BR112019026917B1 - Instrumento cirúrgico com controle de velocidade de motor baseado em ângulo de articulação - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a um instrumento cirúrgico motorizado. o instrumento cirúrgico inclui um circuito de controle configurado para controlar o movimento de um atuador de extremidade. se o atuador de extremidade se mover para fora de uma faixa aceitável predeterminada, o circuito de controle pode criar uma frenagem dinâmica de modo a resistir ao movimento indesejado do atuador de extremidade. o circuito de controle pode aplicar corrente modulada por largura de pulso (mlp) de modo que resista ao movimento indesejado do atuador de extremidade fora de uma faixa aceitável predeterminada.
Description
[001] A presente invenção se refere a instrumentos cirúrgicos e, em várias circunstâncias, a instrumentos cirúrgicos de grampeamento e corte, e a cartuchos de grampos para os mesmos, que são projetados para grampear e cortar tecidos.
[002] Em um instrumento cirúrgico motorizado de grampeamento e corte, pode ser útil controlar a velocidade de um membro de corte ou controlar a velocidade de articulação de um atuador de extremidade. A velocidade de um membro de deslocamento pode ser determinada mediante a medição do tempo decorrido em intervalos de posição predeterminados do membro de deslocamento ou medição da posição do membro de deslocamento em intervalos de tempo predeterminados. O controle pode ser de circuito aberto ou de circuito fechado. Tais medições podem ser úteis para avaliar as condições do tecido, como espessura do tecido, e ajustar a velocidade do elemento de corte durante um curso de disparo para ter em conta as condições do tecido. A espessura do tecido pode ser determinada pela comparação da velocidade esperada do membro de corte com a velocidade real do membro de corte. Em algumas situações, pode ser útil articular o atuador de extremidade em uma velocidade de articulação constante. Em outras situações, pode ser útil acionar o atuador de extremidade em uma velocidade de articulação diferente da velocidade de articulação padrão em uma ou mais regiões dentro de uma faixa de varredura do atuador de extremidade.
[003] Durante o uso de um instrumento de grampeamento e corte cirúrgico motorizado é possível que o atuador de extremidade possa articular ou articular adicionalmente de modo indesejável devido a cargas aplicadas externamente. Portanto, pode ser desejável manter a articulação do atuador de extremidade em posição estacionária e evitar uma articulação ou uma articulação adicional do atuador de extremidade devido às cargas aplicadas externamente.
[004] Em um aspecto, é fornecido um instrumento cirúrgico. O instrumento cirúrgico pode incluir um atuador de extremidade, uma junta de articulação e um membro de articulação. O membro de articulação pode ser transladável em relação ao atuador de extremidade ao longo de uma distância a partir de uma posição proximal até uma posição distal em que a translação do membro de articulação faz com que a junta de articulação se articule. O instrumento cirúrgico também pode incluir um motor operável para transladar o membro de articulação ao longo da distância a partir da posição proximal até a posição distal. O motor pode incluir uma condição engatada, uma condição desengatada e uma condição de retenção. O instrumento cirúrgico pode incluir adicionalmente um circuito de controle acoplado ao motor e um sensor de posição acoplado ao circuito de controle. O sensor de posição pode ser configurado para detectar uma posição do membro de articulação ao longo de pelo menos uma porção da distância. O circuito de controle pode ser configurado para receber entrada de posição do sensor de posição indicativa de uma posição de articulação do membro de articulação; O circuito de controle também pode identificar um limite predeterminado que corresponde à posição de articulação do membro de articulação; O circuito de controle pode determinar adicionalmente uma ação de controle do motor, quando o motor está na condição desengatada, em resposta a um movimento do membro de articulação que exceda o limite predeterminado; O circuito de controle pode controlar o movimento do membro de articulação em que controlar o movimento do membro de articulação compreende engatar o motor de modo que esteja na condição de retenção.
[005] Em um outro aspecto, o instrumento cirúrgico pode incluir um atuador de extremidade e um conjunto de eixo de acionamento giratório. O conjunto de eixo de acionamento giratório pode incluir um eixo geométrico longitudinal, um sensor de posição rotacional e um conjunto de engrenagens. O sensor de posição rotacional pode ser configurado para medir a rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal. O instrumento cirúrgico pode incluir adicionalmente um motor conectado de modo operacional ao conjunto de engrenagens do conjunto de eixo de acionamento giratório. O motor pode ser configurado para aplicar uma força giratória para girar o conjunto de engrenagens. A rotação do conjunto de engrenagens gira o conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal. O instrumento cirúrgico pode incluir adicionalmente um circuito de controle acoplado ao motor. O circuito de controle pode ser configurado para monitorar uma posição rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório com base em um sinal do sensor de posição rotacional; O circuito de controle também pode identificar um limite predeterminado que corresponde à posição rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório. O circuito de controle pode determinar adicionalmente uma ação de controle do motor em resposta a um movimento rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório que exceda o limite predeterminado; O circuito de controle também pode controlar a rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório em que controlar a rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório pode incluir resistir à rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal.
[006] Em um outro aspecto, o instrumento cirúrgico pode incluir um conjunto de eixo de acionamento longitudinal. O conjunto de eixo de acionamento longitudinal pode incluir um eixo de acionamento giratório que se estende ao longo de um eixo geométrico longitudinal. O conjunto de eixo de acionamento longitudinal compreende adicionalmente uma engrenagem de acionamento e uma junta de articulação. A engrenagem de acionamento pode ser configurada para girar a porção de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal. A junta de articulação pode incluir uma engrenagem de articulação. O instrumento cirúrgico pode incluir adicionalmente um conjunto de acionamento. O conjunto de acionamento pode incluir um motor, um circuito de controle e um membro de acionamento. O motor pode incluir uma saída de acionamento. O circuito de controle pode ser configurado para controlar o motor. O membro de acionamento pode ser conectado de modo operacional à saída de acionamento. Quando o circuito de controle está em uma condição rotacional, o elemento de acionamento é conectado de modo operacional à engrenagem de acionamento da porção de eixo de acionamento giratório. Quando o circuito de controle está em uma condição de articulação, o membro de acionamento é conectado de modo operacional à engrenagem de articulação da junta de articulação. O instrumento cirúrgico pode incluir adicionalmente uma fonte de energia. O circuito de controle pode compreender uma condição engatada, uma condição desengatada e uma condição de frenagem dinâmica. Quando o circuito de controle está na condição engatada, o circuito de controle fornece a fonte de energia de modo que o motor esteja em uma configuração de circuito em série. Quando o circuito de controle está na condição desengatada, o circuito de controle desconecta a fonte de energia do motor. Quando o circuito de controle está na condição de frenagem dinâmica, o circuito de controle coloca a fonte de energia em uma condição de circuito paralelo com o motor.
[007] Os detalhes de uma ou mais implementações são demonstrados nos desenhos em anexo e na descrição abaixo. Outros recursos e vantagens serão evidentes a partir da descrição, dos desenhos e das concretizações.
[008] As características inovadoras dos aspectos aqui descritos são apresentadas com particularidade nas concretizações em anexo. Entretanto, esses aspectos, tanto com relação à organização quanto aos métodos de operação, podem ser mais bem compreendidos por referência à descrição a seguir, tomada em conjunto com os desenhos em anexo.
[009] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um instrument cirúrgico que tem um conjunto de eixo de acionamento intercambiável operacionalmente acoplado ao mesmo, de acordo com um aspecto desta revelação.
[0010] A Figura 2 ilustra uma vista do conjunto explodida de uma porção do instrumento cirúrgico ultrassônico da Figura 1, de acordo com um aspecto desta revelação.
[0011] A Figura 3 é uma vista do conjunto explodida de porções do conjunto de eixo de acionamento intercambiável, de acordo com um aspeto desta revelação.
[0012] A Figura 4 é uma vista em perspectiva explodida de um atuador de extremidade do instrumento cirúrgico da Figura 1, de acordo com um aspecto desta revelação.
[0013] As Figuras 5A a 5B é um diagrama de blocos de um circuito de controle do instrumento cirúrgico de 1 que abrange duas folhas de desenho, de acordo com um aspecto desta revelação.
[0014] A Figura 6 é um diagrama de bloco do circuito de controle do instrumento cirúrgico da Figura 1 que ilustra interfaces entre o conjunto de cabo, o conjunto de alimentação e o conjunto de cabo e o conjunto de eixo de acionamento intercambiável, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0015] A Figura 7 ilustra um circuito de controle configurado para controlar aspectos do instrumento cirúrgico da Figura 1, de acordo com um aspeto da presente revelação.
[0016] A Figura 8 ilustra um circuito lógico combinacional configurado para controlar aspectos do instrumento cirúrgico da Figura 1, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0017] A Figura 9 ilustra um circuito lógico sequencial configurado para controlar aspectos do instrumento cirúrgico da Figura 1, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0018] A Figura 10 é um diagrama de um sistema de posicionamento absoluto do instrumento cirúrgico da Figura 1, em que o sistema de posicionamento absoluto compreende uma disposição de circuito de acionamento controlado do motor que compreende uma disposição de sensor, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0019] A Figura 11 é uma vista em perspectiva explodida da disposição de sensor para um sistema de posicionamento absoluto, que mostra um conjunto de placa de circuito de controle e o alinhamento relativo dos elementos da disposição de sensor, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação.
[0020] A Figura 12 é um diagrama de um sensor de posição que compreende um sistema de posicionamento absoluto magnético giratório, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0021] A Figura 13 é uma vista em corte de um atuador de extremidade do instrumento cirúrgico da Figura 1, que mostra um curso do membro de disparo em relação ao tecido preso dentro do atuador de extremidade, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0022] A Figura 14 ilustra um diagrama de bloco de um instrument cirúrgico programado para controlar a translação distal de um membro de deslocamento, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0023] A Figura 15 ilustra um diagrama que plota dois cursos de membro de deslocamento executados, de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0024] A Figura 16 é uma vista em perspectiva parcial de uma porção de um atuador de extremidade de um instrumento cirúrgico que mostra um conjunto de eixo de acionamento alongado em uma orientação não articulada com porções do mesmo omitidas para maior clareza de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0025] A Figura 17 é uma outra vista em perspectiva do atuador de extremidade da Figura 16 que mostra o conjunto de eixo de acionamento alongado em uma orientação não articulada de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0026] A Figura 18 é uma vista em perspectiva do conjunto explodida do atuador de extremidade da Figura 16 que mostra o aspecto de conjunto de eixo de acionamento alongado de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0027] A Figura 19 é uma vista de topo do atuador de extremidade da Figura 16 que mostra o conjunto de eixo de acionamento alongado em uma orientação não articulada de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0028] A Figura 20 é uma outra vista de topo do atuador de extremidade da Figura 16 que mostra o conjunto de eixo de acionamento alongado em uma primeira orientação articulada de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0029] A Figura 21 é uma outra vista de topo do atuador de extremidade da Figura 16 que mostra o conjunto de eixo de acionamento alongado em uma segunda orientação articulada de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0030] A Figura 22 representa um exemplo de um mecanismo de articulação para articular um atuador de extremidade de um instrumento cirúrgico de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0031] A Figura 23 é um gráfico de um ângulo de uma haste de disparo e de um ciclo de trabalho de motor como uma função do ângulo de articulação do atuador de extremidade de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0032] A Figura 24 é um gráfico de um ciclo de trabalho de motor como uma função da rotação do eixo de acionamento de um instrumento cirúrgico de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0033] A Figura 25 é um diagrama de circuito e um gráfico que ilustra as configurações de circuito de um sistema de frenagem de motor dinâmico de um instrumento cirúrgico de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0034] A Figura 26 representa um exemplo de um mecanismo de articulação para articular um atuador de extremidade de um instrumento cirúrgico de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0035] A Figura 27 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa uma configuração de programa ou lógica de controle que representa um programa de controle de articulação de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0036] A Figura 28 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa uma configuração de programa ou lógica de controle que representa um programa de controle rotacional de acordo com um aspecto da presente revelação.
[0037] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente depositados simultaneamente com o mesmo e que estão, cada um, incorporados no presente documento a título de referência em suas respectivas totalidades:
[0038] N° do documento do procurador END8192USNP/170055, intitulado SURGICAL INSTRUMENT WITH VARIABLE DURATION TRIGGER ARRANGEMENT, pelos inventores Frederick E. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0039] N° do documento do procurador END8193USNP/170056, intitulado SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING DISPLACEMENT MEMBER MOTION OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT, pelos inventores Frederick E. de Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0040] N° do documento do procurador END8194USNP/170057, intitulado SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT ACCORDING TO ARTICULATION ANGLE OF END EFFECTOR, pelos inventores Frederick E. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0041] N° do documento do procurador END8195USNP/170058, intitulado SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT, pelos inventores Frederick E. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0042] N° do documento do procurador END8196USNP/170059,intitulado SURGICAL INSTRUMENT HAVING CONTROLLABLE ARTICULATION VELOCITY pelos inventores Frederick ES. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0043] N° do documento do procurador END8197USNP/170060, intitulado SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING VELOCITY OF A DISPLACEMENT MEMBER OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT, pelos inventores Frederick E. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0044] N° do documento do procurador END8198USNP/170061, intitulado SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING DISPLACEMENT MEMBER VELOCITY FOR A SURGICAL INSTRUMENT, pelos inventores Frederick E. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0045] N° do documento do procurador END8222USNP/170125, intitulado CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT BASED ON ANGLE OF ARTICULATION, pelos inventores Frederick E. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0046] N° do documento do procurador END8199USNP/170062M, intitulado TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT, pelos inventores Frederick E. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0047] N° do documento do procurador END8275USNP/170185M, intitulado TECHNIQUES FOR CLOSED LOOP CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT, pelos inventores Raymond E. Parfett, depositado em 20 de junho de 2017.
[0048] N° do documento do procurador END8268USNP/170186, intitulado CLOSED LOOP FEEDBACK CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT BASED ON MAGNITUDE OF VELOCITY ERROR MEASUREMENTS, pelos inventores Raymond E. Parfett et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0049] N° do documento do procurador END8276USNP/170187, intitulado CLOSED LOOP FEEDBACK CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT BASED ON MEASURED TIME OVER A SPECIFIED DISPLACEMENT DISTANCE, pelos inventores Jason l. Harris et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0050] N° do documento do procurador END8266USNP/170188, intitulado CLOSED LOOP FEEDBACK CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT BASED ON MEASURED DISPLACEMENT DISTANCE TRAVELED OVER A SPECIFIED TIME INTERVAL, pelos inventores Frederick E. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0051] N° do documento do procurador END8267USNP/170189, intitulado CLOSED LOOP FEEDBACK CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT BASED ON MEASURED TIME OVER A SPECIFIED NUMBER OF SHAFT ROTATION, pelos inventores Frederick e. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0052] N° do documento do procurador END8269USNP/170190, intitulado SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING DISPLAYING MOTOR VELOCITY FOR A SURGICAL INSTRUMENT, pelos inventores Jason L. Harris et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0053] N° do documento do procurador END8270USNP/170191, intitulado SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING MOTOR SPEED ACCORDING TO USER INPUT FOR A SURGICAL INSTRUMENT, pelos inventores Jason L. Harris et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0054] N° do documento do procurador END8271USNP/170192, intitulado CLOSED LOOP FEEDBACK CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT BASED ON SYSTEM CONDITIONS, pelos inventores Frederick E. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0055] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente de design depositados simultaneamente com o mesmo e que estão, cada um, incorporados no presente documento a título de referência em suas respectivas totalidades:
[0056] N° do documento do procurador END8274USDP/170193D, intitulado GRAPHICAL USER INTERFACE FOR A DISPLAY OR PORTION THEREOF, pelos inventores Jason L. Harris et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0057] N° do documento do procurador END8273USDP/170194D, intitulado GRAPHICAL USER INTERFACE FOR A DISPLAY OR PORTION THEREOF, pelos inventores Jason L. Harris et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0058] N° do documento do procurador END8272USDP/170195D, intitulado GRAPHICAL USER INTERFACE FOR A DISPLAY OR PORTION THEREOF, pelos inventores Frederick E. Shelton, IV et al., depositado em 20 de junho de 2017.
[0059] Certos aspectos são mostrados e descritos para fornecer um entendimento da estrutura, função, fabricação e uso dos dispositivos e métodos revelados. Os recursos mostrados ou descritos em um exemplo podem ser combinados com os recursos de outros exemplos e as modificações e variações estão dentro do escopo desta revelação.
[0060] Os termos "proximal" e "distal" são com referência a um médico que manipula o cabo do instrumento cirúrgico, em que termo "proximal" se refere à porção mais próxima ao médico e o termo "distal" se refere à porção localizada mais distante do médico. Para conveniência, os termos espaciais "vertical", "horizontal", "para acima" e "para baixo" usados com relação aos desenhos não se destinam a ser limitadores e/ou absolutos, porque os instrumentos cirúrgicos podem ser usados em muitas orientações e posições.
[0061] São fornecidos dispositivos e métodos exemplificadores para realização de procedimentos cirúrgicos laparoscópicos e minimamente invasivos. Tais dispositivos e métodos, entretanto, podem ser usados em outros procedimentos e aplicações cirúrgicas incluindo procedimentos cirúrgicos abertos, por exemplo. Os instrumentos cirúrgicos podem ser inseridos através de um orifício natural ou um através de uma incisão ou perfuração formada no tecido. As porções funcionais ou porções do atuador de extremidade dos instrumentos podem ser inseridas diretamente no corpo ou através de um dispositivo de acesso que tem uma canaleta funcional através do qual podem ser avançados o atuador de extremidade e o eixo de acionamento alongado do instrumento cirúrgico.
[0062] A Figura 1 a 4 ilustra um instrumento cirúrgico acionado por motor 10 para corte e fixação que pode ou não ser reutilizado. Nos exemplos ilustrados, o instrumento cirúrgico 10 inclui um compartimento 12 que compreende um conjunto de cabo 14 que é configurado para ser pego, manipulado e atuado pelo médico. O compartimento 12 é configurado para fixação operacional a um conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 que tem um atuador de extremidade 300 acoplado de modo operacional ao mesmo que é configurado para executar uma ou mais tarefas ou procedimentos cirúrgicos. De acordo com a presente descrição, várias formas de conjuntos de eixo de acionamento intercambiáveis podem ser eficazmente usadas em conexão com sistemas cirúrgicos roboticamente controlados. O termo "compartimento" pode abranger um compartimento ou porção similar de um sistema robótico que aloja ou de outro modo suporta operacionalmente ao menos um sistema de acionamento configurado para gerar e aplicar ao menos um movimento de controle que possa ser usado para acionar os conjuntos de eixo de acionamento. O termo "estrutura" pode referir-se a uma porção de um instrumento cirúrgico de mão. O termo "estrutura" também pode representar uma porção de um instrumento cirúrgico controlado roboticamente e/ou uma porção do sistema robótico que pode ser usado para controlar operacionalmente o instrumento cirúrgico. Os conjuntos de eixo de acionamento intercambiáveis aqui revelados podem ser usados com vários sistemas robóticos, instrumentos, componentes e métodos revelados na patente US n° 9.072.535, intitulada SURGICAL STAPLING INSTRUMENTS WITH ROTATABLE STAPLE DEPLOYMENT ARRANGEMENTS, a qual está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[0063] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um instrument cirúrgico 10 que tem um conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 operacionalmente acoplado ao mesmo, de acordo com um aspeto desta revelação. O compartimento 12 inclui um atuador de extremidade 300 que compreende um dispositivo cirúrgico de corte e fixação configurado para suportar operacionalmente um cartucho de grampos cirúrgicos 304 no mesmo. O compartimento 12 pode ser configurado para uso em conexão com os conjuntos de eixo de acionamento intercambiáveis que incluem os atuadores de extremidade que são adaptados para sustentar diferentes tamanhos e tipos de cartuchos de grampos, e que têm diferentes comprimentos, tamanhos e tipos de eixo de acionamento. O compartimento 12 pode ser usado eficazmente com uma variedade de conjuntos de eixo de acionamento intercambiáveis incluindo conjuntos configurados para aplicar outros movimentos e formas de energia como, por exemplo, energia de radiofrequência (RF), energia ultrassônica e/ou movimento a disposições de atuadores de extremidade adaptados para uso em várias aplicações e procedimentos cirúrgicos. Os atuadores de extremidade, os conjuntos de eixo de acionamento, os cabos, os instrumentos cirúrgicos e/ou os sistemas de instrumento cirúrgico podem utilizar qualquer prendedor adequado, ou prendedores, para prender tecido. Por exemplo, um cartucho de prendedores que compreende uma pluralidade de prendedores nele armazenados de modo removível pode ser inserido de maneira removível dentro e/ou fixado ao atuador de extremidade de um conjunto de eixo de acionamento.
[0064] O conjunto de cabo 14 pode compreender um par de segmentos interconectáveis de compartimento de cabo 16 e 18 interconectados por parafusos, elementos de encaixe por pressão, adesivo, etc. Os segmentos de compartimento de cabo 16, 18 cooperam para formar uma porção da empunhadura da pistola 19 que pode ser empunhada e manipulada pelo clínico. O conjunto de cabo 14 suporta operacionalmente uma pluralidade de sistemas de acionamento configurados para gerar e aplicar movimentos de controle às porções correspondentes do conjunto de eixo de acionamento intercambiável que está operacionalmente fixado ao mesmo. Pode ser fornecida uma tela abaixo de uma cobertura 45.
[0065] A Figura 2 ilustra uma vista do conjunto explodida de uma porção do instrumento cirúrgico ultrassônico 10 da Figura 1, de acordo com um aspecto desta revelação. O conjunto de cabo 14 pode incluir uma estrutura 20 que suporta operacionalmente uma pluralidade de sistemas de acionamento. A estrutura 20 pode suportar operacionalmente um "primeiro" sistema de acionamento ou sistema de acionamento de fechamento 30, que pode aplicar movimentos de fechamento e abertura ao conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200. O sistema de acionamento de fechamento 30 pode incluir um atuador como um gatilho de fechamento 32 suportado de modo pivotante pela estrutura 20. O gatilho de fechamento 32 é acoplado de modo pivotante ao conjunto de cabo 14 por um pino de pivô 33 para permitir que o gatilho de fechamento 32 seja manipulado por um médico. Quando o médico segura a porção de empunhadura da pistola 19 do conjunto de cabo 14, o gatilho de fechamento 32 pode pivotar de uma posição inicial ou "não atuada" para uma posição "atuada" e, mais particularmente, para uma posição completamente comprimida ou completamente atuada.
[0066] O conjunto de cabo 14 e a estrutura 20 podem suportar operacionalmente um sistema de acionamento de disparo 80 configurado para aplicar movimentos de disparo às porções correspondentes do conjunto de eixo de acionamento intercambiável fixado ao mesmo. O sistema de acionamento de disparo 80 pode empregar um motor elétrico 82 situado na porção da empunhadura da pistola 19 do conjunto de cabo 14. O motor elétrico 82 pode ser um motor de corrente contínua (CC) com escovas tendo uma rotação máxima de aproximadamente 25.000 rpm, por exemplo. Em outras disposições, o motor pode incluir um motor sem escovas, um motor sem fio, um motor síncrono, um motor de passo ou qualquer outro motor elétrico adequado. O motor elétrico 82 pode ser alimentado por uma fonte de alimentação 90 que pode compreender uma fonte de energia removível 92. A fonte de energia removível 92 pode compreender uma porção do compartimento proximal 94 que é configurada para fixação a uma porção do compartimento distal 96. A porção do compartimento proximal 94 e a porção do compartimento distal 96 são configuradas para suportar operacionalmente uma pluralidade de baterias 98. Cada uma das baterias 98 pode compreender, por exemplo, uma bateria de íons de lítio ("LI") ou outra bateria adequada. A porção de compartimento distal 96 está configurada para fixação operacional removível a uma placa de circuito de controle 100 que está operacionalmente acoplada ao motor elétrico 82. Várias baterias 98 conectadas em série podem alimentar o instrumento cirúrgico 10. A fonte de alimentação 90 pode ser substituível e/ou recarregável. Uma tela 43, a qual está situada abaixo da cobertura 45, é acoplada de modo elétrico à placa de circuito de controle 100. A cobertura 45 pode ser removida para expor a tela 43.
[0067] O motor elétrico 82 pode incluir um eixo de acionamento giratório (não mostrado), que, de modo operacional, faz interface com um conjunto redutor de engrenagem 84 montado em engate de acoplamento com um conjunto ou cremalheira, de dentes de acionamento 122 em um membro de acionamento longitudinalmente móvel 120. O membro de acionamento longitudinalmente móvel 120 tem uma cremalheira de dentes de acionamento 122 formada no mesmo para engate de acoplamento com uma engrenagem de acionamento correspondente 86 do conjunto redutor de engrenagem 84.
[0068] Em uso, uma polaridade de tensão fornecida pela fonte de alimentação 90 pode operar o motor elétrico 82 no sentido horário, em que a polaridade de tensão aplicada ao motor elétrico pela bateria pode ser revertida de modo a operar o motor elétrico 82 no sentido anti-horário. Quando o motor elétrico 82 é girado em uma direção, o membro de acionamento longitudinalmente móvel 120 será axialmente ativado na direção distal "DD". Quando o motor elétrico 82 é acionado na direção giratória oposta, o membro de acionamento longitudinalmente móvel 120 será axialmente conduzido na direção proximal "DP". O conjunto de cabo 14 pode incluir uma chave (comutador) que pode ser configurada para reverter a polaridade aplicada ao motor elétrico 82 pela fonte de alimentação 90. O conjunto de cabo 14 pode incluir um sensor configurado para detectar a posição do membro de acionamento longitudinalmente móvel 120 e/ou a direção em que o membro de acionamento longitudinalmente móvel 120 está sendo movido.
[0069] O acionamento do motor elétrico 82 pode ser controlado por um gatilho de disparo 130 que é suportado de modo pivotante sobre o conjunto de cabo 14. O gatilho de disparo 130 pode ser pivotado entre uma posição não atuada e uma posição atuada.
[0070] Retornando para a Figura 1, o conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 inclui um atuador de extremidade 300 que compreende uma canaleta alongada 302 configurada para suportar operacionalmente no seu interior um cartucho de grampos cirúrgicos 304. O atuador de extremidade 300 pode incluir uma bigorna 306 que é sustentada de modo pivotante em relação à canaleta alongada 302. O conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 pode incluir uma junta de articulação 270. A construção e a operação do atuador de extremidade 300 e da junta articulação 270 são apresentadas na publicação de pedido de patente US n° 2014/0263541, intitulada ARTICULATABLE SURGICAL INSTRUMENT COMPRISING AN ARTICULATION LOCK, a qual está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade. O conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 pode inclui um compartimento ou bocal proximal 201 compreendido de porções de bocal 202, 203. O conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 pode incluir um tubo de fechamento 260 que se estende ao longo de um eixo geométrico do eixo de acionamento SA que pode ser usado para fechar e/ou abrir a bigorna 306 do atuador de extremidade 300.
[0071] Voltando para a Figura 1, o tubo de fechamento 260 é transladado distalmente (direção "DD") para fechar a bigorna 306, por exemplo, em resposta à atuação do gatilho de fechamento 32 na maneira descrita na referência anteriormente mencionada da publicação de pedido de patente n° 2014/0263541. A bigorna 306 é aberta mediante a translação proximal do tubo de fechamento 260. Na posição aberta da bigorna, o tubo de fechamento 260 do eixo de acionamento é movido para sua posição proximal.
[0072] A Figura 3 é uma outra vista do conjunto explodida de porções do conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200, de acordo com um ou mais aspectos da presente revelação. O conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 pode incluir um membro de disparo 220 sustentado para realizar um deslocamento axial no interior da coluna central 210. O membro de disparo 220 inclui um de eixo de acionamento de disparo intermediário 222 configurado para se conectar a uma porção de corte distal ou barra de corte 280. O membro de disparo 220 pode ser chamado de um "segundo eixo de acionamento" ou um "segundo conjunto de eixo de acionamento". O eixo de acionamento de disparo intermediário 222 pode incluir uma fenda longitudinal 223 em sua extremidade configurada para receber uma aba 284 na extremidade proximal 282 da barra de corte 280. A fenda longitudinal 223 e a extremidade proximal 282 podem ser configuradas para permitir o movimento relativo entre as mesmas e podem compreender uma junta deslizante 286. A junta deslizante 286 pode permitir que o eixo de acionamento de disparo intermediário 222 do membro de disparo 220 articule o atuador de extremidade 300 em torno da junta de articulação 270 sem mover, ou ao menos sem mover substancialmente, a barra de corte 280. Quando o atuador de extremidade 300 tiver sido adequadamente orientado, o eixo de acionamento de disparo intermediário 222 pode ser avançado distalmente até uma parede lateral proximal da fenda longitudinal 223 entrar em contato com a aba 284 para avançar a barra de corte 280 e disparar um cartucho de grampos posicionado no interior da canaleta 302. O dorso 210 tem uma abertura ou janela alongada 213 em seu interior para facilitar a montagem e a inserção do eixo de acionamento de disparo intermediário 222 no interior do dorso 210. Quando o eixo de acionamento de disparo intermediário 222 tiver sido inserido no mesmo, um segmento superior da estrutura 215 pode ser engatado na estrutura do eixo de acionamento 212 para encerrar em si o eixo de acionamento de disparo intermediário 222 e a barra de corte 280. A operação do membro de disparo 220 pode ser vista na publicação de pedido de patente US n° 2014/0263541. A coluna central 210 pode ser configurada para suportar de maneira deslizante um membro de disparo 220 e o tubo de fechamento 260 que se estende ao redor da coluna central 210. A coluna central 210 pode suportar de maneira deslizante um acionador de articulação 230.
[0073] O conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 pode incluir um conjunto de embreagem 400 configurado para acoplar de modo seletivo e liberável o acionador de articulação 230 ao membro de disparo 220. O conjunto de embreagem 400 inclui um anel ou luva de travamento 402 posicionado em torno do membro de disparo 220, em que a luva de travamento 402 pode ser girada entre uma posição engatada, em que a luva de travamento 402 acopla o acionador de articulação 230 ao membro de disparo 220, e uma posição desengatada, em que o acionador de articulação 230 não está acoplado de modo operável ao membro de disparo 220. Quando a luva de travamento 402 está na posição engatada, o movimento distal do membro de disparo 220 pode mover o acionador de articulação 230 em sentido distal e, correspondentemente, o movimento proximal do membro de disparo 220 pode mover o acionador de articulação 230 de maneira proximal. Quando a luva de travamento 402 está na posição desengatada, o movimento do membro de disparo 220 não é transmitido para o acionador de articulação 230 e, como resultado, o membro de disparo 220 pode mover-se independentemente do acionador de articulação 230. O bocal 201 pode ser empregado para engatar e desengatar operacionalmente o sistema de acionamento de articulação com o sistema de acionamento de disparo nas várias formas descritas na publicação de pedido de patente US n° 2014/0263541.
[0074] O conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 pode compreender um conjunto de anel deslizante 600 que pode ser configurado para conduzir energia elétrica ao atuador de extremidade 300 e/ou a partir dele e/ou comunicar sinais ao atuador de extremidade 300 e/ou a partir dele, por exemplo. O conjunto de anel deslizante 600 pode compreender um flange de conector proximal 604 e um flange de conector distal 601 posicionado no interior de uma fenda definida nas porções de bocal 202, 203. O flange do conector proximal 604 pode compreender uma primeira face e o flange do conector distal 601 pode compreender uma segunda face posicionada adjacente e móvel em relação à primeira face. O flange de conector distal 601 pode girar em relação ao flange de conector proximal 604 ao redor do eixo geométrico do eixo de acionamento SA-SA (Figura 1). O flange de conector proximal 604 pode compreender uma pluralidade de condutores concêntricos ou ao menos substancialmente concêntricos 602, definidos na sua primeira face. Um conector 607 pode ser montado sobre o lado proximal do flange de conector distal 601 e pode ter uma pluralidade de contatos, em que cada contato corresponde e está em contato elétrico com um dos condutores 602. Essa disposição permite a rotação relativa entre o flange de conector proximal 604 e o flange de conector distal 601, enquanto o contato elétrico é mantido entre os mesmos. O flange de conector proximal 604 pode incluir um conector elétrico 606 que pode colocar os condutores 602 em comunicação de sinal com uma placa de circuito de eixo de acionamento, por exemplo. Em ao menos um caso, um chicote elétrico que compreende uma pluralidade de condutores pode se estender entre o conector elétrico 606 e a placa de circuito do eixo de acionamento. O conector elétrico 606 pode se estender proximalmente através de uma abertura do conector definida no flange de montagem do chassi. A publicação de pedido de patente US n° 2014/0263551, intitulada "STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM", está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade. A publicação de pedido de patente US n° 2014/0263552, intitulada "STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM", está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade. Detalhes adicionais com relação ao conjunto do anel de deslizamento 600 podem ser encontrados na publicação de pedido de patente US n° 2014/0263541.
[0075] O conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 pode incluir uma porção proximal montada de forma fixável ao conjunto de cabo 14, e uma porção distal que é giratória em torno de um eixo geométrico longitudinal. A porção giratória distal do eixo de acionamento pode ser girada em relação à porção proximal ao redor do conjunto de anel de deslizamento 600. O flange de conector distal 601 do conjunto de anel deslizante 600 pode ser posicionado na porção de eixo de acionamento giratório distal.
[0076] A Figura 4 é uma vista explodida de um aspecto de um atuador de extremidade 300 do instrumento cirúrgico 10 da Figura 1, de acordo com um aspecto desta revelação. O atuador de extremidade 300 pode incluir a bigorna 306 e o cartucho de grampos cirúrgicos 304. A bigorna 306 pode ser acoplada a uma canaleta alongada 302. As aberturas 199 podem ser definidas na canaleta alongada 302 para receber pinos 152 que se estendem a partir da bigorna 306 para permitir que a bigorna 306 gire de uma posição aberta para uma posição fechada em relação à canaleta alongada 302 e cartucho de grampos cirúrgicos 304. Uma barra de disparo 172 é configurada para se transladar longitudinalmente para o interior do atuador de extremidade 300. A barra de disparo 172 pode ser construída em uma seção sólida ou pode incluir um material laminado que compreende, por exemplo, uma pilha de placas de aço. A barra de disparo 172 compreende uma haste com perfil em "I" 178 e um gume cortante 182 em uma extremidade distal do mesmo. Uma extremidade da barra de disparo 172 distalmente projetada pode ser fixada à haste com perfil em I 178 para auxiliar no espaçamento da bigorna 306 a partir de um cartucho de grampos cirúrgicos 304 posicionado na canaleta alongada 302 quando a bigorna 306 está em posição fechada. A haste com perfil em I 178 pode incluir um gume cortante afiado 182, que pode ser usado para separar o tecido, conforme a haste com perfil em I 178 é avançada distalmente pela barra de disparo 172. Em funcionamento, a haste com perfil em I 178 pode, ou disparar, o cartucho de grampos cirúrgicos 304. O cartucho de grampos cirúrgicos 304 pode incluir um corpo de cartucho moldado 194 que mantém uma pluralidade de grampos 191 que repousam sobre os acionadores de grampo 192 no interior das respectivas cavidades de grampos abertas para cima 195. Um deslizador em cunha 190 é acionado distalmente pela haste com perfil em I 178, deslizando sobre uma bandeja do cartucho 196 do cartucho de grampos cirúrgicos 304. O deslizador em cunha 190 desloca para cima, por came, os acionadores de grampo 192, para expelir os grampos 191 em contato de deformação com a bigorna 306, enquanto a borda de corte 182 da haste com perfil em I 178 corta o tecido apertado.
[0077] A haste com perfil em I 178 pode incluir pinos superiores 180 que engatam a bigorna 306 durante o disparo. A haste com perfil em I 178 pode incluir pinos intermediários 184 e uma base ("bottom foot") 186 para engatar porções do corpo do cartucho 194, da bandeja do cartucho 196 e da canaleta alongada 302. Quando um cartucho de grampos cirúrgicos 304 está posicionado no interior da canaleta alongada 302, uma fenda 193 definida no corpo de cartucho 194 pode ser alinhada com uma fenda longitudinal 197 definida na bandeja do cartucho 196 e uma fenda 189 definida na canaleta alongada 302. Em uso, a haste com perfil em I 178 pode deslizar através das fendas longitudinais alinhadas 193, 197 e 189, em que, como indicado na Figura 4, a base 186 da haste com perfil em I 178 pode engatar um sulco posicionado ao longo da superfície inferior da canaleta alongada 302 ao longo do comprimento da fenda 189, os pinos médios 184 podem engatar as superfícies superiores da bandeja de cartucho 196 ao longo do comprimento da fenda longitudinal 197, e os pinos superiores 180 podem engatar a bigorna 306. A haste com perfil em I 178 pode espaçar ou limitar o movimento relativo entre a bigorna 306 e o cartucho de grampos cirúrgicos 304, conforme a barra de disparo 172 é avançada distalmente de forma a disparar os grampos do cartucho de grampos cirúrgicos 304 e/ou fazer uma incisão no tecido capturado entre a bigorna 306 e o cartucho de grampos cirúrgicos 304. A barra de disparo 172 e a haste com perfil em I 178 podem ser retraídas proximalmente permitindo que a bigorna 306 seja aberta para liberar as duas porções de tecido grampeadas e cortadas.
[0078] As Figuras 5A e 5B mostram um diagrama de blocos de um circuito de controle 700 do instrumento cirúrgico 10 de Figura 1 que abrange duas folhas de desenho, de acordo com um aspecto da presente revelação. Com referência principalmente às Figuras 6A a 6B, um conjunto de cabo 702 pode incluir um motor 714, que pode ser controlado por um acionador do motor 715 e pode ser empregado pelo sistema de disparo do instrumento cirúrgico 10. Em várias formas, o motor 714 pode ser um motor de acionamento de corrente contínua (CC) com escovas com uma velocidade de rotação máxima de aproximadamente 25.000 RPM. Em outras disposições, o motor 714 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 715 pode compreender um acionador de ponte H que compreende transístores de efeito de campo (FETs) 719, por exemplo. O motor 714 pode ser alimentado pelo conjunto de alimentação 706 montado de modo liberável ao conjunto de cabo 200 para fornecer energia de controle ao instrumento cirúrgico 10. O conjunto de alimentação 706 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 cirúrgico 10. Em determinadas circunstâncias, as células de bateria do conjunto de alimentação 706 podem ser substituíveis e/ou recarregáveis. Em pelo menos um exemplo, as células de bateria podem ser baterias de íon de lítio, as quais podem ser acopláveis de modo separável ao conjunto de alimentação 706.
[0079] O conjunto de eixo de acionamento 704 pode incluir um controlador do conjunto de eixo de acionamento 722 que pode se comunicar com um controlador de segurança e um controlador de gerenciamento de energia 716 através de uma interface, enquanto o conjunto de eixo de acionamento 704 e o conjunto de alimentação 706 são acoplados ao conjunto de cabo 702. Por exemplo, a interface pode compreender uma primeira porção de interface 725 que pode incluir um ou mais conectores elétricos para engate de acoplamento com conectores elétricos de conjunto de eixo de acionamento correspondentes e uma segunda porção de interface 727 que pode incluir um ou mais conectores para engate de acoplamento com os conectores elétricos do conjunto de energia correspondentes para possibilitar a comunicação elétrica entre o controlador do conjunto de eixo de acionamento 722 e o controlador de gerenciamento de energia 716 enquanto o conjunto de eixo de acionamento 704 e o conjunto de alimentação 706 são acoplados ao conjunto de cabo 702. Um ou mais sinais de comunicação podem ser transmitidos através da interface para comunicar um ou mais dos requisitos de energia do conjunto de eixo de acionamento intercambiável fixado 704 ao controlador de gerenciamento de energia 716. Em resposta, o controlador de gerenciamento de energia pode modular a saída de energia da bateria do conjunto de alimentação 706, conforme descrito abaixo com mais detalhes, de acordo com as exigências de energia do conjunto de eixo de acionamento fixado 704. Os conectores podem compreender chaves (comutadores) que podem ser ativadas após o engate por acoplamento mecânico do conjunto de cabo 702 ao conjunto de eixo de acionamento 704 e/ou ao conjunto de energia 706 para permitir a comunicação elétrica entre o controlador de conjunto de eixo acionamento 722 e o controlador de gerenciamento de energia 716.
[0080] A interface pode facilitar a transmissão do um ou mais sinais de comunicação entre o controlador de gerenciamento de energia 716 e o controlador do conjunto de eixo de acionamento 722 mediante o roteamento destes sinais de comunicação através de um controlador principal 717 situado no conjunto de cabo 702, por exemplo. Em outras circunstâncias, a interface pode facilitar uma linha de comunicação direta entre o controlador de gerenciamento de energia 716 e o controlador do conjunto de eixo de acionamento 722 através do conjunto de cabo 702, enquanto o conjunto de eixo de acionamento 704 e o conjunto de alimentação 706 estão acoplados ao conjunto de cabo 702.
[0081] O controlador principal 717 pode ser qualquer processador de núcleo único ou de múltiplos núcleos, tais como aqueles conhecidos sob o nome comercial de ARM Cortex pela Texas Instruments. Em um aspecto, o controlador principal 717 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.
[0082] O controlador de segurança pode ser uma plataforma de controlador de segurança que compreende duas famílias baseadas em controladores, 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.
[0083] O conjunto de alimentação 706 pode incluir um circuito de gerenciamento de energia que pode compreender o controlador de gerenciamento de energia 716, um modulador de energia 738 e um circuito sensor de corrente 736. O circuito de gerenciamento de energia pode ser configurado para modular a energia de saída da bateria com base nas necessidades de energia do conjunto de eixo de acionamento 704, enquanto o conjunto de eixo de acionamento 704 e o conjunto de alimentação 706 são acoplados ao conjunto de cabo 702. O controlador de gerenciamento de energia 716 pode ser programado para controlar o modulador de energia 738 da saída de energia do conjunto de alimentação 706 e o circuito sensor de corrente 736 pode ser empregado para monitorar a saída de energia do conjunto de alimentação 706 para fornecer realimentação ao controlador de gerenciamento de energia 716 sobre a saída de energia da bateria para que o controlador de gerenciamento de energia 716 possa ajustar a saída de energia do conjunto de alimentação 706 para manter uma saída desejada. O controlador de gerenciamento de energia 716 e/ou o controlador do conjunto de eixo de acionamento 722 podem compreender, cada um, um ou mais processadores e/ou unidades de memória que podem armazenar vários módulos de software.
[0084] O instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4) pode compreender um dispositivo de saída 742 que pode incluir dispositivos para fornecer uma realimentação sensorial a um usuário. Esses dispositivos podem compreender, por exemplo, dispositivos de retroinformação visual (por exemplo, um monitor com tela de LCD, indicadores em LED), dispositivos de retroinformação auditiva (por exemplo, um alto-falante, uma campainha) ou dispositivos de retroinformação tátil (por exemplo, atuadores hápticos). Em determinadas circunstâncias, o dispositivo de saída 742 pode compreender uma tela 743 que pode estar incluída no conjunto de cabo 702. O controlador de conjunto de eixo de acionamento 722 e/ou o controlador de gerenciamento de energia 716 podem fornecer retroinformação a um usuário do instrumento cirúrgico 2000 através do dispositivo de saída 742. A interface pode ser configurada para conectar o controlador do conjunto de eixo de acionamento 722 e/ou o controlador de gerenciamento de energia 716 ao dispositivo de saída 742. O dispositivo de saída 742 pode, em vez disso, ser integrado com o conjunto de alimentação 706. Nestas circunstâncias, a comunicação entre o dispositivo de saída 742 e o controlador do conjunto de eixo de acionamento 722 pode ser feita através da interface, enquanto o conjunto de eixo de acionamento 704 é acoplado ao conjunto de cabo 702.
[0085] O circuito de controle 700 compreende segmentos de circuito configurados para controlar as operações do instrumento cirúrgico energizado 10. Um segmento de controlador de segurança (segmento 1) compreende um controlador de segurança e o segmento de controlador principal 717 (segmento 2). O controlador de segurança e/ou o controlador principal 717 são configurados para interagir com um ou mais segmentos de circuito adicionais como um segmento de aceleração, um segmento de exibição, um segmento de eixo de acionamento, um segmento de codificador, um segmento de motor, e um segmento de alimentação. Cada um dos segmentos de circuito pode ser acoplado ao controlador de segurança e/ou ao controlador principal 717. O controlador principal 717 é também acoplado a uma memória flash. O controlador principal 717 também compreende uma interface de comunicação serial. O controlador principal 717 compreende uma pluralidade de entradas acopladas, por exemplo, a um ou mais segmentos de circuito, uma bateria, e/ou uma pluralidade de chaves (comutadores). O circuito segmentado pode ser implementado por qualquer circuito adequado, como, por exemplo, um conjunto de placa de circuito impresso (PCBA) dentro do instrumento cirúrgico energizado 10. Deve-se compreender que o termo processador, conforme usado aqui, inclui qualquer microprocessador, processador, controlador, controladores ou outro dispositivo de computação básico que incorpora as funções de uma unidade de processamento central do computador (CPU) em um circuito integrado ou no máximo alguns circuitos integrados. O controlador principal 717 é um dispositivo programável multiuso que aceita dados digitais como entrada, processa-os de acordo com as instruções armazenadas em sua memória, e fornece resultados como saída. Este é um exemplo de lógica digital sequencial, já que ele tem memória interna. O circuito de controle 700 pode ser configurado para implementar um ou mais dos processos aqui descritos.
[0086] O segmento de aceleração (segmento 3) compreende um acelerômetro. O acelerômetro é configurado para detectar o movimento ou a aceleração do instrumento cirúrgico energizado 10. A entrada a partir do acelerômetro pode ser usada para fazer a transição para e a partir de um modo de suspensão, identificar a orientação do instrumento cirúrgico energizado, e/ou identificar quando o instrumento cirúrgico for deixado cair. Em alguns exemplos, o segmento de aceleração é acoplado ao controlador de segurança e/ou ao controlador principal 717.
[0087] O segmento de tela ou exibição (segmento 4) compreende um conector da tela acoplado ao controlador principal 717. O conector da tela acopla o controlador primário 717 a uma tela através de um ou mais acionadores dos circuitos integrados da tela. Os acionadores dos circuitos integrados da tela podem estar integrados com a tela e/ou podem estar situados separadamente da tela. A tela pode compreender qualquer tela adequada, como, por exemplo, uma tela de diodos emissores de luz orgânicos (OLED), uma tela de cristal líquido (LCD), e/ou qualquer outra tela adequada. Em alguns exemplos, o segmento de tela é acoplado ao controlador de segurança.
[0088] O segmento de eixo de acionamento (segmento 5) compreende controles para um conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 (Figuras 1 e 3) acoplados ao instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4) e/ou um ou mais controles para um atuador de extremidade 300 acoplado ao conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200. O segmento de eixo de acionamento compreende um conector do eixo de acionamento configurado para acoplar o controlador principal 717 a um PCBA de eixo de acionamento. O PCBA de eixo de acionamento compreende um microprocessador de baixa potência com uma memória de acesso aleatório ferroelétrico (FRAM), uma chave de articulação, uma chave de efeito Hall de liberação de eixo de acionamento, e uma memória EEPROM de PCBA do eixo de acionamento. A memória EEPROM de PCBA do eixo de acionamento compreende um ou mais parâmetros, rotinas, e/ou programas específicos para o conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 e/ou para o PCBA do eixo de acionamento. O PCBA do eixo de acionamento pode ser acoplado ao conjunto do eixo de acionamento intercambiável 200 e/ou pode ser integral com o instrumento cirúrgico 10. Em alguns exemplos, o segmento de eixo de acionamento compreende um segundo EEPROM do eixo de acionamento. O segundo EEPROM do eixo de acionamento compreende uma pluralidade de algoritmos, rotinas, parâmetros, e/ou outros dados que correspondem a um ou mais conjuntos de eixos de acionamento 200 e/ou atuadores de extremidade 300 que podem fazer interface com o instrumento cirúrgico energizado 10.
[0089] O segmento de codificador de posição (segmento 6) compreende um ou mais codificadores magnéticos da posição do ângulo de rotação. Um ou mais codificadores magnéticos da posição do ângulo de rotação são configurados para identificar a posição rotacional do motor 714, um conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 (Figuras 1 e 3) e/ou um atuador de extremidade 300 do instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4). Em alguns exemplos, os codificadores magnéticos da posição do ângulo de rotação podem ser acoplados ao controlador de segurança e/ou ao controlador principal 717.
[0090] O segmento de circuito do motor (segmento 7) compreende um motor 714 configurado para controlar os movimentos do instrumento cirúrgico energizado 10 (Figuras 1 a 4). O motor 714 é acoplado ao processador do microcontrolador principal 717 por um acionador de ponte H que compreende um ou mais transístores de efeito de campo de ponte H (FETs) e um controlador de motor. O acionador de ponte H é também acoplado ao controlador de segurança. Um sensor de corrente do motor é acoplado em série com o motor para medir a drenagem de corrente do motor. O sensor de corrente do motor está em comunicação de sinal com o controlador principal 717 e/ou com o processador de segurança. Em alguns exemplos, o motor 714 é acoplado a um filtro de interferência eletromagnética (IEM) do motor.
[0091] O controlador do motor controla um primeiro sinalizador do motor e um segundo sinalizador do motor para indicar o estado e a posição do motor 714 ao controlador principal 717. O controlador principal 717 fornece um sinal alto de modulação por largura de pulso (PWM), um sinal baixo de PWM, um sinal de direção, um sinal de sincronização, e um sinal de reinicialização do motor ao controlador do motor através de um buffer. O segmento de alimentação é configurado para fornecer uma tensão de segmento a cada um dos segmentos de circuito.
[0092] O segmento de energia (segmento 8) compreende uma bateria acoplada ao controlador de segurança, o controlador principal 717, e segmentos de circuito adicionais. A bateria é acoplada ao circuito segmentado por um conector da bateria e um sensor de corrente. O sensor de corrente é configurado para medir a drenagem de corrente total do circuito segmentado. Em alguns exemplos, um ou mais conversores de tensão são configurados para fornecer valores de tensão predeterminados a um ou mais segmentos de circuito. Por exemplo, em alguns exemplos, o circuito segmentado pode compreender conversores de tensão de 3,3 V e/ou conversores de tensão de 5 V. Um conversor de amplificação de tensão é configurado para fornecer uma elevação da tensão até uma quantidade predeterminada, como, por exemplo, até 13 V. O conversor de amplificação de tensão é configurado para fornecer tensão e/ou corrente adicional durante as operações que exigem muita energia e evitar apagão ou condições de baixo fornecimento de energia.
[0093] Uma pluralidade de chaves é acoplada ao controlador de segurança e/ou ao controlador principal 717. As chaves podem ser configuradas para controlar as operações do instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4), do circuito segmentado, e/ou indicar um estado do instrumento cirúrgico 10. Uma chave da porta de ejeção e uma chave de efeito Hall para ejeção são configuradas para indicar o estado de uma porta de ejeção. Uma pluralidade de chaves de articulação, como, por exemplo, uma chave do lado esquerdo de articulação para o lado esquerdo, uma chave do lado direito de articulação para o lado esquerdo, uma chave central de articulação para o lado esquerdo, uma chave do lado esquerdo de articulação para o lado direito, uma do lado direito de articulação para o lado direito, e uma chave central de articulação para o lado direito são configuradas para controlar a articulação de um conjunto de eixo de acionamento intercambiável 200 (Figuras 1 e 3) e/ou o atuador de extremidade 300 (Figuras 1 e 4). Uma chave reversa do lado esquerdo e uma chave reversa do lado direito são acopladas ao controlador principal 717. As chaves do lado esquerdo que compreendem a chave do lado esquerdo de articulação para o lado esquerdo, a chave do lado direito de articulação para o lado esquerdo, a chave central de articulação para o lado esquerdo e a chave reversa do lado esquerdo são acopladas ao controlador primário 717 por um conector de flexão à esquerda. As chaves do lado direito que compreendem a chave do lado esquerdo de articulação para o lado direito, a chave do lado direito de articulação para o lado direito, a chave central de articulação para o lado direito, e a chave reversa do lado direito são acopladas ao controlador principal 717 por um conector de flexão à direita. Uma chave de disparo, uma chave de liberação de aperto, e uma chave engatada ao eixo de acionamento são acopladas ao controlador principal 717.
[0094] Quaisquer chaves mecânicas, eletromecânicas, ou de estado sólido adequadas, podem ser empregadas para implementar a pluralidade de chaves, em qualquer combinação. Por exemplo, as chaves podem limitar as chaves operadas pelo movimento de componentes associados ao instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4) ou à presença de um objeto. Estas chaves podem ser usadas para controlar várias funções associadas ao instrumento cirúrgico 10. Uma chave de limite é um dispositivo eletromecânico que consiste em um atuador ligado mecanicamente a um conjunto de contatos. Quando um objeto entra em contato com o atuador, o dispositivo opera os contatos para fazer ou romper uma conexão elétrica. As chaves de limite são usadas em uma variedade de aplicações e ambientes por causa de sua robustez, facilidade de instalação e confiabilidade de funcionamento. Elas podem determinar a presença ou ausência, passagem, posicionamento e final de deslocamento de um objeto. Em outras implementações, as chaves podem ser chaves de estado sólido que funcionam sob a influência de um campo magnético como dispositivos de efeito Hall, dispositivos magnetorresistivos (MR), dispositivos magnetorresistivos gigantes (GMR), magnetômetros, dentre outros. Em outras implementações, as chaves podem ser chaves de estado sólido que operam sob a influência da luz, como sensores ópticos, sensores de infravermelho, sensores ultravioletas, dentre outros. Além disso, as chaves podem ser dispositivos de estado sólido como transístores (por exemplo, FET, FET de junção, FET semicondutor de óxido metálico (MOSFET), bipolares, e similares). Outras chaves podem incluir chaves sem fio, chaves ultrassônicas, acelerômetros, sensores de inércia, dentre outros.
[0095] A Figura 6 é um outro diagrama de blocos do circuito de controle 700 do instrumento cirúrgico da Figura 1 que ilustra as interfaces entre o conjunto de cabo 702 e o conjunto de alimentação 706 e entre o conjunto de cabo 702 e o conjunto de eixo de acionamento intercambiável 704, de acordo com um aspecto da presente revelação. O conjunto de cabo 702 pode compreender um controlador principal 717, um conector do conjunto de eixo de acionamento 726 e um conector do conjunto de alimentação 730. O conjunto de alimentação 706 pode incluir um conector do conjunto de alimentação 732, um circuito de gerenciamento de energia 734 que pode compreender o controlador de gerenciamento de energia 716, um modulador de energia 738, e um circuito sensor de corrente 736. Os conectores do conjunto de eixo de acionamento 730, 732 formam uma interface 727. O circuito de gerenciamento de energia 734 pode ser configurado para modular a energia de saída da bateria 707 com base nas necessidades de energia do conjunto de eixo de acionamento intercambiável 704 enquanto o conjunto de eixo de acionamento intercambiável 704 e o conjunto de alimentação 706 são acoplados ao conjunto de cabo 702. O controlador de gerenciamento de energia 716 pode ser programado para controlar o modulador de energia 738 da saída de energia do conjunto de alimentação 706 e o circuito sensor de corrente 736 pode ser empregado para monitorar a saída de energia do conjunto de alimentação 706 para fornecer retroinformação ao controlador de gerenciamento de energia 716 sobre a saída de energia da bateria 707 para que o controlador de gerenciamento de energia 716 possa ajustar a saída de energia do conjunto de alimentação 706 para manter uma saída desejada. O conjunto de eixo de acionamento 704 compreende um processador de eixo de acionamento 719 acoplado a uma memória não volátil 721 e um conector de conjunto de eixo de acionamento 728 para acoplar eletricamente o conjunto de eixo de acionamento 704 ao conjunto de cabo 702. Os conectores do conjunto de eixo de acionamento 726, 728 formam uma interface 725. O controlador principal 717, o processador de eixo de acionamento 719 e/ou o controlador de gerenciamento de energia 716 podem ser configurados para implementar um ou mais dos processos aqui descritos.
[0096] O instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4) pode compreender um dispositivo de saída 742 para uma retroinformação sensorial a um usuário. Esses dispositivos podem compreender dispositivos de retroinformação visual (por exemplo, um monitor com tela de LCD, indicadores em LED), dispositivos de retroinformação auditiva (por exemplo, um alto-falante, uma campainha) ou dispositivos de retroinformação tátil (por exemplo, atuadores hápticos). Em determinadas circunstâncias, o dispositivo de saída 742 pode compreender uma tela 743 que pode estar incluída no conjunto de cabo 702. O controlador de conjunto de eixo de acionamento 722 e/ou o controlador de gerenciamento de energia 716 podem fornecer retroinformação a um usuário do instrumento cirúrgico 10 através do dispositivo de saída 742. A interface 727 pode ser configurada para conectar o controlador de conjunto de eixo de acionamento 722 e/ou o controlador de gerenciamento de energia 716 ao dispositivo de saída 742. O dispositivo de saída 742 pode ser integrado com o conjunto de alimentação 706. A comunicação entre o dispositivo de saída 742 e o controlador do conjunto de eixo de acionamento 722 pode ser feita através da interface 725 enquanto o conjunto de eixo de acionamento intercambiável 704 é acoplado ao conjunto de cabo 702. Tendo descrito um circuito de controle 700 (Figuras 5A a 5B e 6) para controlar a operação do instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4), a revelação se volta agora para várias configurações do instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4) e ao circuito de controle 700.
[0097] A Figura 7 ilustra um circuito de controle 800 configurado para controlar aspectos do instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4), de acordo com um aspecto da presente revelação. O circuito de controle 800 pode ser configurado para implementar vários processos descritos no presente documento. O circuito de controle 800 pode compreender um controlador que compreende um ou mais processadores 802 (por exemplo, microprocessador, microcontrolador) acoplado a ao menos um circuito de memória 804. O circuito de memória 804 armazena instruções executáveis em máquina que, quando executadas pelo processador 802, fazem com que o processador 802 execute instruções de máquina para implementar vários dos processos aqui descritos. O processador 802 pode ser qualquer um dentre vários processadores de núcleo simples ou processadores de múltiplos núcleos conhecidos na técnica. O circuito de memória 804 pode compreender mídia de armazenamento volátil e não volátil. O processador 802 pode incluir uma unidade de processamento de instruções 806 e uma unidade aritmética 808. A unidade de processamento de instruções pode ser configurada para receber instruções a partir do circuito de memória 804.
[0098] A Figura 8 ilustra um circuito lógico combinacional 810 configurado para controlar aspectos do instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4), de acordo com um aspecto da presente revelação. O circuito lógico combinacional 810 pode ser configurado para implementar vários processos descritos no presente documento. O circuito 810 pode compreender uma máquina de estado finito que compreende um circuito lógico combinacional 812 configurado para receber dados associados ao instrumento cirúrgico 10 em uma entrada 814, processar os dados pela lógica combinacional 812 e fornecer uma saída 816.
[0099] A Figura 9 ilustra um circuito lógico sequencial 820 configurado para controlar aspectos do instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4), de acordo com um aspecto da presente revelação. O circuito lógico sequencial 820 ou o circuito lógico combinacional 822 pode ser configurado para implementar o processo aqui descrito. O circuito 820 pode compreender uma máquina de estados finitos. O circuito lógico sequencial 820 pode compreender um circuito lógico combinacional 822, ao menos um circuito de memória 824, um relógio 829 e, por exemplo. O ao menos um circuito de memória 820 pode armazenar um estado da corrente da máquina de estados finitos. Em certos casos, o circuito lógico sequencial 820 pode ser síncrono ou assíncrono. O circuito lógico combinacional 822 é configurado para receber os dados associados ao instrumento cirúrgico 10, uma entrada 826, processar os dados pelo circuito lógico combinacional 822, e fornecer uma saída 828. Em outros aspectos, o circuito pode compreender uma combinação de o processador 802 e a máquina de estados finitos para implementar vários processos da presente invenção. Em outros aspectos, a máquina de estados finitos pode compreender uma combinação do circuito lógico combinacional 810 e do circuito lógico sequencial 820.
[00100] Os aspectos podem ser implementados sob a forma de um artigo de manufatura. O artigo de manufatura pode incluir uma mídia de armazenamento legível por computador disposto de modo a armazenar lógica, instruções e/ou dados para a execução de várias operações de um ou mais aspectos. Por exemplo, o artigo de manufatura pode compreender um disco magnético, um disco óptico, memória flash ou firmware contendo instruções do programa de computador adequadas para execução por um processador de uso geral ou processador específico para a aplicação.
[00101] A Figura 10 é um diagrama de um sistema de posicionamento absoluto 1100 do instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4), em que o sistema de posicionamento absoluto 1100 compreende uma disposição de circuito de acionamento controlado do motor que compreende uma disposição de sensor 1102, de acordo com um aspecto da presente revelação. O sensor de posição 1102 para um sistema de posicionamento absoluto 1100 fornece um sinal de posição único que corresponde à localização de um membro de deslocamento 1111. De volta para as Figuras 2 a 4, em um aspecto, o membro de deslocamento 1111 representa um membro de acionamento móvel de modo longitudinal 120 (Figura 2) que compreende uma cremalheira de dentes de acionamento 122 para engate de acoplamento com uma engrenagem de acionamento 86 correspondente do conjunto redutor de engrenagem 84. Em outros aspectos, o membro de deslocamento 1111 representa o membro de disparo 220 (Figura 3), o qual pode ser adaptado e configurado para incluir uma cremalheira de dentes de acionamento. Em ainda um outro aspecto, o membro de deslocamento 1111 representa a barra de disparo 172 (Figura 4) ou a haste com perfil em I 178 (Figura. 4), cada uma das quais pode ser adaptada e configurada para incluir uma cremalheira de dentes de acionamento. Consequentemente, como usado na presente invenção, o termo membro de deslocamento é usado genericamente para se referir a qualquer membro móvel do instrumento cirúrgico 10, como o membro de acionamento 120, o membro de disparo 220, a barra de disparo 172, a haste com perfil em I 178, ou qualquer elemento que possa ser deslocado. Em um aspecto, o membro de acionamento longitudinalmente móvel 120 é acoplado ao membro de disparo 220, à barra de disparo 172 e à haste com perfil em I 178. Consequentemente, o sistema de posicionamento absoluto 1100 pode, com efeito, rastrear o deslocamento linear da haste com perfil em I 178 mediante o rastreamento do deslocamento linear do membro de acionamento longitudinalmente móvel 120. Em vários outros aspectos, o membro de deslocamento 1111 pode ser acoplado a qualquer sensor adequado para medir o deslocamento linear. Dessa forma, o membro de acionamento longitudinalmente móvel 120, o membro de disparo 220, a barra de disparo 172, ou a haste com perfil em I 178, ou suas combinações, podem ser acoplados a qualquer sensor de deslocamento linear adequado. Os sensores de deslocamento linear podem incluir sensores de deslocamento de contato ou sem contato. Os 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 magneto móvel e uma série linearmente disposta em sensores de efeito Hall, um sistema de detecção magnético que compreende um magneto 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.
[00102] Um motor elétrico 1120 pode incluir um eixo de acionamento giratório 1116 que, de modo operacional, faz interface com um conjunto de engrenagens 1114 que está montado em engate de acoplamento com um conjunto, ou cremalheira, de dentes de acionamento no membro de deslocamento 1111. Um elemento sensor 1126 pode ser operacionalmente acoplado a um conjunto de engrenagem 1114 de modo que uma única revolução do elemento sensor 1126 corresponda a alguma translação longitudinal linear do membro de deslocamento 1111. Uma disposição de engrenagens e sensores 1118 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 1129 fornece energia para o sistema de posicionamento absoluto 1100 e um indicador de saída 1128 pode mostrar a saída do sistema de posicionamento absoluto 1100. Na Figura 2, o membro de acionamento 1111 representa o membro de acionamento longitudinalmente móvel 120 que compreende uma cremalheira de dentes de acionamento 122 formada na mesma para engate de acoplamento com uma engrenagem de acionamento correspondente 86 do conjunto redutor de engrenagem 84. O membro de deslocamento 1111 representa o membro de disparo longitudinalmente móvel 220, a barra de disparo 172, a haste com perfil em I 178, ou combinações dos mesmos.
[00103] Uma única revolução do elemento sensor 1126 associada ao sensor de posição 1112 é equivalente a um deslocamento linear longitudinal d1 do membro de deslocamento 1111, em que d1 representa a distância linear longitudinal pela qual o membro de deslocamento 1111 se move do ponto "a" ao ponto "b" depois de uma única revolução do elemento sensor 1126 acoplado ao membro de deslocamento 1111. A disposição do sensor 1102 pode ser conectada por meio de uma redução de engrenagem que resulta no sensor de posição 1112 completando uma ou mais revoluções para o curso completo do membro de deslocamento 1111. O sensor de posição 1112 pode completar múltiplas revoluções para o curso completo do membro de deslocamento 1111.
[00104] Uma série de chaves 1122a a 1122n, onde n é um número inteiro maior que um, pode ser empregada sozinha ou em combinação com redução de engrenagem para fornecer um sinal de posição único por mais de uma revolução do sensor de posição 1112. O estado das chaves 1122a a 1122n é alimentado de volta para um controlador 1104 que aplica lógica para determinar um sinal de posição única que corresponde ao deslocamento linear longitudinal dl + d2 + ... dn do membro de acionamento 1111. A saída 1124 do sensor de posição 1112 é fornecida ao controlador 1104. O sensor de posição 1112 da disposição de sensor 1102 pode compreender um sensor magnético, um sensor giratório analógico, como um potenciômetro, uma série de elementos de efeito Hall analógicos, que emitem uma combinação única de posição de sinais ou valores.
[00105] O sistema de posicionamento absoluto 1100 fornece um posicionamento absoluto do membro de deslocamento 1111 com a energização do instrumento sem que seja preciso retrair ou avançar o membro de acionamento 1111 para a posição de reinício (zero ou inicial), como pode ser o caso de codificadores convencionais giratórios que meramente contam o número de passos progressivos ou regressivos que o motor 1120 percorreu para inferir a posição de um atuador dispositivo, barra de acionamento, bisturi, e similares.
[00106] O controlador 1104 pode ser programado para realizar várias funções, como o controle preciso da velocidade e da posição dos sistemas de articulação e bisturi. Em um aspecto, o controlador 1104 inclui um processador 1108 e uma memória 1106. O motor elétrico 1120 pode ser um motor de corrente contínua com escovas com uma caixa de câmbio e conexões mecânicas com um sistema de articulação ou bisturi. Em um aspecto, um acionador de motor 1110 pode ser um A3941 disponível junto à Allegro Microsystems, Inc. Outros acionadores de motor podem ser prontamente substituídos para uso no sistema de posicionamento absoluto 1100. Uma descrição mais detalhada do sistema de posicionamento absoluto 1100 é descrita no pedido de patente US n° 15/130.590, intitulado SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT, depositado em 15 de abril de 2016, cuja revelação está aqui incorporada a título de referência.
[00107] O controlador 1104 pode ser programado para fornecer controle preciso da velocidade e da posição do membro de deslocamento 1111 e dos sistemas de articulação. O controlador 1104 pode ser configurado para computar uma resposta no software do controlador 1104. A resposta computada é comparada a uma resposta medida do sistema real para se obter uma resposta "observada", que é usada para as decisões reais baseadas na realimentação. 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.
[00108] O sistema de posicionamento absoluto 1100 pode compreender e/ou ser programado para implementar um controlador de retroinformação, como um PID, uma realimentação de estado, e um controlador adaptável. Uma fonte de alimentação 1129 converte o sinal do controlador de realimentação em uma entrada física para o sistema, nesse caso a tensão. Outros exemplos incluem uma modulação por largura de pulso (PWM) de tensão, corrente e força. Outros sensores 1118 podem ser fornecidos para mediar os parâmetros físicos do sistema físico além da posição medida pelo sensor de posição 1112. Em um sistema de processamento de sinal digital, um sistema de posicionamento absoluto 1100 é acoplado a um sistema de captura de dados digitais no qual a saída do sistema de posicionamento absoluto 1100 terá uma resolução e frequência de amostragem finitas. O sistema de posicionamento absoluto 1100 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 circuito de controle teórico, que acionam a resposta calculada em direção à resposta medida. A resposta computada do 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 sistema físico. O controlador 1104 pode ser um circuito de controle 700 (Figuras 5A e 5B).
[00109] O acionador de motor 1110 pode ser um A3941, disponível junto à Allegro Microsystems, Inc. O acionador 1110 A3941 é um controlador de ponte inteira para uso com transístores de efeito de campo de óxido de metal semicondutor (MOSFET) de potência externa, de canal N, especificamente projetados para cargas indutivas, como motores de corrente contínua com escovas. O acionador 1110 compreende um regulador de bomba de carga único, 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 excedente 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 de FET do lado de cima ou do lado de baixo. Os FET de potência são protegidos do efeito shoot-through por meio de resistores com tempo morto programável. O diagnóstico integrado fornece indicação de subtensão, sobretemperatura e falhas na ponte de energia, podendo ser configurado para proteger os MOSFETs de potência na maioria das condições de curto-circuito. Outros controladores de motor podem ser prontamente substituídos para uso no sistema de posicionamento absoluto 1100.
[00110] Tendo descrito uma arquitetura geral para implementar aspectos de um sistema de posicionamento absoluto 1100 para uma disposição de sensor 1102, a revelação agora se volta para as Figuras 11 a 12 para uma descrição de um aspecto de uma disposição de sensor 1102 para o sistema de posicionamento absoluto 1100. A Figura 11 é uma vista em perspectiva explodida da disposição de sensor 1102 para o sistema de posicionamento absoluto 1100 que mostra um circuito 1205 e o alinhamento relativo dos elementos da disposição de sensor 1102 de acordo com um aspecto. A disposição de sensor 1102 para um sistema de posicionamento absoluto 1100 compreende um sensor de posição 1200, um elemento sensor de magneto 1202, um suporte de magneto 1204 que dá uma volta a cada curso completo do membro de deslocamento 1111 e um conjunto de engrenagens 1206 para fornecer uma redução de engrenagens. Com breve referência à Figura 2, o membro de deslocamento 1111 pode representar o membro de acionamento móvel de modo longitudinal 120 que compreende uma cremalheira de dentes de acionamento 122 para engate de acoplamento com uma engrenagem de acionamento correspondente 86 do conjunto redutor de engrenagem 84. Voltando para a Figura 11, é fornecido um elemento estrutural, tal como um bráquete 1216, para suportar o conjunto de engrenagens 1206, o suporte de magneto 1204 e o magneto 1202. O sensor de posição 1200 compreende um ou mais elementos magnéticos de detecção, como elementos de efeito Hall, e está posicionado próximo ao magneto 1202. Conforme o magneto 1202 gira, os elementos magnéticos de detecção do sensor de posição 1200 determinam a posição angular absoluta do magneto 1202 durante uma revolução.
[00111] A disposição de sensor 1102 pode compreender qualquer número de elementos de detecção magnética, como, por exemplo, sensores magnéticos classificados de acordo sua capacidade de medir 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 magnetostritivos/piezoeléctricos, magnetodiodo, transistor magnético, fibra óptica, magneto-óptica e sensores magnéticos baseados em sistemas microeletromecânicos, dentre outros.
[00112] Um conjunto de engrenagens compreende uma primeira engrenagem 1208 e uma segunda engrenagem 1210 em engate de acoplamento para fornecer uma conexão com uma relação de engrenagens de 3:1. Uma terceira engrenagem 1212 gira ao redor de um eixo de acionamento 1214. A terceira engrenagem 1212 está engrenada em acoplamento com o membro de acionamento 1111 (ou 120 conforme mostrado na Figura 2) e gira em uma primeira direção, à medida que o elemento de acionamento 1111 avança em uma direção distal D e gira em uma segunda direção à medida que o membro de acionamento 1111 se retrai em uma direção proximal P. A segunda engrenagem 1210 também gira em torno do eixo de acionamento 1214 e, portanto, a rotação da segunda engrenagem 1210 em torno do eixo de acionamento 1214 corresponde à translação longitudinal do membro de acionamento 1111. Dessa forma, um curso completo do membro de acionamento 1111, seja na direção distal, seja na proximal, D, P, corresponde a três rotações da segunda engrenagem 1210 e a uma única rotação da primeira engrenagem 1208. Como o suporte de magneto 1204 está acoplado à primeira engrenagem 1208, o suporte de magneto 1204 completa uma rotação com cada curso completo do membro de acionamento 1111.
[00113] O sensor de posição 1200 é sustentado por um suporte de sensor de posição 1218, definindo uma abertura 1220 adequada para conter o sensor de posição 1200 em alinhamento preciso com um magneto 1202 girando abaixo no interior do suporte de magneto 1204. O acessório é acoplado ao bráquete 1216 e ao circuito 1205 e permanece estacionário enquanto o magneto 1202 gira com o suporte de magneto 1204. É fornecido um ponto central 1222 que se acopla à primeira engrenagem 1208 e ao suporte magnético 1204. A segunda engrenagem 1210 e a terceira engrenagem 1212 acopladas ao eixo 1214 também são mostradas.
[00114] A Figura 12 é um diagrama de um sensor de posição 1200 para um sistema de posicionamento absoluto 1100, que compreende um sistema de posicionamento absoluto magnético giratório, de acordo com um aspecto da presente invenção. O sensor de posição 1200 pode ser implementado como um sensor de posição giratório magnético de circuito integrado único AS5055EQFT disponível junto à Austria Microsystems, AG. O sensor de posição 1200 está em interface com o controlador 1104 para fornecer um sistema de posicionamento absoluto 1100. O sensor de posição 1200 é um componente de baixa tensão e baixa potência e inclui quatro elementos de efeito Hall 1228A, 1228B, 1228C, 1228D em uma área 1230 do sensor de posição 1200 que está localizada acima do magneto 1202 (Figuras 15 e 16). Um ADC de alta resolução 1232 e um controlador inteligente de gerenciamento de potência 1238 são também fornecidos no circuito integrado. Um processador CORDIC 1236 (acrônimo de COordinate Rotation DIgital Computer), também conhecido como 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 angular, bits de alarme e informações de campo magnético são transmitidos através de uma interface de comunicação serial padrão, como uma interface SPI 1234 para o controlador 1104. O sensor de posição 1200 fornece 12 ou 14 bits de resolução. O sensor de posição 1200 pode ser um circuito integrado AS5055 fornecido em um pequeno pacote QFN de 16 pinos cuja medida corresponde a 4 x 4 x 0,85 mm.
[00115] Os elementos de efeito Hall 1228A, 1228B, 1228C, 1228D estão localizados diretamente acima do magneto giratório 1202 (Figura 11). O efeito Hall é um efeito bem conhecido e por conveniência não será descrito em detalhes na presente invenção, no entanto, em geral, o efeito Hall produz uma diferença de tensão (a tensão de Hall) através de um condutor elétrico transversal a uma corrente elétrica no condutor e um campo magnético perpendicular à corrente. O coeficiente de Hall é definido como a razão entre o campo elétrico induzido e o produto da densidade de corrente pelo campo magnético aplicado. É uma característica do material a partir do qual o condutor é feito, pois seu valor depende do tipo, do número e das propriedades dos portadores de carga que constituem a corrente. No sensor de posição AS5055 1200, os elementos de efeito Hall 1228A, 1228B, 1228C, 1228D são capazes de produzir um sinal de tensão indicativo do posicionamento absoluto do magneto 1202 em termos do ângulo em relação a uma única revolução do magneto 1202. Esse valor do ângulo, o qual é um sinal de posição único, é calculado pelo processador CORDIC 1236 e é armazenado integrado no sensor de posição AS5055 1200 em um registro ou em uma memória. O valor do ângulo que é indicativo da posição do magneto 1202 durante uma revolução é fornecido ao controlador 1104 em uma variedade de técnicas, por exemplo, ao energizar ou mediante demanda do controlador 1104.
[00116] O sensor de posição AS5055 1200 exige apenas alguns componentes externos para operar quando conectado ao controlador 1104. São necessários seis fios para uma aplicação simples que usa uma única fonte de alimentação: dois fios para alimentação e quatro fios 1240 para a interface SPI 1234 com o controlador 1104. Pode ser adicionada uma sétima conexão de modo a enviar um sinal de interrupção ao controlador 1104 para informar que pode ser lido um novo ângulo válido. Ao energizar, o sensor de posição AS5055 1200 realiza uma sequência completa de energização que inclui uma medição de ângulo. A conclusão desse ciclo é indicada como uma saída INT 1242, e o valor do ângulo é armazenado em um registro interno. Uma vez configurada essa saída, o sensor de posição AS5055 1200 suspende para o modo suspenso. O controlador 1104 pode responder à solicitação INT na saída INT 1242 através da leitura do valor do ângulo a partir do sensor de posição AS5055 1200 através da interface SPI 1234. Uma vez que o valor do ângulo seja lido pelo controlador 1104, a saída INT 1242 é liberada novamente. Enviar um comando "ler ângulo" pela interface SPI 1234 por meio do controlador 1104 para o sensor de posição 1200 também energiza automaticamente o circuito integrado e inicia outra medição de ângulo. Assim que o controlador 1104 concluir a leitura do valor do ângulo, a saída INT 1242 é liberada e um novo resultado é armazenado no registro de ângulos. O término dessa medição de ângulo é indicado novamente pela configuração da saída INT 1242 e pela sinalizador correspondente no registro de estados.
[00117] Devido ao princípio de medição do sensor de posição AS5055 1200, apenas uma única medição de ângulo é executada em um tempo muito curto (aproximadamente 600 μs) após cada sequência de energização. Assim que a medição de um ângulo é concluída, o sensor de posição AS5055 1200 suspende para um estado desenergizado. Não há filtro do valor do ângulo por média digital implementado, pois isso exigiria mais de uma medição de ângulo e, consequentemente, um tempo de energização mais longo, o que não é desejado em aplicações de baixa potência. A variação de ângulo pode ser reduzida fazendo-se a média de várias amostras de ângulo no controlador 1104. Por exemplo, uma média de quatro amostras reduz a variação em 6 dB (50%).
[00118] A Figura 13 é uma vista em corte de um atuador de extremidade 2502 do instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4) que mostra um curso de disparo da haste com perfil em I 2514 em relação ao tecido 2526 preso dentro do atuador de extremidade 2502, de acordo com um aspecto da presente revelação. O atuador de extremidade 2502 é configurado para operar com o instrumento cirúrgico 10 mostrado nas Figuras 1 a 4. O atuador de extremidade 2502 compreende uma bigorna 2516 e uma canaleta alongada 2503 com um cartucho de grampos 2518 posicionado na canaleta alongada 2503. Uma barra de disparo 2520 é transladável distalmente e proximalmente ao longo de um eixo geométrico longitudinal 2515 do atuador de extremidade 2502. Quando o atuador de extremidade 2502 não é articulado, o atuador de extremidade 2502 está em linha com o eixo de acionamento do instrumento. Uma haste com perfil em I 2514 que compreende um gume cortante 2509 é ilustrada em uma porção distal da barra de disparo 2520. Um deslizador em cunha 2513 está posicionado no cartucho de grampos 2518. Conforme a haste com perfil em I 2514 translada distalmente, o gume cortante 2509 entra em contato e pode cortar o tecido 2526 posicionado entre a bigorna 2516 e o cartucho de grampos 2518. Além disso, a haste com perfil em I 2514 entra em contato com o deslizador em cunha 2513 e o empurra distalmente, fazendo com que o deslizador em cunha 2513 entre em contato com os acionadores de grampos 2511. Os acionadores de grampo 2511 podem ser acionados para cima para dentro dos grampos 2505, fazendo com que os grampos 2505 avancem através do tecido e para dentro de bolsos 2507 definidos na bigorna 2516, que formam os grampos 2505.
[00119] Um curso de disparo exemplificador da haste com perfil em I 2514 é ilustrado por um gráfico 2529 alinhado com o atuador de extremidade 2502. O tecido exemplificador 2526 é também mostrado alinhado com o atuador de extremidade 2502. O curso do membro de disparo pode compreender uma posição de início de curso 2527 e uma posição de final de curso 2528. Durante um curso de disparo da haste com perfil em I 2514, a haste com perfil em I 2514 pode ser avançada distalmente da posição de início de curso 2527 até a posição de final de curso 2528. A haste com perfil de I 2514 é mostrada em um local exemplificador de uma posição de início de curso 2527. O gráfico 2529 do curso do membro de disparo da haste com perfil de I 2514 ilustra cinco regiões de curso do membro de disparo 2517, 2519, 2521, 2523 e 2525. Em uma primeira região do curso de disparo 2517, a haste com perfil em I 2514 pode começar a avançar distalmente. Na primeira região do curso de disparo 2517, a haste com perfil em I 2514 pode entrar em contato com o deslizador de cunha 2513 e começar a movê-lo distalmente. Enquanto na primeira região, entretanto, o gume cortante 2509 pode não entrar em contato com o tecido e o deslizador em cunha 2513 pode não entrar em contato com um acionador de grampo 2511. Depois do atrito estático ser superado, a força para acionar a haste com perfil em I 2514 na primeira região 2517 pode ser substancialmente constante.
[00120] Na segunda região de curso do membro de disparo 2519, o gume cortante 2509 pode começar a entrar em contato e cortar o tecido 2526. Além disso, o deslizador em cunha 2513 pode começa a entrar em contato com os acionadores de grampo 2511 para acionar os grampos 2505. A força para acionar a haste com perfil em I 2514 pode começar a aumentar gradualmente. Conforme mostrado, o tecido encontrado inicialmente pode ser comprimido e/ou ser mais fino devido à maneira como a bigorna 2516 gira em relação ao cartucho de grampos 2518. Na terceira região de curso do membro de disparo 2521, o gume cortante 2509 pode estar continuamente em contato e cortar o tecido 2526 e o deslizador em cunha 2513 pode repetidamente entrar em contato com os acionadores de grampos 2511. A força para acionar a haste com perfil em I 2514 pode estacionar na terceira região 2521. Perto da quarta região 2523 do curso de disparo, a força para acionar a haste com perfil em I 2514 pode começar a diminuir. Por exemplo, o tecido na porção do atuador de extremidade 2502 correspondente à quarta região de disparo 2523 pode ser menos comprimido que o tecido mais próximo ao ponto de pivô da bigorna 2516, exigindo menos força para cortar. Além disso, o gume cortante 2509 e o deslizador em cunha 2513 podem atingir a extremidade do tecido 2526 enquanto na região 2523 quarto. Quando a haste com perfil em I 2514 atingir a quinta região 2525, o tecido 2526 pode ser completamente separado. O deslizador em cunha 2513 pode entrar em contato com um ou mais acionadores de grampos 2511 no ou próximo ao final do tecido. A força para avançar a haste com perfil em I 2514 através da quinta região 2525 pode ser reduzida e, em alguns exemplos, pode ser similar à força para acionar a haste com perfil em I 2514 na primeira região 2517. Na conclusão do curso do membro de disparo, a haste com perfil em I 2514 pode alcançar a posição final do curso 2528. O posicionamento das regiões de curso do membro de disparo 2517, 2519, 2521, 2523 e 2525 na Figura 18 é apenas um exemplo. Em alguns exemplos, diferentes regiões podem começar em diferentes posições ao longo do eixo geométrico longitudinal de atuador de extremidade 2515, por exemplo, com base no posicionamento de tecido entre a bigorna 2516 e o cartucho de grampos 2518.
[00121] Conforme discutido acima e com referência agora às Figuras 10 a 13, o motor elétrico 1122 posicionado no interior do conjunto de cabo do instrumento cirúrgico 10 (Figuras 1 a 4) pode ser usado para avançar e/ou retrair o sistema de disparo do conjunto de eixo de acionamento, o que inclui a haste com perfil em I 2514, em relação ao atuador de extremidade 2502 do conjunto de eixo de acionamento de modo a grampear e/ou incisar o tecido capturado no interior do atuador de extremidade 2502. A haste com perfil em I 2514 pode ser avançada ou retraída em uma velocidade desejada ou dentro de uma faixa de velocidades desejadas. O controlador 1104 pode ser configurado para controlar a velocidade da haste com perfil em I 2514. O controlador 1104 pode ser configurado para prever a velocidade da haste com perfil em I 2514 com base em vários parâmetros da energia fornecida ao motor elétrico 1122, tais como tensão e/ou corrente, por exemplo, e/ou outros parâmetros operacionais do motor elétrico 1122 ou influências externas. O controlador 1104 pode ser configurado para prever a velocidade atual da haste com perfil em I 2514 com base nos valores anteriores da corrente e/ou da tensão fornecidos ao motor elétrico 1122 e/ou nos estados anteriores do sistema, tais como velocidade, aceleração e/ou posição. O controlador 1104 pode ser configurado para detectar a velocidade da haste com perfil em I 2514 com o uso do sistema de sensor de posicionamento absoluto descrito no presente documento. O controlador pode ser configurado para comparar a velocidade prevista da haste com perfil em I 2514 e a velocidade detectada da haste com perfil em I 2514 para determinar se a energia para o motor elétrico 1122 precisa ser aumentada de forma a aumentar a velocidade da haste com perfil em I 2514 e/ou diminuída de forma a diminuir a velocidade da haste com perfil em I 2514. A patente US n° 8.210.411, intitulada MOTOR-DRIVEN SURGICAL CUTTING INSTRUMENT, está aqui incorporada, a título de referência em sua totalidade. A patente US n° 7.845.537, intitulada SURGICAL INSTRUMENT HAVING RECORDING CAPABILITIES, está aqui incorporada, a título de referência em sua totalidade.
[00122] A força que age sobre a haste com perfil em I 2514 pode ser determinada com o uso de várias técnicas. A força da haste com perfil em I 2514 pode ser determinada por medição da corrente do motor 2504, em que a corrente do motor 2504 se baseia na carga experimentada pela haste com perfil em I 2514 à medida que ela avança distalmente. A força da haste com perfil em I 2514 pode ser determinada mediante o posicionamento de um medidor de tensão no membro de acionamento 120 (Figura 2), no membro de disparo 220 (Figura 2), na haste com perfil em I 2514 (haste com perfil em I 178, Figura 20), na barra de disparo 172 (Figura 2), e/ou em uma extremidade proximal do gume cortante 2509. A força da haste com perfil em I 2514 pode ser determinada pelo monitoramento da posição real da haste com perfil em I 2514 que se move em uma velocidade esperada com base na velocidade da corrente ajustada do motor 2504 após um período decorrido predeterminado T1 e por comparação da posição real da haste com perfil em I 2514 em relação à posição esperada da haste com perfil em I 2514 com base na velocidade da corrente ajustada do motor 2504 no final do período T1. Dessa forma, se a posição real da haste com perfil em I 2514 for menor que a posição esperada da haste com perfil em I 2514, a força na haste com perfil em I 2514 é maior que uma força nominal. Por outro lado, se a posição real da haste com perfil em I 2514 for maior que a posição esperada da haste com perfil em I 2514, a força na haste com perfil em I 2514 é menor que a força nominal. A diferença entre as posições real e esperada da haste com perfil em I 2514 é proporcional ao desvio da força na haste com perfil em I 2514 a partir da força nominal. Essas técnicas são descritas no documento do procurador número END8195USNP, o qual está aqui incorporado por referência em sua totalidade.
[00123] A Figura 14 ilustra um diagrama de bloco de um instrumento cirúrgico 2500 programado para controlar a translação distal de um membro de deslocamento de acordo com um aspecto da presente revelação. Em um aspecto, o instrumento cirúrgico 2500 é programado para controlar a translação distal de um membro de deslocamento 1111 como a haste com perfil em I 2514. O instrumento cirúrgico 2500 compreende um atuador de extremidade 2502 que pode compreender uma bigorna 2516, uma haste com perfil em I 2514 (incluindo um gume cortante afiado 2509), e um cartucho de grampos removível 2518. O atuador de extremidade 2502, a bigorna 2516, a haste com perfil em I 2514 e o cartucho de grampos 2518 podem ser configurados conforme descrito aqui, por exemplo, em relação às Figuras 1 a 13.
[00124] A posição, o movimento, o deslocamento, e/ou a translação de um membro de deslocamento 1111, como a haste com perfil em I 2514, podem ser medidos pelo sistema de posicionamento absoluto 1100, pela disposição de sensor 1102, e pelo sensor de posição 1200 conforme mostrado nas Figuras 10 a 12 e representado como o sensor de posição 2534 na Figura 14. Devido à haste com perfil em I 2514 ser acoplada a um membro de acionamento longitudinalmente móvel 120, a posição da haste com perfil em I 2514 pode ser determinada mediante a medição da posição do membro de acionamento longitudinalmente móvel 120 com o uso do sensor de posição 2534. Consequentemente, na descrição a seguir, a posição, o deslocamento e/ou a translação do membro de fechamento 2514 podem ser obtidos pelo sensor de posição 2534, conforme descrito na presente invenção. Um circuito de controle 2510, como o circuito de controle 700 descrito nas Figuras 5A e 5B, pode ser programado para controlar a translação do membro de deslocamento 1111, como a haste com perfil em I 2514, conforme descrito em conexão com as Figuras 10 a 12. O circuito de controle 2510, em alguns exemplos, pode compreender um ou mais microcontroladores, microprocessadores, ou outros processadores adequados para executar as instruções que fazem com que o processador ou processadores controlem o membro de deslocamento, por exemplo, a haste com perfil em I 2514, da maneira descrita. Em um aspecto, um temporizador/contador 2531 fornece um sinal de saída, como o tempo decorrido ou uma contagem digital, ao circuito de controle 2510 para correlacionar a posição da haste com perfil em I 2514, conforme determinado pelo sensor de posição 2534, com a saída do temporizador/contador 2531 de modo que o circuito de controle 2510 possa determinar a posição da haste com perfil em I 2514 em um momento específico (t) em relação a uma posição inicial. O temporizador/contador 2531 pode ser configurado para medir o tempo decorrido, contar eventos externos, ou medir eventos externos.
[00125] O circuito de controle 2510 pode gerar um sinal de ponto de ajuste do motor 2522. O sinal de ponto de ajuste de motor 2522 pode ser fornecido para um controlador de motor 2508. O controlador de motor 2508 pode compreender um ou mais circuitos configurados para fornecer um sinal de acionamento de motor 2524 para o motor 2504 para acionar o motor 2504 conforme descrito na presente invenção. Em alguns exemplos, o motor 2504 pode ser um motor elétrico de corrente contínua (CC) com escovas, como o motor 82, 714, 1120 mostrado nas Figuras 1, 5B, 10. Por exemplo, a velocidade do motor 2504 pode ser proporcional ao sinal de acionamento de motor 2524. Em alguns exemplos, o motor 2504 pode ser um motor elétrico CC sem escovas e o sinal de acionamento do motor 2524 pode compreender um sinal modulado por largura de pulso (PWM) fornecido a um ou mais enrolamentos do estator do motor 2504. Além disso, em alguns exemplos, o controlador do motor 2508 pode ser omitido, e o circuito de controle 2510 pode gerar o sinal de acionamento do motor 2524 diretamente.
[00126] O motor 2504 pode receber energia de uma fonte de energia 2512. A fonte de energia 2512 pode ser ou incluir uma bateria, um super capacitor, ou qualquer outra fonte de energia adequada 2512. O motor 2504 pode ser mecanicamente acoplado à haste com perfil em I 2514 por meio de uma transmissão 2506. A transmissão 2506 pode incluir uma ou mais engrenagens ou outros componentes de ligação para acoplar o motor 2504 à haste com perfil em I 2514. Um sensor de posição 2534 pode detectar uma posição da haste com perfil em I 2514. O sensor de posição 2534 pode ser ou pode incluir qualquer tipo de sensor que seja capaz de gerar dados de posição que indicam uma posição da haste com perfil em I 2514. Em alguns exemplos, o sensor de posição 2534 pode incluir um codificador configurado para fornecer uma série de pulsos ao circuito de controle 2510 conforme a haste com perfil em I 2514 translada distalmente e proximalmente. O circuito de controle 2510 pode rastrear os pulsos para determinar a posição da haste com perfil em I 2514. Outro sensor de posição adequado pode ser usado, incluindo, por exemplo, um sensor de proximidade. Outros tipos de sensores de posição podem fornecer outros sinais que indiquem o movimento da haste com perfil em I 2514. Além disso, em alguns exemplos, o sensor de posição 2534 pode ser omitido. Quando o motor 2504 for um motor de passo, o circuito de controle 2510 pode rastrear a posição da haste com perfil em I 2514 ao agregar o número e a orientação das etapas que o motor 2504 foi instruído a executar. O sensor de posição 2534 pode estar situado no atuador de extremidade 2502 ou em qualquer outra porção do instrumento.
[00127] O circuito de controle 2510 pode estar em comunicação com um ou mais sensores 2538. Os sensores 2538 podem estar posicionados no atuador de extremidade 2502 e adaptados para operar com o instrumento cirúrgico 2500 para medir os vários parâmetros derivados, tais como a distância do vão em relação ao tempo, a compressão do tecido em relação ao tempo, e a tensão da bigorna em relação ao tempo. Os sensores 2538 podem compreender, por exemplo, um sensor magnético, um sensor de campo magnético, um medidor de tensão, 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 a medição de um ou mais parâmetros do atuador de extremidade 2502. Os sensores 2538 podem incluir um ou mais sensores.
[00128] Os um ou mais sensores 2538 podem compreender um medidor de tensão como, por exemplo, um medidor de microtensão configurado para medir a magnitude da tensão na bigorna 2516 durante uma condição apertada. O medidor de tensão fornece um sinal elétrico cuja amplitude varia com a magnitude da tensão. Os sensores 2538 podem compreender um sensor de pressão configurado para detectar uma pressão gerada pela presença de tecido comprimido entre a bigorna 2516 e o cartucho de grampos 2518. Os sensores 2538 podem ser configurados para detectar a impedância de uma seção de tecido situada entre a bigorna 2516 e o cartucho de grampos 2518 que é indicativa da espessura e/ou da completude do tecido situado entre os mesmos.
[00129] Os sensores 2538 podem ser configurados para medir as forças exercidas sobre a bigorna 2516 pelo sistema de acionamento de fechamento 30. Por exemplo, um ou mais sensores 2538 podem estar em um ponto de interação entre o tubo de fechamento 260 (Figura 3) e a bigorna 2516 para detectar as forças de fechamento aplicadas pelo tubo de fechamento 260 à bigorna 2516. As forças exercidas sobre a bigorna 2516 podem ser representativas da compressão do tecido experimentada pela seção do tecido capturada entre a bigorna 2516 e o cartucho de grampos 2518. O um ou mais sensores 2538 podem ser posicionados em vários pontos de interação ao longo do sistema de acionamento de fechamento 30 (Figura 2) para detectar as forças de fechamento aplicadas à bigorna 2516 pelo sistema de acionamento de fechamento 30. O um ou mais sensores 2538 podem ser amostrados em tempo real durante uma operação de preensão por um processador conforme descrito nas Figuras 5A a 5B. O circuito de controle 2510 recebe medições de amostra em tempo real para fornecer análise de informações baseadas em tempo e avaliação, em tempo real, das forças de fechamento aplicadas à bigorna 2516.
[00130] Um sensor de corrente 2536 pode ser usado para medir a corrente drenada pelo motor 2504. A força necessária para avançar a haste com perfil em I 2514 corresponde à corrente drenada pelo motor 2504. A força é convertida em um sinal digital e fornecida ao circuito de controle 2510.
[00131] Com o uso das propriedades físicas dos instrumentos revelados na presente invenção junto com as Figuras 1 a 14 e com referência à Figura 14, o circuito de controle 2510 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 uma haste com perfil em I 2514 no atuador de extremidade 2502 em ou próximo a uma velocidade-alvo. O instrumento cirúrgico 2500 pode incluir um controlador de retroinformação, que pode ser um ou qualquer dos controladores de retroinformação, incluindo, mas não se limitando a, um PID, uma retroinformação de estado, LQR, e/ou um controlador adaptável, por exemplo. O instrumento cirúrgico 2500 pode incluir uma fonte de energia para converter o sinal do controlador de retroinformação para uma entrada física como tensão do estojo, tensão PWM, tensão modulada por frequência, corrente, torque e/ou força, por exemplo.
[00132] O sistema de acionamento real do instrumento cirúrgico 2500 é configurado para acionar o membro de deslocamento, o membro de corte ou a haste com perfil em I 2514, por um motor CC com escovas com caixa de câmbio e ligações mecânicas a um sistema de articulação e/ou bisturi. Um outro exemplo é o motor elétrico 2504 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, o qual age em oposição ao motor elétrico 2504. A influência externa, como o arrasto, pode fazer com que o funcionamento do sistema físico se desvie de uma operação desejada do sistema físico.
[00133] Antes de explicar com detalhes os aspectos do instrumento cirúrgico 2500, deve-se observar que os aspectos exemplificadores não estão limitados, em termos de aplicação ou uso, aos detalhes de construção e disposição das partes ilustradas nos desenhos e na descrição em anexo. Os aspectos exemplificadores 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 aspectos exemplificadores para a conveniência do leitor e não para o propósito de limitar a mesma. Além disso, deve-se 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.
[00134] Vários aspectos exemplificadores são direcionados a um instrumento cirúrgico 2500 que compreende um atuador de extremidade 2502 com implementos cirúrgicos de grampeamento e corte acionados por motor. Por exemplo, um motor 2504 pode acionar um membro de deslocamento de modo distal e proximal ao longo de um eixo geométrico longitudinal do atuador de extremidade 2502. O atuador de extremidade 2502 pode compreender uma bigorna articulável 2516 e, quando configurada para o uso, uma lâmina ultrassônica 2518 posicionada no lado oposto da bigorna 2516. Um médico pode segurar o tecido entre a bigorna 2516 e o cartucho de grampos 2518, conforme descrito na presente invenção. Quando pronto para usar o instrumento 2500, o médico pode fornecer um sinal de disparo, por exemplo, pressionando um gatilho do instrumento 2500. Em resposta ao sinal de disparo, o motor 2504 pode acionar o membro de deslocamento de modo distal ao longo do eixo geométrico longitudinal do atuador de extremidade 2502 a partir de uma posição de início de curso proximal até uma posição de fim de curso distal da posição de início de curso. À medida que o membro de deslocamento se desloca distalmente, a haste com perfil em I 2514 com um elemento de corte posicionado em uma extremidade distal, pode cortar o tecido entre o cartucho de grampos 2518 e a bigorna 2516.
[00135] Em vários exemplos, o instrumento cirúrgico 2500 pode compreender um circuito de controle 2510 programado para controlar a translação distal do membro de deslocamento, como a haste com perfil em I 2514, por exemplo, com base em uma ou mais condições do tecido. O circuito de controle 2510 pode ser programado para detectar direta ou indiretamente condições de tecido, tal como espessura, conforme descrito no presente documento. O circuito de controle 2510 pode ser programado para selecionar um programa de controle baseado 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 2510 pode ser programado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade inferior e/ou com uma potência mais baixa. Quando um tecido mais fino está presente, o circuito de controle 2510 pode ser programado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade mais alta e/ou com maior potência.
[00136] Em um aspecto, o circuito de controle 2510 pode, inicialmente, operar o motor 2504 em uma configuração de circuito aberto para uma primeira porção de circuito aberto de um curso do membro de deslocamento. Com base em uma resposta do instrumento 2500 durante a porção de circuito aberto do curso, o circuito de controle 2510 pode selecionar um programa de controle de disparo. A resposta do instrumento pode incluir uma translação 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 2504 durante a porção de circuito aberto, uma soma de larguras de pulso de um sinal de acionamento do motor, etc. Após a porção de circuito aberto, o circuito de controle 2510 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 2510 pode modular o motor 2504 com base nos 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.
[00137] A Figura 15 ilustra um diagrama 2580 que plota dois cursos exemplificadores do membro de deslocamento executados de acordo com um aspecto da presente revelação. O diagrama 2580 compreende dois eixos geométricos. Um eixo geométrico horizontal 2584 indica o tempo decorrido. Um eixo geométrico vertical 2582 indica a posição da haste com perfil em I 2514 entre uma posição inicial do curso 2586 e uma posição final do curso 2588. No eixo geométrico horizontal 2584, o circuito de controle 2510 pode receber o sinal de disparo e começar a fornecer a configuração inicial do motor em t0. A porção de circuito aberto do curso do membro de deslocamento é um período de tempo inicial que pode decorrer entre t0 e t1-.
[00138] Um primeiro exemplo 2592 mostra uma resposta do instrumento cirúrgico 2500 quando um tecido espesso é posicionado entre a bigorna 2516 e o cartucho de grampos 2518. Durante a porção de circuito aberto do curso do membro de deslocamento, por exemplo, o período de tempo inicial entre t0 e t1, a haste com perfil em I 2514 pode se mover da posição inicial do curso 2586 para a posição 2594. O circuito de controle 2510 pode determinar que essa posição 2594 corresponde a um programa de controle de disparo que avança a haste com perfil em I 2514 em uma velocidade selecionada constante (Vlenta), indicada pela inclinação do exemplo 2592 após t1 (por exemplo, na porção do circuito fechado). O circuito de controle 2510 pode acionar a haste com perfil em I 2514 para a velocidade Vlenta mediante o monitoramento da posição da haste com perfil em I 2514 e modulação do ponto de ajuste do motor 2522 e/ou do sinal de acionamento do motor 2524 para manter a Vlenta. Um segundo exemplo 2590 mostra uma resposta do instrumento cirúrgico 2500 quando um tecido fino é posicionado entre a bigorna 2516 e o cartucho de grampos 2518.
[00139] Durante o período de tempo inicial (por exemplo, o período de circuito aberto) entre t0 e t1, a haste com perfil em I 2514 pode se mover da posição inicial do curso 2586 para a posição 2596. O circuito de controle pode determinar que a posição 2596 corresponde a um programa de controle de disparo que avança o membro de deslocamento em uma velocidade selecionada constante (Vrápida). Porque o tecido no exemplo 2590 é mais fino do que o tecido no exemplo 2592, ele pode fornecer menos resistência ao movimento da haste com perfil em I 2514. Como resultado, a haste com perfil em I 2514 pode mover uma porção maior do curso durante o período de tempo inicial. Além disso, em alguns exemplos, um tecido mais fino (por exemplo, uma porção maior do curso do membro deslocamento percorrido durante o período de tempo inicial) pode corresponder a velocidades maiores do membro de deslocamento após o período de tempo inicial.
[00140] As Figuras 16 a 21 ilustram um atuador de extremidade 2300 de um instrumento cirúrgico 2010 que mostra como o atuador de extremidade 2300 pode ser articulado em relação ao conjunto de eixo de acionamento alongado 2200 ao redor de uma junta de articulação 2270 de acordo com um aspecto da presente revelação. A Figura 16 é uma vista em perspectiva parcial de uma porção do atuador de extremidade 2300 mostrando um conjunto de eixo de acionamento alongado 2200 em uma orientação não articulada com porções do mesmo omitidas para fins de clareza. A Figura 17 é uma vista em perspectiva do atuador de extremidade 2300 da Figura 16 mostrando o conjunto de eixo de acionamento alongado 2200 em uma orientação não articulada. A Figura 18 é uma vista em perspectiva de conjunto explodida do atuador de extremidade 2300 da Figura 16 mostrando o conjunto de eixo de acionamento alongado 2200. A Figura 19 é uma vista de topo do atuador de extremidade 2300 da Figura 16 mostrando o conjunto de eixo de acionamento alongado 2200 em uma orientação não articulada; A Figura 20 é uma vista de topo do atuador de extremidade 2300 da Figura 16 mostrando o conjunto de eixo de acionamento alongado 2200 em uma primeira orientação articulada. A Figura 21 é uma vista de topo do atuador de extremidade 2300 da Figura 16 mostrando o conjunto de eixo de acionamento alongado 2200 em uma segunda orientação articulada.
[00141] Com referência agora às Figuras 16 a 21, o atuador de extremidade 2300 é adaptado para cortar e grampear tecido e inclui uma primeira garra sob a forma de um canal alongado 2302 que é configurado para suportar de modo operacional um cartucho de grampos cirúrgicos 2304. O atuador de extremidade 2300 inclui adicionalmente uma segunda garra sob a forma de uma bigorna 2310 que é suportada no canal alongado 2302 para movimento em relação ao mesmo. O conjunto de eixo de acionamento alongado 2200 inclui um sistema de articulação 2800 que emprega uma trava de articulação 2810. A trava de articulação 2810 pode ser configurada e operada para travar seletivamente o atuador de extremidade cirúrgico 2300 em várias posições articuladas. Essa disposição permite que o atuador de extremidade cirúrgico 2300 seja girado ou articulado em relação à luva de fechamento 260 do eixo de acionamento quando a trava de articulação 2810 estiver no estado destravado da mesma. Especificamente com referência à Figura 18, o conjunto de eixo de acionamento alongado 2200 inclui uma coluna central 210 que é configurada para (1) suportar de maneira deslizante um membro de disparo 220 em seu interior e (2) suportar de maneira deslizante a luva de fechamento 260 (Figura 16) que se estende ao redor da coluna central 210. A luva de fechamento 260 de eixo de acionamento é fixada a uma luva de fechamento 272 do atuador de extremidade que é fixada de modo pivotante à luva de fechamento 260 por um conjunto de luva de fechamento com dupla articulação 271.
[00142] A coluna central 210 também suporta de maneira deslizante um acionador de articulação proximal 230. O acionador de articulação proximal 230 tem uma extremidade distal 231 que é configurada para se engatar de modo operacional à trava de articulação 2810. A trava de articulação 2810 compreende adicionalmente uma estrutura do eixo de acionamento 2812 que é fixada à coluna central 210 nas várias maneiras reveladas no presente documento. A estrutura de eixo de acionamento 2812 é configurada para suportar na mesma, de modo móvel, uma porção proximal 2821 de um acionador de articulação distal 2820. O acionador de articulação distal 2820 é suportado de modo móvel dentro do conjunto de eixo de acionamento alongado 2200 para deslocamento longitudinal seletivo em uma direção distal DD e uma direção proximal PD ao longo de um eixo geométrico de atuação de articulação AAA que é deslocado lateralmente e paralelo ao eixo geométrico SA-SA do eixo de acionamento em resposta a movimentos de controle de articulação aplicados ao mesmo.
[00143] Nas Figuras 17 e 18, a estrutura de eixo de acionamento 2812 inclui uma porção de extremidade distal 2814 que tem um pino de pivô 2818 formado sobre a mesma. O pino de pivô 2818 é adaptado para ser recebido de modo pivotante dentro de um orifício de pivô 2397 formado em uma porção de base de pivô 2395 de um conjunto de montagem do atuador de extremidade 2390. O conjunto de montagem do atuador de extremidade 2390 é fixado à extremidade proximal 2303 do canal alongado 2302 por meio de um pino de mola 2393 ou equivalente. O pino de pivô 2818 define um eixo geométrico de articulação B-B transversal ao eixo geométrico do eixo de acionamento SA-SA para facilitar o deslocamento pivotante (isto é, articulação) do atuador de extremidade 2300 ao redor do eixo geométrico de articulação B-B em relação à estrutura de eixo de acionamento 2812.
[00144] Conforme mostrado na Figura 18, um pino de ligação 2825 é formado em uma extremidade distal 2823 do elo de articulação distal 2820 e é configurado para ser recebido no interior de um orifício 2904 em uma extremidade proximal 2902 de um elo transversal 2900. O elo transversal 2900 se estende transversalmente através do eixo geométrico SA-SA do eixo de acionamento e inclui uma porção de extremidade distal 2906. É fornecido um orifício de elo distal 2908 através da porção de extremidade distal 2906 do elo transversal 2900 e é configurado para receber de modo pivotante em seu interior um pino de base 2398 que se estende a partir do fundo da porção de base de pivô 2395 do conjunto de montagem de atuador de extremidade 2390. O pino de base 2395 define um eixo geométrico de ligação LA que é paralelo ao eixo geométrico de articulação B-B. As Figuras 17 e 20 ilustram o atuador de extremidade cirúrgico 2300 em uma posição não articulada. O eixo geométrico do atuador de extremidade EA é definido pelo canal alongado 2302 que está alinhado ao eixo geométrico SA-SA do eixo de acionamento. O termo "alinhado a" pode significar "alinhado coaxialmente" ao eixo geométrico SA-SA do eixo de acionamento ou paralelo ao eixo geométrico SA-SA do eixo de acionamento. O movimento do acionador de articulação distal 2820 na direção proximal PD fará com que o elo transversal 2900 tracione o atuador de extremidade cirúrgico 2300 no sentido horário CW ao redor do eixo geométrico B-B de articulação conforme mostrado na Figura 19. O movimento do acionador de articulação distal 2820 na direção distal DD fará com que o elo transversal 2900 mova o atuador de extremidade cirúrgico 2300 no sentido anti-horário CCW ao redor do eixo geométrico B-B de articulação conforme mostrado na Figura 21. Conforme mostrado na Figura 21, o elo transversal 2900 tem um formato curvo que permite que o elo transversal 2900 se curve ao redor do pino de articulação 2818 quando o atuador de extremidade cirúrgico 2300 é articulado nessa direção. Quando o atuador de extremidade cirúrgico 2300 está em uma posição completamente articulada em cada lado do eixo geométrico SA-SA do eixo de acionamento, o ângulo de articulação 2700 entre o eixo geométrico EA do atuador de extremidade e o eixo geométrico SA-SA do eixo de acionamento é de aproximadamente sessenta e cinco graus (65°). Dessa forma, a faixa de articulação em cada um dos lados do eixo geométrico do eixo de acionamento é de um grau (1°) a sessenta e cinco graus (65°).
[00145] A Figura 19 mostra a junta de articulação 2270 em uma posição reta, isto é, em um ângulo zero θ0 em relação à direção longitudinal mostrada como um eixo geométrico SA do eixo de acionamento de acordo com um aspecto. A Figura 20 mostra a junta de articulação 2270 da Figura 19 articulada em uma direção em um primeiro ângulo θ1 definido entre o eixo geométrico SA do eixo de acionamento e o eixo geométrico EA do atuador de extremidade de acordo com um aspecto. A Figura 21 ilustra a junta de articulação 2270 da Figura 19 articulada em uma outra direção em um segundo ângulo θ2 definido entre o eixo geométrico SA do eixo de acionamento e o eixo geométrico EA do atuador de extremidade.
[00146] O atuador de extremidade cirúrgico 2300 nas Figuras 16 a 21 compreende um dispositivo de corte e grampeamento cirúrgico que emprega um membro de disparo 220 dos vários tipos e configurações descritos no presente documento. Entretanto, o atuador de extremidade cirúrgico 2300 pode compreender outras formas de atuadores de extremidade cirúrgicos que não cortam e/ou grampeiam tecido. Um membro de suporte intermediário 2950 é suportado de modo pivotante e deslizante em relação à coluna central 210. Na Figura 18, o membro de suporte intermediário 2950 inclui uma fenda 2952 que é adaptada para receber em seu interior um pino 2954 que se projeta a partir da coluna central 210. Isso permite que o membro de suporte intermediário 2950 gire e translade em relação ao pino 2954 quando o atuador de extremidade cirúrgico 2300 é articulado. Um pino de pivô 2958 se projeta a partir do lado inferior do membro de suporte intermediário 2950 para ser recebido de forma pivotante dentro de um orifício de pivô correspondente 2399 fornecido na porção de base 2395 do conjunto de montagem de atuador de extremidade 2390. O membro de suporte intermediário 2950 inclui adicionalmente uma fenda 2960 para receber um membro de disparo 220 através da mesma. O membro de suporte intermediário 2950 serve para fornecer suporte lateral ao membro de disparo 220 conforme o mesmo se flexiona para acomodar a articulação do atuador de extremidade cirúrgico 2300.
[00147] O instrumento cirúrgico pode ser adicionalmente configurado para determinar o ângulo no qual o atuador de extremidade 2300 é orientado. Em vários aspectos, o sensor de posição 1112 da disposição de sensor 1102 pode compreender um ou mais sensores magnéticos, sensores giratórios analógicos (tais como potenciômetros), arranjos de sensores de efeito Hall analógicos, os quais emitem uma combinação única de sinais ou valores de posição, por exemplo, dentre outros. Em um aspecto, a junta de articulação 2270 do aspecto ilustrado nas Figuras 16 a 21 pode compreender adicionalmente uma disposição de sensor de articulação que é configurada para determinar a posição angular, isto é, um ângulo de articulação, do atuador de extremidade 2300 e fornecer um sinal de posição único correspondente à mesma.
[00148] A disposição de sensor de articulação pode ser similar à disposição de sensor 1102 descrita acima e ilustrada nas Figuras 10 a 12. Nesse aspecto, a disposição de sensor de articulação pode compreender um sensor de posição e um magneto que é acoplado de modo operacional à junta de articulação 2270 de modo que o mesmo gire de uma maneira consistente com a rotação da junta de articulação 2270. O magneto pode, por exemplo, ser acoplado ao pino pivô 2818. O sensor de posição compreende um ou mais elementos de detecção magnética, tais como sensores de efeito Hall, e é colocado próximo ao magneto, dentro da junta de articulação 2270 ou adjacente a ela. Consequentemente, conforme o magneto gira, os elementos de detecção magnética do sensor de posição determinam a posição angular absoluta do magneto. Conforme o magneto é acoplado à junta de articulação 2270, a posição angular do magneto em relação ao sensor de posição corresponde à posição angular do atuador de extremidade 2300. Portanto, a disposição de sensor de articulação pode determinar a posição angular do atuador de extremidade conforme o atuador de extremidade se articula.
[00149] Em um outro aspecto, o instrumento cirúrgico é configurado para determinar o ângulo no qual o atuador de extremidade 2300 é posicionado de forma indireta pelo monitoramento da posição absoluta do acionador de articulação 230 (Figura 3). Conforme a posição do acionador de articulação 230 corresponde ao ângulo no qual o atuador de extremidade 2300 é orientado de uma maneira conhecida, a posição absoluta do acionador de articulação 230 pode ser rastreada e então transladada para a posição angular do atuador de extremidade 2300. Nesse aspecto, o instrumento cirúrgico compreende uma disposição de sensor de articulação que é configurada para determinar a posição linear absoluta do acionador de articulação 230 e fornecer um sinal de posição único correspondente à mesma. Em alguns aspectos, a disposição de sensor de articulação ou o controlador acoplado de modo operacional à disposição de sensor de articulação é configurada adicionalmente para traduzir ou calcular a posição angular do atuador de extremidade 2300 a partir do sinal de posição único.
[00150] A disposição de sensor de articulação nesse aspecto, pode ser, igualmente, similar à disposição de sensor 1102 descrita acima e ilustrada nas Figuras 10 a 12. Em um aspecto similar ao aspecto ilustrado na Figura 10 em relação ao membro de deslocamento 1111, a disposição de sensor de articulação compreende um sensor de posição e um magneto que gira uma vez a cada curso completo do acionador de articulação móvel de modo longitudinal 230. O sensor de posição compreende um ou mais elementos de detecção magnéticos, tais como sensores de efeito Hall, e está posicionado próximo ao magneto. Consequentemente, conforme o magneto gira, os elementos de detecção magnéticos do sensor de posição determinam a posição angular absoluta do magneto durante uma revolução.
[00151] Em um aspecto, uma única revolução de um elemento sensor associado ao sensor de posição é equivalente a um deslocamento linear longitudinal d1 do acionador de articulação móvel de modo longitudinal 230. Em outras palavras, d1 é a distância linear longitudinal pela qual o acionador de articulação móvel de modo longitudinal 230 se move do ponto "a" ao ponto "b" após uma única revolução de um elemento sensor acoplado ao membro de acionamento móvel de modo longitudinal 230. A disposição de sensor de articulação pode ser conectada por meio de uma redução de engrenagem que resulta no sensor de posição completar apenas uma revolução para o curso completo do acionador de articulação móvel de modo longitudinal 230. Em outras palavras, d1 pode ser igual ao curso completo do acionador de articulação 230. O sensor de posição é configurado para transmitir um sinal de posição único correspondente à posição absoluta do acionador de articulação 230 para o controlador 1104, tal como nos aspectos representados na Figura 10. Mediante o recebimento do sinal de posição único, o controlador 1104 é então configurado para executar uma lógica para determinar a posição angular do atuador de extremidade correspondente à posição linear do acionador de articulação 230 por meio de, por exemplo, uma consulta a uma tabela de consulta que retorna o valor da posição angular pré- calculada do atuador de extremidade 2300, calculando por meio de um algoritmo a posição angular do atuador de extremidade 2300 com o uso da posição linear do acionador de articulação 230 como a entrada ou executando qualquer outro método conforme é conhecido na técnica.
[00152] Em vários aspectos, qualquer número de elementos de detecção magnéticos pode ser empregado na disposição de sensor de articulação, tais como, por exemplo, sensores magnéticos classificados de acordo com capacidade dos mesmos de medir o campo magnético total ou os componentes vetoriais do campo magnético. O número de elementos de detecção magnéticos utilizado corresponde à resolução desejada a ser detectada por uma disposição de sensor de articulação. Em outras palavras, quanto maior o número de elementos de detecção magnéticos usados, mais fino o grau de articulação que pode ser detectado pela disposição de sensor de articulação. 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 magnetostritivos/piezoelétricos, magnetodiodo, transistor magnético, fibra óptica, magneto-óptica e sensores magnéticos baseados em sistemas microeletromecânicos, dentre outros.
[00153] Em um aspecto, o sensor de posição dos vários aspectos da disposição de sensor de articulação pode ser implementado de maneira similar ao sistema de posicionamento ilustrado na Figura 12 para rastrear a posição do membro de deslocamento 1111. Nesse aspecto, a disposição de sensor de articulação pode ser implementada como um sensor de posição giratória magnético de circuito integrado único AS5055EQFT disponível junto à Austria Microsystems, AG. O sensor de posição está em interface com o controlador para fornecer um sistema de posicionamento absoluto para determinar a posição angular absoluta do atuador de extremidade 2300, seja diretamente ou indiretamente. O sensor de posição é um componente de baixa tensão e baixa potência e inclui quatro elementos de efeito Hall 1228A, 1228B, 1228C, 1228D em uma área 1230 do sensor de posição 1200 que é localizada acima do magneto 1202 (Figura 11). Um conversor A-D (ADC) 1232 de alta resolução e um controlador inteligente de gerenciamento de energia 1238 também são fornecidos no circuito integrado. Um processador CORDIC 1236 (acrônimo de COordinate Rotation DIgital Computer), também conhecido como 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 angular, os bits de alarme e as informações de campo magnético são transmitidos através de uma interface de comunicação serial padrão, tal como uma interface SPI 1234 para o controlador 1104. O sensor de posição 1200 fornece 12 ou 14 bits de resolução. O sensor de posição 1200 pode ser um circuito integrado AS5055 fornecido em um pequeno pacote QFN de 16 pinos cuja medida corresponde a 4 x 4 x 0,85 mm.
[00154] Com referência às Figuras 1 a 4 e 10 a 21, podem ser determinadas a posição da junta de articulação 2270 e a posição da haste com perfil em I 178 (Figura 4) com o sinal/valor de retroinformação de posição absoluta do sistema de posicionamento absoluto 1100. Em um aspecto, o ângulo de articulação θ pode ser determinado com bastante precisão com base no membro de acionamento 120 do instrumento cirúrgico 10. Conforme descrito acima, o movimento do membro de acionamento móvel de modo longitudinal 120 (Figura 2) pode ser rastreado por um sistema de posicionamento absoluto 1100 em que, quando o acionador de articulação é acoplado de modo operacional ao membro de disparo 220 (figura. 3) pelo conjunto de embreagem 400 (Figura 3), por exemplo, o sistema de posicionamento absoluto 1100 pode, na prática, rastrear o movimento do sistema de articulação por meio do membro de acionamento 120. Como resultado do rastreamento do movimento do sistema de articulação, o controlador do instrumento cirúrgico pode rastrear o ângulo de articulação θ do atuador de extremidade 2300, tal como o atuador de extremidade 2300, por exemplo. Em várias circunstâncias, como resultado, o ângulo de articulação θ pode ser determinado como uma função de um deslocamento longitudinal DL do membro de acionamento 120. Uma vez que o deslocamento longitudinal DL do membro de acionamento 120 pode ser determinado precisamente com base no sinal/valor de posição absoluta fornecido pelo sistema de posicionamento absoluto 1100, o ângulo de articulação θ pode ser determinado como uma função de um deslocamento longitudinal DL.
[00155] Em um outro aspecto, o ângulo de articulação θ pode ser determinado por sensores de localização na junta de articulação 2270. Os sensores podem ser configurados para detectar uma rotação da junta de articulação 2270 com o uso do sistema de posicionamento absoluto 1100 adaptado para medir uma rotação absoluta da junta de articulação 2270. Por exemplo, a disposição de sensor 1102 compreende um sensor de posição 1200, um magneto 1202 e um suporte de magneto 1204 adaptado para detectar uma rotação da junta de articulação 2270. O sensor de posição 1200 compreende um ou mais elementos de detecção magnéticos, tais como elementos de Hall, e está posicionado próximo ao magneto 1202. O sensor de posição 1200 descrito na Figura 12 pode ser adaptado para medir o ângulo de rotação da junta de articulação 2270. Consequentemente, conforme o magneto 1202 gira, os elementos de detecção magnéticos do sensor de posição 1200 determinam a posição angular absoluta do magneto 1202 localizado na junta de articulação 2270. Essas informações são fornecidas ao microcontrolador 1104 para calcular o ângulo de articulação da junta de articulação 2270. Consequentemente, o ângulo de articulação do atuador de extremidade 2300 pode ser determinado pelo sistema de posicionamento absoluto 1100 adaptado para medir uma rotação absoluta da junta de articulação 2270.
[00156] Em um aspecto, a taxa ou velocidade de disparo da haste com perfil em I 178 pode ser variada como uma função do ângulo de articulação do atuador de extremidade 2300 para abaixar a força de disparo sobre o sistema de acionamento de disparo 80 e, em particular, a força de disparo da haste com perfil em I 178, entre outros componentes do sistema de acionamento de disparo 80 discutido no presente documento. Para se adaptar à força de disparo variável da haste com perfil em I 178 como uma função do ângulo de articulação do atuador de extremidade 2300, pode ser aplicada uma tensão de controle de motor variável ao motor 82 para controlar a velocidade do motor 82. A velocidade do motor 82 pode ser controlada mediante a comparação da força de disparo da haste com perfil em I 178 para diferentes limites máximos com base no ângulo de articulação do atuador de extremidade 2300. A velocidade do motor elétrico 82 pode ser variada, por exemplo, através do ajuste da tensão, corrente, modulação por largura de pulso (PWM) ou ciclo de trabalho (0 a 100%) aplicada ao motor 82.
[00157] Vários aspectos descritos no presente documento se referem a instrumentos cirúrgicos que compreendem conjuntos de garras giratórias e articuláveis situadas em posição distal. Os conjuntos de garras podem ser utilizados em vez de ou em adição à articulação de eixo de acionamento. Por exemplo, os conjuntos de garras podem ser usados para segurar, grampear e cortar um tecido.
[00158] Com referência às Figuras 13 e 14, em um aspecto, um instrumento cirúrgico 2500 pode compreender um atuador de extremidade 2502 que compreende um cartucho de grampos 2518 e uma bigorna 2516 em uma extremidade distal e uma haste com perfil em I 2514 que compreende um gume cortante 2509 para cortar um tecido. O conjunto de garras pode ser articulável e pode pivotar ao redor de um eixo geométrico longitudinal do eixo de acionamento do instrumento. O conjunto de garras pode pivotar ao redor do eixo de pivô de pulso a partir de uma primeira posição na qual o conjunto de garras está substancialmente paralelo ao cartucho de grampos 2518 até uma segunda posição na qual o conjunto de garras não está substancialmente paralelo ao cartucho de grampos 2518. Além disso, o conjunto de garras pode compreender um primeiro e um segundo membro de garra que são giratórios ao redor de um segundo eixo geométrico ou eixo de pivô da garra. O eixo de pivô da garra pode ser substancialmente perpendicular ao eixo de pivô de pulso. Em alguns aspectos, o próprio eixo de pivô de garra pode girar à medida que o conjunto de garras gira em torno do eixo de pivô de pulso. O primeiro e o segundo membros de garra podem ser articuláveis um em relação ao outro em torno do eixo de pivô de garra de modo que o primeiro e o segundo membro de garra possam "abrir" e "fechar". Adicionalmente, em alguns aspectos, o primeiro e o segundo membro de garra também são articuláveis ao redor do eixo de pivô da garra, de modo que a direção do primeiro e do segundo membro de garra possa mudar.
[00159] Em um aspecto, um instrumento cirúrgico 2500 pode incluir um atuador de extremidade 2502, uma junta de articulação e um membro de articulação. O membro de articulação pode ser transladável em relação ao atuador de extremidade 2502 ao longo de uma distância a partir de uma posição proximal até uma posição distal em que a translação do membro de articulação faz com que a junta de articulação se articule. O instrumento cirúrgico 2500 pode incluir um motor 2504 operável para transladar o membro de articulação ao longo da distância a partir da posição proximal até a posição distal. O motor 2504 pode incluir uma condição engatada, uma condição desengatada e uma condição de retenção. O instrumento cirúrgico 2500 pode incluir adicionalmente um circuito de controle 2510 acoplado ao motor 2504 e um sensor de posição 2534 acoplado ao circuito de controle 2510. O sensor de posição 2534 pode ser configurado para detectar uma posição do membro de articulação ao longo de pelo menos uma porção da distância. O circuito de controle 2510 pode ser configurado para receber entrada de posição do sensor de posição 2534 indicativa de uma posição de articulação do membro de articulação; O circuito de controle 2510 pode identificar um limite predeterminado que corresponde à posição de articulação do membro de articulação; O circuito de controle 2510 pode determinar uma ação de controle do motor 2504, quando o motor 2504 está na condição desengatada, em resposta a um movimento do membro de articulação que exceda o limite predeterminado; O circuito de controle 2510 pode controlar o movimento do membro de articulação em que controlar o movimento do membro de articulação compreende engatar o motor 2504 de modo que esteja na condição de retenção.
[00160] Um ou mais dentre os recursos a seguir podem estar incluídos. O circuito de controle 2510 pode ser configurado para manter a posição de articulação em resposta ao movimento do membro de articulação exceder o limite predeterminado. Na manutenção da posição de articulação, o circuito de controle pode fornecer uma modulação por largura de pulso (PWM) da corrente (por exemplo, o sinal de acionamento de motor 2514) para o motor 2504 na condição de retenção para resistir ao movimento do membro de articulação. O motor 2504 pode incluir um motor de corrente contínua (CC) com escovas. O circuito de controle 2510 pode ser configurado para conectar internamente condutores ao motor CC com escovas quando o motor 2504 estiver na condição de retenção. O circuito de controle 2510 pode incluir uma condição de avanço, uma condição de inércia e uma condição de frenagem. Quando o circuito de controle 2510 está na condição de avanço, o motor CC está na condição engatada. Quando o circuito de controle 2510 está na condição de inércia, o motor CC está na condição desengatada. Quando o circuito de controle 2510 está na condição de frenagem, o motor CC está na condição de retenção. O circuito de controle 2510 pode incluir uma primeira chave, uma segunda chave, uma terceira chave e uma quarta chave. Quando o circuito de controle 2510 está na condição de avanço, a segunda chave e a terceira chave estão em uma configuração fechada e a primeira chave e a quarta chave estão em uma configuração aberta. Quando o circuito de controle está na condição de frenagem, a primeira chave e a segunda chave estão em uma configuração fechada e a terceira chave e a quarta chave estão em uma configuração aberta. Quando o circuito de controle 2510 está na condição de inércia, a primeira chave, a segunda chave, a terceira chave e a quarta chave estão em uma configuração aberta.
[00161] Em um aspecto, um instrumento cirúrgico 2500 pode incluir um atuador de extremidade 2502 e um conjunto de eixo de acionamento giratório. O conjunto de eixo de acionamento giratório pode incluir um eixo geométrico longitudinal, um sensor de posição rotacional 2534 e um conjunto de engrenagens. O sensor de posição rotacional 2534 pode ser configurado para medir a rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal. O instrumento cirúrgico 2500 pode incluir um motor 2504 conectado de modo operacional ao conjunto de engrenagens do conjunto de eixo de acionamento giratório. O motor 2504 pode ser configurado para aplicar uma força giratória para girar o conjunto de engrenagens. A rotação do conjunto de engrenagens gira o conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal. O instrumento cirúrgico 2500 pode incluir adicionalmente um circuito de controle 2510 acoplado ao motor 2504. O circuito de controle 2510 pode ser configurado para monitorar uma posição rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório com base em um sinal do sensor de posição rotacional 2534. O circuito de controle 2510 também pode identificar um limite predeterminado que corresponde à posição rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório. O circuito de controle 2510 pode determinar adicionalmente uma ação de controle do motor 2504 em resposta a um movimento rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório que exceda o limite predeterminado; O circuito de controle 2510 pode controlar a rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório em que controlar a rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório pode incluir resistir à rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal.
[00162] Um ou mais dentre os recursos a seguir podem estar incluídos. O circuito de controle pode ser configurado para manter uma posição rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório em resposta a uma rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal que exceda o limite predeterminado. A manutenção da posição rotacional pode incluir fornecer uma modulação por largura de pulso (PWM) da corrente para o motor 2504 de modo que resista à rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório. O motor 2504 pode incluir um motor de corrente contínua (CC) com escovas. O circuito de controle 2510 pode ser configurado para conectar internamente condutores ao motor CC com escovas quando o motor 2504 de modo que resista à rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório para além do limite predeterminado.
[00163] Em um aspecto, um instrumento cirúrgico 2500 pode incluir um conjunto de eixo de acionamento longitudinal. O conjunto de eixo de acionamento longitudinal pode incluir uma porção de eixo de acionamento giratório que compreende um eixo geométrico longitudinal e uma engrenagem de acionamento e uma junta de articulação. A engrenagem de acionamento pode ser configurada para girar ao redor do eixo geométrico longitudinal. A junta de articulação pode incluir uma engrenagem de articulação. O instrumento cirúrgico 2500 pode incluir adicionalmente um conjunto de acionamento. O conjunto de acionamento pode incluir um motor 2504, um circuito de controle 2510 e um membro de acionamento. O motor 2504 pode incluir uma saída de acionamento. O circuito de controle 2510 pode ser configurado para controlar o motor 2504. O membro de acionamento pode ser conectado de modo operacional à saída de acionamento. Quando o circuito de controle 2510 está em uma condição rotacional, o elemento de acionamento é conectado de modo operacional à engrenagem de acionamento da porção de eixo de acionamento giratório. Quando o circuito de controle 2510 está em uma condição de articulação, o membro de acionamento é conectado de modo operacional à engrenagem de articulação da junta de articulação. O instrumento cirúrgico 2500 pode incluir, também, uma fonte de energia 2512. O circuito de controle 2510 pode compreender uma condição engatada, uma condição desengatada e uma condição de frenagem dinâmica. Quando o circuito de controle 2510 está na condição engatada, o circuito de controle 2510 fornece a fonte de energia 2512 de modo que o motor 2504 esteja em uma configuração de circuito em série. Quando o circuito de controle 2510 está na condição desengatada, o circuito de controle 2510 desconecta a fonte de energia 2512 do motor 2504. Quando o circuito de controle 2510 está na condição de frenagem dinâmica, o circuito de controle 2510 coloca a fonte de energia 2512 em uma condição de circuito paralelo com o motor 2504.
[00164] Um ou mais dentre os recursos a seguir podem estar incluídos. Quando o circuito de controle 2510 está na condição rotacional e na condição de frenagem dinâmica, o circuito de controle 2510 pode ser configurado para: monitorar uma posição rotacional da porção de eixo de acionamento giratória com base em um sinal a partir de um sensor de posição rotacional 2534. O circuito de controle 2510 pode identificar um limite predeterminado que corresponde a uma posição rotacional da porção de eixo de acionamento giratório. O circuito de controle 2510 pode determinar uma ação de controle do motor 2504 em resposta a um movimento rotacional da porção de eixo de acionamento giratório que exceda o limite predeterminado; O circuito de controle 2510 pode controlar a rotação da porção de eixo de acionamento giratório em que controlar a rotação da porção de eixo de acionamento giratório compreende resistir à rotação da porção de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal. Quando o circuito de controle 2510 está na condição de articulação e na condição de frenagem dinâmica, o circuito de controle pode ser configurado para monitorar uma posição de articulação da junta de articulação com base em um sinal a partir de um sensor de posição de articulação 2534. O circuito de controle 2510 pode identificar um limite predeterminado que corresponde a uma posição de articulação da junta de articulação. O circuito de controle 2510 pode determinar uma ação de controle do motor 2504 em resposta a uma articulação da junta de articulação que exceda o limite predeterminado. O circuito de controle 2510 pode controlar a articulação da junta articulada em que controlar a articulação da junta articulada compreende resistir à articulação da junta articulada. O motor 2504 pode incluir um motor de corrente contínua CC com escovas e a fonte de energia 2512 pode incluir uma bateria.
[00165] Em vários aspectos, o instrumento cirúrgico 2500 pode incluir um único motor 2504 e uma embreagem ou um conjunto de engrenagens. O motor único 2504 pode ser configurado para articular o atuador de extremidade 2502, girar o eixo de acionamento do instrumento cirúrgico 2500 e transladar o membro de disparo do instrumento cirúrgico 2500. Um sistema de engrenagem ou de embreagem permite que o motor 2504 transfira a energia do mesmo para as várias funções do instrumento cirúrgico 2500. Em um aspecto, o motor 2504 e o conjunto de embreagem podem ser configurados para engatar múltiplas funções do instrumento cirúrgico 2500 ao mesmo tempo. Isso permite, por exemplo, que o instrumento cirúrgico 2500 mantenha uma condição de retenção ou de resistência dinâmica em relação à articulação ou à rotação do atuador de extremidade 2502 e do eixo de acionamento enquanto permite o disparo do membro de disparo. Em um outro aspecto, o instrumento cirúrgico 2500 pode incluir motores separados 2504 para articulação do atuador de extremidade 2502, rotação do eixo de acionamento e disparo do atuador de extremidade 2502.
[00166] Agora será feita referência, em detalhes, a vários aspectos, inclusive aspectos que mostram implementações exemplificadoras de instrumentos cirúrgicos 2500 manuais e robóticos com atuadores de extremidade 2502 que compreendem elementos de vedação e de corte. Sempre que possível, números de referência similares ou semelhantes podem ser usados nas figuras, e podem indicar funcionalidades similares ou semelhantes. As Figuras representam aspectos exemplificadores dos instrumentos cirúrgicos e/ou métodos de uso apresentados, apenas para propósitos ilustrativos. Os aspectos exemplificadores alternativos das estruturas e dos métodos Ilustrados no presente documento podem ser empregados sem que se afaste do escopo da presente revelação.
[00167] A Figura 22 representa um exemplo de um mecanismo de articulação 3000 para articular um atuador de extremidade de um instrumento cirúrgico de acordo com um aspecto da presente revelação. Com referência também à Figura 14, o mecanismo de articulação 3000 inclui uma junta de articulação 3006 que permite que um braço distal 3014 do instrumento cirúrgico 2500 articule ou pivote em relação a um braço proximal 3016 do instrumento cirúrgico 2500. A junta de articulação 3006 pode ser articulada através da atuação do membro/haste de articulação 3008. O membro/haste de articulação 3008 pode ter um grau de deslocamento 3012. Em um aspecto, o grau geral de deslocamento pode ser de 0,304". No entanto, em outros aspectos, o grau de deslocamento 3012 pode ser maior ou menor. A haste/membro de articulação 3008 pode ser acoplada de modo operacional a um motor 2504 ou atuador que seja controlado por um circuito de controle 2510. No controle da articulação desejada do braço distal 3014 em relação ao braço proximal 3016 do instrumento cirúrgico 2500, o instrumento cirúrgico 2500 pode incluir sensores 2534 para detectar o movimento articular. Em um aspecto, um sensor de braço distal pode detectar o ângulo de articulação do braço distal 3014 em relação ao braço proximal 3016 do instrumento cirúrgico 2500. O sensor de braço distal pode comunicar para o circuito de controle 2510, através de vários meios de comunicação, por exemplo, meios com fio ou sem fio, a localização do braço distal 3014 em relação ao braço proximal 3016 do instrumento cirúrgico 2500. Além disso, ou alternativamente, o instrumento cirúrgico 2500 pode incluir um sensor de junta de articulação 2534 que detecta e comunica a posição articulada do braço distal 3014 em relação ao braço proximal 3016 para o circuito de controle 2510. Adicionalmente, ou alternativamente, o instrumento cirúrgico 2500 pode incluir um sensor de haste de articulação que mede e detecta o deslocamento do membro de articulação 3008 conforme discutido em referência às Figuras 16 a 21. O deslocamento medido pelo sensor de articulação 2534 pode estar relacionado ao deslocamento de articulação do braço distal 3014 e ser comunicado ao circuito de controle 2510.
[00168] Em funcionamento, o mecanismo de articulação 3000 do instrumento cirúrgico 2500 pode ser articulado por um técnico para permitir que o atuador de extremidade 2502 do instrumento cirúrgico 2500 atinja um local desejado dentro de um paciente. Uma vez que a articulação desejada é obtida, o motor 2504 pode ser desativado e colocado em uma condição de retenção pelo circuito de controle 2510 para permitir que o mecanismo de articulação 3000 mantenha a posição articulada do mesmo. Durante a cirurgia, uma resistência ou força 3002 externa pode agir sobre o atuador de extremidade ou o braço distal 3014 do instrumento cirúrgico. Com o motor na condição de retenção, o circuito de controle 2510 pode monitorar o ângulo de articulação 3004 do atuador de extremidade 2502 e do braço distal 3014 através dos vários sensores descritos acima. Se a alteração no ângulo de articulação 3004 exceder um limite predeterminado de articulação, o circuito de controle 2510 pode ativar um recurso de retenção do motor 2504 para resistir proporcionalmente às forças transladadas 3010a-d que atuam sobre o instrumento cirúrgico 2500.
[00169] A Figura 23 ilustra um gráfico 3100 de um ângulo de uma haste de disparo e de um ciclo de trabalho de motor como uma função do ângulo de articulação do atuador de extremidade de acordo com um aspecto da presente revelação. O gráfico 3130 no topo representa o deslocamento (δ) da haste de disparo ao longo do eixo geométrico vertical 3122 como uma função de um ângulo de articulação em graus (°) ao longo do eixo geométrico horizontal 3120. Com referência também à Figura 14, quando a haste/membro de articulação 3008 está dentro de uma faixa predeterminada de deslocamento 3108, o circuito de controle 2510 dispara uma condição desativada do motor 2504. A faixa predeterminada de deslocamento 3108 da haste de articulação 3008 corresponde a uma faixa permitida de ângulos de articulação 3102 para a articulação do braço distal 3014. Quando a faixa predeterminada 3108 e/ou a faixa permitida 3102 são excedidas, o circuito de controle 2510 ativa um modo de retenção resistiva do motor 2504 para resistir ou neutralizar forças aplicadas ao braço distal 3014 e reter o braço distal 3014 e a haste de articulação 3018 dentro das faixas predeterminadas/permitidas 3108, 3102.
[00170] O gráfico 3132 na parte inferior da Figura 23 representa o ciclo de trabalho de motor (%) ao longo do eixo geométrico vertical 3126 como uma função do ângulo de articulação em Graus (°) ao longo do eixo geométrico horizontal 3120. Conforme o grau do ângulo de articulação do braço distal 3104 se afasta cada vez mais do limite predeterminado de ângulos de articulação 3102 devido a forças aplicadas externamente, o motor 2504 aplica uma força para resistir à articulação indesejada por um período prolongado. Em outras palavras, o ciclo de trabalho de motor aumenta conforme o ângulo de articulação se afasta cada vez mais de um limite predeterminado 3102. A título de exemplo, o gráfico 3132 na parte inferior da Figura 23 representa um atuador de extremidade 2502 com um ângulo de articulação desejado de -60°. A faixa permitida 3102 de ângulos de articulação se estende até -55°. Quando o atuador de extremidade 2502 é articulado a um grau que se enquadre na faixa permitida 3102, o ciclo de trabalho de motor é mínimo. Entretanto, conforme o ângulo de articulação excede os limites da faixa permitida 3102, o circuito de controle 2510 começa a responder de uma forma mais vigorosa através da ativação do modo de contenção resistivo do motor 2504, aumentando assim o ciclo de trabalho de motor. Além de aumentar o ciclo de trabalho de motor, articular um atuador de extremidade 2502 até um grau que se afasta do intervalo permitido 3102 pode aumentar a força de acionamento, ou torque, do motor 2504. A região sombreada 3112 indica uma restrição inicial do motor 2504 necessária conforme o ângulo de articulação começa a exceder os limites da faixa permitida 3102. A região sombreada 3110 indica uma restrição progressiva do motor 2504 necessária conforme o ângulo de articulação continua a exceder os limites da faixa permitida 3102. Em um aspecto, a energia aplicada ao motor 2504 para resistir às forças aplicadas externamente não induz a uma articulação e/ou movimento adicional do atuador de extremidade 2502, mas impede qualquer movimento indesejado adicional fora da faixa predeterminada 3102. Em outros aspectos da presente descrição, a energia aplicada ao motor 2504 para resistir à força externamente aplicada pode fazer com que o atuador de extremidade 2502 articule ou gire de volta para a posição definida previamente.
[00171] A Figura 24 ilustra um gráfico 3200 de um ciclo de trabalho de motor como uma função de uma rotação de eixo de acionamento de acordo com um aspecto da presente descrição de acordo com um aspecto da presente revelação. O gráfico 3200 representa um ciclo de trabalho de motor ao longo do eixo geométrico vertical 3222 como uma função de uma rotação de eixo de acionamento em Graus (°) ao longo do eixo geométrico horizontal 3220. Com referência também à Figura 14, o circuito de controle 2510 permite um limite de rotação inicial 3202 antes de ativar os recursos de retenção do motor 2504. Em um aspecto, os recursos de retenção incluem uma modulação de corrente proporcional à resistência necessária para restringir ou limitar a rotação de eixo de acionamento. A corrente 3204 pode ser aumentada conforme a resistência necessária do motor 3208 aumenta junto com o deslocamento da rotação de eixo de acionamento. Dessa forma, a resistência do motor pode ser aumentada de uma maneira gradual 3206.
[00172] Em um aspecto, os condutores para um motor CC do instrumento cirúrgico 2500, quando está na condição desengatada, podem ser conectados internamente. A conexão interna dos condutores do motor CC pode resultar em uma resistência magnética interna no interior do motor para evitar o acionamento inverso acidental do motor 2504, causado por forças aplicadas externamente aplicadas ao atuador de extremidade 2502. A frenagem dinâmica e regenerativa pode ser obtida com motores CC PWM, com escovas, sem escovas e/ou de passo para reter as porções de articulação no local desejado do atuador de extremidade 2502. Adicionalmente, ou como alternativa, os vários mecanismos de frenagem dinâmica podem ser combinados com travas mecânicas para manter a posição rotacional ou articular desejada do atuador de extremidade. Além disso, ou como alternativa, a resistência natural de um motor 2504 com bobinas em curto pode ser combinada com uma frenagem ou trava mecânica como um método passivo para executar uma função de manutenção de estação de um sistema articulado ou rotacionado.
[00173] A Figura 25 ilustra um circuito de controle 3300 de acordo com os vários aspectos discutidos acima de acordo com um aspecto da presente revelação. O circuito 3300 inclui uma fonte de energia 3306, um motor 3308 e uma pluralidade de chaves 3301, 3302, 3303, 3304. O circuito pode incluir adicionalmente uma chave 3305 alternativa. As chaves 3301 a 3305 permitem, cada uma, que o circuito 3300 seja configurado para operar o motor 3308 em um modo de avanço, um modo inverso, um modo de resistência ou frenagem e um modo de inércia. Quando o circuito 3300 está no modo de avanço, as chaves 3301, 3304, e 3305 podem estar na condição aberta enquanto as chaves 3302 e 3303 podem estar na condição fechada. O modo de avanço permite que o motor 3308 e a fonte de energia 3306 sejam operados em uma configuração em série com o motor 3308 operando na direção de avanço. Quando o circuito 3300 está no modo inverso, as chaves 3302, 3303, e 3305 podem estar na condição aberta enquanto as chaves 3301 e 3304 podem estar na condição fechada. O modo inverso permite que o motor 3308 e a fonte de energia 3306 sejam operados em uma configuração em série com o motor 3308 operando na direção inversa. A Tabela 1 abaixo ilustra as várias configurações de circuito 3300 discutidas na presente invenção.Tabela 1. Várias Configurações de Circuito. 1 = Fechada; 0 = Aberta.
[00174] Em um aspecto, o modo de frenagem pode usar carga de retenção estática para fornecer resistência a forças externas sobre a articulação ou a rotação da porção distal de um instrumento cirúrgico. Quando o circuito 3300 está no modo de frenagem que fornece uma carga de retenção estática, as chaves 3301, 3302, e 3305 podem estar na condição aberta enquanto as chaves 3303 e 3304 podem estar na condição fechada. Esse modo de frenagem permite que o motor 3308 e a fonte de energia 3306 sejam operados em uma configuração estática com a configuração de circuito criando uma retenção estática. Em um outro aspecto, o modo de frenagem pode usar carga de retenção estática para fornecer resistência a forças externas sobre a articulação ou a rotação da porção distal de um instrumento cirúrgico. Quando o circuito 3300 está no modo de frenagem que fornece uma carga de retenção estática, as chaves 3301, 3302, 3303 e 3305 podem estar na condição aberta enquanto a chave 3305 pode estar na condição fechada. Esse modo de frenagem permite que o motor 3308 seja isolado da fonte de energia 3306. Enquanto está nesse modo de frenagem, o motor 3308 está em uma configuração de circuito fechado isolado da fonte de energia com a configuração do circuito criando uma retenção estática.
[00175] Em um outro aspecto, o modo de frenagem pode usar uma carga de retenção dinâmica para fornecer resistência a forças externas sobre a articulação ou a rotação da porção distal de um instrumento cirúrgico. Quando o circuito 3300 está no modo de frenagem dinâmica, as chaves 3303, 3304 e 3305 podem estar na condição aberta enquanto as chaves 3301 e 3302 podem estar na condição fechada. Esse modo de frenagem dinâmica permite que o motor 3308 e a fonte de energia 3306 sejam operados em uma configuração paralela com a configuração de circuito criando uma retenção dinâmica. Quando forças agem sobre o motor enquanto está no modo de frenagem dinâmica, a configuração paralela do circuito cria uma resistência em uma saída do motor para resistir a qualquer força externa que opere sobre o motor. Em um outro aspecto, a modo de inércia pode permitir que o motor gire livremente sem qualquer resistência do circuito. Quando o circuito 3300 está no modo de inércia, as chaves 3301, 3302, 3303, 3304, 3305 pode podem estar na condição aberta. Esse modo permite que o motor 3308 e a fonte de energia 3306 sejam completamente desconectados um do outro sem qualquer resistência criada no motor 3308.
[00176] A Figura 26 ilustra um conjunto de eixo de acionamento giratório e articulável 3400 de um instrumento cirúrgico de acordo com um aspecto da presente revelação. Com referência também à Figura 25, o conjunto de eixo de acionamento 3400 inclui uma porção de atuador de extremidade distal 3416, uma porção proximal 3420 e um mecanismo de articulação 3406 que conecta a porção de atuador de extremidade distal 3416 e a porção proximal 3420. A porção proximal 3420 define um eixo geométrico longitudinal 3422. A porção proximal 3420 é configurada para girar ao redor do eixo geométrico longitudinal 3422. A saída do motor 3308 do instrumento cirúrgico é configurada para girar um eixo de acionamento giratório 3408. O eixo de acionamento giratório inclui uma engrenagem de acionamento 3424 que faz interface operacional com uma engrenagem acionada 3418 da porção proximal 3420. Conforme discutido com referência à Figura 14, o circuito de controle 2510 pode ser conectado a um sensor rotacional 2534 que detecta a rotação do conjunto de eixo de acionamento 3400. Pode ser permitido que o conjunto de eixo de acionamento 3400 gire dentro de um limite de flutuador ou vão 3412. No entanto, quando uma força externa 3402 faz com que o conjunto de eixo de acionamento 3400 gire para além de um limite rotacional 3414, o circuito de controle 2510 pode ativar uma condição de resistência ou de retenção sobre o motor 3308 (2504) conforme discutido acima com relação às Figuras 22 a 25. Quando o circuito de controle 2510 ativa a condição de retenção, o motor 3308 (2504) pode ser energizado e aplicar uma força 3410 para se opor à força de rotação externa 3402. A força 3410 aplicada pelo motor 3308 (2504) pode incluir uma força de resistência passiva ou ativa conforme discutido acima com relação às Figuras 22 a 25.
[00177] Através da PWM ativa e da resistência de etapa de corrente do circuito de controle 2510 e da resistência dinâmica e passiva das configurações do circuito de controle, o circuito de controle 2510 pode resistir a uma rotação ou articulação indesejada de um atuador de extremidade causada por forças externas. Essas condições de retenção do circuito de controle 2510 permitem que o atuador de extremidade permaneça dentro de uma posição desejada durante um procedimento cirúrgico.
[00178] A Figura 27 ilustra um diagrama de fluxo lógico que mostra um exemplo de um processo 3430 que pode ser executado pelo instrumento cirúrgico 2500 (por exemplo, pelo circuito de controle 2510) para resistir e controlar a articulação do atuador de extremidade 2502 causada por forças externas. O circuito de controle 2510 pode receber 3432 um sinal de articulação inicial. O sinal de articulação inicial pode ser recebido 3432 a partir do sensor de articulação uma vez que o atuador de extremidade 2502 esteja em uma posição articulada desejada. Por exemplo, um clínico pode colocar o atuador de extremidade 2502 em uma posição desejada e então apertar o tecido entre a bigorna 2516 e o cartucho de grampos 2518 e então atuar o gatilho 32 para iniciar um curso de disparo. O gatilho 32 pode ser configurado para fornecer o sinal de disparo ao circuito de controle 2510 mediante a atuação.
[00179] Uma vez que o atuador de extremidade 2502 foi colocado na posição desejada, o circuito de controle 2510, em resposta ao sinal de articulação inicial, pode determinar 3434 uma posição de articulação inicial do atuador de extremidade 2502 partir do sinal de articulação. Mediante a determinação 3434 da posição inicial, o circuito de controle 2510 pode identificar 3436 um limite predeterminado para deslocamento permitido do atuador de extremidade 2502. Por exemplo, o instrumento cirúrgico 2500 pode transitar do modo de articulação para o modo de disparo através da transmissão 2506. Quando está no modo de disparo, o circuito de controle 2510 pode monitorar a posição de articulação do atuador de extremidade 2502.
[00180] O circuito de controle 2510 pode receber 3438 um sinal de articulação atual. O sinal de articulação atual pode ser recebido 3438 a partir do sensor de articulação uma vez que o atuador de extremidade 2502 está no modo de disparo para monitorar a posição do atuador de extremidade 2502 durante o modo de disparo. O sinal de articulação atual pode ser recebido 3438 a partir do sensor de articulação. O circuito de controle 2510, em resposta ao sinal de articulação atual, pode determinar 3440 uma posição de articulação atual do atuador de extremidade 2502 a partir do sinal de articulação atual. O circuito de controle 2510 pode comparar 3442 a posição de articulação atual do atuador de extremidade 2502 contra a posição de articulação inicial e o limite predeterminado para deslocamento permitido do atuador de extremidade 2502. Se a posição atual exceder o limite predeterminado 3444, então o circuito de controle 2510 controla 3452 o Movimento do atuador de extremidade 2502 através do engate 3452 da condição de retenção do motor 3308 (2504). Por exemplo, quando o circuito de controle 3512 compara a posição atual do atuador de extremidade 2502 contra o limite predeterminado e a posição atual excede o limite predeterminado, o circuito de controle 2510 pode chavear a transmissão 2506 do modo de disparo para o modo de controle. Quando o circuito de controle 2510 chaveia para o modo de controle, o circuito de controle 2510 engata 3452 a condição de retenção do motor 3308 (2504) para resistir a um movimento indesejado do atuador de extremidade 2502. A condição de retenção pode incluir qualquer uma das condições de retenção conforme discutido acima com relação às Figuras 22 a 25. Quando o circuito de controle 2502 compara 3512 a posição atual do atuador de extremidade 2502 contra o limite predeterminado e a posição atual está dentro do limite predeterminado 3446, o circuito de controle 2510 continua 3448 a operação da função do atuador de extremidade, por exemplo, continua operando no modo de disparo.
[00181] Em um outro aspecto, o instrumento cirúrgico 2500 pode ter um segundo motor. O motor original 3308 (2504) pode ser configurado para operar a articulação do atuador de extremidade 2502. O segundo motor pode ser configurado para operar o acionamento de disparo do atuador de extremidade 2502. Quando o instrumento cirúrgico compreende dois motores, o controle 3450 pode ser concluído independentemente do modo de disparo.
[00182] Em um outro aspecto, o instrumento cirúrgico 2500 pode ter um acionamento de disparo manual. Onde o instrumento cirúrgico tem um acionamento de disparo manual, o motor 3308 (2504) pode permanecer engatado ao mecanismo de articulação durante o modo de disparo. O motor 3308 (2504) pode ser configurado para operar a articulação do atuador de extremidade 2502. Quando o instrumento cirúrgico compreende um acionamento de disparo manual, o controle 3450 pode ser concluído independentemente do modo de disparo.
[00183] A Figura 28 ilustra um diagrama de fluxo lógico que mostra um exemplo de um processo 3460 que pode ser executado pelo instrumento cirúrgico 2500 (por exemplo, pelo circuito de controle 2510) para resistir e controlar a rotação do conjunto de eixo de acionamento 200 causada por forças externas. O circuito de controle 2510 pode receber um sinal de rotação inicial 3462. O sinal rotacional inicial pode ser recebido 3462 a partir do sensor de rotação uma vez que o conjunto de eixo de acionamento 200 esteja em uma posição rotacional desejada. Por exemplo, um clínico pode colocar o conjunto de eixo de acionamento 200 em uma posição rotacional desejada e então apertar o tecido entre a bigorna 2516 e o cartucho de grampos 2518 e então atuar o gatilho 32 para iniciar um curso de disparo. O gatilho 32 pode ser configurado para fornecer o sinal de disparo ao circuito de controle 2510 mediante a atuação.
[00184] Uma vez que o conjunto de eixo de acionamento 200 é colocado na posição rotacional desejada, o circuito de controle 2510, em resposta ao sinal de rotação inicial, pode determinar 3464 uma posição rotacional inicial do conjunto de eixo de acionamento 200 a partir do sinal rotacional. Mediante a determinação 3464 da posição rotacional inicial, o circuito de controle 2510 pode identificar 3466 um limite predeterminado para deslocamento permitido do conjunto de eixo de acionamento 200. Por exemplo, o instrumento cirúrgico 2500 pode transitar do modo rotacional para o modo de disparo através da transmissão 2506. Quando está no modo de disparo, o circuito de controle 2510 pode monitorar a posição rotacional do conjunto de eixo de acionamento 200.
[00185] O circuito de controle 2510 pode receber 3468 um sinal rotacional atual. O sinal rotacional atual pode ser recebido 3468 a partir do sensor de rotação uma vez que o conjunto de eixo de acionamento 200 esteja no modo de disparo para monitorar a posição do conjunto de eixo de acionamento 200 durante o modo de disparo. O sinal rotacional atual pode ser recebido 3468 a partir de um sensor de rotação. O circuito de controle 2510, em resposta ao sinal rotacional atual, pode determinar 3470 uma posição rotacional atual do conjunto de eixo de acionamento 200 a partir do sinal rotacional atual. O circuito de controle 2510 pode comparar 3472 a posição rotacional atual do conjunto de eixo de acionamento 200 contra a primeira posição rotacional e o limite predeterminado para um deslocamento rotacional permitido do conjunto de eixo 200. Se a posição rotacional atual do conjunto de eixo de acionamento 200 exceder o limite predeterminado 3474, então o circuito de controle 2510 controlará 3480 a rotação do conjunto de eixo de acionamento 200 mediante o engate 3482 da condição de retenção do motor 3308 (2504). Por exemplo, quando o circuito de controle 3472 compara a posição atual do conjunto de eixo de acionamento 200 contra o limite predeterminado e a posição atual excede um limiar do limite predeterminado, o circuito de controle 2510 pode chavear a transmissão 2506 do modo de disparo para o modo de controle. Quando o circuito de controle 2510 chaveia para o modo de controle, o circuito de controle 2510 então engata 3482 a condição de retenção do motor 3308 (2504) para resistir a uma rotação indesejada do conjunto de eixo de acionamento 200. A condição de retenção pode incluir qualquer uma das condições de retenção conforme discutido acima com relação às Figuras 22 a 25 e com relação a uma articulação do atuador de extremidade 2502. Quando o circuito de controle 2510 compara 3472 a posição rotacional atual do conjunto de eixo de acionamento 200 contra o limite predeterminado e a posição rotacional atual está dentro do limite predeterminado 3476, o circuito de controle 2510 continua 3478 a operação da função do atuador de extremidade, por exemplo, continua operando no modo de disparo.
[00186] Em um outro aspecto, o instrumento cirúrgico 2500 pode ter um segundo motor. O motor original 3308 (2504) pode ser configurado para operar a rotação do conjunto de eixo de acionamento 200. O segundo motor pode ser configurado para operar o acionamento de disparo do atuador de extremidade 2502. Quando o instrumento cirúrgico compreende dois motores, o controle 3480 pode ser concluído independentemente do modo de disparo.
[00187] Em um outro aspecto, o instrumento cirúrgico 2500 pode ter um acionamento de disparo manual. Quando o instrumento cirúrgico tem um acionamento de disparo manual, o motor 3308 (2504) pode permanecer engatado à transmissão 2506 durante o modo de disparo. O motor 3308 (2504) pode ser configurado para operar a rotação do conjunto de eixo de acionamento 200. Quando o instrumento cirúrgico compreende um acionamento de disparo manual, o controle 3480 pode ser concluído independentemente do modo de disparo.
[00188] Em um outro aspecto, o circuito de controle 2510 do instrumento cirúrgico 2500 pode ser configurado para resistir e controlar a articulação do mecanismo de articulação e resistir e controlar a rotação do conjunto de eixo de acionamento 200. A funções de resistência e retenção do controle de articulação e do controle rotacional podem operar de modo independente ou cooperativo para controlar a posição espacial geral do atuador de extremidade 2502.
[00189] As funções ou processos 3430, 3460 descritos no presente documento podem ser executados por qualquer um dos circuitos de processamento descritos no presente documento, tal como o circuito de controle 700 descrito nas Figuras 5 a 6, os circuitos 800, 810, 820 descritos nas Figuras 7 a 9, o microcontrolador 1104 descrito nas Figuras 10 e 12 e/ou o circuito de controle 2510 descrito na Figura 14.
[00190] Os aspectos do instrumento cirúrgico motorizado podem ser praticados sem os detalhes específicos revelados na presente invenção. Alguns aspectos foram mostrados como diagramas de bloco em vez de detalhes. Partes desta revelação podem ser apresentadas em termos de instruções que operam em dados armazenados em uma memória do computador. Um algoritmo se refere à sequência autoconsistente de etapas que levam ao resultado desejado, em que uma "etapa" se refere à manipulação de quantidades físicas que podem assumir a forma de sinais elétricos ou magnéticos capazes de serem armazenados, transferidos, combinados, comparados e manipulados de qualquer outra forma. Esses sinais podem ser chamados de bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos, números. Esses termos e termos semelhantes podem ser associados às grandezas físicas adequadas e são identificações meramente convenientes aplicadas a essas grandezas.
[00191] De modo geral, os aspectos aqui descritos, os quais podem ser implementados, individual e/ou coletivamente, por uma ampla gama de hardware, software, firmware, ou qualquer combinação dos mesmos, podem ser vistos como sendo compostos por vários tipos de "circuitos elétricos". Consequentemente, "circuito elétrico" inclui, mas não se limita aos, circuitos elétricos que tenham ao menos um circuito elétrico distinto, circuitos elétricos que tenham ao menos um circuito integrado, circuitos elétricos que tenham ao menos um circuito integrado para aplicação específica, circuitos elétricos que formem um dispositivo de computação para finalidades gerais configurado por um programa de computador (por exemplo, um computador ou processador para finalidades gerais configurado por um programa de computador que ao menos parcialmente execute os processos e/ou dispositivos aqui descritos), circuitos elétricos que formem um dispositivo de memória (por exemplo, formas de memória de acesso aleatório), e/ou circuitos elétricos que formem um dispositivo de comunicações (por exemplo, um modem, roteadores ou equipamento óptico-elétrico). Esses aspectos podem ser implementados em forma analógica ou digital, ou combinações dos mesmos.
[00192] A descrição anteriormente mencionada apresentou aspectos dos dispositivos e/ou processos por meio do uso de diagramas de blocos, fluxogramas, e/ou exemplos, que pode conter uma ou mais funções e/ou operação. Cada função e/ou operação dentro de tais diagramas de blocos, fluxogramas ou exemplos pode ser implementada, individualmente e/ou coletivamente, por uma ampla gama de hardware, software, firmware ou virtualmente qualquer combinação dos mesmos. Em um aspecto, várias porções do assunto aqui descrito podem ser implementadas por meio de circuitos integrados de aplicação específica (ASICs), arranjos de portas programáveis em campo (FPGAs), processadores de sinais digitais (DSPs), dispositivos lógicos programáveis (PLDs), circuitos, registradores e/ou componentes de software, por exemplo, programas, subrotinas, lógica e/ou combinações de componentes de hardware e software, portas lógicas, ou outros formatos integrados. Alguns aspectos aqui revelados, no todo ou em parte, podem ser implementados de modo equivalente em circuitos integrados, como um ou mais programas de computador executando em um ou mais computadores (por exemplo, como um ou mais programas operando em um ou mais sistemas de computador), como um ou mais programas operando em um ou mais processadores (por exemplo, como um ou mais programas operando 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 de uma pessoa versada na técnica à luz desta revelação.
[00193] Os mecanismos do assunto revelado podem ser distribuídos como um produto de programa em uma variedade de formas, e um aspecto ilustrativo do assunto aqui descrito é aplicável independentemente do tipo específico da mídia de transmissão de sinais usado para efetivamente executar a distribuição. Exemplos de uma mídia de transmissão de sinais incluem, mas não se limitam aos seguintes: uma mídia do tipo gravável como um disquete, uma unidade de disco rígido, um disco compacto (CD), um disco de vídeo digital (DVD), uma fita digital, uma memória de computador, etc.; e uma mídia do tipo de transmissão, como uma mídia de comunicação digital e/ou analógica (por exemplo, um cabo de fibra óptica, um guia de onda, um enlace de comunicação com fio, um enlace de comunicação sem fio (por exemplo, transmissor, receptor, lógica de transmissão, lógica de recepção, etc.).
[00194] A descrição anteriormente mencionada de um ou mais aspectos 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. Esses aspectos foram escolhidos e descritos com a finalidade de ilustrar os princípios e a aplicação prática para, assim, permitir que a pessoa versada na técnica use os vários aspectos e com várias modificações, conforme sejam convenientes ao uso específico contemplado. Pretende-se que as concretizações apresentadas em anexo definam o escopo global.
[00195] Vários aspectos da matéria descrita no presente documento são definidos nos seguintes exemplos numerados:
[00196] Exemplo 1. Um instrumento cirúrgico que compreende um motor operável para transladar um membro de articulação ao longo de uma distância a partir de uma posição proximal até uma posição distal em que o membro de articulação é transladável em relação a um atuador de extremidade ao longo de uma distância a partir de uma posição proximal até uma posição distal em que a translação do membro de articulação faz com que uma junta articulada se articule e em que o motor compreende uma condição engatada, uma condição desengatada e uma condição de retenção; um circuito de controle acoplado ao motor; um sensor de posição acoplado ao circuito de controle, em que o sensor de posição é configurado para detectar uma posição do membro de articulação ao longo de pelo menos uma porção da distância; e em que circuito de controle é configurado para: receber entrada de posição do sensor de posição indicativa de uma posição de articulação do membro de articulação; identificar um limite predeterminado que corresponde à posição de articulação do membro de articulação; determinar uma ação de controle do motor, quando o motor está na condição desengatada, em resposta a um movimento do membro de articulação que exceda o limite predeterminado; e controlar o movimento do membro de articulação em que controlar o movimento do membro de articulação compreende engatar o motor de modo que esteja na condição de retenção.
[00197] Exemplo 2. O instrumento cirúrgico do Exemplo 1 em que o circuito de controle é configurado para manter a posição de articulação em resposta ao movimento do membro de articulação exceder o limite predeterminado.
[00198] Exemplo 3. O instrumento cirúrgico do Exemplo 2 em que o circuito de controle ser configurado para aplicar corrente modulada por largura de pulso (PWM) ao motor na condição de retenção de modo que resista ao movimento do membro de articulação.
[00199] Exemplo 4. O instrumento cirúrgico do Exemplo 1 até o Exemplo 3 em que o motor compreende um motor de corrente contínua (CC) com escovas.
[00200] Exemplo 5. O instrumento cirúrgico do Exemplo 4 em que o circuito de controle é configurado para conectar internamente condutores ao motor de corrente contínua (CC) com escovas quando o motor estiver na condição de retenção.
[00201] Exemplo 6. O instrumento cirúrgico do Exemplo 4 até o Exemplo 5, em que o circuito de controle compreende uma condição de avanço, uma condição de inércia e uma condição de frenagem em que, quando o circuito de controle está na condição de avanço, o motor CC está na condição engatada, em que, quando o circuito de controle está na condição de inércia, o motor CC está na condição desengatada e em que, quando o circuito de controle está na condição de frenagem, o motor CC está na condição de retenção.
[00202] Exemplo 7. O instrumento cirúrgico do Exemplo 6 em que o circuito de controle compreende uma primeira chave, uma segunda chave, uma terceira chave e uma quarta chave em que, quando o circuito de controle está na condição de avanço, a segunda chave e a terceira chave estão em uma configuração fechada e a primeira chave e a quarta chave estão em uma configuração aberta.
[00203] Exemplo 8. O instrumento cirúrgico do Exemplo 7 em que, quando o circuito de controle está na condição de frenagem, a primeira chave e a segunda chave estão em uma configuração fechada e a terceira chave e a quarta chave estão em uma configuração aberta.
[00204] Exemplo 9. O instrumento cirúrgico do Exemplo 8 em que, quando o circuito de controle está na condição de inércia, a primeira chave, a segunda chave, a terceira chave e a quarta chave estão em uma configuração aberta.
[00205] Exemplo 10. Um instrumento cirúrgico que compreende: um motor configurado para se acoplar a um conjunto de engrenagens de um conjunto de eixo de acionamento giratório em que o conjunto de eixo de acionamento giratório compreende um eixo geométrico longitudinal, um sensor de posição rotacional configurado para medir a rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal em que o motor é configurado para aplicar uma força giratória para girar o conjunto de eixo de acionamento giratório e em que a rotação do conjunto de eixo de acionamento gira o conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal; um circuito de controle acoplado ao motor, em que o circuito de controle é configurado para: monitorar uma posição rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório com base em um sinal do sensor de posição rotacional; identificar um limite predeterminado correspondente à posição rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório; determinar uma ação de controle do motor em resposta a um movimento rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório que excede o limite predeterminado; e controlar a rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório em que controlar a rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório compreende resistir à rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal.
[00206] Exemplo 11. O instrumento cirúrgico do Exemplo 10 em que o circuito de controle é configurado para manter uma posição rotacional do conjunto de eixo de acionamento giratório em resposta a uma rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal que exceda o limite predeterminado.
[00207] Exemplo 12. O instrumento cirúrgico do Exemplo 11 em que o circuito de controle é configurado para aplicar corrente modulada por largura de pulso (PWM) ao motor de modo que resista à rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório.
[00208] Exemplo 13. O instrumento cirúrgico do Exemplo 10 até o Exemplo 12 em que o motor compreende um motor de corrente contínua (CC) com escovas.
[00209] Exemplo 14. O instrumento cirúrgico do exemplo 13 em que o circuito de controle é configurado para conectar internamente condutores ao motor CC com escovas quando o motor de modo que resista à rotação do conjunto de eixo de acionamento giratório para além do limite predeterminado.
[00210] Exemplo 15. Um instrumento cirúrgico que compreende: um conjunto de eixo de acionamento longitudinal que compreende: uma porção de eixo de acionamento giratório que compreende um eixo geométrico longitudinal e uma engrenagem de acionamento em que a porção de eixo de acionamento giratório é configurada para girar ao redor do eixo geométrico longitudinal; e uma junta de articulação que compreende uma engrenagem de articulação; um conjunto de acionamento que compreende: um motor que compreende uma saída de acionamento; um circuito de controle configurado para controlar o motor; e um membro de acionamento conectado de modo operacional à saída de acionamento em que, quando o circuito de controle está em uma condição rotacional, o elemento de acionamento é conectado de modo operacional à engrenagem de acionamento da porção de eixo de acionamento giratório e em que, quando o circuito de controle está em uma condição de articulação, o membro de acionamento é conectado de modo operacional à engrenagem de articulação da junta de articulação; e uma fonte de energia; em que o circuito de controle compreende uma condição engatada, uma condição desengatada e uma condição de frenagem dinâmica em que, quando o circuito de controle está na condição de engate, o circuito de controle fornece a fonte de energia ao motor em uma configuração de circuito em série em que, quando o circuito de controle está na condição desengatada, o circuito de controle desconecta a fonte de alimentação do motor e em que, quando o circuito de controle está na condição de frenagem dinâmica, o circuito de controle coloca a fonte de alimentação em uma condição de circuito paralelo com o motor.
[00211] Exemplo 16. O instrumento cirúrgico do Exemplo 15 em que, quando o circuito de controle está na condição rotacional e na condição de frenagem dinâmica, o circuito de controle é configurado para: monitorar uma posição rotacional da porção de eixo de acionamento giratória com base em um sinal a partir de um sensor de posição rotacional; identificar um limite predeterminado que corresponde a uma posição rotacional da porção de eixo de acionamento giratório; determinar uma ação de controle do motor em resposta a um movimento rotacional da porção de eixo de acionamento giratório que exceda o limite predeterminado; controlar a rotação da porção de eixo de acionamento giratório em que controlar a rotação da porção de eixo de acionamento giratório compreende resistir à rotação da porção de eixo de acionamento giratório ao redor do eixo geométrico longitudinal.
[00212] Exemplo 17. O instrumento cirúrgico do Exemplo 16 em que o motor compreende um motor de corrente contínua (CC) com escovas e em que a fonte de alimentação compreende uma bateria.
[00213] Exemplo 18. O instrumento cirúrgico do Exemplo 15 até o Exemplo 17 em que, quando o circuito de controle está na condição de articulação e na condição de frenagem dinâmica, o circuito de controle é configurado para: monitorar uma posição de articulação da junta de articulação com base em um sinal a partir de um sensor de posição de articulação; identificar um limite predeterminado que corresponde a uma posição de articulação da junta de articulação; determinar uma ação de controle do motor em resposta a uma articulação da junta de articulação que exceda o limite predeterminado; controlar a articulação da junta articulada em que controlar a articulação da junta articulada compreende resistir à articulação da junta articulada.
[00214] Exemplo 19. O instrumento cirúrgico do Exemplo 18 em que o motor compreende um motor de corrente contínua (CC) com escovas e em que a fonte de alimentação compreende uma bateria.
[00215] Exemplo 20. O instrumento cirúrgico do Exemplo 16 até o Exemplo 19 em que, quando o circuito de controle está na condição de articulação e na condição de frenagem dinâmica, o circuito de controle é configurado para: monitorar uma posição de articulação da junta de articulação com base em um sinal a partir de um sensor de posição de articulação; identificar um limite predeterminado que corresponde a uma posição de articulação da junta de articulação; determinar uma ação de controle do motor em resposta a uma articulação da junta de articulação que exceda o limite predeterminado; controlar a articulação da junta articulada em que controlar a articulação da junta articulada compreende resistir à articulação da junta articulada.
Claims (8)
1. Instrumento cirúrgico (10) compreendendo: um motor (2504) operável para transladar um membro de articulação (3008) ao longo de uma distância de uma posição proximal para uma posição distal, em que o membro de articulação (3008) é transladável em relação a um atuador de extremidade (300) a uma distância de uma posição proximal para uma posição distal, em que a translação do membro de articulação (3008) leva uma junta de articulação (270) a se articular, e em que o motor (2504) compreende uma condição engatada, uma condição desengatada, e uma condição de retenção; um circuito de controle (2510) acoplado ao motor (2504); um sensor de posição (2534) acoplado ao circuito de controle (2510), o sensor de posição (2534) configurado para detectar uma posição do membro de articulação (3008) ao longo de pelo menos uma porção da distância; e em que o circuito de controle (2510) é configurado para: receber entrada de posição do sensor de posição (2534) indicativo de uma posição de articulação do membro de articulação (3008); caracterizado pelo fato de que o circuito de controle (2510) é ainda configurado para: identificar uma faixa permissível predeterminada de deslocamento do membro de articulação (3008) para longe da posição de articulação do membro de articulação (3008) quando o motor (2504) estiver na condição desengatada; e detectar um movimento do membro de articulação (3008) que excede a faixa de deslocamento permissível predeterminada e, em resposta, engatar a condição de retenção do motor (2504) para manter a posição de articulação.
2. Instrumento cirúrgico (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle (2510) é configurado para aplicar corrente modulada por largura de pulso (PWM) ao motor (2504) na condição de retenção para resistir ao movimento do membro de articulação (3008).
3. Instrumento cirúrgico (10), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o motor (2504) compreende um motor de corrente contínua (CC) escovado.
4. Instrumento cirúrgico (10), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle (2510) é configurado para internamente conectar condutores ao motor CC escovado quando o motor estiver na condição de retenção.
5. Instrumento cirúrgico (10), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle (2510) compreende uma condição de avanço, uma condição de inércia, e uma condição de frenagem, em que quando o circuito de controle (2510) estiver na condição de avanço, o motor CC está na condição engatada, em que quando o circuito de controle (2510) estiver na condição de inércia, o motor CC está na condição desengatada, e em que quando o circuito de controle (2510) estiver na condição de frenagem, o motor CC está na condição de retenção.
6. Instrumento cirúrgico (10), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle (2510) compreende um primeiro comutador, um segundo comutador, um terceiro comutador e um quarto comutador, em que quando o circuito de controle (2510) estiver na condição de avanço, o segundo comutador e o terceiro comutador estão em uma configuração fechada e o primeiro comutador e o quarto comutador estão em uma configuração aberta.
7. Instrumento cirúrgico (10), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que quando o circuito de controle (2510) estiver na condição de frenagem, o primeiro comutador e o segundo comutador estão em uma configuração fechada e o terceiro comutador e o quarto comutador estão em uma posição aberta configuração.
8. Instrumento cirúrgico (10), de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que quando o circuito de controle (2510) estiver na condição de inércia, o primeiro comutador, o segundo comutador, o terceiro comutador, e o quarto comutador estão em uma configuração aberta.
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