BR112019014337A2

BR112019014337A2 - Sistema de arma cew e métodos relacionados

Info

Publication number: BR112019014337A2
Application number: BR112019014337-8A
Authority: BR
Inventors: Abboud Steven; Chang Kevin; Foldyna Ivo
Original assignee: Leonidas Ip, Llc
Priority date: 2017-01-14
Filing date: 2018-01-13
Publication date: 2020-02-27
Also published as: US10746510B2; EP3568662A2; EP3568662A4; WO2018189594A3; US11713948B2; BR112019014337B1; US11243054B2; US20210116219A1; CN110325813A; US20220163294A1; CN110325813B; US20180202773A1; ZA201905191B; WO2018189594A2

Abstract

implementações de armas condutoras de energia (cews) podem incluir um circuito gerador de choque configurado para acoplar a uma fonte de potência, dois eletrodos acoplados operativamente ao circuito gerador de choque e um circuito de segurança acoplado operativamente ao circuito gerador de choque. o circuito gerador de choque pode ser configurado para gerar um primeiro trem de pulso e entregar o primeiro trem de pulso a um alvo, e pode ser configurado para gerar pelo menos um segundo trem de pulso e entregar pelo menos o segundo trem de pulso a um alvo. o circuito de segurança pode ser configurado para evitar que o cew aplique trens de pulso ao alvo após um número predeterminado de trens de pulso. o primeiro trem de pulso pode incluir dois ou mais pulsos tendo formas de onda substancialmente idênticas umas às outras, cada uma das formas de onda dos dois ou mais pulsos tendo ambos um segmento de voltagem positiva e um segmento de voltagem negativa.

Description

ARMA CONDUTORA DE ENERGIA

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [001] Este documento reivindica o benefício da data de depósito do Pedido de Patente Provisório U.S. 62/446.368, intitulado CEW Weapon System and Related Methods para Abboud et al. que foi depositado em 14 de janeiro de 2017, cuja descrição é aqui incorporada inteiramente por referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. Campo Técnico [002] Aspectos deste documento relacionam-se geralmente a sistemas de arma condutora de energia (CEW) e métodos relacionados para interromper a locomoção de um alvo, como um humano ou um animal. Implementações mais específicas envolvem sistemas CEW que utilizam pulsos elétricos de curta duração.

2. Antecedentes da Invenção [003] Convencionalmente, os sistemas de CEW trabalham entregando sinais elétricos repetidos à pele e tecidos subcutâneos de um alvo. Descargas elétricas de curta duração no alvo são mais eficazes para estimular os nervos que causam dor, incapacitação e contrações musculares incontroláveis do que para estimular o tecido muscular cardíaco. Desta forma, os sistemas CEW trabalham para impedir o movimento de um alvo sem interromper o ritmo de bombeamento cardíaco do alvo, o que pode ser fatal.

SUMÁRIO [004] As implementações de armas condutoras de energia (CEWs) podem incluir um circuito gerador de choque configurado para acoplar a uma fonte de potência, um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo acoplados operativamente ao circuito gerador de choque e a um circuito de segurança acoplado operativamente ao circuito gerador de choque. O circuito gerador de

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2/21 choque pode ser configurado para gerar um primeiro trem de pulso e entregar o primeiro trem de pulso a um alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, e pode ser configurado para gerar pelo menos um segundo trem de pulso e entregar pelo menos o segundo trem de pulso a um alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo. O circuito de segurança pode ser configurado para impedir que o CEW aplique trens de pulso no alvo após um número predeterminado de trens de pulsos além do segundo trem de pulso. O primeiro trem de pulsos pode incluir dois ou mais pulsos tendo formas de onda substancialmente idênticas entre si, cada uma das formas de onda dos dois ou mais pulsos tendo tanto um segmento de voltagem positiva quanto um segmento de voltagem negativa.

[005] As implementações dos CEWs podem incluir um, todos ou qualquer um dos seguintes:

[006] O segmento de voltagem positiva de cada forma de onda pode preceder o segmento de voltagem negativa de cada forma de onda.

[007] Uma porção do pulso correspondente ao segmento de voltagem positiva da forma de onda do pulso pode incluir mais carga do que uma porção do pulso correspondente ao segmento de voltagem negativa da forma de onda do pulso.

[008] Uma porção do pulso correspondente ao segmento de voltagem positiva da forma de onda do pulso pode incluir substancialmente duas vezes mais carga do que uma porção do pulso correspondente ao segmento de voltagem negativa da forma de onda do pulso.

[009] O segmento de voltagem positiva pode corresponder a uma fase de arco configurada para produzir uma descarga de plasma entre o primeiro eletrodo e o alvo e o segundo eletrodo e o alvo.

[010] Cada forma de onda pode atingir uma amplitude de pico em menos

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3/21 de 10 microssegundos a partir do início de cada forma de onda.

[Oil] Cada forma de onda pode atingir uma amplitude de pico em menos de 5 microssegundos a partir do início de cada forma de onda.

[012] Uma duração do segmento de voltagem positiva de cada forma de onda pode ser substancialmente menor do que a duração do segmento de voltagem negativa de cada forma de onda.

[013] As implementações de armas condutoras de energia (CEWs) podem incluir um circuito gerador de choque configurado para acoplar a uma fonte de potência, um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo acoplados operativamente ao circuito gerador de choque e um circuito de segurança acoplado operativamente ao circuito gerador de choque. O circuito gerador de choque pode ser configurado para gerar uma forma de onda de um primeiro pulso aplicado a um alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo. A forma de onda pode incluir um segmento de voltagem positivo seguido por um segmento de voltagem negativo. O circuito gerador de choque pode ser configurado para gerar uma forma de onda de um segundo pulso aplicado a um alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo e a forma de onda do segundo pulso pode ser substancialmente a mesma que a forma de onda do primeiro pulso. O circuito de segurança pode ser configurado para desativar o CEW depois de 3 trens de pulso, cada trem de pulso incluindo não mais do que 100 pulsos.

[014] As implementações de CEWs podem incluir um, todos ou qualquer um dos seguintes:

[015] O CEW pode ser uma arma condutora de energia de forma de onda não sinusoidal.

[016] Cada pulso pode entregar substancialmente 60 microCoulombs de carga.

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4/21 [017] Cada pulso pode entregar a maior parte de sua carga nos primeiros 15 microssegundos de cada pulso.

[018] Cada pulso pode durar substancialmente 100 microssegundos.

[019] O circuito de segurança pode impor uma pausa de tempo fixa entre um tempo de um terceiro trem de pulso e um tempo de um próximo trem de pulso que um usuário pode aplicar.

[020] O segmento de voltagem positivo de cada forma de onda pode preceder o segmento de voltagem negativo de cada forma de onda.

[021] As implementações de armas condutoras de energia (CEWs) podem incluir um circuito gerador de choque configurado para acoplar a uma fonte de potência, um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo acoplados operativamente ao circuito gerador de choque e um circuito de segurança acoplado operativamente ao circuito gerador de choque. O circuito gerador de choque pode ser configurado para gerar uma pluralidade de pulsos e aplicar a pluralidade de pulsos a um alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo. O circuito de segurança pode ser configurado para desativar o CEW após um número predeterminado de pulsos. As implementações dos CEWs também podem incluir um circuito de detecção de frequência cardíaca alvo acoplado ao circuito gerador de choque. O circuito de detecção da frequência cardíaca de alvo pode ser configurado para detectar a frequência cardíaca de um alvo antes ou durante o circuito gerador de choque, aplicando quaisquer pulsos ao alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo. O circuito alvo de detecção da frequência cardíaca e o circuito gerador de choque podem ser configurados para sincronizar eletricamente uma taxa de aplicação da pluralidade de pulsos com a frequência cardíaca do alvo.

[022] Cada pulso pode incluir um segmento de voltagem positivo e um segmento de voltagem negativo, em que o segmento de voltagem positivo

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5/21 precede o segmento de voltagem negativo.

[023] O circuito de segurança pode impor uma pausa de tempo fixa entre um tempo do número predeterminado de pulsos e um tempo de um próximo trem de pulso que um usuário pode aplicar.

[024] O circuito de detecção da frequência cardíaca de alvo e o circuito gerador de choque podem ser configurados para sincronizar eletricamente a taxa de aplicação da pluralidade de pulsos com a frequência cardíaca do alvo por meio de um algoritmo baseado em uma regressão estatística baseada em dados coletados da frequência cardíaca.

[025] Cada pulso pode entregar a maior parte de sua carga nos primeiros 20% de toda a duração de cada pulso.

[026] O aspecto anterior e outros aspectos, características e vantagens serão evidentes para os versados na técnica a partir da DESCRIÇÃO e DESENHOS, e das REIVINDICAÇÕES.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [027] As implementações serão descritas a seguir em conjunto com os desenhos anexos, onde designações semelhantes denotam elementos semelhantes e:

A figura 1 é um quadro que ilustra a amplitude de uma forma de onda de um único pulso de um CEW convencional;

A figura 2 é um quadro que ilustra a amplitude de uma forma de onda de um único pulso de um CEW;

A figura 3 é um quadro que ilustra corrente versus tempo de um pulso de um CEW convencional;

A figura 4 é um quadro que ilustra corrente versus tempo de um pulso de um CEW;

Afigura 5 é um gráfico, que representa a carga de corrente negativa de um

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6/21 pulso de um CEW convencional;

A figura 6 é um gráfico que representa a carga de corrente positiva de um pulso de um CEW;

A figura 7 é um gráfico que representa a carga de corrente positiva de um pulso de um CEW convencional; e

A figura 8 é um gráfico representando a carga de corrente negativa de um pulso de um CEW.

DESCRIÇÃO [028] Esta invenção, seus aspectos e implementações, não se limitam aos componentes específicos, procedimentos de montagem ou elementos de método aqui descritos. Muitos componentes adicionais, procedimentos de montagem e/ou elementos de método conhecidos no estado da técnica consistentes com os sistemas de armas condutoras de energia (CEW) pretendidos tornar-se-ão aparentes para utilização com implementações particulares desta descrição. Por conseguinte, por exemplo, embora implementações particulares sejam descritas, tais implementações e componentes de implementação podem compreender qualquer forma, tamanho, estilo, tipo, modelo, versão, medida, concentração, material, quantidade, elemento de método, etapa e/ou semelhantes como são conhecidos no estado da técnica portais sistemas CEW, e implementação de componentes e métodos, consistentes com a operação pretendida e métodos.

[029] Em várias implementações, os sistemas de CEW envolvem um circuito gerador de choque conectado a uma fonte de potência. A fonte de potência pode ser uma fonte de energia de corrente contínua (CC) e, em particular, implementações podem ser uma bateria. O circuito gerador de choque também é operativamente acoplado a dois eletrodos espaçados. Muitos diferentes circuitos geradores de choque foram concebidos capazes de gerar

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7/21 vários sinais elétricos que incluem um ou mais conjuntos de pulsos elétricos que possuem uma frequência (taxa de repetição), energia de pulso, carga de pulso, voltagem de pulso, voltagem média e corrente e tornando-os disponíveis para os eletrodos da arma. Em alguns circuitos geradores de choque, um ou mais transformadores são incluídos acoplados a um ou mais capacitores que operam em combinação para aumentar a voltagem do sinal da bateria e criar um sinal elétrico pulsado (como um sistema de transformador fly-back). Em outros sistemas de circuito gerador de choque, capacitores e diodos são dispostos em um circuito (como através de um multiplicador de voltagem Cockcroft-Walton) para permitir a amplificação da voltagem como desejado sem o uso de um transformador durante a entrega de um sinal elétrico pulsado. A estrutura, bem como o método de operação, de vários circuitos geradores de choque usados para implementações de armas condutores de energia CEW, descritos aqui (assim como outros componentes do CEW), podem ser os mesmos, ou similares à estrutura e ao método de operação do sistema das implementações de circuitos geradores de choque (e outros componentes do CEW) descritas no documento de patente 7.554.786 de Kramer intitulado Electronic Disabling Device Having a Non-Sinusoidal Output Waveform, depositada em 30 de junho de 2009, cuja invenção é aqui incorporada inteiramente por referência.

[030] Em várias implementações do sistema de armas condutoras de energia CEW, os eletrodos são eletrodos físicos localizados na superfície da arma. Em outras implementações, os eletrodos são eletrodos internos acoplados a um cartucho CEW que contém dois ou mais dardos conectados via fio aos eletrodos. Em outros sistemas de CEW, tanto os eletrodos expostos fisicamente quanto os eletrodos internos acopláveis ao cartucho CEW estão incluídos na estrutura da arma.

[031] Durante a operação da arma em um alvo remoto, para armas CEW

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8/21 empregando cartuchos de dardos, a arma CEW é projetada para aplicar um sinal elétrico ao cartucho, fazendo com que os dardos sejam expelidos do cartucho, podendo assim a força de gás pressurizado (geralmente N2) ser armazenada no cartucho. O gás pressurizado pode ser liberado, através de, a título de exemplo não limitativo, uma ligação fusível, explosão de uma ignição ou outra carga pirotécnica, ou dispositivo que faz com que o gás pressurizado seja liberado de um recipiente de armazenamento no cartucho. Os dardos então se movem na direção do alvo, arrastando os fios que os conectam aos eletrodos internos da arma do CEW. Quando os dardos atingem o alvo, farpas nos dardos unem os dardos à pele, roupa ou cabelo do alvo. Se os dardos estiverem bem afastados ao longo do alvo, a incapacitação do alvo será mais provável, isso aumenta a quantidade do alvo que será exposto ao sinal elétrico.

[032] Durante a operação da arma em um alvo de curto alcance, a arma CEW aplica o sinal elétrico diretamente aos eletrodos expostos na superfície da arma, os quais são colocados diretamente sobre a pele e/ou roupas do alvo. Desta forma, o sinal elétrico do circuito gerador de choque é aplicado diretamente ao alvo da arma sem o uso de dardos. Isto é referido às vezes como a arma CEW que opera no modo dry stun.

[033] Além da dor experimentada pelo alvo, à medida que a eletricidade estimula os nervos e o tecido, os CEWs influenciam o sistema nervoso periférico de maneiras que causam contrações musculares esqueléticas temporárias, involuntárias e descoordenadas. Influenciada por fatores que incluem características do alvo, a resposta do alvo ao sinal elétrico entregue pelo CEW depende da força, duração e forma da forma de onda da descarga elétrica, bem como do tempo de aplicação da eletricidade da corrente aplicada em comparação com a atividade elétrica natural que ocorre no corpo. A capacidade dos CEWs de estimular alguns tecidos (como as células nervosas) e não outros

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9/21 (como as células do músculo cardíaco) é governada pelas características dos sinais elétricos. As células nervosas respondem a formas de ondas elétricas que são muito mais curtas em duração do que as células do músculo cardíaco respondem também. Sabe-se que a duração da estimulação elétrica necessária para exceder o limite de estimulação de uma célula do músculo cardíaco do coração humano em cerca de 10 a 100 vezes mais do que o limite de estimulação de uma célula nervosa motora ou sensora. Assim, os CEWs trabalham para aplicar descargas elétricas de curta duração nas faixas mais propensas a estimular as células nervosas e menos eficazes na estimulação do tecido muscular cardíaco.

[034] Em várias implementações, o circuito gerador de choque é configurado para gerar um primeiro trem de pulso (primeiro conjunto de pulsos) e entregar o primeiro trem de pulso a um alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo. Da mesma forma, em várias implementações, o circuito gerador de choque pode ser configurado para gerar um segundo trem de pulso e entregar o segundo trem de pulso ao alvo usando os dois eletrodos. Em várias implementações, o número de trens de pulsos é limitado a dois ou três, no entanto, em outras implementações, o circuito gerador de choque pode ser configurado para gerar e entregar qualquer número predeterminado de trens de pulsos. Cada trem de pulso inclui dois ou mais pulsos. Em várias implementações, os dois ou mais pulsos têm formas de onda que são substancialmente idênticas, enquanto em outras implementações os dois ou mais pulsos podem variar formas de onda comparadas umas com as outras. Em várias implementações, as formas de onda dos pulsos podem ter um segmento de voltagem positiva e um segmento de voltagem negativa, enquanto em outras implementações a forma de onda pode incluir apenas um segmento de voltagem positiva ou apenas um segmento de voltagem negativa. Em várias implementações, cada forma de onda

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10/21 não é sinusoidal.

[035] Cada pulso pode incluir uma fase inicial do arco. Durante a fase de arco, um sinal de pulso de alta voltagem curto é aplicado aos dardos para criar um arco elétrico (descarga de plasma) através de quaisquer aberturas de ar e o tecido do sujeito produzindo um plasma entre o primeiro eletrodo e o alvo e entre o segundo eletrodo e o alvo. Uma vez que o plasma tenha sido criado, a resistência ao fluxo de corrente subsequente diminui em ordens de grandeza. A fase principal então segue imediatamente a fase do arco e geralmente tem uma duração de tempo muito maior com uma voltagem mais baixa. Os CEWs convencionais entregam uma pequena porção da carga líquida total aplicada ao alvo durante a operação da arma durante a fase de arco e a maior parte da carga total líquida para o alvo durante a fase principal.

[036] As implementações dos sistemas de CEW descritos neste documento utilizam formas de onda que entregam a maior parte da carga total líquida durante a fase do arco de curto período e a porção menor remanescente durante a fase principal do período mais longo. Como menos da carga é realmente aplicada durante a fase principal, neste documento o termo fase principal será referido como fase de manutenção da estimulação. Essas formas de onda são geradas usando o circuito gerador de choque. Em algumas implementações, o circuito gerador de choque pode incluir um transformador de aumento e um transformador de ignição que atua como uma fonte de corrente constante que cria uma forma de onda de corrente em decaimento com um pico de amperagem de cerca de 10 amperes. Uma série de três diodos conectados em série pode, em várias implementações, ser acoplada ao transformador de aumento e ao transformador de ignição e formar um retificador de meia onda. Em várias implementações, esses diodos são acoplados aos dois eletrodos, sejam eletrodos internos ou eletrodos expostos no lado externo da arma. Em várias

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11/21 implementações, o sistema de CEW pode ser o mesmo ou semelhante ao descrito no pedido de patente U.S. Ser. 14/632958 de Steven Abboud, intitulado Safety Guard for Conductive Energy Weapon Ammunition and Related Methods, depositado em 26 de fevereiro de 2015, cuja invenção é aqui incorporada inteiramente por referência. Do mesmo modo, o sistema de CEW pode usar munição que é a mesma ou semelhante à descrita no pedido de patente U.S. No. 14/288,249 de Abboud et al., Intitulado Conductive Energy Weapon Ammunition, depositado em 27 de maio de 2014, agora pedido de patente americano No. 9739578, depositado em 22 de Agosto de 2017, cuja invenção é aqui incorporada inteiramente por referência. Finalmente, o sistema de CEW pode ser o mesmo ou similar a qualquer sistema descrito no pedido de patente No. 7.554.786 para Kramer que foi anteriormente incorporado aqui por referência.

[037] A diferença nas formas de onda de pulso entre os sistemas de CEW convencionais e aqueles aqui descritos é ilustrada por referência às figuras 1 e 2. A figura 1 é um quadro ilustrando a amplitude (em volts) de uma forma de onda de um único pulso de um CEW convencional medido nos eletrodos externos do CEW em um resistor não indutivo de 600 Ohm. O tempo é medido em microssegundos. A figura 2 é um quadro semelhante que ilustra a amplitude de uma forma de onda de um único pulso de um CEW conforme aqui descrito, medido nos eletrodos externos do CEW, em um resistor não indutivo de 600 Ohm. Ambos os pulsos duram cerca de 100 microssegundos, embora em outras implementações os pulsos possam ser maiores ou menores do que 100 microssegundos. Como pode ser observado na figura 1, a forma de onda que representa a amplitude do sinal correspondente aos picos do CEW convencional inicialmente, e depois sobe novamente até um valor máximo em torno de 27 microssegundos. Em contrapartida, na figura 2, a forma de onda representando

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12/21 a amplitude do sinal correspondente ao presente CEW aumenta rapidamente para um valor máximo de cerca de 6000 V em torno de 3 microssegundos. Em outras implementações, a forma de onda pode atingir uma amplitude de pico em mais ou menos de 3 microssegundos. Em implementações particulares, a forma de onda atinge uma amplitude de pico em menos de 10 microssegundos, e em implementações mais específicas, a forma de onda atinge uma amplitude de pico em menos de 5 microssegundos. O maior valor de amplitude na figura 2 é aproximadamente 4 vezes maior do que o maior valor de amplitude na figura 1. Como indicado pela figura 2, a forma de onda do pulso também inclui um segmento de voltagem positiva entre 0 microssegundos e aproximadamente 13 microssegundos e um segmento de voltagem negativa entre aproximadamente 13 microssegundos e 100 microssegundos. Em várias implementações, e como ilustrado pela figura 2, o segmento de voltagem positiva da forma de onda do pulso pode preceder o segmento de voltagem negativa da forma de onda do pulso. Isto é contrário ao comportamento de pulsos encontrados em sistemas convencionais, como é ilustrado pela figura 1, que têm um segmento de voltagem negativa, que precede o segmento de voltagem positiva. Em várias implementações, a duração do segmento de voltagem positiva da forma de onda pode ser mais curta, mais longa ou a mesma duração do segmento de voltagem negativa da forma de onda. Em particular implementações, e como ilustrado pela figura 2, o segmento de voltagem positiva dura apenas cerca de 13 microssegundos, enquanto o segmento de voltagem negativa dura cerca de 8090 microssegundos.

[038] O efeito da diferença nas formas de onda (como ilustrado pela figura 1 e figura 2) na carga total pode ser melhor observado por referência à figura 3, que é um quadro que ilustra a corrente versus tempo (em microssegundos) de um pulso de um CEW convencional, e a figura 4, que é um quadro semelhante

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13/21 que ilustra a corrente versus tempo de um pulso de um CEW descrito no presente documento. Como pode ser observado, a fase inicial do arco de 0 a 5 milissegundos na figura 3 carrega cerca de 8 microCoulombs de carga. É então seguido pela fase principal, que inclui a maioria da carga elétrica de cerca de 80 microCoulombs. Em contrapartida, a fase inicial do arco na figura 4 inclui cerca de 40 microCoulombs de carga, seguidas por uma fase principal de corrente e duração muito mais baixa, contendo cerca de 20 microCoulombs de carga. Assim, em várias implementações, a porção do pulso correspondente ao segmento de voltagem positiva da forma de onda do pulso pode incluir mais carga do que a porção do pulso correspondente ao segmento de voltagem negativa da forma de onda do pulso. De fato, em particular implementações, como ilustrado pela figura 4, a parte do pulso correspondente ao segmento de voltagem positiva da forma de onda do pulso pode incluir substancialmente duas vezes mais carga do que a porção do pulso correspondente ao segmento de voltagem negativa da forma de onda do pulso, embora em outras implementações o segmento de voltagem negativa possa incluir mais ou menos carga do que isso. Em várias implementações, e como ilustrado pela figura 4, a maior parte da carga do pulso é entregue dentro dos primeiros 15 microssegundos de cada pulso, ou pelo menos nos primeiros 20% do comprimento da duração de cada pulso. Em outras implementações, a carga pode ser entregue a uma taxa mais rápida ou mais lenta. Como os gráficos indicam, a carga total média da forma de onda na figura 3 é de cerca de 79 microCoulombs enquanto a carga total média da forma de onda na figura 4 é cerca de 60 microCoulombs. Isto significa que os sistemas de CEW como os aqui descritos podem usar cerca de 25% menos de carga total do que os sistemas de CEW convencionais, como aqueles com formas de onda descritas na figura 3.

[039] Como pode ser observado, as implementações de armas do CEW

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14/21 como aquelas aqui descritas podem ser consideradas como a combinação da fase de arco e fase de estimulação no pulso inicial único enquanto se adiciona um segmento longo ao pulso com uma carga elétrica menor do que é aqui referida como um pulso /segmento de manutenção de estimulação. Dados comparativos adicionais do comportamento dos pulsos entre a arma convencional CEW e os descritos aqui podem ser encontrados nas figuras 5-8. Na figura 5, um gráfico representando a carga de corrente negativa de um pulso de uma arma convencional CEW é ilustrado. Na figura 6, é ilustrado um gráfico representando a carga de corrente positiva de um pulso de um sistema de armas de CEW, como os descritos aqui. Na figura 7, um gráfico representando a carga média de corrente positiva de um pulso de uma arma convencional de CEW é ilustrado. Na figura 8, um gráfico da carga média negativa de um pulso de uma arma de CEW como aqui descrito e ilustrado, mostrando o segmento de voltagem negativa de baixa carga de longa duração.

[040] Como os sistemas de armas CEW, como os aqui descritos, aplicam a maior parte da carga em um curto período de tempo inicial, seguido por um longo período de tempo (duração), eles podem diminuir melhor o risco de causar danos ao tecido muscular cardíaco em comparação com os sistemas convencionais de armas CEW. Isso ocorre porque a duração mais curta da aplicação da maior parte da energia é menos provável de ocorrer em um momento em que possa interferir com o funcionamento do músculo cardíaco. Além disso, através da variação da magnitude da corrente na fase de manutenção, ou na fase de baixa corrente de longa duração, o grau de efeito no alvo pode ser ajustado, ou o ajuste pode ser realizado para características específicas do alvo (peso corporal, gênero, fatores de segurança cardíaca desejados, etc.).

[041] O fenômeno R-on-T é um evento que predispõe a arritmias

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15/21 perigosas. Esse fenômeno é um evento cardíaco em que um estímulo ventricular causa despolarização prematura de células que não se repolarizaram completamente. É notado no eletrocardiograma como uma despolarização ventricular caindo em algum lugar dentro de uma onda T. Dicionário Médico de Mosby, Ed, Elsevier (2009). Embora seja amplamente citado na literatura relacionada a marca-passos, parece haver uma falta significativa de reconhecimento científico de que estímulos elétricos externos ao coração, como aqueles que ocorrem durante a descarga de um CEW, podem criar predisposição semelhante a arritmias perigosas que são bem compreendidas/comparáveis à situação, em que ocorre um mal funcionamento de um marcapasso.

[042] Esse período vulnerável para o coração está no meio da onda T, quando parte do miocárdio é despolarizado, algumas células do miocárdio são repolarizadas e algumas estão entre elas. Se ocorrer um pulso durante este período preciso, um circuito errático de movimento/reentrada pode teoricamente ser facilmente criado.

[043] Uma analogia em que um fluxo de carros está sendo preenchido em série com gasolina por um atendente que movimenta seu isqueiro regularmente indica que o período de maior perigo é se o atendente apertar o isqueiro enquanto um carro estiver sendo abastecido. Embora haja risco durante todo o tempo em que o operador movimenta o isqueiro em torno de uma bomba de gasolina, o ponto de maior exposição é quando o tanque de combustível de cada carro está aberto para a atmosfera durante o abastecimento e o vapor está entrando no ar.

[044] Esta analogia indica que com armas de eletrochoque, é possível que um fator significativo na segurança da arma seja se os pulsos de choque entregues foram entregues ao alvo durante o período vulnerável no meio de uma onda T, por exemplo. Historicamente, ao avaliar a segurança das armas de

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16/21 eletrochoque, a pesquisa científica se concentra em quatro fatores principais: 1). A magnitude da corrente elétrica entregue ao corpo, 2) O tempo de duração de cada pulso elétrico entregue, 3) O tempo de duração entre cada pulso elétrico entregue, e 4) O número de pulsos entregues no total durante um único encontro. O controle desses fatores tem um mérito e contribui para a segurança das armas de eletrochoque.

[045] No entanto, o fator adicional, a possibilidade de descarga da arma durante o período vulnerável do coração, na verdade, não está sob o controle da arma e com sistemas convencionais, ela pode ocorrer por uma questão de haver tal chance. Se a aplicação da descarga de armas de eletrochoque não estiver de forma alguma sincronizada com o ciclo cardíaco do indivíduo, a probabilidade do fenômeno R-on-T ocorrer poderá aumentar significativamente.

[046] O problema pode ser representado esquematicamente da seguinte maneira: Considere duas ondas de pulso dos períodos ΤΙ, T2, larguras de pulso tl, t2 e fases cpl, cp2, é desejado que esses pulsos se sobreponham pelo menos uma vez dentro de um dado intervalo de tempo; além disso, uma sobreposição não é satisfatória, a menos que sua duração seja pelo menos tão grande quanto algumas Tm atribuídas. Os cpl e cp2 da fase inicial são desconhecidos para ambas as ondas. O problema matemático, então, seria calcular como uma função do tempo a probabilidade de pelo menos uma sobreposição de duração de pelo menos Tm.

[047] É possível obter valores matematicamente exatos dos parâmetros do problema, mas é difícil obter valores praticamente exatos dos parâmetros. Embora o erro experimental possa às vezes ser incrivelmente pequeno, ele nunca pode ser eliminado. Como seria de se esperar a partir da possibilidade de que as ondas possam travar no ritmo, a probabilidade é extremamente errática com relação a mudanças muito pequenas nos períodos Tl, T2. Por exemplo, deixando

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ΤΙ = T2 = lOOtl = 100t2 (Tm = 0); um simples cálculo direto mostra então que, para todos os tempos maiores que TI = T2, a probabilidade desejada é de 0,03. Agora, se deixarmos TI = T2 + E, uma onda irá subir na outra, e eventualmente (por vezes maior que Tl * T2/E) a probabilidade será a unidade. Por causa disto, pode muito bem acontecer em uma aplicação prática que os parâmetros sejam conhecidos com uma precisão essencialmente suficiente apenas para fornecer o resultado óbvio; 0 <P = <1.

[048] Por causa da dificuldade de calcular e alinhar as ondas de pulso, um do coração do alvo e o outro da arma, a maneira de reduzir a probabilidade de induzir arritmia cardíaca seria aplicar cada pulso de energia máxima por um tempo tão curto quanto seja eficaz. Por causa disso, é possível que, em dispositivos de armas convencionais CEW, o aumento da duração dos pulsos de alta energia pode aumentar o risco cardíaco para o alvo. Uma vez que os elevados pulsos de carga líquidos aqui descritos são mais curtos no tempo do que os elevados pulsos de carga de armas convencionais de CEW, eles podem, na prática, atuar para reduzir o risco cardíaco para o alvo, particularmente quando a taxa de aplicação dos pulsos entre o sistema convencional CEW e os sistemas CEW descritos aqui são os mesmos.

[049] Em várias implementações, o sistema CEW pode incluir um circuito de segurança acoplado operativamente ao circuito gerador de choque. O circuito de segurança pode ser configurado para impedir que o CEW aplique trens de pulso ao alvo após entregar um número predeterminado de pulsos ou trens de pulsos. Em particular implementações, o circuito de segurança pode ser configurado para impedir que o CEW aplique mais do que três trens de pulsos em resposta ao(s) acionamento(s) do gatilho da arma dentro de um dado período de tempo após a ativação inicial da arma. Em implementações mais específicas, o sistema pode limitar a carga máxima entregue a três trens consecutivos de 5

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18/21 segundos de aproximadamente 100 pulsos por razões de segurança. Em outras implementações, os trens podem ser maiores ou menores que 5 segundos cada e podem conter mais ou menos de 100 pulsos cada. Isso pode ser feito via circuito(s) lógico(s) na arma CEW que conta o número de trens de pulsos e desativa a arma após o terceiro trem (ou qualquer outro número predeterminado de trens), exigindo que o usuário rearme manualmente a arma (ou espere um período de tempo, 2-5 ou mais minutos antes que a arma possa ser usada para aplicar trens de pulso ao alvo. Esses circuitos lógicos podem ser circuitos de temporização. Eles podem ser os mesmos ou similares ao circuito de temporização descrito pela patente U.S. No. 5.193.048 de Kaufman et ai., Intitulada Stun Gun With Low Battery Indicator and Shutoff Timer, concedida em 9 de Março de 1993, cuja invenção é aqui inteiramente incorporada por referência. Isto pode também ser feito através da utilização de um circuito que monitora o número de trens e automaticamente impõe uma pausa de tempo fixa entre a hora do último trem e a hora do próximo trem que o usuário pode aplicar através do acionamento do gatilho da arma.

[050] Outras opções, incluindo circuitos de monitoramento de temperatura de componente, podem ser usadas em várias implementações para rastrear/monitorar o número de trens de pulso entregues para assegurar que o alvo não receba mais do que uma quantidade especificada de corrente em um determinado período de tempo. Em implementações que incluem circuitos de monitoramento de temperatura de componente, o circuito pode incluir um termistor e um retificador controlado por silício (SCR). Como o termistor recebe energia de calor a partir do uso do CEW, a resistência do termistor diminui e uma tensão de polarização aplicada ao termistor passa pelo termistor e começa a aparecer na porta do SCR. Uma vez que a tensão de polarização sobe para um nível predeterminado, o retificador controlado por silício aciona e puxa para

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19/21 baixo ou aterra a fonte de potência do gerador, evitando assim qualquer aplicação adicional de potência aos componentes do circuito gerador de choque até que a tensão de polarização na porta do retificador controlado por silício reduza o suficiente para que ele seja reinicializado.

[051] Em várias implementações de sistema, o CEW pode incluir um circuito de detecção de frequência cardíaca de alvo acoplado ao circuito gerador de choque. O circuito de detecção de frequência cardíaca de alvo é configurado para detectar a frequência cardíaca de um alvo. Em várias implementações, o circuito de detecção da frequência cardíaca de alvo detecta a frequência cardíaca, detectando a atividade eletrofisiológica do músculo cardíaco. O circuito de detecção de frequência cardíaca de alvo pode ser semelhante ou igual aos circuitos de detecção de frequência cardíaca usados em eletrocardiogramas (ECGs) ou em desfibriladores externos automáticos (AEDs). Para ilustrar melhor isto, o circuito de detecção da frequência cardíaca de alvo e os seus componentes podem ser os mesmos ou semelhantes ao circuito de detecção da frequência cardíaca e aos componentes descritos na Patente U.S. No. 4.619.265 de Morgan et. al. intitulado Interactive Portable Defibrilator Including ECG Detection Circuit, depositado em 28 de outubro de 1986, cuja invenção é aqui incorporada inteiramente por referência. Outros circuitos de detecção da frequência cardíaca podem ser usados em várias implementações.

[052] Em várias implementações, o circuito de detecção da frequência cardíaca de alvo pode ser capaz de detectar a frequência cardíaca do alvo quando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo estão acoplados à roupa do alvo e não estão em contato físico direto com a pele do alvo. Em outras implementações, o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo precisam estar acoplados fisicamente/eletricamente à pele do alvo antes que o ECG funcione. O circuito pode detectar a frequência cardíaca do alvo antes de o circuito gerador de

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20/21 choque entregar um pulso inicial ou enquanto o circuito gerador de choque estiver aplicando quaisquer pulsos (isto é, durante um trem de pulsos). Em várias implementações, o sistema pode inicialmente detectar um ou mais pulsos cardíacos e depois usar um algoritmo, sincronizar eletricamente o tempo de aplicação dos pulsos pelo circuito gerador de choque com a frequência cardíaca do alvo para minimizar o risco de aplicar um pulso durante o período vulnerável de coração. Este algoritmo poderia ser, por exemplo não limitativo, uma regressão estatística baseada em dados de frequência cardíaca coletados, um cálculo de correspondência de ondas de pulso derivado matematicamente usando as características conhecidas e/ou observadas atualmente da arma, e qualquer outro método de calcular um espaçamento de tempo entre o pulso cardíaco observado e um tempo desejado para aplicar o pulso elétrico ao alvo para minimizar o risco cardíaco. Os cálculos estatísticos para os dados coletados da frequência cardíaca podem incluir, por exemplo não limitativo, uma frequência cardíaca média, uma frequência cardíaca intermediária, uma frequência cardíaca média móvel, dados de frequência cardíaca traçados de controle e qualquer combinação deles.

[053] Em várias implementações, uma implementação de um método de atingir um alvo pode incluir a geração de uma pluralidade de pulsos usando um circuito gerador de choque e a aplicação da pluralidade de pulsos ao alvo usando um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo. O método pode incluir a desativação do CEW após um número predeterminado de pulsos/trens de pulsos. O método pode incluir a detecção da frequência cardíaca do alvo, através de um circuito de detecção da frequência cardíaca, antes da pluralidade de pulsos ser aplicada ao alvo ou durante a pluralidade de pulsos aplicados ao alvo. O método pode incluir sincronizar eletricamente, através do circuito de detecção da frequência cardíaca alvo e do circuito gerador de choque, uma taxa de

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21/21 aplicação da pluralidade de pulsos com a frequência cardíaca do alvo.

[054] Em locais onde a descrição acima se refere a implementações particulares de sistemas de CEW e que implementam componentes, subcomponentes, métodos e sub-métodos, deve ser prontamente aparente o fato de que um número de modificações pode ser realizado sem se afastar do espírito da invenção e que estas implementações, que implementam componentes, subcomponentes, métodos e sub-métodos podem ser aplicadas a outros sistemas de CEW.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Arma condutora de energia (CEW) caracterizada pelo fato de que compreende:

um circuito gerador de choque configurado para acoplar a uma fonte de potência;

um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo operativamente acoplados ao circuito gerador de choque; e um circuito de segurança operativamente acoplado ao circuito gerador de choque;

em que o circuito gerador de choque é configurado para gerar um primeiro trem de pulso e entregar o primeiro trem de pulso a um alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo;

em que o circuito de geração de choque é configurado para gerar pelo menos um segundo trem de pulso e entregar pelo menos o segundo trem de pulso ao alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo;

em que o circuito de segurança é configurado para impedir que CEW aplique trens de pulso ao alvo após um número predeterminado de trens de pulso além de pelo menos o segundo trem de pulso; e em que o primeiro trem de pulso compreende dois ou mais pulsos tendo formas de onda substancialmente idênticas umas às outras, cada uma das formas de onda dos dois ou mais pulsos tendo ambos um segmento de voltagem positiva e um segmento de voltagem negativa.
2. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o segmento de voltagem positiva de cada forma de onda precede o segmento de voltagem negativa de cada forma de onda.
3. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma porção do pulso correspondente ao

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2/5 segmento de voltagem positiva da forma de onda do pulso compreende mais carga do que uma porção do pulso correspondente ao segmento de voltagem negativa da forma de onda do pulso.
4. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que uma porção do pulso correspondente ao segmento de voltagem positiva da forma de onda do pulso compreende substancialmente duas vezes mais carga do que uma porção do pulso correspondente ao segmento de voltagem negativa da forma de onda do pulso.
5. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o segmento de voltagem positiva corresponde a uma fase de arco configurada para produzir uma descarga de plasma entre o primeiro eletrodo e o alvo e o segundo eletrodo e o alvo.
6. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada forma de onda atinge uma amplitude de pico em menos de 10 microssegundos desde o início de cada forma de onda.
7. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que cada forma de onda atinge uma amplitude de pico em menos de 5 microssegundos desde o início de cada forma de onda.
8. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a duração do segmento de voltagem positiva de cada forma de onda é substancialmente inferior a uma duração do segmento de voltagem negativa de cada forma de onda.
9. Arma condutora de energia (CEW) caracterizada pelo fato de que compreende:

um circuito gerador de choque configurado para acoplar a uma fonte de potência;

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3/5 um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo operativamente acoplados ao circuito gerador de choque; e um circuito de segurança operativamente acoplado ao circuito gerador de choque;

em que o circuito gerador de choque é configurado para gerar uma forma de onda de um primeiro pulso aplicado a um alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, a forma de onda compreendendo um segmento de voltagem positiva seguido por um segmento de voltagem negativa;

em que o circuito gerador de choque é configurado para gerar uma forma de onda de um segundo pulso aplicado a um alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo, a forma de onda do segundo pulso substancialmente igual à forma de onda do primeiro pulso;

em que o circuito de segurança está configurado para desativar a CEW depois de 3 trens de pulsos, cada trem de pulsos compreendendo não mais do que 100 pulsos.
10. Arma condutora de energia, caracterizada pelo fato de que CEW é sinusoidal.
11. Arma condutora de energia, caracterizada pelo fato de que cada microCoulombs de carga.
12. Arma condutora de energia, caracterizada pelo fato de que cada pulso de acordo com a reivindicação 9, uma arma de forma de onda não de acordo com a reivindicação 9, pulso entrega substancialmente 60 de acordo com a reivindicação 9, entrega a maior parte da sua carga nos primeiros 15 microssegundos de cada pulso.
13. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que cada pulso dura substancialmente 100 microssegundos.

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14. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o circuito de segurança aplica uma pausa de tempo fixo entre um tempo de um terceiro trem de pulso e um tempo de um trem de pulso seguinte que um usuário pode aplicar.
15. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o segmento de voltagem positiva de cada forma de onda precede o segmento de voltagem negativa de cada forma de onda.
16. Arma condutora de energia (CEW) caracterizada pelo fato de que compreende:

um circuito gerador de choque configurado para acoplar a uma fonte de potência;

um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo operativamente acoplados ao circuito gerador de choque; e um circuito de segurança operativamente acoplado ao circuito gerador de choque;

em que o circuito gerador de choque é configurado para gerar uma pluralidade de pulsos e aplicar a pluralidade de pulsos a um alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo;

em que o circuito de segurança está configurado para desativar a CEW depois de um número predeterminado de pulsos; e em que um circuito alvo de detecção de frequência cardíaca acoplado ao circuito gerador de choque é configurado para detectar a frequência cardíaca de um alvo antes e durante o circuito de geração de choque aplicando quaisquer pulsos ao alvo usando o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo;

em que o circuito de detecção de frequência cardíaca alvo e o circuito gerador de choque são configurados para sincronizar eletricamente uma taxa de aplicação da pluralidade de pulsos com a frequência cardíaca do alvo.

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17. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que cada pulso compreende um segmento de voltagem positiva e um segmento de voltagem negativa, em que o segmento de voltagem positiva precede o segmento de voltagem negativa.
18. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que o circuito de segurança aplica uma pausa de tempo fixa entre um tempo do número predeterminado de pulsos e um tempo de um trem de pulso subsequente que um usuário pode aplicar.
19. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que o circuito de detecção de frequência cardíaca alvo e o circuito de geração de choque estão configurados para sincronizar eletricamente a taxa de aplicação da pluralidade de pulsos com a frequência cardíaca de alvo através de um algoritmo baseado em uma regressão estatística baseada em dados de frequência cardíaca coletados.
20. Arma condutora de energia, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que cada pulso entrega a grande parte da sua carga nos primeiros 20% de uma duração total de cada pulso.