BR112012004069A2

BR112012004069A2 - sistema de conexão magnética para acoplar um dispositivo diagnóstico ou terapêutico a uma sonda removível e sonda ultrassônica sem fio adequada para uso com um cabo

Info

Publication number: BR112012004069A2
Application number: BR112012004069A
Authority: BR
Inventors: Douglas Fraser John; F Nordgren Timothy; C Brechbiel Tracy
Original assignee: Koninl Philips Electronics Nv
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2020-02-04
Also published as: EP2474073B1; US9570842B2; JP2013503425A; EP2474073A1; CN102625966A; RU2551107C2; JP6134513B2; CN102625966B; RU2012112063A; WO2011024091A1; US20120143062A1

Abstract

sistema de conexão magnética para acoplar um dispositivo diagnóstico ou terapêutico a uma sonda removível e sonda ultrassônica sem fio adequada para uso com um cabo um sistema de conexão magnética 5 adequado para uso com uma sonda ultrassônica, o qual utiliza uma pluralidade de ímãs para facilitar o acoplamento entre a dita sonda e um dispositivo de diagnóstico ou clínico, de uma maneira que minimiza os efeitos de campos magnéticos dispersos no dispositivo.

Description

SISTEMA DE CONEXÃO MAGNÉTICA PARA ACOPLAR UM DISPOSITIVO DIAGNÓSTICO OU TERAPÊUTICO A UMA SONDA REMOVÍVEL E SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO ADEQUADA PARA USO COM UM CABO

Esta invenção está relacionada a sistemas de diagnóstico médico, por exemplo, sistemas ultrassônicos e, em particular, a sistemas de conectores magnéticos para acoplar tais sistemas a sondas removíveis.

Este pedido de patente é uma continuação em parte do pedido de patente norte-americana 60/941.427, depositado em I^o de junho de 2007.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

Uma das desvantagens de longa data de ultrassons de diagnóstico médico, particularmente para ultrassonografistas, é o cabo que conecta a sonda de varredura ao sistema de ultrassom. Estes cabos são longos e geralmente espessos devido à necessidade de conter muitas linhas coaxiais para as dúzias, centenas, ou até milhares de elementos transdutores na sonda. Como consequência, estes cabos de sonda podem ser incômodos para se trabalhar e podem ser pesados. Alguns ultrassonografistas tentam lidar com o problema de cabos planejando o cabo sobre um braço ou ombro para apoio durante a varredura. Isto pode levar a lesões por esforço repetitivo em muitos casos. Outro problema é que o cabo da sonda pode contaminar o campo estéril de um procedimento cirúrgico guiado por imagem. Adicionalmente, estes cabos de sonda são bastante caros, muitas vezes sendo o componente mais caro da sonda. Assim, há um grande desejo de livrar o ultrassom de diagnóstico de cabos de sonda.

A patente norte-americana 6.142.94 6 (Hwang et al. ) descreve uma sonda ultrassônica e um sistema que fazem apenas isto. Esta patente descreve uma sonda transdutora matricial movida a batería com um conformador de feixes integral. Um transceptor envia os dados ultrassônicos adquiridos para um

2/10 sistema ultrassônico que serve como sua estação base. O processamento de imagem e sua exibição são feitos no sistema ultrassônico.

Enquanto uma sonda ultrassônica sem fio livra o usuário da inconveniência do cabo, há situações em que um cabo pode ser necessário ou desejável para uma sonda sem fio. Por exemplo, um cabo poderia ser utilizado para recarregar a bateria na sonda. Se a bateria está fraca durante um procedimento de varredura, um cabo pode prover os meios para energizar a sonda sem fio enquanto o procedimento é completado. Em outros casos, um usuário pode preferir ter uma sonda fixa ao sistema ultrassônico por várias razões. Um cabo pode permitir que um procedimento prossiga quando a conexão sem fio não parece estar operando corretamente. Consequentemente, é desejável possuir um cabo para realizar estas funções caso estas situações ou circunstâncias surjam.

O pedido de patente publicado WO 2008/146205 Al (US Número de série 60/941.427 (o pedido de patente '427)), os ensinamentos do qual estão incorporados por referências no presente documento, descreve uma sonda ultrassônica sem fio, a qual é seletivamente acoplada a um sistema hospedeiro através de um cabo. O sistema hospedeiro pode ser utilizado somente para energizar a sonda sem fio ou recarregar a bateria da sonda. O sistema hospedeiro pode também ser o sistema o qual processa ou exibe os dados de imagem produzidos pela sonda sem fio e o cabo pode ser utilizado para prover os dados de imagem ao sistema hospedeiro por fio no evento de dificuldades com a conexão de dados sem fio.

No exemplo descrito no pedido de patente '427, uma sonda sem fio é seletivamente acoplada ao cabo do sistema hospedeiro utilizando um sistema de conector hermeticamente fechado. Este sistema de conector provê uma conexãodesconexão rápida de ruptura entre a sonda e o cabo do

3/10 sistema hospedeiro.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção compreende melhorias ao sistema de conector magnético, a qual melhora a força do acoplamento do cabo do sistema hospedeiro à sonda e a qual, além de outras coisas, reduz o efeito de campos magnéticos dispersos.

Realizações preferenciais desta invenção utilizam um sistema de conector compreendendo um conjunto de imãs organizados para formar um ou mais quadripolos. A disposição em quadripoles aumenta a taxa na qual a força do campo magnético cai, em respeito à distância, de modo que um valor medicamente seguro é alcançado em distâncias relevantes ao pedido de patente ou procedimento especifico.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 ilustra uma sonda ultrassônica sem fio portátil acoplada a um cabo de sistema hospedeiro por um sistema de conexão compreendendo uma realização preferencial da presente invenção.

A Figura 2 ilustra a sonda ultrassônica sem fio exibida na Figura 1 com o sistema de conexão na posição desacoplada.

A Figura 3 é uma outra vista da sonda mostrada nas figuras 1 e 2 na posição acoplada.

A Figura 4 ilustra as duas porções de conectores compreendendo o sistema de conexão da realização da invenção exibida nas figuras 1 a 3.

A Figura 5 ilustra outra realização do sistema de conexão da realização da invenção mostrado na Figura 4.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Em referência à Figura 1, uma sonda ultrassônica sem fio 5 é exibida acoplada ao cabo do sistema hospedeiro 20 utilizando uma realização do sistema de conexão magnética compreendendo a invenção 10. A sonda 5 é colocada em um

4/10 invólucro polimérico duro ou revestimento que possua uma extremidade distai 12 e uma extremidade proximal 14. A lente transdutora ou janela acústica 16 para o transdutor matricial está na extremidade distai 12. É através desta janela acústica que ondas ultrassônicas são transmitidas pelo transdutor matricial e sinais de eco de retorno são recebidos. Uma antena está localizada dentro do revestimento na extremidade proximal 14 da sonda, a qual transmite e recebe ondas de rádio para e de uma estação base hospedeira. A sonda sem fio contém uma bateria recarregável para prover energia.

Enquanto a maior vantagem de uma sonda sem fio é a capacidade de utilizar a sonda sem que a mesma seja mecanicamente acoplada ao cabo do hospedeiro do sistema 20, há situações nas quais acoplar a sonda 12 ao cabo do hospedeiro do sistema 20 é desejável. O cabo do sistema hospedeiro 20, por exemplo, pode proporcionar energia, a qual, quando acoplada à sonda 12, pode recarregar a sonda. Em outras situações, se um ultrassonografista estiver conduzindo um exame ultrassônico e o alarme soar para indicar uma condição de bateria fraca, o ultrassonografista pode querer continuar a utilizar a sonda para conduzir o exame e pode querer trocar de energia de bateria para energia do cabo de alimentação. Nesta situação, acoplar ao cabo de força seria desejável enquanto a bateria é recarregada.

Esteja a sonda conectada ou desconectada do cabo do hospedeiro do sistema, porém, quando um sistema de conexão magnética é utilizado para prover o acoplamento, o efeito de campos magnéticos dispersos deve ser minimizado. A presente invenção provê uma maneira de minimizar os efeitos de campos magnéticos dispersos das porções do sistema de conexão magnética, esteja a sonda na posição acoplada ou desacoplada. Ela também compreende, entre outros, o uso do sistema de

5/10 conexão melhorado como parte de, e em conjunção com os sistemas de diagnóstico revelados no pedido de patente '427, o qual é incorporado para referência no presente documento.

Um número par de ímãs orientados com pólos em direções opostas maximiza a taxa à qual a força do campo magnético cai a distâncias relevantes a aplicações médicas. Um número ímpar de ímãs dipólos (1, 5, etc.) não pode ser otimizado desta forma. A força do campo magnético de um único dipólo magnético, por exemplo, cai conforme o inverso do quadrado da distância. Em contraste a isto, a força do campo de um campo magnético quadripolo cai conforme o inverso do cubo da distância no campo distante relativo. Conforme é descrito pelo site Wikipédia em inglês, http://en.wikipedia.org/wiki/Quadrupole_magnet:

...0 quadripole magnético mais simples são dois ímãs de barra idênticos paralelos um ao outro, de modo que o pólo norte de um está próximo ao pólo sul do outro, e viceversa Tal configuração não compreendería momento de dipólo, e seu campo irá se reduzir em grandes distâncias mais rápido que o de um dipólo.

Minimizar a força do campo magnético é importante quando se utilizar um transdutor ultrassônico na vizinhança de um dispositivo implantável, tal como um marca-passo ou sistema de administração de medicamentos, os quais podem ser sensíveis a campos magnéticos. Em vez de utilizar um ímã disposto na extremidade proximal da sonda, a qual é magneticamente acoplada ao material ferroso de um conector conectado à extremidade do cabo do sistema hospedeiro, conforme descrito no pedido de patente '427, a presente invenção utiliza pelo menos um dois ímãs, cada um disposto em porções opostas do sistema de conexão magnética para que formem pelo menos um quadripole.

A Figura 2 ilustra a sonda sem fio 5 desacoplada do

6/10 cabo do hospedeiro do sistema 20 e adicionalmente indica as duas porções do sistema de conexão 10.

Uma primeira porção de conector 10a está localizada na extremidade proximal 14 da sonda 5. Conforme exibido mais detalhadamente na Figura 4, a porção de conector 10a apresenta uma face 30 substancialmente plana, a qual é substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal da sonda 5.

Uma segunda porção de conector 10b está localizada na extremidade 18 do cabo do sistema do hospedeiro 20. Conforme exibido mais detalhadamente na Figura 4, a porção de conector 10b apresenta uma face 40 substancialmente plana 40, a qual é substancialmente perpendicular ao eixo longitudinal do restante da porção do conector e projetada para se acoplar confortavelmente à porção 10a, conforme exibido na Figura 3.

Conforme discutido no pedido de patente '427, vários tipos de cabos de sistema hospedeiro e conectores podem ser utilizados para seletivamente acoplar uma sonda sem fio ao sistema hospedeiro, por exemplo, um conector de cabo USB multicondutor em uma extremidade para conexão ao sistema hospedeiro e um sistema de conector magnético na outra extremidade para conectar o cabo à sonda. Tal cabo é descrito na patente '427.

Na realização mostrada na Figura 4, um conjunto de quatro ímãs é utilizado. Dois ímãs, 80 e 85, são dispostos na porção 10a, próximos à face 30 substancialmente plana. Estes são exibidos em linhas quebradas para notar que eles são montados, neste exemplo, na porção 10a. Os ímãs 80 e 85 são posicionados paralelos um ao outro com seus respectivos pólos dispostos em uma configuração Sul-Norte, Norte-Sul. Dois outros ímãs 90 e 95 são dispostos na porção 10b e próximos à face plana 40 e são também exibidos em linhas quebradas para indicar que, neste exemplo, eles são instalados na porção

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10b. Eles são também posicionados paralelamente um ao outro, com seus respectivos pólos dispostos em uma configuração SulNorte, Norte-Sul.

O par de ímãs, 80 e 85, é disposto de modo que cada um dos pólos esteja próximo a um canto da face plana 30. O par de ímãs, 90 e 95, é similarmente disposto em relação à face plana 40. A porção de conexão 10b possui um lábio prolongado 15 projetando-se de sua superfície e se estendendo ao redor da face plana 40. O lábio 15 é projetado para encaixar ao redor da superfície da porção 10a, conforme mostrado na Figura 3, quando as porções 10a e 10b são conectadas.

Quando as faces planas 30 e 40 das porções de conexão 10a e 10b respectivamente são posicionadas próximas um à outra, em uma distância pequena o suficiente (por exemplo, pressionadas próximas ou contra uma à outra), os pólos dos quatro ímãs 80, 85, 90 e 95 irão reagir para unir as porções de conexão 10a e 10b juntas para formar uma conexão segura, porém desacoplável, entre um ou mais pinos pogo banhados a ouro 200, os quais se estendem além da superfície plana 40 e estão posicionados para encontrar as superfícies de contato banhadas a ouro em montagem embutida rebaixadas correspondentes 210. Apesar de o exemplo mostrado na Figura 4 utilizar pinos pogo banhados a ouro 200 e superfícies de contato 210 como meio de contato, a invenção compreende o uso de qualquer tipo de meios de contato que se correspondam, adequados para uso com o sistema de conexão magnética, por exemplo, mola comprimida, plana, fibra óptica ou conexões de rádio de alcance muito curto.

Uma relação de quadripole existe entre os ímãs posicionados 80 e 85 da porção 10a. Outra relação de quadripole existe entre os ímãs 90 e 95 da porção 10b. Os quadripoles em cada porção minimizam a força do campo

8/10 magnético que vem de cada porção quando elas não estão acopladas juntas.

Quando as porções 10a e 10b são posicionadas voltadas uma para outra, conforme mostrado na Figura 5, os pólos Norte 80a, 85a, 90a e 95a são atraidos para os pólos Sul 90b, 95b, 85b e 85b respectivamente. Esta configuração de imãs, com um lábio 15 encaixado próximo e cônico conforme exibido na Figura 3, resulta em uma conexão magnética que acopla a porção 10a à 10b. Nesta posição acoplada, quadripoles adicionais são formados entre os imãs 80 e 90 e entre 85 e 95, assim provendo força de campo magnético minimizada que vem das porções acopladas.

Quando quatro ou mais imãs são espaçados a uma distância minima (d) relativa ao comprimento (L) do alivio de tensão (por exemplo, o lábio 15), conforme mostrado nas Figuras 4 e 5, a resistência a cargas laterais não axiais 500 que de outra forma iria retirar a conexão magnética aumenta. Assim, o apoio da porção de conector 10b é aumentado. Um ou mais imãs não podem prover esta contra-influência em todas as direções para se opor ao efeito de uma tração lateral no cabo, a qual comumente ocorre em uso real.

Apesar da realização da invenção descrita acima, em conexão com a Figura 4, prover força de campo magnético disperso minimizada na posição acoplada, devido à atração simétrica entre os pólos norte e sul, é possivel que as porções possam ser magneticamente acopladas na direção oposta e incorreta, por exemplo, com pólos norte 80a, 85a, 95a e 90a acoplando-se respectivamente com pólos sul 95b, 90b, 85b e 80b. Este tipo de configuração causaria um sério problema de conexão, uma vez que os pontos de contato iriam ser invertidos e o equipamento não iria funcionar devidamente.

Uma maneira de evitar este problema seria orientar os pólos dos imãs 80 e 85 de modo que os pólos norte de cada

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imã estejam	alinhados	sobre cada	um	e os pólos	sul	estejam
similarmente	alinhados.	Em	outras	palavras, o imã	85	estaria
rotacionado	180 graus,	de	modo	que	o pólo sul	85b	esteja
alinhado com o pólo	sul	80b,	e,	similarmente,	o	imã 95

estaria rotacionado 180 graus de modo que o pólo sul 95b esteja alinhado com o pólo sul 90b. Nesta configuração, as porções teriam seus pontos de contato conectados adequadamente quando os pólos norte e sul de cada imã estivessem alinhados, de modo que eles sejam magneticamente atraídos. Qualquer tentativa de acoplar as porções incorretamente resultaria em uma repulsão magnética entre os pólos dos imãs 80 e 90 e entre os pólos dos imãs 85 e 95. Enquanto esta configuração irá prevenir conexão incorreta das porções 10a e 10b, os quadripoles não iriam mais existir em cada porção na posição desacoplada. Uma relação de quadripole entre os imãs 80 e 90, e 85 e 95, respectivamente, ainda existiria, todavia quando as porções 10a e 10b são acopladas juntas, mas a vantagem de possuir um quadripole em cada porção individual, e a redução de interferência magnética dispersa, mesmo quando as porções estão desacopladas, seria perdida.

A Figura 5 descreve outra maneira de evitar o problema de acoplar incorretamente as porções 10a e 10b, enquanto ainda mantendo os beneficies de relações de quadripole mostradas na Figura 4.

Na Figura 5, os imãs são mostrados dispostos conforme o descrito na Figura 4. Para evitar a conexão incorreta dos contatos, porém, (não mostrado na Figura 5) os topos das porções 10a e 10b, respectivamente, podem ser afunilados em relação aos fundos destas porções. Desta maneira, as porções são marcadas de modo que as duas porções possam ser somente fisicamente acopladas em uma direção, mesmo se a configuração magnética permita

10/10 acoplamentos incorretos. Outros mecanismos de marcação, como abas ou ranhuras, etc., podem também ser utilizados.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. SISTEMA DE CONEXÃO MAGNÉTICA PARA ACOPLAR UM DISPOSITIVO DIAGNÓSTICO OU TERAPÊUTICO A UMA SONDA REMOVÍVEL, caracterizado em que o dito dispositivo possui um cabo com uma primeira extremidade acoplada ao mesmo e uma segunda extremidade, o dito sistema de conexão compreendendo:

uma primeira porção de conector encerrando a segunda extremidade do dito cabo do dispositivo;

uma segunda porção de conector posicionada dentro ou sobre a dita sonda;

em que as ditas primeira e segunda porções compreendem pelo menos dois imãs dispostos como um quadripole.
2. SISTEMA DE CONEXÃO MAGNÉTICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a dita primeira porção de conector compreende um primeiro par de imãs dispostos como um primeiro quadripole.
3. SISTEMA DE CONEXÃO MAGNÉTICA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado em que a dita segunda porção de conector compreende um segundo par de imãs dispostos como um segundo quadripole.
4. SISTEMA DE CONEXÃO MAGNÉTICA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado em que pelo menos dois dos ditos primeiro e segundo pares de imãs são dispostos para formar pelo menos um quadripole adicional quando as ditas primeira e segunda porções de conector são acopladas juntas.
5. SISTEMA DE CONEXÃO MAGNÉTICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que as ditas primeira e segunda porções de conector compreende cada uma pelo menos um contato e em que as ditas primeira e segunda porções são magneticamente configuradas de modo que os ditos contatos se conectam somente em uma maneira predeterminada.
6. SISTEMA DE CONEXÃO MAGNÉTICA, de acordo com a

2/4 reivindicação 1,caracterizado em que as ditas primeira e segunda porções de conector compreendem cada uma pelo menos um contato e em que as ditas primeira e segunda porções são fisicamente configuradas de modo que os ditos contatos se conectam somente em uma maneira predeterminada.
7. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO ADEQUADA PARA USO COM UM CABO, caracterizada por compreender o sistema de conexão magnética da reivindicação 1 e adicionalmente compreendendo:

um invólucro de sonda compreendendo a primeira porção de conector do dito sistema de conexão;

um transdutor matricial localizado no invólucro;

um circuito de aquisição localizado no invólucro e acoplado ao transdutor matricial;

um transceptor localizado no invólucro, o qual age para transmitir, de maneira sem fio, sinais de informação de imagem para um sistema hospedeiro;

um circuito de energização localizado no invólucro, o qual opera para prover tensão de energização ao transdutor matricial, ao circuito de aquisição e ao transceptor;

um dispositivo de armazenamento de energia localizado no invólucro e acoplado ao circuito de energização;

um conector de cabo acoplado ao dito cabo, compreendendo a segunda porção de conector da dita conexão. 8. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada em que o cabo transmite um potencial de energização para carregar o dispositivo de armazenamento de energia. 9. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO, de acordo com a

reivindicação 7, caracterizada em que o cabo transmite sinais de informação de imagem a um sistema hospedeiro para exibir uma imagem ultrassônica.
10. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO de acordo com a

3/4 reivindicação 7, caracterizada em que o cabo transmite sinais de controle de um sistema hospedeiro à sonda sem fio.
11. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada em que a dita primeira porção de conector é localizada pelo menos parcialmente no invólucro e é coberta por um revestimento protetor.
12. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado em que a primeira porção de conector compreende adicionalmente uma pluralidade de contatos, e a dita segunda porção de conector compreende uma segunda pluralidade de contatos, e em que as ditas primeira e segunda pluralidades de contatos são adaptadas para se corresponder respectivamente quando a dita primeira porção de conector é acoplada à dita segunda porção de conector.
13. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado em que a dita primeira porção de conector compreende um primeiro par de ímãs dispostos como um primeiro quadripole.
14. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado em que a dita segunda porção de conector compreende um segundo par de ímãs dispostos como um segundo quadripole.
15. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada em que pelo menos dois dos ditos primeiro e segundo pares de ímãs são dispostos para formar pelo menos um quadripole adicional quando as ditas primeira e segunda porções de conector são acopladas juntas.
16. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado em que as ditas primeira e segunda porções de conector compreendem cada uma pelo menos um contato e em que as ditas primeira e segunda porções de conector são magneticamente configuradas de modo que os ditos contatos se conectem somente em uma maneira pré-determinada.

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17. SONDA ULTRASSÔNICA SEM FIO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado em que as ditas primeira e segunda porções de conector compreendem cada uma pelo menos um contato e em que as ditas primeira e segunda porções de 5 conector são fisicamente configuradas de modo que os ditos contatos se conectem somente em uma maneira pré-determinada.