado para operar uma ferramenta cirúrgica descrita no mesmo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0043] A Figura 18 ilustra um diagrama de blocos de um instrumento cirúrgico programado para controlar a translação distal do membro de deslocamento, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0044] A Figura 19 é um diagrama esquemático de um instrumento cirúrgico configurada para controlar várias funções, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0045] A Figura 20 é um sistema configurado para executar algoritmos de controle de lâmina ultrassônica adaptáveis em uma rede de dados cirúrgicos que compreende um hub de comunicação modular, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. [0046] A Figura 21 representa um exemplo de um gerador, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0047] A Figura 22 é um sistema cirúrgico que compreende um gerador e vários instrumentos cirúrgicos usáveis com o mesmo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0048] A Figura 23 é uma vista de um atuador de extremidade, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0049] A Figura 24 é um diagrama do sistema cirúrgico da Figura 22, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0050] A Figura 25 é um modelo que ilustra a corrente de ramificação de movimento, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0051] A Figura 26 ilustra uma vista estrutural de uma arquitetura de gerador, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0052] As Figuras 27A a 27C ilustram vistas funcionais de uma arquitetura de gerador, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
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[0053] As Figuras 28A a 28B são aspectos estruturais e funcionais de um gerador, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. [0054] A Figura 29 é um diagrama esquemático de um aspecto de um circuito de acionamento ultrassônico
[0055] A Figura 30 é um diagrama esquemático do transformador acoplado ao circuito de acionamento ultrassônico mostrado na Figura 29, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0056] A Figura 31 é um diagrama esquemático do transformador mostrado na Figura 30 acoplado a um circuito de teste, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0057] A Figura 32 é um diagrama esquemático de um circuito de controle, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0058] A Figura 33 mostra um diagrama de circuito de bloco simplificado que ilustra um outro circuito elétrico contido no interior de um instrumento cirúrgico ultrassônico modular, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0059] A Figura 34 ilustra um circuito gerador dividido em múltiplos estágios, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. [0060] A Figura 35 ilustra um circuito gerador dividido em múltiplos estágios sendo que o primeiro circuito de estágio é comum ao segundo circuito de estágio, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0061] A Figura 36 é um diagrama esquemático de um aspecto de um circuito de acionamento configurado para acionar uma corrente de alta frequência (RF), de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0062] A Figura 37 é um diagrama esquemático do transformador acoplado ao circuito de acionamento de RF mostrado na Figura 34, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0063] A Figura 38 é um diagrama esquemático de um circuito que
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15/310 compreende fontes de energia separadas para circuitos de acionamento/energia de alta potência e circuitos de baixa potência, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0064] A Figura 39 ilustra um circuito de controle que permite um sistema gerador duplo alterne entre as modalidades de energia do gerador de RF e do gerador ultrassônico para um instrumento cirúrgico.
[0065] A Figura 40 ilustra um diagrama de um aspecto de um instrumento cirúrgico que compreende um sistema de retroalimentação para uso com um instrumento cirúrgico, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0066] A Figura 41 ilustra um aspecto de uma arquitetura fundamental para um circuito de síntese digital direta como um circuito de síntese direta digital (DDS) configurado para gerar uma pluralidade de formas de onda para a forma de onda de sinal elétrico para uso em quaisquer dos instrumentos cirúrgicos, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0067] A Figura 42 ilustra um aspecto do circuito de síntese direta digital (DDS) configurado para gerar uma pluralidade de formas de onda para a forma de onda de sinal elétrico para uso em instrumento cirúrgico, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. [0068] A Figura 43 ilustra um ciclo de uma forma de onda de sinal elétrico digital de tempo discreto, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação, de uma forma de onda analógica (mostrada sobreposta sobre uma forma de onda de sinal elétrico digital de tempo discreto para propósitos de comparação), de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0069] A Figura 44 é um diagrama de um sistema de controle configurado para fornecer fechamento progressivo de um membro de fechamento conforme este avança distalmente para fechar o braço de aperto para aplicar uma carga de força de fechamento a uma taxa
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16/310 desejada de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0070] A Figura 45 ilustra um sistema de controle de retroalimentação do controlador proporcional, integral, derivativo (PD), de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0071] A Figura 46 é uma vista explodida em elevação do instrumento cirúrgico ultrassônico manual modular que mostra a metade esquerda do alojamento removida de um conjunto de empunhadura que expõe um identificador de dispositivo acoplado de forma comunicativa ao conjunto de empunhara terminal de múltiplos condutores, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0072] A Figura 47 é uma vista em detalhe de uma porção de gatilho e chave do instrumento cirúrgico ultrassônico mostrado na Figura 46, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0073] A Figura 48 é uma vista em perspectiva ampliada fragmentada de um atuador de extremidade a partir de uma extremidade distal com um membro de garra em uma posição aberta, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0074] A Figura 49 é um diagrama de sistema de um circuito segmentado que compreende uma pluralidade de segmentos de circuito operados independentemente, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0075] A Figura 50 é um diagrama de circuito de vários componentes de um instrumento cirúrgico com funções de controle de motor, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0076] A Figura 51 ilustra um aspecto de um atuador de extremidade que compreende sensores de dados de RF localizados no membro de garra, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0077] A Figura 52 ilustra um aspecto do circuito flexível mostrado na Figura 51, em que os sensores podem ser montados no ou formados
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17/310 integralmente com o mesmo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0078] A Figura 53 é um sistema alternativo para controlar a frequência de um sistema eletromecânico ultrassônico e detectar a impedância do mesmo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0079] As Figuras 54A a 54B são espectros de impedância complexos do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ultrassônica fria (azul) e quente (vermelho), de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação, onde
[0080] A Figura 54A é uma representação gráfica do ângulo de fase da impedância como uma função da frequência de ressonância do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ultrassônica fria (azul) e quente (vermelho); e
[0081] A Figura 54B é uma representação gráfica da magnitude de impedância como uma função da frequência de ressonância do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ultrassônica fria (azul) e quente (vermelho).
[0082] A Figura 55 é um diagrama de um filtro de kalman para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de estado com base em impedância ao longo um transdutor ultrassônico medido em uma variedade de frequências, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0083] A Figura 56 são três distribuições de probabilidade empregadas por um estimador de estado do filtro de Kalman mostrado na Figura 55 para maximizar as estimativas, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0084] A Figura 57A é uma representação gráfica da temperatura em função do tempo de um dispositivo ultrassônico com nenhum controle de temperatura não atinge uma temperatura máxima de
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490°C.
[0085] A Figura 57B é uma representação gráfica da temperatura em função do tempo de um dispositivo ultrassônico em que o controle de temperatura atinge uma temperatura máxima de 320°C, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0086] As Figuras 58A a 58B são representações gráficas do controle de retroalimentação para ajustar a energia ultrassônica aplicada a um transdutor ultrassônico quando uma queda repentina na temperatura de uma lâmina ultrassônica é detectada, onde
[0087] A Figura 58A é uma representação gráfica da energia ultrassônica como uma função do tempo; e
[0088] A Figura 58B é um gráfico de temperatura da lâmina ultrassônica como uma função do tempo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0089] A Figura 59 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para controlar a temperatura de uma lâmina ultrassônica, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0090] A Figura 60 é uma representação gráfica da temperatura da lâmina ultrassônica como uma função do tempo durante o disparo de um vaso, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. [0091] A Figura 61 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para controlar a temperatura de uma lâmina ultrassônica entre dois pontos de ajuste de temperatura, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0092] A Figura 62 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para determinar a temperatura inicial de uma lâmina ultrassônica, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
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[0093] A Figura 63 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para determinar quando uma lâmina ultrassônica está se aproximando da instabilidade e então ajustar a energia aplicada ao transdutor ultrassônico para impedir a instabilidade do transdutor ultrassônico, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0094] A Figura 64 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para fornecer vedação ultrassônica com controle de temperatura, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0095] A Figura 65 são representações gráficas da corrente do transdutor ultrassônico e da temperatura da lâmina ultrassônica como uma função do tempo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0096] A Figura 66 é uma representação gráfica da relação entre a frequência inicial e a alteração na frequência necessária para se obter uma temperatura de aproximadamente 340 °C, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0097] A Figura 67 ilustra um sistema para controle de retroalimentação que compreende um gerador ultrassônico para regular o ponto de ajuste da corrente elétrica (i) aplicada a um transdutor ultrassônico de um sistema ultrassônico eletromecânico para evitar que a frequência (f) do transdutor ultrassônico diminua abaixo de um limite predeterminado, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[0098] A Figura 68 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica de um processo de gerenciamento térmico controlado para proteger um bloco do atuador de extremidade, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
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[0099] A Figura 69 é uma representação gráfica da temperatura em função do tempo comparando a temperatura desejada de uma lâmina ultrassônica com uma lâmina ultrassônica inteligente e uma lâmina ultrassônica convencional, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[00100] A Figura 70 é uma linha de tempo que presenta a percepção situacional de um hub cirúrgico, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
DESCRIÇÃO
[00101] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente US, depositados em 28 de agosto de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade:
[00102] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8536USNP2/180107-2, intitulado ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR; [00103] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8561USNP1/180144-1, intitulado RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS;
[00104] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8563USNP1/180139-1, intitulado CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION;
[00105] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8563USNP2/180139-2, intitulado CONTROLLING ACTIVATION OF AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO THE PRESENCE OF TISSUE;
[00106] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8563USNP3/180139-3, intitulado DETERMINING TISSUE COMPOSITION VIA AN ULTRASONIC SYSTEM;
[00107] · Pedido de patente US, n° da súmula
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 35/934
21/310
END8563USNP4/180139-4, intitulado DETERMINING THE STATE OF AN ULTRASONIC ELECTROMECHANICAL SYSTEM ACCORDING TO FREQUENCY SHIFT;
[00108] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8563USNP5/180139-5, intitulado DETERMINING THE STATE OF AN ULTRASONIC END EFFECTOR;
[00109] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8564USNP1/180140-1, intitulado SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS;
[00110] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8564USNP2/180140-2, intitulado MECHANISMS FOR
CONTROLLING DIFFERENT ELECTROMECHANICAL SYSTEMS OF AN ELECTROSURGICAL INSTRUMENT;
[00111] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8564USNP3/180140-3, intitulado DETECTION OF END EFFECTOR IMMERSION IN LIQUID;
[00112] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8565USNP1/180142-1, intitulado INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING;
[00113] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8565USNP2/180142-2, intitulado INCREASING RADIO
FREQUENCY TO CREATE PAD-LESS MONOPOLAR LOOP;
[00114] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8566USNP1/180143-1, intitulado BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY; e
[00115] · Pedido de patente US, n° da súmula
END8573USNP1/180145-1, intitulado ACTIVATION OF ENERGY DEVICES.
[00116] O requerente do presente pedido detém os seguintes
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 36/934
22/310 pedidos de patente US nos, depositados em 23 de agosto de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade:
[00117] · Pedido de patente provisório US n° 62/721.995, intitulado
CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION;
[00118] · Pedido de patente provisório US n° 62/721.998, intitulado
SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS;
[00119] · Pedido de patente provisório US n° 62/721.999, intitulado
INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING;
[00120] · Pedido de patente provisório US n° 62/721.994, intitulado
BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY; e
[00121] · Pedido de patente provisório US n° 62/721.996, intitulado
RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS.
[00122] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente US, depositados em 30 de junho de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade:
[00123] · Pedido de patente provisório US n° 62/692.747, intitulado
SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE; [00124] · Pedido de patente provisório US n° 62/692.748, intitulado
SMART ENERGY ARCHITECTURE; e
[00125] · Pedido de patente provisório US n° 62/692.768, intitulado
SMART ENERGY DEVICES.
[00126] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente US, depositados em 29 de junho de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 37/934
23/310 referência em sua totalidade:
[00127] · Pedido de patente US n° de série 16/024.090, intitulado
CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS;
[00128] · Pedido de patente US n° de série 16/024.057, intitulado
CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS;
[00129] · Pedido de patente US n° de série 16/024.067, intitulado
SYSTEMS FOR ADJUSTING END EFFECTOR PARAMETERS BASED ON PERIOPERATIVE INFORMATION;
[00130] · Pedido de patente US n° de série 16/024.075, intitulado
SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING;
[00131] · Pedido de patente US n° de série 16/024.083, intitulado
SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING;
[00132] · Pedido de patente US n° de série 16/024.094, intitulado
SURGICAL SYSTEMS FOR DETECTING END EFFECTOR TISSUE DISTRIBUTION IRREGULARITIES;
[00133] · Pedido de patente US n° de série 16/024.138, intitulado
SYSTEMS FOR DETECTING PROXIMITY OF SURGICAL END EFFECTOR TO CANCEROUS TISSUE;
[00134] · Pedido de patente US n° de série 16/024.150, intitulado
SURGICAL INSTRUMENT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLIES;
[00135] · Pedido de patente US n° de série 16/024.160, intitulado
VARIABLE OUTPUT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLY;
[00136] · Pedido de patente US n° de série 16/024.124, intitulado
SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE;
[00137] · Pedido de patente US n° de série 16/024.132, intitulado
SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE CIRCUIT;
[00138] · Pedido de patente US n° de série 16/024.141, intitulado
SURGICAL INSTRUMENT WITH A TISSUE MARKING ASSEMBLY;
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 38/934
24/310
[00139] · Pedido de patente US n° de série 16/024.162, intitulado
SURGICAL SYSTEMS WITH PRIORITIZED DATA TRANSMISSION CAPABILITIES;
[00140] · Pedido de patente US n° de série 16/024.066, intitulado
SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL;
[00141] · Pedido de patente US n° de série 16/024.096, intitulado
SURGICAL EVACUATION SENSOR ARRANGEMENTS;
[00142] · Pedido de patente US n° de série 16/024.116, intitulado
SURGICAL EVACUATION FLOW PATHS;
[00143] · Pedido de patente US n° de série 16/024.149, intitulado
SURGICAL EVACUATION SENSING AND GENERATOR CONTROL; [00144] · Pedido de patente US n° de série 16/024.180, intitulado
SURGICAL EVACUATION SENSING AND DISPLAY;
[00145] · Pedido de patente US n° de série 16/024.245, intitulado
COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM;
[00146] · Pedido de patente US n° de série 16/024.258, intitulado
SMOKE EVACUATION SYSTEM INCLUDING A SEGMENTED CONTROL CIRCUIT FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM;
[00147] · Pedido de patente US n° de série 16/024.265, intitulado
SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE; e
[00148] · Pedido de patente US n° de série 16/024.273, intitulado
DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS.
[00149] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente provisórios US, depositados em 28 de junho de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade:
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 39/934
25/310
[00150] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.228, intitulado A METHOD OF USING REINFORCED FLEX CIRCUITS WITH MULTIPLE SENSORS WITH ELECTROSURGICAL DEVICES;
[00151] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.227, intitulado CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS;
[00152] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.230, intitulado SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE; [00153] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.219, intitulado SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL; [00154] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.257, intitulado COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM;
[00155] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.262, intitulado SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE; e
[00156] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.251, intitulado DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS.
[00157] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente provisórios US, depositados em 19 de abril de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade:
[00158] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/659.900, intitulado METHOD OF HUB COMMUNICATION.
[00159] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente provisórios US, depositados em 30 de março de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade:
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 40/934
26/310
[00160] · Pedido de patente provisório US n° 62/650.898 depositado em 30 de março de 2018, intitulado CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS;
[00161] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/650.887, intitulado SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES;
[00162] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/650.882, intitulado SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM; e
[00163] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/650.877, intitulado SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS
[00164] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente US, depositados em 29 de março de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade:
[00165] · Pedido de patente US n° de série 15/940.641, intitulado
INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES;
[00166] · Pedido de patente US n° de série 15/940.648, intitulado
INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH CONDITION HANDLING OF DEVICES AND DATA CAPABILITIES;
[00167] · Pedido de patente US n° de série 15/940.656, intitulado
SURGICAL HUB COORDINATION OF CONTROL AND COMMUNICATION OF OPERATING ROOM DEVICES;
[00168] · Pedido de patente US n° de série 15/940.666, intitulado
SPATIAL AWARENESS OF SURGICAL HUBS IN OPERATING ROOMS; [00169] · Pedido de patente US n° de série 15/940.670, intitulado
COOPERATIVE UTILIZATION OF DATA DERIVED FROM SECONDARY SOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBS;
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 41/934
27/310
[00170] · Pedido de patente US n° de série 15/940.677, intitulado
SURGICAL HUB CONTROL ARRANGEMENTS;
[00171] · Pedido de patente US n° de série 15/940.632, intitulado
DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD;
[00172] · Pedido de patente US n° de série 15/940.640, intitulado
COMMUNICATION HUB AND STORAGE DEVICE FOR STORING PARAMETERS AND STATUS OF A SURGICAL DEVICE TO BE SHARED WITH CLOUD BASED ANALYTICS SYSTEMS;
[00173] · Pedido de patente US n° de série 15/940.645, intitulado
SELF DESCRIBING DATA PACKETS GENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT;
[00174] · Pedido de patente US n° de série 15/940.649, intitulado
DATA PAIRING TO INTERCONNECT A DEVICE MEASURED PARAMETER WITH AN OUTCOME;
[00175] · Pedido de patente US n° de série 15/940.654, intitulado
SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS;
[00176] · Pedido de patente US n° de série 15/940.663, intitulado
SURGICAL SYSTEM DISTRIBUTED PROCESSING;
[00177] · Pedido de patente US n° de série 15/940.668, intitulado
AGGREGATION AND REPORTING OF SURGICAL HUB DATA;
[00178] · Pedido de patente US n° de série 15/940.671, intitulado
SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER;
[00179] · Pedido de patente US n° de série 15/940.686, intitulado
DISPLAY OF ALIGNMENT OF STAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINEAR STAPLE LINE;
[00180] · Pedido de patente US n° de série 15/940.700, intitulado
STERILE FIELD INTERACTIVE CONTROL DISPLAYS;
[00181] · Pedido de patente US n° de série 15/940.629, intitulado
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 42/934
28/310
COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS; [00182] · Pedido de patente US n° de série 15/940.704, intitulado USE
OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT;
[00183] · Pedido de patente US n° de série 15/940.722, intitulado
CHARACTERIZATION OF TISSUE IRREGULARITIES THROUGH THE USE OF MONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIVITY; e
[00184] · Pedido de patente US n° de série 15/940.742, intitulado
DUAL CMOS ARRAY IMAGING.
[00185] · Pedido de patente US n° de série 15/940.636, intitulado
ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES;
[00186] · Pedido de patente US n° de série 15/940.653, intitulado
ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL HUBS;
[00187] Pedido de patente US n° de série 15/940.660, intitulado
CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER;
[00188] · Pedido de patente US n° de série 15/940.679, intitulado
CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR LINKING OF LOCAL USAGE TRENDS WITH THE RESOURCE ACQUISITION BEHAVIORS OF LARGER DATA SET;
[00189] · Pedido de patente US n° de série 15/940.694, intitulado
CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR MEDICAL FACILITY SEGMENTED INDIVIDUALIZATION OF INSTRUMENT FUNCTION;
[00190] · Pedido de patente US n° de série 15/940.634, intitulado
CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES;
[00191] Pedido de patente US n° de série 15/940.706, intitulado
DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK; e
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 43/934
29/310
[00192] · Pedido de patente US n° de série 15/940.675, intitulado
CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES.
[00193] · Pedido de patente US n° de série 15/940.627, intitulado
DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS;
[00194] · Pedido de patente US n° de série 15/940.637, intitulado
COMMUNICATION ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS;
[00195] · Pedido de patente US n° de série 15/940.642, intitulado
CONTROLS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS;
[00196] · Pedido de patente US n° de série 15/940.676, intitulado
AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS;
[00197] · Pedido de patente US n° de série 15/940.680, intitulado
CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS;
[00198] · Pedido de patente US n° de série 15/940.683, intitulado
COOPERATIVE SURGICAL ACTIONS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS;
[00199] · Pedido de patente US n° de série 15/940.690, intitulado
DISPLAY ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS; e
[00200] · Pedido de patente US n° de série 15/940.711, intitulado
SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS.
[00201] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente provisórios US, depositados em 28 de março de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade:
[00202] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.302, intitulado INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 44/934
30/310
COMMUNICATION CAPABILITIES;
[00203] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.294, intitulado DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD;
[00204] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.300, intitulado SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS;
[00205] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.309, intitulado SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER;
[00206] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.310, intitulado COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS;
[00207] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.291, intitulado USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT;
[00208] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.296, intitulado ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES;
[00209] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.333, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR
CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER;
[00210] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.327, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES;
[00211] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.315, intitulado DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK;
[00212] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.313, intitulado CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES;
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 45/934
31/310
[00213] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.320, intitulado DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS;
[00214] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.307, intitulado AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS; e
[00215] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.323, intitulado SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS.
[00216] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente US provisórios, depositados em 8 de março de 2018, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade:
[00217] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/640.417, intitulado TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR; e
[00218] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/640.415, intitulado ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR.
[00219] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente US provisórios, depositados em 28 de dezembro de 2017, estando a revelação de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade:
[00220] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM;
[00221] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/611.340, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS; e
[00222] · Pedido de patente provisório US n° de série 62/611.339, intitulado ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM.
[00223] Antes de explicar com detalhes os vários aspectos dos
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 46/934
32/310 instrumentos cirúrgicos e geradores, deve-se observar que os exemplos ilustrativos não estão limitados, em termos de aplicação ou uso, aos detalhes de construção e disposição de partes ilustradas nos desenhos e na descrição em anexo. Os exemplos ilustrativos podem ser implementados ou incorporados em outros aspectos, variações e modificações, e podem ser praticados ou executados de várias maneiras. Além disso, exceto onde indicado em contrário, os termos e expressões usados na presente invenção foram escolhidos com o propósito de descrever os exemplos ilustrativos para a conveniência do leitor e não para o propósito de limitar a mesma. Além disso, devese entender que um ou mais dentre os aspectos, expressões de aspectos, e/ou exemplos descritos a seguir podem ser combinados com qualquer um ou mais dentre os outros aspectos, expressões de aspectos e/ou exemplos descritos a seguir.
[00224] Vários aspectos são direcionados a dispositivos cirúrgicos ultrassônicos aprimorados, dispositivos eletrocirúrgicos e geradores para uso com os mesmos. Aspectos dos dispositivos cirúrgicos ultrassônicos podem ser configurados para transeccionar e/ou coagular o tecido durante procedimentos cirúrgicos, por exemplo. Aspectos dos dispositivos eletrocirúrgicos podem ser configurados para transeccionar, coagular, escalonar, soldar e/ou dessecar o tecido durante procedimentos cirúrgicos, por exemplo.
[00225] Com referência à Figura 1, um sistema cirúrgico interativo implementado por computador 100 inclui um ou mais sistemas cirúrgicos 102 e um sistema baseado em nuvem (por exemplo, a nuvem 104 que pode incluir um servidor remoto 113 acoplado a um dispositivo de armazenamento 105). Cada sistema cirúrgico 102 inclui ao menos um hub cirúrgico 106 em comunicação com a nuvem 104 que pode incluir um servidor remoto 113. Em um exemplo, conforme ilustrado na Figura 1, o sistema cirúrgico 102 inclui um sistema de visualização 108, um
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 47/934
33/310 sistema robótico 110, um instrumento cirúrgico de mão e inteligente 112, que são configuradas para se comunicarem um com o outro e/ou o hub 106. Em alguns aspectos, um sistema cirúrgico 102 pode incluir um número de hubs M 106, um número N de sistemas de visualização 108, um número O de sistemas robóticos 110, e um número P de instrumentos cirúrgicos inteligentes, de mão 112, onde M, N, O, e P são números inteiros maiores ou iguais a um.
[00226] A Figura 3 representa um exemplo de um sistema cirúrgico 102 sendo usado para executar um procedimento cirúrgico em um paciente que está deitado em uma mesa de operação 114 em uma sala de operação cirúrgica 116. Um sistema robótico 110 é usado no procedimento cirúrgico como uma parte do sistema cirúrgico 102. O sistema robótico 110 inclui um console do cirurgião 118, um carro do paciente 120 (robô cirúrgico), e um hub robótico cirúrgico 122. O carro do paciente 120 pode manipular ao menos uma ferramenta cirúrgica acoplada de maneira removível 117 através de uma incisão minimamente invasiva no corpo do paciente enquanto o cirurgião vê o local cirúrgico através do console do cirurgião 118. Uma imagem do local cirúrgico pode ser obtida por um dispositivo de imageamento médico 124, que pode ser manipulado por carro do paciente 120 para orientar o dispositivo de imageamento 124. O hub robótico 122 pode ser usado para processar as imagens do local cirúrgico para exibição subsequente para o cirurgião através do console do cirurgião 118.
[00227] Outros tipos de sistemas robóticos podem ser prontamente adaptados para uso com o sistema cirúrgico 102. Vários exemplos de sistemas robóticos e instrumentos cirúrgicos que são adequados para uso com a presente revelação são descritos no pedido de patente provisório n° de série 62/611.339, intitulado ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade.
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 48/934
34/310
[00228] Vários exemplos de análise com base em nuvem que são realizados pela nuvem 104, e são adequados para uso com a presente revelação, são descritos no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.340, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[00229] Em vários aspectos, o dispositivo de imageamento 124 inclui ao menos um sensor de Imagem e um ou mais componentes ópticos. Os sensores de imagem adequados incluem, mas não se limitam a, sensores de dispositivo acoplado a carga (CCD) e sensores semicondutores de óxido metálico complementares (CMOS).
[00230] Os componentes ópticos do dispositivo de imageamento 124 podem incluir uma ou mais fontes de iluminação e/ou uma ou mais lentes. A uma ou mais fontes de iluminação podem ser direcionadas para iluminar porções do campo cirúrgico. O um ou mais sensores de imagem podem receber luz refletida ou refratada do campo cirúrgico, incluindo a luz refletida ou refratada do tecido e/ou instrumentos cirúrgicos.
[00231] A uma ou mais fontes de iluminação podem ser configuradas para irradiar energia eletromagnética no espectro visível, bem como no espectro invisível. O espectro visível, por vezes chamado de o espectro óptico ou espectro luminoso, é aquela porção do espectro eletromagnético que é visível a (isto é, pode ser detectada por) o olho humano e pode ser chamada de luz visível ou simplesmente luz. Um olho humano típico responderá aos comprimentos de onda no ar que são de cerca de 380 nm a cerca de 750 nm.
[00232] O espectro invisível (isto é, o espectro não luminoso) é aquela porção do espectro eletromagnético situada abaixo e acima do espectro visível (isto é, comprimentos de onda abaixo de cerca de 380 nm e acima de cerca de 750 nm). O espectro invisível não é detectável
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35/310 pelo olho humano. Os comprimentos de onda maiores que cerca de 750 nm são mais longos que o espectro vermelho visível, e eles se tornam invisíveis infravermelho (IR), micro-ondas, rádio e radiação eletromagnética. Os comprimentos de onda menores que cerca de 380 nm são mais curtos que o espectro ultravioleta, e eles se tornam ultravioleta invisíveis, raio x, e radiação eletromagnética de raios gama. [00233] Em vários aspectos, o dispositivo de imageamento 124 é configurado para uso em um procedimento minimamente invasivo. Exemplos de dispositivos de imageamento adequados para uso com a presente revelação incluem, mas não se limitam a, um artroscópio, angioscópio, broncoscópio, coledocoscópio, colonoscópio, citoscópio, duodenoscópio, enteroscópio, esofagastro-duodenoscópio (gastroscópio), endoscópio, laringoscópio, nasofaringo-neproscópio, sigmoidoscópio, toracoscópio, e ureteroscópio.
[00234] Em um aspecto, o dispositivo de imageamento emprega monitoramento de múltiplos espectros para discriminar topografia e estruturas subjacentes. Uma imagem multi-espectral é uma que captura dados de imagem dentro de faixas de comprimento de onda ao longo do espectro eletromagnético. Os comprimentos de onda podem ser separados por filtros ou mediante o uso de instrumentos que são sensíveis a comprimentos de onda específicos, incluindo a luz de frequências além da faixa de luz visível, por exemplo, IR e luz ultravioleta. As imagens espectrais podem permitir a extração de informações adicionais que o olho humano não consegue capturar com seus receptores para as cores vermelho, verde e azul. O uso de imageamento multiespectral é descrito em maiores detalhes sob o título Advanced Imaging Acquisition Module no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade. O
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36/310 monitoramento multiespectral pode ser uma ferramenta útil para a relocalização de um campo cirúrgico após uma tarefa cirúrgica ser concluída para executar um ou mais dos testes anteriormente descritos no tecido tratado.
[00235] É axiomático que a esterilização estrita da sala de operação e do equipamento cirúrgico seja necessária durante qualquer cirurgia. A higiene rigorosa e as condições de esterilização necessárias em uma sala cirúrgica, isto é, uma sala de operação ou tratamento, justificam a mais alta esterilização possível de todos os dispositivos e equipamentos médicos. Parte desse processo de esterilização é a necessidade de esterilizar qualquer coisa que entra em contato com o paciente ou penetra no campo estéril, incluindo o dispositivo de imageamento 124 e seus conectores e componentes. Será entendido que o campo estéril pode ser considerado uma área especificada, como dentro de uma bandeja ou sobre uma toalha estéril, que é considerado livre de micro-organismos, ou o campo estéril pode ser considerado uma área, imediatamente ao redor de um paciente, que foi preparado para a realização de um procedimento cirúrgico. O campo estéril pode incluir os membros da equipe de escovação, que estão adequadamente vestidos, e todos os móveis e acessórios na área.
[00236] Em vários aspectos, o sistema de visualização 108 inclui um ou mais sensores de imageamento, uma ou mais unidades de processamento de imagem, uma ou mais matrizes de armazenamento e uma ou mais dispalys que são estrategicamente dispostas em relação ao campo estéril, conforme ilustrado na Figura 2. Em um aspecto, o sistema de visualização 108 inclui uma interface para HL7, PACS e EMR. Vários componentes do sistema de visualização 108 são descritos sob o título Advanced Imaging Acquisition Module no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja
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37/310 revelação está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade. [00237] Conforme ilustrado na Figura 2, um display primário 119 é posicionado no campo estéril para ser visível para o operador na mesa de operação 114. Além disso, uma torre de visualização 111 é posicionada fora do campo estéril. A torre de visualização 111 inclui um primeiro display não estéril 107 e um segundo display não estéril 109, que são opostos um ao outro. O sistema de visualização 108, guiado pelo hub 106, é configurado para utilizar os displays 107, 109, e 119 para coordenar o fluxo de informações para os operadores dentro e fora do campo estéril. Por exemplo, o hub 106 pode fazer com que o sistema de visualização 108 exiba um instantâneo de um sítio cirúrgico, conforme registrado por um dispositivo de imageamento 124, em um display não estéril 107 ou 109, enquanto se mantém uma transmissão ao vivo do sítio cirúrgico no display principal 119. O instantâneo no display não estéril 107 ou 109 pode permitir que um operador não estéril execute uma etapa diagnóstica relevante para o procedimento cirúrgico, por exemplo.
[00238] Em um aspecto, o hub 106 é também configurado para rotear uma entrada ou retroalimentação diagnóstica por um operador não estéril na torre de visualização 111 para o display primário 119 dentro do campo estéril, onde ele pode ser visto por um operador estéril na mesa de operação. Em um exemplo, a entrada pode estar sob a forma de uma modificação do instantâneo exibido no display não estéril 107 ou 109, que pode ser roteado para o display principal 119 pelo hub (dispositivo central) 106.
[00239] Com referência à Figura 2, um instrumento cirúrgico 112 está sendo usado no procedimento cirúrgico como parte do sistema cirúrgico
102. O hub 106 é também configurado para coordenar o fluxo de informações para um display do instrumento cirúrgico 112. Por exemplo, no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro
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38/310 de 2017, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade. Uma entrada ou retroalimentação diagnóstica inserida por um operador não estéril na torre de visualização 111 pode ser roteada pelo hub 106 para o display do instrumento cirúrgico 115 no campo estéril, onde pode ser vista pelo operador do instrumento cirúrgico 112. Instrumentos cirúrgicos exemplificadores que são adequados para uso com o sistema cirúrgico 102 são descritos sob o título Surgical Instrument Hardware e no pedido de patente provisório n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade, por exemplo.
[00240] Agora com referência à Figura 3, um hub 106 é mostrado em comunicação com um sistema de visualização 108, um sistema robótico 110 e um instrumento cirúrgico inteligente de mão 112. O hub 106 inclui um display do hub 135, um módulo de imageamento 138, um módulo gerador 140, um módulo de comunicação 130, um módulo processador 132 e uma matriz de armazenamento 134. Em certos aspectos, conforme ilustrado na Figura 3, o hub 106 inclui adicionalmente um módulo de evacuação de fumaça 126 e/ou um módulo de sucção/irrigação 128.
[00241] Durante um procedimento cirúrgico, a aplicação de energia ao tecido, para vedação e/ou corte, está geralmente associada à evacuação de fumaça, sucção de excesso de fluido e/ou irrigação do tecido. O fluido, a energia, e/ou as linhas de dados de diferentes fontes são frequentemente entrelaçadas durante o procedimento cirúrgico. Um tempo valioso pode ser perdido para abordar esta questão durante um procedimento cirúrgico. Para desembaraçar as linhas pode ser necessário desconectar as linhas de seus respectivos módulos, o que pode exigir a reinicialização dos módulos. O invólucro modular do hub 136 oferece um ambiente unificado para gerenciar a energia, os dados
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39/310 e as linhas de fluido, o que reduz a frequência de entrelaçamento entre tais linhas.
[00242] Os aspectos da presente revelação apresentam um hub cirúrgico para uso em um procedimento cirúrgico que envolve a aplicação de energia ao tecido em um sítio cirúrgico. O hub cirúrgico inclui um invólucro do hub e um módulo gerador de combinação recebido de maneira deslizante em uma estação de acoplamento do invólucro do hub. A estação de acoplamento inclui dados e contatos de energia. O módulo gerador combinado inclui dois ou mais dentre um componente gerador de energia ultrassônica, um componente gerador de energia RF bipolar, e um componente gerador de energia RF monopolar que são alojados em uma única unidade. Em um aspecto, o módulo gerador combinado inclui também um componente de evacuação de fumaça, ao menos um cabo para aplicação de energia para conectar o módulo gerador combinado a um instrumento cirúrgico, ao menos um componente de evacuação de fumaça configurado para evacuar fumaça, fluido, e/ou os particulados gerados pela aplicação de energia terapêutica ao tecido, e uma linha de fluido que se estende do sítio cirúrgico remoto até o componente de evacuação de fumaça.
[00243] Em um aspecto, a linha de fluido é uma primeira linha de fluido e uma segunda linha de fluido se estende do sítio cirúrgico remoto até um módulo de sucção e irrigação recebido de maneira deslizante no invólucro do hub. Em um aspecto, o invólucro do hub compreende uma interface de fluidos.
[00244] Certos procedimentos cirúrgicos podem exigir a aplicação de mais de um tipo de energia ao tecido. Um tipo de energia pode ser mais benéfica para cortar o tecidos, enquanto um outro tipo de energia diferente pode ser mais benéfico para vedar o tecido. Por exemplo, um gerador bipolar pode ser usado para vedar o tecido enquanto um gerador ultrassônico pode ser usado para cortar o tecido vedado.
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Aspectos da presente revelação apresentam uma solução em que um invólucro modular do hub 136 é configurado para acomodar diferentes geradores e facilitar uma comunicação interativa entre os mesmos. Uma das vantagens do invólucro modular do hub 136 é permitir a rápida remoção e/ou substituição de vários módulos.
[00245] Aspectos da presente revelação apresentam um invólucro cirúrgico modular para uso em um procedimento cirúrgico que envolve aplicação de energia ao tecido. O alojamento cirúrgico modular inclui um primeiro módulo gerador de energia, configurado para gerar uma primeira energia para aplicação ao tecido, e uma primeira estação de acoplamento que compreende uma primeira porta de acoplamento que inclui primeiros contatos de dados e contatos de energia, sendo que o primeiro módulo gerador de energia é móvel de maneira deslizante em um engate elétrico com a energia e os contatos de dados e sendo que o primeiro módulo gerador de energia é móvel de maneira deslizante para fora do engate elétrico com os primeiros contatos de energia e dados.
[00246] Além do exposto acima, o invólucro cirúrgico modular também inclui um segundo módulo gerador de energia configurado para gerar uma segunda energia, diferente da primeira energia, para aplicação ao tecido, e uma segunda estação de acoplamento que compreende uma segunda porta de acoplamento que inclui segundos dados e contatos de energia sendo que o segundo módulo gerador de energia é móvel de maneira deslizante em um engate elétrico com a energia e os contatos de dados, e sendo que o segundo módulo gerador de energia é móvel de maneira deslizante para fora do engate elétrico com os segundos contatos de energia e dados.
[00247] Além disso, o alojamento cirúrgico modular também inclui um barramento de comunicação entre a primeira porta de acoplamento e a segunda porta de acoplamento, configurado para facilitar a comunicação entre o primeiro módulo gerador de energia e o segundo
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41/310 módulo gerador de energia.
[00248] Com referência às Figuras 3 a 7, aspectos da presente revelação são apresentados para um invólucro modular do hub 136 que permite a integração modular de um módulo gerador 140, um módulo de evacuação de fumaça 126, e um módulo de sucção/irrigação 128. O invólucro modular do hub 136 facilita ainda mais a comunicação interativa entre os módulos 140, 126, 128. Conforme ilustrado na Figura 5, o módulo gerador 140 pode ser um módulo gerador com componentes monopolares, bipolares e ultrassônicos integrados, suportados em uma única unidade de alojamento 139 inserível de maneira deslizante no invólucro modular do hub 136. Conforme ilustrado na Figura 5, o módulo gerador 140 pode ser configurado para se conectar a um dispositivo monopolar 146, um dispositivo bipolar 147 e um dispositivo ultrassônico 148. Alternativamente, o módulo gerador 140 pode compreender uma série de módulos geradores monopolares, bipolares e/ou ultrassônicos que interagem através do invólucro modular do hub 136. O invólucro modular do hub 136 pode ser configurado para facilitar a inserção de múltiplos geradores e a comunicação interativa entre os geradores ancorados no invólucro modular do hub 136 de modo que os geradores atuariam como um único gerador.
[00249] Em um aspecto, o invólucro modular do hub 136 compreende uma energia modular e uma placa posterior de comunicação 149 com cabeçotes de comunicação externos e sem fio para permitir a fixação removível dos módulos 140, 126, 128 e comunicação interativa entre os mesmos.
[00250] Em um aspecto, o invólucro modular do hub 136 inclui estações de acoplamento, ou gavetas, 151, aqui também chamadas de gavetas, que são configuradas para receber de maneira deslizante os módulos 140, 126, 128. A Figura 4 ilustra uma vista em perspectiva
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42/310 parcial de um invólucro cirúrgico do hub 136, e um módulo gerador combinado 145 recebidos de maneira deslizante em uma estação de acoplamento 151 do invólucro do hub cirúrgico 136. Uma porta de acoplamento 152 com poder e contatos de dados em um lado posterior do módulo gerador combinado 145 é configurado para engatar uma porta de acoplamento correspondente 150 com o poder e contatos de dados de uma estação de acoplamento correspondente 151 do invólucro modular do hub 136 conforme o módulo gerador combinado 145 é deslizado para a posição na estação de acoplamento correspondente 151 do invólucro modular do hub 136. Em um aspecto, o módulo gerador combinado 145 inclui um módulo bipolar, ultrassônico e monopolar e um módulo de evacuação de fumaça integrado em uma única unidade de alojamentoalojamento 139, conforme ilustrado na Figura 5.
[00251] Em vários aspectos, o módulo de evacuação de fumaça 126 inclui uma linha de fluidos 154 que transporta fumaça capturada/coletada e/ou fluido para longe de um sítio cirúrgico e para, por exemplo, o módulo de evacuação de fumaça 126. A sucção a vácuo que se origina do módulo de evacuação de fumaça 126 pode puxar a fumaça para dentro de uma abertura de um conduto de utilidade no sítio cirúrgico. O conduto de utilidade, acoplado à linha de fluido, pode estar sob a forma de um tubo flexível que termina no módulo de evacuação de fumaça 126. O conduto de utilidade e a linha de fluido definem uma trajetória de fluido que se estende em direção ao módulo de evacuação de fumaça 126 que é recebido no invólucro do hub 136.
[00252] Em vários aspectos, o módulo de sucção/irrigação 128 é acoplado a uma ferramenta cirúrgica compreendendo uma linha de aspiração de fluido e uma linha de sucção de fluido. Em um exemplo, as linhas de fluido de aspiração e sucção estão sob a forma de tubos
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43/310 flexíveis que se estendem do sítio cirúrgico em direção ao módulo de sucção/irrigação 128. Um ou mais sistemas de acionamento podem ser configurados para fazer com que a irrigação e aspiração de fluidos para e a partir do sítio cirúrgico.
[00253] Em um aspecto, a ferramenta cirúrgica inclui um eixo de acionamento que tem um atuador de extremidade em uma extremidade distal do mesmo e ao menos um tratamento de energia associado com o atuador de extremidade, um tubo de aspiração, e um tubo de irrigação. O tubo de aspiração pode ter uma porta de entrada em uma extremidade distal do mesmo e o tubo de aspiração se estende através do eixo de acionamento. De modo similar, um tubo de irrigação pode se estender através do eixo de acionamento e pode ter uma porta de entrada próxima ao implemento de aplicação de energia. O implemento de aplicação de energia é configurado para fornecer energia ultrassônica e/ou de RF ao sítio cirúrgico e é acoplado ao módulo gerador 140 por um cabo que se estende inicialmente através do eixo de acionamento.
[00254] O tubo de irrigação pode estar em comunicação fluida com uma fonte de fluido, e o tubo de aspiração pode estar em comunicação fluida com uma fonte de vácuo. A fonte de fluido e/ou a fonte de vácuo podem ser alojadas no módulo de sucção/irrigação 128. Em um exemplo, a fonte de fluido e/ou a fonte de vácuo podem ser alojadas no invólucro do hub 136 separadamente do módulo de sucção/irrigação 128. Em tal exemplo, uma interface de fluido pode ser configurada para conectar o módulo de sucção/irrigação 128 à fonte de fluido e/ou à fonte de vácuo.
[00255] Em um aspecto, os módulos 140, 126, 128 e/ou suas estações de acoplamento correspondentes no invólucro modular do hub 136 podem incluir recursos de alinhamento que são configurados para alinhar as portas de acoplamento dos módulos em engate com suas contrapartes nas estações de acoplamento do invólucro modular
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44/310 do hub 136. Por exemplo, conforme ilustrado na Figura 4, o módulo gerador combinado 145 inclui bráquetes laterais 155 que são configurados para engatar de maneira deslizante os bráquetes correspondentes 156 da estação de acoplamento correspondente 151 do invólucro modular do hub 136. Os bráquetes cooperam para guiar os contatos da porta de acoplamento do módulo gerador combinado 145 em um engate elétrico com os contatos da porta de acoplamento do invólucro modular do hub 136.
[00256] Em alguns aspectos, as gavetas 151 do invólucro modular do hub 136 têm o mesmo, ou substancialmente o mesmo tamanho, e os módulos são ajustados em tamanho para serem recebidos nas gavetas 151. Por exemplo, o bráquetes laterais 155 e/ou 156 podem ser maiores ou menores dependendo do tamanho do módulo. Em outros aspectos, as gavetas 151 são diferentes em tamanho e são cada uma projetada para acomodar um módulo específico.
[00257] Além disso, os contatos de um módulo específico podem ser chaveados para engate com os contatos de uma gaveta específica para evitar a inserção de um módulo em uma gaveta com desemparelhamento de contatos.
[00258] Conforme ilustrado na Figura 4, a porta de acoplamento 150 de uma gaveta 151 pode ser acoplada à porta de acoplamento 150 de uma outra gaveta 151 através de um link de comunicação 157 para facilitar uma comunicação interativa entre os módulos alojados no invólucro modular do hub 136. As portas de acoplamento 150 do invólucro modular do hub 136 podem, alternativa ou adicionalmente, facilitar uma comunicação interativa sem fio entre os módulos alojados no invólucro modular do hub 136. Qualquer comunicação sem fio adequada pode ser usada, como, por exemplo, Air Titan Bluetooth.
[00259] A Figura 6 ilustra conectores de barramento de energia individuais para uma pluralidade de portas de acoplamento laterais de um
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45/310 alojamento modular lateral 160 configurado para receber uma pluralidade de módulos de um hub cirúrgico 206. O alojamento modular lateral 160 é configurado para receber e interconectar lateralmente os módulos 161. Os módulos 161 são inseridos de maneira deslizante nas estações de acoplamento 162 do alojamento modular lateral 160, o qual inclui uma placa posterior para interconexão dos módulos 161. Conforme ilustrado na Figura 6, os módulos 161 são dispostos lateralmente no alojamento modular lateral 160. Alternativamente, os módulos 161 podem ser dispostos verticalmente em um alojamento modular lateral.
[00260] A Figura 7 ilustra um alojamento modular vertical 164 configurado para receber uma pluralidade de módulos 165 do hub cirúrgico 106. Os módulos 165 são inseridos de maneira deslizante em estações de acoplamento, ou gavetas, 167 do alojamento modular vertical 164, o qual inclui um painel traseiro para interconexão dos módulos 165. Embora as gavetas 167 do alojamento modular vertical 164 sejam dispostas verticalmente, em certos casos, um alojamento modular vertical 164 pode incluir gavetas que são dispostas lateralmente. Além disso, os módulos 165 podem interagir um com o outro através das portas de acoplamento do alojamento modular vertical 164. No exemplo da Figura 7, um display 177 é fornecido para mostrar os dados relevantes para a operação dos módulos 165. Além disso, o alojamento modular vertical 164 inclui um módulo mestre 178 que aloja uma pluralidade de submódulos que são recebidos de maneira deslizante no módulo mestre 178.
[00261] Em vários aspectos, o módulo de imageamento 138 compreende um processador de vídeo integrado e uma fonte de luz modular e é adaptado para uso com vários dispositivos de imageamento. Em um aspecto, o dispositivo de imageamento é compreendido de um alojamento modular que pode ser montado com um módulo de fonte de luz e um módulo de câmera. O alojamento pode ser um alojamento descartável. Em ao menos um exemplo, o
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46/310 alojamento descartável é acoplado de modo removível a um controlador reutilizável, um módulo de fonte de luz, e um módulo de câmera. O módulo de fonte de luz e/ou o módulo de câmera podem ser escolhidos de forma seletiva dependendo do tipo de procedimento cirúrgico. Em um aspecto, o módulo de câmera compreende um sensor CCD. Em um outro aspecto, o módulo de câmera compreende um sensor CMOS. Em um outro aspecto, o módulo de câmera é configurado para imageamento do feixe escaneado. De modo semelhante, o módulo de fonte de luz pode ser configurado para fornecer uma luz branca ou uma luz diferente, dependendo do procedimento cirúrgico.
[00262] Durante um procedimento cirúrgico, a remoção de um dispositivo cirúrgico do campo cirúrgico e a sua substituição por um outro dispositivo cirúrgico que inclui uma câmera diferente ou uma fonte luminosa diferente pode ser ineficiente. Perder de vista temporariamente do campo cirúrgico pode levar a consequências indesejáveis. O módulo de dispositivo de imageamento da presente revelação é configurado para permitir a substituição de um módulo de fonte de luz ou um módulo de câmera midstream durante um procedimento cirúrgico, sem a necessidade de remover o dispositivo de imageamento do campo cirúrgico.
[00263] Em um aspecto, o dispositivo de imageamento compreende um alojamento tubular que inclui uma pluralidade de canais. Um primeiro canal é configurado para receber de maneira deslizante o módulo da câmera, que pode ser configurado para um encaixe do tipo snap-fit (encaixe por pressão) com o primeiro canal. Um segundo canal é configurado para receber de maneira deslizante o módulo de fonte de luz , que pode ser configurado para um encaixe do tipo snap-fit (encaixe por pressão) com o segundo canal. Em outro exemplo, o módulo de câmera e/ou o módulo de fonte de luz pode ser girado para uma posição final dentro de seus respectivos canais. Um engate
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47/310 rosqueado pode ser usado em vez do encaixe por pressão.
[00264] Em vários exemplos, múltiplos dispositivos de imageamento são colocados em diferentes posições no campo cirúrgico para fornecer múltiplas vistas. O módulo de imageamento 138 pode ser configurado para comutar entre os dispositivos de imageamento para fornecer uma vista ideal. Em vários aspectos, o módulo de imageamento 138 pode ser configurado para integrar as imagens dos diferentes dispositivos de imageamento.
[00265] Vários processadores de imagens e dispositivos de imageamento adequados para uso com a presente revelação são descritos na patente US n° 7.995.045 intitulada COMBINED SBI AND CONVENTIONAL IMAGE PROCESSOR, concedida em 9 de agosto de 2011 que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade. Além disso, a patente US n° 7.982.776, intitulada SBI MOTION ARTIFACT REMOVAL APPARATUS AND METHOD, concedida em 19 de julho de 2011, que está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade, descreve vários sistemas para remover artefatos de movimento dos dados de imagem. Tais sistemas podem ser integrados com o módulo de imageamento 138. Além desses, a publicação do pedido de patente US n° 2011/0306840, intitulada CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTURE INTRACORPOREAL APPARATUS, publicada em 15 de dezembro de 2011, e a publicação do pedido de patente US n° 2014/0243597, intitulada SYSTEM FOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURE, publicada em 28 de agosto de 2014, que estão, cada um das quais, aqui incorporadas a título de referência em sua totalidade.
[00266] A Figura 8 ilustra uma rede de dados cirúrgicos 201 que compreende um hub de comunicação modular 203 configurado para conectar dispositivos modulares localizados em uma ou mais salas cirúrgicas de uma instalação de serviços de saúde, ou qualquer ambiente
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48/310 em uma instalação de serviços públicos especialmente equipada para operações cirúrgicas, a um sistema baseado em nuvem (por exemplo, a nuvem 204 que pode incluir um servidor remoto 213 acoplado a um dispositivo de armazenamento 205). Em um aspecto, o hub de comunicação modular 203 compreende um hub de rede 207 e/ou uma chave de rede 209 em comunicação com um roteador de rede. O hub de comunicação modular 203 também pode ser acoplado a um sistema de computador local 210 para fornecer processamento de computador local e manipulação de dados. A rede de dados cirúrgicos 201 pode ser configurada como uma rede passiva, inteligente, ou de comutação. Uma rede de dados cirúrgicos passiva serve como um conduto para os dados, permitindo que os dados sejam transmitidos de um dispositivo (ou segmento) para um outro e para os recursos de computação em nuvem. Uma rede de dados cirúrgico inteligente inclui recursos para permitir que o tráfego passe através da rede de dados cirúrgicos a serem monitorados e para configurar cada porta no hub de rede 207 ou chave de rede 209. Uma rede de dados cirúrgicos inteligente pode ser chamada de um hub ou chave controlável. Um hub de chaveamento lê o endereço de destino de cada pacote e então encaminha o pacote para a porta correta.
[00267] Os dispositivos modulares 1a a 1n localizados na sala de operação podem ser acoplados ao hub de comunicação modular 203. O hub de rede 207 e/ou a chave de rede 209 podem ser acoplados a um roteador de rede 211 para conectar os dispositivos 1a a 1n à nuvem 204 ou ao sistema de computador local 210. Os dados associados aos dispositivos 1a a 1n podem ser transferidos para computadores baseados em nuvem através do roteador para processamento e manipulação remota dos dados. Os dados associados aos dispositivos 1a a 1n podem também ser transferidos para o sistema de computador local 210 para processamento e manipulação dos dados locais. Os dispositivos modulares 2a a 2m situados na mesma sala de operação
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49/310 também podem ser acoplados a uma chave de rede 209. A chave de rede 209 pode ser acoplada ao hub de rede 207 e/ou ao roteador de rede 211 para conectar os dispositivos 2a a 2m à nuvem 204. Os dados associados aos dispositivos 2a a 2n podem ser transferidos para a nuvem 204 através do roteador de rede 211 para o processamento e manipulação dos dados. Os dados associados aos dispositivos 2a a 2m podem também ser transferidos para o sistema de computador local 210 para processamento e manipulação dos dados locais.
[00268] Será entendido que a rede de dados cirúrgicos 201 pode ser expandida pela interconexão dos múltiplos hubs de rede 207 e/ou das múltiplas chaves de rede 209 com múltiplos roteadores de rede 211. O hub de comunicação modular 203 pode estar contido em uma torre de controle modular configurada para receber múltiplos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m. O sistema de computador local 210 também pode estar contido em uma torre de controle modular. O hub de comunicação modular 203 é conectado a um display 212 para exibir as imagens obtidas por alguns dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m, por exemplo, durante os procedimentos cirúrgicos. Em vários aspectos, os dispositivos 1a a 1n/2a a 2m podem incluir, por exemplo, vários módulos como um módulo de imageamento 138 acoplado a um endoscópio, um módulo gerador 140 acoplado a um dispositivo cirúrgico com base em energia, um módulo de evacuação de fumaça 126, um módulo de sucção/irrigação 128, um módulo de comunicação 130, um módulo de processador 132, uma matriz de armazenamento 134, um dispositivo cirúrgico acoplado a um display, e/ou um módulo de sensor sem contato, entre outros dispositivos modulares que podem ser conectados ao hub de comunicação modular 203 da rede de dados cirúrgicos 201.
[00269] Em um aspecto, a rede de dados cirúrgicos 201 pode compreender uma combinação de hubs de rede, chaves de rede, e roteadores de rede que conectam os dispositivos 1a a 1n/2a a 2m à
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50/310 nuvem. Qualquer um dos ou todos os dispositivos 1a a 1n/2a a 2m acoplados ao hub de rede ou chave de rede podem coletar dados em tempo real e transferir os dados para computadores em nuvem para processamento e manipulação de dados. Será entendido que a computação em nuvem depende do compartilhamento dos recursos de computação em vez de ter servidores locais ou dispositivos pessoais para lidar com aplicações de software. A palavra nuvem pode ser usada como uma metáfora para a Internet, embora o termo não seja limitado como tal. Consequentemente, o termo computação na nuvem pode ser usado aqui para se referir a um tipo de computação baseada na Internet, em que diferentes serviços — como servidores, armazenamento, e aplicativos — são aplicados ao hub de comunicação modular 203 e/ou ao sistema de computador 210 localizados na sala cirúrgica (por exemplo, um sala ou espaço fixo, móvel, temporário, ou campo de operação) e aos dispositivos conectados ao hub de comunicação modular 203 e/ou ao sistema de computador 210 através da Internet. A infraestrutura de nuvem pode ser mantida por um fornecedor de serviços em nuvem. Neste contexto, o fornecedor de serviços em nuvem pode ser a entidade que coordena o uso e controle dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m localizados em uma ou mais salas de operação. Os serviços de computação em nuvem podem realizar um grande número de cálculos com base nos dados coletados por instrumentos cirúrgicos inteligentes, robôs, e outros dispositivos computadorizados localizados na sala de operação. O hardware do hub permite que múltiplos dispositivos ou conexões sejam conectados a um computador que se comunica com os recursos de computação e armazenamento em nuvem.
[00270] A aplicação de técnicas de processamento de dados de computador em nuvem nos dados coletados pelos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m, a rede de dados cirúrgicos fornece melhor resultados
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51/310 cirúrgicos, custos reduzidos, e melhor satisfação do paciente. Ao menos alguns dos dispositivos 1a a 1 n/2a a 2m podem ser usados para visualizar os estados do tecido para avaliar a ocorrência de vazamentos ou perfusão de tecido vedado após um procedimento de vedação e corte do tecido. Ao menos alguns dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m podem ser usados para identificar a patologia, como os efeitos de doenças, com o uso da computação baseada em nuvem para examinar dados incluindo imagens de amostras de tecido corporal para fins de diagnóstico. Isso inclui confirmação da localização e margem do tecido e fenótipos. Ao menos alguns dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m pode ser usado para identificar estruturas anatômicas do corpo com o uso de uma variedade de sensores integrados com dispositivos de imageamento e técnicas como a sobreposição de imagens capturadas por múltiplos dispositivos de imageamento. Os dados colhidos pelos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m, incluindo os dados de imagem, podem ser transferidos para a nuvem 204 ou o sistema de computador local 210 ou ambos para processamento e manipulação de dados incluindo processamento e manipulação de imagem. Os dados podem ser analisados para melhorar os resultados do procedimento cirúrgico por determinação de se tratamento adicional, como aplicação de intervenção endoscópica, tecnologias emergentes, uma radiação direcionada, intervenção direcionada, robóticas precisas a sítios e condições específicas de tecido, podem ser seguidas. Essa análise de dados pode usar adicionalmente processamento analítico dos resultados, e com o uso de abordagens padronizadas podem fornecer retroalimentação padronizado benéfico tanto para confirmar tratamentos cirúrgicos e o comportamento do cirurgião ou sugerir modificações aos tratamentos cirúrgicos e o comportamento do cirurgião.
[00271] Em uma implementação, os dispositivos da sala de operação
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1a a 1n podem ser conectados ao hub de comunicação modular 203 através de um canal com fio ou um canal sem fio dependendo da configuração dos dispositivos 1a a 1n em um hub de rede. O hub de rede 207 pode ser implementado, em um aspecto, como um dispositivo de transmissão de rede local que atua sobre a camada física do modelo OSI (open system interconnection, interconexão de sistemas abertos). O hub de rede fornece conectividade aos dispositivos 1a a 1n localizados na mesma rede da sala de operação. O hub de rede 207 coleta dados sob a forma de pacotes e os envia para o roteador em modo half - duplex . O hub de rede 207 não armazena qualquer controle de acesso de mídia/protocolo da Internet (MAC/IP) para transferir os dados do dispositivo. Apenas um dos dispositivos 1a a 1n por vez pode enviar dados através do hub de rede 207. O hub de rede 207 não tem tabelas de roteamento ou inteligência acerca de onde enviar informações e transmite todos os dados da rede através de cada conexão e a um servidor remoto 213 (Figura 9) na nuvem 204. O hub de rede 207 pode detectar erros básicos de rede, como colisões, mas ter todas as informações transmitidas para múltiplas portas de entrada pode ser um risco de segurança e provocar estrangulamentos.
[00272] Em uma outra implementação, os dispositivos de sala de operação 2a a 2m podem ser conectados a uma chave de rede 209 através de um canal com ou sem fio. A chave de rede 209 funciona na camada de conexão de dados do modelo OSI. A chave de rede 209 é um dispositivo multicast para conectar os dispositivos 2a a 2m localizados no mesmo centro de operação à rede. A chave de rede 209 envia dados sob a forma de quadros para o roteador de rede 211 e funciona em modo duplex completo. Múltiplos dispositivos 2a a 2m podem enviar dados ao mesmo tempo através da chave de rede 209. A chave de rede 209 armazena e usa endereços MAC dos dispositivos 2a a 2m para transferir dados.
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[00273] O hub de rede 207 e/ou a chave de rede 209 são acoplados ao roteador de rede 211 para uma conexão com a nuvem 204. O roteador de rede 211 funciona na camada de rede do modelo OSI. O roteador de rede 211 cria uma rota para transmitir pacotes de dados recebidos do hub de rede 207 e/ou da chave de rede 211 para um computador com recursos em nuvem para futuro processamento e manipulação dos dados coletados por qualquer um dentre ou todos os dispositivos 1a a 1n/ 2a a 2m. O roteador de rede 211 pode ser usado para conectar duas ou mais redes diferentes situadas em locais diferentes, como, por exemplo, diferentes salas de operação da mesma instalação de serviços de saúde ou diferentes redes localizadas em diferentes salas de operação das diferentes instalações de serviços de saúde. O roteador de rede 211 envia dados sob a forma de pacotes para a nuvem 204 e funciona em modo duplex completo. Múltiplos dispositivos podem enviar dados ao mesmo tempo. O roteador de rede 211 usa endereços IP para transferir dados.
[00274] Em um exemplo, o hub de rede 207 pode ser implementado como um hub USB, o que permite que múltiplos dispositivos USB sejam conectados a um computador hospedeiro. O hub USB pode expandir uma única porta USB em vários níveis de modo que há mais portas disponíveis para conectar os dispositivos ao computador hospedeiro do sistema. O hub de rede 207 pode incluir recursos com fio ou sem fio para receber informações sobre um canal com fio ou um canal sem fio. Em um aspecto, um protocolo sem fio de comunicação de rádio sem fio, de banda larga e de curto alcance USB sem fio pode ser usado para comunicação entre os dispositivos 1a a 1n e os dispositivos 2a a 2m situados na sala de operação.
[00275] Em outros exemplos, os dispositivos da sala de operação 1a a 1n/2a a 2m pode se comunicar com ao hub de comunicação modular 203 através de tecnologia Bluetooth sem fio padrão para troca de dados
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54/310 ao longo de curtas distâncias (com o uso de ondas de rádio UHF de comprimento de onda curta na banda ISM de 2,4 a 2,485 GHz) de dispositivos fixos e móveis e construir redes de área pessoal (PANs, personal area networks). Em outros aspectos, os dispositivos da sala de operação 1a a 1n/2a a 2m podem se comunicar com o hub de comunicação modular 203 através de um número de padrões ou protocolos de comunicação sem fio e com fio, incluindo, mas não se limitando a, Wi-Fi (família IEEE 802.11), WiMAX (família IEEE 802.16), IEEE 802.20, evolução de longo prazo (LTE, long-term evolution), e Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, e derivados de Ethernet dos mesmos, bem como quaisquer outros protocolos sem fio e com fio que são designados como 3G, 4G, 5G, e além. O módulo de computação pode incluir uma pluralidade de módulos de comunicação. Por exemplo, um primeiro módulo de comunicação pode ser dedicado a comunicações sem fio de curto alcance como Wi-Fi e Bluetooth, e um segundo módulo de comunicação pode ser dedicado a comunicações sem fio de alcance mais longo como GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, e outros.
[00276] O hub de comunicação modular 203 pode servir como uma conexão central para um ou todos os dispositivos de sala de operação 1a a 1n/2a a 2m e lida com um tipo de dados conhecido como quadros. Os quadros transportam os dados gerados pelos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m. Quando um quadro é recebido pelo hub de comunicação modular 203, ele é amplificado e transmitido para o roteador de rede 211, que transfere os dados para os recursos de computação em nuvem com o uso de uma série de padrões ou protocolos de comunicação sem fio ou com fio, conforme descrito na presente invenção.
[00277] O hub de comunicação modular 203 pode ser usado como um dispositivo independente ou ser conectado a hubs de rede
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55/310 compatíveis e chaves de rede para formar uma rede maior. O hub de comunicação modular 203 é, em geral, fácil de instalar, configurar e manter, fazendo dele uma boa opção para a rede dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m da sala de operação.
[00278] A Figura 9 ilustra um sistema cirúrgico interativo, implementado por computador 200. O sistema cirúrgico interativo implementado por computador 200 é similar em muitos aspectos ao sistema cirúrgico interativo, implementado por computador 100. Por exemplo, o sistema cirúrgico, interativo, implementado por computador 200 inclui um ou mais sistemas cirúrgicos 202, que são similares em muitos aspectos aos sistemas cirúrgicos 102. Cada sistema cirúrgico 202 inclui ao menos um hub cirúrgico 206 em comunicação com uma nuvem 204 que pode incluir um servidor remoto 213. Em um aspecto, o sistema cirúrgico interativo implementado por computador 200 compreende uma torre de controle modular 236 conectada a múltiplos dispositivos de sala de operação como, por exemplo, instrumentos cirúrgicos inteligentes, robôs e outros dispositivos computadorizados localizados na sala de operações. Conforme mostrado na Figura 10, a torre de controle modular 236 compreende um hub de comunicação modular 203 acoplado a um sistema de computador 210. Conforme ilustrado no exemplo da Figura 9, a torre de controle modular 236 é acoplada a um módulo de imageamento 238 que é acoplado a um endoscópio 239, um módulo gerador 240 que é acoplado a um dispositivo de energia 241, um módulo de evacuação de fumaça 226, um módulo de sucção/irrigação 228, um módulo de comunicação 230, um módulo de processador 232, uma matriz de armazenamento 234, um dispositivo/instrumento inteligente 235 opcionalmente acoplado a um display 237, e um módulo de sensor sem contato 242. Os dispositivos da sala de operação estão acoplados aos recursos de computação em nuvem e ao armazenamento de dados através da torre
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56/310 de controle modular 236. O hub robô 222 também pode ser conectado à torre de controle modular 236 e aos recursos de computação em nuvem. Os dispositivos/Instrumentos 235, sistemas de visualização 208, entre outros, podem ser acoplados à torre de controle modular 236 por meio de padrões ou protocoles de comunicação com fio ou sem fio, conforme descrito na presente invenção. A torre de controle modular 236 pode ser acoplada a um display do hub 215 (por exemplo, monitor, tela) para exibir e sobrepor imagens recebidas do módulo de imageamento, display do dispositivo/instrumento e/ou outros sistemas de visualização 208. O display do hub também pode exibir os dados recebidos dos dispositivos conectados à torre de controle modular em conjunto com imagens e imagens sobrepostas.
[00279] A Figura 10 ilustra um hub cirúrgico 206 que compreende uma pluralidade de módulos acoplados à torre de controle modular 236. A torre de controle modular 236 compreende um hub de comunicação modular 203, por exemplo, um dispositivo de conectividade de rede, e um sistema de computador 210 para fornecer processamento, visualização, e do imageamento locais, por exemplo. Conforme mostrado na Figura 10, o hub de comunicação modular 203 pode ser conectado em uma configuração em camadas para expandir o número de módulos (por exemplo, dispositivos) que podem ser conectados ao hub de comunicação modular 203 e transferir dados associados com os módulos ao sistema de computador 210, recursos de computação em nuvem, ou ambos. Conforme mostrado na Figura 10, cada um dos hubs/chaves de rede no hub de comunicação modular 203 inclui três portas a jusante e uma porta a montante. O hub/chave de rede a montante é conectado a um processador para fornecer uma conexão de comunicação com a recursos de computação em nuvem e um display local 217. A comunicação com a nuvem 204 pode ser feita através de um canal de comunicação com fio ou sem fio.
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[00280] O hub cirúrgico 206 emprega um módulo de sensor sem contato 242 para medir as dimensões da sala de operação e gerar um mapa da sala cirúrgica com o uso de dispositivos de medição sem contato do tipo laser ou ultrassônico. Um módulo de sensor sem contato baseado em ultrassom escaneia a sala de operação mediante a transmissão de uma explosão de ultrassom e recebimento do eco quando esta salta fora do perímetro das paredes de uma sala de operação, conforme descrito sob o título Surgical Hub Spatial Awareness Within an Operating Room no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade, no qual o módulo de sensor é configurado para determinar o tamanho da sala de operação e ajustar os limites da distância de emparelhamento com Bluetooth. Um módulo de sensor sem contato baseado em laser escaneia a sala de operação transmitindo pulsos de luz laser, recebendo pulsos de luz laser que saltam das paredes do perímetro da sala de operação, e comparando a fase do pulso transmitido ao pulso recebido para determinar o tamanho da sala de operação e para ajustar os limites de distância de emparelhamento com Bluetooth, por exemplo.
[00281] O sistema de computador 210 compreende um processador 244 e uma interface de rede 245. O processador 244 é acoplado a um módulo de comunicação 247, armazenamento 248, memória 249, memória não volátil 250, e interface de entrada/ saída 251 através de um barramento de sistema. O barramento do sistema pode ser qualquer um dos vários tipos de estruturas de barramento, incluindo o barramento de memória ou controlador de memória, um barramento periférico ou barramento externo, e/ou barramento local que usa qualquer variedade de arquiteturas de barramento disponíveis incluindo, mas não se limitando a, barramento de 9 bits, arquitetura de padrão industrial (ISA), Micro-Charmel Architecture (MSA), ISA extendida (EISA), Eletrônica de drives inteligentes
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58/310 (IDE), barramento local VESA (VLB), Interconexão de componentes periféricos (PCI), USB, porta gráfica acelerada (AGP), barramento de PCMCIA (Associação internacional de cartões de memória para computadores pessoais, Personal Computer Memory Card International Association), Interface de sistemas para pequenos computadores (SCSI), ou qualquer outro barramento proprietário.
[00282] O processador 244 pode ser qualquer processador de núcleo único ou de múltiplos núcleos, como aqueles conhecidos sob o nome comercial de ARM Cortex disponível junto à Texas Instruments. Em um aspecto, o processador pode ser um processador Core Cortex-M4F LM4F230H5QR ARM, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo, que compreende uma memória integrada de memória flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de busca antecipada para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma memória de acesso aleatório seriada de ciclo único de 32 KB (SRAM), uma memória só de leitura interna (ROM) carregada com o programa StellarisWare®, memória só de leitura programável e apagável eletricamente (EEPROM) de 2 KB, um ou mais módulos de modulação por largura de pulso (PWM), uma ou mais análogos de entradas de codificador de quadratura (QEI), um ou mais conversores analógico para digital (ADC) de 12 bits com 12 canais de entrada analógica, detalhes dos quais estão disponíveis para a folha de dados do produto.
[00283] Em um aspecto, o processador 244 pode compreender um controlador de segurança que compreende duas famílias com base em controlador, como TMS570 e RM4x, conhecidas sob o nome comercial de Hercules ARM Cortex R4, também pela Texas Instruments. O controlador de segurança pode ser configurado especificamente para as aplicações críticas de segurança IEC 61508 e ISO 26262, dentre outras, para fornecer recursos avançados de segurança integrada enquanto fornece desempenho, conectividade e opções de memória escalonáveis.
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[00284] A memória de sistema inclui memória volátil e memória não volátil. O sistema básico de entrada/saída (BIOS), contendo as rotinas básicas para transferir informações entre elementos dentro do sistema de computador, como durante a partida, é armazenado em memória não volátil. Por exemplo, a memória não volátil pode incluir ROM, ROM programável (PROM), ROM eletricamente programável (EPROM), EEPROM ou memória flash. A memória volátil inclui memória de acesso aleatório (RAM), que atua como memória cache externo. Além disso, a RAM está disponível em muitas formas como SRAM, RAM dinâmica (DRAM), DRAM síncrona (SDRAM), SDRAM taxa de dados dobrada (DDR SDRAM), SDRAM aperfeiçoada (ESDRAM), Synchlink DRAM (SLDRAM), e RAM direta Rambus RAM (DRRAM).
[00285] O sistema de computador 210 inclui também mídia de armazenamento de computador removível/não removível, volátil/não volátil, como, por exemplo, armazenamento de disco. O armazenamento de disco inclui, mas não se limita a, dispositivos como uma unidade de disco magnético, unidade de disco flexível, acionador de fita, acionador Jaz, acionador Zip, acionador LS-60, cartão de memória flash ou memória stick (pen-drive). Além disso, o disco de armazenamento pode incluir mídias de armazenamento separadamente ou em combinação com outras mídias de armazenamento incluindo, mas não se limitam a, uma unidade de disco óptico como um dispositivo ROM de disco compacto (CD-ROM) unidade de disco compacto gravável (CD-R Drive), unidade de disco compacto regravável (CD-RW drive), ou uma unidade ROM de disco digital versátil (DVD-ROM). Para facilitar a conexão dos dispositivos de armazenamento de disco com o barramento de sistema, uma interface removível ou não removível pode ser usada.
[00286] É para ser entendido que o sistema de computador 210 inclui um software que age como intermediário entre os usuários e os
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60/310 recursos básicos do computador descritos em um ambiente operacional adequado. Tal software inclui um sistema operacional. O sistema operacional, que pode ser armazenado no armazenamento de disco, atua para controlar e alocar recursos do sistema de computador. As aplicações de sistemas se beneficiam dos recursos de gerenciamento pelo sistema operacional através de módulos de programa e 'dados de programa armazenadas na memória do sistema ou no disco de armazenamento. É para ser entendido que vários componentes descritos na presente invenção podem ser implementados com vários sistemas operacionais ou combinações de sistemas operacionais.
[00287] Um usuário insere comandos ou informações no sistema de computador 210 através do(s) dispositivo(s) de entrada acoplado(s) à interface I/O 251. Os dispositivos de entrada incluem, mas não se limitam a, um dispositivo apontador como um mouse, trackball, stylus, touchpad, teclado, microfone, joystick, bloco de jogo, placa de satélite, scanner, cartão sintonizador de TV, câmera digital, câmera de vídeo digital, câmera de web, e similares. Esses e outros dispositivos de entrada se conectam ao processador através do barramento de sistema através da(s) porta(s) de interface. As portas de interface incluem, por exemplo, uma porta em série, uma porta paralela, uma porta de jogo e um USB. Os dispositivos de saída usam alguns dos mesmos tipos de portas que os dispositivos de entrada. Dessa forma, por exemplo, uma porta USB pode ser usada para fornecer entrada ao sistema de computador e para fornecer informações do sistema de computador para um dispositivo de saída. Um adaptador de saída é fornecido para ilustrar que existem alguns dispositivos de saída como monitores, displays, alto-falantes, e impressoras, entre outros dispositivos de saída, que precisam de adaptadores especiais. Os adaptadores de saída incluem, a título de Ilustração e não de limitação,
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61/310 cartões de vídeo e som que fornecem um meio de conexão entre o dispositivo de saída e o barramento de sistema. Deve ser observado que outros dispositivos e/ou sistemas de dispositivos, como computadores remotos, fornecem capacidades de entrada e de saída. [00288] O sistema de computador 210 pode operar em um ambiente em rede com o uso de conexões lógicas com um ou mais computadores remotos, como os computadores em nuvem, ou os computadores locais. Os computadores remotos em nuvem podem ser um computador pessoal, servidor, roteador, computador pessoal de rede, estação de trabalho, aparelho baseado em microprocessador, dispositivo de pares, ou outro nó de rede comum, e similares, e tipicamente incluem muitos ou todos os elementos descritos em relação ao sistema de computador. Para fins de brevidade, apenas um dispositivo de armazenamento de memória é ilustrado com o computador remoto. Os computadores remotos são logicamente conectados ao sistema de computador através de uma interface de rede e então fisicamente conectados através de uma conexão de comunicação. A interface de rede abrange redes de comunicação como redes de áreas locais (LANs) e redes de áreas amplas (WANs). As tecnologias LAN incluem interface de dados distribuída por fibra (FDDI), interface de dados distribuídos por cobre (CDDI), Ethernet/IEEE 802,3, anel de Token/IEEE 802,5 e similares. As tecnologias WAN incluem, mas não se limitam a, links de ponto a ponto, redes de comutação de circuito como redes digitais de serviços integrados (ISDN) e variações nos mesmos, redes de comutação de pacotes e linhas digitas de assinante (DSL).
[00289] Em vários aspectos, o sistema de computador 210 da Figura 10, o módulo de imageamento 238 e/ou sistema de visualização 208, e/ou o módulo de processador 232 das Figuras 9 a 10, pode compreender um processador de imagem, motor de processamento de imagem, processador de mídia, ou qualquer especializada processador
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62/310 de sinal digital (DSP) usado para o processamento de imagens digitais. O processador de imagem pode empregar computação paralela com tecnologias de instrução única de múltiplos dados (SIMD) ou de múltiplas instruções de múltiplos dados (MIMD) para aumentar a velocidade e a eficiência. O motor de processamento de imagem digital pode executar uma série de tarefas. O processador de imagem pode ser um sistema em um circuito integrado com arquitetura de processador de múltiplos núcleos.
[00290] As conexões de comunicação referem-se ao hardware/software usado para conectar a interface de rede ao barramento. Embora a conexão de comunicação seja mostrada para clareza ilustrativa dentro do sistema de computador, ela também pode ser externa ao sistema de computador 210. O hardware/software necessário para a ligação à interface de rede inclui, apenas para fins ilustrativos, tecnologias internas e externas como modems, incluindo modems de série de telefone regulares, modems de cabo e modems DSL, adaptadores de ISDN e cartões Ethernet.
[00291] A Figura 11 ilustra um diagrama de blocos funcionais de um aspecto de um dispositivo de hub de rede USB 300, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. No aspecto ilustrado, o dispositivo de hub de rede USB 300 usa um hub de circuito integrado TUSB2036 disponível junto à Texas Instrumentos. O hub de rede USB 300 é um dispositivo CMOS que fornece uma porta de transceptor USB a montante 302 e até três portas de transceptor USB a jusante 304, 306, 308 em conformidade com a especificação USB 2,0. A porta de transceptor USB a montante 302 é uma porta-raiz de dados diferenciais que compreende uma entrada de dados diferenciais menos (DM0) emparelhada com uma entrada de dados diferenciais mais (DP0). As três portas do transceptor USB a jusante 304, 306, 308 são portas de dados diferenciais, sendo que cada porta inclui saídas de dados
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63/310 diferenciais mais (DP1-DP3) emparelhadas com saídas de dados diferenciais menos (DM1-DM3).
[00292] O dispositivo de hub de rede USB 300 é implementado com uma máquina de estado digital em vez de um microcontrolador, e nenhuma programação de firmware é necessária. Os transceptores USB totalmente compatíveis são integrados no circuito para a porta do transceptor USB a montante 302 e todas as portas de transceptor USB a jusante 304, 306, 308. As portas de transceptor USB a jusante 304, 306, 308 suportam tanto os dispositivos de velocidade total como de baixa velocidade configurando automaticamente a taxa de varredura de acordo com a velocidade do dispositivo fixado às portas. O dispositivo de hub de rede USB 300 pode ser configurado em modo alimentado por barramento ou autoalimentado e inclui uma lógica de energia central 312 para gerenciar a energia.
[00293] O dispositivo de hub de rede USB 300 inclui um motor de interface em série 310 (SIE). O SIE 310 é a extremidade frontal do hardware do hub de rede USB 300 e lida com a maior parte do protocolo descrito no capítulo 8 da especificação USB. O SIE 310 tipicamente compreende a sinalização até o nível da transação. As funções que ele maneja poderiam incluir: reconhecimento de pacote, sequenciamento de transação, SOP, EOP, RESET, e RESUME a detecção/geração de sinais, separação de relógio/dados, codificação/descodificação de dados não retorno a zero invertido (NRZI), geração e verificação de CRC (token e dados), geração e verificação/descodificação de pacote ID (PID), e/ou conversão série-paralelo/paralelo-série. O 310 recebe uma entrada de relógio 314 e é acoplado a uma lógica de suspender/retomar e um circuito temporizador de quadro 316 e um circuito de repetição hub 318 para controlar a comunicação entre a porta do transceptor USB a montante 302 e as portas do transceptor USB a jusante 304, 306, 308 através dos circuitos lógicos das portas 320, 322, 324. O SIE 310 é acoplado a um
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64/310 decodificador de comando 326 através da interface lógica para controlar os comandos de uma EEPROM em série através de uma interface de EEPROM em série 330.
[00294] Em vários aspectos, o hub de rede USB 300 pode conectar 127 as funções configuradas em até seis camadas (níveis) lógicas a um único computador. Além disso, o hub de rede USB 300 pode conectar todos os periféricos com o uso de um cabo de quatro fios padronizado que fornece tanto comunicação como distribuição de energia. As configurações de energia são modos alimentados por barramento e autoalimentados. O hub de rede USB 300 pode ser configurado para suportar quatro modos de gerenciamento de energia: um hub alimentado por barramento, com gerenciamento de energia de porta individual ou gerenciamento de energia de portas agrupadas, e o hub autoalimentado, com gerenciamento de energia de porta individual ou gerenciamento de energia de portas agrupadas. Em um aspecto, com o uso de um cabo USB, o hub de rede de USB 300, a porta de transceptor USB a montante 302 é plugada em um controlador de hospedeiro USB, e as portas de transceptor USB a jusante 304, 306, 308 são expostas para conectar dispositivos compatíveis de USB, e assim por diante.
[00295] Hardware do instrumento cirúrgico
[00296] A Figura 12 ilustra um diagrama lógico de um módulo de um sistema de controle 470 de um instrumento ou ferramenta cirúrgica, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação. O sistema 470 compreende um circuito de controle. O circuito de controle inclui um microcontrolador 461 que compreende um processador 462 e uma memória 468. Um ou mais dos sensores 472, 474, 476, por exemplo, fornecem retroalimentação em tempo real para o processador 462. Um motor 482, acionado por um acionador do motor 492, acopla operacionalmente um membro de deslocamento longitudinalmente móvel para acionar um braço de aperto do membro de fechamento. Um sistema
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65/310 de rastreamento 480 é configurado para determinar a posição do membro de deslocamento longitudinalmente móvel. As informações de posição são fornecidas para o processador 462, que pode ser programado ou configurado para determinar a posição do membro de acionamento longitudinalmente móvel bem como a posição do membro de fechamento. Motores adicionais podem ser fornecidos na interface do acionador de ferramenta para controlar a trajetória de fechamento do tubo, a rotação do eixo de acionamento, a articulação, ou o fechamento do braço de aperto, ou uma combinação dos mesmos. Um display 473 exibe uma variedade de condições de operação dos instrumentos e pode incluir funcionalidade de display sensível ao toque para entrada de dados. As informações exibidas no display 473 podem ser sobrepostas com imagens capturadas através de módulos de imageamento endoscópicos.
[00297] Em um aspecto, o microcontrolador 461 pode ser qualquer processador de núcleo único ou de múltiplos núcleos, como aqueles conhecidos sob o nome comercial de ARM Cortex disponível junto à Texas Instruments. Em um aspecto, o microcontrolador principal 461 pode ser um processador LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo, que compreende uma memória integrada de memória flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de busca antecipada para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma memória de acesso aleatório em série de ciclo único de 32 KB (SRAM), uma memória só de leitura interna (ROM) carregada com o programa StellarisWare®, memória programável e apagável eletricamente só de leitura (EEPROM) de 2 KB, um ou mais módulos de modulação por largura de pulso (PWM), uma ou mais análogos de entradas de codificador de quadratura (QEI), e/ou um ou mais conversores analógico para digital (ADC) de 12 bits com 12 canais de entrada analógica, detalhes dos quais estão disponíveis para a folha de dados do produto.
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[00298] Em um aspecto, o microcontrolador 461 pode compreender um controlador de segurança que compreende duas famílias à base de controladores, como TMS570 e RM4x conhecidas sob o nome comercial de Hercules ARM Cortex R4, também disponíveis pela Texas Instruments. O controlador de segurança pode ser configurado especificamente para as aplicações críticas de segurança IEC 61508 e ISO 26262, dentre outras, para fornecer recursos avançados de segurança integrada enquanto fornece desempenho, conectividade e opções de memória escalonáveis.
[00299] O microcontrolador 461 pode ser programado para realizar várias funções tais como o controle preciso da velocidade e posição do bisturi, dos sistemas de articulação, do braço de aperto, ou uma combinação dos mesmos. Em um aspecto, o microcontrolador 461 inclui um processador 462 e uma memória 468. O motor elétrico 482 pode ser um motor de corrente contínua (CC) escovado com uma caixa de câmbio e conexões mecânicas com um sistema de articulação ou bisturi. Em um aspecto, um acionador de motor 492 pode ser um A3941 disponível junto à Allegro Microsystems, Inc. Outros acionadores de motor podem ser prontamente substituídos para uso no sistema de rastreamento 480 que compreende um sistema de posicionamento absoluto. Uma descrição detalhada de um sistema de posicionamento absoluto é feita na publicação de pedido de patente US n° 2017/0296213, intitulada SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT, publicada em 19 de outubro de 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade.
[00300] O microcontrolador 461 pode ser programado para fornecer controle preciso da velocidade e da posição dos membros de deslocamento e sistemas de articulação. O microcontrolador 461 pode ser configurado para computar uma resposta no software do microcontrolador 461. A resposta computada é comparada a uma
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67/310 resposta medida do sistema real para se obter uma resposta observada, que é usada para as decisões reais baseadas na retroalimentação. A resposta observada é um valor favorável e ajustado, que equilibra a natureza uniforme e contínua da resposta simulada com a resposta medida, o que pode detectar influências externas no sistema.
[00301] Em um aspecto, o motor 482 pode ser controlado pelo acionador de motor 492 e pode ser usado pelo sistema de disparo do instrumento ou ferramenta cirúrgica. Em várias formas, o motor 482 pode ser um motor de acionamento de corrente contínua (CC) escovado, com uma velocidade de rotação máxima de aproximadamente 25.000 RPM, por exemplo. Em outras disposições, o motor 482 pode incluir um motor sem escovas, um motor sem fio, um motor síncrono, um motor de passo ou qualquer outro tipo de motor elétrico adequado. O acionador de motor 492 pode compreender um acionador de ponte H que compreende transístores de efeito de campo (FETs), por exemplo. O motor 482 pode ser alimentado por um conjunto de energia montado de modo liberável no conjunto de empunhadura ou alojamento da ferramenta para fornecer poder de controle para o instrumento ou ferramenta cirúrgica. O conjunto de energia pode compreender uma bateria que pode incluir várias células de bateria conectadas em série, as quais podem ser usadas como a fonte de energia para energizar o instrumento ou ferramenta cirúrgica. Em determinadas circunstâncias, as células de bateria do conjunto de energia pode ser células de bateria substituíveis e/ou recarregáveis. Em ao menos um exemplo, as células de bateria podem ser baterias de íons de lítio que podem ser acopláveis e separáveis do conjunto de energia.
[00302] O acionador de motor 492 pode ser um A3941, disponível junto à Allegro Microsystems, Inc. O acionador 492 A3941 é um controlador de ponte inteira para uso com transístores de efeito de campo de óxido de metal semicondutor (MOSFET) de energia externa, de canal N,
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68/310 especificamente projetados para cargas indutivas, como motores de corrente contínua escovados. O acionador 492 compreende um regulador de bomba de carga único que fornece acionamento de porta completo (>10 V) para baterias com tensão até 7 V e permite que o A3941 opere com um acionamento de porta reduzido, até 5,5 V. Um capacitor de comando de entrada pode ser empregado para fornecer a tensão ultrapassante à fornecida pela bateria necessária para os MOSFETs de canal N. Uma bomba de carga interna para o acionamento do lado de cima permite a operação em corrente contínua (100% ciclo de trabalho). A ponte inteira pode ser acionada nos modos de queda rápida ou lenta usando diodos ou retificação sincronizada. No modo de queda lenta, a recirculação da corrente pode se dar por meio dos FETs superior e inferior. Os FETs de energia são protegidos do efeito shoot-through por meio de resistores com tempo morto programável. Os diagnósticos integrados fornecem indicação de subtensão, sobretemperatura e falhas na ponte de energia, podendo ser configurado para proteger os MOSFETs de energia na maioria das condições de curto-circuito. Outros acionadores de motor podem ser prontamente substituídos para uso no sistema de rastreamento 480 compreendendo um sistema de posicionamento absoluto.
[00303] O sistema de rastreamento 480 compreende uma disposição de circuito de acionamento de motor controlado que compreende um sensor de posição 472 de acordo com um aspecto da presente revelação. O sensor de posição 472 para um sistema de posicionamento absoluto fornece um sinal de posição único que corresponde à localização de um membro de deslocamento. Em um aspecto, o membro de deslocamento representa um membro de acionamento longitudinalmente móvel que compreende uma cremalheira de dentes de acionamento para engate engrenado com uma engrenagem de acionamento correspondente de um conjunto redutor de engrenagem. Em outros aspectos, o membro de deslocamento representa o membro de disparo, que pode ser adaptado e
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69/310 configurado para incluir uma cremalheira de dentes de acionamento. Em ainda um outro aspecto, o membro de deslocamento representa um membro de deslocamento longitudinal para abrir e fechar um braço de aperto, o qual pode ser adaptado e configurado para incluir uma cremalheira de dentes de acionamento. Em outros aspectos, o membro de deslocamento representa um membro de fechamento do braço de aperto configurado para fechar e abrir um braço de aperto de um dispositivo de grampeador, ultrassônico, ou eletrocirúrgico, ou combinações dos mesmos. Consequentemente, como usado na presente invenção, o termo membro de deslocamento é usado genericamente para se referir a qualquer membro móvel do instrumento ou ferramenta cirúrgica como o membro de acionamento, o braço de aperto, ou qualquer elemento que possa ser deslocado. Consequentemente, o sistema de posicionamento absoluto pode, com efeito, rastrear o deslocamento do braço de aperto por rastrear o deslocamento linear do membro de acionamento móvel longitudinalmente.
[00304] Em outros aspectos, o sistema de posicionamento absoluto pode ser configurado para rastrear a posição de um braço de aperto no processo de abertura ou fechamento. Em vários outros aspectos, o membro de deslocamento pode ser acoplado a qualquer sensor de posição 472 adequado para medir o deslocamento linear. Dessa forma, o membro de acionamento longitudinalmente móvel, ou o braço de aperto, ou combinações dos mesmos, pode ser acoplado a qualquer sensor de deslocamento linear. Os sensores de deslocamento linear podem incluir sensores de deslocamento de contato ou sem contato. Sensores de deslocamento linear podem compreender Transformadores Lineares Diferenciais Variáveis (LVDT), Transdutores Diferenciais de Relutância Variável (DVRT), um potenciômetro, um sistema de detecção magnético que compreende um imã móvel e uma série linearmente disposta em Sensores de Efeito Hall, um sistema de detecção magnético que
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70/310 compreende um imã fixo e uma série de móveis, dispostos linearmente em Sensores de Efeito Hall, um sistema de detecção óptico móvel que compreende uma fonte de luz móvel e uma série de fotodiodos ou fotodetectores linearmente dispostos, um sistema de detecção óptico que compreende uma fonte de luz fixa e uma série móvel de fotodiodos ou fotodetectores linearmente dispostos, ou qualquer combinação dos mesmos.
[00305] O motor elétrico 482 pode incluir um eixo de acionamento giratório, que faz interface de modo operacional com um conjunto de engrenagem, que está montado em engate de acoplamento com um conjunto ou cremalheira de dentes de acionamento no membro de acionamento. Um elemento sensor pode ser operacionalmente acoplado a um conjunto de engrenagem de modo que uma única revolução do elemento sensor de posição 472 corresponda à alguma translação longitudinal linear do membro de deslocamento. Uma disposição de engrenagens e sensores pode ser conectada ao atuador linear por meio de uma disposição de cremalheira e pinhão, ou de um atuador giratório, por meio de uma roda dentada ou outra conexão. Uma fonte de energia fornece energia para o sistema de posicionamento absoluto e um indicador de saída pode exibir a saída do sistema de posicionamento absoluto. O membro de acionamento representa o membro de acionamento longitudinalmente móvel que compreende uma cremalheira de dentes de acionamento formada na mesma para engate engrenado com uma engrenagem de acionamento correspondente do conjunto redutor de engrenagem. O membro de deslocamento representa o membro de disparo longitudinalmente móvel para abrir e fechar um braço de aperto.
[00306] Uma única revolução do elemento sensor associada ao sensor de posição 472 é equivalente a um deslocamento linear longitudinal de d1 do membro do deslocamento, onde d1 representa a
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71/310 distância linear longitudinal pela qual o membro de deslocamento se move do ponto a ao ponto b depois de uma única revolução do elemento sensor acoplado ao membro de deslocamento. A disposição do sensor pode ser conectada por meio de uma redução de engrenagem que resulta no sensor de posição 472 completando uma ou mais revoluções para o curso completo do membro de deslocamento. O sensor de posição 472 pode completar múltiplas revoluções para o curso completo do membro de deslocamento.
[00307] Uma série de chaves, onde n é um número inteiro maior que um, pode ser empregada sozinha ou em combinação com uma redução de engrenagem para fornecer um sinal de posição única para mais de uma revolução do sensor de posição 472. O estado das chaves é transmitido de volta ao microcontrolador 461 que aplica uma lógica para determinar um sinal de posição única correspondente ao deslocamento linear longitudinal de d1 + d2 + ... dn do membro de deslocamento. A saída do sensor de posição 472 é fornecida ao microcontrolador 461. Em várias modalidades, o sensor de posição 472 da disposição de sensor pode compreender um sensor magnético, um sensor giratório analógico, como um potenciômetro, ou uma série de elementos de efeito Hall analógicos, que emitem uma combinação única de posição de sinais ou valores.
[00308] O sensor de posição 472 pode compreender qualquer número de elementos de detecção magnética, como, por exemplo, sensores magnéticos classificados de acordo com se eles medem o campo magnético total ou os componentes vetoriais do campo magnético. As técnicas usadas para produzir ambos os tipos de sensores magnéticos abrangem muitos aspectos da física e da eletrônica. As tecnologias usadas para a detecção de campo magnético incluem fluxômetro, fluxo saturado, bombeamento óptico, precessão nuclear, SQUID, efeito Hall, magnetorresistência anisotrópica, magnetorresistência gigante, junções túnel magnéticas, magnetoimpedância gigante, compostos
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72/310 magnetostritivos/piesoelétricos, magnetodiodo, transistor magnético, fibra óptica, magneto-óptica e sensores magnéticos baseados em sistemas microeletromecânicos, dentre outros.
[00309] Em um aspecto, o sensor de posição 472 para o sistema de rastreamento 480 que compreende um sistema de posicionamento absoluto compreende um sistema de posicionamento absoluto giratório magnético. O sensor de posição 472 pode ser implementado como um sensor de posição giratório, magnético, de chip único, AS5055EQFT, disponível junto à Austria Microsystems, AG. O sensor de posição 472 fazer interface com o microcontrolador 461 para fornecer um sistema de posicionamento absoluto. O sensor de posição 472 é um componente de baixa tensão e baixa energia e inclui quatro elementos de efeito em uma área do sensor de posição 472 localizada acima de um imã. Um ADC de alta resolução e um controlador inteligente de gerenciamento de energia são também fornecidos no circuito integrado. Um processador CORDIC (computador digital para rotação de coordenadas), também conhecido como o método dígito por dígito e algoritmo de Volder, é fornecido para implementar um algoritmo simples e eficiente para calcular funções hiperbólicas e trigonométricas que exigem apenas operações de adição, subtração, deslocamento de bits e tabela de pesquisa. A posição do ângulo, os bits de alarme e as informações de campo magnético são transmitidos através de uma interface de comunicação em série padrão, como uma interface periférica em série (SPI), para o microcontrolador 461. O sensor de posição 472 fornece 12 ou 14 bits de resolução. O sensor de posição 472 pode ser um chip AS5055 fornecido em uma pequena embalagem QFN de 16 pinos cuja medida corresponde a 4x4x0,85 mm.
[00310] O sistema de rastreamento 480 que compreende um sistema de posicionamento absoluto pode compreender e/ou ser programado
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73/310 para implementar um controlador de feedback, como um PID, feedback de estado, e controlador adaptável. Uma fonte de energia converte o sinal do controlador de feedback em uma entrada física para o sistema, nesse caso a tensão. Outros exemplos incluem uma PWM de tensão, corrente e força. Outros sensores podem ser providenciados a fim de medir os parâmetros do sistema físico além da posição medida pelo sensor de posição 472. Em alguns aspectos, os outros sensores podem incluir disposições de sensor conforme aquelas descritas na patente US n° 9.345.481 intitulada STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM, concedida em 24 de maio de 2016, que está incorporada por referência em sua totalidade neste documento; o pedido de patente US n° de série 2014/0263552, intitulado STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM, publicado em 18 de setembro de 2014, está incorporado por referência em sua totalidade neste documento; e o pedido de patente US n° de série 15/628.175, intitulado TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT, submetido em 20 de junho de 2017, está incorporado por referência em sua totalidade neste documento. Em um sistema de processamento de sinal digital, um sistema de posicionamento absoluto é acoplado a um sistema de captura de dados digitais onde a saída do sistema de posicionamento absoluto terá uma resolução e frequência de amostragem finitas. O sistema de posicionamento absoluto pode compreender um circuito de comparação e combinação para combinar uma resposta computada com uma resposta medida através do uso de algoritmos, como uma média ponderada e um laço de controle teórico, que acionam a resposta calculada em direção à resposta medida. A resposta computada sistema físico considera as propriedades como massa, inércia, atrito viscoso, resistência à indutância, etc., para prever pelo conhecimento da entrada quais serão os estados e saídas do
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74/310 sistema físico.
[00311] O sistema de posicionamento absoluto fornece um posicionamento absoluto do membro deslocado sobre a ativação do instrumento sem que seja preciso recolher ou avançar o membro de acionamento longitudinalmente móvel para a posição de reinício (zero ou inicial), como pode ser requerido pelos codificadores convencionais giratórios que meramente contam o número de passos progressivos ou regressivos que o motor 482 percorreu para inferir a posição de um atuador dispositivo, barra de acionamento, bisturi, e congêneres.
[00312] Um sensor 474, como, por exemplo, um medidor de esforço ou um medidor de microesforço, está configurado para medir um ou mais parâmetros do atuador de extremidade, como, por exemplo, a amplitude do esforço exercido sobre a bigorna durante uma operação de aperto, que pode ser indicativa em relação à compressão do tecido. O esforço medido é convertido em um sinal digital e fornecido ao processador 462. Alternativamente, ou em adição ao sensor 474, um sensor 476, como, por exemplo, um sensor de carga, pode medir a força de fechamento aplicada pelo sistema de acionamento de fechamento à bigorna em um grampeador ou um braço de aperto em um instrumento eletrocirúrgico ou ultrassônico. O sensor 476, como, por exemplo, um sensor de carga, pode medir a força de disparo aplicada a um membro de fechamento acoplado a um braço de aperto do instrumento ou ferramenta cirúrgica ou a força aplicada por meio de um braço de aperto ao tecido localizado nas garras de um instrumento eletrocirúrgico ou ultrassônico. Alternativamente, um sensor de corrente 478 pode ser usado para medir a corrente drenada pelo motor 482. O membro de deslocamento também pode ser configurado para engatar um braço de aperto para abrir ou fechar o braço de aperto. O sensor de força pode ser configurado para medir a força de aperto sobre o tecido. A força necessária para avançar o membro de deslocamento pode
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75/310 corresponder à corrente drenada pelo motor 482, por exemplo. A força medida é convertida em um sinal digital e fornecida ao processador 462. [00313] Em uma forma, um sensor medidor de esforço 474 pode ser usado para medir a força aplicada ao tecido pelo atuador de extremidade. Um medidor de esforço pode ser acoplado ao atuador de extremidade para medir a força aplicada ao tecido que está sendo tratado pelo atuador de extremidade. Um sistema para medir forças aplicadas ao tecido preso pelo atuador de extremidade compreende um sensor medidor de esforço 474, como, por exemplo, um medidor de microesforço, que é configurado para medir um ou mais parâmetros do atuador de extremidade, por exemplo. Em um aspecto, o sensor medidor de esforço 474 pode medir a amplitude ou magnitude da tensão exercida sobre um membro de garra de um atuador de extremidade durante uma operação de aperto, que pode ser indicativa da compressão do tecido. O esforço medido é convertido em um sinal digital e fornecido ao processador 462 de um microcontrolador 461. Um sensor de carga 476 pode medir a força usada para operar o elemento de faca, por exemplo, para cortar o tecido capturado entre a bigorna e o cartucho de grampos. Um sensor de carga 476 pode medir a força usada para operar o elemento de braço de aperto, por exemplo, para capturar o tecido entre o braço de aperto e uma lâmina ultrassônica ou para capturar o tecido entre o braço de aperto e uma garra de um instrumento eletrocirúrgico. Um sensor de campo magnético pode ser usado para medir a espessura do tecido capturado. A medição do sensor de campo magnético também pode ser convertida em um sinal digital e fornecida ao processador 462.
[00314] As medições da compressão do tecido, da espessura do tecido e/ou da força necessária para fechar o atuador de extremidade no tecido, conforme respectivamente medido pelos sensores 474, 476, podem ser usadas pelo microcontrolador 461 para caracterizar a posição selecionada do membro de disparo e/ou o valor correspondente da velocidade do
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76/310 membro de disparo. Em um caso, uma memória 468 pode armazenar uma técnica, uma equação e/ou uma tabela de consulta que pode ser usada pelo microcontrolador 461 na avaliação.
[00315] O sistema de controle 470 do instrumento ou ferramenta cirúrgica também pode compreender circuitos de comunicação com fio ou sem fio para comunicação com o hub de comunicação de modular mostrado nas Figuras 8 a 11.
[00316] A Figura 13 ilustra um circuito de controle 500 configurado para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica de acordo com um aspecto da presente revelação. O circuito de controle 500 pode ser configurado para implementar vários processos aqui descritos. O circuito de controle 500 pode compreender um microcontrolador que compreende um ou mais processadores 502 (por exemplo, microprocessador, microcontrolador) acoplado a ao menos um circuito de memória 504. O circuito de memória 504 armazena instruções executáveis em máquina que, quando executadas pelo processador 502, fazem com que o processador 502 execute instruções de máquina para implementar vários dos processos aqui descritos. O processador 502 pode ser qualquer um dentre inúmeros processadores de apenas um núcleo ou multinúcleo conhecidos na técnica. O circuito de memória 504 pode compreender mídia de armazenamento volátil e não volátil. O processador 502 pode incluir uma unidade de processamento de instruções 506 e uma unidade aritmética 508. A unidade de processamento de instrução pode ser configurada para receber instruções a partir do circuito de memória 504 desta revelação. [00317] A Figura 14 ilustra um circuito lógico combinacional 510 configurado para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica de acordo com um aspecto da presente revelação. O circuito lógico combinacional 510 pode ser configurado para implementar vários processos aqui descritos. O circuito lógico combinacional 510
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77/310 pode compreender uma máquina de estado finito que compreende uma lógica combinacional 512 configurada para receber dados associados ao instrumento ou ferramenta cirúrgica em uma entrada 514, processar os dados pela lógica combinacional 512 e fornecer uma saída 516.
[00318] A Figura 15 ilustra um circuito lógico sequencial 520 configurado para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica de acordo com um aspecto da presente revelação. O circuito lógico sequencial 520 ou a lógica combinacional 522 pode ser configurado para implementar o processo aqui descrito. O circuito lógico sequencial 520 pode compreender uma máquina de estados finitos. O circuito lógico sequencial 520 pode compreender uma lógica combinacional 522, ao menos um circuito de memória 524, um relógio 529 e, por exemplo. O ao menos um circuito de memória 524 pode armazenar um estado atual da máquina de estados finitos. Em certos casos, o circuito lógico sequencial 520 pode ser síncrono ou assíncrono. A lógica combinacional 522 é configurada para receber dados associados ao instrumento ou ferramenta cirúrgica de uma entrada 526, processar os dados pela lógica combinacional 522, e fornecer uma saída 528. Em outros aspectos, o circuito pode compreender uma combinação de um processador (por exemplo, processador 502, Figura 13) e uma máquina de estados finitos para implementar vários processos da presente invenção. Em outros aspectos, a máquina de estados finitos pode compreender uma combinação de um circuito lógico combinacional (por exemplo, um circuito lógico combinacional 510, Figura 14) e o circuito lógico sequencial 520.
[00319] A Figura 16 ilustra um instrumento ou ferramenta cirúrgica que compreende uma pluralidade de motores que podem ser ativados para executar várias funções. Em certos casos, um primeiro motor pode ser ativado para executar uma primeira função, um segundo motor pode ser
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78/310 ativado para executar uma segunda função, um terceiro motor pode ser ativado para executar uma terceira função, um quarto motor pode ser ativado para executar uma quarta função, e assim por diante. Em certos casos, a pluralidade de motores do instrumento cirúrgico robótico 600 pode ser individualmente ativada para causar movimentos de disparo, fechamento, e/ou articulação no atuador de extremidade. Os movimentos de disparo, fechamento e/ou articulação podem ser transmitidos ao atuador de extremidade através de um conjunto de eixo de acionamento, por exemplo.
[00320] Em certos casos, o sistema de instrumento ou ferramenta cirúrgica pode incluir um motor de disparo 602. O motor de disparo 602 pode ser operacionalmente acoplado a um conjunto de acionamento do motor de disparo 604, o qual pode ser configurado para transmitir movimentos de disparo, gerados pelo motor 602 ao atuador de extremidade, particularmente para deslocar o membro de fechamento do braço de aperto. O membro de fechamento pode ser retraído mediante reversão da direção do motor 602, o que também faz com que o braço de aperto se abra.
[00321] Em certos casos, o instrumento ou ferramenta cirúrgica pode incluir um motor de fechamento 603. O motor de fechamento 603 pode ser operacionalmente acoplado a um conjunto de acionamento do motor de fechamento 605 que pode ser configurado para transmitir movimentos de fechamento, gerados pelo motor 603 ao atuador de extremidade, particularmente para deslocar um tubo de fechamento para fechar a bigorna e comprimir o tecido entre a bigorna e o cartucho de grampos. O motor de fechamento 603 pode ser operacionalmente acoplado a um conjunto de acionamento do motor de fechamento 605 que pode ser configurado para transmitir movimentos de fechamento, gerados pelo motor 603 ao atuador de extremidade, particularmente para deslocar um tubo de fechamento para fechar o braço de aperto e comprimir o tecido
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79/310 entre o braço de aperto e uma lâmina ultrassônica ou o braço de aperto ou o membro de garra de um dispositivo eletrocirúrgico. Os movimentos de fechamento podem fazer com que o atuador de extremidade transicione de uma configuração aberta para uma configuração aproximada para capturar o tecido, por exemplo. O atuador de extremidade pode ser transicionado para uma posição aberta invertendo-se a direção do motor 603.
[00322] Em certos casos, o instrumento ou ferramenta cirúrgica pode incluir um ou mais motores de articulação 606a, 606b, por exemplo. Os motores 606a, 606b podem ser operacionalmente acoplados aos conjuntos de acionamento do motor de articulação 608a, 608b, que podem ser configurados para transmitir movimentos de articulação gerados pelos motores 606a, 606b ao atuador de extremidade. Em certos casos, os movimentos de articulação podem fazer com que o atuador de extremidade seja articulado em relação ao eixo de acionamento, por exemplo.
[00323] Conforme descrito acima, o instrumento ou ferramenta cirúrgica pode incluir uma pluralidade de motores que podem ser configurados para executar várias funções independentes. Em certos casos, a pluralidade de motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica pode ser ativada individualmente ou separadamente para executar uma ou mais funções, enquanto outros motores permanecem inativos. Por exemplo, os motores de articulação 606a, 606b podem ser ativados para fazer com que o atuador de extremidade seja articulado, enquanto o motor de disparo 602 permanece inativo. Alternativamente, o motor de disparo 602 pode ser ativado para disparar a pluralidade de grampos, e/ou avançar o gume cortante, enquanto o motor de articulação 606 permanece inativo. Além disso, o motor de fechamento 603 pode ser ativado simultaneamente com o motor de disparo 602 para fazer com que o tubo de fechamento ou membro de fechamento avance
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80/310 distalmente conforme descrito em mais detalhes mais adiante neste documento.
[00324] Em certos casos, o instrumento ou ferramenta cirúrgica pode incluir um módulo de controle comum 610 que pode ser usado com uma pluralidade de motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica. Em certos casos, o módulo de controle comum 610 pode acomodar um dentre a pluralidade de motores de cada vez. Por exemplo, o módulo de controle comum 610 pode ser acoplável à e separável da pluralidade de motores do instrumento cirúrgico robótico individualmente. Em certos casos, uma pluralidade dos motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica pode compartilhar um ou mais módulos de controle comuns, como o módulo de controle comum 610. Em certos casos, uma pluralidade de motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica pode ser individualmente e seletivamente engatada ao módulo de controle comum 610. Em certos casos, o módulo de controle comum 610 pode ser seletivamente chaveado entre fazer interface com um dentre uma pluralidade de motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica para fazer interface com um outro dentre a pluralidade de motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica.
[00325] Em ao menos um exemplo, o módulo de controle comum 610 pode ser seletivamente chaveado entre o engate operacional com os motores de articulação 606A, 606B, e o engate operacional com o motor de disparo 602 ou o motor de fechamento 603. Em ao menos um exemplo, conforme ilustrado na Figura 16, uma chave 614 pode ser movida ou transicionada entre uma pluralidade de posições e/ou estados. Na primeira posição 616, a chave 614 pode acoplar eletricamente o módulo de controle comum 610 ao motor de disparo 602; em uma segunda posição 617, a chave 614 pode acoplar eletricamente o módulo de controle 610 ao motor de fechamento 603; em uma terceira posição 618a, a chave 614 pode acoplar eletricamente o módulo de controle comum 610 ao primeiro motor
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81/310 de articulação 606a; e em uma quarta posição 618b, a chave 614 pode acoplar eletricamente o módulo de controle comum 610 ao segundo motor de articulação 606b, por exemplo. Em certos casos, módulos de controle comum 610 separados podem ser acoplados eletricamente ao motor de disparo 602, ao motor de fechamento 603, e aos motores de articulação 606a, 606b ao mesmo tempo. Em certos casos, a chave 614 pode ser uma chave mecânica, uma chave eletromecânica, uma chave em estado sólido ou qualquer mecanismo de chaveamento adequado.
[00326] Cada um dos motores 602, 603, 606a, 606b pode compreender um sensor de torque para medir o torque de saída no eixo de acionamento do motor. A força em um atuador de extremidade pode ser detectada de qualquer maneira convencional, como por meio de sensores de força nos lados exteriores das garras ou por um sensor de torque do motor que aciona as garras.
[00327] Em vários casos, conforme ilustrado na Figura 16, o módulo de controle comum 610 pode compreender um acionador de motor 626 que pode compreender um ou mais FETs H-Bridge. O acionador do motor 626 pode modular a energia transmitida a partir de uma fonte de energia 628 a um motor acoplado ao módulo de controle comum 610, com base em uma entrada proveniente de um microcontrolador 620 (o controlador), por exemplo. Em certos casos, o microcontrolador 620 pode ser usado para determinar a corrente drenada pelo motor, por exemplo, enquanto o motor está acoplado ao módulo de controle comum 610, conforme descrito acima.
[00328] Em certos exemplos, o microcontrolador 620 pode incluir um microprocessador 622 (o processador) e uma ou mais mídias legíveis por computador não transitórias ou unidades de memória 624 (a memória). Em certos casos, a memória 624 pode armazenar várias instruções de programa que, quando executadas, podem fazer com que o processador 622 execute uma pluralidade de funções e/ou cálculos
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82/310 aqui descritos. Em certos casos, uma ou mais das unidades de memória 624 podem ser acopladas ao processador 622, por exemplo. Em vários aspectos, o microcontrolador 620 pode se comunicar através de um canal com fio ou sem fio, ou combinações dos mesmos.
[00329] Em certos casos, a fonte de energia 628 pode ser usada para fornecer energia ao microcontrolador 620, por exemplo. Em certos casos, a fonte de energia 628 pode compreender uma bateria (ou pacote de baterias ou pacote de energia (“power pack”)), como uma bateria de íons de Li, por exemplo. Em certos casos, o pacote de baterias pode ser configurado para ser montado de modo liberável à empunhadura para fornecer energia ao instrumento cirúrgico 600. Várias células de bateria conectadas em série podem ser usadas como a fonte de energia 628. Em certos casos, a fonte de energia 628 pode ser substituível e/ou recarregável, por exemplo.
[00330] Em vários casos, o processador 622 pode controlar o acionador do motor 626 para controlar a posição, a direção de rotação e/ou a velocidade de um motor que está acoplado ao módulo de controle comum 610. Em certos casos, o processador 622 pode sinalizar ao acionador do motor 626 para parar e/ou desativar um motor que esteja acoplado ao módulo de controle comum 610. Deve-se compreender que o termo processador, conforme usado aqui, inclui qualquer microprocessador, microcontrolador ou outro dispositivo de computação básica adequado que incorpora as funções de uma unidade de processamento central de computador (CPU) em um circuito integrado ou, no máximo, alguns circuitos integrados. O processador 622 é um dispositivo programável multiuso que aceita dados digitais como entrada, as processa de acordo com instruções armazenadas na sua memória, e fornece resultados como saída. Este é um exemplo de lógica digital sequencial, já que ele tem memória interna. Os processadores operam em números e símbolos representados no sistema binário de numerais.
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[00331] Em um exemplo, o processador 622 pode ser qualquer processador de núcleo único ou de múltiplos núcleos, como aqueles conhecidos pelo nome comercial de ARM Cortex da Texas Instruments. Em determinados casos, o microcontrolador 620 pode ser um LM 4F230H5QR, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo. Em ao menos um exemplo, o LM4F230H5QR da Texas Instruments é um núcleo processador ARM Cortex-M4F que compreende uma memória integrada do tipo flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de busca antecipada para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma SRAM de ciclo único de 32 KB, uma ROM interna carregada com o software StellarisWare®, EEPROM de 2 KB, um ou mais módulos de PWM, um ou mais análogos de QEI, um ou mais ADCs de 12 bits com 12 canais de entrada analógica, dentre outros recursos que são prontamente disponíveis para a folha de dados do produto. Outros microcontroladores podem ser prontamente substituídos para uso com o módulo 4410. Consequentemente, a presente revelação não deve ser limitada nesse contexto.
[00332] Em certos casos, a memória 624 pode incluir instruções de programa para controlar cada um dos motores do instrumento cirúrgico 600 que são acopláveis ao módulo de controle comum 610. Por exemplo, a memória 624 pode incluir instruções de programa para controlar o motor de disparo 602, o motor de fechamento 603, e os motores de articulação 606a, 606b. Tais instruções de programa podem fazer com que o processador 622 controle as funções de disparo, fechamento e articulação de acordo com as entradas a partir dos algoritmos ou programas de controle do instrumento ou ferramenta cirúrgica.
[00333] Em certos casos, um ou mais mecanismos e/ou sensores como, por exemplo, sensores 630, podem ser usados para alertar o processador 622 quanto às instruções de programa que precisam ser
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84/310 usadas em uma configuração específica. Por exemplo, os sensores 630 podem alertar o processador 622 para usar as instruções de programa associadas ao disparo, fechamento e articulação do atuador de extremidade. Em certos casos, os sensores 630 podem compreender sensores de posição que podem ser usados para detectar a posição da chave 614, por exemplo. Consequentemente, o processador 622 pode usar as instruções de programa associadas ao disparo do membro de fechamento acoplado ao braço de aperto do atuador de extremidade mediante detecção, através dos sensores 630, por exemplo, que a chave 614 está na primeira posição 616; o processador 622 pode usar as instruções de programa associadas ao fechamento da bigorna mediante detecção através dos sensores 630, por exemplo, que a chave 614 está na segunda posição 617; e o processador 622 pode usar as instruções de programa associadas com a articulação do atuador de extremidade mediante detecção através dos sensores 630, por exemplo, que a chave 614 está na terceira ou quarta posição 618a, 618b.
[00334] A Figura 17 é um diagrama esquemático de um instrumento cirúrgico robótico 700 configurado para operar uma ferramenta cirúrgica descrita neste documento, de acordo com um aspecto dessa revelação. O instrumento cirúrgico robótico 700 pode ser programado ou configurado para controlar a translação distal/proximal de um membro de deslocamento, o deslocamento distal/proximal de um tubo de fechamento, a rotação do eixo de acionamento, e articulação, quer com um único tipo ou múltiplos enlaces de acionamento de articulação. Em um aspecto, o instrumento cirúrgico 700 pode ser programado ou configurado para controlar individualmente um membro de disparo, um membro de fechamento, um membro de eixo de acionamento, ou um ou mais membros de articulação, ou combinações dos mesmos. O instrumento cirúrgico 700 compreende um circuito de controle 710 configurado para controlar membros de disparo acionados por motor,
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85/310 membros de fechamento, membros de eixo de acionamento, ou um ou mais membros de articulação, ou combinações dos mesmos.
[00335] Em um aspecto, o instrumento cirúrgico robótico 700 compreende um circuito de controle 710 configurado para controlar um braço de aperto 716 e um membro de fechamento 714, uma porção de um atuador de extremidade 702, uma lâmina ultrassônica 718 acoplada a um transdutor ultrassônico 719 excitado por um gerador ultrassônico 721, um eixo de acionamento 740, e um ou mais membros de articulação 742a, 742b através de uma pluralidade de motores 704a a 704e. Um sensor de posição 734 pode ser configurado para fornecer retroalimentação sobre a posição do membro de fechamento 714 ao circuito de controle 710. Outros sensores 738 podem ser configurados para fornecer retroalimentação ao circuito de controle 710. Um temporizador/contador 731 fornece informações de temporização e contagem para o circuito de controle 710. Uma fonte de energia 712 pode ser fornecida para operar os motores 704a a 704e e um sensor de corrente 736 fornece retroalimentação de corrente do motor ao circuito de controle 710. Os motores 704a a 704e podem ser operados individualmente pelo circuito de controle 710 em um controle de retroalimentação de circuito aberto ou circuito fechado.
[00336] Em um aspecto, o circuito de controle 710 pode compreender um ou mais microcontroladores, microprocessadores ou outros processadores adequados para executar instruções que fazem com que o processador ou processadores executem uma ou mais tarefas. Em um aspecto, um temporizador/contador 731 fornece um sinal de saída, como o tempo decorrido ou uma contagem digital, ao circuito de controle 710 para correlacionar a posição do membro de fechamento 714 conforme determinado pelo sensor de posição 734 com a saída do temporizador/contador 731 de modo que o circuito de controle 710 possa determinar a posição do membro de fechamento 714 em um momento específico (t) em relação a uma posição inicial ou o tempo (t) quando o
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86/310 membro de fechamento 714 está em uma posição específica em relação a uma posição inicial. O temporizador/contador 731 pode ser configurado para medir o tempo decorrido, contar eventos externos, ou tempo de eventos externos.
[00337] Em um aspecto, o circuito de controle 710 pode ser programado para controlar funções do atuador de extremidade 702 com base em uma ou mais condições do tecido. O circuito de controle 710 pode ser programado para detectar direta ou indiretamente as condições do tecido, como espessura, conforme descrito aqui. O circuito de controle 710 pode ser programado para selecionar um programa de controle de disparo ou programa de controle de fechamento com base nas condições do tecido. Um programa de controle de disparo pode descrever o movimento distal do membro de deslocamento. Diferentes programas de controle de disparo podem ser selecionados para melhor tratar as diferentes condições do tecido. Por exemplo, quando um tecido mais espesso está presente, o circuito de controle 710 pode ser programado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade inferior e/ou com energia mais baixa. Quando o tecido mais fino está presente, o circuito de controle 710 pode ser programado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade mais alta e/ou com maior energia. Um programa de controle de fechamento pode controlar a força de fechamento aplicada ao tecido pelo braço de aperto 716. Outros programas de controle controlam a rotação do eixo de acionamento 740 e dos membros de articulação 742a, 742b.
[00338] Em um aspecto, o circuito de controle de motor 710 pode gerar sinais motores do ponto de ajuste. Os sinais motores do ponto de ajuste podem ser fornecidos para vários controladores de motor 708a a 708e. Os controladores de motor 708a a 708e podem compreender um ou mais circuitos configurados para fornecer sinais de acionamento do motor para os motores 704a a 704e para acionar os motores 704a a 704e conforme
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87/310 descrito aqui. Em alguns exemplos, os motores 704a a 704e podem ser motores elétricos CC escovado. Por exemplo, a velocidade dos motores 704a a 704e pode ser proporcional aos respectivos sinais de acionamento do motor. Em alguns exemplos, os motores 704a a 704e podem ser motores elétricos CC sem escovas, e os respectivos sinais de acionamento do motor podem compreender um sinal PWM fornecido para um ou mais enrolamentos de estator dos motores 704a a 704e. Além disso, em alguns exemplos, os controladores de motor 708a a 708e podem ser omitidos e o circuito de controle 710 pode gerar diretamente os sinais de acionamento do motor.
[00339] Em um aspecto, o circuito de controle 710 pode operar inicialmente cada um dos motores 704a a 704e em uma configuração de circuito aberto para uma primeira porção de circuito aberto do curso do membro de deslocamento. Com base na resposta do instrumento cirúrgico robótico 700 durante a porção de circuito aberto do curso, o circuito de controle 710 pode selecionar um programa de controle de disparo em uma configuração de circuito fechado. A resposta do instrumento pode incluir uma tradução da distância do membro de deslocamento durante a porção de circuito aberto, um tempo decorrido durante a porção de circuito aberto, a energia fornecida a um dos motores 704a a 704e durante a porção de circuito aberto, uma soma de larguras de pulso de um sinal de acionamento de motor, etc. Após a porção de circuito aberto, o circuito de controle 710 pode implementar o programa de controle de disparo selecionado para uma segunda porção do curso do membro de deslocamento. Por exemplo, durante uma porção do curso de circuito fechado, o circuito de controle 710 pode modular um dos motores 704a a 704e com base na translação dos dados que descrevem uma posição do membro de deslocamento em circuito fechado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade constante.
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[00340] Em um aspecto, os motores 704a a 704e podem receber energia de uma fonte de energia 712. A fonte de energia 712 pode ser uma fonte de energia CC acionada por uma fonte de energia de corrente principal alternada, uma bateria, um super capacitor, ou qualquer outra fonte de energia adequada. Os motores 704a a 704e podem ser mecanicamente acoplados a elementos mecânicos individuais móveis como o membro de fechamento 714, o braço de aperto 716, eixo de acionamento 740, articulação 742a, e a articulação 742b, através das respectivas transmissões 706a a 706e. As transmissões 706a a 706e podem incluir uma ou mais engrenagens ou outros componentes de ligação para acoplar os motores 704a a 704e aos elementos mecânicos móveis. Um sensor de posição 734 pode detectar uma posição do membro de fechamento 714. O sensor de posição 734 pode ser ou pode incluir qualquer tipo de sensor que seja capaz de gerar dados de posição que indiquem a posição do membro de fechamento 714. Em alguns exemplos, o sensor de posição 734 pode incluir um codificador configurado para fornecer uma série de pulsos ao circuito de controle 710 conforme o membro de fechamento 714 translade distalmente e proximalmente. O circuito de controle 710 pode rastrear os pulsos para determinar a posição do membro de fechamento 714. Outros sensores de posição adequados podem ser usados, incluindo, por exemplo, um sensor de proximidade. Outros tipos de sensores de posição podem fornecer outros sinais que indiquem o movimento do membro de fechamento 714. Além disso, em alguns exemplos, o sensor de posição 734 pode ser omitido. Quando qualquer dos motores 704a a 704e seja um motor de passo, o circuito de controle 710 pode rastrear a posição do membro de fechamento 714 ao agregar o número e a direção das etapas que o motor 704 foi instruído a executar. O sensor de posição 734 pode estar situado no atuador de extremidade 702 ou em qualquer outra porção do instrumento. As saídas de cada um dos motores 704a a 704e incluem um sensor de torque 744a
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89/310 a 744e para detectar força e possuem um codificador para detectar a rotação do eixo de acionamento.
[00341] Em um aspecto, o circuito de controle 710 é configurado para acionar um membro de disparo como a porção do membro de fechamento 714 do atuador de extremidade 702. O circuito de controle 710 fornece um ponto de ajuste do motor para um motor de controle 708a, o qual fornece um sinal de acionamento para o motor 704a. O eixo de acionamento de saída do motor 704a é acoplado a um sensor de torque 744a. O sensor de torque 744a é acoplado a uma transmissão 706a que é acoplada ao membro de fechamento 714. A transmissão 706a compreende elementos mecânicos móveis como elementos rotativos e um membro de disparo para controlar distalmente e proximalmente o movimento do membro de fechamento 714 ao longo de um eixo geométrico longitudinal do atuador de extremidade 702. Em um aspecto, o motor 704a pode ser acoplado ao conjunto de engrenagem de faca, que inclui um conjunto de redução de engrenagem de faca que inclui uma primeira engrenagem de acionamento de faca e uma segunda engrenagem de acionamento de faca. Um sensor de torque 744a fornece um sinal de retroalimentação da força de disparo para o circuito de controle 710. O sinal de força de disparo representa a força necessária para disparar ou deslocar o membro de fechamento 714. Um sensor de posição 734 pode ser configurado para fornecer a posição do membro de fechamento 714 ao longo do curso de disparo ou da posição do membro de disparo como um sinal de retroalimentação ao circuito de controle 710. O atuador de extremidade 702 pode incluir sensores adicionais 738 configurados para fornecer sinais de retroalimentação para o circuito de controle 710. Quando pronto para uso, o circuito de controle 710 pode fornecer um sinal de disparo ao controle do motor 708a. Em resposta ao sinal de disparo, o motor 704a pode acionar o membro de disparo distalmente ao longo do eixo
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90/310 geométrico longitudinal do atuador de extremidade 702 a partir de uma posição proximal inicial do curso para uma posição distal terminal do curso em relação à posição inicial de curso. Conforme o membro de fechamento 714 translada distalmente, o braço de aperto 716 se fecha em direção à lâmina ultrassônica 718.
[00342] Em um aspecto, o circuito de controle 710 é configurado para acionar um membro de fechamento como a porção do braço de aperto 716 do atuador de extremidade 702. O circuito de controle 710 fornece um ponto de ajuste do motor para um motor de controle 708b, a qual fornece um sinal de acionamento para o motor 704b. O eixo de saída do motor 704b é acoplado a um sensor de torque 744b. O sensor de torque 744b é acoplado a uma transmissão 706b que é acoplada ao braço de aperto 716. A transmissão 706b compreende elementos mecânicos móveis como elementos rotativos e um membro de fechamento para controlar o movimento do braço de aperto 716 a partir das posições aberta e fechada. Em um aspecto, o motor 704b é acoplado a um conjunto de engrenagem de fechamento, que inclui um conjunto de engrenagem de redução de fechamento que é suportado em engate engrenado com a roda dentada de fechamento. O sensor de torque 744b fornece um sinal de retroalimentação de força de fechamento para o circuito de controle 710. O sinal de retroalimentação da força de fechamento representa a força de fechamento aplicada ao braço de aperto 716. O sensor de posição 734 pode ser configurado para fornecer a posição do membro de fechamento como um sinal de retroalimentação para o circuito de controle 710. Sensores adicionais 738 no atuador de extremidade 702 podem fornecer o sinal de retroalimentação da força de fechamento para o circuito de controle 710. O braço de aperto articulável 716 é posicionada oposta à lâmina ultrassônica 718. Quando pronto para uso, o circuito de controle 710 pode fornecer um sinal de fechamento ao controle do motor 708b. Em
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91/310 resposta ao sinal de fechamento, o motor 704b avança um membro de fechamento para prender o tecido entre o braço de aperto 716 e a lâmina ultrassônica 718.
[00343] Em um aspecto, o circuito de controle 710 é configurado para girar um membro de eixo de acionamento, como o eixo de acionamento 740, para girar o atuador de extremidade 702. O circuito de controle 710 fornece um ponto de ajuste do motor para um motor de controle 708c, o qual fornece um sinal de acionamento para o motor 704c. O eixo de saída do motor 704c é acoplado a um sensor de torque 744c. O sensor de torque 744c é acoplado a uma transmissão 706c que é acoplada ao eixo 740. A transmissão 706c compreende elementos mecânicos móveis como elementos rotativos para controlar a rotação do eixo de acionamento 740 no sentido horário ou no sentido anti-horário até e acima de 360°. Em um aspecto, o motor 704c é acoplado ao conjunto de transmissão giratório, que inclui um segmento de engrenagem de tubo que é formado sobre (ou fixado a) a extremidade proximal do tubo de fechamento proximal para engate operável por um conjunto de engrenagem rotacional que é suportado operacionalmente na placa de montagem de ferramenta. O sensor de torque 744c fornece um sinal de retroalimentação de força de rotação para o circuito de controle 710. O sinal de retroalimentação da força de rotação representa a força de rotação aplicada ao eixo de acionamento 740. O sensor de posição 734 pode ser configurado para fornecer a posição do membro de fechamento como um sinal de retroalimentação para o circuito de controle 710. Sensores adicionais 738 como um codificador de eixo de acionamento pode fornecer a posição rotacional do eixo de acionamento 740 para o circuito de controle 710.
[00344] Em um aspecto, o circuito de controle 710 é configurado para articular o atuador de extremidade 702. O circuito de controle 710 fornece um ponto de ajuste do motor para um motor de controle 708d, a qual
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92/310 fornece um sinal de acionamento para o motor 704d. O eixo de saída do motor 704d é acoplado a um sensor de torque 744d. O sensor de torque 744d é acoplado a uma transmissão 706d que é acoplada a um membro de articulação 742a. A transmissão 706d compreende elementos mecânicos móveis, como elementos de articulação, para controlar a articulação do atuador de extremidade 702 ±65°. Em um aspecto, o motor 704d é acoplada a uma porca de articulação, que é assentada de modo giratório sobre a porção de extremidade proximal da porção de coluna distal e é acionada de modo giratória na mesma por um conjunto de engrenagem de articulação. O sensor de torque 744d fornece um sinal de retroalimentação da força de articulação para o circuito de controle 710. O sinal de retroalimentação da força de articulação representa a força de articulação aplicada ao atuador de extremidade 702. Os sensores 738, como um codificador de articulação, pode fornecer a posição de articulação do atuador de extremidade 702 para o circuito de controle 710. [00345] Em um outro aspecto, a função de articulação do sistema cirúrgico robótico 700 pode compreender dois membros de articulação, ou ligações, 742a, 742b. Esses membros de articulação 742a, 742b são acionados por discos separados na interface do robô (a cremalheira), que são acionados pelos dois motores 708d, 708e. Quando o motor de disparo separado 704a é fornecido, cada ligação de articulação 742a, 742b pode ser antagonicamente acionada em relação à outra ligação para fornecer um movimento de retenção resistivo e uma carga à cabeça quando ela não está se movendo e para fornecer um movimento de articulação quando a cabeça é articulada. Os membros de articulação 742a, 742b se fixam à cabeça em um raio fixo quando a cabeça é girada. Consequentemente, a vantagem mecânica do link de empurrar e puxar se altera quando a cabeça é girada. Esta alteração na vantagem mecânica pode ser mais pronunciada com outros sistemas de acionamento da ligação de articulação.
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[00346] Em um aspecto, o um ou mais motores 704a a 704e podem compreender um motor CC escovado com uma caixa de câmbio e ligações mecânicas a um membro de disparo, membro de fechamento ou membro de articulação. Um outro exemplo inclui motores elétricos 704a a 704e que operam os elementos mecânicos móveis como o membro de deslocamento, as ligações de articulação, o tubo de fechamento e o eixo de acionamento. Uma influência externa é uma influência desmedida e imprevisível de coisas como tecido, corpos circundantes, e atrito no sistema físico. Essa influência externa pode ser chamada de arrasto, que age em oposição a um dos motores elétricos 704a a 704e. A influência externa, como o arrasto, pode fazer com que o funcionamento do sistema físico se desvie de uma operação desejada do sistema físico.
[00347] Em um aspecto, o sensor de posição 734 pode ser implementado como um sistema de posicionamento absoluto. Em um aspecto, o sensor de posição 734 pode compreender um sistema de posicionamento absoluto, giratório e magnético implementado como um sensor de posição giratório, magnético, de chip único, AS5055EQFT, disponível junto à Austria Microsystems, AG. O sensor de posição 734 fazer interface com o circuito de controle 710 para fornecer um sistema de posicionamento absoluto. A posição pode incluir elementos de efeito Hall múltiplos localizados acima de um imã e acoplado a um processador CORDIC, também conhecido como o método dígito por dígito e algoritmo de Volder, que é fornecido para implementar um algoritmo simples e eficiente para calcular funções hiperbólicas e trigonométricas que exigem apenas operações de adição, subtração, deslocamento de bits e tabela de pesquisa.
[00348] Em um aspecto, o circuito de controle 710 pode estar em comunicação com um ou mais sensores 738. Os sensores 738 podem ser posicionados no atuador de extremidade 702 e adaptados para
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94/310 funcionar com o instrumento cirúrgico robótico 700 para medir a vários parâmetros derivados como a distância de vão em relação ao tempo, a compressão do tecido em relação ao tempo, e deformação da bigorna em relação ao tempo. OS sensores 738 podem compreender um sensor magnético, um sensor de campo magnético, um medidor de esforço, uma célula de carga, um sensor de pressão, um sensor de força, um sensor de torque, um sensor indutivo como um sensor de corrente parasita, um sensor resistivo, um sensor capacitivo, um sensor óptico, e/ou qualquer outro sensor adequado para medir um ou mais parâmetros do atuador de extremidade 702. Os sensores 738 podem incluir um ou mais sensores. Os sensores 738 podem estar localizados no braço de aperto 716 para determinar a localização de tecido com o uso de eletrodos segmentados. Os sensores de torque 744a a 744e podem ser configurados para detectar força como força de disparo, força de fechamento, e/ou força de articulação, entre outros. Consequentemente, o circuito de controle 710 pode detectar (1) a carga de fechamento experimentada pelo tubo de fechamento distal e sua posição, (2) o membro de disparo na cremalheira e sua posição, (3) qual porção da lâmina ultrassônica 718 tem tecido na mesma, e (4) a carga e a posição em ambas as hastes de articulação. [00349] Em um aspecto, o um ou mais sensores 738 podem compreender um medidor de esforço como, por exemplo, um medidor de microesforço, configurado para medir a magnitude do esforço na bigorna 716 durante uma condição pinçada. O medidor de esforço fornece um sinal elétrico cuja amplitude varia com a magnitude do esforço. Os sensores 738 podem compreender um sensor de pressão configurado para detectar uma pressão gerada pela presença de tecido comprimido entre o braço de aperto 716 e a lâmina ultrassônica 718. Os sensores 738 podem ser configurados para detectar a impedância de uma seção de tecido situada entre o braço de aperto 716 e a lâmina ultrassônica 718 que é indicativa da espessura e/ou da completude do tecido situado entre
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95/310 os mesmos.
[00350] Em um aspecto, os sensores 738 podem ser implementadas como uma ou mais chaves de limite, dispositivos eletromecânicos, chaves de estado sólido, dispositivos de efeito Hall, dispositivos magneto-resistivos (MR) dispositivos magneto-resistivos gigantes (GMR), magnetômetros, entre outros. Em outras implementações, os sensores 738 podem ser implementados como chaves de estado sólido que operam sob a influência da luz, como os sensores ópticos, sensores de infravermelho, sensores de ultravioleta, dentre outros. Além disso, as chaves podem ser dispositivos de estado sólido como transístores (por exemplo, FET, FET de junção, MOSFET, bipolar, e similares). Em Outras implementações, os sensores 738 podem incluir chaves elétricas sem condutor, chaves ultrassônicas, acelerômetros, sensores de inércia e, entre outros.
[00351] Em um aspecto, os sensores 738 podem ser configurados para medir as forças exercidas sobre o braço de aperto 716 pelo sistema de acionamento de fechamento. Por exemplo, um ou mais sensores 738 podem estar em um ponto de interação entre o tubo de fechamento e o braço de pinça 716 para detectar as forças de fechamento aplicadas pelo tubo de fechamento ao braço de aperto 716. As forças exercidas sobre o braço de aperto 716 podem ser representativas da compressão do tecido experimentada pela seção de tecido capturado entre o braço de aperto 716 e a lâmina ultrassônica 718. O um ou mais sensores 738 podem ser posicionados em vários pontos de interação ao longo do sistema de acionamento de fechamento para detectar as forças de fechamento aplicadas ao braço de aperto 716 pelo sistema de acionamento de fechamento. O um ou mais sensores 738 podem ser amostrados em tempo real durante uma operação de aperto pelo processador do circuito de controle 710. O circuito de controle 710 recebe medições de amostra em tempo real para fornecer e analisar
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96/310 informações baseadas em tempo e avaliar, em tempo real, as forças de fechamento aplicadas ao braço de aperto 716.
[00352] Em um aspecto, um sensor de corrente 736 pode ser usado para medir a corrente drenada por cada um dos motores 704a a 704e. A força necessária para avançar qualquer dos elementos mecânicos móveis como o membro de fechamento 714 corresponde à corrente drenada por um dos motores 704a a 704e. A força medida é convertida em um sinal digital e fornecida ao circuito de controle 710. O circuito de controle 710 pode ser configurado para simular a resposta do sistema real do instrumento no software do controlador. Um membro de deslocamento pode ser atuado para mover o membro de fechamento 714 no atuador de extremidade 702 em ou próximo a uma velocidade alvo. O instrumento cirúrgico robótico 700 pode incluir um controlador de retroalimentação, que pode ser um ou qualquer dos controladores de retroalimentação, incluindo, mas não se limitando a, um controlador PID, retroalimentação de estado, quadrático linear (LQR) e/ou um controlador adaptável, por exemplo. O instrumento cirúrgico robótico 700 pode incluir uma fonte de energia para converter o sinal do controlador de retroalimentação em uma entrada física como tensão do estojo, tensão PWM, tensão modulada por frequência, corrente, torque e/ou força, por exemplo. Detalhes adicionais são revelados no pedido de patente US n° de série 15/636.829, intitulado CLOSED LOOP VELOCITY CONTROL TECHNIQUES FOR ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT, depositado em 29 de junho de 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade.
[00353] A Figura 18 ilustra um diagrama esquemático de um instrumento cirúrgico 750 configurado para controlar a translação distal do membro de deslocamento de acordo com um aspecto da presente revelação. Em um aspecto, o instrumento cirúrgico 750 é programado para controlar a translação distal do membro de deslocamento como o
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97/310 membro de fechamento 764. O instrumento cirúrgico 750 compreende um atuador de extremidade 752 que pode compreender um braço de aperto 766, um membro de fechamento 764 e uma lâmina ultrassônica 768 acoplada a um transdutor ultrassônico 769 acionado por um gerador ultrassônico 771.
[00354] A posição, movimento, deslocamento, e/ou a translação de um membro de deslocamento linear, como o membro de fechamento 764, podem ser medidas por um sistema de posicionamento absoluto, disposição de sensor, e um sensor de posição 784. Devido ao membro de fechamento 764 ser acoplado a um membro de acionamento longitudinalmente móvel, a posição do membro de fechamento 764 pode ser determinada mediante a medição da posição do membro de acionamento longitudinalmente móvel empregando o sensor de posição 784. Consequentemente, na descrição a seguir, a posição, deslocamento e/ou a translação do membro de fechamento 764 podem ser obtidas pelo sensor de posição 784, conforme descrito na presente invenção. Um circuito de controle 760 pode ser programado para controlar a translação do membro de deslocamento, como o membro de fechamento 764. O circuito de controle 760, em alguns exemplos, pode compreender um ou mais microcontroladores, microprocessadores, ou outros processadores adequados para executar instruções que fazem com que o processador ou processadores controlem o membro de deslocamento, por exemplo, o membro de fechamento 764, da maneira descrita. Em um aspecto, um temporizador/contador 781 fornece um sinal de saída, como o tempo decorrido ou uma contagem digital, ao circuito de controle 760 para correlacionar a posição do membro de fechamento 764 conforme determinado pelo sensor de posição 784 com a saída do temporizador/contador 781 de modo que o circuito de controle 760 possa determinar a posição do membro de fechamento 764 em um
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98/310 momento específico (t) em relação a uma posição inicial. O temporizador/contador 781 pode ser configurado para medir o tempo decorrido, contar eventos externos, ou medir eventos eternos.
[00355] O circuito de controle 760 pode gerar um sinal de ponto de ajuste 772 do motor. O sinal do ponto de ajuste do motor 772 pode ser fornecido a um controlador do motor 758. O controlador do motor 758 pode compreender um ou mais circuitos configurados para fornecer um sinal de acionamento do motor 774 ao motor 754 para acionar o motor 754, conforme descrito na presente invenção. Em alguns exemplos, o motor 754 pode ser um motor CC com motor elétrico CC escovado. Por exemplo, a velocidade do motor 754 pode ser proporcional ao sinal de acionamento do motor 774. Em alguns exemplos, o motor 754 pode ser um motor elétrico CC sem escovas e o sinal de acionamento do motor 774 pode compreender um sinal PWM fornecido para um ou mais enrolamentos de estator do motor 754. Além disso, em alguns exemplos, o controlador do motor 758 pode ser omitido, e o circuito de controle 760 pode gerar o sinal de acionamento de motor 774 diretamente.
[00356] O motor 754 pode receber energia de uma fonte de energia 762. A fonte de energia 762 pode ser ou incluir uma bateria, um super capacitor, ou qualquer outra fonte de energia adequada. O motor 754 pode ser mecanicamente acoplado ao membro de fechamento 764 por meio de uma transmissão 756. A transmissão 756 pode incluir uma ou mais engrenagens ou outros componentes de ligação para acoplar o motor 754 ao membro de fechamento 764. Um sensor de posição 784 pode detectar uma posição do membro de fechamento 764. O sensor de posição 784 pode ser ou pode incluir qualquer tipo de sensor que seja capaz de gerar dados de posição que indicar uma posição do membro de fechamento 764. Em alguns exemplos, o sensor de posição 784 pode incluir um codificador configurado para fornecer uma série de pulsos ao
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99/310 circuito de controle 760 conforme o membro de fechamento 764 translade distalmente e proximalmente. O circuito de controle 760 pode rastrear os pulsos para determinar a posição do membro de fechamento 764. Outros sensores de posição adequados podem ser usados, incluindo, por exemplo, um sensor de proximidade. Outros tipos de sensores de posição podem fornecer outros sinais que indiquem o movimento do membro de fechamento 764. Além disso, em alguns exemplos, o sensor de posição 784 pode ser omitido. Quando o motor 754 é um motor de passo, o circuito de controle 760 pode rastrear a posição do membro de fechamento 764 ao agregar o número e a orientação das etapas que o motor 754 foi instruído a executar. O sensor de posição 784 pode estar situado no atuador de extremidade 752 ou em qualquer outra porção do instrumento.
[00357] O circuito de controle 760 pode estar em comunicação com um ou mais sensores 788. Os sensores 788 podem ser posicionados no atuador de extremidade 752 e adaptados para funcionar com o instrumento cirúrgico 750 para medir os vários parâmetros derivados como distância de vão em relação ao tempo, compressão do tecido em relação ao tempo, e deformação da bigorna em relação ao tempo. Os sensores 788 podem compreender, por exemplo, um sensor magnético, um sensor de campo magnético, um medidor de esforço, um sensor de pressão, um sensor de força, um sensor indutivo como, por exemplo, um sensor de correntes parasitas, um sensor resistivo, um sensor capacitivo, um sensor óptico, e/ou quaisquer outros sensores adequados para medição de um ou mais parâmetros do atuador de extremidade 752. Os sensores 788 podem incluir um ou mais sensores.
[00358] O um ou mais sensores 788 podem compreender um medidor de esforço como, por exemplo, um medidor de microesforço, configurado para medir a magnitude do esforço na bigorna 766 durante
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100/310 uma condição apertada. O medidor de esforço fornece um sinal elétrico cuja amplitude varia com a magnitude do esforço. Os sensores 788 podem compreender um sensor de pressão configurado para detectar uma pressão gerada pela presença de tecido comprimido entre o braço de aperto 766 e a lâmina ultrassônica 768. Os sensores 788 podem ser configurados para detectar a impedância de uma seção de tecido situada entre o braço de aperto 766 e a lâmina ultrassônica 768 que é indicativa da espessura e/ou da completude do tecido situado entre os mesmos.
[00359] Os sensores 788 podem ser configurados para medir as forças exercidas sobre o braço de aperto 766 pelo sistema de acionamento de fechamento. Por exemplo, um ou mais sensores 788 podem estar em um ponto de interação entre o tubo de fechamento e o braço de pinça 766 para detectar as forças de fechamento aplicadas por um tubo de fechamento ao braço de aperto 766. As forças exercidas sobre o braço de aperto 766 podem ser representativas da compressão do tecido experimentada pela seção de tecido capturado entre o braço de aperto 766 e a lâmina ultrassônica 768. O um ou mais sensores 788 podem ser posicionados em vários pontos de interação ao longo do sistema de acionamento de fechamento para detectar as forças de fechamento aplicadas ao braço de aperto 766 pelo sistema de acionamento de fechamento. O um ou mais sensores 788 podem ser amostrados em tempo real durante uma operação de aperto por um processador do circuito de controle 760. O circuito de controle 760 recebe medições de amostra em tempo real para fornecer e analisar informações baseadas em tempo e avaliar, em tempo real, as forças de fechamento aplicadas ao braço de aperto 766.
[00360] Um sensor de corrente 786 pode ser usado para medir a corrente drenada pelo motor 754. A força necessária para avançar o membro de fechamento 764 corresponde à corrente drenada pelo
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101/310 motor 754. A força medida é convertida em um sinal digital e fornecida ao circuito de controle 760.
[00361] O circuito de controle 760 pode ser configurado para simular a resposta do sistema real do instrumento no software do controlador. Um membro de deslocamento pode ser atuado para mover um membro de fechamento 764 no atuador de extremidade 752 em ou próximo a uma velocidade alvo. O instrumento cirúrgico 750 pode incluir um controlador de retroalimentação, que pode ser um ou qualquer dos controladores de retroalimentação, incluindo, mas não se limitando a, um controlador PID, retroalimentação de estado, LQR, e/ou um controlador adaptável, por exemplo. O instrumento cirúrgico 750 pode incluir uma fonte de energia para converter o sinal do controlador de retroalimentação em uma entrada física como tensão do estojo, tensão PWM, tensão modulada por frequência, corrente, torque e/ou força, por exemplo.
[00362] O sistema de acionamento real do instrumento cirúrgico 750 é configurado para acionar o membro de deslocamento, o membro de corte ou o membro de fechamento 764, por um motor CC escovado com caixa de câmbio e ligações mecânicas a um sistema de articulação e/ou faca. Um outro exemplo é o motor elétrico 754 que opera o membro de deslocamento e o acionador de articulação, por exemplo, de um conjunto de eixo de acionamento intercambiável. Uma influência externa é uma influência desmedida e imprevisível de coisas como tecido, corpos circundantes, e atrito no sistema físico. Essa influência externa pode ser chamada de arrasto, que age em oposição ao motor elétrico 754. A influência externa, como o arrasto, pode fazer com que o funcionamento do sistema físico se desvie de uma operação desejada do sistema físico. [00363] Vários aspectos exemplificadores são direcionados a um instrumento cirúrgico 750 que compreende um atuador de extremidade 752 com implementos cirúrgicos de vedação e de corte acionados por
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102/310 motor. Por exemplo, um motor 754 pode acionar um membro de deslocamento distalmente e proximalmente ao longo de um eixo geométrico longitudinal do atuador de extremidade 752. O atuador de extremidade 752 pode compreender um braço de aperto articulável 766 e, quando configurado para o uso, uma lâmina ultrassônica 768 posicionada do lado oposto do braço de aperto 766. Um clínico pode segurar o tecido entre o braço de aperto 766 e a lâmina ultrassônica 768, conforme descrito na presente invenção. Quando pronto para usar o instrumento 750, o clínico pode fornecer um sinal de disparo, por exemplo, pressionando um gatilho do instrumento 750. Em resposta ao sinal de disparo, o motor 754 pode acionar o membro de deslocamento distalmente ao longo do eixo geométrico longitudinal do atuador de extremidade 752 partir de uma posição proximal de início de curso para uma posição de fim de curso distal da posição de início de curso. À medida que o membro de deslocamento se desloca distalmente, o membro de fechamento 764 com um membro de corte posicionado em uma extremidade distal, pode cortar o tecido entre a lâmina ultrassônica 768 e o braço de aperto 766.
[00364] Em vários exemplos, o instrumento cirúrgico 750 pode compreender um circuito de controle 760 programado para controlar a translação distal do membro de deslocamento, como o membro de fechamento 764, por exemplo, com base em uma ou mais condições do tecido. O circuito de controle 760 pode ser programado para detectar direta ou indiretamente as condições do tecido, como espessura, conforme descrito aqui. O circuito de controle 760 pode ser programado para selecionar um programa de controle com base nas condições do tecido. Um programa de controle pode descrever o movimento distal do membro de deslocamento. Diferentes programas de controle podem ser selecionados para tratar, melhor as diferentes condições de tecido. Por exemplo, quando um tecido mais espesso está presente, o circuito de
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103/310 controle 760 pode ser programado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade inferior e/ou com energia mais baixa. Quando um o tecido mais fino está presente, o circuito de controle 760 pode ser programado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade mais alta e/ou com maior energia.
[00365] Em um aspecto, o circuito de controle 760 pode operar inicialmente o motor 754 em uma configuração de circuito aberto para uma primeira porção de circuito aberto do curso do membro de deslocamento. Com base em uma resposta do instrumento 750 durante a porção de circuito aberto do curso, o circuito de controle 760 pode selecionar um programa de controle de disparo. A resposta do instrumento pode incluir uma tradução da distância do membro de deslocamento durante a porção de circuito aberto, um tempo decorrido durante a porção de circuito aberto, a energia fornecida ao motor 754 durante a porção de circuito aberto, uma soma de larguras de pulso de um sinal de acionamento de motor, etc. Após a porção de circuito aberto, o circuito de controle 760 pode implementar o programa de controle de disparo selecionado para uma segunda porção do curso do membro de deslocamento. Por exemplo, durante a porção de circuito fechado do curso, o circuito de controle 760 pode modular o motor 754 com base em dados de translação que descrevem uma posição do membro de deslocamento em uma maneira de circuito fechado para transladar o membro de deslocamento em uma velocidade constante. Detalhes adicionais são revelados no pedido de patente US n° de série 15/720.852, intitulado SYSTEM AND METHODS FOR CONTROLLING A DISPLAY OF A SURGICAL INSTRUMENT, depositado em 29 de setembro de 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade.
[00366] A Figura 19 é um diagrama esquemático de um instrumento cirúrgico 790 configurado para controlar várias funções de acordo com um aspecto da presente revelação. Em um aspecto, o instrumento
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104/310 cirúrgico 790 é programado para controlar a translação distal de um membro de deslocamento como o membro de fechamento 764. O instrumento cirúrgico 790 compreende um atuador de extremidade 792 que pode compreender um braço de aperto 766, um membro de fechamento 764, e uma lâmina ultrassônica 768 que podem ser intercambiados com ou funcionar em conjunto com um ou mais eletrodos de RF 796 (mostrado em linha tracejada). A lâmina ultrassônica 768 é acoplada a um transdutor ultrassônico 769 acionado por um gerador ultrassônico 771.
[00367] Em um aspecto, os sensores 788 podem ser implementados como uma chave limite, dispositivo eletromecânico, chaves de estado sólido, dispositivos de efeito Hall, dispositivos de RM, dispositivos GMR, magnetômetros, entre outros. Em outras implementações, os sensores 638 podem ser chaves de estado sólido que operam sob a influência da luz, como os sensores ópticos, sensores de infravermelho, sensores de ultravioleta, dentre outros. Além disso, as chaves podem ser dispositivos de estado sólido como transístores (por exemplo, FET, FET de junção, MOSFET, bipolar, e similares). Em outras implementações, os sensores 788 podem incluir chaves elétricas sem condutor, chaves ultrassônicas, acelerômetros, sensores de inércia e, entre outros.
[00368] Em um aspecto, o sensor de posição 784 pode ser implementado como um sistema de posicionamento absoluto, que compreende um sistema de posicionamento absolusto, giratório e magnético implementado como um sensor de posição giratório, magnético, de chip único, AS5055EQFT, disponível junto à Austria Microsystems, AG. O sensor de posição 784 pode fazer interface com o circuito de controle 760 para fornecer um sistema de posicionamento absoluto. A posição pode incluir elementos de efeito Hall múltiplos localizados acima de um imã e acoplado a um processador CORDIC, também conhecido como o método dígito por dígito e algoritmo de
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Voider, que é fornecido para implementar um algoritmo simples e eficiente para calcular funções hiperbólicas e trigonométricas que exigem apenas operações de adição, subtração, deslocamento de bits e tabela de pesquisa.
[00369] Em alguns exemplos, o sensor de posição 784 pode ser omitido. Quando o motor 754 é um motor de passo, o circuito de controle 760 pode rastrear a posição do membro de fechamento 764 ao agregar o número e a orientação das etapas que o motor foi instruído a executar. O sensor de posição 784 pode estar situado no atuador de extremidade 792 ou em qualquer outra porção do instrumento.
[00370] O circuito de controle 760 pode estar em comunicação com um ou mais sensores 788. Os sensores 788 podem ser posicionados no atuador de extremidade 792 e adaptados para funcionar com o instrumento cirúrgico 790 para medir os vários parâmetros derivados como distância de vão em relação ao tempo, compressão do tecido em relação ao tempo, e deformação da bigorna em relação ao tempo. Os sensores 788 podem compreender, por exemplo, um sensor magnético, um sensor de campo magnético, um medidor de esforço, um sensor de pressão, um sensor de força, um sensor indutivo como, por exemplo, um sensor de correntes parasitas, um sensor resistivo, um sensor capacitivo, um sensor óptico, e/ou quaisquer outros sensores adequados para medição de um ou mais parâmetros do atuador de extremidade 792. Os sensores 788 podem incluir um ou mais sensores.
[00371] Uma fonte de energia de RF 794 é acoplada ao atuador de extremidade 792 e é aplicada ao eletrodo de RF 796 quando o eletrodo de RF 796 é fornecido no atuador de extremidade 792 no lugar da lâmina ultrassônica 768 ou para funcionar em conjunto com a lâmina ultrassônica 768. Por exemplo, a lâmina ultrassônica é produzida a
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106/310 partir de metal eletricamente condutivo e pode ser empregada como a trajetória de retorno para a corrente eletrocirúrgica de RF. O circuito de controle 760 controla o fornecimento da energia de RF ao eletrodo de RF 796.
[00372] Detalhes adicionais são revelados no pedido de patente US n° de série 15/636.096, intitulado SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITH STAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCY CARTRIDGE, AND METHOD OF USING SAME, depositado em 28 de junho de 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade.
Algoritmos de controle de lâmina ultrassônica adaptáveis
[00373] Em vários aspectos, os dispositivos de energia ultrassônica inteligentes podem compreender algoritmos adaptáveis para controlar a operação da lâmina ultrassônica. Em um aspecto, os algoritmos de controle da lâmina ultrassônica adaptáveis são configurados para identificar o tipo de tecido e ajustar os parâmetros do dispositivo. Em um aspecto, os algoritmos de controle da lâmina ultrassônica são configurados para parametrizar o tipo de tecido. Um algoritmo para detectar a razão colágeno/razão de tecido para ajustar a amplitude da ponta distal da lâmina ultrassônica é descrito na seção a seguir da presente revelação. Vários aspectos dos dispositivos ultrassônicos inteligentes são aqui descritos em conexão com as Figuras 1 a 94, por exemplo. Consequentemente, a descrição a seguir dos algoritmos de controle da lâmina ultrassônica adaptáveis deve ser lida em conjunto com as Figuras 1 a 94 e a descrição associada aos mesmos.
Identificação do tipo de tecido e ajustes dos parâmetros do dispositivo [00374] Em certos procedimentos cirúrgicos seria desejável usar algoritmos de controle da lâmina ultrassônica adaptáveis. Em um aspecto, os algoritmos de controle da lâmina ultrassônica adaptáveis podem ser usados para ajustar os parâmetros do dispositivo ultrassônico com base
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107/310 no tipo de tecido em contato com a lâmina ultrassônica. Em um aspecto, os parâmetros do dispositivo ultrassônico podem ser ajustados com base na localização do tecido dentro das garras do atuador de extremidade ultrassônico, por exemplo, a localização do tecido entre o braço de aperto e a lâmina ultrassônica. A impedância do transdutor ultrassônico pode ser usada para diferenciar a porcentagem do tecido que está situado na extremidade distal ou proximal do atuador de extremidade. As reações do dispositivo ultrassônico podem ser com base no tipo de tecido ou na compressibilidade do tecido. Em um outro aspecto, os parâmetros do dispositivo ultrassônico podem ser ajustados com base no tipo de tecido identificado ou na parametrização. Por exemplo, a amplitude do deslocamento mecânico da ponta distal da lâmina ultrassônica pode ser ajustada com base na razão entre colágeno e elastina no tecido detectada durante o procedimento de identificação de tecido. A razão entre colágeno e elastina do tecido pode ser detectada com o uso de uma variedade de técnicas incluindo reflectância e emissividade de superfície no infravermelho (IR) reflectância. A força aplicada ao tecido pelo braço de aperto e/ou o curso do braço de aperto para produzir vão e compressão. A continuidade elétrica através de uma garra equipada com eletrodos pode ser usada para determinar a porcentagem da garra que é coberta com tecido.
[00375] A Figura 20 é um sistema 800 configurado para executar algoritmos de controle de lâmina ultrassônica adaptáveis em uma rede de dados cirúrgicos que compreende um hub de comunicação modular, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. Em um aspecto, o módulo gerador 240 é configurado para executar os algoritmos de controle da lâmina ultrassônica adaptáveis 802, conforme descrito aqui com referência às Figuras 53 a 105. Em um aspecto, o dispositivo/instrumento 235 é configurado para executar os algoritmos de controle da lâmina ultrassônica adaptáveis 804, conforme descrito aqui
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108/310 com referência às Figuras 53 a 105. Em um outro aspecto, tanto o dispositivo/instrumento 235 e o dispositivo/instrumento 235 são configurados para executar os algoritmos de controle da lâmina ultrassônica adaptáveis 802, 804 conforme descrito na presente invenção com referência às Figuras 53 a 105.
[00376] O módulo gerador 240 pode compreender um estágio isolado de paciente em comunicação com um estágio não isolado por meio de um transformador de energia. Um enrolamento secundário do transformador de energia está contido no estágio isolado e pode compreender uma configuração com derivação (por exemplo, uma configuração com derivação central ou com derivação não central) para definir as saídas de sinal de acionamento, de modo a entregar sinais de acionamento a diferentes instrumentos cirúrgicos, como um dispositivo cirúrgico ultrassônico e um instrumento eletrocirúrgico de RF, e um instrumento cirúrgico multifuncional que inclui modos de energia ultrassônica e de RF que podem ser liberados sozinhos ou simultaneamente. Em particular, as saídas do sinal de acionamento podem emitir um sinal de acionamento ultrassônico (por exemplo, um sinal de acionamento quadrado médio da raiz (RMS) de 420 V para um instrumento cirúrgico ultrassônico 241, e as saídas do sinal de acionamento podem emitir um sinal de acionamento eletrocirúrgico de RF (por exemplo, um sinal de acionamento eletrocirúrgico de 100 V) para um instrumento eletrocirúrgico de RF 241. Aspectos do módulo gerador 240 são aqui descritos com referência às Figuras 21 a 28B.
[00377] O módulo gerador 240 ou o dispositivo/instrumento 235 ou ambos são acoplados à torre de controle modular 236 conectada a múltiplos dispositivos de sala de operação como, por exemplo, Instrumentos cirúrgicos inteligentes, robôs, e outros dispositivos computadorizados localizados na sala de operação, conforme descrito com referência às Figuras 8 a 11, por exemplo.
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Hardware do gerador
[00378] A Figura 21 ilustra um exemplo de um gerador 900, que é uma forma de um gerador configurado para se acoplar a um instrumento ultrassônico e configurado adicionalmente para executar algoritmos de controle da lâmina ultrassônica adaptáveis em uma rede de dados cirúrgicos compreendendo um hub de comunicação modular conforme mostrado na Figura 20. O gerador 900 é configurado para fornecer múltiplas modalidades de energia a um instrumento cirúrgico. O gerador 900 fornece sinais ultrassônicos e de RF para fornecer energia a um instrumento cirúrgico, independentemente ou simultaneamente. Os sinais ultrassônicos e de RF podem ser fornecidos sozinhos ou em combinação e podem ser fornecidos simultaneamente. Conforme indicado acima, ao menos uma saída de gerador pode fornecer múltiplas modalidades de energia (por exemplo, ultrassônica, bipolar ou monopolar de RF, de eletroporação irreversível e/ou reversível, e/ou energia de micro-ondas, entre outras) através de uma única porta, e esses sinais podem ser fornecidos separadamente ou simultaneamente ao atuador de extremidade para tratar tecido. O gerador 900 compreende um processador 902 acoplado a um gerador de forma de onda 904. O processador 902 e o gerador de forma de onda 904 são configurados para gerar diversas formas de onda de sinal com base em informações armazenadas em uma memória acoplada ao processador 902, não mostrada a título de clareza da revelação. As informações digitais associadas com uma forma de onda são fornecidas ao gerador de forma de onda 904 que inclui um ou mais circuitos DAC para converter a entrada digital em uma saída analógica. A saída analógica é alimentada a um amplificador 1106 para condicionamento e amplificação de sinal. A saída condicionada e amplificada do amplificador 906 é acoplada a um transformador de energia 908. Os sinais são acoplados pelo transformador de energia
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908 ao lado secundário, que é no lado de isolamento de paciente. Um primeiro sinal de uma primeira modalidade de energia é fornecido ao instrumento cirúrgico entre os terminais identificados como ENERGIAi e RETORNO. Um segundo sinal de uma segunda modalidade de energia é acoplado por um capacitor 910 e é fornecido ao instrumento cirúrgico entre os terminais identificados como ENERGIA2 e RETORNO. Será reconhecido que mais do que duas modalidades de energia podem ser emitidas e, portanto, o subscrito n pode ser usado para designar que até n terminais ENERGIAn podem ser fornecidos, em que n é um número inteiro positivo maior que 1. Também será reconhecido que até n trajetórias de retorno, RETORNOn podem ser fornecidas sem que se afaste do escopo da presente revelação.
[00379] Um segundo circuito de detecção de tensão 912 é acoplado através dos terminais identificados como ENERGIAi e a trajetória de RETORNO para medir a tensão de saída entre eles. Um segundo circuito de detecção de tensão 924 é acoplado através dos terminais identificados como ENERGIA2 e a trajetória de RETORNO para medir a tensão de saída entre eles. Um circuito de detecção de corrente 914 está disposto em série com a perna RETORNO do lado secundário do transformador de energia 908 conforme mostrado para medir a corrente de saída para qualquer modalidade de energia. Se diferentes trajetórias de retorno são fornecidas para cada modalidade de energia, então um circuito de detecção de corrente separado seria fornecido em cada perna de retorno. As saídas do primeiro e segundo circuitos de detecção de tensão 912, 924 são fornecidas aos respectivos transformadores de isolamento 916, 922 e a saída do circuito de detecção de corrente 914 é fornecida a outro transformador de isolamento 918. As saídas dos transformadores de isolamento 916, 928, 922 no lado primário do transformador de energia 908 (lado não isolado do paciente) são fornecidas a um ou mais circuitos ADC 926. A saída digitalizada do
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111/310 circuito ADC 926 é fornecida para o processador 902 para processamento adicional e computação. As tensões de saída e as informações de retroalimentação de corrente de saída podem ser empregadas para ajustar a tensão de saída e a corrente fornecida para o instrumento cirúrgico, e para computar a impedância de saída, entre outros parâmetros. As comunicações de entrada/saída entre o processador 902 e os circuitos isolados do paciente são fornecidas através de um circuito de interface 920. Os sensores podem, também, estar em comunicação elétrica com o processador 902 por meio do circuito de interface 920.
[00380] Em um aspecto, a impedância pode ser determinada pelo processador 902 dividindo-se a saída do primeiro circuito de detecção de tensão 912 acoplado sobre os terminais identificados como ENERGIAi/RETORNO ou do segundo circuito de detecção de tensão 924 acoplado sobre os terminais identificados como ENERGIA2/RETORNO, pela saída do circuito de detecção de corrente 914 disposto em série com a perna de RETORNO do lado secundário do transformador de energia 908. As saídas do primeiro e segundo circuitos de detecção de tensão 912, 924 são fornecidas para separar os isolamentos transformadores 916, 922 e a saída do circuito de detecção de corrente 914 é fornecida para um outro transformador de isolamento 916. As medições de detecção de tensão e corrente digitalizados do circuito ADC 926 são fornecidas ao processador 902 para computar a impedância. Como um exemplo, a primeira modalidade de energia ENERGIA1 pode ser a energia ultrassônica e a segunda modalidade de energia ENERGIA2 pode ser a energia de RF. No entanto, além das modalidades de energia de RF ultrassônica e bipolar ou monopolar, outras modalidades de energia incluem eletroporação irreversível e/ou reversível e/ou energia de micro-ondas, entre outras. Além disso, embora o exemplo ilustrado na Figura 21 mostra uma única
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112/310 trajetória de retorno RETORNO que pode ser fornecida para duas ou mais modalidades de energia, em outros aspectos, várias trajetórias de retorno RETORNOn podem ser fornecidas para cada modalidade de energia ENERGIAn. Assim, como aqui descrito, a impedância do transdutor ultrassônico pode ser medida dividindo a saída do primeiro circuito de detecção de tensão 912 pelo circuito de detecção de corrente 914 e a impedância de tecido pode ser medida dividindo a saída do segundo circuito de detecção de tensão 924 pelo circuito de detecção de corrente 914.
[00381] Conforme mostrado na Figura 21, o gerador 900 compreendendo ao menos uma porta de saída pode incluir um transformador de energia 908 com uma única saída e com múltiplas derivações para fornecer energia sob a forma de uma ou mais modalidades de energia, como ultrassônica, RF bipolar ou monopolar, eletroporação irreversível e/ou reversível, e/ou energia de micro-ondas, entre outros, por exemplo ao atuador de extremidade dependendo do tipo de tratamento de tecido sendo executado. Por exemplo, o gerador 900 pode fornecer energia com maior tensão e menor corrente para conduzir um transdutor ultrassônico, com menor tensão e maior corrente para conduzir eletrodos de RF para vedar o tecido ou com uma forma de onda de coagulação para coagulação pontual usando eletrodos eletrocirúrgicos RF monopolar ou bipolar. A forma de onda de saída do gerador 900 pode ser orientada, chaveada ou filtrada para fornecer a frequência ao atuador de extremidade do instrumento cirúrgico. A conexão de um transdutor ultrassônico à saída do gerador 900 seria de preferência localizada entre a saída identificada como ENERGIA1 e RETORNO, conforme mostrado na Figura 21. Em um exemplo, uma conexão de eletrodos bipolares de RF à saída do gerador 900 estaria preferencialmente situada entre a saída identificada como ENERGIA2 e o RETORNO. No caso de saída monopolar, as conexões preferenciais seriam eletrodo ativo (por exemplo,
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113/310 feixe luminoso ou outra sonda) para a saída ENERGIA2 e um bloco de retorno adequado conectada à saída RETORNO.
[00382] Detalhes adicionais são revelados na publicação de pedido de patente US n° 2017/0086914 intitulada TECHNIQUES FOR OPERATING GENERATOR FOR DIGITALLY GENERATING ELECTRICAL SIGNAL WAVEFORMS AND SURGICAL INSTRUMENTS, que foi publicada em 30 de março de 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade.
[00383] Conforme usado ao longo desta descrição, o termo sem fio e seus derivados podem ser usados para descrever circuitos, dispositivos, sistemas, métodos, técnicas, canais de comunicação etc., que podem comunicar dados através do uso de radiação eletromagnética modulada através de um meio não sólido. O termo não implica que os dispositivos associados não contêm quaisquer fios, embora em alguns aspectos eles podem não ter. O módulo de comunicação pode implementar qualquer de uma série de padrões ou protocolos de comunicação sem fio e com fio, incluindo, mas não se limitando a, Wi-Fi (família IEEE 802.11), WiMAX (família IEEE 802.16), IEEE 802.20, evolução de longo prazo (LTE, long-term evolution), EvDO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, derivados de Ethernet dos mesmos, bem como quaisquer outros protocolos sem fio e com fio que são designados como 3G, 4G, 5G, e além. O módulo de computação pode incluir uma pluralidade de módulos de comunicação. Por exemplo, um primeiro módulo de comunicação pode ser dedicado a comunicações sem fio de curto alcance como Wi-Fi e Bluetooth, e um segundo módulo de comunicação pode ser dedicado a comunicações sem fio de alcance mais longo como GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, e outros.
[00384] Como usado na presente invenção um processador ou
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114/310 unidade de processamento é um circuito eletrônico que executa operações em alguma fonte de dados externa, geralmente a memória ou algum outro fluxo de dados. O termo é usado na presente invenção para se referir ao processador central (unidade de processamento central) em um sistema ou sistemas de computador (especificamente sistemas em um chip (SoCs)) que combinam vários processadores especializados.
[00385] Como usado aqui, um sistema em um chip ou sistema no chip (SoC ou SOC) é um circuito integrado (também conhecido como um IC ou chip) que integra todos os componentes de um computador ou outros sistemas eletrônicos. Pode conter funções digitais, analógicas, misturadas e frequentemente de radiofrequência — todos sobre um único substrato. Um SoC integra um microcontrolador (ou microprocessador) com periféricos avançados como unidade de processamento gráfico (GPU), módulo i-Fi, ou coprocessador. Um SoC pode ou não conter memória interna.
[00386] Como usado aqui, um microcontrolador ou controlador é um sistema que integra um microprocessador com circuitos periféricos e memória. Um microcontrolador (ou MCU para unidade do microcontrolador) pode ser implementado como um computador pequeno em um único circuito Integrado. Pode ser similar a um SoC; um SoC pode incluir um microcontrolador como um de seus componentes. Um microcontrolador pode conter uma ou mais unidades de processamento de núcleo (CPUs) juntamente com memória e periféricos de entrada/saída programáveis. A memória do programa na forma de RAM ferroelétrica, NOR flash ou ROM OTP também é muitas vezes incluída no chip, bem como uma pequena quantidade de RAM. Os microcontroladores podem ser usados para aplicações integradas, em contraste com os microprocessadores usados em computadores pessoais ou outras aplicações de propósitos
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115/310 gerais que consiste em vários circuitos integrados distintos.
[00387] Como usado na presente invenção, o termo controlador ou microcontrolador pode ser um dispositivo de chip ou IC (circuito integrado) independente que faz interface com um dispositivo periférico. Essa pode ser uma ligação entre duas partes de um computador ou um controlador em um dispositivo externo que gerencia a operação de (e conexão com) daquele dispositivo.
[00388] Qualquer dos processadores ou microcontrolador na presente invenção pode ser qualquer implementado por qualquer processador de núcleo único ou de múltiplos núcleos, como aqueles conhecidos sob o nome comercial de ARM Cortex pela Texas Instruments. Em um aspecto, o processador pode ser um processador Core Cortex-M4F LM4F230H5QR ARM, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo, que compreende uma memória integrada de memória flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de busca antecipada para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma memória de acesso aleatório seriada de ciclo único de 32 KB (SRAM), uma memória só de leitura interna (ROM) carregada com o programa StellarisWare®, memória só de leitura programável e apagável eletricamente (EEPROM) de 2 KB, um ou mais módulos de modulação por largura de pulso (PWM), uma ou mais análogos de entradas de codificador de quadratura (QEI), um ou mais conversores analógico para digital (ADC) de 12 bits com 12 canais de entrada analógica, detalhes dos quais estão disponíveis para a folha de dados do produto.
[00389] Em um aspecto, o processador pode compreender um controlador de segurança que compreende duas famílias com base em controlador, como TMS570 e RM4x, conhecidas sob o nome comercial de Hercules ARM Cortex R4, também pela Texas Instruments. O controlador de segurança pode ser configurado especificamente para as aplicações críticas de segurança IEC 61508 e ISO 26262, dentre outras, para fornecer
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116/310 recursos avançados de segurança integrada enquanto fornece desempenho, conectividade e opções de memória escalonáveis.
[00390] Os dispositivos modulares incluem os módulos (conforme descrito em conexão com Figuras 3 e 9, por exemplo) que são recebíveis dentro de um hub cirúrgico e os dispositivos ou instrumentos cirúrgicos que podem ser conectados aos vários módulos a fim de conectar ou emparelhar com o hub cirúrgico correspondente. Os dispositivos modulares incluem, por exemplo, instrumentos cirúrgicos inteligentes, dispositivos de imageamento médicos, dispositivos de sucção/irrigação, evacuadores de fumaça, geradores de energia, ventiladores, insufladores e exibições. Os dispositivos modulares aqui descritos podem ser controlados por algoritmos de controle. Os algoritmos de controle podem ser executados no dispositivo modular em si, no hub cirúrgico ao qual o dispositivo modular específico está emparelhado, ou tanto no dispositivo modular quanto no hub cirúrgico (por exemplo, cirúrgico (por exemplo, através de uma arquitetura de computação distribuída). Em algumas exemplificações, os algoritmos de controle dos dispositivos modulares controlam os dispositivos com base nos dados detectados pelo próprio dispositivo modular (isto é, por sensores em, sobre ou conectados ao dispositivo modular). Esses dados podem ser relacionados ao paciente sendo operado (por exemplo, propriedades de tecido ou pressão de insuflação) ou ao dispositivo modular em si (por exemplo, a taxa na qual uma faca está sendo avançada, a corrente do motor, ou os níveis de energia). Por exemplo, um algoritmo de controle para um instrumento de grampeamento e corte cirúrgico pode controlar a taxa na qual o motor do instrumento aciona sua faca através do tecido de acordo com a resistência encontrada pela faca à medida que avança.
[00391] A Figura 22 ilustra uma forma de um sistema cirúrgico 1000 que compreende um gerador 1100 e vários instrumentos cirúrgicos 1104, 1106 e 1108 usáveis com este, sendo que o instrumento cirúrgico 1104 é
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117/310 um instrumento cirúrgico ultrassônico, o instrumento cirúrgico 1106 é um instrumento eletrocirúrgico de RF, e o instrumento cirúrgico multifuncional 1108 é uma combinação de instrumento eletrocirúrgico ultrassônico/ RF. O gerador 1100 é configurável para uso com uma variedade de instrumentos cirúrgicos. De acordo com várias formas, o gerador 1100 pode ser configurável para uso com instrumentos cirúrgicos diferentes de diferentes tipos, incluindo, por exemplo, o instrumento cirúrgico ultrassônico 1104, os instrumentos eletrocirúrgicos de RF 1106 e o instrumento cirúrgico multifuncional 1108 que integra energias ultrassônicas e de RF fornecidas simultaneamente a partir do gerador 1100. Embora na forma da Figura 22 o gerador 1100 seja mostrado separado dos instrumentos cirúrgicos 1104, 1106, 1108 em uma forma, o gerador 1100 pode ser formado integralmente com quaisquer dos instrumentos cirúrgicos 1104, 1106 e 1108 para formar um sistema cirúrgico unitário. O gerador 1100 compreende um dispositivo de entrada 1110 situado em um painel frontal do console do gerador 1100. O dispositivo de entrada 1110 pode compreender qualquer dispositivo adequado que gere sinais adequados para programação do funcionamento do gerador 1100. O gerador 1100 pode ser configurado para comunicação com fio ou sem fio.
[00392] O gerador 1100 é configurado para acionar múltiplos instrumentos cirúrgicos 1104, 1106, 1108. O primeiro instrumento cirúrgico é um instrumento cirúrgico ultrassônico 1104 e compreende uma empunhadura 1105 (HP), um transdutor ultrassônico 1120, um eixo de acionamento 1126 e um atuador de extremidade 1122. O atuador de extremidade 1122 compreende uma lâmina ultrassônica 1128 acoplada acusticamente ao transdutor ultrassônico 1120 e um braço de aperto 1140. A empunhadura 1105 compreende um gatilho 1143 para operar o braço de aperto 1140 e uma combinação de botões de alternância 1134a, 1134b, 1134c para energizar e acionar a lâmina ultrassônica
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1128 ou outra função. Os botões de alternância 1134a, 1134b, 1134c podem ser configurados para energizar o transdutor ultrassônico 1120 com o gerador 1100.
[00393] O gerador 1100 é também configurado para acionar um segundo instrumento cirúrgico 1106. O segundo instrumento cirúrgico 1106 é um instrumento eletrocirúrgico de RF e compreende uma empunhadura 1107 (HP), um eixo de acionamento 1127 e um atuador de extremidade 1124. O atuador de extremidade 1124 compreende eletrodos nos braços de aperto 1142a e 1142b e retorno através da porção de condutor elétrico do eixo de acionamento 1127. Os eletrodos são acoplados à fonte de energia bipolar dentro do gerador 1100 e energizadas pela mesma. A empunhadura 1107 compreende um gatilho 1145 para operar os braços de aperto 1142a, 1142b e um botão de energia 1135 para atuar uma chave de energia para energizar os eletrodos no atuador de extremidade 1124.
[00394] O gerador 1100 é também configurado para acionar um instrumento cirúrgico multifuncional 1108. O instrumento cirúrgico multifuncional 1108 compreende uma empunhadura 1109, um eixo de acionamento 1129 e um atuador de extremidade 1125. O atuador de extremidade 1125 compreende uma lâmina ultrassônica 1149 e um braço de aperto 1146. A lâmina ultrassônica 1149 é acoplada acusticamente ao transdutor ultrassônico 1120. A empunhadura 1109 compreende um gatilho 1147 para operar o braço de aperto 1146 e uma combinação de botões de alternância 1137a, 1137b, 1137c para energizar e acionar a lâmina ultrassônica 1149 ou outra função. Os botões de alternância 1137a, 1137b, 1137c podem ser configurados para energizar o transdutor ultrassônico 1120 com o gerador 1100 e energizar a lâmina ultrassônica 1149 com a fonte de energia bipolar também contida dentro do gerador 1100.
[00395] O gerador 1100 é configurável para uso com uma variedade
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119/310 de instrumentos cirúrgicos. De acordo com várias formas, o gerador 1100 pode ser configurável para uso com instrumentos cirúrgicos diferentes de diferentes tipos, incluindo, por exemplo, o instrumento cirúrgico ultrassônico 1104, o instrumento cirúrgico de RF 1106 e o instrumento cirúrgico multifuncional 1108 que integra energias ultrassônicas e de RF fornecidas simultaneamente a partir do gerador 1100. Embora na forma da Figura 22 o gerador 1100 seja mostrado separado dos instrumentos cirúrgicos 1104, 1106, 1108 em uma outra forma, o gerador 1100 pode ser formado integralmente com qualquer um dos instrumentos cirúrgicos 1104, 1106, 1108 para formar um sistema cirúrgico unitário. Conforme discutido acima, o gerador 1100 compreende um dispositivo de entrada 1110 situado em um painel frontal do console do gerador 1100. O dispositivo de entrada 1110 pode compreender qualquer dispositivo adequado que gere sinais adequados para programação do funcionamento do gerador 1100. O gerador 1100 pode também compreender um ou mais dispositivos de saída 1112. Outros aspectos de geradores para gerar digitalmente formas de onda de sinal elétrico e instrumentos cirúrgicos são descritos na publicação de patente US-2017-0086914-A1, que está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[00396] A Figura 23 é um atuador de extremidade 1122 do dispositivo ultrassônico exemplificador 1104, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. O atuador de extremidade 1122 pode compreender uma lâmina 1128 que pode ser acoplado ao transdutor ultrassônico 1120 através de um guia de Ondas. Quando acionada pelo transdutor ultrassônico 1120, a lâmina 1128 pode vibrar e, quando colocada em contato com tecidos, pode cortar e/ou coagular os mesmos, conforme descrito na presente invenção. De acordo com vários aspectos, e conforme ilustrado na Figura 23, o atuador de extremidade 1122 pode compreender também um braço de aperto 1140 que pode ser
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120/310 configurado para ação cooperativa com a lâmina 1128 do atuador de extremidade 1122. Com a lâmina 1128, o braço de aperto 1140 pode compreender um conjunto de garras. O braço de aperto 1140 pode ser conectado de forma articulada em uma extremidade distal de um eixo de acionamento 1126 da porção instrumental 1104. O braço de aperto 1140 pode incluir um bloco de tecido do braço de aperto 1163, o qual pode ser formado de Teflon® ou outro material de baixo atrito adequado. O bloco 1163 pode ser montado para cooperação com a lâmina 1128, com movimento pivotante do braço de aperto 1140 que posiciona o bloco de aperto 1163 em uma relação substancialmente paralela a, e em contato com, a lâmina 1128. Para essa construção, uma porção tecidual a ser apertada pode ficar presa entre o bloco para tecido 1163 e a lâmina 1128. O bloco de tecido 1163 pode ser dotado de uma configuração semelhante a dente de serra incluindo uma pluralidade de dentes de preensão 1161 axialmente espaçados e que se estendem proximalmente para melhorar a preensão do tecido em cooperação com a lâmina 1128. O braço de aperto 1140 pode fazer a transição da posição aberta mostrada na Figura 23 para uma posição fechada (com o braço de aperto 1140 em contato com ou próximo à lâmina 1128) de qualquer maneira adequada. Por exemplo, a empunhadura 1105 pode compreender um gatilho de fechamento de garra. Quando acionado por um clínico, o gatilho de fechamento de garra pode girar braço de aperto 1140 de qualquer maneira adequada.
[00397] O gerador 1100 pode ser ativado para fornecer o sinal de acionamento ao transdutor ultrassônico 1120 de qualquer maneira adequada. Por exemplo, o gerador 1100 pode compreender uma chave de pedal 1430 (Figura 24) acoplada ao gerador 1100 por meio de um cabo de chave de pedal 1432. Um clínico pode ativar o transdutor ultrassônico 1120 e, desse modo, o transdutor ultrassônico 1120 e a lâmina 1128, pressionando a chave de pedal 1430. Além disso, ou em
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121/310 vez da chave de pedal 1430, alguns aspectos do dispositivo ultrassônico
1104 podem utilizar uma ou mais chaves posicionadas na empunhadura
1105 que, quando ativadas, podem fazer com que o gerador 1100 ative o transdutor ultrassônico 1120. Em um aspecto, por exemplo, as uma ou mais chaves podem compreender um par de botões de alternância 1134a, 1134b, 1134c (Figura 22), por exemplo, para determinar um modo de operação do dispositivo 1104. Quando o botão de alternância 1134a é pressionado, por exemplo, o gerador ultrassônico 1100 pode fornecer um sinal de acionamento máximo ao transdutor 1120, fazendo com que o mesmo produza um máximo de saída de energia ultrassônica. Pressionar o botão de alternância 1134b pode fazer com que o gerador ultrassônico 1100 forneça um sinal de acionamento selecionável pelo usuário ao transdutor ultrassônico 1120, fazendo com que este produza menos que a máxima saída de energia ultrassônica. O dispositivo 1104 adicional ou alternativamente pode compreender uma segunda chave para, por exemplo, indicar uma posição de um gatilho de fechamento de garra para operar as garras através do braço de aperto 1140 do atuador de extremidade 1122. Além disso, em alguns aspectos, o gerador ultrassônico 1100 pode ser ativado com base na posição do gatilho de fechamento da garra, (por exemplo, conforme o clínico pressiona o gatilho de fechamento da garra para fechar através do braço de aperto 1140, pode ser aplicada uma energia ultrassônica). [00398] Adicional ou alternativamente, as uma ou mais chaves podem compreender um botão de alternância 1134c que, quando pressionado, faz com que o gerador 1100 forneça uma saída em pulsos (Figura 22). Os pulsos podem ser fornecidos a qualquer frequência e agrupamento adequados, por exemplo. Em certos aspectos, o nível de energia dos pulsos pode consistir nos níveis de energia associados aos botões de alternância 1134a, 1134b (máximo, menos que máximo), por exemplo.
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[00399] Será reconhecido que um dispositivo 1104 pode compreender qualquer combinação dos botões de alternância 1134a, 1134b, 1134c (Figura 22). Por exemplo, o dispositivo 1104 poderia ser configurado de modo a ter apenas dois botões de alternância: um botão de alternância 1134a para produzir um máximo de saída de energia ultrassônica e um botão de alternância 1134c para produzir uma saída pulsada, seja no nível de energia máximo ou menor que o máximo. Desse modo, a configuração de saída do sinal de acionamento do gerador 1100 poderia ser cinco sinais contínuos, ou qualquer número discreto de sinais pulsados individuais (1, 2, 3, 4 ou 5). Em certos aspetos, a configuração específica de sinal de acionamento pode ser controlada com base, por exemplo, nas configurações de EEPROM no gerador 1100 e/ou seleções do nível de energia pelo usuário.
[00400] Em certos aspectos, uma chave de duas posições pode ser oferecida como alternativa a um botão de alternância 1134c (Figura 22). Por exemplo, um dispositivo 1104 pode incluir um botão de alternância 1134a para produzir uma saída contínua em um nível de energia máximo e um botão de alternância de duas posições 1134b. Em uma primeira posição predeterminada, o botão de alternância 1134b pode produzir uma saída contínua em um nível de energia menor que o máximo, e em uma segunda posição de detenção, o botão de alternância 1134b pode produzir uma saída em pulsos (por exemplo, em um nível de energia máximo ou menor que o máximo, dependendo da configuração da EEPROM).
[00401] Em alguns aspectos, o atuador de extremidade eletrocirúrgico de RF 1124, 1125 (Figura 22) pode compreender também um par de eletrodos. Os eletrodos podem estar em comunicação com o gerador 1100, por exemplo, através de um cabo. Os eletrodos podem ser usados, por exemplo, para medir uma impedância de uma porção tecidual presente entre o braço de aperto 1142a, 1146 e a lâmina 1142b, 1149. O gerador 1100 pode fornecer um sinal (por exemplo, um sinal não terapêutico) aos
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123/310 eletrodos. A impedância da porção de tecido pode ser encontrada, por exemplo, pelo monitoramento da corrente, tensão, etc. do sinal.
[00402] Em vários aspectos, o gerador 1100 pode compreender vários elementos funcionais separados, como módulos e/ou blocos, conforme mostrado na Figura 24, um diagrama do sistema cirúrgico 1000 da Figura 22. Diferentes módulos ou elementos funcionais podem ser configurados para acionar diferentes tipos de dispositivos cirúrgicos 1104, 1106, 1108. Por exemplo, um módulo gerador ultrassônico pode acionar um dispositivo ultrassônico, como o instrumento ultrassônico 1104. Um módulo gerador para eletrocirurgia/RF pode acionar o dispositivo eletrocirúrgico 1106. Os módulos podem gerar os respectivos sinais de acionamento para acionar os dispositivos cirúrgicos 1104, 1106, 1108. Em vários aspectos, cada um dentre o módulo gerador ultrassônico e/ou o módulo gerador para eletrocirurgia/RF pode ser formado integralmente com o gerador 1100. Alternativamente, um ou mais dos módulos podem ser fornecidos como um módulo de circuito separado eletricamente acoplado ao gerador 1100. (Os módulos são mostrados em linha tracejada para ilustrar essa opção.) Além disso, em alguns aspectos o módulo gerador para eletrocirurgia/RF pode ser formado integralmente com o módulo gerador ultrassônico, ou vice-versa.
[00403] De acordo com os aspectos descritos, o módulo gerador ultrassônico pode produzir um ou mais sinais de acionamento com tensões, correntes e frequências específicas (por exemplo, 55.500 ciclos por segundo, ou Hz). Os um ou mais sinais de acionamento podem ser fornecidos ao dispositivo ultrassônico 1104 e especificamente ao transdutor 1120, o qual pode operar, por exemplo, conforme descrito acima. Em um aspecto, o gerador 1100 pode ser configurado para produzir um sinal de acionamento de uma tensão, corrente e/ou sinal de saída de frequência específicos que podem ser executados com alta resolução, exatidão e repetitividade.
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[00404] De acordo com os aspectos descritos, o módulo gerador para eletrocirurgia/RF pode gerar um ou mais sinais de acionamento com energia de saída suficiente para realizar eletrocirurgia bipolar com o uso de energia de radiofrequência (RF). Em aplicações de eletrocirurgia bipolar, o sinal de acionamento pode ser fornecido, por exemplo, aos eletrodos do dispositivo eletrocirúrgico 1106, por exemplo, conforme descrito acima. Consequentemente, o gerador 1100 pode ser configurado para propósitos terapêuticos mediante a aplicação, ao tecido, de energia elétrica suficiente para tratamento do dito tecido (por exemplo, coagulação, cauterização, soldagem de tecidos, etc.).
[00405] O gerador 1100 pode compreender um dispositivo de entrada 2150 (Figura 27B) situado, por exemplo, sobre um painel frontal do console do gerador 1100. O dispositivo de entrada 2150 pode compreender qualquer dispositivo adequado que gere sinais adequados para programação do funcionamento do gerador 1100. Em operação, o usuário pode programar ou, de outro modo, controlar a operação do gerador 1100 com o uso do dispositivo de entrada 2150. O dispositivo de entrada 2150 pode compreender qualquer dispositivo adequado que gere sinais que possam ser usados pelo gerador (por exemplo, por um ou mais processadores contidos no gerador) para controlar o funcionamento do gerador 1100 (por exemplo, o funcionamento do módulo gerador ultrassônico e/ou do módulo gerador para eletrocirurgia/RF). Em vários aspectos, o dispositivo de entrada 2150 inclui um ou mais dentre botões, chaves, controles giratórios, teclado, teclado numérico, monitor com tela sensível ao toque, dispositivo apontador e conexão remota a um computador de uso geral ou dedicado. Em outros aspectos, dispositivo de entrada 2150 pode compreender uma interface de usuário adequada, como uma ou mais telas de interface de usuário exibidas em um monitor com tela sensível ao toque, por exemplo. Consequentemente, por meio do
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125/310 dispositivo de entrada 2150, o usuário pode ajustar ou programar vários parâmetros operacionais do gerador, como corrente (I), tensão (V), frequência (f) e/ou período (T) de um ou mais sinais de acionamento gerados pelo módulo gerador ultrassônico e/ou pelo módulo gerador para eletrocirurgia/RF.
[00406] O gerador 1100 pode compreender um dispositivo de saída 2140 (Figura 27B) situado, por exemplo, sobre um painel frontal do console do gerador 1100. O dispositivo de saída 2140 inclui um ou mais dispositivos para fornecer ao usuário uma retroalimentação sensorial. Esses dispositivos podem compreender, por exemplo, dispositivos de retroalimentação visual (por exemplo, um monitor com display de LCD, indicadores em LED), dispositivos de retroalimentação auditiva (por exemplo, um alto-falante, uma campainha) ou dispositivos de retroalimentação tátil (por exemplo, atuadores hápticos).
[00407] Embora certos módulos e/ou blocos do gerador 1100 possam ser descritos a título de exemplo, deve-se considerar que pode-se usar um número maior ou menor de módulos e/ou blocos e, ainda assim, estar no escopo dos aspectos. Adicionalmente, embora vários aspectos possam ser descritos em termos de módulos e/ou blocos para facilitar a descrição, estes módulos e/ou blocos podem ser implementados por um ou mais componentes de hardware, por exemplo, processadores, processadores de sinal digital (DSPs), dispositivos de lógica programável (PLDs), circuitos integrados específicos da aplicação (ASICs), circuitos, registros e/ou componentes de software, por exemplo, programas, sub-rotinas, lógicas e/ou combinações de componentes de hardware e software.
[00408] Em um aspecto, o módulo de acionamento do gerador ultrassônico e o módulo de acionamento para eletrocirurgia/RF 1110 (Figura 22) podem compreender uma ou mais aplicações integradas, implementadas como firmware, software, hardware ou qualquer combinação dos mesmos. Os módulos podem compreender vários
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126/310 módulos executáveis, como software, programas, dados, acionadores e interfaces de programa de aplicativos (API, de application program interfaces), entre outros. O firmware pode estar armazenado em memória não volátil (NVM, de non-volatile memory), como em memória só de leitura (ROM) com máscara de bits, ou memória flash. Em várias implementações, o armazenamento do firmware na ROM pode preservar a memória flash. A NVM pode compreender outros tipos de memória incluindo, por exemplo, ROM programável (PROM, de programmable ROM), ROM programável apagável (EPROM, de erasable programmable ROM), ROM programável eletricamente apagável (EEPROM, de electrically erasable programmable ROM), ou battery backed random-memória de acesso aleatório (RAM, de random-access memory) como RAM dinâmica (DRAM, de dynamic RAM), DRAM com dupla taxa de dados (DDRAM, de Double-DataRate DRAM), e/ou DRAM síncrona (SDRAM, de synchronous DRAM).
[00409] Em um aspecto, os módulos compreendem um componente de hardware implementado como um processador para execução de instruções de programa para monitoramento de várias características mensuráveis dos dispositivos 1104, 1106, 1108 e gerando um sinal ou sinais de acionamento de saída correspondente para a operação dos dispositivos 1104, 1106, 1108. Em aspectos nos quais o gerador 1100 é usado em conjunto com o dispositivo 1104, o sinal de acionamento pode acionar o transdutor ultrassônico 1120 nos modos cirúrgicos de corte e/ou coagulação. As características elétricas do dispositivo 1104 e/ou do tecido podem ser medidas e usadas para controlar os aspectos operacionais do gerador 1100 e/ou serem fornecidas como retroalimentação ao usuário. Em aspectos nos quais o gerador 1100 é usado em conjunto com o dispositivo 1106, o sinal de acionamento pode fornecer energia elétrica (por exemplo, energia de RF) ao atuador de
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127/310 extremidade 1124 nos modos de corte, coagulação e/ou dessecação. As características elétricas do dispositivo 1106 e/ou do tecido podem ser medidas e usadas para controlar os aspectos operacionais do gerador 1100 e/ou serem fornecidas como retroalimentação ao usuário. Em vários aspectos, conforme anteriormente discutido, os componentes de hardware podem ser implementados como PSD, PLD, ASIC, circuitos e/ou registros. Em um aspecto, o processador pode ser configurado para armazenar e executar instruções de programa de software para computador, de modo a gerar os sinais de saída de função de passo para acionamento de vários componentes dos dispositivos 1104, 1106, 1108, como o transdutor ultrassônico 1120 e os atuadores de extremidade 1122, 1124, 1125.
[00410] Um sistema ultrassônico eletromecânico inclui um transdutor ultrassônico, um guia de onda, e uma lâmina ultrassônica. O sistema ultrassônico eletromecânico tem uma frequência de ressonância inicial definida pelas propriedades físicas do transdutor ultrassônico, o guia de ondas, e a lâmina ultrassônica. O transdutor ultrassônico é excitado por um sinal de tensão Vg(t) e corrente Ig(t) alternada igual à frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico. Quando o sistema ultrassônico eletromecânico está em ressonância, a diferença de fase entre os sinais de tensão Vg(t) e corrente Ig(t) é zero. Dito de outra forma, na ressonância a impedância indutiva é igual à impedância capacitiva. Conforme a lâmina ultrassônica aquece, a conformidade da lâmina ultrassônica (modelada como uma capacitância equivalente) faz com que a frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico se desloque. Dessa forma, a impedância indutiva já não é igual à impedância capacitiva causando uma diferença entre a frequência de acionamento e a frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico. O sistema está agora operando fora de ressonância. A diferença entre a frequência de acionamento e a
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128/310 frequência de ressonância é manifestada como uma diferença de fase entre os sinais de tensão Vg(t) e corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. Os circuitos eletrônicos do gerador podem facilmente monitorar a diferença de fase entre os sinais de tensão Vg(t) e corrente Ig(t) e podem continuamente ajustar a frequência de acionamento até que a diferença de fase é mais uma vez igual a zero. Nesse ponto, a nova frequência de acionamento é igual à frequência de ressonância do novo sistema ultrassônico eletromecânico. A mudança na fase e/ou frequência pode ser usada como uma medição indireta da temperatura da lâmina ultrassônica.
[00411] Conforme mostrado na Figura 25, as propriedades eletromecânicas do transdutor ultrassônico podem ser modeladas como um circuito equivalente que compreende uma primeira ramificação que tem uma capacitância estática e uma segunda ramificação em movimento que tem uma indutância, resistência e capacitância conectadas em série que definem as propriedades eletromecânicas de um ressonador. Os geradores ultrassônicos conhecidos podem incluir um indutor de sintonia para cancelar a capacitância estática a uma frequência de ressonância de modo que substancialmente toda a corrente do sinal de acionamento do gerador flua para a ramificação em movimento. Consequentemente, mediante o uso de um indutor de sintonia, a corrente do sinal de acionamento do gerador representa a corrente da ramificação em movimento, e o gerador é dessa forma capaz de controlar seu sinal de acionamento para manter a frequência de ressonância do transdutor ultrassônico. O indutor de sintonia pode também transformar a gráfico da impedância de fase do transdutor ultrassônico para otimizar as capacidades de travamento de frequência do gerador. Entretanto, o indutor de sintonia precisa ser combinado com a capacitância estática específica de um transdutor ultrassônico na frequência de ressonância operacional. Em outras palavras, um
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129/310 transdutor ultrassônico diferente tendo uma capacitância estática diferente precisa de um indutor de sintonia.
[00412] A Figura 25 ilustra um circuito equivalente 1500 de um transdutor ultrassônico, como o transdutor ultrassônico 1120, de acordo com um aspecto. O circuito 1500 compreende uma primeira ramificação de movimento tendo, conectadas em série, indutância Ls, resistência Rs e capacitância Cs que definem as propriedades eletromecânicas do ressonador, e uma segunda ramificação capacitiva tendo uma capacitância estática Co. A corrente de acionamento Ig(t)pode ser recebida de um gerador a uma tensão de acionamento Vg(t), com a corrente de movimento Im(t) fluindo através da primeira ramificação e a corrente Ig(t)-Im(t) que flui através da ramificação capacitiva. O controle das propriedades eletromecânicas do transdutor ultrassônico pode ser obtido controlando-se adequadamente Ig(t) e Vg(t). Conforme explicado acima, as arquiteturas de gerador convencionais podem incluir um indutor de sintonia Lt (mostrado em linha tracejada na Figura 25) para cancelar, em um circuito de ressonância paralelo, a capacitância estática Co em uma frequência de ressonância, de modo que substancialmente toda a saída de corrente do gerador Ig(t) flua através da ramificação de movimento. Desse modo, o controle da corrente da ramificação de movimento Im(t) é obtido mediante o controle da saída de corrente do gerador Ig(t). O indutor de sintonia Lt é específico para a capacitância estática Co de um transdutor ultrassônico, porém, e um transdutor ultrassônico diferente tendo uma capacitância estática diferente exige um indutor de sintonia diferente Lt. Além disso, como o indutor de sintonia Lt correlaciona-se ao valor nominal da capacitância estática Co em uma única frequência de ressonância, o controle acurado da corrente de ramificação de movimento Im(t) é garantido apenas naquela frequência. Conforme a frequência se desloca para baixo com a temperatura do
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130/310 transdutor, o controle exato da corrente da ramificação de movimento fica comprometido.
[00413] As formas do gerador 1100 podem não contar com um indutor de sintonia Lt para monitorar a corrente de ramificação de movimento Im(t). Em vez disso, o gerador 1100 pode usar o valor medido da capacitância estática Co entre aplicações de energia para um dispositivo cirúrgico ultrassônico 1104 específico (juntamente com dados de retroalimentação de tensão do sinal de acionamento e de corrente) para determinar os valores da corrente de ramificação de movimento Im(t) em uma base dinâmica e contínua (por exemplo, em tempo real). Essas formas do gerador 1100 são, portanto, capazes de fornecer sintonia virtual para simular um sistema que é sintonizado ou ressonante com qualquer valor de capacitância estática Co em qualquer frequência, e não apenas em uma única frequência de ressonância imposta por um valor nominal da capacitância estática Co.
[00414] A Figura 26 é um diagrama de blocos simplificado de um aspecto do gerador 1100, para fornecer a sintonia sem indutor, conforme descrito acima, entre outros benefícios. As Figuras 27A a 27C ilustram uma arquitetura do gerador 1100 da Figura 26, de acordo com um aspecto. Com referência à Figura 26, o gerador 1100 pode compreender um estágio isolado do paciente 1520 em comunicação com um estágio não isolado 1540 por meio de um transformador de energia 1560. Um enrolamento secundário 1580 do transformador de energia 1560 está contido no estágio isolado 1520 e pode compreender uma configuração com derivação (por exemplo, uma configuração com derivação central ou com derivação não central) para definir as saídas de sinal de acionamento 1600a, 1600b, 1600c, de modo a fornecer sinais de acionamento de saída a diferentes dispositivos cirúrgicos, como um dispositivo cirúrgico ultrassônico 1104 e um dispositivo eletrocirúrgico 1106. Em particular, as saídas de sinal de acionamento 1600a, 1600b e
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1600c podem fornecer um sinal de acionamento (por exemplo, um sinal de acionamento a 420V RMS) a um instrumento ultrassônico 1104, e as saídas de sinal de acionamento 1600a, 1600b e 1600c podem fornecer um sinal de acionamento (por exemplo, um sinal de acionamento a 100V RMS) a um dispositivo eletrocirúrgico 1106, com a saída 1600b correspondendo à derivação central do transformador de energia 1560. O estágio não isolado 1540 pode compreender um amplificador de energia 1620 que tem uma saída conectada a um enrolamento primário 1640 do transformador de energia 1560. Em certos aspectos, o amplificador de energia 1620 pode compreender um amplificador do tipo push-pull, por exemplo. O estágio não isolado 1540 pode compreender, ainda, um dispositivo lógico programável 1660 para fornecer uma saída digital a um conversor de digital para analógico (DAC) 1680 que, por sua vez, fornece um sinal analógico correspondente a uma entrada do amplificador de energia 1620. Em certos aspectos, o dispositivo lógico programável 1660 pode compreender um arranjo de portas programável em campo (FPGA), por exemplo. O dispositivo lógico programável 1660, pelo fato de controlar a entrada do amplificador de energia 1620 através do DAC 1680 pode, portanto, controlar qualquer dentre um certo número de parâmetros (por exemplo, frequência, formato de onda, amplitude do formato de onda) de sinais de acionamento aparecendo nas saídas de sinal de acionamento 1600a, 1600b e 1600c. Em certos aspectos e conforme discutido abaixo, o dispositivo lógico programável 1660, em conjunto com um processador (por exemplo, o processador 1740 discutido abaixo), pode implementar um certo número de algoritmos de controle baseados em processamento de sinal digital (DSP) e/ou outros algoritmos de controle para parâmetros de controle dos sinais de acionamento fornecidos pelo gerador 1100.
[00415] A energia pode ser fornecida a um trilho de energia do amplificador de energia 1620 por um regulador de modo de chave 1700.
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Em certos aspectos, o regulador de modo de chave 1700 pode compreender um regulador ajustável de antagônico, por exemplo. Conforme discutido acima, o estágio não isolado 1540 pode compreender, ainda, um processador 1740 que, em um aspecto pode compreender um processador DSP como um ADSP-21469 SHARC DSP, disponível junto à Analog Devices, Norwood, Mass., EUA, por exemplo. Em certos aspectos, o processador 1740 pode controlar a operação do conversor de energia de modo de chave 1700 responsivo a dados de retroalimentação da tensão recebidos do amplificador de energia 1620 pelo processador 1740 por meio de um conversor analógico-para-digital (DAC) 1760. Em um aspecto, por exemplo, o processador 1740 pode receber como entrada, através do ADC 1760, o envelope de formato de onda de um sinal (por exemplo, um sinal de RF) sendo amplificado pelo amplificador de energia 1620. O processador 1740 pode então controlar o regulador de modo de chave 1700 (por exemplo, através de uma saída modulada de largura de pulso (PWM, de pulse-width modulated) de modo que a tensão de trilho provida ao amplificador de energia 1620 siga o envelope forma de onda do sinal amplificado. Modulando-se dinamicamente a tensão do trilho do amplificador de energia 1620 com base no envelope de forma de onda, a eficiência do amplificador de energia 1620 pode ser significativamente aprimorada em relação um esquema de amplificador com tensão de trilho fixa. O processador 1740 pode ser configurado para comunicação com fio ou sem fio.
[00416] Em certos aspectos e conforme discutido em detalhes adicionais em conexão com as Figuras 28A a 28B, o dispositivo lógico programável 1660, em conjunto com o processador 1740, pode implementar um esquema de controle com sintetizador digital direto (DDS) para controlar o formato de onda, a frequência e/ou a amplitude do fornecimento de sinais de acionamento pelo gerador 1100. Em um
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133/310 aspecto, por exemplo, o dispositivo lógico programável 1660 pode implementar um algoritmo de controle de DDS 2680 (Figura 28A) mediante a recuperação de amostras de formato de onda armazenado em uma tabela de pesquisa (LUT) atualizada dinamicamente, como uma RAM LUT que pode ser integrada em um FPGA. Esse algoritmo de controle é particularmente útil para aplicações ultrassônicas nas quais um transdutor ultrassônico, como o transdutor ultrassônico 1120, pode ser acionado por uma corrente senoidal limpa em sua frequência de ressonância. como outras frequências podem excitar ressonâncias parasíticas, minimizar ou reduzir a distorção total da corrente da ramificação de movimento pode correspondentemente minimizar ou reduzir os efeitos indesejáveis da ressonância. Como o formato de onda de uma saída de sinal de acionamento pelo gerador 1100 sofre o impacto de várias fontes de distorção presentes no circuito de acionamento de saída (por exemplo, o transformador de energia 1560, o amplificador de energia 1620), dados de retroalimentação sobre tensão e corrente com base no sinal de acionamento podem ser fornecidos a um algoritmo, como um algoritmo para controle de erros implementado pelo processador 1740, que compensa a distorção mediante a adequada pré-distorção ou modificação das amostras de formato de onda armazenadas na LUT de maneira dinâmica e contínua (por exemplo, em tempo real). Em um aspecto, a quantidade ou o grau de pré-distorção aplicada às amostras da LUT pode ser baseada no erro entre uma corrente da ramificação de movimento computadorizada e um forma de onda de corrente desejado, sendo que o erro é determinado em uma base de amostra por amostra. Dessa maneira, as amostras da LUT pré-distorcidas, quando processadas através do circuito de acionamento, podem resultar em um sinal de acionamento da ramificação de movimento que tem a forma de onda desejada (por exemplo, senoidal) para acionar de maneira ótima o
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134/310 transdutor ultrassônico. Em tais aspectos, as amostras de forma de onda de LUT não irão, portanto, representar a forma de onda desejada do sinal de acionamento, mas sim a forma de onda que é necessária para produzir, por fim, a forma de onda desejado do sinal de acionamento da ramificação de movimento, quando são levados em conta os efeitos de distorção.
[00417] O estágio não isolado 1540 pode compreender adicionalmente um ADC 1780 e um ADC 1800 acoplados à saída do transformador de energia 1560 por meio dos respectivos transformadores de isolamento, 1820 e 1840, para respectivamente amostrar a tensão e a corrente de sinais de acionamento emitidos pelo gerador 1100. Em certos aspectos, os ADCs 1780 e 1800 podem ser configurados para amostragem em altas velocidades (por exemplo, 80 Msps) para possibilitar a sobreamostragem dos sinais de acionamento. Em um aspecto, por exemplo, a velocidade de amostragem dos ADCs 1780 e 1800 pode possibilitar uma sobreamostragem de aproximadamente 200X (dependendo da frequência de acionamento) dos sinais de acionamento. Em certos aspectos, as operações de amostragem dos ADCs 1780, 1800 podem ser realizadas por um único ADC recebendo tensão de entrada e sinais de corrente por meio de um multiplexador bidirecional. O uso de amostragem em alta velocidade nos aspectos do gerador 1100 pode possibilitar, entre outras coisas, cálculo da corrente complexa que flui através da ramificação de movimento (que pode ser utilizada em certos aspectos para implementar o controle de formato de onda baseado em DDS descrito acima), filtragem digital acurada dos sinais amostrados, e cálculo do consumo real de energia com um alto grau de precisão. A saída dos dados de retroalimentação sobre tensão e corrente pelos ADCs 1780 e 1800 pode ser recebida e processada (por exemplo, buffering do tipo FIFO, multiplexação) pelo dispositivo lógico programável 1660 e
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135/310 armazenada em memória de dados para subsequente recuperação, por exemplo, pelo processador 1740. Conforme observado acima, os dados de retroalimentação sobre tensão e corrente podem ser usados como entrada para um algoritmo para pré-distorção ou modificação de amostras de formato de onda na LUT, de maneira dinâmica e contínua. Em certos aspectos, isso pode requerer que cada par de dados de retroalimentação sobre tensão e corrente armazenado seja indexado com base em, ou de outro modo associado a, uma correspondente amostra da LUT que foi fornecida pelo dispositivo lógico programável 1660 quando o par de dados de retroalimentação sobre tensão e corrente foi capturado. A sincronização das amostras da LUT com os dados de retroalimentação sobre tensão e corrente dessa maneira contribui para a correta temporização e estabilidade do algoritmo prédistorção.
[00418] Em certos aspectos, os dados de retroalimentação sobre tensão e corrente podem ser utilizados para controlar a frequência e/ou a amplitude (por exemplo, amplitude de corrente) dos sinais de acionamento. Em um aspecto, por exemplo, os dados de retroalimentação de tensão e corrente podem ser usados para determinar a fase da impedância, por exemplo, a diferença de fase entre os sinais de acionamento de tensão e corrente. A frequência do sinal de acionamento pode, então, ser controlada para minimizar ou reduzir a diferença entre a fase da impedância determinada e um ponto de ajuste da fase da impedância (por exemplo, 0°), minimizando ou reduzindo assim os efeitos da distorção harmônica e, correspondentemente, acentuando a acurácia da medição de fase da impedância. A determinação da impedância de fase e um sinal de controle da frequência podem ser implementados no processador 1740, por exemplo, com o sinal de controle da frequência sendo fornecido como entrada a um algoritmo de controle de DDS implementado pelo dispositivo lógico programável 1660.
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[00419] A fase da impedância pode ser determinada através da análise de Fourier. Em um aspecto, a diferença de fase entre os sinais de acionamento da tensão do gerado Vg(t) e da corrente do gerados Ig(t) pode ser determinada com o uso da transformada rápida de Fourier (FFT) ou da transformada discreta de Fourier (DFT) conforme exposto a seguir:
Vg(t) = A1cos(:2mf0t + φ,)
Ig(t) = A2cosi(2nfo t + φ2)
Vg(f) = W - fo) + S(f + fofyxpP&nf^
Ig (f) = y (Vf - fo) + S(f + fo))exp(/2^f -^2-)
[00420] A avaliação da transformada de Fourier na frequência do sinusoide produz:
Δ 4
Vg(fo) =— 5(O)exp(^^i) arg V(fo) = φι lg(fo) = y 5(o)exp(^^2) arg I(fo) = φ2
[00421] Outras abordagens incluem estimativa ponderada de quadrados mínimos, filtragem Kalman e técnicas baseadas em espaço e vetor. Virtualmente todo o processamento em uma técnica de FFT ou DFT pode ser realizado no domínio digital com o auxílio do ADC de alta velocidade de dois canais, 1780,1800, por exemplo. Em uma técnica, as amostras de sinais digitais dos sinais de tensão e corrente são transformadas de Fourier com uma FFT ou uma DFT. O ângulo de fase φ em qualquer ponto no tempo pode ser calculado por:
φ = 2nft + φ0 onde φ é o ângulo de fase, f é a frequência, t é o tempo, e φ0 é a fase no t = 0.
[00422] Uma outra técnica para determinar a diferença de fase entre os sinais de tensão Vg(t) e corrente Ig(t) é o método de passagem por zero (zero-crossing) e produz resultados altamente acurados. Para sinais de
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137/310 tensão Vg(t) e corrente Ig(t) tendo a mesma, cada passagem por zero de negativo para positivo do sinal de tensão Vg(t) aciona o início de um pulso, enquanto cada passagem por zero de negativo para positivo do sinal de corrente Ig(t) aciona o final do pulso. O resultado é um trem de pulsos com uma largura de pulso proporcional ao ângulo de fase entre o sinal de tensão e o sinal de corrente. Em um aspecto, o trem de pulsos pode ser passado através de um filtro de média para produzir uma medida da diferença de fase. Além disso, se as passagens por zero de positivo para negativo também forem usadas de uma maneira similar, e a média dos resultados calculada, quaisquer efeitos de componentes DC e harmônicos podem ser reduzidos. Em uma implementação, os sinais analógicos de tensão Vg(t) e corrente Ig(t) são convertidos em sinais digitais que são altos se o sinal analógico for positivo e baixos se o sinal analógico for negativo. As estimativas de fase de alta acurácia exigem transições bruscas entre altas e baixas. Em um aspecto, um disparador Schmitt juntamente com uma rede de estabilização RC podem ser usados para converter os sinais analógicos em sinais digitais. Em outros aspectos, um circuito flip-flop RS disparado pela borda e auxiliares pode ser usado. Em ainda um outro aspecto, a técnica de passagem por zero pode usar uma porta eXclusiva (XOR).
[00423] Outras técnicas para determinação da diferença de fase entre os sinais de tensão e corrente incluem figuras Lissajous e monitoramento da imagem; métodos como o método de três voltímetros, o método crossed-coil, os métodos de voltímetro vetorial e impedância vetorial; e o uso de instrumentos de fase padrões, malha de captura de fase (phaselocked loops) e outras técnicas conforme descrito em Phase Measurement, Peter O'Shea, 2000 CRC Press LLC, <http://www.engnetbase.com>, que está aqui incorporado a título de referência.
[00424] Em outro aspecto, por exemplo, os dados de retroalimentação
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138/310 da corrente podem ser monitorados de modo a manter a amplitude de corrente do sinal de acionamento em um ponto de ajuste da amplitude de corrente. O ponto de ajuste da amplitude de corrente pode ser especificado diretamente ou determinado indiretamente com base nos pontos de ajuste especificados para amplitude de tensão e energia. Em certos aspectos, o controle da amplitude de corrente pode ser implementado pelo algoritmo de controle, como um algoritmo de controle proporcional-integral-derivado (PID), no processador 1740. As variáveis controladas pelo algoritmo de controle para controlar adequadamente a amplitude de corrente do sinal de acionamento podem incluir, por exemplo, a alteração de escala das amostras de formato de onda da LUT armazenada no dispositivo lógico programável 1660 e/ou a tensão de saída em escala total do DAC 1680 (que fornece a entrada ao amplificador de energia 1620) por meio de um a DAC 1860.
[00425] O estágio não isolado 1540 pode conter, ainda, um processador 1900 para proporcionar, entre outras coisas, a funcionalidade da interface de usuário (UI). Em um aspecto, o processador 1900 pode compreender um processador Atmel AT91 SAM9263 com um núcleo ARM 926EJ-S, disponível junto à Atmel Corporation, de San Jose, Califórnia, EUA, por exemplo. Exemplos de funcionalidade de UI suportados pelo processador 1900 podem incluir retroalimentação audível e visual do usuário, comunicação com dispositivos periféricos (por exemplo, através de uma interface de barramento serial universal (USB)), comunicação com a chave de pedal 1430, comunicação com um dispositivo de entrada de dados 2150 (por exemplo, uma tela sensível ao toque) e comunicação com um dispositivo de saída 2140 (por exemplo, um alto-falante). O processador 1900 pode comunicar-se com o processador 1740 e o dispositivo lógico programável (por exemplo, via barramentos de interface serial para periféricos (SPI)). Embora o processador 1900
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139/310 possa primariamente suportar funcionalidade de UI, o mesmo pode também coordenar-se com o processador 1740 para implementar mitigação de riscos em certos aspectos. Por exemplo, o processador 1900 pode ser programado para monitorar vários aspectos das entradas pelo usuário e/ou outras entradas (por exemplo, entradas de tela sensível ao toque 2150, entradas de chave a pedal 1430, entradas do sensor de temperatura 2160) e pode desabilitar a saída de acionamento do gerador 1100 quando uma condição de erro é detectada.
[00426] Em certos aspectos, tanto o processador 1740 (Figura 26, 27A) como o processador 1900 (Figura 26, 27B) podem determinar e monitorar o estado operacional do gerador 1100. Para o processador 1740, o estado operacional do gerador 1100 pode determinar, por exemplo, quais processos de controle e/ou diagnóstico são implementados pelo processador 1740. Para o processador 1900, o estado operacional do gerador 1100 pode determinar, por exemplo, quais elementos de uma interface de usuário (por exemplo, dispalys de monitor, sons) são apresentados a um usuário. Os processadores 1740 e 1900 podem manter independentemente o estado operacional atual do gerador 1100, bem como reconhecer e avaliar possíveis transições para fora do estado operacional atual. O processador 1740 pode funcionar como o mestre nessa relação, e pode determinar quando devem ocorrer as transições entre estados operacionais. O processador 1900 pode estar ciente das transições válidas entre estados operacionais, e pode confirmar se uma determinada transição é adequada. Por exemplo, quando o processador 1740 instrui o processador 1900 a transicionar para um estado específico, o processador 1900 pode verificar que a transição solicitada é válida. Caso uma transição solicitada entre estados seja determinada como inválida pelo processador 1900, o processador 1900 pode fazer com
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140/310 que o gerador 1100 entre em um modo de falha.
[00427] O estágio não isolado 1540 pode compreender, ainda, um controlador 1960 (Figuras 26, 27B) para monitorar os dispositivos de entrada 2150 (por exemplo, um sensor de toque capacitivo usado para ligar e desligar o gerador 1100, uma tela capacitiva sensível ao toque). Em certos aspectos, o controlador 1960 pode compreender ao menos um processador e/ou outro dispositivo controlador em comunicação com o processador 1900. Em um aspecto, por exemplo, o controlador 1960 pode compreender um processador (por exemplo, um controlador Mega168 de 8 bits disponível junto à Atmel) configurado para monitorar as entradas fornecidas pelo usuário através de um ou mais sensores de toque capacitivos. Em um aspecto, o controlador 1960 pode compreender um controlador de display sensível ao toque (por exemplo, um controlador de tela sensível ao toque QT5480 disponível junto à Atmel) para controlar e gerenciar a captura de dados de toque a partir de uma tela capacitiva sensível ao toque.
[00428] Em certos aspectos, quando o gerador 1100 está em um estado desligado, o controlador 1960 pode continuar a receber energia operacional (por exemplo, através de uma linha de uma fonte de energia do gerador 1100, como a fonte de energia 2110 (Figura 26) discutida abaixo). Dessa maneira, o controlador 1960 pode continuar a monitorar um dispositivo de entrada 2150 (por exemplo, um sensor de toque capacitivo situado sobre um painel frontal do gerador 1100) para ligar e desligar o gerador 1100. Quando o gerador 1100 está no estado desligado, o controlador 1960 pode despertar a fonte de energia (por exemplo, possibilitar o funcionamento de um ou mais conversores de tensão CC/CC 2130 (Figura 26) da fonte de energia 2110), se for detectada a ativação do dispositivo de entrada liga/desliga 2150 por um usuário. O controlador 1960 pode, portanto, iniciar uma sequência para fazer a transição do gerador 1100 para um estado ligado. Por outro lado, o controlador 1960
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141/310 pode iniciar uma sequência para fazer a transição do gerador 1100 para o estado desligado se for detectada a ativação do dispositivo de entrada liga/desliga 2150, quando o gerador 1100 estiver no estado ligado. Em certos aspectos, por exemplo, o controlador 1960 pode relatar a ativação do dispositivo de entrada liga/desliga 2150 ao processador 1900 que, por sua vez, implementa a sequência de processo necessária para transicionar o gerador 1100 ao estado desligado. Nesses aspectos, o controlador 1960 pode não ter qualquer capacidade independente para causar a remoção da energia do gerador 1100, após seu estado ligado ter sido estabelecido.
[00429] Em certos aspectos, o controlador 1960 pode fazer com que o gerador 1100 ofereça retroalimentação audível ou outra retroalimentação sensorial para alertar o usuário de que foi iniciada uma sequência de ligar ou desligar. Esse tipo de alerta pode ser fornecido no início de uma sequência de ligar ou desligar, e antes do início de outros processos associados à sequência.
[00430] Em certos aspectos, o estágio isolado 1520 pode compreender um circuito de interface de instrumento 1980 para, por exemplo, oferecer uma interface de comunicação entre um circuito de controle de um dispositivo cirúrgico (por exemplo, um circuito de controle que compreende chaves de cabo) e componentes do estágio não isolado 1540, como o dispositivo lógico programável 1660, o processador 1740 e/ou o processador 1900. O circuito de interface de instrumento 1980 pode trocar informações com componentes do estágio não isolado 1540 por meio de um link de comunicação que mantém um grau adequado de isolamento elétrico entre os estágios 1520 e 1540 como, por exemplo, um link de comunicação baseado em infravermelho (IR, de infrared). A energia pode ser fornecida ao circuito de interface do instrumento 1980 com o uso de, por exemplo, um regulador de tensão de baixa queda alimentado por um transformador de isolamento
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142/310 acionado a partir do estágio não isolado 1540.
[00431] Em um aspecto, o circuito de interface de instrumento 1980 pode compreender um dispositivo lógico programável 2000 (por exemplo, um FPGA) em comunicação com um circuito condicionador de sinal 2020 (Figura 26 e Figura 27C). O circuito condicionador de sinal 2020 pode ser configurado para receber um sinal periódico do dispositivo lógico programável 2000 (por exemplo, uma onda quadrada de 2 kHz) para gerar um sinal de interrogação que tem uma frequência idêntica. O sinal de interrogação pode ser gerado, por exemplo, usando-se uma fonte de corrente bipolar alimentada por um amplificador diferencial. O sinal de interrogação pode ser comunicado a um circuito de controle do dispositivo cirúrgico (por exemplo, mediante o uso de um par condutor em um fio que conecta o gerador 1100 ao dispositivo cirúrgico) e monitorado para determinar um estado ou configuração do circuito de controle. O circuito de controle pode compreender inúmeras chaves, resistores e/ou diodos para modificar uma ou mais características (por exemplo, amplitude, retificação) do sinal de interrogação de modo que um estado ou configuração do circuito de controle seja discernível, de modo inequívoco, com base nessa uma ou mais características. Em um aspecto, por exemplo, o circuito condicionador de sinal 2020 pode compreender um ADC para geração de amostras de um sinal de tensão aparecendo entre entradas do circuito de controle, resultando da passagem do sinal de interrogação através do mesmo. O dispositivo lógico programável 2000 (ou um componente do estágio não isolado 1540) pode, então, determinar o estado ou a configuração do circuito de controle com base nas amostras de ADC.
[00432] Em um aspecto, o circuito de interface de instrumento 1980 podem compreender uma primeira interface de circuito de dados 2040 para possibilitar a troca de informações entre o dispositivo lógico
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143/310 programável 2000 (ou outro elemento do circuito de interface de instrumento 1980) e um primeiro circuito de dados disposto em, ou de outro modo associado a, um dispositivo cirúrgico. Em certos aspectos, por exemplo, um primeiro circuito de dados 2060 pode estar disposto em um fio integralmente fixado a uma empunhadura do dispositivo cirúrgico, ou em um adaptador para fazer a interface entre um tipo ou modelo específico de dispositivo cirúrgico e o gerador 1100. Em certos aspectos, o primeiro circuito de dados pode compreender um dispositivo de armazenamento não volátil, como um dispositivo de memória só de leitura programável eletricamente apagável (EEPROM). Em certos aspectos e novamente com referência à Figura 26, a primeira interface de circuito de dados 2040 pode ser implementada separadamente do dispositivo lógico programável 2000 e compreende um conjunto de circuitos adequado (por exemplo, dispositivos lógicos distintos, um processador) para possibilitar a comunicação entre o dispositivo lógico programável 2000 e o primeiro circuito de dados. Em outros aspectos, a primeira interface de circuito de dados 2040 pode ser integral ao dispositivo lógico programável 2000.
[00433] Em certos aspectos, o primeiro circuito de dados 2060 pode armazenar informações relacionadas ao dispositivo cirúrgico específico com o qual está associado. Essas informações podem incluir, por exemplo, um número de modelo, um número serial, um número de operações nas quais o dispositivo cirúrgico foi usado, e/ou quaisquer outros tipos de informações. Essas informações podem ser lidas pelo circuito de interface do instrumento 1980 (por exemplo, pelo dispositivo lógico programável 2000), transferidas para um componente do estágio não isolado 1540 (por exemplo, para o dispositivo lógico programável 1660, processador 1740 e/ou processador 1900) para apresentação a um usuário por meio de um dispositivo de saída 2140 e/ou para controlar uma função ou operação do gerador 1100. Adicionalmente, qualquer tipo de informação pode
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144/310 ser comunicada para o primeiro circuito de dados 2060 para armazenamento no mesmo através da primeira interface do circuito de dados 2040 (por exemplo, usando-se o dispositivo lógico programável 2000). Essas informações podem compreender, por exemplo, um número atualizado de operações nas quais o dispositivo cirúrgico foi usado e/ou a datas e/ou horários de seu uso.
[00434] Conforme discutido anteriormente, um instrumento cirúrgico pode ser removível de uma empunhadura (por exemplo, o instrumento 1106 pode ser removível da empunhadura 1107) para promover a intercambiabilidade e/ou a descartabilidade do instrumento. Nesses casos, geradores conhecidos podem ser limitados em sua capacidade para reconhecer configurações de instrumento específicas sendo usadas, bem como para otimizar os processos de controle e diagnóstico conforme necessário. A adição de circuitos de dados legíveis a instrumentos de dispositivo cirúrgico para resolver essa questão é problemática de um ponto de vista de compatibilidade, porém. Por exemplo, pode ser pouco prático projetar um dispositivo cirúrgico para que permaneça compatível com versões anteriores de geradores desprovidos da indispensável funcionalidade de leitura de dados devido a, por exemplo, diferentes esquemas de sinalização, complexidade do design e custo. Outros aspectos dos instrumentos contemplam essas preocupações mediante o uso de circuitos de dados que podem ser implementados em instrumentos cirúrgicos existentes, economicamente e com mínimas alterações de design para preservar a compatibilidade dos dispositivos cirúrgicos com as plataformas de gerador atuais.
[00435] Adicionalmente, aspectos do gerador 1100 podem possibilitar comunicação com circuitos de dados baseados em instrumento. Por exemplo, o gerador 1100 pode ser configurado para se comunicar com um segundo circuito de dados (por exemplo, um circuito de dados) contidos em um instrumento (por exemplo, instrumento 1104, 1106, ou 1108) de
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145/310 um dispositivo cirúrgico. O circuito de interface de instrumento 1980 pode compreender uma segunda interface de circuito de dados 2100 para possibilitar essa comunicação. Em um aspecto, a segunda interface de circuito de dados 2100 pode compreender uma interface digital tri-estado, embora também possam ser utilizadas outras interfaces. Em certos aspectos, o segundo circuito de dados pode ser geralmente qualquer circuito para transmissão e/ou recepção de dados. Em um aspecto, por exemplo, o segundo circuito de dados pode armazenar informações relacionadas ao instrumento cirúrgico específico com o qual está associado. Essas informações podem incluir, por exemplo, um número de modelo, um número de série, um número de operações nas quais o instrumento cirúrgico foi usado, e/ou quaisquer outros tipos de informações. Adicional ou alternativamente, qualquer tipo de informação pode ser comunicado ao segundo circuito de dados para armazenamento no mesmo através da segunda interface de circuito de dados 2100 (por exemplo, usando-se o dispositivo lógico programável 2000). Essas informações podem compreender, por exemplo, um número atualizado de operações nas quais o instrumento cirúrgico foi usado e/ou a datas e/ou horários de seu uso. Em certos aspectos, o segundo circuito de dados pode transmitir dados capturados por um ou mais sensores (por exemplo, um sensor de temperatura baseado em instrumento). Em certos aspectos, o segundo circuito de dados pode receber dados do gerador 1100 e fornecer uma indicação ao usuário (por exemplo, uma indicação por LED ou outra indicação visível) com base nos dados recebidos.
[00436] Em certos aspectos, o segundo circuito de dados e a segunda interface de circuito de dados 2100 podem ser configurados de modo que a comunicação entre o dispositivo lógico programável 2000 e o segundo circuito de dados possa ser obtida sem a necessidade de proporcionar condutores adicionais para esse propósito (por exemplo, condutores dedicados de um fio conectando um cabo ao gerador 1100). Em um
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146/310 aspecto, por exemplo, as informações podem ser comunicadas de e para o segundo circuito de dados com o uso de um esquema de comunicação por barramento de um fio, implementado na fiação existente, como um dos condutores utilizados transmitindo sinais de interrogação a partir do circuito condicionador de sinal 2020 para um circuito de controle em um cabo. Dessa maneira, são minimizadas ou reduzidas as alterações ou modificações ao design do dispositivo cirúrgico que possam, de outro modo, ser necessárias. Além disso, devido ao fato de que diferentes tipos de comunicações podem ser implementados em um canal físico comum (com ou sem separação de banda de frequência), a presença de um segundo circuito de dados pode ser invisível a geradores que não têm a indispensável funcionalidade de leitura de dados, o que, portanto, permite a retrocompatibilidade do instrumento de dispositivo cirúrgico.
[00437] Em certos aspectos, o estágio isolado 1520 pode compreender ao menos um capacitor de bloqueio 2960-1 (Figura 27C) conectado à saída do sinal de acionamento 1600b, para impedir a passagem de corrente contínua para um paciente. Um único capacitor de bloqueio pode ser necessário para estar de acordo com os regulamentos e padrões médicos, por exemplo. Embora falhas em designs com um só capacitor sejam relativamente incomuns, esse tipo de falha pode, ainda assim, ter consequências negativas. Em um aspecto, um segundo capacitor de bloqueio 2960-2 pode ser colocado em série com o capacitor de bloqueio 2960-1, com fuga de corrente de um ponto entre os capacitores de bloqueio 2960-1 e 2960-2 sendo monitorados por, por exemplo, um ADC 2980 para amostragem de uma tensão induzida pela corrente de fuga. As amostras podem ser recebidas pelo dispositivo lógico programável 2000, por exemplo. Com base nas alterações da corrente de fuga (conforme indicado pelas amostras de tensão no aspecto da Figura 26), o gerador 1100 pode determinar quando ao menos um dentre os capacitores de bloqueio 2960-1 e 2960-2 falhou.
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Consequentemente, o aspecto da Figura 26 pode fornecer um benefício em relação a designs com somente um capacitor, tendo um único ponto de falha.
[00438] Em certos aspectos, o estágio não isolado 1540 pode compreender uma fonte de energia 2110 para saída de energia em CC com tensão e corrente adequadas. A fonte de energia pode compreender, por exemplo, uma fonte de energia de 400 W para fornecer uma tensão do sistema de 48 VDC. Conforme discutido acima, a fonte de energia 2110 pode compreender adicionalmente um ou mais conversores de tensão CC/CC 2130 para receber a saída da fonte de energia para gerar saídas de CC nas tensões e correntes exigidas pelos vários componentes do gerador 1100. Conforme discutido acima em relação ao controlador 1960, um ou mais dentre os conversores de tensão CC/CC 2130 podem receber uma entrada do controlador 1960 quando a ativação do dispositivo de entrada liga/desliga 2150 por um usuário é detectada pelo controlador 1960, para permitir o funcionamento ou o despertar dos conversores de tensão CC/CC 2130.
[00439] As Figuras 28A e 28B ilustram certos aspectos funcionais e estruturais de um aspecto do gerador 1100. A retroalimentação indicando saída de corrente e tensão do enrolamento secundário 1580 do transformador de energia 1560 é recebida pelos ADCs 1780 e 1800, respectivamente. Conforme mostrado, os ADCs 1780 e 1800 podem ser implementados sob a forma de um ADC de 2 canais e podem tomar amostras dos sinais de retroalimentação a uma alta velocidade (por exemplo, 80 Msps) para possibilitar a sobreamostragem (por exemplo, aproximadamente 200x de sobreamostragem) dos sinais de acionamento. Os sinais de retroalimentação de corrente e tensão podem ser adequadamente condicionados no domínio analógico (por exemplo, amplificados, filtrados) antes do processamento pelos ADCs
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1780 e 1800. As amostras de retroalimentação de corrente e tensão dos ADCs 1780 e 1800 podem ser individualmente registradas (buffered) e subsequentemente multiplexadas ou intercaladas em um único fluxo de dados no interior do bloco 2120 do dispositivo lógico programável 1660. No aspecto das Figuras 28A e 28B, o dispositivo lógico programável 1660 compreende um FPGA.
[00440] As amostras de retroalimentação de corrente e tensão multiplexadas podem ser recebidas por uma porta paralela de captura de dados (PDAP) implementada no interior do bloco 2144 do processador 1740. O PDAP pode compreender uma unidade de empacotamento para implementar quaisquer dentre as inúmeras metodologias para correlação das amostras de retroalimentação multiplexadas com um endereço de memória. Em um aspecto, por exemplo, as amostras de retroalimentação correspondentes a uma saída de amostra de LUT específica pelo dispositivo lógico programável 1660 podem ser armazenadas em um ou mais endereços de memória que estão correlacionados ou indexados ao endereço da LUT na amostra de LUT. Em um outro aspecto, as amostras de retroalimentação correspondentes a uma amostra de LUT específica pelo dispositivo lógico programável 1660 podem ser armazenadas, juntamente com o endereço de LUT da amostra de LUT, em uma localização de memória em comum. De qualquer modo, as amostras de retroalimentação podem ser armazenadas de modo que o endereço da amostra de LUT a partir da qual se originou um conjunto específico de amostras de retroalimentação possa ser subsequentemente determinado. Conforme discutido acima, a sincronização dos endereços das amostras de LUT e das amostras de retroalimentação dessa maneira contribui para a correta temporização e estabilidade do algoritmo pré-distorção. Um controlador de acesso direto à memória (DMA) implementado no bloco 2166 do processador 1740 pode
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149/310 armazenar as amostras de retroalimentação (e quaisquer LUT dados de endereço da amostra, onde aplicável) em uma localização de memória designada 2180 do processador 1740 (por exemplo, RAM interna).
[00441] O bloco 2200 do processador 1740 pode implementar um algoritmo de pré-distorção para pré-distorcer ou modificar as amostras de LUT armazenadas no dispositivo lógico programável 1660 de maneira dinâmica e contínua. Conforme discutido acima, a prédistorção das amostras de LUT pode compensar por várias fontes de distorção presentes no circuito de acionamento de saída do gerador 1100. As amostras da LUT pré-distorcidas, quando processadas através do circuito de acionamento resultarão, portanto, em um sinal de acionamento tendo o formato de onda desejado (por exemplo, senoidal) para acionar de maneira ótima o transdutor ultrassônico.
[00442] No bloco 2220 do algoritmo de pré-distorção, é determinada a corrente através da ramificação de movimento do transdutor ultrassônico. A corrente da ramificação de movimento pode ser determinada com o uso da lei de corrente de Kirchoff com base, por exemplo, nas amostras de retroalimentação de corrente e tensão armazenadas no local da memória 2180 (que quando, dimensionada adequadamente, pode ser representativa de Ig e Vg no modelo da Figura 25 discutido acima), um valor da capacitância estática do transdutor ultrassônico C0 (medida ou conhecida a priori) e um valor conhecido da frequência de acionamento. Pode ser determinada uma amostra de corrente da ramificação de movimento para cada conjunto de amostras de retroalimentação de corrente e tensão armazenado associado a uma amostra de LUT.
[00443] No bloco 2240 do algoritmo de pré-distorção, cada amostra de corrente da ramificação de movimento determinada no bloco 2220 é comparada a uma amostra de um formato de onda da corrente desejado
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150/310 para determinar uma diferença, ou erro de amplitude da amostra, entre as amostras comparadas. Para essa determinação, a amostra com o formato de onda da corrente desejado pode ser fornecida, por exemplo, de uma LUT 2260 de formatos de onda contendo amostras de amplitude para um ciclo de um formato de onda da corrente desejado. A amostra específica do formato de onda da corrente da LUT 2260 utilizada para a comparação pode ser determinada pelo endereço da amostra da LUT associado à amostra de corrente da ramificação de movimento utilizada na comparação. Conforme necessário, a entrada da corrente da ramificação de movimento no bloco 2240 pode ser sincronizada com a entrada de seu endereço da amostra da LUT associado no bloco 2240. As amostras da LUT armazenadas no dispositivo lógico programável 1660 e as amostras da LUT armazenadas na LUT de formatos de onda 2260 podem, portanto, ser iguais em termos de número. Em certos aspectos, o formato de onda da corrente desejado, representado pelas amostras de LUT armazenadas na LUT de formatos de onda 2260 pode ser uma onda senoidal fundamental. Outros formatos de onda podem ser desejáveis. Por exemplo, contempla-se que poderia ser utilizada uma onda senoidal fundamental para acionar o movimento longitudinal principal de um transdutor ultrassônico, sobreposta a um ou mais outros sinais de acionamento em outras frequências, como uma ultrassônica de terceira ordem para acionar ao menos duas ressonâncias mecânicas de modo a obter vibrações benéficas em modo transversal ou outros modos.
[00444] Cada valor do erro de amplitude da amostra determinado no bloco 2240 pode ser transmitido para a LUT do dispositivo lógico programável 1660 (mostrado no bloco 2280 na Figura 28A) juntamente com uma indicação de seu endereço de LUT associado. Com base no valor da amostra de erro de amplitude e seu endereço associado (e, opcionalmente, os valores da amostra de erro de amplitude para o
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151/310 mesmo endereço de LUT anteriormente recebido), a LUT 2280 (ou outro bloco de controle do dispositivo lógico programável 1660) pode pré-distorcer ou modificar o valor da amostra de LUT armazenada no endereço de LUT, de modo que a amostra de erro de amplitude seja reduzida ou minimizada. Deve-se compreender que essa pré-distorção ou modificação de cada amostra de LUT de um modo iterativo ao longo da faixa de endereços de LUT fará com que o formato de onda da corrente de saída do gerador se iguale ou se adapte ao formato de onda da corrente desejado, representado pelas amostras da LUT 2260 de formatos de onda.
[00445] As medições de amplitude de corrente e tensão, as medições de energia e as medições de impedância podem ser determinadas no bloco 2300 do processador 1740, com base nas amostras de retroalimentação de corrente e tensão armazenadas na localização de memória 2180. Antes da determinação dessas quantidades, as amostras de retroalimentação podem ser adequadamente dimensionadas e, em certos aspectos, processadas através de um filtro 2320 adequado para remover o ruído resultante, por exemplo, do processo de captura de dados e dos componentes harmônicos induzidos. As amostras de tensão e corrente filtradas podem, portanto, representar substancialmente a frequência fundamental do sinal de saída do acionamento do gerador. Em certos aspectos, o filtro 2320 pode ser um filtro de resposta ao impulso finita (FIR) aplicado no domínio da frequência. Esses aspectos podem usar a transformada rápida de Fourier (FFT) dos sinais de saída de corrente e tensão do sinal de acionamento. Em certos aspectos, o espectro de frequência resultante pode ser utilizado para proporcionar funcionalidades adicionais ao gerador. Em um aspecto, por exemplo, a razão entre o componente harmônico de segunda e/ou terceira ordem em relação ao componente de frequência fundamental pode ser
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152/310 utilizado como indicador de diagnóstico.
[00446] No bloco 2340 (Figura 28B), um cálculo de valor quadrático médio (RMS) pode ser aplicado a um tamanho de amostra das amostras de retroalimentação da corrente representando um número integral de ciclos do sinal de acionamento, para gerar uma medição Irms representando a corrente de saída do sinal de acionamento.
[00447] No bloco 2360, um cálculo de valor quadrático médio (RMS) pode ser aplicada a um tamanho de amostra das amostras de retroalimentação da tensão representando um número integral de ciclos do sinal de acionamento, para determinar uma medição Vrms representando a tensão de saída do sinal de acionamento.
[00448] No bloco 2380, as amostras de retroalimentação de corrente e tensão podem ser multiplicadas ponto por ponto, e um cálculo de média é aplicado às amostras representando um número integral de ciclos do sinal de acionamento, para determinar uma medição Pr da energia de saída real do gerador.
[00449] No bloco 2400, a medição Pa da energia de saída aparente do gerador pode ser determinada como o produto Vrms-Irms.
[00450] No bloco 2420, a medição Zm da magnitude da impedância de carga pode ser determinada como o quociente Vrms/Irms.
[00451] Em certos aspectos, as quantidades lrms, Vrms, Pr, Pa e Zm determinadas nos blocos 2340, 2360, 2380, 2400 e 2420, podem ser utilizadas pelo gerador 1100 para implementar quaisquer dentre um número de processos de controle e/ou diagnósticos. Em certos aspectos, qualquer dessas quantidades pode ser comunicada a um usuário por meio, por exemplo, de um dispositivo de saída 2140 Integral ao gerador 1100, ou um dispositivo de saída 2140 conectado ao gerador 1100 através de uma interface de comunicação adequada (por exemplo, uma interface USB). Os vários processos de diagnóstico podem incluir, sem limitação, integridade do cabo, integridade do instrumento,
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153/310 integridade da fixação instrumento, sobrecarga do instrumento, proximidade de sobrecarga do instrumento, falha no travamento da frequência, condição de excesso de tensão, condição de excesso de corrente, condição de excesso de energia, falha no sensor de tensão, falha no sensor de corrente, falha na indicação por áudio, falha na indicação visual, condição de curto-circuito, falha no fornecimento de energia, ou falha no capacitor de bloqueio, por exemplo.
[00452] O bloco 2440 do processador 1740 pode implementar um algoritmo de controle de fases para determinação e controle da fase da impedância de uma carga elétrica (por exemplo, o transdutor ultrassônico) conduzida pelo gerador 1100. Conforme discutido acima, ao controlar a frequência do sinal de acionamento para minimizar ou reduzir a diferença entre a fase da impedância determinada e um ponto de ajuste da fase da impedância (por exemplo, 0°), os efeitos de distorção harmônica podem ser minimizados ou reduzidos, sendo aumentada a exatidão na medição de fase.
[00453] O algoritmo de controle de fases recebe como entrada as amostras de retroalimentação de corrente e tensão armazenadas na localização de memória 2180. Antes de seu uso no algoritmo de controle de fases, as amostras de retroalimentação podem ser adequadamente dimensionadas e, em certos aspectos, processadas através de um filtro adequado 2460 (que pode ser idêntico ao filtro 2320) para remover o ruído resultante do processo de captura de dados e dos componentes harmônicos induzidos, por exemplo. As amostras de tensão e corrente filtradas podem, portanto, representar substancialmente a frequência fundamental do sinal de saída do acionamento do gerador.
[00454] No bloco 2480 do algoritmo de controle de fases, é determinada a corrente através da ramificação de movimento do transdutor ultrassônico. Essa determinação pode ser idêntica àquela descrita acima em conexão com o bloco 2220 do algoritmo de pré
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154/310 distorção. Assim, a saída do bloco 2480 pode ser, para cada conjunto de amostras de retroalimentação de corrente e tensão armazenado associado a uma amostra de LUT, uma amostra de corrente da ramificação de movimento.
[00455] No bloco 2500 do algoritmo de controle de fases, a fase da impedância é determinada com base na entrada sincronizada de amostras da corrente da ramificação de movimento determinada no bloco 2480 e correspondente a amostras de retroalimentação da tensão. Em certos aspectos, a fase da impedância é determinada como a média entre a fase da impedância medida na borda de subida dos formatos de onda e a fase da impedância medida na borda de descida dos formatos de onda.
[00456] No bloco 2520 do algoritmo de controle de fases, o valor da fase da impedância determinado no bloco 2220 é comparado ao ponto de ajuste da fase 2540 para determinar uma diferença, ou erro de fase, entre os valores comparados.
[00457] No bloco 2560 (Figura 28A) do algoritmo de controle de fases, com base em um valor do erro de fase determinado no bloco 2520 e na magnitude de impedância determinada no bloco 2420, é determinada uma saída de frequência para controlar a frequência do sinal de acionamento. O valor da saída de frequência pode ser continuamente ajustado pelo bloco 2560 e transferido para um bloco de controle DDS 2680 (discutido abaixo) de modo a manter a fase da impedância determinada no bloco 2500 do ponto de ajuste da fase (por exemplo, erro de fase zero). Em certos aspectos, a fase da impedância pode ser regulada para um ponto de ajuste de fase de 0°. Dessa maneira, qualquer distorção harmônica estará centralizada em redor da crista do formato de onda da tensão, acentuando a acurácia da determinação da impedância de fase.
[00458] O bloco 2580 do processador 1740 pode implementar um algoritmo para modulação da amplitude de corrente do sinal de
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155/310 acionamento, de modo a controlar a corrente, a tensão e a energia do sinal de acionamento, de acordo com pontos de ajuste especificados pelo usuário, ou de acordo com requisitos especificados por outros processos ou algoritmos implementados pelo gerador 1100. O controle dessas quantidades pode ser realizado, por exemplo, mediante o dimensionamento das amostras de LUT na LUT 2280, e/ou mediante o ajuste da tensão de saída em escala total do DAC 1680 (que fornece a entrada ao amplificador de energia 1620) por meio de um DAC 1860. O bloco 2600 (que pode ser implementado como um controlador PID em certos aspectos) pode receber como entrada amostras de retroalimentação da corrente (que podem ser adequadamente dimensionadas e filtradas) a partir da localização de memória 2180. As amostras de retroalimentação da corrente podem ser comparadas ao valor de demanda por corrente Id determinado pela variável controlada (por exemplo, corrente, tensão ou energia) para determinar se o sinal de acionamento está fornecendo a corrente necessária. Em aspectos nos quais a corrente do sinal de acionamento é a variável de controle, a demanda por corrente Id pode ser especificada diretamente por um ponto de ajuste da corrente 2620A (Isp). Por exemplo, um valor RMS dos dados de retroalimentação da corrente (determinado como no bloco 2340) pode ser comparado ao ponto de ajuste da corrente RMS Isp especificado pelo usuário para determinar a ação adequada para o controlador. Se por exemplo os dados de retroalimentação da corrente indicam um valor de RMS menor que o ponto de ajuste da corrente Isp, dimensionamento da LUT e/ou tensão de saída em escala total do DAC 1680 pode ser ajustada pelo bloco 2600, de modo que seja aumentada a corrente do sinal de acionamento. Por outro lado, o bloco 2600 pode ajustar um dimensionamento da LUT e/ou a tensão de saída em escala total do DAC 1680 para diminuir a corrente do sinal de acionamento quando os dados de retroalimentação da corrente
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156/310 indicam um valor RMS maior que o ponto de ajuste da corrente Isp. [00459] Em aspectos nos quais a tensão do sinal de acionamento é a variável de controle, o Id de demanda de corrente pode ser especificado indiretamente, por exemplo, com base na corrente necessária para manter um valor de referência de tensão desejado 2620B (Vsp) dada a magnitude de impedância de carga Zm medida no bloco 2420 (por exemplo, Id = Vsp/Zm). Da mesma forma, em aspectos em que a energia do sinal do inversor é a variável de controle, o Id da demanda de corrente pode ser especificado indiretamente, por exemplo, com base na corrente necessária para manter um ponto de ajuste de energia desejado 2620C (Psp) dada a tensão Vrms medida nos blocos 2360 (por exemplo, Id = Psp/V rms).
[00460] O bloco 2680 (Figura 28A) pode implementar um algoritmo de controle DDS para controlar o sinal de acionamento mediante a recuperação de amostras da LUT armazenadas na LUT 2280. Em certos aspectos, o algoritmo de controle DDS pode ser um algoritmo de oscilador numericamente controlado (NCO, de numericallycontrolled oscillator) para gerar amostras de um formato de onda a uma taxa de temporização fixa com o uso de uma técnica de saltar pontos (localizações na memória). O algoritmo NCO pode implementar um acumulador de fase, ou conversor de frequência para fase, que funciona como um apontador de endereço para recuperação de amostras de LUT da LUT 2280. Em um aspecto, o acumulador de fase pode ser um acumulador de fase com tamanho do passo D, módulo N, onde D é um número inteiro positivo representando um valor de controle da frequência, e N é o número de amostras de LUT na LUT 2280. Um valor de controle da frequência D=1, por exemplo, pode fazer com que o acumulador de fase aponte sequencialmente para cada endereço da LUT 2280, resultando em uma saída de formato de onda que replica o formato de onda armazenado na LUT 2280. Quando D>1,
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157/310 o acumulador de fase pode saltar endereços na LUT 2280, resultando em uma saída de formato de onda que tem uma frequência mais alta. Consequentemente, a frequência do formato de onda gerado pelo algoritmo de controle DDS pode, portanto, ser controlado variando-se adequadamente o valor de controle da frequência. Em certos aspectos, o valor de controle da frequência pode ser determinado com base na saída do algoritmo de controle de fases implementado no bloco 2440. A saída do bloco 2680 pode fornecer a entrada de DAC 1680 que, por sua vez, fornece um sinal analógico correspondente a uma entrada do amplificador de energia 1620.
[00461] O bloco 2700 do processador 1740 pode implementar um algoritmo de controle do conversor de modo da chave para modular dinamicamente a tensão do trilho do amplificador de energia 1620 com base no envelope de forma de onda do sinal sendo amplificado, melhorando assim a eficiência do amplificador de energia 1620. Em certos aspectos, as características do envelope de formato de onda podem ser determinadas mediante o monitoramento de um ou mais sinais contidos no amplificador de energia 1620. Em um aspecto, por exemplo, as características do envelope de formato de onda podem ser determinadas por monitoramento da mínima de uma tensão de drenagem (por exemplo, uma tensão de drenagem MOSFET) que é modulada de acordo com o envelope do sinal amplificado. Um sinal de tensão da mínima pode ser gerado, por exemplo, por um detector de mínima da tensão acoplado à tensão de drenagem. O sinal de tensão mínima pode ser amostrado pelo ADC 1760, com as amostras de tensão mínima de saída sendo recebidas no bloco 2720 do algoritmo de controle do conversor de modo de chaveamento. Com base nos valores das amostras de tensão mínima, o bloco 2740 pode controlar uma saída de sinal PWM por um gerador de PWM 2760 que, por sua vez, controla a tensão do trilho fornecida ao amplificador de energia 1620 pelo regulador de modo de chaveamento
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1700. Em certos aspectos, contanto que os valores das amostras de tensão da mínima sejam menores que uma entrada-alvo para a mínima 2780 no bloco 2720, a tensão no trilho pode ser modulada de acordo com o envelope de formato de onda, conforme caracterizado pelas amostras de tensão da mínima. Quando as amostras de tensão da mínima indicam baixos níveis de energia do envelope, por exemplo, o bloco 2740 pode causar uma baixa tensão no trilho a ser fornecida ao amplificador de energia 1620, com a tensão total do trilho sendo fornecida somente quando as amostras de tensão da mínima indicam níveis máximos de energia do envelope. Quando as amostras de tensão da mínima caem abaixo do alvo para a mínima 2780, o bloco 2740 pode fazer com que a tensão do trilho seja mantida em um valor mínimo adequado para garantir o funcionamento adequado do amplificador de energia 1620.
[00462] A Figura 29 é um diagrama esquemático de um aspecto de um circuito elétrico 2900, adequado para acionar um transdutor ultrassônico, como o transdutor ultrassônico 1120, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. O circuito elétrico 2900 compreende um multiplexador analógico 2980. O multiplexador analógico 2980 multiplexa vários sinais dos canais a montante SCL-A, SDA-A, como circuito de controle ultrassônico, de bateria e de controle de energia. Um sensor de corrente 2982 está acoplado em série à perna de retorno ou de aterramento do circuito de fonte de energia para medir a corrente fornecida pela fonte de energia. Um sensor de temperatura 2984 de transístor de efeito de campo (FET) fornece a temperatura ambiente. Um temporizador de vigilância de modulação por largura de pulso (PWM) 2988 gera automaticamente uma reinicialização do sistema se o programa principal deixar de repará-lo periodicamente. Ele é fornecido para reiniciar automaticamente o circuito elétrico 2900 quando ele trava ou congela devido a uma falha de software ou hardware. Será reconhecido que o circuito elétrico 2900 pode ser configurado como um circuito acionador de
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RF para acionar o transdutor ultrassônico ou para acionar os eletrodos de RF como o circuito elétrico 3600 mostrado na Figura 36, por exemplo. Consequentemente, com referência agora novamente à Figura 29, o circuito elétrico 2900 pode ser utilizado para acionar de forma intercambiável os transdutores ultrassônicos e os eletrodos de RF. Se acionados simultaneamente, circuitos de filtro podem ser fornecidos nos primeiros circuitos de estágio correspondentes 3404 (Figura 34) para selecionar tanto a forma de onda ultrassônica quanto a forma de onda de RF. Essas técnicas de filtragem são descritas no pedido de patente US n° US-2017-0086910-A1, de propriedade comum, intitulado TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR, que está aqui integralmente incorporado a título de referência.
[00463] Um circuito de acionamento 2986 fornece saídas de energia ultrassônica à esquerda e à direita. Um sinal digital que representa a forma de onda de sinal é fornecido às entradas SCL-A, SDA-A do multiplexador analógico 2980 a partir de um circuito de controle, como o circuito de controle 3200 (Figura 32). Um conversor de digital para analógico (DAC) 2990 converte a entrada digital em uma saída analógica para gerar um circuito de modulação por largura de pulso 2992 acoplado a um oscilador 2994. O circuito de modulação por largura de pulso 2992 fornece um primeiro sinal para um primeiro circuito de acionamento de porta 2996a acoplado a um primeiro estágio de saída do transístor 2998a para acionar uma primeira saída de energia ultrassônica (esquerda). O circuito de modulação por largura de pulso 2992 também fornece um segundo sinal para um segundo circuito de acionamento de porta 2996b acoplado a um segundo estágio de saída do transístor 2998b para acionar uma segunda saída de energia ultrassônica (direita). Um sensor de tensão 2999 é acoplado entre os terminais de saída ultrassônicos esquerdo/direito para medir a tensão de saída. O circuito de acionamento 2986, o primeiro e o
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160/310 segundo circuito de acionamento 2996a, 2996b, e o primeiro e o segundo estágio de saída do transístor 2998a, 2998b definem um primeiro circuito amplificador de estágio. Em funcionamento, o circuito de controle 3200 (Figura 32) gera uma forma de onda digital 4300 (Figura 43) que emprega circuitos como os circuitos de síntese direta digital (DDS) 4100, 4200 (Figuras 41 e 42). O DAC 2990 recebe a forma de onda digital 4300 e a converte em uma forma de onda analógica, que é recebida e amplificada pelo primeiro circuito amplificador de estágio.
[00464] A Figura 30 é um diagrama esquemático do transformador 3000 acoplado ao circuito elétrico 2900 mostrado na Figura 29, de acordo com um aspecto da presente revelação. Os terminais de entrada ultrassônicos ESQUERDO/DIREITO (enrolamento primário) do transformador 3000 estão acoplados eletricamente aos terminais de saída ultrassônicos esquerdo/direito do circuito elétrico 2900. O enrolamento secundário do transformador 3000 está acoplado aos eletrodos positivo e negativo 3074a, 3074b. Os eletrodos positivo e negativo 3074a, 3074b do transformador 3000 são acoplados ao terminal positivo (Pilha 1) e ao terminal negativo (Pilha 2) do transdutor ultrassônico. Em um aspecto, o transformador 3000 tem uma razão de voltas de m:n2 de 1:50.
[00465] A Figura 31 é um diagrama esquemático do transformador 3000 mostrado na Figura 30 acoplado a um circuito de teste 3165, de acordo com um aspecto da presente revelação. O circuito de teste 3165 está acoplado aos eletrodos positivo e negativo 3074a, 3074b. Uma chave 3167 é colocada em série com uma carga de indutor/capacitor/resistor (LCR) que simula a carga de um transdutor ultrassônico.
[00466] A Figura 32 é um diagrama esquemático de um circuito de controle 3200, como o circuito de controle 3212, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. O circuito de controle 3200 está
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161/310 situado no interior de um compartimento do conjunto de bateria. O conjunto de bateria é a fonte de energia para uma variedade de fontes de energia locais 3215. O circuito de controle compreende um processador principal 3214 acoplado por meio de um mestre de interface 3218 a vários circuitos a jusante por meio das saídas SCL-A e SDA-A, SCL-B e SDA-B, SCL-C e SDA-C, por exemplo. Em um aspecto, o mestre de interface 3218 é uma interface serial de propósito geral, como uma interface serial I2C. O processador principal 3214 também é configurado para acionar as chaves 3224 através de entrada/saída para propósitos gerais (GPIO) 3220, um display 3226 (por exemplo, um display de LCD), e vários indicadores 3228 através de GPIO 3222. Um processador de vigilância 3216 é fornecido para controlar o processador principal 3214. Uma chave 3230 é fornecida em série com uma bateria 3211 para ativar o circuito de controle 3212 mediante a inserção do conjunto de bateria em um conjunto de empunhadura de um instrumento cirúrgico.
[00467] Em um aspecto, o processador principal 3214 está acoplado ao circuito elétrico 2900 (Figura 29) por meio de terminais de saída SCL-A/SDA-A. O processador principal 3214 compreende uma memória para armazenar tabelas de sinais de acionamento ou formas de ondas digitalizados que são transmitidos ao circuito elétrico 2900 para acionar o transdutor ultrassônico 1120, por exemplo. Em outros aspectos, o processador principal 3214 pode gerar uma forma de onda digital e transmiti-la ao circuito elétrico 2900 ou pode armazenar a forma de onda digital para transmissão posterior ao circuito elétrico 2900. O processador principal 3214 pode fornecer também acionamento por RF por meio de terminais de saída SCL-B/SDA-B e vários sensores (por exemplo, sensores de efeito Hall, sensores de fluido magneto-reológico (MRF), etc.) por meio de terminais de saída SCL-C/SDA-C. Em um aspecto, o processador principal 3214 é configurado para detectar a presença de circuito de acionamento
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162/310 ultrassônico e/ou circuito de acionamento por RF para habilitar o software adequado e a funcionalidade de interface de usuário.
[00468] Em um aspecto, o processador principal 3214 pode ser um LM 4F230H5QR, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo. Em ao menos um exemplo, o LM4F230H5QR da Texas Instruments é um núcleo processador ARM Cortex-M4F que compreende uma memória integrada de memória flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não-volátil, até 40 MHz, um buffer de transferência para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma memória de acesso aleatório seriada de ciclo único de 32 KB (SRAM), memória só de leitura interna (ROM) carregada com o programa StellarisWare®, memória só de leitura programável e apagável eletricamente (EEPROM) de 2 KB, um ou mais módulos de modulação por largura de pulso (PWM), um ou mais análogos de entrada do codificador de quadratura (QED), um ou mais conversores analógico para digital (ADC) de 12 bits com 12 canais de entrada analógicos, dentre outros recursos que são prontamente disponíveis na folha de dados do produto. Outros processadores podem ser facilmente substituídos e, consequentemente, a presente revelação não deve ser limitada neste contexto.
[00469] A Figura 33 mostra um diagrama de blocos de circuito simplificado que ilustra um outro circuito elétrico 3300 contido no interior de um instrumento cirúrgico ultrassônico modular 3334, de acordo com um aspecto da presente revelação. O circuito elétrico 3300 inclui um processador 3302, um clock 3330, uma memória 3326, uma fonte de energia 3304 (por exemplo, uma bateria), uma chave 3306, como uma chave de energia de transistor de efeito de campo de óxido metálico semicondutor (MOSFET), um circuito de acionamento 3308 (PLL), um transformador 3310, um circuito de suavização de sinal 3312 (também chamado de um circuito de correspondência e pode ser, por exemplo, um
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163/310 circuito de tanque), um circuito de detecção 3314, um transdutor 1120, e um conjunto de eixo de acionamento (por exemplo, conjunto de eixo de acionamento 1126, 1129) compreendendo um guia de ondas de transmissão ultrassônica que termina em uma lâmina ultrassônica (por exemplo, lâmina ultrassônica 1128, 1149) que pode ser chamada, na presente invenção, simplesmente de guia de ondas.
[00470] Uma característica da presente revelação que interrompe a dependência da energia de entrada de alta tensão (120 VAC) (uma característica de dispositivos de corte ultrassônicos gerais) é a utilização de chaveamento de baixa tensão ao longo de todo o processo de formação de onda e a amplificação do sinal de acionamento apenas diretamente antes do estágio do transformador. Por essa razão, em um aspecto da presente revelação, a energia é derivada de apenas uma bateria, ou um grupo de baterias, pequena o suficiente para se encaixar no interior de um conjunto de empunhadura. A tecnologia de bateria do estado da técnica fornece baterias potentes de alguns centímetros de altura e largura e alguns milímetros de profundidade. Pela combinação das características da presente revelação para fornecer um dispositivo ultrassônico autocontido e autoalimentado, pode-se obter uma redução do custo de produção.
[00471] A saída da fonte de energia 3304 é alimentada ao processador 3302 e o energiza. O processador 3302 recebe e envia sinais e, conforme será descrito abaixo, funciona de acordo com uma lógica personalizada ou de acordo com programas de computador que são executados pelo processador 3302. Conforme discutido acima, o circuito elétrico 3300 pode também incluir uma memória 3326, de preferência, uma memória de acesso aleatório (RAM) que armazena instruções e dados legíveis por computador.
[00472] A saída da fonte de energia 3304 também é direcionada à chave 3306 tendo um ciclo de trabalho controlado pelo processador
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3302. Ao controlar o tempo de permanência da chave 3306, o processador 3302 é capaz de determinar a quantidade total de energia que é, por fim, fornecida ao transdutor 1120. Em um aspecto, a chave 3306 é um MOSFET, embora outras configurações de chave e chaveamento também sejam adaptáveis. A saída da chave 3306 é alimentada a um circuito de acionamento 3308 que contém, por exemplo, um circuito de detecção de fase para fase bloqueada (PLL) e/ou um filtro passa-baixa e/ou um oscilador controlado por tensão. A saída da chave 3306 é amostrada pelo processador 3302 para determinar a tensão e a corrente do sinal de saída (Vin e Iin, respectivamente). Esses valores são utilizados em uma arquitetura de retroalimentação para ajustar a modulação por largura de pulso da chave 3306. Por exemplo, o ciclo de trabalho da chave 3306 pode variar de cerca de 20% a cerca de 80%, dependendo da saída desejada e real da chave 3306.
[00473] O circuito de acionamento 3308, que recebe o sinal da chave 3306, inclui um circuito oscilatório que transforma a saída da chave 3306 em um sinal elétrico tendo uma frequência ultrassônica, por exemplo, de 55 kHz (VCO). Conforme explicado acima, uma versão suavizada dessa forma de onda ultrassônica é, por fim, alimentada ao transdutor ultrassônico 1120 para produzir uma onda senoidal ressonante ao longo do guia de ondas de transmissão ultrassônica.
[00474] Na saída do circuito de acionamento 3308 existe um transformador 3310 que é capaz de elevar o(s) sinal(is) de baixa tensão para uma tensão mais alta. Observa-se que o chaveamento a montante, antes do transformador 3310, é realizado em baixas tensões (por exemplo, acionado por bateria), algo que, até o momento, não era possível para dispositivos ultrassônicos de corte e cauterização. isto ocorre, ao menos parcialmente, pelo fato de que o dispositivo vantajosamente utiliza dispositivos de chaveamento MOSFET de baixa
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165/310 resistência. As chaves MOSFET de baixa resistência são vantajosas, uma vez que produzem menores perdas de chaveamento e menos calor que um dispositivo MOSFET tradicional e possibilitam maior corrente para passagem. Portanto, o estágio de chaveamento (prétransformador) pode ser caracterizado como de baixa tensão/alta corrente. Para garantir a menor resistência do(s) MOSFET(s) do amplificador, o(s) MOSFET(s) é(são) executado(s), por exemplo, a 10 V. Nesse caso, uma fonte de energia de 10 VDC separada pode ser utilizada para alimentar a porta MOSFET, o que garante que o MOSFET esteja totalmente ligado e que uma resistência razoavelmente baixa seja atingida. Em um aspecto da presente revelação, o transformador 3310 eleva a tensão da bateria para 120 V de valor quadrático médio (RMS). Os transformadores são conhecidos na técnica e, portanto, não são aqui explicados em detalhe.
[00475] Nas configurações descritas do circuito, a degradação do componente de circuito pode afetar negativamente o desempenho de circuito do circuito. Um fator que afeta diretamente o desempenho do componente é o calor. Os circuitos conhecidos em geral monitoram as temperaturas de chaveamento (ou seja, as temperaturas do MOSFET). Entretanto, devido aos avanços tecnológicos nos projetos de MOSFET e devido à correspondente redução no tamanho, as temperaturas de MOSFET não são mais um indicador válido de cargas e de calor do circuito. Por este motivo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação, um circuito de detecção 3314 detecta a temperatura do transformador 3310. Essa detecção de temperatura é vantajosa, pois o transformador 3310 é operado na sua temperatura máxima ou muito próximo a ela, durante o uso do dispositivo. A temperatura adicional fará com que o material do núcleo, por exemplo, a ferrita, se rompa e um dano permanente pode ocorrer. A presente revelação pode responder a uma temperatura máxima do transformador 3310, por exemplo,
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166/310 reduzindo a energia de acionamento no transformador 3310, sinalizando o usuário, desligando a energia, pulsando a energia ou por meio de outras respostas apropriadas.
[00476] Em um aspecto da presente revelação, o processador 3302 está acoplado de forma comunicativa ao atuador de extremidade (por exemplo, 1122, 1125) que é utilizado para colocar o material em contato físico com a lâmina ultrassônica (por exemplo, 1128, 1149). São fornecidos sensores que medem, no atuador de extremidade um valor de força de travamento (existente dentro de uma faixa conhecida) e, com base no valor da força de travamento recebido, o processador 3302 varia uma tensão de movimento Vm. Uma vez que os altos valores de força, combinados com uma taxa de movimento definida, podem resultar em altas temperaturas da lâmina, um sensor de temperatura 3332 pode ser acoplado de forma comunicativa ao processador 3302, sendo que o processador 3302 é operável para receber e interpretar um sinal que indica uma temperatura atual da lâmina a partir do sensor de temperatura 3336 e para determinar uma frequência alvo de movimento da lâmina com base na temperatura recebida. Em um outro aspecto, sensores de força, como manômetros de tensão mecânica ou sensores de pressão, podem ser acoplados ao gatilho (por exemplo, 1143, 1147) para medir a força aplicada ao gatilho pelo usuário. Em um outro aspecto, sensores de força, como manômetros de tensão mecânica ou sensores de pressão, podem ser acoplados a um botão da chave de modo que a intensidade do deslocamento corresponda à força aplicada pelo usuário ao botão de chave.
[00477] De acordo com ao menos um aspecto da presente revelação, a porção PLL do circuito de acionamento 3308, que é acoplada ao processador 3302, é capaz de determinar uma frequência de movimento do guia de ondas e comunicar essa frequência ao processador 3302. O processador 3302 armazena o valor dessa
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167/310 frequência na memória 3326 quando o dispositivo é desligado. Ao ler o clock 3330, o processador 3302 é capaz de determinar um tempo decorrido depois que o dispositivo é desligado e recuperar a última frequência de movimento do guia de ondas caso o tempo decorrido seja menor que um valor predeterminado. O dispositivo pode, então, iniciar na última frequência, que, presumivelmente, é a frequência ideal para a carga de corrente.
Instrumento cirúrgico manual modular acionado por bateria com circuitos geradores de múltiplos estágios
[00478] Em um outro aspecto, a presente revelação fornece um instrumento cirúrgico manual modular alimentado por bateria com circuitos geradores de multiestágios. É revelado um instrumento cirúrgico que inclui um conjunto de bateria, um conjunto de empunhadura, e um conjunto de eixo de acionamento, sendo que o conjunto de bateria e o conjunto de eixo de acionamento são configurados para mecânica e eletricamente conectar o conjunto de empunhadura. O conjunto de bateria inclui um circuito de controle configurado para gerar uma forma de onda digital. O conjunto de empunhadura inclui um primeiro circuito de estágio configurado para receber a forma de onda digital, converter a forma de onda digital em uma forma de onda analógica e amplificar a forma de onda analógica. O conjunto de eixo de acionamento inclui um segundo circuito de estágio acoplado ao primeiro circuito de estágio para receber, amplificar e aplicar a forma de onda analógica a uma carga.
[00479] Em um aspecto, a presente revelação fornece um instrumento cirúrgico, que compreende: um conjunto de bateria, que compreende um circuito de controle que compreende uma bateria, uma memória acoplado à bateria, e um processador acoplado à memória e à bateria, sendo que o processador é configurado para gerar uma forma de onda digital; um conjunto de empunhadura que compreende um
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168/310 primeiro circuito de estágio acoplado ao processador, sendo que o primeiro circuito de estágio compreende um conversor digital para analógico (DAC) e um primeiro circuito de estágio amplificador, sendo que o DAC é configurado para receber a forma de onda digital e converter a forma de onda digital em uma forma de onda analógica, sendo que o primeiro circuito amplificador de estágio é configurado para receber e amplificar a forma de onda analógica; e um conjunto de eixo de acionamento que compreende um segundo circuito de estágio acoplado ao primeiro circuito amplificador de estágio para receber a forma de onda analógica, amplificar a forma de onda analógica, e aplicar a forma de onda analógica a uma carga; sendo que o conjunto de bateria e o conjunto de eixo de acionamento são configurados para se conectarem mecânica e eletricamente ao conjunto de empunhadura. [00480] A carga pode compreender qualquer um dentre um transdutor ultrassônico, um eletrodo ou um sensor, ou quaisquer combinações dos mesmos. O primeiro circuito de estágio pode compreender um primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico e um primeiro circuito de estágio de acionamento de corrente de alta frequência. O circuito de controle pode ser configurado para acionar o primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico e o primeiro circuito de estágio de acionamento de corrente de alta frequência, independentemente ou simultaneamente. O primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico pode ser configurado para se acoplar a um segundo circuito de estágio circuito de acionamento ultrassônico. O segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico pode ser configurado para se acoplar a um transdutor ultrassônico. O primeiro circuito de estágio de acionamento de corrente de alta frequência de primeiro estágio pode ser configurado para se acoplar a um segundo circuito de estágio de alta frequência. O segundo circuito de estágio de acionamento de alta frequência pode
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169/310 ser configurado para se acoplar a um eletrodo.
[00481] O primeiro circuito de estágio pode compreender um primeiro circuito de estágio de acionamento de sensor. O primeiro circuito de estágio de acionamento de sensor pode ser configurado a um segundo circuito de estágio de acionamento. O segundo circuito de estágio de acionamento de sensor pode ser configurado para se acoplar a um sensor.
[00482] Em um outro aspecto, a presente revelação fornece um instrumento cirúrgico, que compreende: um conjunto de bateria, que compreende um circuito de controle que compreende uma bateria, uma memória acoplado à bateria, e um processador acoplado à memória e à bateria, sendo que o processador é configurado para gerar uma forma de onda digital; um conjunto de empunhadura que compreende um primeiro circuito de estágio comum acoplado ao processador, sendo que o primeiro circuito de estágio comum compreende um conversor digital para analógico (DAC) e um primeiro circuito amplificador de estágio comum, sendo que o DAC é configurado para receber a forma de onda digital e converter a forma de onda digital em uma forma de onda analógica, sendo que o primeiro circuito amplificador de estágio comum é configurado para receber e amplificar a forma de onda analógica; e um conjunto de eixo de acionamento que compreende um segundo circuito de estágio acoplado ao primeiro circuito amplificador de estágio comum para receber a forma de onda analógica, amplificar a forma de onda analógica, e aplicar a forma de onda analógica a uma carga; sendo que o conjunto de bateria e o conjunto de eixo de acionamento são configurados para se conectarem mecânica e eletricamente ao conjunto de empunhadura.
[00483] A carga pode compreender qualquer um dentre um transdutor ultrassônico, um eletrodo ou um sensor, ou quaisquer combinações dos mesmos. O primeiro circuito de estágio comum pode ser configurado para acionar circuitos ultrassônicos, de alta frequência,
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170/310 ou sensores. O primeiro circuito estágio de acionamento comum pode ser configurado para se acoplar a um segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico, um segundo circuito de estágio de acionamento de alta frequência, ou um segundo circuito de estágio de acionamento de sensor. O segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico pode ser configurado para se acoplar a um transdutor ultrassônico, o segundo circuito de estágio de acionamento de alta frequência é configurado para se acoplar a um eletrodo, e o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor é configurado para se acoplar a um sensor.
[00484] Em um outro aspecto, a presente revelação fornece um instrumento cirúrgico, que compreende: um circuito de controle que compreende uma memória acoplada a um processador, sendo que o processador é configurado para gerar uma forma de onda digital; um conjunto de empunhadura que compreende um primeiro circuito de estágio comum acoplado ao processador, o primeiro circuito de estágio comum configurado para receber a forma de onda digital, converter a forma de onda digital em uma forma de onda analógica, e amplificar a forma de onda analógica; e um conjunto de eixo de acionamento que compreende um segundo circuito de estágio acoplado ao primeiro circuito de estágio comum para receber e amplificar a forma de onda analógica; sendo que o conjunto de eixo de acionamento é configurado para se conectar mecânica e eletricamente ao conjunto de empunhadura.
[00485] O primeiro circuito de estágio comum pode ser configurado para acionar circuitos ultrassônicos, de alta frequência, ou sensores. O primeiro circuito de estágio de acionamento comum pode ser configurado para se acoplar a um segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico, um segundo circuito de estágio de acionamento de alta frequência, ou um segundo circuito de estágio de
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171/310 acionamento de sensor. O segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico pode ser configurado para se acoplar a um transdutor ultrassônico, o segundo circuito de estágio de acionamento de alta frequência é configurado para se acoplar a um eletrodo, e o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor é configurado para se acoplar a um sensor.
[00486] A Figura 34 ilustra um circuito gerador 3400 dividido em um primeiro circuito de estágio 3404 e um segundo circuito de estágio 3406, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. Em um aspecto, os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 aqui descritos podem compreender um circuito gerador 3400 dividido em múltiplos estágios. Por exemplo, os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 podem compreender o circuito gerador 3400 dividido em ao menos dois circuitos: o primeiro circuito de estágio 3404 e o segundo circuito de estágio 3406 de amplificação permitindo a operação de energia de RF apenas, energia ultrassônica apenas, e/ou uma combinação de energia de RF e energia ultrassônica. Um conjunto de eixo de acionamento modular 3414 de combinação pode ser alimentado pelo primeiro circuito de estágio comum 3404 localizado em um conjunto de empunhadura 3412 e o segundo circuito de estágio modular 3406 integral com o conjunto de eixo de acionamento modular 3414. Como anteriormente discutido nesta descrição em conexão com os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000, um conjunto de bateria 3410 e o conjunto de eixo de acionamento 3414 são configurados para mecanicamente e eletricamente se conectarem ao conjunto de empunhadura 3412. O conjunto de atuador de extremidade é configurado para conectam mecanicamente e eletricamente o conjunto de eixo de acionamento 3414.
[00487] Voltando-se agora para a Figura 34, o circuito gerador 3400 é dividido em múltiplos estágios localizados em múltiplos conjuntos
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172/310 modulares de um instrumento cirúrgico, como os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 aqui descritos. Em um aspecto, um circuito de controle de estágio 3402 pode estar situado no conjunto de bateria 3410 do instrumento cirúrgico. O circuito de controle de estágio 3402 é um circuito de controle 3200 conforme descrito em conexão com a Figura 32. O circuito de controle 3200 compreende um processador 3214, que inclui memória interna 3217 (Figura 34) (por exemplo, memória volátil e não volátil), e é eletricamente acoplado a uma bateria 3211. A bateria 3211 fornece energia para o primeiro circuito de estágio 3404, o segundo circuito de estágio 3406, e um terceiro circuito de estágio 3408, respectivamente. Conforme anteriormente discutido, o circuito de controle 3200 gera uma forma de onda digital 4300 (Figura 43) com o uso de circuitos e técnicas descritas em conexão com as Figuras 41 e 42. Novamente com referência à Figura 34, a forma de onda digital 4300 pode ser configurada para acionar um transdutor ultrassônico, eletrodos de alta frequência (por exemplo, RF), ou uma combinação dos mesmos, independentemente ou simultaneamente. Se acionados simultaneamente, circuitos de filtro podem ser fornecidos nos primeiros circuitos de estágio correspondentes 3404 para selecionar tanto a forma de onda ultrassônica quanto a forma de onda de RF. Essas técnicas de filtragem são descritas no pedido de patente US n° US-2017-0086910A1, de propriedade comum, intitulado TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR, que está aqui integralmente incorporado a título de referência.
[00488] Os primeiros circuitos de estágio 3404 (por exemplo, o primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3420, o primeiro circuito de estágio de acionamento de RF 3422, e o primeiro circuito de estágio de acionamento de sensor 3424) estão localizados em um conjunto de empunhadura 3412 do instrumento cirúrgico. O circuito de controle 3200 fornece o sinal de acionamento ultrassônico
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173/310 para o primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3420 através das saídas SCL-A, SDA-A do circuito de controle 3200. O primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3420 é descrito em detalhes em conexão com a Figura 29. O circuito de controle 3200 fornece o sinal de acionamento RF para o primeiro circuito de estágio de acionamento de RF 3422 através das saídas
SCL-B, SDA-B do circuito de controle 3200. O primeiro circuito de estágio de acionamento RF 3422 é descrito em detalhes em conexão com a Figura 36. O circuito de controle 3200 fornece o sinal de acionamento do sensor ao primeiro circuito de estágio de acionamento do sensor 3424 através das saídas SCL-C, SDA-C do circuito de controle 3200. Em geral, cada um dentre os primeiros circuitos de estágio 3404 inclui um conversor digital para analógico (DAC) e uma primeira seção de amplificador de estágio para acionar os segundos circuitos de estágio 3406. As saídas dos primeiros circuitos de estágio 3404 são fornecidas para as entradas dos segundos circuitos de estágio 3406.
[00489] O circuito de controle 3200 é configurado para detectar quais módulos são plugados no circuito de controle 3200. Por exemplo, o circuito de controle 3200 é configurado para detectar se o primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3420, o primeiro circuito estágio de acionamento de RF 3422, ou o primeiro circuito de estágio de acionamento de sensor 3424 situado no conjunto de empunhadura 3412 está conectado ao conjunto de bateria 3410. Da mesma forma, cada um dentre os primeiros circuitos de estágio 3404 pode detectar quais segundos circuitos de estágio 3406 estão conectados ao mesmo e qual informação é fornecida de volta ao circuito de controle 3200 para determinar que tipo de forma de onda de sinal gerar. De modo similar, cada um dentre os segundos circuitos de estágio 3406 pode detectar quais terceiros circuitos de estágio 3408
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174/310 ou componentes estão conectados ao mesmo e qual informação é fornecida de volta ao circuito de controle 3200 para determinar que tipo de forma de onda de sinal gerar.
[00490] Em um aspecto, os segundos circuitos de estágio 3406 (por exemplo, o segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430, o segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3432, e o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434) estão localizados no conjunto de eixo de acionamento 3414 do instrumento cirúrgico. O primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3420 fornece um sinal para o segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430 através de saídas US-esquerda/USdireta. O segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430 é descrito em detalhes em conexão com as Figuras 30 e 31. Além de um transformador (Figuras 30 e 31), o segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430 também pode incluir filtro, amplificador, e circuitos de condicionamento de sinal. O primeiro circuito de estágio de acionamento de corrente (RF) de alta frequência 3422 fornece um sinal para o segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3432 através das saídas de RF-esquerda/RF direita. Além de um transformador e capacitores de bloqueio, o segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3432 também pode incluir filtro, amplificador, e circuitos de condicionamento de sinal. O primeiro circuito de estágio de acionamento de sensor 3424 fornece um sinal para o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434 através de saídas sensor-1/sensor-2. O segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434 pode incluir filtro, amplificador, e circuitos de condicionamento de sinal dependendo do tipo de sensor. As saídas dos segundos circuitos de estágio 3406 são fornecidas para as entradas dos terceiros circuitos de estágio 3408.
[00491] Em um aspecto, os terceiros circuitos de estágio 3408 (por
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175/310 exemplo, o transdutor ultrassônico 1120, os eletrodos de RF 3074a, 3074b, e os sensores 3440) podem estar situados em vários conjuntos 3416 dos Instrumentos cirúrgicos. Em um aspecto, o segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430 fornece um sinal de acionamento à pilha piezoelétrica do transdutor ultrassônico 1120. Em um aspecto, o transdutor ultrassônico 1120 está localizado no conjunto de transdutor ultrassônico do instrumento cirúrgico. Em outros aspectos, entretanto, o transdutor ultrassônico 1120 pode estar situado no conjunto de empunhadura 3412, no conjunto de eixo de acionamento 3414 ou no atuador de extremidade. Em um aspecto, o segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3432 fornece um sinal de acionamento aos eletrodos de RF 3074a, 3074b, que estão geralmente localizados na porção de atuador de extremidade do instrumento cirúrgico. Em um aspecto, o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434 fornece um sinal de acionamento a vários sensores 3440 localizados no instrumento cirúrgico.
[00492] A Figura 35 ilustra um circuito gerador 3500 dividido em múltiplos estágios em que um primeiro circuito de estágio 3504 é comum para o segundo circuito de estágio 3506, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. Em um aspecto, os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 aqui descritos podem compreender circuito gerador 3500 dividido em múltiplos estágios. Por exemplo, os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 podem compreender o circuito gerador 3500 dividido em ao menos dois circuitos: o primeiro circuito de estágio 3504 e o segundo circuito de estágio 3506 de amplificação permitindo a operação de energia de alta frequência RF apenas, energia ultrassônica apenas, e/ou uma combinação de energia de RF e energia ultrassônica. Um conjunto de eixo de acionamento modular 3514 de combinação ser alimentado pelo primeiro circuito de estágio comum 3504 localizado em um conjunto de empunhadura 3512
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176/310 e o segundo circuito de estágio modular 3506 integral com o conjunto de eixo de acionamento modular 3514. Como anteriormente discutido nesta descrição em conexão com os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000, um conjunto de bateria 3510 e o conjunto de eixo de acionamento 3514 são configurados para mecanicamente e eletricamente se conectarem ao conjunto de empunhadura 3512. O conjunto de atuador de extremidade é configurado para mecânica e eletricamente se conectar ao conjunto de eixo de acionamento 3514.
[00493] Conforme mostrado no exemplo da Figura 35, a porção do conjunto de bateria 3510 do instrumento cirúrgico compreende um primeiro circuito de controle 3502, que inclui o circuito de controle 3200 anteriormente descrito. O conjunto de empunhadura 3512, que se conecta ao conjunto de bateria 3510, compreende um primeiro circuito de estágio de acionamento comum 3420. Conforme anteriormente discutido, o primeiro circuito de estágio de acionamento 3420 é configurado para acionar a corrente ultrassônica de alta frequência (RF), e cargas de sensor. A saída do primeiro circuito de estágio de acionamento comum 3420 pode acionar qualquer um dos segundos circuitos de estágio 3506 como o segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430, o segundo circuito de estágio de acionamento de corrente de alta frequência (RF) 3432, e/ou o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434. O primeiro circuito de estágio de acionamento comum 3420 detecta qual segundo circuito de estágio 3506 está situado no conjunto de eixo de acionamento 3514 quando o conjunto de eixo de acionamento 3514 é conectado ao conjunto de empunhadura 3512. Após o conjunto de eixo de acionamento 3514 ser conectado ao conjunto de empunhadura 3512, o primeiro circuito de estágio de acionamento comum 3420 determina qual dentre os segundos circuitos de estágio 3506 (por exemplo, o segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430, o
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177/310 segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3432, e/ou o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434) está situado no conjunto de eixo de acionamento 3514. As informações são fornecidas ao circuito de controle 3200 localizado no conjunto de empunhadura 3512 para fornecer uma forma de onda digital adequada 4300 (Figura 43) ao segundo circuito de estágio 3506 para acionar a carga adequada, por exemplo, ultrassônica, RF ou sensor. Será entendido que circuitos de identificação podem ser incluídos em vários conjuntos 3516 no terceiro circuito de estágio 3508 como o transdutor ultrassônico 1120, os eletrodos 3074a, 3074b, ou os sensores 3440. Dessa forma, quando um terceiro circuito de estágio 3508 é conectado a um segundo circuito de estágio 3506, o segundo circuito de estágio 3506 reconhece o tipo de carga que é necessária com base na informação de identificação.
[00494] A Figura 36 é um diagrama esquemático de um aspecto de um circuito elétrico 3600 configurado para acionar uma corrente de alta frequência (RF), de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. O circuito elétrico 3600 compreende um multiplexador analógico 3680. O multiplexador analógico 3680 multiplexa vários sinais a partir dos canais a montante SCL-A, SDA-A como circuitos de RF, de bateria e de controle de energia. Um sensor de corrente 3682 está acoplado em série à perna de retorno ou de aterramento do circuito de fonte de energia para medir a corrente fornecida pela fonte de energia. Um sensor de temperatura 3684 de transistor de efeito de campo (FET) fornece a temperatura ambiente. Um temporizador de vigilância de modulação por largura de pulso (PWM) 3688 gera automaticamente uma reinicialização do sistema se o programa principal deixar de repará-lo periodicamente. Ele é fornecido para reiniciar automaticamente o circuito elétrico 3600 quando ele trava ou congela devido a uma falha de software ou hardware. Será reconhecido que o circuito elétrico 3600 pode ser
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178/310 configurado para acionar eletrodos de RF ou para acionar o transdutor ultrassônico 1120 conforme descrito em conexão com a Figura 29, por exemplo. Consequentemente, com referência agora novamente à Figura 36, o circuito elétrico 3600 pode ser utilizado para acionar tanto eletrodos ultrassônicos quanto de RF de forma intercambiável.
[00495] Um circuito de acionamento 3686 fornece saídas de energia de RF à esquerda e à direita. Um sinal digital que representa a forma de onda de sinal é fornecido às entradas SCL-A, SDA-A do multiplexador analógico 3680 a partir de um circuito de controle, como o circuito de controle 3200 (Figura 32). Um conversor de digital para analógico (DAC) 3690 converte a entrada digital em uma saída analógica para gerar um circuito de modulação por largura de pulso 3692 acoplado a um oscilador 3694. O circuito de modulação por largura de pulso 3692 fornece um primeiro sinal para um primeiro circuito de acionamento de porta 3696a acoplado a um primeiro estágio de saída do transistor 3698a para acionar uma primeira saída de energia de RF+ (esquerda). O circuito de modulação por largura de pulso 3692 também fornece um segundo sinal para um segundo circuito de acionamento de porta 3696b acoplado a um segundo estágio de saída do transistor 3698b para acionar uma segunda saída de energia de RF- (direita). Um sensor de tensão 3699 está acoplado entre os terminais de saída de RF à esquerda/RF para medir a tensão de saída. O circuito de acionamento 3686, o primeiro e o segundo circuitos de acionamento 3696a, 3696b, e o primeiro e o segundo estágios de saída do transistor 3698a, 3698b definem um primeiro circuito amplificador de estágio. Em funcionamento, o circuito de controle 3200 (Figura 32) gera uma forma de onda digital 4300 (Figura 43) que emprega circuitos como os circuitos de síntese direta digital (DDS) 4100, 4200 (Figuras 41 e 42). O DAC 3690 recebe a forma de onda digital 4300 e a converte em uma forma de onda analógica, que é recebida e amplificada pelo primeiro circuito amplificador de estágio.
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[00496] A Figura 37 é um diagrama esquemático do transformador 3700 acoplado ao circuito elétrico 3600 mostrado na Figura 36, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. Os terminais de entrada RF+/RF (enrolamento primário) do transformador 3700 estão acoplados eletricamente aos terminais de saída RF esquerdo/RF do circuito elétrico 3600. Um lado do enrolamento secundário está acoplado em série ao primeiro e ao segundo capacitor de bloqueio 3706, 3708. O segundo capacitor de bloqueio está acoplado ao terminal positivo do segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3774a. O outro lado do enrolamento secundário está acoplado ao terminal negativo do segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3774b. A saída positiva do segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3774a é acoplada à lâmina ultrassônica e o segundo terminal terra negativo do segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3774b é acoplado a um tubo externo. Em um aspecto, o transformador tem uma razão de voltas de m:n2 de 1:50.
[00497] A Figura 38 é um diagrama esquemático de um circuito 3800 compreendendo fontes de energia separadas para circuitos de acionamento/energia de alta potência e circuitos de baixa potência, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. A fonte de energia 3812 inclui uma bateria primária compreendendo a primeira e a segunda baterias primárias 3815, 3817 (por exemplo, baterias de íons de Li) que estão conectadas ao circuito 3800 por uma chave 3818 e uma bateria secundária compreendendo uma bateria secundária 3820 que está conectada ao circuito por uma chave 3823 quando a fonte de energia 3812 é inserida no conjunto de bateria. A bateria secundária 3820 é uma bateria de prevenção de queda que tem componentes resistentes a esterilização por radiação gama ou outra radiação. Por exemplo, uma fonte de energia chaveada 3827 e um circuito de carga opcional no interior do conjunto de bateria podem ser
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180/310 incorporados para permitir que a bateria secundária 3820 reduza a queda de tensão das baterias primárias 3815, 3817. Isso garante células totalmente carregadas no início de uma cirurgia que são fáceis de introduzir no campo estéril. As baterias primárias 3815, 3817 podem ser usadas para alimentar os circuitos de controle do motor 3826 e os circuitos de energia 3832 diretamente. Os circuitos de controle de motor 3826 são configurados para controlar um motor, como o motor 3829. A fonte de energia/bateria 3812 pode compreender um conjunto de bateria do tipo dupla incluindo baterias primárias de íons de Li 3815, 3817 e baterias secundárias de NiMH 3820 com células de energia dedicadas 3820 para controlar os circuitos eletrônicos da empunhadura 3830 a partir das células de energia dedicadas 3815, 3817 para operar os circuitos de controle do motor 3826 e os circuitos de energia 3832. Nesse caso, o circuito 3810 se alimenta das baterias secundárias 3820 envolvidas no acionamento dos circuitos eletrônicos do cabo 3830 quando as baterias primárias 3815, 3817 envolvidas no acionamento dos circuitos de energia 3832 e/ou circuitos de controle do motor 3826 estão baixando. Em um aspecto diferente, o circuito 3810 pode incluir um diodo de sentido único que não possibilita que a corrente flua na direção oposta (por exemplo, a partir das baterias envolvidas no acionamento da energia e/ou circuitos de controle do motor para as baterias envolvidas no acionamento dos circuitos eletrônicos).
[00498] Adicionalmente, pode ser fornecido um circuito de carga passível de exposição à radiação gama que inclui uma fonte de energia chaveada 3827 utilizando diodos e componentes de tubo de vácuo para minimizar a queda de tensão em um nível predeterminado. Com a inclusão de uma mínima queda de tensão que é uma divisão das tensões de NiMH (3 células de NiMH), a fonte de energia chaveada 3827 poderia ser eliminada. Adicionalmente, pode ser fornecido um
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181/310 sistema modular em que os componentes reforçados contra radiação estão situados em um módulo, tornando o módulo esterilizável por esterilização por radiação. Outros componentes não reforçados contra radiação podem estar incluídos em outros componentes modulares e conexões feitas entre os componentes modulares, de modo que o componente opere junto como se os componentes estivessem situados juntos na mesma placa de circuito. Se apenas duas células de NiMH forem desejadas, a fonte de energia chaveada 3827 baseada em diodos e tubos de vácuo possibilita o circuito eletrônico esterilizável no interior da bateria primária descartável.
[00499] Com referência agora à Figura 39, é mostrado um circuito de controle 3900 para operação de um circuito gerador de RF alimentado pela bateria 3901 para uso com um instrumento cirúrgico 3902, de acordo com um ao menos um aspecto da presente revelação. O instrumento cirúrgico é configurado tanto para utilizar vibração ultrassônica quanto corrente de alta frequência para realizar tratamentos cirúrgicos de coagulação/corte em tecido vivo, e utiliza corrente de alta frequência para realizar um tratamento de coagulação cirúrgica em tecido vivo.
[00500] A Figura 39 ilustra o circuito de controle 3900 que permite que um sistema gerador duplo alterne entre as modalidades de energia do circuito gerador de RF 3902 e do circuito gerador ultrassônico 3920 para um instrumento cirúrgico do sistema cirúrgico 1000. Em um aspecto, um limiar de corrente em um sinal de RF é detectado. Quando a impedância do tecido for baixa, a corrente de alta frequência através do tecido é alta quando a energia de RF for utilizada como a fonte para o tratamento do tecido. De acordo com um aspecto, um indicador visual 3912 ou luz situado no instrumento cirúrgico do sistema cirúrgico 1000 pode ser configurado para estar em um estado ligado durante esse período de alta corrente. Quando a corrente cai abaixo de um limiar, o indicador visual 3912 entra em um estado desligado.
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Consequentemente, um fototransistor 3914 pode ser configurado para detectar a transição de um estado ligado para um estado desligado e desativar a energia de RF, conforme mostrado no circuito de controle 3900 mostrado na Figura 39. Portanto, quando o botão de energia é liberado e uma chave de energia 3926 é aberta, o circuito de controle 3900 é reinicializado e ambos os circuitos de RF e de gerador ultrassônico 3902, 3920 são mantidos desligados.
[00501] Com referência à Figura 39, em um aspecto, é fornecido um método de gerenciamento de um circuito gerador de RF 3902 e de um circuito gerador de ultrassom 3920. O circuito gerador de RF 3902 e/ou o circuito gerador de ultrassom 3920 podem estar situados no conjunto de empunhadura 1109, no conjunto de transdutor ultrassônico/gerador de RF 1120, no conjunto de bateria, no conjunto de eixo de acionamento 1129 e/ou no bocal, do instrumento eletrocirúrgico multifuncional 1108, por exemplo. O circuito de controle 3900 é mantido em um estado reinicializado se a chave de energia 3926 estiver desligada (por exemplo, aberta). Dessa forma, quando a chave de energia 3926 estiver aberta, o circuito de controle 3900 é reinicializado e ambos os circuitos geradores de RF e ultrassônicos 3902, 3920 são desligados. Quando a chave de energia 3926 é pressionada e a chave de energia 3926 é engatada (por exemplo, fechada), a energia de RF é distribuída ao tecido e o indicador visual 3912 operado por um transformador de aumento de detecção de corrente 3904 ficará aceso enquanto a impedância de tecido estiver baixa. A luz do indicador visual 3912 fornece um sinal logico para manter o circuito gerador ultrassônico 3920 no estado desligado. Uma vez que a impedância de tecido aumenta além de um limiar e a corrente de alta frequência através do tecido diminui abaixo de um limiar, o indicador visual 3912 desliga e luz passa para um estado desligado. Um sinal lógico gerado por essa transição desliga o relé 3908, por meio do que o circuito gerador de RF 3902 é desligado e o circuito gerador ultrassônico 3920 é ligado,
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183/310 para concluir o ciclo de coagulação e corte.
[00502] Ainda com referência à Figura 39, em um aspecto, a configuração do circuito gerador duplo emprega o circuito gerador de RF 3902 on-board, o qual é alimentado pela bateria 3901, para uma modalidade, e um segundo circuito gerador de ultrassom 3920 on-board, que pode estar incluído no conjunto de empunhadura 1109, no conjunto de bateria, no conjunto de eixo de acionamento 1129, no bocal e/ou no conjunto de transdutor ultrassônico/gerador de RF 1120 do instrumento circuito multifuncional 1108, por exemplo. O circuito gerador ultrassônico 3920 também é operado por bateria 3901. Em vários aspectos, o circuito gerador de RF 3902 e o circuito gerador ultrassônico 3920 podem ser um componente do conjunto de empunhadura 1109 integrado ou separável. De acordo com vários aspectos, ter os circuitos geradores de RF/ultrassônicos duplos 3902, 3920 como parte do conjunto de empunhadura 1109 pode eliminar a necessidade de fiação complicada. Os circuitos geradores de RF/ultrassônicos 3902, 3920 podem ser configurados para fornecer as capacidades totais de um gerador existente, enquanto se utilizam as capacidades de um sistema gerador sem fio simultaneamente.
[00503] Qualquer tipo de sistema pode ter controles separados para as modalidades que não estão se comunicando entre si. O cirurgião ativa a energia de RF e ultrassônica separadamente e a seu critério. Uma outra abordagem seria fornecer esquemas de comunicação completamente integrados que compartilham botões, estados do tecido, parâmetros operacionais do instrumento (como sistema de fechamento por garra, forças, etc.) e algoritmos para gerenciar o tratamento de tecido. Diversas combinações dessa integração podem ser implementadas para fornecer o nível adequado de funcionamento e desempenho.
[00504] Conforme discutido acima, em um aspecto, o circuito de controle 3900 inclui um circuito gerador de RF 3902 alimentado pela
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184/310 bateria 3901 que compreende uma bateria como uma fonte de energia. Conforme mostrado, o circuito gerador de RF 3902 está acoplado a duas superfícies eletricamente condutivas aqui chamadas de eletrodos 3906a, 3906b (isto é, eletrodo ativo 3906a e eletrodo de retorno 3906b) e é configurado para acionar os eletrodos 3906a, 3906b com energia de RF (por exemplo, corrente de alta frequência). Um primeiro enrolamento 3910a do transformador de elevação 3904 é conectado em série com um polo do circuito gerador de RF bipolar 3902 e o eletrodo de retorno 3906b. Em um aspecto, o primeiro enrolamento 3910a e o eletrodo de retorno 3906b são conectados ao polo negativo do circuito gerador de RF bipolar 3902. O outro polo do circuito gerador de RF bipolar 3902 é conectado ao eletrodo ativo 3906a através de um contato de chave 3909 do relé 3908, ou qualquer dispositivo de chaveamento eletromagnético adequado compreendendo uma armadura que é movida por um eletroímã 3936 para operar o contato de chave 3909. O contato de chave 3909 é fechado quando o eletroímã 3936 é energizado e o contato de chave 3909 é aberto quando o eletroímã 3936 é desenergizado. Quando o contato de chave é fechado, a corrente de RF flui através do tecido condutivo (não mostrado) situado entre os eletrodos 3906a, 3906b. Será reconhecido que, em um aspecto, o eletrodo ativo 3906a é conectado ao polo positivo do circuito gerador de RF bipolar 3902.
[00505] Um circuito indicador visual 3905 compreende o transformador de elevação 3904, um resistor em série R2 e um indicador visual 3912. O indicador visual 3912 pode ser adaptado para uso com o instrumento cirúrgico 1108 e outros sistemas e ferramentas eletrocirúrgicos, como aqueles aqui descritos. O primeiro enrolamento 3910a do transformador de elevação 3904 está conectado em série ao eletrodo de retorno 3906b e o segundo enrolamento 3910b do transformador de elevação 3904 está conectado em série ao resistor R2 e ao indicador visual 3912
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185/310 compreendendo uma lâmpada de neon do tipo NE-2, por exemplo. [00506] Em funcionamento, quando o contato de chave 3909 do relé 3908 é aberto, o eletrodo ativo 3906a é desconectado do polo positivo do circuito gerador de RF bipolar 3902 e nenhuma corrente flui através do tecido, do eletrodo de retorno 3906b e do primeiro enrolamento 3910a do transformador de elevação 3904. Consequentemente, o indicador visual 3912 não é energizado e não emite luz. Quando o contato de chave 3909 do relé 3908 é fechado, o eletrodo ativo 3906a é conectado ao polo positivo do circuito gerador de RF bipolar 3902, possibilitando que a corrente flua através do tecido, do eletrodo de retorno 3906b e do primeiro enrolamento 3910a do transformador de elevação 3904 para funcionar sobre o tecido, por exemplo, cortar e cauterizar o tecido.
[00507] Uma primeira corrente flui através do primeiro enrolamento 3910a em função da impedância do tecido situado entre os eletrodos ativo e de retorno 3906a, 3906b fornecendo uma primeira tensão através do primeiro enrolamento 3910a do transformador de elevação 3904. Uma segunda tensão elevada é induzida através do segundo enrolamento 3910b do transformador de elevação 3904. A tensão secundária aparece através do resistor R2 e energiza o indicador visual 3912, fazendo com que a lâmpada de neon acenda quando a corrente através do tecido é maior que um limiar predeterminado. Será reconhecido que o circuito e os valores de componente são ilustrativos e não limitados a eles. Quando o contato de chave 3909 do relé 3908 é fechado, a corrente flui através do tecido e o indicador visual 3912 é ligado.
[00508] Referindo-se agora à porção da chave de energia 3926 do circuito de controle 3900, quando a chave de energia 3926 está na posição aberta, uma lógica alta é aplicada à entrada de um primeiro inversor 3928 e uma lógica baixa é aplicada a uma das duas entradas
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186/310 da porta AND 3932. Dessa forma, a saída da porta AND 3932 é baixa e um transistor 3934 é desligado para impedir que a corrente flua através do enrolamento do eletroímã 3936. Com o eletroímã 3936 no estado desenergizado, o contato de chave 3909 do relé 3908 permanece aberto e impede que a corrente flua através dos eletrodos 3906a, 3906b. A saída de lógica baixa do primeiro inversor 3928 também é aplicada a um segundo inversor 3930, fazendo com que a saída aumente e reinicializando um flip-flop 3918 (por exemplo, um flip-flop do tipo D). Nesse momento, a saída Q fica baixa para desligar o circuito gerador de ultrassom 3920 e a saída Q fica alta e é aplicada à outra entrada da porta AND 3932.
[00509] Quando o usuário pressiona a chave de energia 3926 no cabo do instrumento para aplicar energia ao tecido entre os eletrodos 3906a, 3906b, a chave de energia 3926 se fecha e aplica uma lógica baixa na entrada do primeiro inversor 3928, que aplica uma lógica alta à outra entrada da porta AND 3932, fazendo com que a saída da porta AND 3932 aumente e ligue o transistor 3934. No estado ligado, o transistor 3934 conduz e reduz a corrente através do enrolamento do eletroímã 3936 para energizar o eletroímã 3936 e fechar o contato de chave 3909 do relé 3908. Conforme discutido acima, quando o contato de chave 3909 é fechado, a corrente pode fluir através dos eletrodos 3906a, 3906b e do primeiro enrolamento 3910a do transformador de elevação 3904 quando o tecido está situado entre os eletrodos 3906a, 3906b.
[00510] Conforme discutido acima, a magnitude da corrente que flui através dos eletrodos 3906a, 3906b depende da impedância do tecido situado entre os eletrodos 3906a, 3906b. Inicialmente, a impedância de tecido é baixa e a magnitude da corrente é alta através do tecido e do primeiro enrolamento 3910a. Consequentemente, uma tensão aplicada ao segundo enrolamento 3910b é alta o suficiente para ligar o indicador visual
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3912. A luz emitida pelo indicador visual 3912 liga o fototransistor 3914, o que reduz a entrada de um inversor 3916 e faz com que a saída do inversor 3916 aumente. Uma entrada alta aplicada ao CLK do flip-flop 3918 não tem efeito sobre o Q ou sobre as saídas Q do flip-flop 3918 e a saída Q permanece alta. Consequentemente, enquanto o indicador visual 3912 permanece energizado, o circuito gerador de ultrassom 3920 é desligado e o transdutor ultrassônico 3922 e uma lâmina ultrassônica 3924 do instrumento eletrocirúrgico multifuncional não são ativados.
[00511] Conforme o tecido entre os eletrodos 3906a, 3906b seca devido ao calor gerado pela corrente que flui através do tecido, a impedância do tecido aumenta e a corrente através dele diminui. Quando a corrente através do primeiro enrolamento 3910a diminui, uma tensão através do segundo enrolamento 3910b também diminui e quando uma tensão cai abaixo de um limiar mínimo exigido para operar o indicador visual 3912, o indicador visual 3912 e o fototransistor 3914 desligam. Quando o fototransistor 3914 desliga, uma lógica alta é aplicada à entrada do inversor 3916 e uma lógica baixa é aplicada à entrada CLK do flip-flop 3918 para registrar uma lógica alta à saída Q e uma lógica baixa à saída Q. A lógica alta na saída Q liga o circuito gerador de ultrassom 3920 para ativar o transdutor ultrassônico 3922 e a lâmina ultrassônica 3924 para iniciar o corte do tecido localizado entre os eletrodos 3906a, 3906a. Simultaneamente ou quase simultaneamente com o circuito gerador de ultrassom 3920 se ligando, a saída Q do flip-flop 3918 passa o estado lógico baixo e faz com que a saída da porta AND 3932 passe para o estado lógico baixo e desligue o transistor 3934, desenergizando, assim, o eletroímã 3936 e abrindo o contato de chave 3909 do relê 3908 para cortar o fluxo de corrente através dos eletrodos 3906a, 3906b.
[00512] Enquanto o contato de chave 3909 do relé 3908 estiver aberto, nenhuma corrente flui através dos eletrodos 3906a, 3906b, do tecido e do primeiro enrolamento 3910a do transformador de elevação
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3904. Portanto, nenhuma tensão é desenvolvida através do segundo enrolamento 3910b e nenhuma corrente flui através o indicador visual 3912.
[00513] O estado do Q e das saídas Q do flip-flop 3918 permanece o mesmo enquanto o usuário aperta o interruptor de energia 3926 no cabo do instrumento para manter o interruptor de energia 3926 fechado. Dessa forma, a lâmina ultrassônica 3924 permanece ativada e continua a cortar o tecido entre as garras do atuador de extremidade, enquanto nenhuma corrente flui através dos eletrodos 3906a, 3906b a partir do circuito gerador de RF bipolar 3902. Quando o usuário libera a chave de energia 3926 no cabo do instrumento, a chave de energia 3926 se abre e a saída do primeiro inversor 3928 passa para o estado lógico baixo e a saída do segundo inversor 3930 passa para o estado lógico alto para reiniciar o flip-flop 3918, fazendo com que a saída Q passe para o estado lógico baixo e desligue o circuito gerador de ultrassom 3920. Ao mesmo tempo, a saída Q passa para o estado lógico alto e o circuito está agora em um estado desligado e pronto para o usuário acionar a chave de energia 3926 no cabo do instrumento para fechar a chave de energia 3926, aplicar a corrente ao tecido localizado entre os eletrodos 3906a, 3906b, e repetir o ciclo de aplicação de energia de RF ao tecido e energia ultrassônica ao tecido conforme descrito acima.
[00514] A Figura 40 ilustra um diagrama de um sistema cirúrgico 4000, que representa um aspecto do sistema cirúrgico 1000, que compreende um sistema de retroalimentação para uso com qualquer um dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000, que pode incluir ou implementar muitas das características descritas na presente invenção. O sistema cirúrgico 4000 pode incluir um gerador 4002 acoplado a um instrumento cirúrgico que inclui um atuador de extremidade 4006, que pode ser ativado quando um médico opera um gatilho 4010. Em vários aspectos, o atuador de extremidade 4006 pode
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189/310 incluir uma lâmina ultrassônica para aplicar vibração ultrassônica para realizar tratamentos cirúrgicos de coagulação/corte em tecido vivo. Em outros aspectos, o atuador de extremidade 4006 pode incluir elementos eletricamente condutivos acoplados a uma fonte de energia de corrente eletrocirúrgica de alta frequência para realizar tratamentos cirúrgicos de coagulação ou cauterização em tecido vivo e uma faca mecânica com uma borda afiada ou uma lâmina ultrassônica para realizar tratamentos de corte em tecido vivo. Quando o gatilho 4010 é atuado, um sensor de força 4012 pode gerar um sinal que indica a quantidade de força que é aplicada ao gatilho 4010. Além de, ou em vez de, um sensor de força 4012, o instrumento cirúrgico pode incluir um sensor de posição 4013, que pode gerar um sinal indicando a posição do gatilho 4010 (por exemplo, quão longe o gatilho foi pressionado ou de outro modo atuado). Em um aspecto, o sensor de posição 4013 pode ser um sensor posicionado com a bainha tubular externa ou um membro de atuação tubular reciprocante situado no interior da bainha tubular externa do instrumento cirúrgico. Em um aspecto, o sensor pode ser um sensor de efeito Hall ou qualquer transdutor adequado que varia sua tensão de saída em resposta a um campo magnético. O sensor de efeito Hall pode ser utilizado para aplicações de chaveamento por proximidade, posicionamento, detecção de velocidade e detecção de corrente. Em um aspecto, o sensor de efeito Hall funciona como um transdutor analógico, retornando diretamente uma tensão. Com um campo magnético conhecido, sua distância da placa de Hall pode ser determinada.
[00515] Um circuito de controle 4008 pode receber os sinais dos sensores 4012 e/ou 4013. O circuito de controle 4008 pode incluir quaisquer componentes de circuito analógico ou digital adequados. O circuito de controle 4008 pode também se comunicar com o gerador 4002 e/ou com o transdutor 4004 para modular a energia fornecida ao
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190/310 atuador de extremidade 4006 e/ou o nível do gerador ou a amplitude da lâmina ultrassônica do atuador de extremidade 4006 com base na força aplicada ao gatilho 4010 e/ou na posição do gatilho 4010 e/ou na posição da bainha tubular externa descrita acima em relação a um membro de atuação tubular reciprocante situado no interior da bainha tubular externa (por exemplo, conforme medido por uma combinação de sensor de efeito Hall e ímã). Por exemplo, quanto mais força é aplicada ao gatilho 4010, mais energia e/ou maior amplitude de lâmina ultrassônica pode ser fornecida ao atuador de extremidade 4006. De acordo com vários aspectos, o sensor de força 4012 pode ser substituído por uma chave de múltiplas posições.
[00516] De acordo com vários aspectos, o atuador de extremidade 4006 pode incluir uma garra ou mecanismo de aperto. Quando o gatilho 4010 é inicialmente acionado, o mecanismo de travamento pode fechar, prender o tecido entre um braço de aperto e o atuador de extremidade 4006. Conforme a força aplicada ao gatilho aumenta (por exemplo, conforme detectado pelo sensor de força 4012), o circuito de controle 4008 pode aumentar a energia fornecida ao atuador de extremidade 4006 pelo transdutor 4004 e/ou o nível de gerador ou a amplitude de lâmina ultrassônica gerada no atuador de extremidade 4006. Em um aspecto, a posição do gatilho, conforme detectada pelo sensor de posição 4013 ou a posição da garra ou do braço de garra, conforme detectada pelo sensor de posição 4013 (por exemplo, com um sensor de efeito Hall), pode ser utilizada pelo circuito de controle 4008 para definir a energia e/ou a amplitude do atuador de extremidade 4006. Por exemplo, conforme o gatilho é movimentado adicionalmente em direção a uma posição completamente atuada, ou a garra ou o braço de garra se move adicionalmente em direção à lâmina ultrassônica (ou atuador de extremidade 4006), a energia e/ou amplitude do atuador de extremidade 4006 podem ser aumentadas.
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[00517] De acordo com vários aspectos, o instrumento cirúrgico do sistema cirúrgico 4000 pode também incluir um ou mais dispositivos de retroalimentação para indicar a quantidade de energia fornecida ao atuador de extremidade 4006. Por exemplo, um alto-falante 4014 pode emitir um sinal indicativo da energia do atuador de extremidade. De acordo com vários aspectos, o alto-falante 4014 pode emitir uma série de sons de pulso, onde a frequência dos sons indica a energia. Em adição a, ou em vez do alto-falante 4014, o instrumento cirúrgico pode incluir um display visual 4016. O display visual 4016 pode indicar o atuador de extremidade de acordo com qualquer método adequado. Por exemplo, o display visual 4016 pode incluir uma série de LEDs, em que a energia do atuador de extremidade é indicada pelo número de LEDs iluminados. O alto-falante 4014 e/ou o display visual 4016 podem ser acionados pelo circuito de controle 4008. De acordo com vários aspectos, o instrumento cirúrgico pode incluir um dispositivo de catraca conectado ao gatilho 4010. O dispositivo de catraca pode gerar um sinal audível quanto mais força é aplicada ao gatilho 4010, fornecendo uma indicação indireta de energia do atuador de extremidade. O instrumento cirúrgico pode incluir outros recursos que podem aumentar a segurança. Por exemplo, o circuito de controle 4008 pode ser configurado para impedir que a energia seja fornecida ao atuador de extremidade 4006 além do limiar predeterminado. Além disso, o circuito de controle 4008 pode implementar um atraso entre o tempo em que uma alteração na energia do atuador de extremidade é indicada (por exemplo, pelo altofalante 4014 ou display visual 4016) e o tempo em que a alteração na energia do atuador de extremidade é fornecida. Dessa forma, um médico pode ter ampla ciência de que o nível de energia ultrassônica que deve ser fornecida ao atuador de extremidade 4006 está prestes a mudar.
[00518] Em um aspecto, os geradores ultrassônicos ou de corrente de
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192/310 alta frequência do sistema cirúrgico 1000 podem ser configurados para gerar digitalmente a forma de onda de sinal elétrico de modo que o uso desejado de um número predeterminado de pontos de fase armazenados em uma tabela de consulta, digitalize a forma de onda. Os pontos de fase podem ser armazenados em uma tabela definida em uma memória, um arranjo de portas programável em campo (FPGA) ou qualquer memória não volátil adequada. A Figura 41 ilustra um aspecto de uma arquitetura fundamental para um circuito de síntese digital, como um circuito de síntese direta digital (DDS) 4100, configurado para gerar uma pluralidade de formatos de onda para a forma de onda de sinal elétrico. O software e os controles digitais do gerador podem comandar o FPGA a escanear os endereços na tabela de consulta 4104, que por sua vez fornece valores de entrada digitais variáveis para um circuito DAC 4108 que alimenta um amplificador de energia. Os endereços podem ser verificados de acordo com uma frequência de interesse. A utilização de tal tabela de consulta 4104 possibilita a geração de vários tipos de formatos de onda que podem ser alimentados no tecido ou a um transdutor, um eletrodo de RF, transdutores múltiplos simultaneamente, ou uma combinação de instrumentos ultrassônicos e de RF. Além disso, múltiplas tabelas de consulta 4104 que representam múltiplos formatos de onda podem ser criadas, armazenadas e aplicadas ao tecido a partir de um gerador.
[00519] A forma de onda de sinal pode ser configurada para controlar pelo menos uma de uma corrente de saída, uma tensão de saída ou uma energia de saída de um transdutor ultrassônico e/ou eletrodo de RF, ou múltiplos dos mesmos (por exemplo, dois ou mais transdutores ultrassônicos e/ou dois ou mais eletrodos de RF). Adicionalmente, onde o instrumento cirúrgico compreende componentes ultrassônicos, a forma de onda pode ser configurada para acionar pelo menos dois modos de vibração de um transdutor ultrassônico de pelo menos um instrumento cirúrgico. Dessa forma, um gerador pode ser configurado para fornecer
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193/310 uma forma de onda a pelo menos um instrumento cirúrgico, em que o sinal de forma de onda corresponde a pelo menos um formato de onda de uma pluralidade de formatos de onda na tabela. Adicionalmente, o sinal da forma de onda fornecida aos dois instrumentos cirúrgicos pode compreender dois ou mais formatos de onda. A tabela pode compreender informação associada a uma pluralidade de formatos de onda e a tabela pode ser armazenada dentro do gerador. Em um aspecto ou exemplo, a tabela pode ser uma tabela de síntese direta digital, que pode ser armazenada em um FPGA do gerador. A tabela pode ser endereçada de qualquer maneira que seja conveniente para categorizar formas de onda. De acordo com um aspecto, a tabela, que pode ser uma tabela de síntese direta digital, é endereçada de acordo com uma frequência do sinal de forma de onda. Adicionalmente, a informação associada à pluralidade de formas de onda pode ser armazenada como informação digital na tabela. [00520] A forma de onda de sinal elétrico analógica pode ser configurada para controlar pelo menos uma de uma corrente de saída, uma tensão de saída ou uma energia de saída de um transdutor ultrassônico e/ou eletrodo de RF, ou múltiplos dos mesmos (por exemplo, dois ou mais transdutores ultrassônicos e/ou dois ou mais eletrodos de RF). Adicionalmente, onde o instrumento cirúrgico compreende componentes ultrassônicos, a forma de onda de sinal elétrico analógica pode ser configurada para acionar pelo menos dois modos de vibração de um transdutor ultrassônico de pelo menos um instrumento cirúrgico. Dessa forma, o circuito gerador pode ser configurado para fornecer uma forma de onda de sinal elétrico analógico a ao menos um instrumento cirúrgico, sendo que a forma de onda de sinal elétrico analógico corresponde a ao menos um formato de onda de uma pluralidade de formatos de onda armazenados na tabela de consulta 4104. Adicionalmente, a forma de onda de sinal elétrico analógico fornecida aos pelo menos dois instrumentos cirúrgicos pode
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194/310 compreender dois ou mais formatos de onda. A tabela de consulta 4104 pode compreender informação associada a uma pluralidade de formatos de onda e a tabela de consulta 4104 pode ser armazenada no interior do circuito gerador ou do instrumento cirúrgico. Em um aspecto ou exemplo, a tabela de consulta 4104 pode ser uma tabela de síntese direta digital, que pode ser armazenada em um FPGA do circuito gerador ou do instrumento cirúrgico. A tabela de consulta 4104 pode ser endereçada de qualquer maneira que seja conveniente para categorizar os formatos de onda. De acordo com um aspecto, a tabela de consulta 4104, que pode ser uma tabela de síntese direta digital, é endereçada de acordo com uma frequência da forma de onda de sinal elétrico analógico desejado. Adicionalmente, a informação associada à pluralidade de formatos de onda pode ser armazenada como informação digital na tabela de consulta 4104.
[00521] Com o uso generalizado de técnicas digitais em sistemas de instrumentação e comunicações, um método controlado digitalmente de geração de frequências múltiplas a partir de uma fonte de frequência de referência evoluiu e é referido como síntese digital direta. A arquitetura básica é mostrada na Figura 41. Neste diagrama de blocos simplificado, um circuito DDS é acoplado a um processador, controlador ou dispositivo lógico do circuito gerador e a um circuito de memória localizado no circuito gerador do sistema cirúrgico 1000. O circuito DDS 4100 compreende um contador de endereços 4102, uma tabela de consulta 4104, um registro 4106, um circuito DAC 4108 e um filtro 4112. Um clock estável fc é recebido pelo contador de endereços 4102 e o registrador 4106 aciona uma memória só de leitura programável (PROM) que armazena um ou mais números inteiros de ciclos de uma onda senoidal (ou outra forma de onda arbitrária) em uma tabela de consulta 4104. À medida que o contador de endereços 4102 percorre as localizações de memória, os valores armazenados na tabela de
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195/310 consulta 4104 são gravados no registrador 4106, o qual está acoplado ao circuito DAC 4108. A amplitude digital correspondente do sinal na localização de memória da tabela de consulta 4104 aciona o circuito DAC 4108, o qual por sua vez gera um sinal de saída analógico 4110. A pureza espectral do sinal de saída analógico 4110 é determinada principalmente pelo circuito DAC 4108. O ruído de fase é basicamente o do clock de referência fc. O primeiro sinal de saída analógico 4110 do circuito DAC 4108 é filtrado pelo filtro 4112 e um segundo sinal de saída analógico 4114 produzido pelo filtro 4112 é fornecido a um amplificador tendo uma saída acoplada à saída do circuito gerador. O segundo sinal de saída analógica tem uma frequência fout.
[00522] Como o circuito DDS 4100 é um sistema de dados amostrados, problemas envolvidos na amostragem devem ser considerados: ruído de quantização, distorção, filtragem, etc. Por exemplo, as harmônicas de ordem mais alta das frequências de saída do circuito DAC 4108 se dobram na largura de banda de Nyquist, tornando-as não filtráveis, ao passo que, as harmônicas de ordem mais alta da saída de sintetizadores baseados em circuito de bloqueio de fase ou malha de captura de fase (PLL, -de phase-locked loop) podem ser filtrados. A tabela de consulta 4104 contém dados de sinal para um número integral de ciclos. A frequência de saída final fout pode ser alterada alterando a frequência do clock de referência fc ou reprogramando a PROM.
[00523] O circuito DDS 4100 pode compreender múltiplas tabelas de consulta 4104, onde a tabela de consulta 4104 armazena uma forma de onda representada por um número predeterminado de amostras, sendo que as amostras definem um formato predeterminado da forma de onda. Dessa forma, múltiplas formas de onda, tendo uma forma única, podem ser armazenadas em múltiplas tabelas de consulta 4104 para fornecer diferentes tratamentos de tecido com base em configurações de
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196/310 instrumento ou retroalimentação de tecido. Exemplos de formas de onda incluem formas de onda de sinal elétrico de RF de alto fator de crista para coagulação do tecido de superfície, forma de onda de sinal elétrico RF de baixo fator de crista para penetração no tecido mais profunda e formas de onda de sinal elétrico que promovem coagulação de retoque eficiente. Em um aspecto, o circuito DDS 4100 pode criar múltiplas tabelas de consulta de formato de onda 4104 e durante um procedimento de tratamento de tecido (por exemplo, simultaneamente ou em tempo real virtual com base em entradas de usuário ou sensor) alternar entre diferentes formatos de ondas armazenados em tabelas de consulta 4104 separadas com base no efeito do tecido desejado e/ou retroalimentação de tecido.
[00524] Por conseguinte, a alternância entre formas de onda pode ser baseada na impedância do tecido e outros fatores, por exemplo. Em outros aspectos, as tabelas de consulta 4104 podem armazenar formas de onda de sinal elétrico formatadas para maximizar a energia distribuída no tecido por ciclo (isto é, onda trapezoidal ou quadrada). Em outros aspectos, as tabelas de consulta 4104 podem armazenar formatos de onda sincronizados de modo que elas maximizam o fornecimento de energia pelo instrumento cirúrgico multifuncional do sistema cirúrgico 1000 quando este fornece sinais de acionamento de RF e ultrassônicos. Ainda em outros aspectos, as tabelas de consulta 4104 podem armazenar formas de onda de sinal elétrico para acionar simultaneamente energia terapêutica e/ou subterapêutica ultrassônica e de RF, mantendo simultaneamente o bloqueio da frequência ultrassônica. Formas de onda personalizadas específicas para diferentes instrumentos e seus efeitos teciduais podem ser armazenadas na memória não volátil do gerador ou na memória não volátil (por exemplo, EEPROM) do sistema cirúrgico 1000 e buscadas ao conectar o instrumento cirúrgico multifuncional ao circuito gerador. Um exemplo de uma senoide exponencialmente amortecida, conforme utilizada em
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197/310 muitos formatos de onda de coagulação de alto fator de crista, é mostrado na Figura 43.
[00525] Uma implementação mais flexível e eficiente do circuito DDS 4100 emprega um circuito digital chamado de Oscilador Controlado Numericamente (NCO, de Numerically Controlled Oscillator). Um diagrama de blocos de um circuito de síntese digital mais flexível e eficiente, como um circuito DDS 4200, é mostrado na Figura 42. Neste diagrama de blocos simplificado, um circuito DDS 4200 é acoplado a um processador, controlador ou dispositivo lógico do gerador e a um circuito de memória localizado no gerador ou em qualquer dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000. O circuito DDS 4200 compreende um registrador de carga 4202, um registrador de fase delta paralelo 4204, um circuito somador 4216, um registrador de fase 4208, uma tabela de consulta 4210 (conversor fase-amplitude), um circuito DAC 4212 e um filtro 4214. O circuito somador 4216 e o registrador de fase 4208 formam parte de um acumulador de fase 4206. Uma frequência de clock fc é aplicada ao registrador de fase 4208 e a um circuito DAC 4212. O registrador de carga 4202 recebe uma palavra de sintonia que especifica a frequência de saída como uma fração do sinal de frequência de clock de referência fc. A saída do registrador de carga 4202 é fornecida ao registador de fase delta paralelo 4204 com uma palavra de sintonização M.
[00526] O circuito DDS 4200 inclui um clock de amostra que gera a frequência de clock fc, o acumulador de fase 4206 e a tabela de consulta 4210 (por exemplo, conversor de fase para amplitude). O conteúdo do acumulador de fase 4206 é atualizado uma vez por ciclo de clock fc. Quando o tempo do acumulador de fase 4206 é atualizado, o número digital, M, armazenado no registrador de fase delta 4204 é adicionado ao número no registrador de fase 4208 pelo circuito somador 4216. Presumindo que o número no registo de fase delta paralela 4204 é 00...01 e que o conteúdo inicial do acumulador de fase 4206 é 00...00. O
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198/310 acumulador de fase 4206 é atualizado por 00...01 por ciclo de clock. Se o acumulador de fase 4206 tiver uma largura de 32 bits, são necessários 232 ciclos de clock (mais de 4 bilhões) antes do acumulador de fase 4206 retornar a 00...00, e o ciclo se repetir.
[00527] Uma saída truncada 4218 do acumulador de fase 4206 é fornecida a uma tabela de consulta do conversor de fase para amplitude 4210 e a saída da tabela de consulta 4210 é acoplada a um circuito DAC 4212. A saída truncada 4218 do acumulador de fase 4206 serve como o endereço para uma tabela de consulta de seno (ou cosseno). Um endereço na tabela de consulta corresponde a um ponto de fase na onda senoidal de 0° a 360°. A tabela de consulta 4210 contém as informações de amplitude digital correspondentes a um ciclo completo de uma onda senoidal. A tabela de consulta 4210, portanto, mapeia a informação de fase do acumulador de fase 4206 em uma palavra de amplitude digital, a qual, por sua vez, aciona o circuito DAC 4212. A saída do circuito DAC é um primeiro sinal analógico 4220 e é filtrada por um filtro 4214. A saída do filtro 4214 é um segundo sinal analógico 4222, que é fornecido a um amplificador de energia acoplado ao circuito gerador.
[00528] Em um aspecto, a forma de onda de sinal elétrico pode ser digitalizada em 1024 (210) pontos de fase, embora a forma de onda que pode ser digitalizada é qualquer número adequado de 2n pontos de fase variando de 256 (28) a 281.474.976.710.656 (248), onde n é um inteiro positivo, conforme mostrado na TABELA 1. A forma de onda do sinal elétrico pode ser expressa como An(0n), onde uma amplitude normalizada An em um ponto n é representada por um ângulo de fase 0n é chamado de ponto de fase no ponto n. O número de pontos de fase discretos n determina a resolução de sintonia do circuito DDS 4200 (bem como o circuito DDS 4100 mostrado na Figura 41).
[00529] A TABELA 1 especifica a forma de onda de sinal elétrico
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199/310 digitalizada em um número de pontos de fase.
N Número de Pontos de Fase 2n
8 256
10 1.024
12 4.096
14 16.384
16 65.536
18 262.144
20 1.048.576
22 4.194.304
24 16.777.216
26 67.108.864
28 268.435.456
32 4.294.967.296
48 281.474.976.710.656
Tabela 1
[00530] Os algoritmos do circuito gerador e os controles digitais podem escanear os endereços na tabela de consulta 4210, que em retorno fornece valores de entrada digitais variáveis para o circuito DAC 4212 que alimenta o filtro 4214 e o amplificador de energia. Os endereços podem ser verificados de acordo com uma frequência de interesse. A utilização da tabela de consulta possibilita a geração de vários tipos de formatos que podem ser convertidos em sinal de saída analógico pelo circuito DAC 4212 filtrado pelo filtro 4214, amplificado pelo amplificador de energia acoplado à saída do circuito gerador e alimentado ao tecido na forma de energia de RF ou alimentado a um transdutor e aplicado ao tecido na forma de vibrações ultrassônicas que fornecem energia ao tecido na forma de calor.
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200/310
A saída do amplificador pode ser aplicada a um eletrodo de RF, múltiplos eletrodos de saída simultaneamente, um transdutor ultrassônico, múltiplos transdutores ultrassônicos simultaneamente ou uma combinação de transdutores de RF e ultrassônicos, por exemplo. Além disso, múltiplas tabelas de forma de onda podem ser criadas, armazenadas e aplicadas ao tecido a partir de um circuito gerador.
[00531] Com referência novamente à Figura 41, para n = 32 e M = 1, o acumulador de fase 4206 escala cada uma das saídas possíveis 232 antes de transbordar e reinicializar. A frequência de onda de saída correspondente é igual à frequência clock de entrada dividida por 232. Se M = 2, então o registro de fase 1708 roda duas vezes mais rápido, e a frequência de saída é duplicada. Isto pode ser generalizado como a seguir.
[00532] Para um acumulador de fase 4206 configurado para acumular n-bits (em geral fica na faixa de 24 a 32 na maioria dos sistemas DDS, mas conforme previamente discutido, n pode ser selecionado dentre uma ampla gama de opções), existem 2n possíveis pontos de fases. A palavra digital no registrador de fase delta M representa a quantidade de acúmulo de fase que é incrementada por ciclo de clock. Se fc é a frequência de clock, então a frequência da onda senoidal de saída é igual a:
M-fc f 0 2Π
[00533] A equação acima é conhecida como equação de sintonia f
DDS. Observa-se que a resolução de frequência do sistema é igual a 2 . Para n = 2, a resolução é maior que uma parte em quatro bilhões. Em um aspecto do sistema DDS 4200, nem todos os bits fora do acumulador de fase 4206 passam para a tabela de consulta 4210 mas são truncados, deixando apenas os primeiros 13 a 15 bits mais significativos (MSBs), por exemplo. Isto reduz o tamanho da tabela de consulta 4210 e não afeta a resolução de frequência. A truncagem de fase somente adiciona uma
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201/310 pequena, mas aceitável, quantidade de ruído de fase à saída final. [00534] A forma de onda de sinal elétrico pode ser caracterizada pela corrente, tensão ou energia em uma determinada frequência.
Adicionalmente, quando qualquer um dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 compreende componentes ultrassônicos, a forma de onda de sinal elétrico pode ser configurada para acionar ao menos dois modos de vibração de um transdutor ultrassônico de ao menos um instrumento cirúrgico. Dessa forma, o circuito gerador pode ser configurado para fornecer uma forma de onda de sinal elétrico a ao menos um instrumento cirúrgico, sendo que a forma de onda de sinal elétrico é caracterizada por uma forma de onda predeterminada armazenada na tabela de consulta 4210 (ou tabela de consulta 4104 - Figura 41). Além disso, a forma de onda de sinal elétrico pode ser uma combinação de duas ou mais formas de onda. A tabela de consulta 4210 pode compreender informação associada a uma pluralidade de formatos de onda. Em um aspecto ou exemplo, a tabela de consulta 4210 pode ser gerada pelo circuito DDS 4200 e pode ser referida como uma tabela de síntese direta digital. A DDS opera armazenando primeiramente uma grande forma de onda repetitiva na memória integrada. Um ciclo de uma forma de onda (senoidal, triangular, quadrada, arbitrária) pode ser representado por um número predeterminado de pontos de fase, conforme mostrado na TABELA 1 e armazenado na memória. Uma vez que a forma de onda é armazenada na memória, ela pode ser gerada em frequências muito precisas. A tabela de síntese direta digital pode ser armazenada em uma memória não volátil do circuito gerador e/ou pode ser implementada com um circuito FPGA no circuito gerador. A tabela de consulta 4210 pode ser endereçada por qualquer técnica adequada que seja conveniente para categorizar os formatos de onda. De acordo com um aspecto, a tabela de consulta 4210 é endereçada de acordo com uma frequência da forma de onda de sinal elétrico. Além disso, as informações associadas à
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202/310 pluralidade de formatos de onda podem ser armazenadas como informações digitais em uma memória ou como parte da tabela de consulta 4210.
[00535] Em um aspecto, o circuito gerador pode ser configurado para fornecer formas de onda de sinal elétrico a ao menos dois instrumentos cirúrgicos simultaneamente. O circuito gerador pode também ser configurado para fornecer a forma de onda de sinal elétrico, que pode ser caracterizada por duas ou mais formas de onda, através de um canal de saída do circuito gerador para os dois instrumentos cirúrgicos simultaneamente. Por exemplo, em um aspecto, a forma de onda de sinal elétrico compreende um primeiro sinal elétrico para acionar um transdutor ultrassônico (por exemplo, sinal de acionamento ultrassônico), um segundo sinal de acionamento de RF e/ou uma combinação dos mesmos. Além disso, uma forma de onda de sinal elétrico pode compreender uma pluralidade de sinais de acionamento ultrassônicos, uma pluralidade de sinais de acionamento de RF e/ou uma combinação de uma pluralidade de sinais de acionamento ultrassônicos e de RF.
[00536] Adicionalmente, um método para operar o gerador de acordo com a presente divulgação compreende gerar uma forma de onda de sinal elétrico e fornecer a forma de onda de sinal elétrico gerada a qualquer um dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000, sendo que gerar a forma de onda de sinal elétrico compreende receber informações associadas à forma de onda de sinal elétrico de uma memória. A forma de onda de sinal elétrico gerada compreende pelo menos um formato de onda. Além disso, fornecer a forma de onda de sinal elétrico gerada para ao menos um instrumento cirúrgico compreende fornecer a forma de onda de sinal elétrico ao menos a dois instrumentos cirúrgicos simultaneamente.
[00537] O circuito gerador, conforme descrito aqui, pode permitir a
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203/310 geração de vários tipos de tabelas de síntese direta digital. Exemplos de formatos de onda para sinais de RF/eletrocirúrgicos adequados para tratar uma variedade de tecidos gerados pelo circuito gerador incluem sinais de RF com um fator de crista alto (que podem ser utilizados para coagulação superficial no modo RF), sinais RF de fator de crista baixo (que podem ser usados para penetração no tecido mais profunda) e formas de onda que promovem coagulação de retoque eficiente. O circuito gerador pode também gerar múltiplas formas de onda empregando uma tabela de consulta de síntese direta digital 4210 e, em tempo real, pode alternar entre formatos de onda particulares com base no efeito de tecido desejado. A alternância pode ser baseada na impedância do tecido e/ou em outros fatores.
[00538] Além dos formatos tradicionais de onda seno/cosseno, o circuito gerador pode ser configurado para gerar formato(s) de onda que maximiza(m) a energia no tecido por ciclo (por exemplo, onda trapezoidal ou quadrada). O circuito gerador pode fornecer formatos de ondas que são sincronizados para maximizar a energia fornecida à carga ao acionar simultaneamente sinais de RF e ultrassônicos e manter a trava de frequência ultrassônica, desde que o circuito gerador inclua uma topologia de circuito que possibilite o acionamento simultâneo de sinais de RF e ultrassônicos. Além disso, formas de onda personalizadas específicas para instrumentos e seus efeitos no tecido podem ser armazenadas em uma memória não volátil (NVM) ou um EEPROM de instrumento e podem ser buscadas ao conectar qualquer um dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 ao circuito gerador.
[00539] O circuito DDS 4200 pode compreender múltiplas tabelas de consulta 4104, onde a tabela de consulta 4210 armazena uma forma de onda representada por um número predeterminado de pontos de fase (também chamados de amostras), sendo que os pontos de fase definem
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204/310 um formato predeterminado de forma de onda. Dessa forma, múltiplas formas de onda, tendo uma forma única, podem ser armazenadas em múltiplas tabelas de consulta 4210 para fornecer diferentes tratamentos de tecido com base em configurações de instrumento ou retroalimentação de tecido. Exemplos de formas de onda incluem formas de onda de sinal elétrico de RF de alto fator de crista para coagulação do tecido de superfície, forma de onda de sinal elétrico RF de baixo fator de crista para penetração no tecido mais profunda e formas de onda de sinal elétrico que promovem coagulação de retoque eficiente. Em um aspecto, o circuito DDS 4200 pode criar múltiplas tabelas de consulta de formato de onda 4210 e durante um procedimento de tratamento de tecido (por exemplo, simultaneamente ou em tempo real virtual com base em entradas de usuário ou sensor) alternar entre diferentes formatos de ondas armazenados em diferentes tabelas de consulta 4210 com base no efeito sobre o tecido desejado e/ou retroalimentação de tecido.
[00540] Por conseguinte, a alternância entre formas de onda pode ser baseada na impedância do tecido e outros fatores, por exemplo. Em outros aspectos, as tabelas de consulta 4210 podem armazenar formas de onda de sinal elétrico formatadas para maximizar a energia distribuída no tecido por ciclo (isto é, onda trapezoidal ou quadrada). Em outros aspectos, as tabelas de consulta 4210 podem armazenar formatos de onda sincronizados de modo que elas maximizam o fornecimento de energia por qualquer um dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 quando este fornece sinais de acionamento de RF e ultrassônicos. Ainda em outros aspectos, as tabelas de consulta 4210 podem armazenar formas de onda de sinal elétrico para acionar simultaneamente energia terapêutica e/ou subterapêutica ultrassônica e de RF, mantendo simultaneamente o bloqueio da frequência ultrassônica. De modo geral, o formato de onda de saída pode estar na forma de uma onda senoidal, onda cossenoidal, onda de
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205/310 pulso, onda quadrada e similares. No entanto, os formatos de onda personalizados e mais complexos específicos para diferentes instrumentos e seus efeitos teciduais podem ser armazenadas na memória não volátil do circuito gerador ou na memória não volátil (por exemplo, EEPROM) do instrumento cirúrgico e buscadas ao conectar o instrumento cirúrgico no circuito gerador. Um exemplo de uma forma de onda personalizada é uma senoide exponencialmente amortecida conforme utilizada em muitas formas de onda de coagulação de alto fator de crista, conforme mostrado na Figura 43.
[00541] A Figura 43 ilustra um ciclo de uma forma de onda do sinal elétrico digital de tempo discreto 4300, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação, de uma forma de onda analógica 4304 (mostrada sobreposta sob a forma de onda do sinal elétrico digital de tempo isolada 4300 para propósitos de comparação). O eixo geométrico horizontal representa o Tempo (t) e o eixo geométrico vertical representa os pontos de fases digitais. A forma de onda do sinal elétrico digital 4300 é uma versão do tempo digital isolado da forma de onda analógica desejada 4304, por exemplo. A forma de onda do sinal elétrico digital 4300 é gerada pelo armazenamento de um ponto de fase de amplitude 4302 que representa a amplitude por ciclo de clock Tclk sobre um ciclo ou período To. A forma de onda de sinal elétrico digital 4300 é gerada sobre um período To por qualquer circuito de processamento digital adequado. Os pontos de fase de amplitude são palavras digitais armazenadas em um circuito de memória. No exemplo ilustrado nas Figura 41 e 42, a palavra digital é uma palavra de seis bits que é capaz de armazenar os pontos de fase de amplitude com uma resolução de 26 ou 64 bits. Será compreendido que os exemplos mostrados nas Figuras 41 e 42 são para propósitos ilustrativos e, nas implementações atuais, a resolução pode ser muito maior. Os pontos de fase de amplitude digital 4302 durante um ciclo To são armazenados na memória como uma cadeia da cadeia de palavras
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206/310 em uma tabela de consulta 4104, 4210, como descrito em conexão com as Figuras 41 e 42, por exemplo. Para gerar a versão analógica da forma de onda analógica 4304, os pontos de fase de amplitude 4302 são lidos sequencialmente a partir da memória de 0 a To por ciclo de clock Tclk e são convertidos por um circuito DAC 4108, 4212, também descritos em conexão com as Figuras 41 e 42. Ciclos adicionais podem ser gerados pela leitura repetida dos pontos de fase de amplitude 4302 da forma de onda de sinal elétrico digital 4300 de 0 a To pelo maior número de ciclos ou períodos que possam ser desejados. A versão analógica suave da forma de onda 4304 é conseguida mediante a filtração da saída do circuito DAC 4108, 4212 por um filtro 4112, 4214 (Figuras 41 e 42). O sinal de saída analógico filtrado 4114, 4222 (Figuras 41 e 42) é aplicado à entrada de um amplificador de energia.
[00542] A Figura 44 é um diagrama de um sistema de controle 12950 configurado para fornecer fechamento progressivo de um membro de fechamento (por exemplo, tubo de fechamento) quando o membro de deslocamento avança distalmente e se acopla a um braço de aperto (por exemplo, bigorna) para diminuir a carga da força de fechamento no membro de fechamento em uma velocidade desejada e diminuir a carga da força de disparo sobre o membro de disparo de acordo com um aspecto da presente revelação. Em um aspecto, o sistema de controle 12950 pode ser implementado como um controlador de retroalimentação PID aninhado. Um controlador PID é um mecanismo de retroalimentação do laço de controle (controlador) para calcular continuamente um valor de erro como a diferença entre um ponto de ajuste desejado e uma variável de processo medida e aplica uma correção com base nos termos proporcionais, integrais e derivados (às vezes indicados P, I, e D respectivamente). O sistema de controle de retroalimentação do controlador PID aninhado 12950 inclui um controlador primário 12952, em um circuito de retroalimentação (externo) primário 12954 e um controlador
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207/310 secundário 12955 em um circuito de retroalimentação (interno) secundário 12956. O controlador primário 12952 pode ser um controlador PID 12972, conforme mostrado na Figura 45, e o controlador secundário 12955 também pode ser um controlador PID 12972 conforme mostrado na Figura
45. O controlador primário 12952 controla um processo primário 12958 e o controlador secundário 12955 controla um processo secundário 12960. A saída 12966 do processador primário 12958 é subtraída de um ponto de ajuste primário P1 por um primeiro somador 12962. O primeiro somador 12962 produz um único sinal de soma de saída que é aplicado ao controlador primário 12952. A saída do controlador primário 12952 é o ponto de ajuste secundário SP2. A saída 12968 do processador secundário 12960 é subtraída de um ponto de ajuste primário SP2 por um primeiro somador 12964.
[00543] No contexto de controlar o deslocamento de um tubo de fechamento, o sistema de controle 12950 pode ser configurado de modo que o ponto de ajuste primário SP1 é um valor de força de fechamento desejado e o controlador primário 12952 é configurado para receber a força de fechamento a partir de um sensor de torque acoplado à saída de um motor de fechamento e determinar uma velocidade do motor do ponto de ajuste SP2 para o motor de fechamento. Em outros aspectos, a força de fechamento pode ser medida com medidores de esforço, células de carga, ou outros sensores de força adequados. O ponto de ajuste da velocidade do motor de fechamento SP2 é comparado à velocidade real do tubo de fechamento, que é determinada pelo controlador secundário 12955. A velocidade real do tubo de fechamento pode ser medida mediante comparação do deslocamento do tubo de fechamento com o sensor de posição e a medição do tempo decorrido com um temporizador/contador. Outras técnicas, como codificadores lineares ou giratórios podem ser usadas para medir o deslocamento do tubo de fechamento. A saída 12968 do processo secundário 12960 é a velocidade
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208/310 real do tubo de fechamento. Esta saída da velocidade do tubo de fechamento 12968 é fornecida ao processador primário 12958 que determina a força que atua sobre o tubo de fechamento e é alimentada de volta ao somador 12962, que subtrai a força de fechamento medida do ponto de ajuste primário SPi. O ponto de ajuste primário SPi pode ser um limiar superior ou um limiar inferior. Com base na saída do somador 12962, o controlador primário 12952 controla a velocidade e direção do motor de fechamento. O controlador secundário 12955 controla a velocidade do motor de fechamento com base na velocidade real do tubo de fechamento medida pelo processo secundário 12960 e o ponto de ajuste secundário SP2, que é com base em uma comparação dos limiares superior e inferior da força de disparo e da força de disparo real.
[00544] A Figura 45 ilustra um sistema de controle de retroalimentação PID 12970, de acordo com um aspecto desta revelação. O controlador primário 12952 ou o controlador secundário 12955, ou ambos, pode ser implementado como um controlador PID 12972. Em um aspecto, o controlador PID 12972 pode compreender um elemento proporcional 12974 (P), um elemento integral 12976 (I), e um elemento de derivativo 12978 (D). As saídas dos elementos P, I e D 12974, 12976, 12978 são somadas por um somador 12986, que fornece a variável de controle p(t) ao processo 12980. A saída do processo 12980 é a variável de processo y(t). Um somador 12984 calcula a diferença entre um ponto de ajuste desejado r(t) e uma variável de processo y(t) medida. O controlador PID 12972 continuamente calcula um valor de erro e(t) (por exemplo, a diferença entre o limiar da força de fechamento e a força de fechamento medida) como a diferença entre um ponto de ajuste desejado r(t) (por exemplo, o limiar de força de fechamento) e a variável de processo medida y(t) (por exemplo, a velocidade e direção do tubo de fechamento) e aplica uma correção com base nos termos proporcional, integral e derivativo calculados pelo elemento proporcional 12974 (P), o elemento integral
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12976 (I), e o elemento derivativo 12978 (D), respectivamente. O controlador PID 12972 tenta minimizar o erro e(t) ao longo do tempo mediante o ajuste da variável de controle p(t) (por exemplo, a velocidade e direção do tubo de fechamento).
[00545] De acordo com o algoritmo PID, o elemento P 12974 representa os valores presentes do erro. Por exemplo, se o erro for grande e positivo, a saída de controle também será grande e positiva. De acordo com a presente revelação, o termo de erro e(t) é a diferentes entre a força de fechamento desejada e força de fechamento medida do tubo de fechamento. O elemento I 12976 representa os valores passados do erro. Por exemplo, se a saída de corrente não for suficientemente forte, a integral do erro irá se acumular ao longo do tempo, e o controlador responderá aplicando uma ação mais forte. O elemento D 12978 representa possíveis tendências futuras do erro, com base na sua taxa real de alteração. Por exemplo, continuando o exemplo P acima, quando a saída de controle positivo grande consegue trazer o erro mais próximo de zero, ela coloca também o processo em um modo de grande erro negativo no futuro próximo. Neste caso, a derivativa torna-se negativa e o módulo D reduz a força da ação para evitar este excesso.
[00546] Será entendido que outras variáveis e os pontos de ajuste podem ser monitorados e controlados de acordo com os sistemas de controle de retroalimentação 12950, 12970. Por exemplo, o algoritmo de controle da velocidade do membro de fechamento adaptável aqui descrito pode mediar ao menos dois dos seguintes parâmetros: o local de curso do membro de disparo, a carga do membro de disparo, o deslocamento do elemento de corte, a velocidade de elemento de corte, o local de curso do tubo de fechamento, a carga do tubo de fechamento, entre outros.
[00547] Vários aspectos são direcionados a dispositivos cirúrgicos
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210/310 ultrassônicos aprimorados, dispositivos eletrocirúrgicos e geradores para uso com os mesmos. Os aspectos dos dispositivos cirúrgicos ultrassônicos podem ser configurados para transeccionar e/ou coagular o tecido durante procedimentos cirúrgicos, por exemplo. Os aspectos dos dispositivos eletrocirúrgicos podem ser configurados para transeccionar, coagular, escalonar, soldar e/ou dessecar o tecido durante procedimentos cirúrgicos, por exemplo.
[00548] Os aspectos do gerador utilizam amostragem analógica para digital de alta velocidade (por exemplo, aproximadamente 200 χ excesso de amostragem, dependendo da frequência) da corrente e tensão do sinal de acionamento do gerador, juntamente com processamento de sinal digital, para fornecer inúmeras vantagens e benefícios sobre as arquiteturas do gerador conhecidas. Em um aspecto, por exemplo, com base em dados de retroalimentação de corrente e tensão, um valor da capacitância estática do transdutor ultrassônico, e um valor da frequência do sinal de acionamento, o gerador pode determinar a corrente da ramificação de movimento de um transdutor ultrassônico. Isso fornece o benefício de um sistema virtualmente ajustado, e simula a presença de um sistema que é ajustado ou ressonante com qualquer valor da capacitância estática (por exemplo, C0 na Figura 4) em qualquer frequência. Consequentemente, o controle da corrente de ramificação do movimento pode ser realizado mediante o cancelamento dos efeitos da capacitância estática sem a necessidade de um indutor de sintonia. Adicionalmente, a eliminação do indutor de sintonia não pode degradar as capacidades de travamento de frequência do gerador, já que o travamento de frequência pode ser realizado mediante o processamento adequado dos dados de retroalimentação de corrente e tensão.
[00549] A amostragem analógica para digital de alta velocidade da corrente e da tensão do sinal de acionamento do gerador, juntamente com o processamento de sinal digital, também pode possibilitar a
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211/310 filtragem digital precisa das amostras. Por exemplo, aspectos do gerador podem utilizar um filtro digital passa baixo (por exemplo, um filtro de resposta finita ao impulso (FIR) que rola fora entre uma frequência do sinal de acionamento fundamental e uma harmônica de segunda ordem para reduzir a distorção harmônica assimétrica e o ruído induzido por EMI nas amostras de retroalimentação de corrente e tensão. As amostras de retroalimentação de corrente e tensão filtradas representam substancialmente a frequência do sinal de acionamento fundamental, permitindo assim uma medição mais acurada da fase da impedância em relação à frequência do sinal de acionamento fundamental e um aprimoramento na capacidade do gerador de manter o travamento da frequência de ressonância. A exatidão da medição de fase da impedância pode ser adicionalmente otimizada mediante cálculo da média das medições da borda descida e da borda de descida, e mediante a regulação da fase da impedância medida a 0°.
[00550] Vários aspectos do gerador podem também utilizar a amostragem analógica para digital de alta velocidade da corrente e tensão do sinal de acionamento do gerador, juntamente com o processamento de sinal digital, para determinar o consumo de energia real e outras quantidades com um alto grau de precisão. Isso pode permitir que o gerador implemente inúmeros algoritmos úteis, como, por exemplo, controlar a quantidade de energia aplicada ao tecido conforme a impedância do tecido se altera e controlar a aplicação de energia para manter uma taxa constante de aumento na impedância do tecido. Alguns desses algoritmos são usados para determinar a diferença de fase entre os sinais de corrente e tensão do sinal de acionamento do gerador. Na ressonância, a diferença de fase entre os sinais de corrente e tensão é zero. A fase se altera conforme o sistema ultrassônico sai de ressonância. Vários algoritmos podem ser usados para detectar a diferença de fase e ajustar a frequência de acionamento até que o
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212/310 sistema ultrassônico retorna à ressonância, isto é, a diferença de fase entre os sinais de corrente e tensão chega a zero. As informações de fase também podem ser usadas para inferir as condições da lâmina ultrassônica. Conforme discutido com particularidade abaixo, a fase se altera como uma função da temperatura da lâmina ultrassônica. Portanto, as informações de fase podem ser usadas para controlar a temperatura da lâmina ultrassônica. Isso pode ser feito, por exemplo, mediante a redução da energia fornecida à lâmina ultrassônica quando a lâmina ultrassônica está muito quente e mediante aumento da energia aplicada à lâmina ultrassônica quando a lâmina ultrassônica se estende está muito fria.
[00551] Vários aspectos do gerador podem ter uma faixa ampla de frequências e energia aumentada de saída necessária para acionar os dispositivos cirúrgicos ultrassônicos e os dispositivos eletrocirúrgicos. Quanto menor a tensão, maior a demanda de corrente dos dispositivos eletrocirúrgicos pode ser atendida por uma derivação dedicada em um transformador de energia de banda larga, eliminando assim a necessidade por um amplificador de energia e um transformador de saída separados. Além disso, os circuitos de detecção e retroalimentação do gerador podem suportar uma ampla faixa dinâmica que atende às necessidades das aplicações ultrassônicas e das aplicações eletrocirúrgicas com mínima distorção.
[00552] Vários aspectos podem fornecer um meio simples e econômico para o gerador ler e opcionalmente gravar em um circuito de dados (por exemplo, um único dispositivo de barramento de fio, como um protocolo de fio único EEPROM, conhecido sob o nome comercial 1-Wire) disposto em um instrumento fixado à empunhadura usando os cabos de gerador/empunhadora do multicondutor existentes. Dessa forma, o gerador é capaz de recuperar e processar dados específicos do instrumento a partir de um instrumento fixado à empunhadura. Isso pode
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213/310 permitir que o gerador forneça melhor controle e diagnóstico e detecção de erro aprimorados. Adicionalmente, a capacidade do gerador de gravar dados no instrumento possibilita uma nova funcionalidade em termos de, por exemplo, rastreamento do uso do instrumento e captura de dados operacionais. Além disso, o uso da faixa de frequência permite a compatibilidade com versões anteriores de instrumentos contendo um dispositivo de barramento com geradores existentes.
[00553] Aspectos revelados do gerador fornecem cancelamento ativo da corrente de fuga causados pelo acoplamento capacitivo não intencional entre circuitos não isolados e isolados, do paciente, do gerador. Além de reduzir os riscos ao paciente, a redução da corrente de fuga pode também diminuir as emissões eletromagnéticas. Esses e outros benefícios de aspectos da presente revelação serão evidentes a partir da descrição apresentada a seguir.
[00554] Será reconhecido que os termos proximal e distal são aqui usados com referência ao ato do médico de apertar uma empunhadura. Assim, um atuador de extremidade é distal em relação à empunhadura mais proximal. Será reconhecido adicionalmente que, por uma questão de conveniência e clareza, termos espaciais como topo e fundo podem também ser usados na presente invenção em relação ao médico segurando a empunhadura. Entretanto, os dispositivos cirúrgicos são usados em muitas orientações e posições, e tais termos não se destinam a serem limitadores e absolutos.
[00555] A Figura 46 é uma vista explodida em elevação do instrumento cirúrgico ultrassônico manual modular 6480 mostrando a metade esquerda do compartimento removida de um conjunto de empunhadura 6482 e expondo um identificador de dispositivo acoplado de forma comunicativa ao conjunto de terminal de cabo de múltiplos condutores, de acordo com um aspecto da presente revelação. Em aspectos adicionais da presente revelação, uma bateria inteligente ou inteligente (smart) é
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214/310 utilizada para alimentar o instrumento cirúrgico ultrassônico manual modular 6480. Entretanto, a bateria inteligente (smart)não se limita ao instrumento cirúrgico ultrassônico modular de mão 6480 e, como será explicado, pode ser usada em uma variedade de dispositivos, que podem ou não ter requisitos de energia (por exemplo, corrente e tensão) que variam um do outro. O conjunto de bateria inteligente (smart) 6486, de acordo com um aspecto da presente revelação, é vantajosamente capaz de identificar o dispositivo específico ao qual ele está acoplado eletricamente. Isso é feito através de métodos de identificação encriptada ou não encriptada. Por exemplo, um conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 pode ter uma porção de conexão, como a porção de conexão 6488. O conjunto de empunhadura 6482 pode também ser dotado de um identificador de dispositivo acoplado de forma comunicativa ao conjunto de terminal de cabo de múltiplos condutores 6491 e operável para comunicar ao menos uma informação sobre o conjunto de empunhadura 6482. Essa informação pode se referir ao número de vezes que o conjunto de empunhadura 6482 foi utilizado, ao número de vezes que um conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 (atualmente desconectado do conjunto de empunhadura 6482) foi utilizado, o número de vezes que um conjunto de guia de ondas do eixo de acionamento 6490 (atualmente conectado ao conjunto de empunhadura 6482) foi utilizado, o tipo de conjunto de guia de ondas do eixo de acionamento 6490 que está atualmente conectado ao conjunto de empunhadura 6482, o tipo ou identidade do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 que está atualmente conectado ao conjunto de empunhadura 6482 e/ou muitas outras características. Quando o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 é inserido no conjunto de empunhadura 6482, a porção de conexão 6488 no interior do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 faz contato de comunicação com o identificador de dispositivo do conjunto de empunhadura 6482. O conjunto de empunhadura 6482, por meio do
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215/310 hardware, software, ou de uma combinação dos mesmos, é capaz de transmitir informações ao conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 (seja por autoiniciação ou em resposta a uma solicitação do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486). Esse identificador comunicado é recebido pela porção de conexão 6488 do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486. Em um aspecto, quando o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 recebe a informação, a porção de comunicação é operável para controlar a saída do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 para atender às exigências de energia específicas do dispositivo.
[00556] Em um aspecto, a porção de comunicação inclui um processador 6493 e uma memória 6497 que podem ser separados ou um componente único. O processador 6493, em combinação com a memória, é capaz de fornecer gerenciamento de energia inteligente para o instrumento cirúrgico ultrassônico manual modular 6480. Esse aspecto é particularmente vantajoso devido ao fato de que um dispositivo ultrassônico, como o instrumento cirúrgico ultrassônico manual modular 6480, tem uma exigência de energia (frequência, corrente e tensão) que pode ser única para o instrumento cirúrgico ultrassônico manual modular 6480. De fato, o instrumento cirúrgico ultrassônico manual modular 6480 pode ter uma exigência específica de energia ou limitação para uma dimensão ou tipo de tubo externo 6494 e uma segunda exigência diferente de energia para um segundo tipo de guia de ondas tendo uma dimensão, um formato e/ou uma configuração diferentes.
[00557] Um conjunto de bateria inteligente (smart) 6486, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação, portanto, possibilita que um conjunto de bateria seja usado entre vários instrumentos cirúrgicos. Devido ao fato de que o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 é capaz de identificar em qual dispositivo está fixado e é consequentemente capaz de alterar sua saída, os operadores de vários
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216/310 instrumentos cirúrgicos diferentes que utilizam o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 não precisam mais se preocupar com qual fonte de energia estão tentando instalar no interior do dispositivo eletrônico que está sendo usado. Isto é particularmente vantajoso em um ambiente operacional onde um conjunto de bateria precisa ser substituído ou intercambiado com um outro instrumento cirúrgico no meio de um procedimento cirúrgico complexo.
[00558] Em um outro aspecto da presente revelação, o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 armazena, em uma memória 6497, um registro cada vez que um dispositivo específico é usado. Esse registro pode ser útil para avaliar o final da vida útil ou permitida de um dispositivo. Por exemplo, depois que um dispositivo é utilizado 20 vezes, as baterias no conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 conectado ao dispositivo, se recusarão a fornecer energia ao mesmo - uma vez que o dispositivo é definido como um instrumento cirúrgico não mais confiável. A confiabilidade é determinada com base em vários fatores. Um fator pode ser o desgaste, que pode ser estimado de diversas maneiras, incluindo o número de vezes que o dispositivo foi utilizado ou ativado. Após um certo número de usos, as peças do dispositivo podem ficar desgastadas e as tolerâncias entre as peças podem ser excedidas. Por exemplo, o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 pode detectar o número de vezes que o botão é pressionado pelo conjunto de empunhadura 6482 e pode determinar quando um número máximo de vezes que o botão é pressionado foi atingido ou excedido. O conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 pode também monitorar uma impedância do mecanismo de botão que pode sofrer alteração, por exemplo, se o cabo for contaminado, por exemplo, com solução salina.
[00559] Esse desgaste pode levar a uma falha inaceitável durante um procedimento. Em alguns aspectos, o conjunto de bateria inteligente
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217/310 (smart) 6486 pode reconhecer quais partes são combinadas em um dispositivo e mesmo quantos usos uma parte experimentou. Por exemplo, se o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 for uma bateria inteligente (smart), de acordo com a presente revelação, esta pode identificar o conjunto de empunhadura 6482, o conjunto de guia de ondas do eixo de acionamento 6490, bem como o conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484, muito antes que o usuário tente utilizar o dispositivo composto. A memória 6497 no interior do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 pode, por exemplo, registrar um horário em que o conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 é operado e como, quando e por quanto tempo é operado. Se o conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 tiver um identificador individual, o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 pode monitorar o uso do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 e recusar o fornecimento de energia àquele conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 quando o conjunto de empunhadura 6482 ou o conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 exceder seu número máximo de utilizações. O conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484, o conjunto de empunhadura 6482, o conjunto de guia de ondas do eixo de acionamento 6490, ou outros componentes podem incluir um circuito integrado (chip) de memória que também registra essas informações. Dessa forma, qualquer quantidade de baterias inteligentes (smart) no conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 pode ser utilizada com qualquer quantidade de conjuntos de transdutor/gerador ultrassônico 6484, grampeadores, vedadores de vaso, etc. e ainda poder determinar o número total de utilizações, ou o tempo total de uso (através do uso do clock), ou o número total de atuações, etc. do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484, do grampeador, do vedador de vaso, etc. ou ciclos de carga ou descarga. A funcionalidade inteligente (“smart”) pode residir fora do conjunto de bateria 6486 e pode
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218/310 residir no conjunto de empunhadura 6482, no conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 e/ou no conjunto de eixo de acionamento 6490, por exemplo.
[00560] Ao contabilizar os usos do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 para encerrar de forma inteligente a vida útil do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484, o instrumento cirúrgico faz uma distinção precisa entre a conclusão de um uso real do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 emum procedimento cirúrgico e um lapso momentâneo na atuaçãodo conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 devido a, por exemplo, uma troca de bateria ou um atraso temporáriono procedimento cirúrgico. Portanto, como uma alternativaa simplesmente contar o número de ativações do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484, um circuito de clock em tempo real (RTC) pode ser implementado para monitorar a quantidade de tempo que o conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 está de fato desligado. A partir da extensão de tempo medida, pode-se determinar, por meio de lógica adequada, se o desligamento foi significativo o bastante para ser considerado o final de um uso real ou se o desligamento foi muito curto em termos de tempo para ser considerado o fim de um uso. Dessa forma, em algumas aplicações, este método pode ser uma determinação mais precisa da vida útil do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 do que um algoritmo simples baseado em ativações, o que pode, por exemplo, informar que dez ativações ocorrem em um procedimento cirúrgico e, portanto, dez ativações devem indicar que o contador é incrementado de um em um. De modo geral, esse tipo e sistema de contagem interna de tempo impedirá o uso incorreto do dispositivo que é projetado para enganar um algoritmo simples baseado em ativações e impedirá o registro incorreto de um uso completo em casos em que houve apenas
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219/310 uma simples perda de correspondência do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 ou o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 que foi exigido por motivos legítimos.
[00561] Embora os conjuntos de transdutor/gerador ultrassônico 6484 do instrumento cirúrgico 6480 sejam reutilizáveis, em um aspecto um número finito de usos pode ser definido uma vez que o instrumento cirúrgico 6480 está sujeito a condições rigorosas durante a limpeza e a esterilização. Mais especificamente, o pacote de bateria é configurado para ser esterilizado. Independente do material empregado para as superfícies externas, há uma vida útil esperada limitada para os reais materiais utilizados. Essa vida útil é determinada por várias características que poderiam incluir, por exemplo, o número de vezes que a bateria foi de fato esterilizada, o tempo desde que a bateria foi fabricada e o número de vezes que a bateria foi recarregada, para citar algumas. Além disso, a vida útil das células de bateria em si é limitada. O software da presente revelação incorpora algoritmos da invenção que verificam o número de usos do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 e do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 e desabilita o dispositivo quando esse número de usos foi atingido ou excedido. A análise do exterior do pacote de bateria em cada um dos possíveis métodos de esterilização pode ser realizada. Com base no procedimento de esterilização mais rigoroso, o número máximo de esterilizações permitidas pode ser definido e esse número pode ser armazenado em uma memória do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486. Presume-se que um carregador é não estéril e que o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 deve ser utilizado depois de ser carregado, então a contagem de cargas pode ser definida como sendo igual ao número de esterilizações encontradas para aquele pacote específico.
[00562] Em um aspecto, o hardware no pacote de bateria pode ser
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220/310 desabilitado para minimizar ou eliminar questões de segurança devido ao esgotamento contínuo das células de bateria depois que a bateria tiver sido desabilitada pelo software. Pode haver uma situação em que o hardware interno da bateria é incapaz de desabilitar a bateria sob determinadas condições de baixa tensão. Nessa situação, em um aspecto, o carregador pode ser utilizado para matar a bateria. Devido ao fato de que o microcontrolador da bateria está DESLIGADO enquanto a bateria está em seu carregador, memória programável e apagável eletricamente só de leitura (EEPROM) baseada em Barramento de Gerenciamento do Sistema (SMB) não volátil pode ser utilizada para troca de informações entre o microcontrolador da bateria e o carregador. Dessa forma, uma EEPROM serial pode ser utilizada para armazenar informações que podem ser gravadas e lidas mesmo quando o microcontrolador da bateria está desligado, o que é muito benéfico ao se tentar trocar informações com o carregador ou com outros dispositivos periféricos. Essa EEPROM exemplificadora pode ser configurada para conter registros de memória suficientes para armazenar ao menos (a) um limite de contagem de uso no qual a bateria deve ser desabilitada (Contagem de Uso da Bateria), (b) o número de procedimentos aos quais a bateria foi submetida (Contagem de Procedimentos da Bateria) e/ou (c) um número de cargas as quais a bateria foi submetida (Contagem de Cargas), entre outros. Algumas das informações armazenadas na EEPROM, como o Registro de Contagem de Uso e o Registro de Contagem de Carga, são armazenadas em seções protegidas de gravação de EEPROM para evitar que os usuários alterem as informações. Em um aspecto, o uso e os contadores são armazenados com registros secundários invertidos por bit correspondentes para detectar o corrompimento de dados.
[00563] Qualquer tensão residual nas linhas de SMBus (barramento de gerenciamento do sistema) poderia danificar o microcontrolador e
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221/310 corromper o sinal dos SMBus. Portanto, para garantir que as linhas de SMBus de um controlador de bateria não contenham uma tensão enquanto o microcontrolador está DESLIGADO, são fornecidos relés entre as linhas de SMBus externas e a microplaca controladora da bateria.
[00564] Durante o carregamento do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486, uma condição de final de carga das baterias no interior do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 é determinada quando, por exemplo, a corrente que flui para o interior da bateria cai abaixo de um limiar determinado de uma maneira afunilada ao empregar um esquema de carregamento de corrente constante/tensão constante. Para detectar com precisão essa condição de final de carga, o microcontrolador da bateria e as placas rebaixadoras são desenergizadas e desligadas durante o carregamento da bateria para reduzir qualquer drenagem de corrente que possa ser causada pelas placas e que possa interferir na detecção da corrente decrescente. Adicionalmente, o microcontrolador e as placas rebaixadoras são desenergizadas durante o carregamento para impedir qualquer corrompimento resultante do sinal de SMBus.
[00565] Em relação ao carregador, em um aspecto, o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 é impedido de ser inserido no carregador de uma maneira diferente da posição de inserção correta. Consequentemente, o exterior do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 é dotado de recursos de fixação do carregador. Um recipiente para fixar o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 de maneira segura no carregador é configurado com uma geometria cônica de correspondência de contorno para impedir a inserção acidental do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 de qualquer forma que não a correta (pretendida). É contemplado adicionalmente que a presença do conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 pode ser detectável pelo
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222/310 próprio carregador. Por exemplo, o carregador pode ser configurado para detectar a presença da transmissão de SMBus a partir do circuito de proteção da bateria, bem como dos resistores que estão localizados na placa de proteção. Nesse caso, o carregador seria habilitado para controlar uma tensão que é exposta nos pinos do carregador até que o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 fique corretamente encaixado ou no local no carregador. Isso se deve ao fato de que uma tensão exposta nos pinos do carregador pode apresentar um perigo e um risco de que um curto-circuito elétrico possa ocorrer através dos pinos e faça com que o carregador fosse inadvertidamente carregado.
[00566] Em alguns aspectos, o conjunto de bateria inteligente (smart) 6486 pode se comunicar com o usuário através de retroalimentação auditiva e/ou visual. Por exemplo, o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 pode fazer com que os LEDs emitam luz de uma forma predefinida. Nesse caso, embora o microcontrolador no conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 controle os LEDs, o microcontrolador recebe instruções a serem executadas diretamente a partir do conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486.
[00567] Ainda em um outro aspecto da presente revelação, o microcontrolador no conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484, quando não estiver em uso por um período predeterminado, entra no modo suspenso. Vantajosamente, quando no modo suspenso, a velocidade do clock do microcontrolador é reduzida, cortando significativamente a drenagem de corrente. Alguma corrente continua sendo consumida porque o processador continua enviando sinal, aguardando para detectar uma entrada. Vantajosamente, quando o microcontrolador está neste modo suspenso de economia de energia, o microcontrolador e o controlador de bateria podem controlar diretamente os LEDs. Por exemplo, um circuito de decodificador poderia ser construído no conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 e conectado às linhas de
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223/310 comunicação de modo que os LEDs possam ser controlados independentemente pelo processador 6493 enquanto o microcontrolador do conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 está DESLIGADO ou em um modo suspenso. Este é um recurso de economia de energia que elimina a necessidade de acionar o microcontrolador no conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484. A energia é poupada ao permitir que o gerador seja desligado enquanto ainda é capaz de controlar ativamente os indicadores de interface de usuário.
[00568] Um outro aspecto retarda um ou mais dos microcontroladores para conservar energia quando não está em uso. Por exemplo, as frequências do clock de ambos os microcontroladores podem ser reduzidas para economizar energia. Para manter uma operação sincronizada, os microcontroladores coordenam a mudança de suas respectivas frequências de clock para que ocorram aproximadamente ao mesmo tempo, tanto a redução quanto o subsequente aumento na frequência quando a operação em velocidade total é exigida. Por exemplo, ao entrar no modo ocioso, as frequências de clock são diminuídas e ao sair do modo ocioso, as frequências são aumentadas.
[00569] Em um aspecto adicional, o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 é capaz de determinar a quantidade de energia útil remanescente no interior de suas células e é programado para apenas operar o instrumento cirúrgico ao qual está conectado caso determine que há energia de bateria remanescente suficiente para previsivelmente operar o dispositivo durante todo o procedimento previsto. Por exemplo, o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 é capaz de permanecer em um estado não operacional se não houver energia suficiente no interior das células para operar o instrumento cirúrgico durante 20 segundos. De acordo com um aspecto, o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 determina a quantidade de energia remanescente no interior das células
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224/310 ao final da sua função anterior mais recente, por exemplo, um corte cirúrgico. Neste aspecto, portanto, o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 não permitiria que uma função subsequente fosse realizada se, por exemplo, durante aquele procedimento, o conjunto determinasse que as células não têm energia suficiente. Alternativamente, se o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 determinar que há energia suficiente para um procedimento subsequente e ficar abaixo daquele limiar durante o procedimento, ele não interrompe o procedimento em andamento e, em vez disso, possibilita o término do procedimento e, posteriormente, impede que novos procedimentos ocorram.
[00570] O exposto a seguir explica uma vantagem de maximizar o uso do dispositivo com o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 da presente revelação. Neste exemplo, um conjunto de diferentes dispositivos tem diferentes guias de ondas de transmissão ultrassônica. Por definição, os guias de ondas poderiam ter um respectivo limite de energia máximo permissível, em que exceder o dito limite de energia sobrecarrega o guia de ondas e, por fim, provoca sua fratura. Um guia de onda do conjunto de guias de onda terá, naturalmente, a menor tolerância máxima de energia. Uma vez que as baterias da técnica anterior não possuem a gestão de energia de bateria inteligente (“smart”), a saída das baterias da técnica anterior deve ser limitada por um valor da menor entrada de energia máxima permissível para o guia de ondas menor/mais estreito/mais frágil no conjunto que se pretende utilizar com o dispositivo/bateria. Isto seria verdadeiro mesmo se guias de ondas maiores e mais grossos pudessem ser posteriormente fixados àquele cabo e, por definição, possibilitar que uma maior força fosse aplicada. Esta limitação também é verdadeira para a energia máxima da bateria. Por exemplo, se uma bateria for projetada para ser utilizada em múltiplos dispositivos, sua máxima energia de saída será limitada à menor classificação de energia máxima de quaisquer dos dispositivos
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225/310 em que deve ser utilizada. Com essa configuração, um ou mais dispositivos ou configurações de dispositivo não seriam capazes de maximizar o uso da bateria, uma vez que a bateria não conhece os limites específicos do dispositivo específico.
[00571] Em um aspecto, o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 pode ser empregado para contornar de maneira inteligente (“smart”) as limitações acima mencionadas do dispositivo ultrassônico. O conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 pode produzir uma saída para um dispositivo ou uma configuração de dispositivo específica e o mesmo conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 pode posteriormente produzir uma saída diferente para um segundo dispositivo ou configuração de dispositivo. Esse sistema cirúrgico universal de bateria inteligente (“smart”) se presta bem às modernas salas de cirurgia em que o espaço e o tempo são limitados. Ao ter um pacote de bateria inteligente (“smart”) alimentando vários dispositivos diferentes, as equipes de enfermagem podem facilmente gerenciar o armazenamento, a recuperação e o estoque desses pacotes. Vantajosamente, em um aspecto, o sistema de bateria inteligente (“smart”), de acordo com a presente revelação, pode empregar um tipo de estação de carregamento, aumentando dessa forma a facilidade e a eficiência do uso e diminuindo os custos dos equipamentos de carregamento das salas de cirurgia.
[00572] Além disso, outros instrumentos cirúrgicos, tal como um grampeador elétrico, podem ter uma exigência de energia diferente daquela do instrumento cirúrgico ultrassônico manual modular 6480. De acordo com vários aspectos da presente revelação, um conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 pode ser utilizado com qualquer um de uma série de instrumentos cirúrgicos e pode ser produzido para adaptar sua própria saída de energia ao dispositivo específico no qual está instalado. Em um aspecto, essa adaptação de energia é obtida mediante o controle do ciclo de trabalho de uma fonte de energia em modo chaveado, por exemplo,
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226/310 uma configuração rebaixadora (buck), rebaixadora-elevadora (buckboost), elevadora (boost), ou outra configuração, integrada ou de outra forma acoplada ao conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 e controlada por ele. Em outros aspectos, o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 pode alterar dinamicamente sua saída de energia durante a operação do dispositivo. Por exemplo, em dispositivos de selagem de vasos, a gestão de energia possibilita uma selagem aprimorada do tecido. Nesses dispositivos, altos valores de corrente constante são necessários. A saída de energia total precisa ser ajustada dinamicamente porque, à medida que o tecido é vedado, sua impedância se altera. Aspectos da presente revelação fornecem o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 com um limite máximo de corrente variável. O limite de corrente pode variar de uma aplicação (ou dispositivo) para outra, com base nas exigências da aplicação ou do dispositivo.
[00573] A Figura 47 é uma vista em detalhe de uma porção de gatilho 6483 e de uma chave do instrumento cirúrgico ultrassônico 6480 mostradas na Figura 46, de acordo com um aspecto da presente revelação. O gatilho 6483 está operacionalmente acoplado ao membro de garra 6495 do atuador de extremidade 6492. A lâmina ultrassônica 6496 é energizada pelo conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484 mediante a ativação da chave de ativação 6485. Continuando agora com a Figura 46, e também olhando para a Figura 47, o gatilho 6483 e a chave de ativação 6485 são mostrados como componentes do conjunto de empunhadura 6482. O gatilho 6483 ativa o atuador de extremidade 6492, que tem uma associação cooperativa com a lâmina ultrassônica 6496 do conjunto de guia de ondas do eixo de acionamento 6490 para permitir que vários tipos de contato entre o membro de garra 6495 do atuador de extremidade e a lâmina ultrassônica 6496 com tecido e/ou outras substâncias. O membro de garra 6495 do atuador de extremidade 6492 é, em geral, uma garra articulada que atua para prender ou segurar o tecido
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227/310 disposto entre a garra e a lâmina ultrassônica 6496. Em um aspecto, uma retroalimentação audível é fornecida no gatilho que faz um clique quando o gatilho é completamente pressionado. O ruído pode ser gerado por uma fina peça metálica que o gatilho toca durante o fechamento. Esse recurso acrescenta um componente audível à retroalimentação do usuário que informa o usuário que a garra está completamente pressionada contra o guia de ondas e que uma pressão de travamento suficiente está sendo aplicada para selar o vaso. Em um outro aspecto, sensores de força, como manômetros de tensão mecânica ou sensores de pressão, podem ser acoplados ao gatilho 6483 para medir a força aplicada ao gatilho 6483 pelo usuário. Em um outro aspecto, sensores de força, como manômetros de tensão mecânica ou sensores de pressão, podem ser acoplados ao botão da chave 6485 de modo que a intensidade do deslocamento corresponda à força aplicada pelo usuário ao botão de chave 6485.
[00574] A chave de ativação 6485, quando pressionada, coloca o instrumento cirúrgico ultrassônico manual modular 6480 em um modo de operação ultrassônica, o que causa movimento ultrassônico no conjunto de guia de ondas do eixo de acionamento 6490. Em um aspecto, o pressionamento da chave de ativação 6485 faz com que os contatos elétricos no interior da chave se fechem, completando assim um circuito entre o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486 e o conjunto de transdutor/gerador ultrassônico 6484, de maneira que a energia elétrica seja aplicada ao transdutor ultrassônico, conforme anteriormente descrito. Em um outro aspecto, o pressionamento da chave de ativação 6485 fecha os contatos elétricos para o conjunto de bateria inteligente (“smart”) 6486. Evidentemente, os contatos elétricos de fechamento em um circuito é, aqui, meramente um exemplo de descrição geral de operação da chave. Há muitos aspectos alternativos que podem incluir a abertura de contatos ou de fornecimento de energia controlada por processador que recebe informações da chave
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228/310 e direciona uma reação de circuito correspondente com base na informação.
[00575] A Figura 48 é uma vista em perspectiva ampliada fragmentada de um atuador de extremidade 6492, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação, a partir de uma extremidade distal com um membro de garra 6495 em uma posição aberta. Com referência à Figura 48, é mostrada uma vista parcial em perspectiva da extremidade distal 6498 do conjunto de guia de ondas do eixo de acionamento 6490. O conjunto de eixo de acionamento de guia de ondas 6490 inclui um tubo externo 6494 que circunda uma porção do guia de ondas. A porção de lâmina ultrassônica 6496 do guia de ondas 6499 se projeta a partir da extremidade distal 6498 do tubo externo 6494. É a porção de lâmina ultrassônica 6496 que entra em contato com o tecido durante um procedimento médico e transfere sua energia ultrassônica ao tecido. O conjunto de eixo de acionamento de guia de ondas 6490 inclui também um membro de garra 6495 que está acoplado ao tubo externo 6494 e um tubo interno (não visível nesta vista). O membro de garra 6495, com os tubos internos e externos e com a porção de lâmina ultrassônica 6496 do guia de ondas 6499, pode ser chamado de um atuador de extremidade 6492. Conforme será explicado abaixo, o tubo externo 6494 e o tubo interno não ilustrado deslizam longitudinalmente um em relação ao outro. À medida que o movimento relativo entre o tubo externo 6494 e o tubo interno não ilustrado ocorre, o membro de garra 6495 se articula sobre um ponto de pivô, fazendo assim com que o membro de garra 6495 se abra e se feche. Quando fechado, o membro de garra 6495 confere uma força de aperto sobre o tecido situado entre o membro de garra 6495 e a lâmina ultrassônica 6496, garantindo um contato positivo e eficiente entre a lâmina e o tecido.
[00576] A Figura 49 é um diagrama de sistema 7400 de um circuito
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229/310 segmentado 7401 compreendendo uma pluralidade de segmentos de circuito operados independentemente 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. Um segmento de circuito da pluralidade de segmentos de circuito do circuito segmentado 7401 compreende um ou mais circuitos e um ou mais conjuntos de instruções executáveis em máquina armazenadas em um ou mais dispositivos de memória. O um ou mais circuitos de um segmento de circuito são acoplados para comunicação elétrica através de um ou mais meios de conexão com ou sem fio. A pluralidade de segmentos de circuito é configurada para realizar a transição entre três modos compreendendo um modo suspenso, um modo de espera e um modo operacional.
[00577] Em um aspecto mostrado, a pluralidade de segmentos de circuito 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440 começa, em primeiro lugar, no modo de espera, em segundo lugar passa para o modo suspenso e em terceiro lugar, passa para o modo operacional. Entretanto, em outros aspectos, a pluralidade de segmentos de circuito pode realizar a transição de qualquer um dos três modos para qualquer um dos outros três modos. Por exemplo, a pluralidade de segmentos de circuito pode realizar a transição diretamente do modo de espera para o modo operacional. Segmentos de circuito individuais podem ser colocados em um estado específico pelo circuito de controle de tensão 7408 com base na execução, por um processador de instruções executáveis em máquina. Os estados compreendem um estado desenergizado, um estado de baixa energia e um estado energizado. O estado desenergizado corresponde ao modo suspenso, o estado de baixa energia corresponde ao modo de espera e o estado energizado corresponde ao modo operacional. A transição para o estado de baixa energia pode ser atingida, por exemplo, mediante o uso de um potenciômetro.
[00578] Em um aspecto, a pluralidade de segmentos de circuito
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7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440 pode realizar a transição do modo suspenso ou do modo de espera para o modo operacional de acordo com uma sequência de energização. A pluralidade de segmentos de circuito pode também realizar a transição do modo operacional para o modo de espera ou para o modo suspenso de acordo com a sequência de desenergização. A sequência de energização e a sequência de desenergização podem ser diferentes. Em alguns aspectos, a sequência de energização compreende a energização de apenas um subconjunto de segmentos de circuito da pluralidade de segmentos de circuito. Em alguns aspectos, a sequência de desenergização compreende a desenergização de apenas um subconjunto de segmentos de circuito da pluralidade de segmentos de circuito.
[00579] Com referência novamente ao diagrama de sistema 7400 na Figura 49, o circuito segmentado 7401 compreende uma pluralidade de segmentos de circuito compreendendo um segmento de circuito de transição 7402, um segmento de circuito de processador 7414, um segmento de circuito de cabo 7416, um segmento de circuito de comunicação 7420, um segmento de circuito de display 7424, um segmento de circuito de controle de motor 7428, um segmento de circuito de tratamento de energia 7434 e um segmento de circuito de eixo de acionamento 7440. O segmento de circuito de transição compreende um circuito de ativação 7404, um circuito de corrente de intensificação 7406, um circuito de controle de tensão 7408, um controlador de segurança 7410 e um controlador de POST 7412. O segmento de circuito de transição 7402 é configurado para implementar uma sequência de desenergização e uma sequência de energização, um protocolo de detecção de segurança e um POST.
[00580] Em alguns aspectos, o circuito de ativação 7404 compreende um sensor de botão de acelerômetro 7405. Em aspectos,
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231/310 o segmento de circuito de transição 7402 é configurado para estar em um estado energizado, enquanto outros segmentos de circuito da pluralidade de segmentos de circuito do circuito segmentado 7401 são configurados para estar em um estado de baixa energia, um estado desenergizado ou um estado energizado. O sensor de botão do acelerômetro 7405 pode monitorar o movimento ou a aceleração do instrumento cirúrgico 6480 descrito na presente invenção. Por exemplo, o movimento pode ser uma alteração na orientação ou rotação do instrumento cirúrgico. O instrumento cirúrgico pode ser movimentado em qualquer direção em relação a um espaço euclidiano tridimensional, por exemplo, por um usuário do instrumento cirúrgico. Quando o sensor de botão de acelerômetro 7405 detecta movimento ou aceleração, o sensor de botão de acelerômetro 7405 envia um sinal para o circuito de controle de tensão 7408 para fazer com que o circuito de controle de tensão 7408 aplique tensão ao segmento de circuito de processador 7414 para realizar a transição do processador e de uma a memória volátil para um estado energizado. Nos aspectos, o processador e a memória volátil estão em um estado energizado antes do circuito de controle de tensão 7409 aplicar tensão ao processador e à memória volátil. No modo operacional, o processador pode iniciar uma sequência de energização ou uma sequência de desenergização. Em vários aspectos, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode também enviar um sinal ao processador para fazer com que o processador inicie uma sequência de energização ou uma sequência de desenergização. Em alguns aspectos, o processador inicia uma sequência de energização quando a maioria dos segmentos de circuito individuais estão em um estado de baixa energia ou em um estado desenergizado. Em outros aspectos, o processador inicia uma sequência de desenergização quando a maioria dos segmentos de circuito individuais estiver em um estado energizado.
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[00581] Adicional ou alternativamente, o sensor de botão do acelerômetro 7405 pode detectar o movimento externo dentro de uma vizinhança predeterminada do instrumento cirúrgico. Por exemplo, o sensor de botão do acelerômetro 7405 pode detectar o movimento da mão de um usuário do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito, que se move dentro da vizinhança predeterminada. Quando o sensor de botão de acelerômetro 7405 detecta esse movimento externo, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode enviar um sinal ao circuito de controle de tensão 7408 e um sinal ao processador, conforme anteriormente descrito. Após receber o sinal enviado, o processador pode iniciar uma sequência de energização ou uma sequência de desenergização para fazer a transição de um ou mais segmentos de circuito entre os três modos. Nos aspectos, o sinal enviado para o circuito de controle de tensão 7408 é enviado para verificar se o processador está em modo operacional. Em alguns aspectos, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode detectar quando o instrumento cirúrgico foi deixado cair e enviar um sinal ao processador com base na queda detectada. Por exemplo, o sinal pode indicar um erro na operação de um segmento de circuito individual. Um ou mais sensores podem detectar danos ou falhas dos segmentos de circuito individuais afetados. Com base no dano ou falha detectado, o controlador de POST 7412 pode realizar um POST dos segmentos de circuito individuais correspondentes.
[00582] Uma sequência de energização ou uma sequência de desenergização pode ser definida com base no sensor de botão de acelerômetro 7405. Por exemplo, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode detectar um movimento específico ou uma sequência de movimentos que indica a seleção de um segmento de circuito específico da pluralidade de segmentos de circuito. Com base no movimento detectado ou na série de movimentos detectados, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode transmitir um sinal compreendendo uma
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233/310 indicação de um ou mais segmentos de circuito da pluralidade de segmentos de circuito ao processador quando o processador está em um estado energizado. Com base no sinal, o processador determina uma sequência de energização compreendendo o um ou mais segmentos de circuito selecionados. Adicional ou alternativamente, um usuário dos instrumentos cirúrgicos 6480 aqui descritos pode selecionar uma quantidade e a ordem dos segmentos de circuito para definir uma sequência de energização ou uma sequência de desenergização com base na interação com uma interface gráfica de usuário (GUI) do instrumento cirúrgico.
[00583] Em vários aspectos, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode enviar um sinal ao circuito de controle de tensão 7408 e um sinal ao processador apenas quando o sensor de botão de acelerômetro 7405 detecta movimento do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito ou o movimento externo dentro de uma vizinhança predeterminada acima de um limiar predeterminado. Por exemplo, um sinal só pode ser enviado se o movimento for detectado durante 5 ou mais segundos ou se o instrumento cirúrgico for movido 5 ou mais polegadas. Em outros aspectos, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode enviar um sinal ao circuito de controle de tensão 7408 e um sinal ao processador apenas quando o sensor de botão de acelerômetro 7405 detecta movimento oscilatório do instrumento cirúrgico. Um limiar predeterminado reduz a transição inadvertida dos segmentos de circuito do instrumento cirúrgico. Conforme anteriormente descrito, a transição pode compreender uma transição para o modo operacional de acordo com uma sequência de energização, uma transição para o modo de baixa energia de acordo com uma sequência de desenergização, ou uma transição para o modo suspenso de acordo com uma sequência de desenergização. Em alguns aspectos, o instrumento cirúrgico compreende um atuador que pode ser atuado por um usuário do instrumento cirúrgico. A atuação é detectada
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234/310 pelo sensor de botão de acelerômetro 7405. O atuador pode ser um elemento deslizante, uma chave de alternância ou uma chave de contato momentâneo. Com base na atuação detectada, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode enviar um sinal ao circuito de controle de tensão 7408 e um sinal ao processador.
[00584] O circuito de corrente de amplificação 7406 está acoplado à bateria. O circuito de corrente de amplificação 7406 é um amplificador de corrente, como um relé ou transistor, e é configurado para amplificar a magnitude de uma corrente de um segmento de circuito individual. A magnitude inicial da corrente corresponde à tensão da fonte fornecida pela bateria ao circuito segmentado 7401. Relés adequados incluem solenoides. Transistores adequados incluem transistores de efeito de campo (FET), MOSFET e transistores de junção bipolar (BJT). O circuito de corrente de amplificação 7406 pode amplificar a magnitude da corrente correspondente a um segmento de circuito individual ou ao circuito que exige mais extração de corrente durante a operação dos instrumentos cirúrgicos 6480 aqui descritos. Por exemplo, um aumento na corrente para o segmento de circuito de controle do motor 7428 pode ser fornecido quando um motor do instrumento cirúrgico exige mais energia de entrada. O aumento na corrente fornecida a um segmento de circuito individual pode causar uma redução correspondente na corrente de um outro segmento de circuito ou segmentos de circuito. Adicional ou alternativamente, o aumento na corrente pode corresponder à tensão fornecida por uma fonte de tensão adicional que opera em conjunto com a bateria.
[00585] O circuito de controle de tensão 7408 está acoplado à bateria. O circuito de controle de tensão 7408 é configurado para fornecer tensão ou remover tensão da pluralidade de segmentos de circuito. O circuito de controle de tensão 7408 é também configurado para aumentar ou reduzir uma tensão fornecida a uma pluralidade de segmentos de circuito do
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235/310 circuito segmentado 7401. Em vários aspectos, o circuito de controle de tensão 7408 compreende um circuito lógico combinacional tal como um multiplexador (MUX) para selecionar as entradas, uma pluralidade de chaves eletrônicas e uma pluralidade de conversores de tensão. Uma chave eletrônica da pluralidade de chaves eletrônicas pode ser configurada para alternar entre uma configuração aberta e uma fechada para desconectar ou conectar um segmento de circuito individual à bateria ou a partir dela. A pluralidade de chaves eletrônicas pode consistir em dispositivos em estado sólido como transistores ou outros tipos de chaves, como chaves sem fio, chaves ultrassônicas, acelerômetros, sensores de inércia, entre outros. O circuito lógico combinacional é configurado para selecionar uma chave eletrônica individual para realizar o chaveamento para uma configuração aberta para permitir a aplicação de tensão ao segmento de circuito correspondente. O circuito lógico combinado é, também, configurado para selecionar uma chave eletrônica individual para realizar o chaveamento para uma configuração fechada para permitir a remoção da tensão do segmento de circuito correspondente. Mediante a seleção de uma pluralidade de chaves eletrônicas individuais, o circuito lógico combinado pode implementar uma sequência de desenergização ou uma sequência de energização. A pluralidade de conversores de tensão pode fornecer uma tensão escalonada ascendente ou uma tensão escalonada descendente a uma pluralidade de segmentos de circuito. O circuito de controle de tensão 7408 pode compreender também um microprocessador e um dispositivo de memória.
[00586] O controlador de segurança 7410 é configurado para realizar verificações de segurança nos segmentos de circuito. Em alguns aspectos, o controlador de segurança 7410 realiza as verificações de segurança quando um ou mais segmentos de circuito individuais estão no modo operacional. As verificações de segurança podem ser realizadas para determinar se há ou não quaisquer erros ou defeitos no
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236/310 funcionamento ou operação dos segmentos de circuito. O controlador de segurança 7410 pode monitorar um ou mais parâmetros da pluralidade de segmentos de circuito. O controlador de segurança 7410 pode verificar a identidade e a operação da pluralidade de segmentos de circuito mediante a comparação do um ou mais parâmetros a parâmetros predefinidos. Por exemplo, se uma modalidade de energia de RF for selecionada, o controlador de segurança 7410 pode verificar se um parâmetro de articulação do eixo de acionamento corresponde a um parâmetro de articulação predefinido para verificar a operação da modalidade de energia de RF do instrumento cirúrgico 6480 descritos na presente invenção. Em alguns aspectos, o controlador de segurança 7410 pode monitorar, por meio dos sensores, uma relação predeterminada entre uma ou mais propriedades do instrumento cirúrgico para detectar um defeito. Um defeito pode ocorrer quando a uma ou mais propriedades são inconsistentes com a relação predeterminada. Quando o controlador de segurança 7410 determinar que existe um defeito, um erro ou que alguma operação da pluralidade de segmentos de circuito não foi verificada, o controlador de segurança 7410 impede ou desabilita a operação do segmento de circuito específico onde o defeito, erro ou falha de verificação foi originado.
[00587] O controlador de POST 7412 realiza um POST para verificar a operação adequada da pluralidade de segmentos de circuito. Em alguns aspectos, o POST é executado para um segmento de circuito individual da pluralidade de segmentos de circuito antes que o circuito de controle de tensão 7408 aplique uma tensão ao segmento de circuito individual para realizar a transição do segmento de circuito individual do modo de espera ou do modo suspenso para o modo operacional. Se o segmento de circuito individual não passar no POST, o segmento de circuito específico não realiza a transição do modo de espera ou do modo suspenso para o modo operacional. O POST do segmento de
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237/310 circuito de cabo 7416 pode compreender, por exemplo, testar se os sensores de controle de cabo 7418 detectam ou não uma atuação de um controle de cabo do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito. Em alguns aspectos, o controlador de POST 7412 pode transmitir um sinal para o sensor de botão de acelerômetro 7405 para verificar a operação do segmento de circuito individual como parte do POST. Por exemplo, depois de receber o sinal, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode instruir um usuário do instrumento cirúrgico a mover o instrumento cirúrgico para uma pluralidade de locais variáveis para confirmar a operação do instrumento cirúrgico. O sensor de botão de acelerômetro 7405 pode também monitorar uma saída de um segmento de circuito ou um circuito de um segmento de circuito como parte do POST. Por exemplo, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode detectar um pulso de motor incremental gerado pelo motor 7432 para verificar a operação. Um controlador de motor do circuito de controle de motor 7430 pode ser utilizado para controlar o motor 7432 para gerar o pulso de motor incremental.
[00588] Em vários aspectos, o instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito pode compreender sensores de botão de acelerômetro adicionais. O controlador de POST 7412 pode também executar um programa de controle armazenado no dispositivo de memória do circuito de controle de tensão 7408. O programa de controle pode fazer com que o controlador de POST 7412 transmita um sinal que solicita um parâmetro criptografado correlacionado a partir de uma pluralidade de segmentos de circuito. A falha no recebimento de um parâmetro criptografado correlacionado de um segmento de circuito individual indica ao controlador de POST 7412 que o segmento de circuito correspondente está danificado ou com defeito. Em alguns aspectos, se o controlador de POST 7412 determinar, com base no POST, que o processador está danificado ou com defeito, o controlador de POST
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7412 pode enviar um sinal a um ou mais processadores secundários para fazer com que um ou mais processadores secundários realizem funções críticas que o processador não é capaz de realizar. Em alguns aspectos, se o controlador de POST 7412 determinar, com base no POST, que um ou mais segmentos de circuito não operam adequadamente, o controlador de POST 7412 pode iniciar um modo de desempenho reduzido daqueles segmentos de circuito que operam adequadamente, enquanto bloqueiam esses segmentos de circuito que não passam no POST ou que não operam adequadamente. Um segmento de circuito bloqueado pode funcionar de modo similar a um segmento de circuito em modo de espera ou modo suspenso.
[00589] O segmento de circuito de processador 7414 compreende o processador e a memória volátil. O processador é configurado para iniciar uma sequência de energização ou uma sequência de desenergização. Para iniciar a sequência de energização, o processador transmite um sinal de energização ao circuito de controle de tensão 7408 para fazer com que o circuito de controle de tensão 7408 aplique tensão à pluralidade ou a um subconjunto da pluralidade de segmentos de circuito de acordo com a sequência de energização. Para iniciar a sequência de desenergização, o processador transmite um sinal de desenergização ao circuito de controle de tensão 7408 para fazer com que o circuito de controle de tensão 7408 remova a tensão da pluralidade ou de um subconjunto da pluralidade de segmentos de circuito de acordo com a sequência de desenergização. [00590] O segmento de circuito de cabo 7416 compreende sensores de controle de cabo 7418. Os sensores de controle de cabo 7418 podem detectar uma atuação de um ou mais controles de cabo do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito. Em vários aspectos, o um ou mais controles de cabo compreendem um controle de garra, um botão de liberação, uma chave de articulação, um botão de ativação de energia e/ou qualquer
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239/310 outro controle de cabo adequado. O usuário pode ativar o botão de ativação de energia para selecionar entre um modo de energia de RF, um modo de energia ultrassônica ou um modo combinado de energia de RF e ultrassônica. Os sensores de controle de cabo 7418 podem também facilitar a fixação de um cabo modular ao instrumento cirúrgico. Por exemplo, os sensores de controle de cabo 7418 podem detectar a fixação adequada do cabo modular ao instrumento cirúrgico e indicar a fixação detectada a um usuário do instrumento cirúrgico. O display de LCD 7426 pode fornecer uma indicação gráfica da fixação detectada. Em alguns aspectos, os sensores de controle de cabo 7418 detectam a atuação de um ou mais controles de cabo. Com base na atuação detectada, o processador pode iniciar tanto uma sequência de energização quanto uma sequência de desenergização.
[00591] O segmento de circuito de comunicação 7420 compreende um circuito de comunicação 7422. O circuito de comunicação 7422 compreende uma interface de comunicação para facilitar a comunicação do sinal entre os segmentos de circuito individuais da pluralidade de segmentos de circuito. Em alguns aspectos, o circuito de comunicação 7422 fornece uma trajetória para os componentes modulares do instrumento cirúrgico 6480 aqui descritos se comunicarem eletricamente. Por exemplo, um eixo de acionamento modular e um transdutor modular, quando fixados ao cabo do instrumento cirúrgico, podem carregar programas de controle para o cabo através do circuito de comunicação 7422.
[00592] O segmento de circuito de display 7424 compreende um display de LCD 7426. O display de LCD 7426 pode compreender uma tela de display de cristal líquido, indicadores de LED, etc. Em alguns aspectos, o display de LCD 7426 é uma tela de diodo emissor de luz orgânico (OLED). Um display pode ser colocado sobre, embutido ou localizado remotamente em relação ao instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito. Por
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240/310 exemplo, o display pode ser colocado no cabo do instrumento cirúrgico. O display é configurado para fornecer retroalimentação sensorial a um usuário. Em vários aspectos, o display de LCD 7426 compreende adicionalmente uma retroiluminação. Em alguns aspectos, o instrumento cirúrgico pode compreender também dispositivos de retroalimentação de áudio como um alto-falante ou um sinal sonoro e dispositivos de retroalimentação tátil como um atuador háptico.
[00593] O segmento de circuito de controle de motor 7428 compreende um circuito de controle de motor 7430 acoplado a um motor 7432. O motor 7432 está acoplado ao processador por um acionador e um transistor, tal como um FET. Em vários aspectos, o circuito de controle de motor 7430 compreende um sensor de corrente do motor em comunicação por sinal com o processador para fornecer um sinal indicativo de uma medição da extração de corrente do motor para o processador. O processador transmite o sinal para o display. O display recebe o sinal e exibe a medição da extração de corrente do motor 7432. O processador pode utilizar o sinal, por exemplo, para monitorar que a extração de corrente do motor 7432 existe dentro de uma faixa aceitável para comparar a extração de corrente com um ou mais parâmetros da pluralidade de segmentos de circuito, e para determinar um ou mais parâmetros de um local de tratamento do paciente. Em vários aspectos, o circuito de controle de motor 7430 compreende um controlador de motor para controlar a operação do motor. Por exemplo, o circuito de controle de motor 7430 controla vários parâmetros de motor, por exemplo, mediante o ajuste da velocidade, do torque e da aceleração do motor 7432. O ajuste é realizado com base na corrente que passa através do motor 7432, medida pelo sensor de corrente do motor.
[00594] Em vários aspectos, o circuito de controle de motor 7430 compreende um sensor de força para medir a força e o torque gerados
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241/310 pelo motor 7432. O motor 7432 é configurado para atuar um mecanismo dos instrumentos cirúrgicos 6480 aqui descritos. Por exemplo, o motor 7432 é configurado para controlar a atuação do eixo de acionamento do instrumento cirúrgico para realizar as funcionalidades de travamento, rotação e articulação. Por exemplo, o motor 7432 pode atuar o eixo de acionamento para realizar um movimento de travamento com as garras do instrumento cirúrgico. O controlador de motor pode determinar se o material travado pelas garras é tecido ou metal. O controlador de motor pode também determinar a extensão a qual as garras prendem o material. Por exemplo, o controlador de motor pode determinar como abrir ou fechar as garras com base na derivação da corrente detectada do motor ou da tensão do motor. Em alguns aspectos, o motor 7432 é configurado para atuar o transdutor para fazer com que o transdutor aplique torque ao cabo ou controle a articulação do instrumento cirúrgico. O sensor de corrente do motor pode interagir com o controlador de motor para definir um limite de corrente do motor. Quando a corrente satisfaz o limite de limiar predefinido, o controlador do motor inicia uma alteração correspondente em uma operação de controle do motor. Por exemplo, exceder o limite da corrente do motor faz com que o controlador de motor reduza a extração de corrente do motor.
[00595] O segmento de circuito de tratamento de energia 7434 compreende um amplificador de RF e o circuito de segurança 7436 e um circuito gerador de sinal ultrassônico 7438 para implementar a funcionalidade de energia modular do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito. Em vários aspectos, o amplificador de RF e o circuito de segurança 7436 são configurados para controlar a modalidade de RF do instrumento cirúrgico mediante a geração de um sinal de RF. O circuito gerador de sinal ultrassônico 7438 é configurado para controlar a modalidade de energia ultrassônica mediante a geração de um sinal ultrassônico. O amplificador de RF e o circuito de segurança 7436 e um
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242/310 circuito gerador de sinal ultrassônico 7438 podem operar em conjunto para controlar a modalidade combinada de energia de RF e ultrassônica.
[00596] O segmento de circuito de eixo de acionamento 7440 compreende um controlador de módulo de eixo de acionamento 7442, um atuador de controle modular 7444, um ou mais sensores de atuador de extremidade 7446 e uma memória não volátil 7448. O controlador de módulo de eixo de acionamento 7442 é configurado para controlar uma pluralidade de módulos de eixo de acionamento compreendendo os programas de controle a serem executados pelo processador. A pluralidade de módulos de eixo de acionamento implementa uma modalidade de eixo de acionamento, por exemplo, ultrassônica, combinação de ultrassônica e de RF, lâmina em perfil I de RF e por garra oposta por RF. O controlador de módulo de eixo de acionamento 7442 pode selecionar a modalidade de eixo de acionamento mediante a seleção do módulo de eixo de acionamento correspondente para que o processador opere. O atuador de controle modular 7444 é configurado para atuar o eixo de acionamento de acordo com a modalidade selecionada de eixo de acionamento. Após a atuação ser iniciada, o eixo de acionamento articula o atuador de extremidade de acordo com um ou mais parâmetros, rotinas ou programas específicos para a modalidade de eixo selecionada e a modalidade de atuador de extremidade selecionada. O um ou mais sensores de atuador de extremidade 7446, situados no atuador de extremidade, podem incluir sensores de força, sensores de temperatura, sensores de corrente ou sensores de movimento. O um ou mais sensores de atuador de extremidade 7446 transmitem dados sobre uma ou mais operações do atuador de extremidade, com base na modalidade de energia implementada pelo atuador de extremidade. Em vários aspectos, as modalidades de energia incluem uma modalidade de energia ultrassônica, uma modalidade de energia de RF ou uma
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243/310 combinação da modalidade de energia ultrassônica e da modalidade de energia de RF. A memória não volátil 7448 armazena os programas de controle do eixo de acionamento. Um programa de controle compreende um ou mais parâmetros, rotinas ou programas específicos para o eixo de acionamento. Em vários aspectos, a memória não volátil 7448 pode ser uma memória ROM, EPROM, EEPROM ou flash. A memória não volátil 7448 armazena os módulos de eixo de acionamento correspondentes ao eixo de acionamento selecionado do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito. Os módulos de eixo de acionamento podem ser alterados ou atualizados na memória não volátil 7448 pelo controlador do módulo de eixo de acionamento 7442, dependendo do eixo de acionamento do instrumento cirúrgico a ser usado na operação.
[00597] A Figura 50 é um diagrama esquemático de um circuito 7925 de vários componentes de um instrumento cirúrgico com funções de controle de motor, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. Em vários aspectos, o instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito pode incluir um mecanismo de acionamento 7930 que é configurado para acionar eixos de acionamento e/ou componentes de engrenagem a fim de realizar as várias operações associadas ao instrumento cirúrgico 6480. Em um aspecto, o mecanismo de acionamento 7930 inclui um trem de acionamento de rotação 7932 configurado para girar um atuador de extremidade, por exemplo, ao redor de um eixo geométrico longitudinal em relação ao compartimento do cabo. O mecanismo de acionamento 7930 inclui, ainda, um trem de acionamento de fechamento 7934 configurado para fechar um membro de garra para prender o tecido ao atuador de extremidade. Além disso, o mecanismo de acionamento 7930 inclui um trem de acionamento de disparo 7936 configurado para abrir e fechar uma porção de braço de aperto do atuador de extremidade para prender o tecido com o atuador de extremidade.
[00598] O mecanismo de acionamento 7930 inclui um conjunto de
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244/310 caixa de engrenagens com seletor 7938 que pode estar localizado no conjunto de empunhadura do instrumento cirúrgico. Proximal ao conjunto de caixa de engrenagem com seletor 7938 existe um módulo de seleção de função que inclui um primeiro motor 7942 que funciona para mover seletivamente elementos de engrenagem no interior do conjunto de caixa de engrenagem com seletor 7938 para posicionar seletivamente um dos trens de acionamento 7932, 7934, 7936 em encaixe com um componente de acionamento de entrada de um segundo motor opcional 7944 e um circuito de acionamento de motor 7946 (mostrado em linha pontilhada para indicar que o segundo motor 7944 e o circuito de acionamento de motor 7946 são componentes opcionais).
[00599] Ainda com referência à Figura 50, os motores 7942, 7944 são acoplados aos circuitos de controle de motor 7946, 7948, respectivamente, que são configurados para controlar a operação dos motores 7942, 7944, incluindo o fluxo de energia elétrica de uma fonte de energia 7950 para os motores 7942, 7944. A fonte de energia 7950 pode ser uma bateria de CC (por exemplo, uma bateria recarregável à base de chumbo, à base de níquel, à base de íons de lítio, etc.) ou qualquer outra fonte de energia adequada para fornecer energia elétrica ao instrumento cirúrgico.
[00600] O instrumento cirúrgico inclui adicionalmente um microcontrolador 7952 (controlador). Em certos exemplos, o controlador 7952 pode incluir um microprocessador 7954 (processador) e um ou mais meios legíveis por computador ou unidades de memória 7956 (memória). Em certos casos, a memória 7956 pode armazenar várias instruções de programa que, quando executadas, podem fazer com que o processador 7954 execute uma pluralidade de funções e/ou cálculos aqui descritos. A fonte de energia 7950 pode ser configurada para fornecer energia ao controlador 7952,
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245/310 por exemplo.
[00601] O processador 7954 pode estar em comunicação com o circuito de controle do motor 7946. Além disso, a memória 7956 pode armazenar instruções de programa que, quando executadas pelo processador 7954 em resposta a uma entrada de usuário 7958 ou elementos de retroalimentação 7960, podem fazer com que o circuito de controle do motor 7946 induza o motor 7942 a gerar ao menos um movimento giratório para mover seletivamente os elementos de engrenagem no interior do conjunto de caixa de câmbio com seletor 7938 para posicionar seletivamente um dos trens de acionamento 7932, 7934, 7936 para engatar no componente de acionamento de entrada do segundo motor 7944. Além disso, o processador 7954 pode estar em comunicação com o circuito de controle do motor 7948. A memória 7956 pode também armazenar instruções de programa que, quando executadas pelo processador 7954 em resposta a uma entrada de usuário 7958, podem fazer com que o circuito de controle do motor 7948 induza o motor 7944 a gerar ao menos um movimento giratório para acionar o trem de acionamento engatado no componente de acionamento de entrada do segundo motor 7948, por exemplo.
[00602] O controlador 7952 e/ou os outros controladores da presente revelação podem ser implementados usando elementos de hardware integrados e/ou distintos, elementos de software e/ou uma combinação de ambos. Exemplos de elementos de hardware integrados podem incluir processadores, microprocessadores, microcontroladores, chips, ASICs, PLDs, DSPs, FPGAs, portas lógicas, registros, dispositivos de semicondutor, chips, microchips, conjuntos de chip, microcontroladores, sistema em um chip (SoC) e/ou pacote único em linha (SIP). Exemplos de elementos de hardware distintos podem incluir circuitos e/ou elementos de circuito, como portas lógicas, transistores de efeito de campo, transistores bipolares, resistores, capacitores, indutores e/ou
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246/310 relés. Em certas modalidades, o controlador 7952 pode incluir um circuito híbrido que compreende elementos ou componentes de circuitos integrados e isolados em um ou mais substratos, por exemplo. [00603] Em certos exemplos, o controlador 7952 e/ou os outros controladores da presente revelação podem ser um LM 4F230H5QR, disponível junto a Texas Instruments, por exemplo. Em certas instâncias, o LM4F230H5QR da Texas Instruments é um núcleo de processador ARM Cortex-M4F que compreende uma memória integrada de memória do tipo flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de pré-busca para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma SRAM de ciclo único de 32 KB, ROM interna carregada com o software StellarisWare®, EEPROM de 2KB, um ou mais módulos de PWM, um ou mais análogos de QEI, um ou mais ADCs de 12 bits com 12 canais de entrada analógicos, dentre outros recursos que são prontamente disponíveis. Outros microcontroladores podem ser prontamente substituídos para uso com a presente revelação. Consequentemente, a presente revelação não deve ser limitada nesse contexto.
[00604] Em vários exemplos, uma ou mais das várias etapas aqui descritas podem ser executadas por uma máquina de estado finito que compreende um circuito lógico combinacional ou um circuito lógico sequencial, onde o circuito lógico combinacional ou o circuito lógico sequencial é acoplado, ao menos, a um circuito de memória. O pelo menos um circuito de memória armazena um estado atual da máquina de estado finito. O circuito lógico combinacional ou sequencial é configurado para fazer com que a máquina de estados finitos execute as etapas. O circuito lógico sequencial pode ser síncrono ou assíncrono. Em outros exemplos, uma ou mais das várias etapas aqui descritas podem ser executadas por um circuito que inclui uma combinação do processador 7958 e da máquina de estado finito, por exemplo.
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[00605] Em vários casos, pode ser vantajoso ser capaz de avaliar o estado da funcionalidade de um instrumento cirúrgico para assegurar sua função adequada. É possível, por exemplo, que o mecanismo de acionamento, conforme explicado acima, que é configurado para incluir vários motores, trens de acionamento e/ou componentes de engrenagem para executar as várias operações do instrumento cirúrgico, se desgaste ao longo do tempo. Isso pode ocorrer através do uso normal e, em alguns casos, o mecanismo de acionamento pode se desgastar mais rapidamente devido a condições de uso abusivo. Em certos casos, um instrumento cirúrgico pode ser configurado para executar autoavaliações para determinar o estado, ou seja, a saúde, do mecanismo de acionamento e seus diversos componentes.
[00606] Por exemplo, a autoavaliação pode ser utilizada para determinar quando o instrumento cirúrgico é capaz de desempenhar sua função antes de uma nova esterilização ou quando alguns dos componentes devem ser substituídos e/ou reparados. A avaliação do mecanismo de acionamento e de seus componentes, incluindo, mas não se limitando ao trem de acionamento de rotação 7932, o trem de acionamento de fechamento 7934 e/ou o trem de acionamento de disparo 7936, pode ser realizada de diversas formas. A magnitude do desvio de um desempenho previsto pode ser utilizada para determinar a probabilidade de uma falha detectada e da gravidade dessa falha. Várias métricas podem ser utilizadas, incluindo: Análise periódica de eventos repetidamente previsíveis, aumentos ou quedas que excedem um limiar esperado e a extensão da falha.
[00607] Em diversos casos, uma forma de onda de assinatura de um mecanismo de acionamento operando adequadamente ou um ou mais de seus componentes pode ser empregada para avaliar o estado do mecanismo de acionamento ou de um ou mais de seus componentes. Um ou mais sensores de vibração podem estar
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248/310 dispostos em relação a um mecanismo de acionamento operando adequadamente ou um ou mais de seus componentes para registrar diversas vibrações que ocorrem durante a operação do mecanismo de acionamento operando adequadamente ou de um ou mais de seus componentes. As vibrações registradas podem ser empregadas para criar a forma de onda de assinatura. As futuras formas de ondas podem ser comparadas à forma de onda de assinatura para avaliar o estado do mecanismo de acionamento e seus componentes.
[00608] Ainda com referência à Figura 50, o instrumento cirúrgico 7930 inclui um módulo de detecção de falha do trem de acionamento 7962 configurado para registrar e analisar uma ou mais saídas acústicas de um ou mais dos trens de acionamento 7932, 7934, 7936. O processador 7954 pode estar em comunicação com ou, de outro modo, controlar o módulo 7962. Conforme descrito com mais detalhes abaixo, o módulo 7962 pode ser incorporado como vários meios, como circuitos, hardware, um produto de programa de computador que compreende uma mídia legível por computador (por exemplo, a memória 7956) que armazena instruções de programa legíveis por computador que são executáveis por um dispositivo de processamento (por exemplo, o processador 7954), ou alguma combinação dos mesmos. Em alguns aspectos, o processador 36 pode incluir ou, de outro modo, controlar o módulo 7962.
[00609] Novamente com referência à Figura 51, o atuador de extremidade 8400 compreende sensores de dados de RF 8406, 8408a, 8408b localizados no membro de garra 8402. O atuador de extremidade 8400 compreende um membro de garra 8402 e uma lâmina ultrassônica 8404. O membro de garra 8402 é mostrado prendendo o tecido 8410 localizado entre o membro de garra 8402 e a lâmina ultrassônica 8404. Um primeiro sensor 8406 está situado em uma porção central do membro de garra 8402. O segundo e o terceiro sensores 8408a, 8408b
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249/310 estão localizados em porções laterais do membro de garra 8402. Os sensores 8406, 8408a, 8408b são montados ou formados integralmente com um circuito flexível 8412 (mostrado mais particularmente na Figura 52) configurado para ser montado de modo fixo ao membro de garra 8402.
[00610] O atuador de extremidade 8400 é um atuador de extremidade exemplificador para um instrumento cirúrgico. Os sensores 8406, 8408a, 8408b são eletricamente conectados a um circuito de controle como o circuito de controle 7400 (Figura 63) através de circuitos de interface. Os sensores 8406, 8408a, 8408b são alimentados por bateria e os sinais gerados pelos sensores 8406, 8408a, 8408b são fornecidos aos circuitos de processamento analógicos e/ou digitais do circuito de controle.
[00611] Em um aspecto, o primeiro sensor 8406 é um sensor de força para medir uma força normal F3 aplicada ao tecido 8410 pelo membro de garra 8402. O segundo e o terceiro sensores 8408a, 8408b incluem um ou mais elementos para aplicar energia de RF ao tecido 8410, medem a impedância do tecido, a força para baixo F1, as forças transversais F2, e a temperatura, entre outros parâmetros. Os eletrodos 8409a, 8409b são acoplados eletricamente a uma fonte de energia e aplicam energia de RF ao tecido 8410. Em um aspecto, o primeiro sensor 8406 e o segundo e o terceiro sensores 8408a, 8408b são medidores de esforço para medir força ou força por unidade de área. Será reconhecido que as medidas da força para baixo F1, as forças laterais F2 e a força normal F3 podem ser facilmente convertidas em pressão determinando a área de superfície sobre a qual os sensores de força 8406, 8408a, 8408b estão atuando. Adicionalmente, como descrito com particularidade aqui, o circuito flexível 8412 pode compreender sensores de temperatura incorporados em uma ou mais camadas do circuito flexível 8412. O um ou mais sensores de temperatura podem ser dispostos de maneira simétrica ou
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250/310 assimétrica, e fornecer retroalimentação de temperatura do tecido 8410 para controlar circuitos de um circuito de acionamento ultrassônico e um circuito de acionamento de RF.
[00612] A Figura 52 ilustra um aspecto do circuito flexível 8412 mostrado na Figura 51, em que os sensores 8406, 8408a, 8408b podem ser montados ao mesmo ou formados integralmente com o mesmo. O circuito flexível 8412 está configurado para se ligar de modo fixo ao membro de garra 8402. Conforme mostrado particularmente na Figura 52, os sensores de temperatura assimétricos 8414a, 8414b são montados no circuito flexível 8412 para permitir a medição da temperatura do tecido 8410 (Figura 51).
[00613] A Figura 53 é um sistema alternativo 132000 para controlar a frequência de um sistema eletromecânico ultrassônico 132002 e detectar a impedância do mesmo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. O sistema 132000 pode ser incorporado em um gerador. Um processador 132004 acoplado a uma memória 132026 programa um contador programável 132006 para sintonizar à frequência de saída fo do sistema eletromecânico ultrassônico 132002. A frequência de entrada é gerada por um oscilador de cristal 132008 e é inserida em um contador fixo 132010 para dimensionar a frequência para um valor adequado. As saídas do contador fixo 132010 e do contador programável 132006 são aplicadas a um detector de fase/frequência 132012. A saída do detector de fase/frequência 132012 é aplicada a um amplificador/circuito de filtro ativo 132014 para gerar uma tensão de sintonização Vt que é aplicada a um oscilador controlado por tensão 132016 (VCO, voltage controlled oscillator). O VCO 132016 aplica a frequência de saída fo a uma porção de transdutor ultrassônico do sistema eletromecânico ultrassônico 132002, mostrado aqui modelado como um circuito elétrico equivalente. Os sinais de tensão e corrente aplicados ao
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251/310 transdutor ultrassônico são monitorados por um sensor de tensão 132018 e um sensor de corrente 132020.
[00614] As saídas dos sensores de tensão e corrente 132018, 13020 são aplicadas a um outro detector de fase/frequência 132022 para determinar o ângulo de fase entre a tensão e a corrente conforme medido pelos sensores de tensão e corrente 132018, 13020. A saída do detector de fase/frequência 132022 é aplicada a um canal de um conversor analógico para digital de alta velocidade 132024 (ADC) e é fornecida ao processador 132004 através do mesmo. Opcionalmente, as saídas dos sensores de tensão e corrente 132018, 132020 podem ser aplicadas aos respectivos canais dos dois canais de ADC 132024 e fornecidas ao processador 132004 para passagem por zero, FFT, ou outro algoritmo descrito aqui para determinar o ângulo de fase entre os sinais de tensão e a corrente aplicados ao sistema eletromecânico ultrassônico 132002.
[00615] Opcionalmente, a tensão de sintonia Vt, a qual é proporcional à frequência de saída fo, pode ser alimentada de volta para o processador 132004 através do ADC 132024. Isso fornece ao processador 132004 um sinal de retroalimentação proporcional à frequência de saída fo e pode usar essa retroalimentação para ajustar e controlar a frequência de saída fo. Inferência de temperatura
[00616] As Figuras 54A a 54B são representações gráficas 133000, 133010 de espectros de impedância complexos do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ultrassônica fria (temperatura ambiente) e quente, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. Como usado na presente invenção, uma lâmina ultrassônica fria se refere a uma lâmina ultrassônica à temperatura ambiente e uma lâmina ultrassônica quente se refere a uma lâmina ultrassônica depois que ela é aquecida por atrito durante o uso. A Figura 54A é uma representação gráfica 133000 do ângulo de fase da impedância φ como uma função
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252/310 da frequência de ressonância fo do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ultrassônica fria e quente e a Figura 54B é uma representação gráfica 133010 de magnitude de impedância |Z| como uma função da frequência de ressonância fo do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ultrassônica fria e quente. O ângulo de fase da impedância φ e a magnitude de impedância |Z| estão, no mínimo, na frequência de ressonância fo.
[00617] A impedância do transdutor ultrassônico Zg(t) pode ser medida como a razão entre os tensão do gerador de sinal de acionamento Vg(t) e os sinais de acionamento de corrente Ig(t):
Zg(f) = rg (t)
Ig (í)
[00618] Conforme mostrado na Figura 54A, quando a lâmina ultrassônica está fria, por exemplo, à temperatura ambiente e não aquecida por atrito, a frequência eletromecânica ressonante fo do dispositivo ultrassônico é aproximadamente 55.500 Hz e a frequência de excitação do transdutor ultrassônico é ajustada para 55.500 Hz. Dessa forma, quando o transdutor ultrassônico é excitado na frequência eletromecânica ressonante fo e a lâmina ultrassônica está fria, o ângulo de fase φ é no mínimo ou aproximadamente 0 Rad conforme indicado pelo gráfico da lâmina fria 133002. Conforme mostrado na Figura 54B, quando a lâmina ultrassônica está fria e o transdutor ultrassônico é excitado na frequência eletromecânica ressonante fo, a magnitude de impedância |Z| é 800 Ω, por exemplo, a magnitude de impedância |Z| está em um mínimo de impedância, e a amplitude do sinal de acionamento está em um máximo devido ao circuito equivalente de ressonância em série do sistema eletromecânico ultrassônico conforme representado na Figura 25.
[00619] Com referência agora novamente às Figuras 54A e 54B, quando o transdutor ultrassônico é acionado por sinais de tensão do
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253/310 gerador Vg(t) e de corrente do gerador Ig(t) na frequência eletromecânica ressonante fo de 55.500 Hz, o ângulo de fase φ entre os sinais de tensão do gerador Vg(t) e de corrente do gerador Ig(t) é zero, a magnitude de impedância |Z| está em um mínimo de impedância, por exemplo, 800 Ω, e a amplitude do sinal está em um pico ou máxima devido ao circuito equivalente de ressonância em série do sistema eletromecânico ultrassônico. À medida que a temperatura da lâmina ultrassônica aumenta, devido ao calor friccional gerado em uso, a frequência eletromecânica ressonante fo! do dispositivo ultrassônico diminui. Uma vez que o transdutor ultrassônico está ainda acionado pelo sinais de tensão do gerador Vg(t) e de corrente do gerador Ig(t) na frequência eletromecânica ressoante anterior (lâmina fria) fo de 55.500 Hz, o dispositivo ultrassônico opera fora de ressonância O causando um deslocamento no ângulo de fase φ entre os sinais de tensão do gerador Vg(t) e de corrente do gerador Ig(t). Há também um aumento na magnitude de impedância |Z| e uma queda na magnitude de pico do sinal de acionamento em relação à frequência eletromecânica ressonante anterior (lâmina fria) de 55.500 Hz. Consequentemente, a temperatura da lâmina ultrassônica pode ser inferida mediante a medição do ângulo de fase φ entre os sinais de tensão do gerador Vg(t) e de corrente do gerador Ig(t) quando a frequência eletromecânica ressonante fo se altera devido às alterações na temperatura da lâmina ultrassônica.
[00620] Conforme anteriormente descrito, um sistema ultrassônico eletromecânico inclui um transdutor ultrassônico, um guia de onda e uma lâmina ultrassônica. Conforme anteriormente discutido, o transdutor ultrassônico pode ser modelado como um circuito ressonante em série equivalente (consulte a Figura 25) que compreende uma primeira ramificação tendo uma capacitância estática e uma segunda ramificação em movimento tendo uma indutância, resistência e capacitância conectadas em série que definem as propriedades eletromecânicas de um
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254/310 ressonador. O sistema ultrassônico eletromecânico tem uma frequência de ressonância eletromecânica inicial definida pelas propriedades físicas do transdutor ultrassônico, o guia de ondas, e a lâmina ultrassônica. O transdutor ultrassônico é excitado por um sinal de tensão Vg(t) e corrente Ig(t) alternada em uma frequência igual à frequência de ressonância eletromecânica, por exemplo, frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânica. Quando o sistema ultrassônico eletromecânico está excitado na frequência de ressonância, o ângulo de fase φ entre os sinais de tensão Vg(t) e corrente Ig(t) é zero.
[00621] Dito de uma outra forma, na ressonância, a impedância indutiva analógica do sistema ultrassônico eletromecânico é igual à impedância capacitiva analógica do sistema ultrassônico eletromecânico. Conforme a lâmina ultrassônica aquece, por exemplo devido ao engate por atrito com o tecido, a conformidade da lâmina ultrassônica (modelada como uma capacitância analógica) faz com que a frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico se altere. No presente exemplo, a frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico diminui conforme a temperatura da lâmina ultrassônica aumenta. Dessa forma, a impedância indutiva analógica do sistema ultrassônico eletromecânico já não é igual à impedância capacitiva analógica do sistema ultrassônico eletromecânico causando um desfasamento entre a frequência de acionamento e a nova frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico. Dessa forma, com uma lâmina ultrassônica quente, o sistema ultrassônico eletromecânico opera fora de ressonância. A diferença entre a frequência de acionamento e a frequência de ressonância é manifestada como um ângulo de fase φ entre os sinais de tensão Vg(t) e corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico.
[00622] Conforme anteriormente discutido, o circuito eletrônico do gerador pode facilmente monitorar o ângulo de fase φ entre os sinais de
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255/310 tensão Vg(t) e corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. O ângulo de fase φ pode ser determinado através de análise de Fourier, estimativa de quadrados mínimos ponderados, filtração Kalman, técnicas baseadas em espaço-vetor, método de passagem por zero, figuras de Lissajous, método de três voltímetros, método crossed-coil, métodos de voltímetro vetorial e impedância vetorial, instrumentos de fase padrão, malha de captura de fase (phase-locked loops) e outras técnicas anteriormente descritas. O gerador pode monitorar continuamente o ângulo de fase φ e ajustar a frequência de acionamento até o ângulo de fase φ ficar zero. Nesse ponto, a nova frequência de acionamento é igual à nova frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico. A alteração no ângulo de fase φ e/ou frequência de acionamento do gerador pode ser usada como uma medição indireta ou inferida da temperatura da lâmina ultrassônica.
[00623] Uma variedade de técnicas estão disponíveis para estimar a temperatura a partir dos dados na esses espectros. Mais notadamente, um conjunto não linear, tempo-variante, de equações de espaço de estado pode ser usado para modelar a relação dinâmica entre a temperatura da lâmina ultrassônica e a impedância medida:
através de uma faixa de frequências de acionamento do gerador, sendo que a faixa de frequências de acionamento do gerador é específica para o modelo de dispositivo.
Métodos de estimativa de temperatura
[00624] Um aspecto de estimar ou inferir a temperatura de uma lâmina ultrassônica pode incluir três etapas. Primeiro, definir um modelo de espaço de estado de temperatura e frequência que é dependente de tempo e energia. Para modelar a temperatura como uma função do conteúdo de frequência, um conjunto de equações não lineares de espaço
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256/310 de estado são usadas para modelar a relação entre a frequência de ressonância eletromecânica e a temperatura da lâmina ultrassônica. Segundo, aplicar um filtro de Kalman para aprimorar a acurácia do estimador de temperatura e do modelo de espaço de estado ao longo do tempo. Terceiro, um estimador de estado é fornecido no circuito de retroalimentação do filtro de Kalman para controlar a energia aplicada ao transdutor ultrassônico, e consequentemente a lâmina ultrassônica, para regular a temperatura da lâmina ultrassônica. As três etapas são descritas mais adiante neste documento.
Etapa 1
[00625] A primeira etapa é definir um modelo de espaço de estado de temperatura e frequência que é dependente de tempo e energia. Para modelar a temperatura como uma função do conteúdo de frequência, um conjunto de equações não lineares de espaço de estado são usadas para modelar a relação entre a frequência de ressonância eletromecânica e a temperatura da lâmina ultrassônica. Em um aspecto, o modelo de espaço de estado é definido por:
Ç = f(t, T(t), F„(t), F(t)) y = h(t, T(f), F”(t), E(ty)
[00626] O modelo de espaço de estado representa a taxa de variação da frequência natural do sistema ultrassônico eletromecânico Fn e a taxa de variação da temperatura T da lâmina ultrassônica com relação à frequência natural Fn(t), temperatura T(t), energia E(t), e tempo t. y representa a observabilidade das variáveis que são mensuráveis e observáveis como a frequência natural Fn(t) do sistema ultrassônico eletromecânico, a temperatura T(t) da lâmina ultrassônica, a energia E(t) aplicada à lâmina ultrassônica, e o tempo t. A temperatura T(t) da lâmina ultrassônica é observável como uma estimativa.
Etapa 2
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[00627] A segunda etapa é para aplicar um filtro de Kalman para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de estado. A Figura 55 é um diagrama de um filtro de Kalman 133020 para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de estado com base na impedância de acordo com a equação:
Figure BR102019017761A2_D0001
que representa a impedância através de um transdutor ultrassônico medido em uma variedade de frequências, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[00628] O filtro de Kalman 133020 pode ser empregado para melhorar o desempenho da estimativa de temperatura e permite o aumento dos sensores externos, modelos, ou informação prévia para melhorar a previsão de temperatura no meio de dados ruidosos. O filtro de Kalman 133020 inclui um regulador 133022 e uma planta 133024. Em teoria de controle, uma planta 133024 é a combinação de processo e atuador. Uma planta 133024 pode ser chamada de uma função de transferência que indica a relação entre um sinal de entrada e o sinal de saída de um sistema. O regulador 133022 inclui um estimador de estado 133026 e um controlador K133028. O regulador de estado 133026 inclui um circuito de retroalimentação 133030. O regulador de estado 133026 recebe y, a saída da planta 133024, como uma entrada e uma variável de retroalimentação u. O estimador de estado 133026 é um sistema de retroalimentação interno que converge para o valor real do estado do sistema. A saída do estimador de estado 133026 é x , a variável de controle de retroalimentação completa incluindo Fn(t) do sistema ultrassônico eletromecânico, a estimativa da temperatura 7(f) da lâmina ultrassônica, a energia E(f) aplicada à lâmina ultrassônica, o ângulo de fase φ, e o tempo t. A entrada para dentro do controlador K 133028 é x e a saída do controlador K133028 u é alimentada de volta para o estimador de estado
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133026 e t da planta 133024.
[00629] A filtração Kalman, também conhecida como estimativa linear quadrática (LQE), é um algoritmo que usa uma série de medições observadas ao longo do tempo, contendo ruído e outras imprecisões estatísticas, e produz estimativas das variáveis desconhecidas que tendem a ser mais acuradas do que aquelas com base em uma única medição apenas, mediante estimativa de uma distribuição de probabilidade conjunta sobre as variáveis para cada período de tempo e, desse modo, cálculo da estimativa de máxima probabilidade de medições reais. O algoritmo funciona em um processo em duas etapas. Em uma etapa de previsão, o filtro de Kalman 133020 produz estimativas das variáveis de estado atuais, juntamente com suas incertezas. Após o resultado da próxima medição (necessariamente corrompida com alguma quantidade de erro, incluindo ruído aleatório) ser observado, estas estimativas são atualizadas usando-se uma média ponderada, com mais peso sendo dado às estimativas com maior certeza. O algoritmo é recursivo e pode ser executado em tempo real, usando-se apenas as medições de entrada presentes e o estado anteriormente calculado e sua matriz de incerteza; não são necessárias informações adicionais passadas.
[00630] O filtro de Kalman 133020 usa um modelo dinâmico do sistema ultrassônico eletromecânico, entradas de controle conhecidas para aquele sistema, e múltiplas medições sequenciais (observações) da frequência natural e ângulo de fase dos sinais aplicados (por exemplo, magnitude e fase da impedância elétrica do transdutor ultrassônico) ao transdutor ultrassônico para formar uma estimativa das quantidades variáveis do sistema ultrassônico eletromecânico (seu estado) para prever a temperatura da porção da lâmina ultrassônica do sistema ultrassônico eletromecânico que é melhor do que uma estimativa obtida com o uso de apenas uma única medição apenas. Como tal, o filtro de Kalman 133020
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259/310 é um algoritmo que inclui sensor e fusão de dados para fornecer a estimativa de máxima probabilidade da temperatura da lâmina ultrassônica.
[00631] O filtro de Kalman 133020 estima com eficácia a incerteza devido às medições de ruído dos sinais aplicados ao transdutor ultrassônico para medir os dados de frequência natural e deslocamento de fase e também estima com eficácia a incerteza devido a fatores aleatórios externos. O filtro de Kalman 133020 produz uma estimativa do estado do sistema ultrassônico eletromecânico como uma média ponderada do estado previsto do sistema e da nova medição. Os valores ponderados fornecem melhor (isto é, menor) incerteza estimada e são mais confiáveis do que os valores não ponderados. Os pesos podem ser calculados a partir da covariância, uma medida da incerteza estimada da predição do estado do sistema. O resultado da média ponderada é uma nova estimativa do estado que se situa entre o estado previsto e medido, e tem uma melhor incerteza estimada do que um ou outro sozinho. Esse processo é repetido em cada etapa de tempo, com a nova estimativa e sua covariância gerando a predição usada na próxima iteração. Esta natureza recursiva do filtro de Kalman 133020 exige apenas do último melhor palpite, ao invés de toda a história, do estado do sistema ultrassônico eletromecânico para calcular um novo estado.
[00632] A certeza relativa das medições e da estimativa do estado atual é uma consideração importante, e é comum discutir a resposta do filtro em termos de o ganho K do filtro de Kalman 133020. O ganho de Kalman K é o peso relativo atribuído às medições e à estimativa do estado atual, e pode ser ajustado para obter um desempenho específico. Com um alto ganho K, o filtro de Kalman 133020 coloca mais peso sobre as medições mais recentes, e dessa forma os segue de maneira mais responsiva. Com um baixo ganho K, o filtro de Kalman 133020 segue mais de perto as previsões do modelo. De ambos os
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260/310 extremos, um alto ganho próximo de um resultará em uma trajetória estimada mais irregular, enquanto um baixo ganho próximo a zero irá nivelar o ruído mas diminuir a capacidade de resposta.
[00633] Quando se realiza os cálculos reais para o filtro de Kalman 133020 (conforme discutido abaixo), a estimativa e covariâncias do estado são codificadas em matrizes covariâncias para lidar com as múltiplas dimensões envolvidas em um único conjunto de cálculos. Isso permite uma representação das relações lineares entre variáveis de diferentes estados (como a posição, velocidade, e a aceleração) em qualquer dos modelos ou covariâncias de transição. O uso de um filtro de Kalman 133020 não assume que os erros são gaussianos. Entretanto, o filtro de Kalman 133020 produz a estimativa de probabilidade condicional exata no caso especial de que todos os erros são distribuídos gaussianos.
Etapa 3
[00634] A terceira etapa usa um estimador 133026 no estado de retroalimentação 133032 do filtro de Kalman 133020 para o controle da energia aplicada ao transdutor ultrassônico, e consequentemente da lâmina ultrassônica, para regular a temperatura da lâmina ultrassônica.
[00635] A Figura 56 é uma representação gráfica 133040 de três distribuições de probabilidade empregadas por um estimador de estado 133026 do filtro de Kalman 133020 mostrado na Figura 55 para maximizar as estimativas, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. As distribuições de probabilidade incluem a distribuição de probabilidade anterior 133042, a distribuição de probabilidade (estado) de predição 133044 e a distribuição de probabilidade de observação 133046. As três distribuições de probabilidade 133042, 133044, 1330467 são usadas em um controle de retroalimentação de energia aplicada a um transdutor ultrassônico para regular a temperatura com base na impedância através do
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261/310 transdutor ultrassônico medido em uma variedade de frequências, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. O estimador usado no controle de retroalimentação da energia aplicada a um transdutor ultrassônico para regular a temperatura com base na impedância é definido pela expressão:
vq (0 ;=w.
que é a impedância através do transdutor ultrassônico medido em uma variedade de frequências, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação.
[00636] A distribuição de probabilidade anterior 133042 inclui uma variação de estado definida pela expressão:
(¾ )2 = ffk 2_i + σ2
[00637] A variância de estado (σ-) é usada para predizer o próximo estado do sistema, que é representado como a distribuição de probabilidade de previsão (estado) 133044. A distribuição de probabilidade de observação 133046 é a distribuição de probabilidade da observação real do observação Gm é usada seguinte expressão:
estado do sistema onde a variância de para definir o ganho, que é definido pela K m2 (^k )2 + °rn
Controle de retroalimentação
[00638] A entrada de energia é diminuída para assegurar que a temperatura (como estimado pelo estimador de estado e do filtro de Kalman) é controlada.
[00639] Em um aspecto, a prova inicial de conceito assumiu uma relação linear estática entre a frequência natural do sistema ultrassônico eletromecânico e a temperatura da lâmina ultrassônica. Reduzindo-se a energia como uma função da frequência natural do sistema ultrassônico
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262/310 eletromecânico (isto é, regulação de temperatura com controle de retroalimentação), a temperatura da ponta da lâmina ultrassônica pode ser controlada diretamente. Neste exemplo, a temperatura da ponta distal da lâmina ultrassônica pode ser controlada para não exceder o ponto de fusão do bloco de Teflon.
[00640] A Figura 57A é uma representação gráfica 133050 da temperatura versus tempo de um dispositivo ultrassônico sem controle de retroalimentação de temperatura. A temperatura (°C) da lâmina ultrassônica é mostrada ao longo do eixo vertical e o tempo (s) é mostrado ao longo do eixo horizontal. O teste foi conduzido com uma camurça localizada nas garras do dispositivo ultrassônico. Uma garra é a lâmina ultrassônica e a outra garra é o braço de aperto com um bloco de TEFLON. A lâmina ultrassônica foi excitada na frequência de ressonância enquanto em engate por atrito com a camurça presa entre a lâmina ultrassônica e o braço de aperto. Ao longo do tempo, a temperatura (°C) da lâmina ultrassônica aumenta devido ao engate por atrito com a camurça. Ao longo do tempo, o perfil de temperatura 133052 da lâmina ultrassônica aumenta até a amostra de camurça ser cortada após cerca de 19,5 segundos a uma temperatura de 220°C como indicado no ponto 133054. Sem controle de retroalimentação de temperatura, após o corte da amostra de camurça, a temperatura da lâmina ultrassônica aumenta para uma temperatura bem acima do ponto de fusão do TEFLON ~380°C até ~490°C. No ponto 133056, a temperatura da lâmina ultrassônica atinge uma temperatura máxima de 490 °C até o bloco de Teflon ser completamente fundido. A temperatura da lâmina ultrassônica cai ligeiramente a partir do pico de temperatura no ponto 133056 após o bloco desaparecer completamente.
[00641] A Figura 57B é um gráfico de temperatura versus o tempo de um dispositivo ultrassônico com controle de retroalimentação de temperatura, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. A temperatura (°C) da lâmina ultrassônica é mostrada ao
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263/310 longo do eixo vertical e o tempo (s) é mostrado ao longo do eixo horizontal. O teste foi conduzido com uma amostra de camurça localizada nas garras do dispositivo ultrassônico. Uma garra é a lâmina ultrassônica e a outra garra é o braço de aperto com um bloco de Teflon. A lâmina ultrassônica foi excitada na frequência de ressonância enquanto em engate por atrito com a camurça presa entre a lâmina ultrassônica e o bloco do braço de aperto. Ao longo do tempo, o perfil de temperatura 133062 da lâmina ultrassônica aumenta até a amostra de camurça ser cortada após cerca de 23 segundos a uma temperatura de 220 °C como indicado no ponto 133064. Com controle de retroalimentação de temperatura, a temperatura da lâmina ultrassônica aumenta até uma temperatura máxima de cerca de 380 °C, logo abaixo do ponto de fusão de TEFLON, conforme indicado no ponto 133066 e então é abaixada para uma média de cerca de 330 °C conforme indicado genericamente na região 133068, impedindo assim a fusão do bloco de TEFLON. Aplicação de tecnologia de lâmina ultrassônica inteligente (“smart”) [00642] Quando uma lâmina ultrassônica é imersa em um campo cirúrgico preenchido com fluido, a lâmina ultrassônica resfria durante a ativação se tornando menos eficaz para vedação e corte do tecido em contato com a mesma. O resfriamento da lâmina ultrassônica pode levar a tempos de ativação mais longos e/ou problemas de hemostasia porque calor adequado não é aplicado ao tecido. Para superar o resfriamento da lâmina ultrassônica, mais aplicação de energia pode ser necessária para encurtar os tempos de transecção e alcançar a hemostasia adequada sob essas condições de imersão de fluido. Com o uso de um sistema de controle de retroalimentação de frequênciatemperatura, se a temperatura da lâmina ultrassônica for detectada para começar abaixo, ou permanecer abaixo de uma certa temperatura durante um certo período de tempo, a energia de saída do gerador pode ser aumentada para compensar o resfriamento devido ao
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264/310 sangue/solução salina/outro fluido presente no campo cirúrgico. [00643] Consequentemente, o sistema de controle de retroalimentação de temperatura-frequência aqui descrito pode otimizar o desempenho de um dispositivo ultrassônico especialmente quando a lâmina ultrassônica está situada ou imersa, parcial ou totalmente, em um campo cirúrgico preenchido com fluido. O sistema de controle de retroalimentação de frequência-temperatura aqui descrito minimiza longos tempos de ativação e/ou problemas potenciais com o desempenho do dispositivo ultrassônico no campo cirúrgico preenchido com fluido.
[00644] Conforme anteriormente descrito, a temperatura da lâmina ultrassônica pode ser inferida mediante a detecção da impedância do transdutor ultrassônico dada pela seguinte expressão:
ve (Q (g (t) ou equivalentemente, a detecção do ângulo de fase φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. As informações do ângulo de fase φ também podem ser usadas para inferir as condições da lâmina ultrassônica. Conforme discutido com particularidade aqui, o ângulo de fase φ se altera como uma função da temperatura da lâmina ultrassônica. Portanto, as informações do ângulo de fase φ podem ser usadas para controlar a temperatura da lâmina ultrassônica. Isso pode ser feito, por exemplo, mediante a redução da energia fornecida à lâmina ultrassônica quando a lâmina ultrassônica está muito quente e mediante aumento da energia aplicada à lâmina ultrassônica quando a lâmina ultrassônica está muito fria. As Figuras 58A a 58B são representações gráficas do controle de retroalimentação de temperatura para ajustar a energia ultrassônica aplicada a um transdutor ultrassônico quando uma queda repentina na temperatura de uma lâmina ultrassônica é detectada.
[00645] A Figura 58A é uma representação gráfica da saída de
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265/310 energia ultrassônica 133070 como uma função de tempo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. A saída de energia do gerador ultrassônico é mostrada ao longo do eixo vertical e o tempo (s) é mostrado ao longo do eixo horizontal. A Figura 58B é uma representação gráfica de temperatura da lâmina ultrassônica 133080 como uma função do tempo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. A temperatura da lâmina ultrassônica é mostrada ao longo do eixo vertical e o tempo (s) é mostrado ao longo do eixo geométrico horizontal. A temperatura da lâmina ultrassônica aumenta com a aplicação de energia constante 133072 conforme mostrado na Figura 58A. Durante o uso, a temperatura da lâmina ultrassônica cai repentinamente. Isso pode resultar de uma variedade de condições, entretanto, durante o uso, pode ser inferido que a temperatura da lâmina ultrassônica cai quando é imersa em um campo cirúrgico preenchido com fluido (por exemplo, sangue, solução salina, água, etc.). No tempo t0, a temperatura da lâmina ultrassônica cai abaixo da temperatura mínima desejada 133082 e o algoritmo de controle de retroalimentação da frequência-temperatura de retroalimentação de temperatura algoritmo de controle detecta a queda na temperatura e começa a aumentar ou eleva a energia conforme mostrado pelo aumento de energia 133074 fornecido para a lâmina ultrassônica para iniciar a elevação da temperatura da lâmina ultrassônica acima da temperatura mínima desejada 133082.
[00646] Com referência às Figuras 58A e 58B, o gerador ultrassônico fornece saídas de energia substancialmente constantes 133072 enquanto a temperatura da lâmina ultrassônica permanece acima da temperatura mínima desejada 133082. Em t0, o processador ou o circuito de controle no gerador ou no instrumento, ou ambos, detecta a queda na temperatura da lâmina ultrassônica abaixo da temperatura mínima desejada 133072 e inicia um algoritmo de controle
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266/310 de retroalimentação de frequência-temperatura para elevar a temperatura da lâmina ultrassônica acima da temperatura mínima desejada 133082. Consequentemente, a energia do gerador começa a subir 133074 em t1 correspondente à detecção de uma queda repentina na temperatura da lâmina ultrassônica em to. Sob o algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura, a energia continua a subir 133074 até a temperatura da lâmina ultrassônica estar acima da temperatura mínima desejada 133082.
[00647] A Figura 59 é um diagrama de fluxo lógico 133090 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para controlar a temperatura de uma lâmina ultrassônica, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. De acordo com o processo, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, executa um aspecto de um algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura discutido em conexão com as Figuras 58A e 58B para aplicar 133092 um nível de energia ao transdutor ultrassônico para alcançar uma temperatura desejada na lâmina ultrassônica. O gerador monitora 133094 o ângulo de fase φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados para acionar o transdutor ultrassônico. Com base no ângulo de fase φ, o gerador infere 133096 a temperatura da lâmina ultrassônica com o uso das técnicas aqui descrito em conexão com Figuras 54A a 56. O gerador determina 133098 se a temperatura da lâmina ultrassônica está abaixo de uma temperatura mínima desejada mediante comparação da temperatura inferida da lâmina ultrassônica com uma temperatura desejada predeterminada. O gerador então ajusta o nível de energia aplicada ao transdutor ultrassônico com base na comparação. Por exemplo, o processo continua ao longo da ramificação NÃO quando a temperatura da lâmina ultrassônica está na ou acima da temperatura mínima desejada e continua ao longo da ramificação SIM quando a temperatura da
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267/310 lâmina ultrassônica está abaixo da temperatura mínima desejada. Quando a temperatura da lâmina ultrassônica está abaixo da temperatura mínima desejada, o gerador aumenta 133100 o nível de energia para o transdutor ultrassônico, por exemplo, mediante o aumento dos sinais de tensão Vg(t) e/ou de corrente Ig(t), para elevar a temperatura da lâmina ultrassônica e continua a aumentar o nível de energia aplicada ao transdutor ultrassônico até que a temperatura da lâmina ultrassônica aumente acima da temperatura mínima desejada.
Modo economizador de bloco de tratamento de tecido avançado adaptável
[00648] A Figura 60 é uma representação gráfica 133110 da temperatura da lâmina ultrassônica como uma função do tempo durante o disparo de um vaso, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. Um gráfico 133112 da temperatura de lâmina ultrassônica é representado graficamente ao longo do eixo vertical como uma função de tempo ao longo do eixo horizontal. O algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura combina a temperatura de controle da lâmina ultrassônica com a capacidade de detecção de garra. O algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura fornece hemostasia ótima equilibrada com durabilidade do dispositivo e pode distribuir energia de maneira inteligente para melhor vedação enquanto protege o bloco do braço de aperto.
[00649] Conforme mostrado na Figura 60, a temperatura ótima 133114 para vedação do vaso é marcada como uma primeira temperatura alvo T1 e a temperatura ótima 133116 para a vida infinita do bloco de braço de aperto é marcada como uma segunda vida temperatura alvo T2. O algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura infere a temperatura da lâmina ultrassônica e mantém a temperatura da lâmina ultrassônica entre o primeiro e o
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268/310 segundo limiares de temperatura alvo Ti e T2. A saída de energia do gerador é dessa forma acionada para obter ótimas temperaturas da lâmina ultrassônica para vedar os vasos e prolongar a vida útil do bloco de braço de aperto.
[00650] Inicialmente, a temperatura da lâmina ultrassônica aumenta à medida que a lâmina aquece e eventualmente excede o primeiro limiar de temperatura alvo Ti. O algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura assume o controle da temperatura da lâmina para T1 até a transecção do vaso ser completada 133118 em t0 e a temperatura da lâmina ultrassônica cai abaixo da segunda temperatura alvo limiar T2. Um processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, detecta quando a lâmina ultrassônica entra em contato com o bloco de braço de aperto. Quando a transecção do vaso é concluída em t0 e detectada, o algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura muda para controlar a temperatura da lâmina ultrassônica ao segundo limiar alvo T2 para prolongar a vida útil do bloco de braço de aperto. A temperatura de vida ótima do bloco de braço de aperto para um bloco de braço de aperto de TEFLON é aproximadamente 325 °C. Em um aspecto, o tratamento de tecido avançado pode ser anunciado ao usuário em um segundo tom de ativação.
[00651] A Figura 61 é um diagrama de fluxo lógico 133120 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para controlar a temperatura de uma lâmina ultrassônica entre dois pontos de ajuste de temperatura, conforme representado na Figura 60, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. De acordo com o processo, o gerador executa um aspecto do algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura para aplicar 133122 um primeiro nível de energia ao transdutor ultrassônico, por exemplo, por ajuste dos sinais de tensão Vg(t) e/ou de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico, para ajustar a lâmina ultrassônica a uma primeira
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269/310 temperatura alvo Ti otimizada para vedação de vaso. Conforme anteriormente descrito, o gerador monitora 133124 o ângulo de fase φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico e com base no ângulo de fase φ, o gerador infere 133126 a temperatura da lâmina ultrassônica com o uso das técnicas aqui descritas em conexão com as Figuras 54A a 56. De acordo com o algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura, um processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, mantém a lâmina ultrassônica temperatura na primeira temperatura alvo Ti até a transecção ser concluída. O algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura pode ser usado para detectar a conclusão do processo de transecção do vaso. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133128 quando a transecção do vaso está completa. O processo continua ao longo da ramificação NÃO quando a transecção do vaso não está completa e continua ao longo da ramificação SIM quando a transecção do vaso está completa.
[00652] Quando a transecção do vaso não está completa, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133130 se a temperatura da lâmina ultrassônica é ajustada na temperatura T1 otimizada para vedação e transecção do vaso. Se a temperatura da lâmina ultrassônica é ajustada em T1, o processo continua ao longo da ramificação SIM e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, continua a monitorar 133124 o ângulo de fase φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico e com base no ângulo de fase φ. Se a temperatura da lâmina ultrassônica não for ajustada em Ti, o processo continua ao longo da ramificação NÃO e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, continua a aplicar 133122 um primeiro nível de energia ao
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270/310 transdutor ultrassônico.
[00653] Quando a transecção do vaso está completa, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, aplica 133132 um segundo nível de energia ao transdutor ultrassônico para ajustar a lâmina ultrassônica a uma segunda temperatura alvo T2 otimizada para preservar ou estender a vida útil do bloco de braço de aperto. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133134 se a temperatura da lâmina ultrassônica está na temperatura ajustada T2. Se a temperatura da lâmina ultrassônica é ajustada para T2, o processo completa 133136 o procedimento de transecção do vaso.
Temperatura de Início da lâmina
[00654] Conhecer a temperatura da lâmina ultrassônica no início de uma transecção pode permitir que o gerador forneça a quantidade adequada de energia para aquecer a lâmina para um corte rápido ou se a lâmina já está quente adicionar energia apenas na quantidade que seria necessária. Essa técnica pode alcançar tempos mais consistentes de transecção e prolonga a vida útil do bloco de braço de garra (por exemplo, um bloco de braço de aperto de TEFLON). Conhecer a temperatura da lâmina ultrassônica no início da transecção pode permitir que o gerador forneça a quantidade certa de energia para o transdutor ultrassônico para gerar uma quantidade desejada de deslocamento da lâmina ultrassônica. [00655] A Figura 62 é um diagrama de fluxo lógico 133140 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para determinar a temperatura inicial de uma lâmina ultrassônica, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. Para determinar a temperatura inicial de uma lâmina ultrassônica, nas instalações de fabricação, as frequências de ressonância de lâminas ultrassônicas são medidas à temperatura ambiente ou a uma temperatura ambiente predeterminada. Os valores de frequência da linha de base são
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271/310 registrados e armazenados em uma tabela de consulta do gerador ou instrumento ou ambos. Os valores da linha de base são usados para gerar uma função de transferência. No início de um ciclo de ativação de transdutor ultrassônico, o gerador mede 133142 a frequência de ressonância da lâmina ultrassônica e compara 133144 a frequência da ressonância medida ao valor de frequência de ressonância na linha de base e determina a diferença de frequência (Δί). A Δίé comparada a uma tabela de consulta ou função de transferência para obter a temperatura corrigida da lâmina ultrassônica. A frequência de ressonância da lâmina ultrassônica pode ser determinada mediante varredura da frequência dos sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. A frequência de ressonância é a frequência na qual o ângulo de fase φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) é zero conforme descrito na presente invenção.
[00656] Após a frequência de ressonância da lâmina ultrassônica ser determinada, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133146 a temperatura inicial da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância medida e a frequência de ressonância da linha de base. O gerador define o nível de energia fornecido ao transdutor ultrassônico, por exemplo, pelo ajuste dos sinais de acionamento de tensão Vg(t) ou de corrente Ig(t) ou ambas, a um dos valores seguintes antes de ativar o transdutor ultrassônico.
[00657] O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133148 se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica está baixa. Se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica estiver baixa, o processo continua ao longo da ramificação SIM e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, aplica 133152 um nível alto de energia ao transdutor ultrassônico para aumentar a temperatura da lâmina ultrassônica e
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272/310 completa 133156 o procedimento de transecção do vaso.
[00658] Se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica não for baixa, o processo continua ao longo da ramificação NÃO e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133150 se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica é alta. Se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica for alta, o processo continua ao longo da ramificação SIM e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, aplica 133154 um nível baixo de energia ao transdutor ultrassônico para diminuir a temperatura da lâmina ultrassônica e completa 133156 o procedimento de transecção do vaso. Se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica não for alta, o processo continua ao longo da ramificação NÃO e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, completa 133156 a transecção do vaso.
Tecnologia de lâmina inteligente (“smart”) para controlar a instabilidade da lâmina
[00659] A temperatura de uma lâmina ultrassônica e os conteúdos dentro das garras de um atuador de extremidade ultrassônico podem ser determinados com o uso dos algoritmos de controle de retroalimentação de frequência-temperatura descritos na presente invenção. A relação frequência/temperatura da lâmina ultrassônica é usada para controlar a instabilidade da lâmina ultrassônica com a temperatura.
[00660] Conforme descrito aqui, existe uma relação bem conhecida entre a frequência e temperatura em lâminas ultrassônicas. Algumas lâminas ultrassônicas apresentam instabilidade de deslocamento ou instabilidade modal na presença de aumento da temperatura. Essa relação conhecida pode ser usada para interpretar quando uma lâmina ultrassônica está se aproximando da instabilidade e então ajustar o nível de energia mediante o acionamento do transdutor ultrassônico (por
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273/310 exemplo, pelo ajuste dos sinais de acionamento de tensão Vg(t) ou de corrente Ig(t), ou ambos, aplicados ao transdutor ultrassônico) para modular a temperatura da lâmina ultrassônica para evitar a instabilidade da lâmina ultrassônica.
[00661] A Figura 63 é um diagrama de fluxo lógico 133160 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para determinar quando uma lâmina ultrassônica está se aproximando da instabilidade e então ajustar a energia ao transdutor ultrassônico para impedir a instabilidade do transdutor ultrassônico, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. A relação frequência/temperatura de uma lâmina ultrassônica que apresenta um deslocamento ou instabilidade modal é mapeada mediante varredura da frequência dos sinais de acionamento de tensão Vg(t) ou de corrente Ig(t), ou ambos, na temperatura da lâmina ultrassônica e registrar os resultados. Uma função ou relação é desenvolvida que pode ser usada/interpretada por um algoritmo de controle executado pelo gerador. Pontos acionadores podem ser estabelecidos com o uso da relação para notificar o gerador que uma lâmina ultrassônica está se aproximando da instabilidade conhecida da lâmina. O gerador executa uma função de processamento do algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura e a resposta de circuito fechado de modo que o nível da energia de acionamento é reduzido (por exemplo, mediante abaixamento da tensão Vg(t) ou corrente Ig(t) de acionamento, ou ambas, aplicada ao transdutor ultrassônico) para modular a temperatura da lâmina ultrassônica no ou abaixo do ponto de acionamento para evitar que uma dada lâmina atinja instabilidade.
[00662] As vantagens incluem simplificação das configurações da lâmina ultrassônica de modo que as características de instabilidade da lâmina ultrassônica não precisam ser projetadas e podem ser compensadas com o uso da presente técnica de controle de
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274/310 instabilidade. A presente técnica de controle de instabilidade também permite novas geometrias de lâmina ultrassônica e pode melhorar o perfil de estresse em lâminas ultrassônicas aquecidas. Além disso, as lâminas ultrassônicas podem ser configuradas para diminuir o desempenho da lâmina ultrassônica se usadas com geradores que não utilizam essa técnica.
[00663] De acordo com o processo mostrado pelo diagrama de fluxo lógico 133160, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, monitora 133162 o ângulo de fase φ entre os sinais de tensão Vg(t) e corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, infere 133164 a temperatura da lâmina ultrassônica com base no ângulo de fase φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, compara 133166 a temperatura inferida da lâmina ultrassônica a um limiar de ponto de disparo de instabilidade da lâmina ultrassônica. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133168 se a lâmina ultrassônica está se aproximando da instabilidade. Se não, o processo prossegue ao longo da ramificação NÃO e monitora 133162 o ângulo de fase φ, infere 133164 a temperatura da lâmina ultrassônica, e compara 133166 a temperatura inferida da lâmina ultrassônica a um limiar de ponto de acionamento de instabilidade da lâmina ultrassônica até a lâmina ultrassônica se aproximar da instabilidade. O processo então prossegue ao longo da ramificação SIM e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, ajusta 133170 o nível de energia aplicado ao transdutor ultrassônico para modular a temperatura da lâmina ultrassônica.
Algoritmo de vedação ultrassônica com controle de temperatura
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[00664] Algoritmos de vedação ultrassônica para controle de temperatura da lâmina ultrassônica podem ser usados para otimizar a hemóstase mediante o uso de um algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura aqui descrito para explorar a relação frequência/temperatura das lâminas ultrassônicas.
[00665] Em um aspecto, um algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura pode ser usado para alterar o nível de energia aplicado do transdutor ultrassônico com base na frequência de ressonância medida (usando espectroscopia) que se refere à temperatura, conforme descrito em vários aspectos da presente revelação. Em um aspecto, o algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura pode ser ativado por um botão de energia no instrumento ultrassônico.
[00666] É conhecido que ótimos efeitos de tecido podem ser obtidos mediante o aumento do nível de energia que aciona o transdutor ultrassônico (por exemplo, por aumento da tensão Vg(t) ou corrente Ig(t) de acionamento, ou ambos, aplicada ao transdutor ultrassônico) no início do ciclo de vedação para rapidamente aquecer e dessecar o tecido, então abaixamento do nível de energia que aciona o transdutor ultrassônico (por exemplo, por abaixamento da tensão Vg(t) ou corrente Ig(t) de acionamento, ou ambos, aplicada ao transdutor ultrassônico) para lentamente permitir a formação da vedação final. Em um aspecto, um algoritmo de controle de retroalimentação de frequênciatemperatura de acordo com a presente revelação define um limite no limiar da temperatura que o tecido pode atingir conforme o tecido se aquece durante o estágio de nível mais alto de energia e então reduz o nível de energia para controlar a temperatura da lâmina ultrassônica com base no ponto de fusão do bloco de garra de aperto (por exemplo, TEFLON) para completar a vedação. O algoritmo de controle pode ser implementado mediante a ativação de um botão de energia no
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276/310 instrumento para uma vedação mais responsiva/adaptativa para reduzir mais a complexidade do algoritmo de hemostasia.
[00667] A Figura 64 é um diagrama de fluxo lógico 133180 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para fornecer vedação ultrassônica com controle de temperatura, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. De acordo com o algoritmo de controle, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, ativa 133182 a detecção de lâmina ultrassônica com o uso de espectroscopia (por exemplo, lâmina inteligente (“smart”)) e mede 133184 a frequência de ressonância da lâmina ultrassônica (por exemplo, a frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico) para determinar a temperatura da lâmina ultrassônica com o uso de um algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura (espectroscopia) conforme descrito na presente invenção. Conforme anteriormente descrito, a frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico é mapeada para se obter a temperatura da lâmina ultrassônica como uma função da frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico.
[00668] Uma primeira frequência de ressonância desejada fx do sistema eletromecânico ultrassônico corresponde a uma primeira temperatura desejada Z° da lâmina ultrassônica. Em um aspecto, a primeira temperatura da lâmina ultrassônica desejada Z° é a temperatura ótima (por exemplo, 450 °C) para a coagulação de tecido. Uma segunda frequência desejada fy do sistema eletromecânico ultrassônico corresponde a uma segunda temperatura desejada ZZ° da lâmina ultrassônica. Em um aspecto, a segunda temperatura da lâmina ultrassônica desejada ZZ° é uma temperatura de 330 °C, que está abaixo do ponto de fusão do bloco de braço de aperto, aproximadamente 380°C que é para o TEFLON.
[00669] O processador ou circuito de controle do gerador ou
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277/310 instrumento, ou ambos, compara 133186 a frequência de ressonância medida do sistema eletromecânico ultrassônica à primeira frequência desejada fx. Em outras palavras, o processo determina se a temperatura da lâmina ultrassônica é menor que a temperatura para a coagulação ótima de tecido. Se a medida da frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônica for menor que a primeira frequência desejada fx, o processo continua ao longo da ramificação NÃO e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, aumenta 133188 o nível de energia aplicado ao transdutor ultrassônico para aumentar a temperatura da lâmina ultrassônica até que a frequência de ressonância medida do sistema eletromecânico ultrassônica exceda a primeira frequência desejada fx. Neste caso, o processo de coagulação do tecido é concluído e o processo controla a temperatura da lâmina ultrassônica para a segunda temperatura desejada correspondente à segunda frequência desejada fy.
[00670] O processo continua ao longo da ramificação SIM e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, diminui 133190 o nível de energia aplicado ao transdutor ultrassônico para diminui a temperatura da lâmina ultrassônica. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, mede 133192 a frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônica e compara a frequência de ressonância medida à segunda frequência desejada fy. Se a frequência de ressonância medida não for menor que a segunda frequência desejada fy, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, diminui 133190 o nível de energia ultrassônica até que a frequência de ressonância medida seja menor que a segunda frequência desejada fy. O algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura mantém a frequência de ressonância medida do sistema eletromecânico ultrassônica abaixo da segunda frequência
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278/310 desejada fy, por exemplo, a temperatura da lâmina ultrassônica é menor que a temperatura do ponto de fusão do bloco de braço de aperto então, o gerador executa os aumentos do nível de energia aplicado ao transdutor ultrassônico para aumentar a temperatura da lâmina ultrassônica até o processo de transecção de tecido ser concluído 133196.
[00671] A Figura 65 é uma representação gráfica 133200 da corrente do transdutor ultrassônico e da temperatura da lâmina ultrassônica como uma função do tempo, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. A Figura 65 ilustra os resultados da aplicação do algoritmo de controle de retroalimentação de frequência-temperatura descrito na Figura 64. A representação gráfica 133200 representa um primeiro gráfico 133202 da temperatura da lâmina ultrassônica como uma função do tempo em relação a um segundo gráfico 133204 da corrente do transdutor ultrassônico Ig(t) como uma função do tempo. Conforme mostrado, o transdutor Ig(t) é mantido constante até a temperatura da lâmina ultrassônica atingir 450°, que é uma temperatura ótima de coagulação. Quando a temperatura da lâmina ultrassônica atinge 450°, o algoritmo de controle de retroalimentação da frequência-temperatura diminui a corrente do transdutor Ig(t) até a temperatura da lâmina ultrassônica cair abaixo de 330°, que está abaixo do ponto de fusão de um bloco de TEFLON, por exemplo.
Gerenciamento térmico controlado (CTM) para proteção do bloco [00672] Em um aspecto, a presente revelação fornece um algoritmo de gerenciamento térmico controlado (CTM) para regular a temperatura com controle de retroalimentação. A saída do controle de retroalimentação pode ser usada para impedir que o bloco de braço de aperto do atuador de extremidade ultrassônico se queime, o que, para instrumentos cirúrgicos ultrassônicos, não é um efeito desejável. Conforme anteriormente discutido, em geral, o consumo do bloco é
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279/310 causado pela aplicação contínua de energia ultrassônica a uma lâmina ultrassônica em contato com o bloco após o tecido apertado no atuador de extremidade ter sido transeccionado.
[00673] O algoritmo de CTM acentua o fato de que a frequência de ressonância de uma lâmina ultrassônica, em geral, feita de titânio, varia em proporção à temperatura. À medida que a temperatura aumenta, o módulo de elasticidade da lâmina ultrassônica diminui, e também a frequência natural da lâmina ultrassônica. Um fator a ser considerado é que quando a extremidade distal da lâmina ultrassônica está quente, mas o guia de ondas está frio, existe uma diferença de frequência (delta) para atingir uma temperatura predeterminada que é diferente da diferença de frequência quando a extremidade distal da lâmina ultrassônica e o guia de ondas estão ambos quentes.
[00674] Em um aspecto, o algoritmo de CTM calcula uma alteração na frequência do sinal de acionamento do transdutor ultrassônico que é necessária para atingir uma certa temperatura predeterminada como uma função da frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônica no início da ativação (no travamento). O sistema eletromecânico ultrassônico compreendendo um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por um guia de ondas ultrassônico tem uma frequência de ressonância predefinida que varia com a temperatura. A frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico no travamento pode ser usada para estimar a alteração da frequência de acionamento do transdutor ultrassônico que é necessária para se obter um ponto final de temperatura para considerar o estado térmico inicial da lâmina ultrassônica. A frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico pode variar como uma função da temperatura do transdutor ultrassônico ou do guia de ondas ultrassônicas ou da lâmina ultrassônica ou uma combinação desses componentes.
[00675] A Figura 66 é uma representação gráfica 133300 da relação
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280/310 entre a frequência de ressonância inicial (frequência no travamento) e a alteração na frequência (frequência delta) necessária para se obter uma temperatura de aproximadamente 340°C, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. A alteração na frequência necessária para atingir uma temperatura da lâmina ultrassônica de aproximadamente 340°C é mostrada ao longo do eixo vertical e a frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico no travamento é mostrada ao longo do eixo horizontal. Com base nos pontos de dados de medição 133302 mostrados como gráfico de espalhamento existe uma relação linear 133304 entre a mudança na frequência necessária para atingir uma temperatura da lâmina ultrassônica de aproximadamente 340°C e a frequência de ressonância no travamento.
[00676] No travamento da frequência de ressonância, o algoritmo de CTM usa a relação linear 133304 entre a frequência de travamento e a frequência delta necessária para se obter uma temperatura logo abaixo do ponto de fusão de um bloco de TEFLON (aproximadamente 340°C). Quando a frequência está dentro de uma certa distância de buffer de um limite muito baixo na frequência, conforme mostrado na Figura 67, um sistema para controle de retroalimentação 133310 que compreende um gerador ultrassônico 133312 regula o ponto de ajuste da corrente elétrica (i) aplicada ao transdutor ultrassônico do sistema ultrassônico eletromecânico 133314 para evitar que a frequência (f) do transdutor ultrassônico diminua abaixo de um limiar predeterminado, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. A diminuição do ponto de ajuste de corrente elétrica diminui o deslocamento da lâmina ultrassônica, que por sua vez diminui a temperatura da lâmina ultrassônica e aumenta a frequência natural da lâmina ultrassônica. Essa relação possibilita que uma alteração na corrente elétrica aplicada ao transdutor ultrassônico regule a frequência natural da lâmina ultrassônica
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281/310 e indiretamente controle a temperatura da lâmina ultrassônica ou do sistema eletromecânico ultrassônico 133314. Em um aspecto, o gerador 133312 pode ser implementado como o gerador ultrassônico descrito com referência às Figuras 21, 26, 27A a 27C e 28A a 28B, por exemplo. O sistema para controle de retroalimentação 133310 pode ser implementado como o controlador de PID descrito com referência às Figuras 44 a 45, por exemplo.
[00677] A Figura 68 é um diagrama de fluxo 133320 de um processo ou configuração de um algoritmo de gerenciamento térmico controlado (CTM) para proteger o bloco do braço de aperto em um atuador de extremidade ultrassônico, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. A configuração de processo ou de lógica ilustrada por meio do diagrama de fluxo 133320 pode ser executada pelo gerador ultrassônico 133312 conforme descrito na presente invenção ou por circuitos de controle localizados no instrumento ultrassônico ou uma combinação dos mesmos. Conforme anteriormente discutido, o gerador 133312 pode ser implementado como o gerador descrito com referência às Figuras 21, 26, 27A a 27C e 28A a 28B, por exemplo.
[00678] Em um aspecto, inicialmente o circuito de controle no gerador 133312 ativa o instrumento ultrassônico mediante a aplicação de uma corrente elétrica ao transdutor ultrassônico. A frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico é inicialmente travada em condições iniciais onde a temperatura da lâmina ultrassônica está fria ou próximo da temperatura ambiente. À medida que a temperatura da lâmina ultrassônica aumenta devido ao contato de atrito com o tecido, por exemplo, o circuito de controle monitora a alteração ou delta na frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico e determina 133324 se o limiar de frequência delta para uma temperatura predeterminada de lâmina foi atingido. Se a frequência delta está abaixo do limiar, o processo continua ao longo da ramificação NÃO e o circuito de
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282/310 controle continua a procurar 133325 a nova frequência de ressonância e monitorar a frequência delta. Quando a frequência delta satisfaz ou excede o limiar de frequência de delta, o processo continua ao longo da ramificação SIM e calcula 133326 um novo limite (limiar) de frequência menor, que corresponde ao ponto de fusão do bloco de braço de aperto. Em um exemplo não limitador, o bloco do braço de aperto é feito de TEFLON e o ponto de fusão é de aproximadamente 340 °C.
[00679] Quando um novo limite mais baixo de frequência é calculado 133326, o circuito de controle determina 133328 se a frequência de ressonância está perto do limite de frequência inferior recém-calculado. Por exemplo, no caso de um bloco de braço de aperto de TEFLON, o circuito de controle determina 133328 se a temperatura da lâmina ultrassônica está se aproximando de 350 °C, por exemplo, com base na frequência de ressonância da corrente. Se a frequência de ressonância da corrente está acima do limite mais baixo de frequência, o processo continua ao longo da ramificação NÃO e aplica 133330 um nível normal de corrente elétrica ao transdutor ultrassônico adequado para transecção de tecido. Alternativamente, se a frequência de ressonância da corrente estiver no ou abaixo do limite mais baixo de frequência, o processo continua ao longo da ramificação SIM e regula 133332 a frequência de ressonância mediante a modificação da corrente elétrica aplicada ao transdutor ultrassônico. Em um aspecto, o circuito de controle usa um controlador PID conforme descrito com referência às Figuras 44 a 45, por exemplo. O circuito de controle regula 133332 a frequência em um circuito para determinar 133328 quando a frequência está próxima do limite inferior até o procedimento cirúrgico de vedação e corte estar terminado e o transdutor ultrassônico ser desativado. Uma vez que o algoritmo de CTM representado pelo diagrama de fluxo lógico 133320 apenas tem um efeito no ou próximo do ponto de fusão do bloco de braço de aperto, o algoritmo de CTM é ativado após o tecido ser
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283/310 transeccionado.
[00680] Os testes de pressão de ruptura conduzidos em amostras indica que não há nenhum impacto sobre a pressão de ruptura da vedação quando o processo de CTM ou a configuração lógica representada pelo diagrama de fluxo lógico 133320 é usado para vedar e cortar vasos ou outro tecido. Além disso, com base em amostras de teste, os tempos de transecção foram afetados. Além disso, as medições de temperatura confirmam que a temperatura da lâmina ultrassônica é delimitada pelo algoritmo de CTM comparado aos dispositivos sem controle de algoritmo de retroalimentação de CTM e os dispositivos que passaram por 10 disparos na energia máxima durante dez segundos contra o bloco com 5 segundos de repouso entre os disparos mostraram desgaste significativamente reduzido do bloco enquanto nenhum dispositivo sem controle de retroalimentação de algoritmo de CTM durou mais de 2 disparos neste teste de abuso.
[00681] A Figura 69 é uma representação gráfica 133340 da temperatura versus o tempo comparando a temperatura desejada de uma lâmina ultrassônica com uma lâmina ultrassônica inteligente (“smart”) e uma lâmina ultrassônica convencional, de acordo com ao menos um aspecto da presente revelação. A temperatura (degraus C) é mostrada ao longo do eixo vertical e o tempo (s) é mostrado ao longo do eixo horizontal. No gráfico, a linha traço-ponto é um limiar de temperatura 133342 que representa a temperatura desejada da lâmina ultrassônica. A linha sólida é uma curva de temperatura versus o tempo 133344 de uma lâmina ultrassônica inteligente (“smart”) sob o controle do algoritmo de CTM descrito com referência às Figuras 67 e 68. A linha pontilhada é uma curva de temperatura versus o tempo 133346 de uma lâmina ultrassônica regular que não está sob o controle do algoritmo de CTM descrito com referência às Figuras 67 e 68. Conforme mostrado. Quando a temperatura da lâmina ultrassônica inteligente (“smart”) sob o controle
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284/310 do algoritmo de CTM excede o limiar de temperatura desejado (~340 °C), o algoritmo de CTM assume o controle e regula a temperatura da lâmina ultrassônica inteligente (“smart”) para corresponder ao limiar tão estritamente quanto possível até o procedimento de transecção ser concluído e a energia para o transdutor ultrassônico ser desativada ou interrompida.
[00682] Em um outro aspecto, a presente revelação fornece um algoritmo de CTM para um efeito de vedação apenas do tecido por um dispositivo ultrassônico, como tesouras ultrassônicas, por exemplo. De um modo geral, os instrumentos cirúrgicos ultrassônicos tipicamente vedam e cortam o tecido simultaneamente. Criar um dispositivo ultrassônico configurado para vedação apenas sem corte não tem sido difícil de se obter com o uso de tecnologia ultrassônica apenas devido às incertezas de se saber quando a vedação foi concluída antes de se iniciar o corte. Em um aspecto, o algoritmo de CTM pode ser configurado para proteger o bloco de braço de aperto do atuador de extremidade permitindo que a temperatura da lâmina ultrassônica exceda a temperatura necessária para corte (transecção) do tecido, mas não para exceder o ponto de fusão do bloco de braço de aperto. Em um outro aspecto, o algoritmo de CTM de vedação apenas pode ser ajustado para exceder a temperatura de vedação do tecido (aproximadamente 115 °C a aproximadamente 180 °C baseada na experimentação) mas não para exceder a temperatura de corte (transecção) do tecido (aproximadamente 180 °C a aproximadamente 350 °C). Na última configuração, o algoritmo de CTM de vedação apenas fornece um efeito de vedação apenas do tecido que foi demonstrado ser bem-sucedido. Em um ajuste linear que calcula a alteração na frequência em relação à frequência de travamento inicial, conforme mostrado na Figura 66, por exemplo, a alteração da interceptação do ajuste regula a temperatura final do estado de equilíbrio da lâmina ultrassônica. Pelo ajuste do parâmetro de interceptação, a
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285/310 lâmina ultrassônica pode ser ajustada para nunca exceder aproximadamente 180 °C que resulta na vedação do tecido, mas não no corte. Em um aspecto, o aumento da força de aperto pode otimizar o processo de vedação sem impactar o desgaste do bloco de braço de aperto porque a temperatura da lâmina é controlada pelo algoritmo de CTM de vedação apenas. Conforme anteriormente descrito, o algoritmo de CTM de vedação apenas pode ser implementado pelo gerador e controlador PID descrito com referência às Figuras 21, 26, 27A 27C, 28A 28B e 44 a 45, por exemplo. Consequentemente, o diagrama de fluxo 133320 mostrado na Figura 68 pode ser modificado de modo que o circuito de controle calcula 133326 um novo limite de frequência mais baixa (limite t corresponde a uma temperatura de selagem apenas como, por exemplo, aproximadamente 180°C, determina 133328 quando a frequência está próxima do limite mais baixo, e regula 133332 a temperatura até o procedimento cirúrgico de selagem apenas ser interrompido e o transdutor ultrassônico é desativado.
[00683] Em um outro aspecto, a presente revelação fornece um algoritmo de monitoramento térmico frio (CTMo) configurado para detectar quando é possível segurar de maneira atraumática. Energia ultrassônica acústica resulta em uma temperatura de lâmina ultrassônica de aproximadamente 230 °C a aproximadamente 300 °C para obter o efeito desejado de corte ou transecção do tecido. Visto que o calor é retido no corpo metálico da lâmina ultrassônica durante um período de tempo após a desativação do transdutor ultrassônico, o calor residual armazenado na lâmina ultrassônica pode causar dano ao tecido se o atuador de extremidade ultrassônico for usado para prender o tecido antes da lâmina ultrassônica ter tido uma oportunidade de resfriar.
[00684] Em um aspecto, o algoritmo de CTMo calcula uma alteração na frequência natural do sistema eletromecânico ultrassônico da
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286/310 frequência natural em um estado quente para uma frequência natural a uma temperatura onde a preensão atraumática é possível sem danificar o tecido preso pelo atuador de extremidade. Diretamente ou em um período de tempo predeterminado após a ativação do transdutor ultrassônico, um sinal não terapêutico (aproximadamente 5 mA) é aplicado ao transdutor ultrassônico contendo uma largura de banda de frequências, aproximadamente 48.000 Hz a 52.000 Hz, por exemplo, na qual se espera que a frequência natural seja encontrada. Um algoritmo de FFT, ou outro algoritmo matematicamente eficiente de detecção da frequência natural do sistema eletromecânico ultrassônico, da impedância do transdutor ultrassônico medida durante a estimulação do transdutor ultrassônico com o sinal não terapêutico irá indicar a frequência natural da lâmina ultrassônica como sendo a frequência na qual a magnitude de impedância está em um mínimo. O estímulo contínuo do transdutor ultrassônico dessa maneira fornece retroalimentação contínua da frequência natural da lâmina ultrassônica dentro de uma resolução de frequência do FFT ou outro algoritmo para estimar ou medir a frequência natural. Quando uma alteração na frequência natural é detectada que corresponde a uma temperatura que é viável para preensão atraumática, um tom, ou um LED, ou um display na tela ou outra forma de notificação, ou uma combinação dos mesmos, é fornecida para indicar que o dispositivo é capaz de preensão atraumática.
[00685] Em um outro aspecto, a presente revelação fornece um algoritmo de CTM configurado para notificar a vedação e o fim do corte ou transecção. Fornecer notificações de tecido vedado e fim do corte é um desafio dos dispositivos ultrassônicos convencionais porque a medição de temperatura não pode ser facilmente montada diretamente na lâmina ultrassônica e o bloco do braço de aperto não é explicitamente detectado pela lâmina com o uso de sensores. Um algoritmo de CTM pode indicar o estado de temperatura da lâmina ultrassônica e pode ser usado para
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287/310 indicar os estados fim do corte ou tecido vedado, ou ambos, porque estes estados são eventos com base em temperatura.
[00686] Em um aspecto, um algoritmo de CTM de acordo com a presente revelação detecta o estado final do corte e ativa uma notificação. O tecido tipicamente corta em aproximadamente 210 °C a aproximadamente 320 °C com alta probabilidade. Um algoritmo de CTM pode ativar um tom a 320 °C (ou similar) para indicar que ativação adicional sobre o tecido não é produtiva uma vez que o tecido está provavelmente cortado e a lâmina ultrassônica está se movendo contra o bloco de braço de aperto, o que é aceitável quando o algoritmo de CTM está ativo uma vez que controla a temperatura da lâmina ultrassônica. Em um aspecto, o algoritmo de CTM é programado para controlar ou regular a energia ao transdutor ultrassônico para manter a temperatura da lâmina ultrassônica até aproximadamente 320°C quando é estimado que a temperatura da lâmina ultrassônica atingiu 320 °C. Iniciar um tom nesse ponto fornece uma indicação de que o tecido foi cortado. O algoritmo de CTM tem por base uma variação na frequência com a temperatura. Depois de determinar uma temperatura do estado inicial (com base na frequência inicial), o algoritmo de CTM pode calcular uma alteração de frequência que corresponde a uma temperatura que implica quando o tecido é cortado. Por exemplo, se a frequência inicial for 51.000 Hz, o algoritmo de CTM irá calcular a alteração na frequência necessária para atingir 320 °C, o que pode ser -112 Hz. A seguir iniciará o controle para manter o ponto de ajuste de frequência (por exemplo, 50.888 Hz) regulando assim a temperatura da lâmina ultrassônica. De modo similar, uma alteração de frequência pode ser calculada com base em uma frequência inicial que indica quando a lâmina ultrassônica está em uma temperatura que indica que o tecido está provavelmente cortado. Neste ponto, o algoritmo de CTM não tem que controlar a energia, mas simplesmente iniciar um tom para
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288/310 indicar o estado do tecido ou o algoritmo de CTM pode controlar a frequência neste ponto para manter essa temperatura se for desejado. De qualquer forma, o fim de corte é indicado.
[00687] Em um aspecto, um algoritmo de CTM de acordo com a presente revelação detecta o estado tecido vedado e ativa uma notificação. Similar ao final da detecção de corte, o tecido veda entre aproximadamente 105 °C e aproximadamente 200 °C. A mudança na frequência de uma frequência inicial necessária para indicar que uma temperatura da lâmina ultrassônica atingiu 200 °C, o que indica um estado de selamento apenas, pode ser calculada no início da ativação do transdutor ultrassônico. O algoritmo de CTM pode ativar um tom neste ponto e se o cirurgião desejar obter um estado de vedação apenas, o cirurgião poderia parar a ativação ou para alcançar um estado de vedação apenas pode parar a ativação do transdutor ultrassônico e iniciar automaticamente um algoritmo de vedação apenas específico a partir deste ponto em diante ou o cirurgião poderia continuar a ativação do transdutor ultrassônico para obter um estado de corte do tecido. Reconhecimento situacional
[00688] Referindo-se agora à Figura 70, uma linha de tempo 5200 representando o reconhecimento situacional de um hub, como o hub cirúrgico 106 ou 206, por exemplo, é mostrada. A linha de tempo 5200 é um procedimento cirúrgico ilustrativo e as informações contextuais que o hub cirúrgico 106, 206 pode derivar dos dados recebidos das fontes de dados em cada etapa no procedimento cirúrgico. A linha de tempo 5200 representa as etapas típicas que seriam tomadas pelos enfermeiros, cirurgiões, e outro pessoal médico durante o curso de um procedimento de segmentectomia pulmonar, começando com a configuração da sala de operação e terminando com a transferência do paciente para uma sala de recuperação no pós-operatório.
[00689] O reconhecimento situacional de um hub cirúrgico 106, 206
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289/310 recebe dados das fontes de dados durante todo o curso do procedimento cirúrgico, incluindo os dados gerados cada vez que o pessoal médico utiliza um dispositivo modular que é pareado com o centro cirúrgico 106, 206. O hub cirúrgico 106, 206 pode receber estes dados dos dispositivos modulares emparelhados e outras fontes de dados e continuamente deriva inferências (isto é, informações contextuais) sobre o procedimento em curso conforme os novos dados são recebidos, como qual etapa do procedimento está sendo realizada em qualquer dado momento. O sistema de reconhecimento situacional do hub cirúrgico 106, 206 é capaz de, por exemplo, registrar dados referentes ao procedimento para gerar relatórios, verificar as etapas sendo tomadas pelo pessoal médico, fornecer dados ou avisos (por exemplo, através de uma tela de display) que pode ser pertinente para a etapa específica do procedimento, ajustar os dispositivos modulares com base no contexto (por exemplo, ativar monitores, ajustar o campo de visão (FOV) do dispositivo de imageamento médico, ou alterar o nível de energia de um instrumento cirúrgico ultrassônico ou instrumento eletrocirúrgico de RF), e assumir qualquer outra ação descrita acima.
[00690] Na primeira etapa 5202, neste procedimento ilustrativo, os membros da equipe do hospital recuperam o prontuário eletrônico do paciente (PEP) a partir da base de dados do PEP do hospital. Com base nos dados de seleção do paciente no PEP, o hub cirúrgico 106, 206 determina que o procedimento a ser realizado é um procedimento torácico.
[00691] Na segunda etapa 5204, os membros da equipe escaneiam a entrada dos suprimentos médicos para o procedimento. O hub cirúrgico 106, 206 cruza as referências dos suprimentos escaneados com uma lista de suprimentos que são utilizados em vários tipos de procedimentos e confirma que a mistura dos suprimentos corresponde a um procedimento torácico. Adicionalmente, o hub cirúrgico 106, 206
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290/310 também é capaz de determinar que o procedimento não é um procedimento de cunha (porque os suprimentos de entrada têm uma ausência de certos suprimentos que são necessários para um procedimento de cunha torácico ou, caso contrário, que os suprimentos de entrada não correspondem a um procedimento de cunha torácico).
[00692] Na terceira etapa 5206, o pessoal médico escaneia a banda do paciente com um scanner que é conectado de maneira comunicável ao hub cirúrgico 106, 206. O hub cirúrgico 106, 206 pode então confirmar a identidade do paciente com base nos dados escaneados.
[00693] Na quarta etapa 5208, o pessoal médico liga o equipamento auxiliar. Os equipamentos auxiliares sendo utilizados podem variar de acordo com o tipo de procedimento cirúrgico e as técnicas a serem usadas pelo cirurgião, mas neste caso ilustrativo eles incluem um evacuador de fumaça, um insuflador e um dispositivo de imageamento médico. Quando ativados, os equipamentos auxiliares que são dispositivos modulares podem se emparelhar automaticamente com o hub cirúrgico 106, 206 que está situado dentro de uma vizinhança específica dos dispositivos modulares como parte de seu processo de inicialização. O hub cirúrgico 106, 206 pode então derivar informações contextuais sobre o procedimento cirúrgico por meio da detecção dos tipos de dispositivos modulares que se correspondem com o mesmo durante essa fase préoperatória ou de inicialização. Neste exemplo em particular, o hub cirúrgico 106, 206 determina que o procedimento cirúrgico é um procedimento VATS (cirurgia torácica vídeo-assistida) baseado nesta combinação específica de dispositivos modulares emparelhados. Com base na combinação dos dados do prontuário eletrônico do paciente (PEP), na lista de suprimentos médicos a serem usados no procedimento, e no tipo de dispositivos modulares que se conectam ao hub, o hub cirúrgico 106, 206 pode, em geral, inferir o procedimento específico que a equipe cirúrgica irá
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291/310 realizar. Depois que o hub cirúrgico 106, 206 reconhece qual procedimento específico está sendo realizado, o hub cirúrgico 106, 206 pode então recuperar as etapas desse processo a partir de uma memória ou a partir da nuvem e então cruzar os dados que subsequentemente recebem das fontes de dados conectadas (por exemplo, dispositivos modulares e dispositivos de monitoramento do paciente) para inferir qual etapa do procedimento cirúrgico a equipe cirúrgica está realizando.
[00694] Na quinta etapa 5210, os membros da equipe fixam os eletrodos do eletrocardiograma (ECG) e outros dispositivos de monitoramento de paciente no paciente. Os eletrodos do ECG e outros dispositivos de monitoramento de paciente são capazes de parear com o hub cirúrgico 106, 206. Conforme o hub cirúrgico 106, 206 começa a receber dados dos dispositivos de monitoramento do paciente, o hub cirúrgico 106, 206 dessa forma confirma que o paciente está na sala de operação.
[00695] Na sexta etapa 5212, o pessoal médico induzi a anestesia no paciente. O hub cirúrgico 106, 206 pode inferir que o paciente está sob anestesia com base nos dados dos dispositivos modulares e/ou dos dispositivos de monitoramento de paciente, incluindo os dados de ECG, dados de pressão sanguínea, dados do ventilador, ou combinações dos mesmos, por exemplo. Após a conclusão da sexta etapa 5212, a porção do pré-operatório do procedimento de segmentectomia do pulmão é concluída e a porção operatória se inicia.
[00696] Na sétima etapa 5214, o pulmão do paciente que está sendo operado é retraído (enquanto a ventilação é chaveada para o pulmão contralateral). O hub cirúrgico 106, 206 pode inferir a partir dos dados de ventilador que o pulmão do paciente foi retraído, por exemplo. O hub cirúrgico 106, 206 pode inferir que a porção operatória do procedimento se iniciou quando ele pode comparar a detecção do colapso do pulmão do paciente nas etapas esperadas do procedimento
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292/310 (que podem ser acessadas ou recuperadas anteriormente) e assim determinar que o retraimento do pulmão é a primeira etapa operatória nesse procedimento específico.
[00697] Na oitava etapa 5216, o dispositivo de imageamento médico (por exemplo, um dispositivo de visualização) é inserido e o vídeo a partir do dispositivo de imageamento médico é iniciado. O hub cirúrgico 106, 206 recebe os dados do dispositivo de imageamento médico (isto é, os dados de vídeo ou imagens) através de sua conexão com o dispositivo de imageamento médico. Após o recebimento dos dados do dispositivo de imageamento médico, o hub cirúrgico 106, 206 pode determinar que a porção do procedimento cirúrgico laparoscópico se iniciou. Adicionalmente, o hub cirúrgico 106, 206 pode determinar que o procedimento específico sendo realizado é uma segmentectomia, em vez de uma lobectomia (note que um procedimento de cunha já foi descartado pelo hub cirúrgico 106, 206 com base nos dados recebidos na segunda etapa 5204 do procedimento). Os dados do dispositivo de imageamento médico 124 (Figura 2) podem ser utilizados para determinar informações contextuais sobre o tipo de procedimento sendo realizado em um número de maneiras diferentes, incluindo mediante a determinação do ângulo no qual o dispositivo de imageamento médico é orientado em relação à visualização da anatomia do paciente, monitorar o número ou dispositivos de imageamento médicos sendo utilizados (isto é, que são ativados e pareados com o centro cirúrgico 106, 206), e monitorar os tipos de dispositivos de visualização utilizados. Por exemplo, uma técnica para realizar uma lobectomia VATS coloca a câmera no canto anterior inferior da cavidade torácica do paciente acima do diafragma, enquanto uma técnica para executar uma segmentectomia VATS coloca a câmera em uma posição intercostal anterior em relação à fissura do segmento. Com o uso de técnicas padrão de
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293/310 reconhecimento ou de aprendizado de máquina, por exemplo, o sistema de reconhecimento situacional pode ser treinado para reconhecer o posicionamento do dispositivo de imageamento médico de acordo com a visualização da anatomia do paciente. Como um outro exemplo, uma técnica para realizar uma lobectomia VATS utiliza um único dispositivo de imageamento médico, enquanto que uma outra técnica para executar uma segmentectomia VATS utiliza múltiplas câmeras. Como ainda um outro exemplo, uma técnica para executar uma segmentectomia VATS utiliza uma fonte de luz infravermelha (que pode ser acoplada de maneira comunicável ao hub cirúrgico como parte do sistema de visualização) para visualizar a fissura do segmento, que não é utilizada em uma lobectomia VATS. Através do rastreamento de qualquer um ou todos dentre esses dados a partir do dispositivo de imageamento médico, o hub cirúrgico 106, 206 pode assim determinar o tipo específico de procedimento cirúrgico sendo realizado e/ou a técnica sendo usada para um tipo específico de procedimento cirúrgico.
[00698] Na nona etapa 5218, a equipe cirúrgica inicia a etapa de dissecção do procedimento. O hub cirúrgico 106, 206 pode inferir que o cirurgião está no processo de dissecação para mobilizar o pulmão do paciente porque ele recebe dados do gerador de RF ou ultrassônico que indicam que um instrumento de energia está sendo disparado. O hub cirúrgico 106, 206 pode cruzar os dados recebidos com as etapas recuperadas do procedimento cirúrgico para determinar que um instrumento de energia sendo disparado nesse ponto no processo (isto é, após a conclusão das etapas anteriormente discutidas do procedimento) corresponde à etapa de dissecção. Em certos casos, o instrumento de energia pode ser uma ferramenta de energia montada em um braço robótico de um sistema cirúrgico robótico.
[00699] Na décima etapa 5220, a equipe cirúrgica prossegue até a
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294/310 etapa de ligação do procedimento. O hub cirúrgico 106, 206 pode inferir que o cirurgião está ligando as artérias e veias porque ele recebe os dados do instrumento de grampeamento e corte cirúrgico indicando que o instrumento está sendo disparado. De modo similar à etapa anterior, o hub cirúrgico 106, 206 pode derivar essa inferência ao cruzar os dados de recepção do instrumento de grampeamento e corte cirúrgico com as etapas recuperadas no processo. Em certos casos, o instrumento cirúrgico pode ser uma ferramenta cirúrgico montado em um braço robótico de um sistema cirúrgico robótico.
[00700] Na décima primeira etapa 5222, a porção de segmentectomia do procedimento é realizada. O hub cirúrgico 106, 206 pode inferir que o cirurgião está transeccionando o parênquima com base nos dados do instrumento de grampeamento e corte cirúrgico, incluindo os dados de seu cartucho. Os dados do cartucho podem corresponder ao tamanho ou tipo de grampo sendo disparo pelo instrumento, por exemplo. Como diferentes tipos de grampos são utilizados para diferentes tipos de tecidos, os dados do cartucho podem dessa forma indicar o tipo de tecido que está sendo grampeado e/ou transectado. Neste caso, o tipo de grampo que é disparado é utilizado para a parênquima (ou outros tipos similares de tecido), que permite que o hub cirúrgico 106, 206 infira qual porção de segmentectomia do procedimento está sendo realizada.
[00701] Na décima segunda etapa 5224, a etapa de dissecção do nó é então realizada. O hub cirúrgico 106, 206 pode inferir que a equipe cirúrgica está dissecando o nó e realizando um teste de vazamento com base nos dados recebidos do gerador que indica qual instrumento ultrassônico ou de RF está sendo disparado. Para esse procedimento específico, um instrumento de RF ou ultrassônico sendo utilizado depois que o parênquima foi transectado corresponde à etapa de dissecção do nó, que permite que o hub cirúrgico 106, 206 faça essa inferência. Deve
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295/310 ser observado que os cirurgiões regularmente alternam entre os instrumentos de grampeamento cirúrgico/corte e os instrumentos de energia cirúrgica (isto é, de RF ou ultrassônica) dependendo da etapa específica no procedimento porque diferentes instrumentos são melhor adaptados para tarefas específicas. Portanto, a sequência específica na qual os instrumentos de corte/grampeamento e os instrumentos de energia cirúrgica são usados pode indicar qual etapa do procedimento o cirurgião é realizada. Além disso, em certos casos, ferramentas robóticas podem ser utilizadas para uma ou mais etapas em um procedimento cirúrgico e/ou Instrumentos cirúrgico de mão podem ser utilizados para uma ou mais etapas no procedimento cirúrgico. O(s) cirurgião(ões) pode(m) alternar entre ferramentas robóticas e instrumentos cirúrgicos de mão e/ou pode(m) usar os dispositivos simultaneamente, por exemplo. Após a conclusão da décima segunda etapa 5224, as incisões são fechadas e a porção do pós-operatório do procedimento se inicia.
[00702] Na décima terceira etapa 5226, a anestesia do paciente é revertida. O hub cirúrgico 106, 206 pode inferir que o paciente está emergindo da anestesia com base nos dados de ventilador (isto é, a frequência respiratória do paciente começa a aumentar), por exemplo. [00703] Finalmente, na décima quarta etapa 5228 é que o pessoal médico remove os vários dispositivos de monitoramento de paciente do paciente. O hub cirúrgico 106, 206 pode, dessa forma, inferir que o paciente está sendo transferido para uma sala de recuperação quando o hub perde os dados de ECG, PS (pressão sanguínea) e outros dados dos dispositivos de monitoramento de paciente. Como pode ser visto a partir da descrição deste procedimento ilustrativo, o hub cirúrgico 106, 206 pode determinar ou inferir quando cada etapa de um dado procedimento cirúrgico está ocorrendo de acordo com os dados recebidos das várias fontes de dados que estão comunicavelmente acopladas ao hub cirúrgico
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106, 206.
[00704] Consciência situacional é adicionalmente descrita no Pedido de Patente Provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade. Em certos casos, a operação de um sistema cirúrgico robótico, incluindo os vários sistemas cirúrgicos robóticos aqui revelados, por exemplo, pode ser controlada pelo hub 106, 206 com base em sua percepção situacional e/ou retroalimentação dos componentes da mesma e/ou com base nas informações da nuvem 102. [00705] Embora várias formas tenham sido ilustradas e descritas, não é intenção do requerente restringir ou limitar o escopo das reivindicações anexadas a tal detalhe. Numerosas modificações, variações, alterações, substituições, combinações e equivalentes destas formas podem ser implementadas e ocorrerão aos versados na técnica sem se que afaste do escopo da presente revelação. Além disso, a estrutura de cada elemento associado com a forma pode ser alternativamente descrita como um meio para fornecer a função realizada pelo elemento. Além disso, onde forem revelados materiais para determinados componentes, outros materiais podem ser usados. Deve-se compreender, portanto, que a descrição precedente e as reivindicações em anexo pretendem cobrir todas essas modificações, combinações e variações abrangidas pelo escopo das formas apresentadas. As reivindicações em anexo se destinam a cobrir todas essas modificações, variações, alterações, substituições, modificações e equivalentes.
[00706] A descrição detalhada precedente apresentou várias formas dos dispositivos e/ou processos por meio do uso de diagramas de blocos, fluxogramas e/ou exemplos. Embora esses diagramas de bloco, fluxogramas e/ou exemplos contenham uma ou mais funções e/ou
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297/310 operações, será compreendido pelos versados na técnica que cada função e/ou operação dentro desses diagramas de bloco, fluxogramas e/ou exemplos pode ser implementada, individual e/ou coletivamente, através de uma ampla gama de hardware, software, firmware ou praticamente qualquer combinação destes. Os versados na técnica reconhecerão, contudo, que alguns aspectos dos aspectos das formas aqui revelados, no todo ou em parte, podem ser implementados de modo equivalente em circuitos integrados, como um ou mais programas de computador executados em um ou mais computadores (por exemplo, como um ou mais programas executados em um ou mais sistemas de computador), como um ou mais programas executados em um ou mais processadores (por exemplo, como um ou mais programas executados em um ou mais microprocessadores), como firmware, ou virtualmente como qualquer combinação dos mesmos, e que projetar o conjunto de circuitos e/ou escrever o código para o software e firmware estaria dentro do âmbito de prática do versado na técnica, à luz desta revelação. Além disso, os versados na técnica entenderão que os mecanismos do assunto aqui descrito podem ser distribuídos como um ou mais produtos de programa em uma variedade de formas e que uma forma ilustrativa do assunto aqui descrito é aplicável independentemente do tipo específico de meio de transmissão de sinais utilizado para efetivamente realizar a distribuição.
[00707] As instruções usadas para programar a lógica para executar vários aspectos revelados podem ser armazenadas em uma memória no sistema, como memória de acesso aleatório dinâmica (DRAM), cache, memória flash ou outro armazenamento. Além disso, as instruções podem ser distribuídas através de uma rede ou por meio de outras mídias legíveis por computador. Dessa forma uma mídia legível por máquina pode incluir qualquer mecanismo para armazenar ou transmitir informações em uma forma legível por uma máquina (por exemplo, um
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298/310 computador), mas não se limita a, disquetes, discos ópticos, disco compacto, de memória só de leitura (CD-ROMs), e discos ópticodínamos, memória só de leitura (ROM), memória de acesso aleatório (RAM), memória só de leitura programável apagável (EPROM), memória só de leitura programável apagável eletricamente (EEPROM), cartões magnéticos ou ópticos, memória flash, ou um armazenamento legível por máquina, tangível, usado na transmissão de informações pela Internet através de um cabo elétrico, óptico, acústico ou outras formas de sinais de propagados (por exemplo, ondas portadoras, sinal de infravermelho, sinais digitais, etc.). Consequentemente, a mídia não transitória legível por computador inclui qualquer tipo de mídia legível por máquina, tangível, adequada para armazenar ou transmitir instruções ou informações eletrônicas em uma forma legível por uma máquina (por exemplo, um computador).
[00708] Como usado em qualquer aspecto da presente invenção, o termo circuito de controle pode se referir a, por exemplo, um conjunto de circuitos com fio, circuitos programáveis (por exemplo, um processador de computador que compreende um ou mais núcleos de processamento de instrução individuais, unidade de processamento, processador, microcontrolador, unidade do microcontrolador, controlador, processador de sinal digital (DSP), dispositivo lógico programável (PLD), matriz lógica programável (PLA), ou arranjo de portas programável em campo (FPGA)), circuitos de máquinas de estado, firmware que armazena instruções executadas pelo circuito programável, e qualquer combinação dos mesmos. O circuito de controle pode, coletiva ou individualmente, ser incorporado como circuito elétrico que forma parte de um sistema maior, por exemplo, um circuito integrado (IC), um circuito integrado específico de aplicação (ASIC), um sistema on-chip (SoC), computadores desktop, computadores laptop, computadores tablet, servidores, smart phones,
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299/310 etc. Consequentemente, como usado na presente invenção, circuito de controle inclui, mas não é limitado a, circuitos elétricos que tenham ao menos um circuito elétrico discreto, circuitos elétricos que tenham ao menos um circuito integrado, circuitos elétricos que tenham ao menos um circuito integrado para aplicação específica, circuitos elétricos que formam um dispositivo de computação para finalidades gerais configurado por um programa de computador (por exemplo, um computador para finalidades gerais configurado por um programa de computador que ao menos parcialmente execute processos e/ou dispositivos aqui descritos, ou um microprocessador configurado por um programa de computador que ao menos parcialmente execute os processos e/ou dispositivos aqui descritos), circuitos elétricos que formam um dispositivo de memória (por exemplo, formas de memória de acesso aleatório), e/ou circuitos elétricos que formam um dispositivo de comunicações (por exemplo, um modem, chave de comunicação, ou equipamento óptico-elétrico). Os versados na técnica reconhecerão que o assunto aqui descrito pode ser implementado de modo analógico ou digital, ou em alguma combinação destes.
[00709] Como usado em qualquer aspecto da presente invenção, o termo lógico pode se referir a um aplicativo, software, firmware e/ou circuito configurado para executar qualquer das operações anteriormente mencionadas. O software pode ser incorporado como um pacote de software, código, instruções, conjuntos de instruções e/ou dados registados na mídia de armazenamento não transitório legível por computador. O firmware pode ser incorporado como código, instruções ou conjuntos de instruções e/ou dados que são codificados rigidamente (por exemplo, não voláteis) em dispositivos de memória.
[00710] Como usado em qualquer aspecto da presente invenção, os termos componente, sistema, módulo e similares podem se referir a uma entidade relacionada a computador, seja hardware, uma combinação
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300/310 de hardware e software, software ou software em execução.
[00711] Como aqui usado em um aspecto na presente invenção, um algoritmo se refere à sequência autoconsistente de etapas que levam ao resultado desejado, onde uma etapa se refere à manipulação de quantidades físicas e/ou estados lógicos que podem, embora não necessariamente precisem, assumir a forma de sinais elétricos ou magnéticos que possam ser armazenados, transferidos, combinados, comparados e manipulados de qualquer outra forma. É uso comum chamar esses sinais de bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos, números ou similares. Esses termos e termos similares podem estar associados às quantidades físicas apropriadas e são identificações meramente convenientes aplicadas a essas quantidades e/ou estados.
[00712] Uma rede pode incluir uma rede comutada de pacotes. Os dispositivos de comunicação podem ser capazes de se comunicar uns com os outros com o uso de um protocolo de comunicações de rede comutada de pacotes selecionado. Um protocolo de comunicações exemplificador pode incluir um protocolo de comunicações Ethernet que pode ser capaz de permitir a comunicação com o uso de um protocolo de controle de transmissão/protocolo de Internet (TCP/IP). O protocolo Ethernet pode se conformar ou ser compatível com o padrão Ethernet publicado pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) intitulado IEEE 802.3 Standard, publicado em dezembro de 2008 e/ou versões posteriores deste padrão. Alternativamente ou adicionalmente, os dispositivos de comunicação podem ser capazes de se comunicar uns com os outros com o uso de um protocolo de comunicações X.25. O protocolo de comunicações X.25 pode se conformar ou ser compatível com um padrão promulgado pelo International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector (ITU-T). Alternativamente ou adicionalmente, os dispositivos de comunicação podem ser capazes de se comunicar uns com os outros
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301/310 com o uso de um protocolo de comunicações frame-relay. O protocolo de comunicações frame-relay pode se conformar ou ser compatível com um padrão promulgado pelo Consultative Committee for International Telegraph and Telephone (CCITT) e/ou the American National Standards Institute (ANSI). Alternativamente ou adicionalmente, os transceptores podem ser capazes de se comunicar uns com os outros com o uso de um protocolo de comunicação ATM (asynchronous transfer mode, modo de transferência assíncrono). O protocolo de comunicação ATM pode se conformar ou ser compatível com um padrão ATM publicado pelo fórum ATM intitulado ATM-MPLS Network Interworking 2.0 publicado em agosto de 2001, e/ou versões posteriores desse padrão. Obviamente, protocolos de comunicação de rede orientados por conexão diferentes e/ou pós-desenvolvidos são igualmente contemplados na presente invenção.
[00713] Salvo afirmação expressa em contrário, conforme fica evidente a partir da revelação precedente, é entendido que, ao longo da revelação precedente, as discussões que usam termos como processamento, ou computação, ou cálculo, ou determinação, ou exibição, ou similares, se referem à ação e aos processos de um computador, ou dispositivo de computação eletrônica similar, que manipule e transforme os dados representados sob a forma de grandezas físicas (eletrônicas) nos registros e nas memórias do computador em outros dados representados de modo similar sob a forma de grandezas físicas nas memórias ou nos registros do computador, ou em outros dispositivos similares de armazenamento, transmissão ou exibição de informações.
[00714] Um ou mais componentes podem ser chamados na presente invenção de configurado para, configurável para, operável/operacional para, adaptado/adaptável para, capaz de, conformável/conformado para, etc. Os versados na técnica reconhecerão que configurado para pode, de modo geral, abranger
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302/310 componentes em estado ativo e/ou componentes em estado inativo e/ou componentes em estado de espera, exceto quando o contexto determinar o contrário.
[00715] Os termos proximal e distal são usados na presente invenção com referência a um médico que manipula a porção de empunhadura do instrumento cirúrgico. O termo proximal se refere à porção mais próxima ao médico, e o termo distal se refere à porção situada na direção oposta ao médico. Também será entendido que, por uma questão de conveniência e clareza, termos espaciais como vertical, horizontal, para cima e para baixo podem ser usados na presente invenção com relação aos desenhos. Entretanto, instrumentos cirúrgicos são usados em muitas orientações e posições, e esses termos não se destinam a ser limitadores e/ou absolutos.
[00716] As pessoas versadas na técnica reconhecerão que, em geral, os termos usados aqui, e principalmente nas reivindicações em anexo (por exemplo, corpos das reivindicações em anexo) destinam-se geralmente como termos abertos (por exemplo, o termo incluindo deve ser interpretado como incluindo, mas não se limitando a, o termo tendo deve ser interpretado como tendo, ao menos, o termo inclui deve ser interpretado como inclui, mas não se limita a, etc.). Será ainda entendido pelos versados na técnica que, quando um número específico de uma menção de reivindicação introduzida for pretendido, tal intenção será expressamente mencionada na reivindicação e, na ausência de tal menção, nenhuma intenção estará presente. Por exemplo, como uma ajuda para a compreensão, as seguintes reivindicações em anexo podem conter o uso das frases introdutórias ao menos um e um ou mais para introduzir menções de reivindicação. Entretanto, o uso de tais frases não deve ser interpretado como implicando que a introdução de uma menção da reivindicação pelos artigos indefinidos um, uns ou uma, umas limita qualquer
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303/310 reivindicação específica contendo a menção da reivindicação introduzida a reivindicações que contêm apenas uma tal menção, mesmo quando a mesma reivindicação inclui as frases introdutórias um ou mais ou ao menos um e artigos indefinidos, como um, uns ou uma, umas (por exemplo, um, uns e/ou uma, umas deve tipicamente ser interpretado como significando ao menos um ou um ou mais); o mesmo vale para o uso de artigos definidos usados para introduzir as menções de reivindicação.
[00717] Além disso, mesmo se um número específico de uma menção de reivindicação introduzida for explicitamente mencionado, os versados na técnica reconhecerão que essa menção precisa ser tipicamente interpretada como significando ao menos o número mencionado (por exemplo, a mera menção de duas menções, sem outros modificadores, tipicamente significa ao menos duas menções, ou duas ou mais menções). Além disso, em casos onde é usada uma convenção análoga a pelo menos um dentre A, B e C, etc., em geral essa construção se destina a ter o sentido no qual a convenção seria entendida por (por exemplo, um sistema que tem ao menos um dentre A, B e C incluiria, mas não se limitaria a, sistemas que têm A sozinho, B sozinho, C sozinho, A e B juntos, A e C juntos, B e C juntos, e/ou A, B e C juntos, etc.). Em casos nos quais é usada uma convenção análoga a pelo menos um dentre A, B ou C, etc., em geral essa construção se destina a ter o sentido no qual a convenção seria entendida por (por exemplo, um sistema que tem ao menos um dentre A, B e C incluiria, mas não se limitaria a, sistemas que têm A sozinho, B sozinho, C sozinho, A e B juntos, A e C juntos, B e C juntos, e/ou A, B e C juntos, etc.). Será adicionalmente entendido pelos versados na técnica que tipicamente uma palavra e/ou uma frase disjuntiva apresentando dois ou mais termos alternativos, quer na descrição, nas reivindicações ou nos desenhos, deve ser entendida como contemplando a possibilidade
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304/310 de incluir um dos termos, qualquer um dos termos ou ambos os termos, exceto quando o contexto determinar indicar algo diferente. Por exemplo, a frase A ou B será tipicamente entendida como incluindo as possibilidades de A ou B ou A e B.
[00718] Com respeito às reivindicações em anexo, os versados na técnica entenderão que as operações mencionadas nas mesmas podem, de modo geral, ser executadas em qualquer ordem. Além disso, embora vários diagramas de fluxos operacionais sejam apresentados em uma ou mais sequências, deve-se compreender que as várias operações podem ser executadas em outras ordens diferentes daquelas que estão ilustradas, ou podem ser executadas simultaneamente. Exemplos dessas ordenações alternativas podem incluir ordenações sobrepostas, intercaladas, interrompidas, reordenadas, incrementais, preparatórias, suplementares, simultâneas, inversas ou outras ordenações variantes, exceto quando o contexto determinar em contrário. Ademais, termos como responsivo a, relacionado a ou outros particípios adjetivos não pretendem de modo geral excluir essas variantes, exceto quando o contexto determinar em contrário.
[00719] Vale notar que qualquer referência a um (1) aspecto, um aspecto, uma exemplificação ou uma (1) exemplificação, e similares significa que um determinado recurso, estrutura ou característica descrito em conexão com o aspecto está incluído em ao menos um aspecto. Dessa forma, o uso de expressões como em um (1) aspecto, em um aspecto, em uma exemplificação, em uma (1) exemplificação, em vários locais ao longo deste relatório descritivo não se refere necessariamente ao mesmo aspecto. Além disso, os recursos, estruturas ou características específicos podem ser combinados de qualquer maneira adequada em um ou mais aspectos. [00720] Qualquer pedido de patente, patente, publicação de não
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305/310 patente ou outro material de descrição mencionado neste relatório descritivo e/ou mencionado em qualquer folha de dados de pedido está aqui incorporado a título de referência, até o ponto em que os materiais incorporados não são inconsistentes com isso. Desse modo, e na medida em que for necessário, a revelação como explicitamente aqui apresentada substitui qualquer material conflitante aqui incorporado por referência. Qualquer material, ou porção do mesmo, que é dito ser aqui incorporado por referência, mas que entre em conflito com as definições, declarações, ou outros materiais de revelação existentes aqui apresentados estará aqui incorporado apenas na medida em que não haja conflito entre o material incorporado e o material de revelação existente.
[00721] Em suma, foram descritos numerosos benefícios que resultam do emprego dos conceitos descritos no presente documento. A descrição anteriormente mencionada de uma ou mais modalidades foi apresentada para propósitos de ilustração e descrição. Essa descrição não pretende ser exaustiva nem limitar a invenção à forma precisa revelada. Modificações ou variações são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Uma ou mais formas foram escolhidas e descritas com a finalidade de ilustrar os princípios e a aplicação prática para, assim, permitir que o versado na técnica use as várias modalidades e com várias modificações, conforme sejam convenientes ao uso específico contemplado. Pretende-se que as reivindicações apresentadas em anexo definam o escopo global.
[00722] Vários aspectos da matéria descrita no presente documento são definidos nos seguintes exemplos numerados:
[00723] Exemplo 1. Um método de determinação de uma temperatura de uma lâmina ultrassônica, sendo que o método compreende: determinar, por um circuito de controle acoplado a uma memória, uma frequência de ressonância real de um sistema
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306/310 eletromecânico ultrassônico que compreende um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por meio de um guia de ondas ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância real é correlacionado a uma temperatura real da lâmina ultrassônica; recuperar, a partir da memória pelo circuito de controle, uma frequência de ressonância de referência do sistema eletromecânico ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância de referência está correlacionada a uma temperatura de referência da lâmina ultrassônica; e inferir, pelo circuito de controle, a temperatura da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância real e a frequência de ressonância de referência.
[00724] Exemplo 2. O método do Exemplo 1, em que a determinação, pelo circuito de controle, da frequência de ressonância real do sistema eletromecânico ultrassônica compreende: determinar, pelo circuito de controle, um ângulo de fase φ entre um sinal de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicado ao transdutor ultrassônico.
[00725] Exemplo 3. O método do Exemplo 2, que compreende adicionalmente gerar, pelo circuito de controle, um estimador de temperatura e um modelo de espaço de estado da temperatura inferida da lâmina ultrassônica como uma função da frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico com base em um conjunto de equações não lineares de espaço de estado.
[00726] Exemplo 4. O método do Exemplo 3, em que o modelo de espaço de estado é definido por:
F = f(t, T(t), Fn(t), E(t)j y = h(t, T(t), Fn(t), E(t)).
[00727] Exemplo 5. O método do Exemplo 4, que compreende adicionalmente aplicar, pelo circuito de controle, um filtro de Kalman para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de
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307/310 estado.
[00728] Exemplo 6. O método do Exemplo 5, que compreende adicionalmente: aplicar, pelo circuito de controle, um estimador de estado em um circuito de retroalimentação do filtro de Kalman; controlar, pelo circuito de controle, a energia aplicada ao transdutor ultrassônico; e regular, pelo circuito de controle, a temperatura da lâmina ultrassônica.
[00729] Exemplo 7. O método do Exemplo 6, em que uma variância de estado do estimador de estado do filtro de Kalman é definida por: (σ-)2 = σ^-ι + σ2 e um ganho K do filtro de Kalman é definido por:
κ , (¾)2 (<?k )2 + am '
[00730] Exemplo 8. O método do Exemplo 1, em que o circuito de controle e a memória estão localizados em um hub cirúrgico em comunicação com o sistema eletromecânico ultrassônica.
[00731] Exemplo 9. Um gerador para determinar uma temperatura de uma lâmina ultrassônica, sendo que o gerador compreende: um circuito de controle acoplado a uma memória, sendo o circuito de controle configurado para: determinar uma frequência de ressonância real de um sistema eletromecânico ultrassônico compreendendo um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por meio de um guia de ondas ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância real está correlacionada a uma temperatura real da lâmina ultrassônica; recuperar da memória uma frequência de ressonância de referência do sistema eletromecânico ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância de referência está correlacionada a uma temperatura de referência da lâmina ultrassônica; e inferir a temperatura da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância real e a frequência de ressonância de referência.
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308/310
[00732] Exemplo 10. O gerador do Exemplo 9, em que para determinar a frequência de ressonância real do sistema eletromecânico ultrassônico, o circuito de controle é configurado adicionalmente para: determinar um ângulo de fase φ entre um sinal de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicado ao transdutor ultrassônico.
[00733] Exemplo 11. O gerador do Exemplo 10, em que o circuito de controle é configurado adicionalmente para gerar um estimador de temperatura e um modelo de espaço de estado da temperatura inferida da lâmina ultrassônica como uma função da frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico com base em um conjunto de equações não lineares de espaço de estado.
[00734] Exemplo 12. O gerador do Exemplo 11, em que o modelo de espaço de estado é definido por:
F? = f(t, T(t), Fn(t), E(t» y = h(t, T(tj, Fn(tj, E(t)).
[00735] Exemplo 13. O gerador do Exemplo 12, em que o circuito de controle é configurado adicionalmente para aplicar um filtro de Kalman para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de estado.
[00736] Exemplo 14. O gerador do Exemplo 13, em que o circuito de controle é adicionalmente configurado para: aplicar um estimador de estado em um circuito de retroalimentação do filtro de Kalman; controlar a energia aplicada ao transdutor ultrassônico; e regular a temperatura da lâmina ultrassônica.
[00737] Exemplo 15. O gerador do Exemplo 14, em que uma variância de estado do estimador de estado do filtro de Kalman é definida por:
(σ-)2 = σ^_ι + G2k e um ganho K do filtro de Kalman é definido por:
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309/310 κ = (σ-)2+σ^
[00738] Exemplo 16. O gerador do Exemplo 9, em que o circuito de controle e a memória estão localizados em um hub cirúrgico em comunicação com o gerador.
[00739] Exemplo 17. Um dispositivo ultrassônico para determinar uma temperatura de uma lâmina ultrassônica, sendo que o dispositivo ultrassônico compreende: um circuito de controle acoplado a uma memória, o circuito de controle configurado para: determinar uma frequência de ressonância real de um sistema eletromecânico ultrassônico compreendendo um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por meio de um guia de ondas ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância real está correlacionada a uma temperatura real da lâmina ultrassônica; recuperar da memória uma frequência de ressonância de referência do sistema eletromecânico ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância de referência está correlacionada a uma temperatura de referência da lâmina ultrassônica; e inferir a temperatura da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância real e a frequência de ressonância de referência.
[00740] Exemplo 18. O dispositivo ultrassônico do Exemplo 17, em que para determinar a frequência de ressonância real do sistema eletromecânico ultrassônico, o circuito de controle é configurado adicionalmente para: determinar um ângulo de fase φ entre um sinal de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicado ao transdutor ultrassônico.
[00741] Exemplo 19. O dispositivo ultrassônico do Exemplo 18, em que o circuito de controle é configurado adicionalmente para gerar um estimador de temperatura e um modelo de espaço de estado da temperatura inferida da lâmina ultrassônica como uma função da frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico com
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310/310 base em um conjunto de equações não lineares de espaço de estado. [00742] Exemplo 20. O dispositivo ultrassônico do Exemplo 19, em que o modelo de espaço de estado é definido por:
F = f(t, T(t), Fn(t), E(tf) y = h(t, T(t), Fn(t), E(t)}.
[00743] Exemplo 21. O dispositivo ultrassônico do Exemplo 20, em que o circuito de controle é configurado adicionalmente para aplicar um filtro de Kalman para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de estado.
[00744] Exemplo 22. O dispositivo ultrassônico do Exemplo 21, em que o circuito de controle é adicionalmente configurado para: aplicar um estimador de estado em um circuito de retroalimentação do filtro de Kalman; controlar a energia aplicada ao transdutor ultrassônico; e regular a temperatura da lâmina ultrassônica.
[00745] Exemplo 23. O dispositivo ultrassônico do Exemplo 22, em que uma variância de estado do estimador de estado do filtro de Kalman é definida por:
(¾)2 = + G2k
[00746] um ganho K do filtro de Kalman é definido por:
K . (¾)2 (σρ2 + d
[00747] Exemplo 24. O instrumento ultrassônico do Exemplo 17, em que o circuito de controle e a memória estão localizados em um hub cirúrgico em comunicação com o instrumento ultrassônico.

Claims (24)

1. Método de determinação de uma temperatura de uma lâmina ultrassônica, método caracterizado pelo fato de que compreende:
determinar, por um circuito de controle acoplado a uma memória, uma frequência de ressonância real de um sistema eletromecânico ultrassônico que compreende um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por meio de um guia de ondas ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância real está correlacionada a uma temperatura real da lâmina ultrassônica;
recuperar, a partir da memória pelo circuito de controle, uma frequência de ressonância de referência do sistema eletromecânico ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância de referência está correlacionada a uma temperatura de referência da lâmina ultrassônica; e e inferir, pelo circuito de controle, a temperatura da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância real e a frequência de ressonância de referência.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a determinação, pelo circuito de controle, da frequência de ressonância real do sistema eletromecânico ultrassônico compreende:
determinar, pelo circuito de controle, um ângulo de fase φ entre o sinal de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicado ao transdutor ultrassônico.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente gerar, pelo circuito de controle, um estimador de temperatura e um modelo de espaço de estado da temperatura inferida da lâmina ultrassônica como uma função da frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico com base em um conjunto de equações não lineares de
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2/6 espaço de estado.
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o modelo de espaço de estado é definido por:
= f(t, T(t), Fn(t), E(tf) y = h(t, T(t), Fn(t), E(t)).
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente aplicar, pelo circuito de controle, um filtro de Kalman para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de estado.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente:
aplicar, pelo circuito de controle, um estimador de estado em um circuito de retroalimentação do filtro de Kalman;
controlar, pelo circuito de controle, a energia aplicada ao transdutor ultrassônico; e regular, pelo circuito de controle, a temperatura da lâmina ultrassônica.
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que uma variância de estado do estimador de estado do filtro de Kalman é definida por:
(σ—)2 = σ^_ι + e um ganho K do filtro de Kalman é definido por:
K = (^~)2 (σ-)2+σ^.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle e a memória estão localizados
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3/6 em um hub cirúrgico em comunicação com o sistema eletromecânico ultrassônico.
9. Gerador caracterizado pelo fato de ser para determinar a temperatura de uma lâmina ultrassônica, sendo que o gerador compreende:
um circuito de controle acoplado a uma memória, sendo o circuito de controle configurado para:
determinar uma frequência de ressonância real de um sistema eletromecânico ultrassônico que compreende um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por meio de um guia de ondas ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância real está correlacionada a uma temperatura real da lâmina ultrassônica;
recuperar da memória uma frequência de ressonância de referência do sistema eletromecânico ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância de referência está correlacionada a uma temperatura de referência da lâmina ultrassônica; e inferir a temperatura da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância real e a frequência de ressonância de referência.
10. Gerador, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que para determinar a frequência de ressonância real do sistema eletromecânico ultrassônico, o circuito de controle é configurado adicionalmente para:
determinar um ângulo de fase φ entre o sinal de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicado ao transdutor ultrassônico.
11. Gerador, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle é configurado adicionalmente para gerar um estimador de temperatura e um modelo de espaço de estado da temperatura inferida da lâmina ultrassônica como uma função da frequência de ressonância do sistema
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4/6 eletromecânico ultrassônico com base em um conjunto de equações não lineares de espaço de estado.
12. Gerador, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o modelo de espaço de estado é definido por:
F = f(t, T(t), Fn(t), E(t)) y = h(t, T(t), Fn(t),E(f)).
13. Gerador, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle é configurado adicionalmente para aplicar um filtro de Kalman para melhorar o estimador de temperatura estimador e o modelo de espaço de estado.
14. Gerador, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle é adicionalmente configurado para:
aplicar um estimador de estado em um circuito de retroalimentação do filtro de Kalman;
controlar a energia aplicada ao transdutor ultrassônico; e regular a temperatura da lâmina ultrassônica.
15. Gerador, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que uma variância de estado do estimador de estado do filtro de Kalman é definida por:
(σ-)2 = σΙ_ι + θ um ganho K do filtro de Kalman é definido por:
,7 _ (η7)2
Gk )2+°m .
16. Gerador, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle e a memória estão localizados em um hub cirúrgico em comunicação com o gerador.
17. Dispositivo ultrassônico caracterizado pelo fato de ser
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 329/934
5/6 para determinar uma temperatura de uma lâmina ultrassônica, sendo que o dispositivo ultrassônico compreende:
um circuito de controle acoplado a uma memória, sendo o circuito de controle configurado para:
determinar uma frequência de ressonância real de um sistema eletromecânico ultrassônico que compreende um transdutor ultrassônico acoplado a uma lâmina ultrassônica por meio de um guia de ondas ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância real está correlacionada a uma temperatura real da lâmina ultrassônica;
recuperar da memória uma frequência de ressonância de referência do sistema eletromecânico ultrassônico, sendo que a frequência de ressonância de referência está correlacionada a uma temperatura de referência da lâmina ultrassônica; e inferir a temperatura da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância real e a frequência de ressonância de referência.
18. Dispositivo ultrassônico, de acordo com a reivindicação
17, caracterizado pelo fato de que para determinar a frequência de ressonância real do sistema eletromecânico ultrassônico, o circuito de controle é configurado adicionalmente para:
determinar um ângulo de fase φ entre um sinal de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicado ao transdutor ultrassônico.
19. Dispositivo ultrassônico, de acordo com a reivindicação
18, caracterizado pelo ato de que o circuito de controle é configurado adicionalmente para gerar um estimador de temperatura e um modelo de espaço de estado da temperatura inferida da lâmina ultrassônica como uma função da frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico com base em um conjunto de equações não lineares de espaço de estado.
20. Dispositivo ultrassônico, de acordo com a reivindicação 19,
Petição 870190083382, de 26/08/2019, pág. 330/934
6/6 caracterizado pelo fato de que o modelo de espaço de estado é definido por:
Fn = f(t, T(t), FM, E(ty) y = h(t, T(t), Fn(t), £(0)·
21. Dispositivo ultrassônico, de acordo com a reivindicação
20, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle é configurado adicionalmente para aplicar um filtro de Kalman para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de estado.
22. Dispositivo ultrassônico, de acordo com a reivindicação
21, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle é adicionalmente configurado para:
aplicar um estimador de estado em um circuito de retroalimentação do filtro de Kalman;
controlar a energia aplicada ao transdutor ultrassônico; e regular a temperatura da lâmina ultrassônica.
23. Dispositivo ultrassônico, de acordo com a reivindicação
22, caracterizado pelo fato de que uma variância de estado do estimador de estado do filtro de Kalman é definida por:
(σ—)2 = e um ganho K do filtro de Kalman é definido por:
Λ — ~ 2 (M2+ffm
24. Instrumento ultrassônico, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle e a memória estão localizados em um hub cirúrgico em comunicação com o instrumento ultrassônico.
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