BR112020012933B1 - Instrumento cirúrgico ultrassônico e gerador ultrassônico - Google Patents
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Abstract
A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A VÁRIOS SISTEMAS E MÉTODOS PARA CONTROLAR UM INSTRUMENTO CIRÚRGICO ULTRASSÔNICO DE ACORDO COM A LOCALIZAÇÃO DO TECIDO PRESO DENTRO DE UM ATUADOR DE EXTREMIDADE (1122). UM CIRCUITO DE CONTROLE PODE SER CONFIGURADO PARA APLICAR DIFERENTES NÍVEIS DE POTÊNCIA, POR MEIO DE UM GERADOR, A UM TRANSDUTOR ULTRASSÔNICO QUE ACIONA UM SISTEMA ELETROMECÂNICO ULTRASSÔNICO PARA OSCILAR UMA LÂMINA ULTRASSÔNICA. ALÉM DISSO, O CIRCUITO DE CONTROLE PODE MEDIR IMPEDÂNCIAS DO TRANSDUTOR ULTRASSÔNICO CORRESPONDENTES AOS DIFERENTES NÍVEIS DE POTÊNCIA E DETERMINAR UMA LOCALIZAÇÃO DO TECIDO POSICIONADO DENTRO DO ATUADOR DE EXTREMIDADE (130420, 130424, 130422) COM BASE EM UMA DIFERENÇA ENTRE AS IMPEDÂNCIAS DO TRANSDUTOR ULTRASSÔNICO EM RELAÇÃO A UM LIMIAR.
Description
[0001] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§ 119(e) ao pedido de patente provisório US n° 62/721.995, intitulado CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION, formulado em 23 de agosto de 2018, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[0002] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§ 119(e) ao pedido de patente provisório US n° 62/721.998, intitulada SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS, depositado em 23 de agosto de 2018, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[0003] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§ 119(e) ao pedido de patente provisório US n° 62/721.999, intitulado INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING, depositado em 23 de agosto de 2018, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[0004] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§ 119(e) ao pedido de patente provisório US n° 62/721.994, intitulado BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY, depositado em 23 de agosto de 2018, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[0005] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§ 119(e) ao pedido de patente provisório US n° 62/721.996, intitulado RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COM- BINED ELECTRICAL SIGNAL, depositado em 23 de agosto de 2018, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade.
[0006] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§ 119(e) ao pedido de patente provisório US n° 62/692.747, intitulado SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE, depositado em 30 de junho de 2018, ao pedido de patente provisório para n° 62/692.748, intitulado SMART ENERGY ARCHITECTURE, depositado em 30 de junho de 2018 e ao pedido de patente provisório para n° 62/692.768, intitulado SMART ENERGY DEVICES, depositado em 30 de junho de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[0007] Este pedido também reivindica o benefício de prioridade sob 35 U.S.C.§ 119(e) para o pedido de patente provisório US n° 62/650.898 depositado em 30 de março de 2018, intitulado CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS, para o pedido de patente provisório US n° de série 62/650.887, intitulado SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES, depositado em 30 de março de 2018, ao pedido de patente provisório US n° de série 62/650.882, intitulado SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 30 de março de 2018, e ao pedido de patente provisório US n° de série 62/650.877, intitulado SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS, depositado em 30 de março de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[0008] O presente pedido reivindica a prioridade sob 35 U.S.C.§ 119(e) ao pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, ao pedido de patente provisório US n° de série 62/611.340, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS, depositado em 28 de dezembro de 2017, e ao pedido de patente provisório US n° de série 62/611.339, intitulado ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[0009] Em um ambiente cirúrgico, os dispositivos de energia inteli gente podem ser necessários em um ambiente de arquitetura de energia inteligente.
[0010] Em um aspecto geral, é descrito um método para determi nar a posição do tecido situado em um atuador de extremidade de um instrumento cirúrgico ultrassônico que compreende um transdutor ul- trassônico, em que o atuador de extremidade compreende uma lâmina ultrassônica acusticamente acoplada ao transdutor ultrassônico. O método compreende: aplicar, por meio de um circuito de controle, um primeiro nível de potência ao transdutor ultrassônico; medir, por meio do circuito de controle, uma primeira medição de impedância do transdutor ultrassônico correspondente ao primeiro nível de potência; aplicar, por meio do circuito de controle, um segundo nível de potência ao transdutor ultrassônico; medir, por meio do circuito de controle, uma segunda medição de impedância do transdutor ultrassônico correspondente ao segundo nível de potência; calcular, por meio do circuito de controle, uma diferença de impedância do transdutor ultras- sônico entre a primeira medição de impedância e a segunda medição de impedância; comparar, por meio do circuito de controle, a diferença de impedância do transdutor ultrassônico com um primeiro limiar; e determinar, por meio do circuito de controle, uma localização do tecido posicionado dentro do atuador de extremidade com base no primeiro limiar.
[0011] Em um outro aspecto geral, é fornecido um instrumento cirúr gico ultrassônico conectável a um gerador. O instrumento cirúrgico ul- trassônico compreende um atuador de extremidade que compreende uma lâmina ultrassônica, um transdutor ultrassônico acusticamente acoplado à lâmina ultrassônica e um circuito de controle acoplado ao transdutor ultrassônico. O transdutor ultrassônico é configurado para oscilar ultrassonicamente a lâmina ultrassônica em resposta a um sinal de acio-namento proveniente do gerador. O circuito de controle é configurado para: aplicar diferentes níveis de potência ao transdutor ultrassônico por meio do gerador ultrassônico, medir impedâncias do transdutor ultrassô- nico correspondentes aos diferentes níveis de potência e determinar uma localização do tecido posicionado dentro do atuador de extremidade de acordo com uma diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassô- nico em relação a um limiar.
[0012] Em um outro aspecto geral, é descrito um gerador ultrassô- nico conectável a um instrumento ultrassônico que compreende um atuador de extremidade, uma lâmina ultrassônica e um transdutor ul- trassônico acusticamente acoplado à lâmina ultrassônica. O gerador ultrassônico compreende um circuito de controle acoplável ao transdutor ultrassônico. O circuito de controle é configurado para: aplicar diferentes níveis de potência ao transdutor ultrassônico, medir impedân- cias do transdutor ultrassônico correspondentes aos diferentes níveis de potência e determinar uma localização do tecido posicionado dentro do atuador de extremidade de acordo com uma diferença entre as im- pedâncias do transdutor ultrassônico em relação a um limiar.
[0013] As características e recursos de vários aspectos são apre sentados com particularidade nas reivindicações em anexo. Os vários aspectos, entretanto, no que se refere tanto à organização quanto aos métodos de operação, juntamente com objetos e vantagens adicionais dos mesmos, podem ser melhor compreendidos em referência à descrição apresentada a seguir, tomada em conjunto com os desenhos em anexo, conforme apresentado a seguir.
[0014] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema cirúr gico interativo implementado por computador, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0015] A Figura 2 é um sistema cirúrgico sendo usado para executar um procedimento cirúrgico em uma sala de operação, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0016] A Figura 3 ilustra um controlador cirúrgico central pareado com um sistema de visualização, um sistema robótico e um instrumento inteligente, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0017] A Figura 4 é uma vista em perspectiva parcial de um compar timento do controlador cirúrgico central, e de um módulo gerador combinado recebido de maneira deslizante em uma gaveta do compartimento do controlador cirúrgico central, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0018] A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um módulo gerador combinado com contatos bipolares, ultrassônicos e monopolares e um componente de evacuação de fumaça, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0019] A Figura 6 ilustra diferentes conectores de barramento de energia para uma pluralidade de portas de acoplamento laterais de um gabinete modular lateral configurado para receber uma pluralidade de módulos, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0020] A Figura 7 ilustra um gabinete modular vertical configurado para receber uma pluralidade de módulos, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0021] A Figura 8 ilustra uma rede de dados cirúrgicos que com preende um controlador central de comunicação modular configurado para conectar dispositivos modulares localizados em uma ou mais salas de cirurgia de uma instalação de serviços de saúde, ou qualquer ambiente em uma instalação de serviços de saúde especialmente equipada para operações cirúrgicas, à nuvem, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0022] A Figura 9 ilustra um sistema cirúrgico interativo implementa do por computador, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0023] A Figura 10 ilustra um controlador cirúrgico central que compreende uma pluralidade de módulos acoplados à torre de controle modular, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0024] A Figura 11 ilustra um aspecto de um dispositivo de con trolador central de rede de barramento serial universal (USB), de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0025] A Figura 12 ilustra um diagrama lógico de um sistema de controle de um instrumento ou ferramenta cirúrgica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0026] A Figura 13 ilustra um circuito de controle configurado para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0027] A Figura 14 ilustra um circuito lógico combinacional confi gurado para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0028] A Figura 15 ilustra um circuito lógico sequencial configura do para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0029] A Figura 16 ilustra um instrumento ou ferramenta cirúrgica que compreende uma pluralidade de motores que podem ser ativados para executar várias funções, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0030] A Figura 17 é um diagrama esquemático de um instrumento cirúrgico robótico configurado para operar uma ferramenta cirúrgica aqui descrita, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0031] A Figura 18 ilustra um diagrama de blocos de um instru mento cirúrgico programado para controlar a translação distal do membro de deslocamento, de acordo com um aspecto da presente descrição.
[0032] A Figura 19 é um diagrama esquemático de um instrumen to cirúrgico configurado para controlar várias funções, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0033] A Figura 20 é um sistema configurado para executar algo ritmos de controle de lâminas ultrassônicas adaptáveis em uma rede de dados cirúrgicos que compreende um controlador central de comunicação modular, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0034] A Figura 21 ilustra um exemplo de um gerador, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0035] A Figura 22 é um sistema cirúrgico que compreende um gerador e vários instrumentos cirúrgicos que podem ser usados com o gerador, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0036] A Figura 23 é uma vista de um atuador de extremidade, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0037] A Figura 24 é um diagrama do sistema cirúrgico da Figura 22, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0038] A Figura 25 é um modelo que ilustra a corrente de ramifica ção de movimento, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0039] A Figura 26 é uma vista estrutural de uma arquitetura de gerador, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0040] As Figuras 27A a 27C ilustram vistas funcionais de uma arquitetura de gerador, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0041] As Figuras 28A e 28B são aspectos estruturais e funcionais de um gerador, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0042] A Figura 29 é um diagrama esquemático de um aspecto de um circuito de acionamento ultrassônico.
[0043] A Figura 30 é um diagrama esquemático de um circuito de controle, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0044] A Figura 31 mostra um diagrama de circuito de bloco simplifi cado que ilustra um outro circuito elétrico contido no interior de um instrumento cirúrgico ultrassônico modular, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0045] A Figura 32 ilustra um circuito gerador dividido em múlti plos estágios, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0046] A Figura 33 ilustra um circuito gerador dividido em múltiplos estágios, em que um primeiro circuito de estágio é comum ao segundo circuito de estágio, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0047] A Figura 34 é um diagrama esquemático de um aspecto de um circuito de acionamento configurado para acionar uma corrente de alta frequência (RF), de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0048] A Figura 35 ilustra um aspecto de uma arquitetura funda mental para um circuito de síntese digital como um circuito de síntese direta digital (DDS) configurado para gerar uma pluralidade de formatos de onda para a forma de onda de sinal elétrico para uso em um instrumento cirúrgico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0049] A Figura 36 ilustra um aspecto do circuito de síntese direta digital (DDS) configurado para gerar uma pluralidade de formatos de onda para a forma de onda de sinal elétrico para uso em um instrumento cirúrgico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0050] A Figura 37 ilustra um ciclo de uma forma de onda de sinal elétrico digital de tempo discreto, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição, de uma forma de onda analógica (mostrada sobreposta a uma forma de onda de sinal elétrico digital de tempo discreto para propósitos de comparação), de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0051] A Figura 38 é um diagrama de um sistema de controle configurado para possibilitar o fechamento progressivo de um membro de fechamento conforme este avança distalmente para fechar o braço de aperto para aplicar uma carga de força de fechamento a uma taxa desejada, de acordo com um aspecto da presente descrição.
[0052] A Figura 39 ilustra um sistema de controle de retroinformação do controlador proporcional-integral-derivado (PID), de acordo com um aspecto da presente descrição.
[0053] A Figura 40 é um diagrama de sistema de um circuito seg mentado que compreende uma pluralidade de segmentos de circuito operados independentemente, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0054] A Figura 41 é um diagrama de circuito de vários compo nentes de um instrumento cirúrgico com funções de controle de motor, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0055] A Figura 42 é um sistema alternativo para controlar a fre quência de um sistema eletromecânico ultrassônico e detectar a impe- dância do mesmo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0056] A Figura 43A é uma representação gráfica do ângulo de fase da impedância como função da frequência de ressonância do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ultrassônica fria (azul) e quente (vermelha); e
[0057] A Figura 43B é uma representação gráfica da magnitude de impedância como função da frequência de ressonância do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ultrassônica fria (azul) e quente (vermelha).
[0058] A Figura 44 é um diagrama de um filtro de Kalman para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de estado com base em impedância ao longo um transdutor ultrassônico medida em uma variedade de frequências, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0059] A Figura 45 ilustra três distribuições de probabilidade usadas por um estimador de estado do filtro de Kalman mostrado na Figura 44 para maximizar as estimativas, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0060] A Figura 46A é uma representação gráfica da temperatura em função do tempo de um dispositivo ultrassônico onde nenhum controle de temperatura atinge uma temperatura máxima de 490 °C.
[0061] A Figura 46B é uma representação gráfica da temperatura em função do tempo de um dispositivo ultrassônico em que o controle de temperatura atinge uma temperatura máxima de 320°C, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0062] As Figuras 47A e 47B são representações gráficas do contro le de retroinformação para ajustar a energia ultrassônica aplicada a um transdutor ultrassônico quando uma queda repentina na temperatura de uma lâmina ultrassônica é detectada, onde
[0063] A Figura 47A é uma representação gráfica da energia ul- trassônica como função do tempo; e
[0064] A Figura 47B é um gráfico da temperatura da lâmina ultrassô- nica como função do tempo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0065] A Figura 48 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para controlar a temperatura de uma lâmina ultrassônica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0066] A Figura 49 é uma representação gráfica da temperatura da lâmina ultrassônica como função do tempo durante o disparo de um vaso, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0067] A Figura 50 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para controlar a temperatura de uma lâmina ultrassônica entre dois pontos de ajuste de temperatura, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0068] A Figura 51 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para determinar a temperatura inicial de uma lâmina ultrassônica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0069] A Figura 52 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para determinar quando uma lâmina ultrassônica está se aproximando da instabilidade e então ajustar a potência aplicada ao transdutor ultrassôni- co para impedir a instabilidade do transdutor ultrassônico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0070] A Figura 53 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para fornecer vedação ultrassônica com controle de temperatura, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0071] A Figura 54 são representações gráficas da corrente do transdutor ultrassônico e da temperatura da lâmina ultrassônica como função do tempo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0072] A Figura 55 é uma vista de fundo de um atuador de extre midade ultrassônico que mostra um braço de aperto e uma lâmina ultrassônica delineando o posicionamento do tecido dentro do atua- dor de extremidade ultrassônico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0073] A Figura 56 é uma representação gráfica que mostra a alte ração na impedância do transdutor ultrassônico como função da localização do tecido dentro do atuador de extremidade ultrassônico ao longo de uma faixa de aumentos predeterminados do nível de potência do gerador ultrassônico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0074] A Figura 57 é uma representação gráfica que mostra a al teração na impedância do transdutor ultrassônico como função do tempo em relação à localização do tecido dentro do atuador de extremidade ultrassônico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0075] A Figura 58 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para identificar a operação em uma faixa de potência não terapêutica aplicada ao transdutor ultrassônico para determinar o posicionamento do tecido, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0076] A Figura 59 ilustra um aspecto de um atuador de extremi dade de um instrumento cirúrgico ultrassônico que compreende sensores de infravermelho (IV) situados no membro de garra, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0077] A Figura 60 ilustra um aspecto de um circuito flexível no qual os sensores de IV mostrados na Figura 59 podem ser montados ou formados integralmente, de acordo com um aspecto da presente descrição.
[0078] A Figura 61 é uma vista em corte de um atuador de extremi dade ultrassônico que compreende um braço de aperto e uma lâmina ultrassônica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0079] A Figura 62 ilustra circuitos sensores de detecção de refra- tividade de IV montados em um substrato de circuito flexível mostrado em vista em planta, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0080] A Figura 63 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para medir a reflectância de IV para determinar a composição do tecido com o propósito de ajustar a amplitude do transdutor ultrassôni- co, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0081] A Figura 64A é uma representação gráfica da taxa de fe chamento do braço de aperto em função do tempo para identificar o ponto de transformação do colágeno de acordo com vários aspectos da presente descrição, onde o tempo é mostrado ao longo do eixo geométrico horizontal e a alteração na posição do braço de aperto é mostrada ao longo do eixo geométrico vertical, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0082] A Figura 64B é uma porção ampliada da representação gráfica mostrada na Figura 64A.
[0083] A Figura 65 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para detectar o ponto de transformação do colágeno para controlar a taxa de fechamento do braço de aperto ou a amplitude do transdutor ultrassônico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0084] A Figura 66 é uma representação gráfica da identificação do ponto da temperatura de transformação do colágeno para identificar a razão colágeno/elastina de acordo com vários aspectos da presente descrição, em que a temperatura do tecido é mostrada ao longo do eixo geométrico horizontal e a impedância do transdutor ultras- sônico é mostrada ao longo do eixo geométrico vertical, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0085] A Figura 67 é um diagrama de fluxo lógico de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para identificar a temperatura de transformação do colágeno para identificar a razão colágeno/elastina, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0086] A Figura 68 é uma representação gráfica da distribuição da carga de compressão ao longo de uma lâmina ultrassônica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0087] A Figura 69 é uma representação gráfica da pressão aplicada ao tecido em função do tempo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0088] A Figura 70 ilustra um atuador de extremidade que inclui uma matriz de eletrodos de garras simples para detectar a localização do tecido, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0089] A Figura 71 é uma matriz de ativação para a matriz de eletro dos de garras simples da Figura 70, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0090] A Figura 72 ilustra um atuador de extremidade que inclui uma matriz de eletrodos de garras duplas para detectar a localização do tecido, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0091] A Figura 73 é uma matriz de ativação para a matriz de eletro dos de garras duplas da Figura 72, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0092] A Figura 74 ilustra conjuntos de eletrodos opostos sobrepos tos a um tecido preso por um atuador de extremidade que corresponde à matriz de ativação na Figura 73, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0093] A Figura 75 ilustra um atuador de extremidade que inclui uma matriz de eletrodos segmentados de garras duplas, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0094] A Figura 76 ilustra um tecido sobreposto a uma garra que inclui uma matriz de eletrodos segmentados, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0095] A Figura 77 é um diagrama esquemático de um circuito de matriz de eletrodos segmentados que inclui filtros de passagem de banda, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0096] A Figura 78 é uma representação gráfica da resposta de fre quência correspondente ao tecido preso mostrado na Figura 76, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0097] A Figura 79 é uma representação gráfica da frequência do sistema de transdutor ultrassônico como função da frequência de acionamento e do desvio de temperatura da lâmina ultrassônica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0098] A Figura 80 é uma representação gráfica da temperatura do transdutor ultrassônico como função do tempo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0099] A Figura 81 é uma representação gráfica do deslocamento modal da frequência de ressonância com base na temperatura da lâmina ultrassônica que move a frequência de ressonância como função da temperatura da lâmina ultrassônica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0100] A Figura 82 mostra espectros de um instrumento cirúrgico ultrassônico com uma variedade de diferentes estados e condições do atuador de extremidade onde a fase e a amplitude da impedância de um transdutor ultrassônico são plotadas como função da frequência, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0101] A Figura 83 é uma metodologia para a classificação de dados com base em um conjunto de dados de treinamento S, onde a magnitude e a fase da impedância são plotadas como função da frequência, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0102] A Figura 84 é um diagrama de fluxo lógico que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para determinar as condições da garra com base no padrão característico de impedân- cia complexa ("impressão digital"), de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0103] A Figura 85 é uma linha de tempo que representa o reco nhecimento situacional de um controlador cirúrgico central, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0104] O requerente do presente pedido detém os seguintes pe didos de patente US, depositados em 28 de agosto de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente US, n° da súmula END8536USNP2/180107-2, intitulado ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR; • Pedido de patente US, n° da súmula END8560USNP2/180106-2, intitulado TEMPERATURE CONTROL OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR; • Pedido de patente US, n° da súmula END8561USNP1/180144-1, intitulado RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS; • Pedido de patente US, n° da súmula END8563USNP2/180139-2, intitulado CONTROLLING ACTIVATION OF AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO THE PRESENCE OF TISSUE; • Pedido de patente US, n° da súmula END8563USNP3/180139-3, intitulado DETERMINING TISSUE COMPOSITION VIA AN ULTRASONIC SYSTEM; • Pedido de patente US, n° da súmula END8563USNP4/180139-4, intitulado DETERMINING THE STATE OF AN ULTRASONIC ELECTROMECHANICAL SYSTEM ACCORDING TO FREQUENCY SHIFT; • Pedido de patente US, n° da súmula END8563USNP5/180139-5, intitulado DETERMINING THE STATE OF AN ULTRASONIC END EFFECTOR; • Pedido de patente US, n° da súmula END8564USNP1/180140-1, intitulado SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS; • Pedido de patente US, n° da súmula END8564USNP2/180140-2, intitulado MECHANISMS FOR CONTROLLING DIFFERENT ELECTROMECHANICAL SYSTEMS OF AN ELEC- TROSURGICAL INSTRUMENT; • Pedido de patente US, n° da súmula END8564USNP3/180140-3, intitulado DETECTION OF END EFFECTOR IMMERSION IN LIQUID; • Pedido de patente US, n° da súmula END8565USNP1/180142-1, intitulado INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING; • Pedido de patente US, n° da súmula END8565USNP2/180142-2, intitulado INCREASING RADIO FREQUENCY TO CREATE PAD-LESS MONOPOLAR LOOP; • Pedido de patente US, n° da súmula END8566USNP1/180143-1, intitulado BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY; e • Pedido de patente US, n° da súmula END8573USNP1/180145-1, intitulado ACTIVATION OF ENERGY DEVICES.
[0105] O requerente do presente pedido detém os seguintes pe didos de patente US, depositados em 23 de agosto de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente provisório US n° 62/721.995, intitulado CONTROLLING AN ULTRASONIC SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO TISSUE LOCATION; • Pedido de patente provisório US n° 62/721.998, intitulado SITUATIONAL AWARENESS OF ELECTROSURGICAL SYSTEMS; • Pedido de patente provisório US n° 62/721.999, intitulado INTERRUPTION OF ENERGY DUE TO INADVERTENT CAPACITIVE COUPLING; • Pedido de patente provisório US n° 62/721.994, intitulado BIPOLAR COMBINATION DEVICE THAT AUTOMATICALLY ADJUSTS PRESSURE BASED ON ENERGY MODALITY; e • Pedido de patente provisório US n° 62/721.996, intitulado RADIO FREQUENCY ENERGY DEVICE FOR DELIVERING COMBINED ELECTRICAL SIGNALS.
[0106] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedi dos de patente US, depositados em 30 de junho de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente provisório US n° 62/692.747, intitulado SMART ACTIVATION OF AN ENERGY DEVICE BY ANOTHER DEVICE; • Pedido de patente provisório US n° 62/692.748, intitulado SMART ENERGY ARCHITECTURE; e • Pedido de patente provisório US n° 62/692.768, intitulado SMART ENERGY DEVICES.
[0107] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedi dos de patente US, depositados em 29 de junho de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente US n° de série 16/024.090, intitulado CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS; • Pedido de patente US n° de série 16/024.057, intitulado CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS; • Pedido de patente US n° de série 16/024.067, intitulado SYSTEMS FOR ADJUSTING END EFFECTOR PARAMETERS BASED ON PERIOPERATIVE INFORMATION; • Pedido de patente US n° de série 16/024.075, intitulado SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING; • Pedido de patente US n° de série 16/024.083, intitulado SAFETY SYSTEMS FOR SMART POWERED SURGICAL STAPLING; • Pedido de patente US n° de série 16/024.094, intitulado SURGICAL SYSTEMS FOR DETECTING END EFFECTOR TISSUE DISTRIBUTION IRREGULARITIES; • Pedido de patente US n° de série 16/024.138, intitulado SYSTEMS FOR DETECTING PROXIMITY OF SURGICAL END EFFECTOR TO CANCEROUS TISSUE; • Pedido de patente US n° de série 16/024.150, intitulado SURGICAL INSTRUMENT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLIES; • Pedido de patente US n° de série 16/024.160, intitulado VARIABLE OUTPUT CARTRIDGE SENSOR ASSEMBLY; • Pedido de patente US n° de série 16/024.124, intitulado SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE; • Pedido de patente US n° de série 16/024.132, intitulado SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE CIRCUIT; • Pedido de patente US n° de série 16/024.141, intitulado SURGICAL INSTRUMENT WITH A TISSUE MARKING ASSEMBLY; • Pedido de patente US n° de série 16/024.162, intitulado SURGICAL SYSTEMS WITH PRIORITIZED DATA TRANSMISSION CAPABILITIES; • Pedido de patente US n° de série 16/024.066, intitulado SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL; • Pedido de patente US n° de série 16/024.096, intitulado SURGICAL EVACUATION SENSOR ARRANGEMENTS; • Pedido de patente US n° de série 16/024.116, intitulado SURGICAL EVACUATION FLOW PATHS; • Pedido de patente US n° de série 16/024.149, intitulado SURGICAL EVACUATION SENSING AND GENERATOR CONTROL; • Pedido de patente US n° de série 16/024.180, intitulado SURGICAL EVACUATION SENSING AND DISPLAY; • Pedido de patente US n° de série 16/024.245, intitulado COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM; • Pedido de patente US n° de série 16/024.258, intitulado SMOKE EVACUATION SYSTEM INCLUDING A SEGMENTED CONTROL CIRCUIT FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM; • Pedido de patente US n° de série 16/024.265, intitulado SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE; e • Pedido de patente US n° de série 16/024.273, intitulado DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS.
[0108] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedi dos de patente provisórios US, depositados em 28 de junho de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.228, intitulado A METHOD OF USING REINFORCED FLEX CIRCUITS WITH MULTIPLE SENSORS WITH ELECTROSURGICAL DEVICES; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.227, in-titulado CONTROLLING A SURGICAL INSTRUMENT ACCORDING TO SENSED CLOSURE PARAMETERS; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.230, in- titulado SURGICAL INSTRUMENT HAVING A FLEXIBLE ELECTRODE; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.219, in-titulado SURGICAL EVACUATION SENSING AND MOTOR CONTROL; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.257, intitulado COMMUNICATION OF SMOKE EVACUATION SYSTEM PARAMETERS TO HUB OR CLOUD IN SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.262, intitulado SURGICAL EVACUATION SYSTEM WITH A COMMUNICATION CIRCUIT FOR COMMUNICATION BETWEEN A FILTER AND A SMOKE EVACUATION DEVICE; e • Pedido de patente provisório US n° de série 62/691.251, in-titulado DUAL IN-SERIES LARGE AND SMALL DROPLET FILTERS.
[0109] O requerente do presente pedido detém os seguintes pe didos de patente provisórios US, depositados em 19 de abril de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente provisório US n° de série 62/659.900, in-titulado METHOD OF HUB COMMUNICATION.
[0110] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedi dos de patente provisórios US, depositados em 30 de março de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente provisório US n° 62/650.898, depositado em 30 de março de 2018, intitulado CAPACITIVE COUPLED RETURN PATH PAD WITH SEPARABLE ARRAY ELEMENTS; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/650.887, in-titulado SURGICAL SYSTEMS WITH OPTIMIZED SENSING CAPABILITIES; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/650.882, in- titulado SMOKE EVACUATION MODULE FOR INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM; e • Pedido de patente provisório US n° de série 62/650.877, in-titulado SURGICAL SMOKE EVACUATION SENSING AND CONTROLS
[0111] O requerente do presente pedido detém os seguintes pe didos de patente US, depositados em 29 de março de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente provisório US n° de série 15/940.641, in-titulado INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES; • Pedido de patente provisório US n° de série 15/940.648, in-titulado INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH CONDITION HANDLING OF DEVICES AND DATA CAPABILITIES; • Pedido de patente US n° de série 15/940.656, intitulado SURGICAL HUB COORDINATION OF CONTROL AND COMMUNICATION OF OPERATING ROOM DEVICES; • Pedido de patente US n° de série 15/940.666, intitulado SPATIAL AWARENESS OF SURGICAL HUBS IN OPERATING ROOMS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.670, intitulado COOPERATIVE UTILIZATION OF DATA DERIVED FROM SECONDARY SOURCES BY INTELLIGENT SURGICAL HUBS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.677, intitulado SURGICAL HUB CONTROL ARRANGEMENTS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.632, intitulado DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD; • Pedido de patente US n° de série 15/940.640, intitulado COMMUNICATION HUB AND STORAGE DEVICE FOR STORING PARAMETERS AND STATUS OF A SURGICAL DEVICE TO BE SHARED WITH CLOUD BASED ANALYTICS SYSTEMS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.645, intitulado SELF DESCRIBING DATA PACKETS GENERATED AT AN ISSUING INSTRUMENT; • Pedido de patente US n° de série 15/940.649, intitulado DATA PAIRING TO INTERCONNECT A DEVICE MEASURED PARAMETER WITH AN OUTCOME; • Pedido de patente US n° de série 15/940.654, intitulado SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.663, intitulado SURGICAL SYSTEM DISTRIBUTED PROCESSING; • Pedido de patente US n° de série 15/940.668, intitulado AGGREGATION AND REPORTING OF SURGICAL HUB DATA; • Pedido de patente US n° de série 15/940.671, intitulado SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER; • Pedido de patente US n° de série 15/940.686, intitulado DISPLAY OF ALIGNMENT OF STAPLE CARTRIDGE TO PRIOR LINEAR STAPLE LINE; • Pedido de patente US n° de série 15/940.700, intitulado STERILE FIELD INTERACTIVE CONTROL DISPLAYS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.629, intitulado COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.704, intitulado USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT; • Pedido de patente US n° de série 15/940.722, intitulado CHARACTERIZATION OF TISSUE IRREGULARITIES THROUGH THE USE OF MONO-CHROMATIC LIGHT REFRACTIVITY; e • Pedido de patente US n° de série 15/940.742, intitulado DUAL CMOS ARRAY IMAGING. • Pedido de patente US n° de série 15/940.636, intitulado ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES; • Pedido de patente US n° de série 15/940.653, intitulado ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL HUBS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.660, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER; • Pedido de patente US n° de série 15/940.679, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR LINKING OF LOCAL USAGE TRENDS WITH THE RESOURCE ACQUISITION BEHAVIORS OF LARGER DATA SET; • Pedido de patente US n° de série 15/940.694, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR MEDICAL FACILITY SEGMENTED INDIVIDUALIZATION OF INSTRUMENT FUNCTION; • Pedido de patente US n° de série 15/940.634, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES; • Pedido de patente US n° de série 15/940.706, intitulado DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK; e • Pedido de patente US n° de série 15/940.675, intitulado CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES. • Pedido de patente US n° de série 15/940.627, intitulado DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.637, intitulado COMMUNICATION ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SUR- GICAL PLATFORMS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.642, intitulado CONTROLS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.676, intitulado AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.680, intitulado CONTROLLERS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.683, intitulado COOPERATIVE SURGICAL ACTIONS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS; • Pedido de patente US n° de série 15/940.690, intitulado DISPLAY ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS; e • Pedido de patente US n° de série 15/940.711, intitulado SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS.
[0112] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedi dos de patente provisórios US, depositados em 28 de março de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.302, in-titulado INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS WITH ENCRYPTED COMMUNICATION CAPABILITIES; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.294, in-titulado DATA STRIPPING METHOD TO INTERROGATE PATIENT RECORDS AND CREATE ANONYMIZED RECORD; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.300, in-titulado SURGICAL HUB SITUATIONAL AWARENESS; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.309, in- titulado SURGICAL HUB SPATIAL AWARENESS TO DETERMINE DEVICES IN OPERATING THEATER; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.310, intitulado COMPUTER IMPLEMENTED INTERACTIVE SURGICAL SYSTEMS; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.291, intitulado USE OF LASER LIGHT AND RED-GREEN-BLUE COLORATION TO DETERMINE PROPERTIES OF BACK SCATTERED LIGHT; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.296, intitulado ADAPTIVE CONTROL PROGRAM UPDATES FOR SURGICAL DEVICES; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.333, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR CUSTOMIZATION AND RECOMMENDATIONS TO A USER; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.327, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS FOR SECURITY AND AUTHENTICATION TRENDS AND REACTIVE MEASURES; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.315, intitulado DATA HANDLING AND PRIORITIZATION IN A CLOUD ANALYTICS NETWORK; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.313, intitulado CLOUD INTERFACE FOR COUPLED SURGICAL DEVICES; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.320, intitulado DRIVE ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.307, intitulado AUTOMATIC TOOL ADJUSTMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGICAL PLATFORMS; e • Pedido de patente provisório US n° de série 62/649.323, intitulado SENSING ARRANGEMENTS FOR ROBOT-ASSISTED SURGI- CAL PLATFORMS.
[0113] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedi dos de patente provisórios US, depositados em 8 de março de 2018, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente provisório US n° de série 62/640.417, intitulado TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR; e • Pedido de patente provisório US n° de série 62/640.415, in-titulado ESTIMATING STATE OF ULTRASONIC END EFFECTOR AND CONTROL SYSTEM THEREFOR.
[0114] O requerente do presente pedido detém os seguintes pedidos de patente provisórios US, depositados em 28 de dezembro de 2017, estando a descrição de cada um dos quais aqui incorporada a título de referência em sua totalidade: • Pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, in-titulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM; • Pedido de patente provisório US n° de série 62/611.340, in-titulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS; e • Pedido de patente provisório US n° de série 62/611.339, intitulado ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM.
[0115] Antes de explicar com detalhes os vários aspectos dos dis positivos cirúrgicos e geradores, deve-se observar que os exemplos ilustrativos não estão limitados, em termos de aplicação ou uso, aos detalhes de construção e disposição de partes ilustradas nos desenhos e na descrição em anexo. Os exemplos ilustrativos podem ser implementados ou incorporados em outros aspectos, variações e modificações, e podem ser praticados ou executados de várias maneiras. Além disso, exceto onde indicado em contrário, os termos e expressões usados na presente invenção foram escolhidos com o propósito de descrever os exemplos ilustrativos para a conveniência do leitor e não para o propósito de limitação da 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.
[0116] Vários aspectos são direcionados a dispositivos cirúrgicos ultrassônicos aprimorados, dispositivos eletrocirúrgicos e geradores para uso com os mesmos. Os aspectos dos dispositivos cirúrgicos ul- trassônicos podem ser configurados para transeccionar e/ou coagular o tecido durante procedimentos cirúrgicos, por exemplo. Os aspectos dos dispositivos eletrocirúrgicos podem ser configurados para transec- cionar, coagular, escalonar, soldar e/ou dessecar o tecido durante procedimentos cirúrgicos, por exemplo.
[0117] Com referência à Figura 1, um sistema cirúrgico interativo im plementado por computador 100 inclui um ou mais sistemas cirúrgicos 102 e um sistema baseado em nuvem (por exemplo, a nuvem 104 que pode incluir um servidor remoto 113 acoplado a um dispositivo de armazenamento 105). Cada sistema cirúrgico 102 inclui pelo menos um controlador cirúrgico central 106 em comunicação com a nuvem 104 que pode incluir um servidor remoto 113. Em um exemplo, conforme ilustrado na Figura 1, o sistema cirúrgico 102 inclui um sistema de visualização 108, um sistema robótico 110, um instrumento cirúrgico inteligente de mão 112, que são configurados para se comunicar uns com os outros e/ou com o controlador central 106. Em alguns aspectos, um sistema cirúrgico 102 pode incluir um número M de controladores centrais 106, um número N de sistemas de visualização 108, um número O de sistemas robóticos 110, e um número P de instrumentos cirúrgicos inteligentes de mão 112, onde M, N, O, e P são números inteiros maiores ou iguais a 1.
[0118] A Figura 3 representa um exemplo de um sistema cirúrgico 102 sendo usado para executar um procedimento cirúrgico em um paciente que está deitado em uma mesa de operação 114 em uma sala de operação cirúrgica 116. Um sistema robótico 110 é usado no procedimento cirúrgico como parte do sistema cirúrgico 102. O sistema robótico 110 inclui um console do cirurgião 118, um carro do paciente 120 (robô cirúrgico), e um controlador cirúrgico central robótico 122. O carro do paciente 120 pode manipular pelo menos uma ferramenta cirúrgica acoplada de maneira removível 117 através de uma incisão minimamente invasiva no corpo do paciente enquanto o cirurgião observa o sítio cirúrgico através do console do cirurgião 118. Uma imagem do sítio cirúrgico pode ser obtida por um dispositivo de imageamento médico 124, que pode ser manipulado por meio do carro do paciente 120 para orientar o dispositivo de imageamento 124. O controlador central robóti- co 122 pode ser usado para processar as imagens do sítio cirúrgico para exibição subsequente para o cirurgião através do console do cirurgião 118.
[0119] Outros tipos de sistemas robóticos podem ser prontamente adaptados para uso com o sistema cirúrgico 102. Vários exemplos de sistemas robóticos e ferramentas cirúrgicas que são adequados para uso com a presente descrição são descritos no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.339, intitulado ROBOT ASSISTED SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade.
[0120] Vários exemplos de processos analíticos baseados em nu vem que são realizados pela nuvem 104, e são adequados para uso com a presente descrição, são descritos no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.340, intitulado CLOUD-BASED MEDICAL ANALYTICS, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade.
[0121] Em vários aspectos, o dispositivo de imageamento 124 inclui pelo menos um sensor de imagem e um ou mais componentes ópticos. Os sensores de imagem adequados incluem, mas não se limitam a, sensores de dispositivo de acoplamento de carga (CCD, ou "charge-coupled device") e sensores semicondutores de óxido metálico complementares (CMOS, ou "complementary metal-oxide semiconductor").
[0122] Os componentes ópticos do dispositivo de imageamento 124 podem incluir uma ou mais fontes de iluminação e/ou uma ou mais lentes. A uma ou mais fontes de iluminação podem ser direcionadas para iluminar porções do campo cirúrgico. O um ou mais sensores de imagem podem receber luz refletida ou refratada do campo cirúrgico, incluindo a luz refletida ou refratada do tecido e/ou dos instrumentos cirúrgicos.
[0123] A uma ou mais fontes de iluminação podem ser configura das para irradiar energia eletromagnética no espectro visível, bem como no espectro invisível. O espectro visível, por vezes chamado de o espectro óptico ou espectro luminoso, é aquela porção do espectro eletromagnético que é visível ao (isto é, pode ser detectada pelo) olho humano e pode ser chamada de luz visível ou simplesmente luz. Um olho humano típico responderá a comprimentos de onda no ar que variam de cerca de 380 nm a cerca de 750 nm.
[0124] O espectro invisível (isto é, o espectro não luminoso) é aquela porção do espectro eletromagnético situada abaixo e acima do espectro visível (isto é, comprimentos de onda abaixo de cerca de 380 nm e acima de cerca de 750 nm). O espectro invisível não é detectável pelo olho humano. Os comprimentos de onda maiores que cerca de 750 nm são mais longos que o espectro vermelho visível e se tornam radiações invisíveis nas faixas de infravermelho (IV), micro-ondas, rádio e eletromagnética. Os comprimentos de onda menores que cerca de 380 nm são mais curtos que o espectro ultravioleta, e se tornam radiações ultravioleta, raios x e eletromagnética de raios gama invisí- veis.
[0125] Em vários aspectos, o dispositivo de imageamento 124 é configurado para uso em um procedimento minimamente invasivo. Exemplos de dispositivos de imageamento adequados para uso com a presente invenção incluem, mas não se limitam a, um artroscópio, angioscópio, broncoscópio, coledocoscópio, colonoscópio, citoscópio, duodenoscópio, enteroscópio, esofagastro-duodenoscópio (gastros- cópio), endoscópio, laringoscópio, nasofaringo-neproscópio, sigmoi- doscópio, toracoscópio e ureteroscópio.
[0126] Em um aspecto, o dispositivo de imageamento usa monito ramento de múltiplos espectros para discriminar topografia e estruturas subjacentes. Uma imagem multiespectral é uma que captura dados de imagem dentro de faixas de comprimento de onda ao longo do espectro eletromagnético. Os comprimentos de onda podem ser separados por filtros ou mediante o uso de instrumentos que são sensíveis a comprimentos de onda específicos, incluindo luz de frequências além da faixa de luz visível, por exemplo, IV e luz ultravioleta. As imagens espectrais podem permitir a extração de informações adicionais que o olho humano não consegue capturar com seus receptores para as cores vermelho, verde e azul. O uso de imageamento multiespectral é descrito em mais detalhes sob o título "Advanced Imaging Acquisition Module" no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade. O monitoramento multiespectral pode ser uma ferramenta útil para a relocalização de um campo cirúrgico após uma tarefa cirúrgica ser concluída para executar um ou mais dos testes anteriormente descritos no tecido tratado.
[0127] É axiomático que a esterilização rigorosa da sala de ope ração e dos equipamentos cirúrgicos seja uma exigência durante qualquer cirurgia. A higiene rigorosa e as condições de esterilização exigidas em uma "sala de cirurgia", isto é, uma sala de operação ou tratamento, requerem a mais alta esterilização possível de todos os dispositivos e equipamentos médicos. Parte desse processo de esterilização é a necessidade de esterilizar tudo o que entra em contato com o paciente ou penetra no campo estéril, incluindo o dispositivo de imageamento 124 e seus conectores e componentes. Será reconhecido que o campo estéril pode ser considerado uma área específica, como dentro de uma bandeja ou sobre uma toalha estéril, que é considerado livre de micro-organismos, ou o campo estéril pode ser considerado uma área imediatamente ao redor de um paciente que foi preparado para a realização de um procedimento cirúrgico. O campo estéril pode incluir os membros da equipe esterilizados, que estão adequadamente vestidos, e todos os móveis e acessórios na área.
[0128] Em vários aspectos, o sistema de visualização 108 inclui um ou mais sensores de imageamento, uma ou mais unidades de processamento de imagem, uma ou mais matrizes de armazenamento e uma ou mais telas que são estrategicamente dispostas em relação ao campo estéril, conforme ilustrado na Figura 2. Em um aspecto, o sistema de visualização 108 inclui uma interface para HL7, PACS e RME. Vários componentes do sistema de visualização 108 são descritos sob o título "Advanced Imaging Acquisition Module" no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade.
[0129] Conforme ilustrado na Figura 2, uma tela primária 119 é posicionada no campo estéril para ser visível para o operador na mesa de operação 114. Além disso, uma torre de visualização 111 é po- sicionada fora do campo estéril. A torre de visualização 111 inclui uma primeira tela não estéril 107 e uma segunda tela não estéril 109, que são opostas uma à outra. O sistema de visualização 108, guiado pelo controlador central 106, é configurado para utilizar as telas 107, 109 e 119 para coordenar o fluxo de informações para os operadores dentro e fora do campo estéril. Por exemplo, o controlador central 106 pode fazer com que o sistema de visualização 108 exiba um instantâneo de um sítio cirúrgico, conforme registrado por um dispositivo de imageamento 124, em uma tela não estéril 107 ou 109, enquanto mantém uma transmissão ao vivo do sítio cirúrgico na tela principal 119. O instantâneo na tela não estéril 107 ou 109 pode permitir que um operador não estéril execute uma etapa diagnóstica relevante para o procedimento cirúrgico, por exemplo.
[0130] Em um aspecto, o controlador central 106 é também confi gurado para rotear uma entrada ou retroinformação diagnóstica por um operador não estéril na torre de visualização 111 para a tela primária 119 dentro do campo estéril, onde a entrada ou retroinforma- ção pode ser vista por um operador estéril na mesa de operação. Em um exemplo, a entrada pode ser sob a forma de uma modificação do instantâneo exibido na tela não estéril 107 ou 109, que pode ser roteada para a tela principal 119 pelo controlador central 106.
[0131] Com referência à Figura 2, um instrumento cirúrgico 112 está sendo usado no procedimento cirúrgico como parte do sistema cirúrgico 102. O controlador central 106 é também configurado para coordenar o fluxo de informações para uma tela do instrumento cirúrgico 112. Por exemplo, no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade. Uma entrada ou retroinformação diagnóstica inserida por um operador não estéril na torre de visualização 111 pode ser roteada pelo controlador central 106 para a tela do instrumento cirúrgico 115 no campo estéril, onde pode ser vista pelo operador do instrumento cirúrgico 112. Instrumentos cirúrgicos exemplificadores que são adequados para uso com o sistema cirúrgico 102 são descritos sob o título "Hardware do instrumento cirúrgico" e no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro de 2017, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade, por exemplo.
[0132] Agora com referência à Figura 3, um controlador central 106 é mostrado em comunicação com um sistema de visualização 108, um sistema robótico 110 e um instrumento cirúrgico inteligente de mão 112. O controlador central 106 inclui uma tela do controlador central 135, um módulo de imageamento 138, um módulo gerador 140, um módulo de comunicação 130, um módulo de processador 132 e uma matriz de armazenamento 134. Em certos aspectos, conforme ilustrado na Figura 3, o controlador central 106 inclui ainda um módulo de evacuação de fumaça 126 e/ou um módulo de sucção/irrigação 128.
[0133] Durante um procedimento cirúrgico, a aplicação de energia ao tecido, para vedação e/ou corte, está geralmente associada à evacuação de fumaça, sucção de excesso de fluido e/ou irrigação do tecido. As linhas de fluido, de energia e/ou de dados de diferentes fontes são frequentemente entrelaçadas durante o procedimento cirúrgico. Pode-se perder um tempo valioso no tratamento dessa questão durante um procedimento cirúrgico. Para desembaraçar as linhas pode ser necessário desconectá-las de seus respectivos módulos, o que pode exigir a reinicialização dos módulos. O compartimento modular do controlador central 136 oferece um ambiente unificado para gerenciar as linhas de energia, de dados e de fluido, o que reduz a frequência de entrelaçamento entre tais linhas.
[0134] Os aspectos da presente descrição apresentam um contro lador cirúrgico central para uso em um procedimento cirúrgico que envolve a aplicação de energia ao tecido em um sítio cirúrgico. O controlador cirúrgico central inclui um compartimento do controlador central e um módulo gerador combinado recebido de maneira deslizante em uma estação de acoplamento do compartimento do controlador central. A estação de acoplamento inclui dados e contatos de energia. O módulo gerador combinado inclui dois ou mais dentre um componente gerador de energia ultrassônica, um componente gerador de energia RF bipolar, e um componente gerador de energia RF monopolar que são alojados em uma única unidade. Em um aspecto, o módulo gerador combinado inclui também um componente de evacuação de fumaça, pelo menos um cabo para aplicação de energia para conectar o módulo gerador combinado a um instrumento cirúrgico, pelo menos um componente de evacuação de fumaça configurado para evacuar fumaça, fluido e/ou os particulados produzidos pela aplicação de energia terapêutica ao tecido, e uma linha de fluido que se estende do sítio cirúrgico remoto até o componente de evacuação de fumaça.
[0135] Em um aspecto, a linha de fluido é uma primeira linha de fluido e uma segunda linha de fluido se estende do sítio cirúrgico remoto até um módulo de sucção e irrigação recebido de maneira deslizante no compartimento do controlador central. Em um aspecto, o compartimento do controlador central compreende uma interface de fluidos.
[0136] Certos procedimentos cirúrgicos podem exigir a aplicação de mais de um tipo de energia ao tecido. Um tipo de energia pode ser mais benéfico para cortar o tecido, enquanto um outro tipo de energia diferente pode ser mais benéfico para vedar o tecido. Por exemplo, um gerador bipolar pode ser usado para vedar o tecido, enquanto um ge- rador ultrassônico pode ser usado para cortar o tecido vedado. Aspectos da presente descrição apresentam uma solução em que um compartimento modular do controlador central 136 é configurado para acomodar diferentes geradores e facilitar uma comunicação interativa entre os mesmos. Uma das vantagens do compartimento modular do controlador central 136 é permitir a rápida remoção e/ou substituição de vários módulos.
[0137] Aspectos da presente descrição apresentam um comparti mento cirúrgico modular para uso em um procedimento cirúrgico que envolve aplicação de energia ao tecido. O compartimento cirúrgico modular inclui um primeiro módulo gerador de energia, configurado para gerar uma primeira energia para aplicação ao tecido, e uma primeira estação de acoplamento que compreende uma primeira porta de acoplamento que inclui primeiros contatos de dados e contatos de energia, em que o primeiro módulo gerador de energia é móvel de maneira deslizante em um engate elétrico com os contatos de energia e de dados, e em que o primeiro módulo gerador de energia é móvel de maneira deslizante para fora do engate elétrico com os primeiros contatos de energia e de dados.
[0138] Além do exposto acima, o compartimento modular também inclui um segundo módulo gerador de energia configurado para gerar uma segunda energia, diferente da primeira energia, para aplicação ao tecido, e uma segunda estação de acoplamento que compreende uma segunda porta de acoplamento que inclui segundos contatos de energia e de dados, em que o segundo módulo gerador de energia é móvel de maneira deslizante em um engate elétrico com os contatos de energia e de dados, e em que o segundo módulo gerador de energia é móvel de maneira deslizante para fora do engate elétrico com os segundos contatos de energia e de dados.
[0139] Além disso, o compartimento cirúrgico modular também inclui um barramento de comunicação entre a primeira porta de acoplamento e a segunda porta de acoplamento, configurado para facilitar a comunicação entre o primeiro módulo gerador de energia e o segundo módulo gerador de energia.
[0140] Com referência às Figuras 3 a 7, são apresentados aspectos da presente descrição para um compartimento modular do controlador central 136 que permite a integração modular de um módulo gerador 140, um módulo de evacuação de fumaça 126 e um módulo de suc- ção/irrigação 128. O compartimento modular do controlador central 136 facilita ainda mais a comunicação interativa entre os módulos 140, 126, 128. Conforme ilustrado na Figura 5, o módulo gerador 140 pode ser um módulo gerador com componentes monopolares, bipolares e ultras- sônicos integrados, suportados em uma única unidade de gabinete 139 inserível de maneira deslizante no compartimento modular do controlador central 136. Conforme ilustrado na Figura 5, o módulo gerador 140 pode ser configurado para se conectar a um dispositivo monopolar 146, um dispositivo bipolar 147 e um dispositivo ultrassônico 148. Alternativamente, o módulo gerador 140 pode compreender uma série de módulos geradores monopolares, bipolares e/ou ultrassônicos que interagem através do compartimento modular do controlador central 136. O compartimento modular do controlador central 136 pode ser configurado pa-ra facilitar a inserção de múltiplos geradores e a comunicação interativa entre os geradores ancorados no compartimento modular do controlador central 136 de modo que os geradores atuariam como um único gerador.
[0141] Em um aspecto, o compartimento modular do controlador central 136 compreende uma placa posterior de comunicação e alimentação modular 149 com cabeçotes de comunicação externos e sem fio para permitir a conexão removível dos módulos 140, 126, 128 e a comunicação interativa entre os mesmos.
[0142] Em um aspecto, o compartimento modular do controlador central 136 inclui estações de acoplamento, ou gavetas, 151, aqui também chamadas de gavetas, que são configuradas para receber de maneira deslizante os módulos 140, 126, 128. A Figura 4 ilustra uma vista em perspectiva parcial de um compartimento do controlador cirúrgico central 136, e um módulo gerador combinado 145 recebidos de maneira deslizante em uma estação de acoplamento 151 do compartimento do controlador cirúrgico central 136. Uma porta de acoplamento 152 com os contatos de energia e de dados em um lado posterior do módulo gerador combinado 145 é configurado para engatar uma porta de acoplamento correspondente 150 com os contatos de energia e de dados de uma estação de acoplamento correspondente 151 do compartimento modular do controlador central 136 conforme o módulo gerador combinado 145 é deslizado para a posição na estação de acoplamento correspondente 151 do compartimento modular do controlador central 136. Em um aspecto, o módulo gerador combinado 145 inclui um módulo bipolar, ultras- sônico e monopolar e um módulo de evacuação de fumaça integrados em uma única unidade de gabinete 139, conforme ilustrado na Figura 5.
[0143] Em vários aspectos, o módulo de evacuação de fumaça 126 inclui uma linha de fluidos 154 que transporta fumaça e/ou fluido capturado/coletado para longe de um sítio cirúrgico e para, por exemplo, o módulo de evacuação de fumaça 126. A sucção a vácuo que se origina do módulo de evacuação de fumaça 126 pode puxar a fumaça para dentro de uma abertura de um conduto de utilidade no sítio cirúrgico. O conduto de utilidade, acoplado à linha de fluido, pode ser sob a forma de um tubo flexível que termina no módulo de evacuação de fumaça 126. O conduto de utilidade e a linha de fluido definem uma trajetória de fluido que se estende em direção ao módulo de evacuação de fumaça 126 que é recebido no compartimento do controlador central 136.
[0144] Em vários aspectos, o módulo de sucção/irrigação 128 é acoplado a uma ferramenta cirúrgica compreendendo uma linha de aspiração de fluido e uma linha de sucção de fluido. Em um exemplo, as linhas de fluido de aspiração e sucção estão sob a forma de tubos flexíveis que se estendem a partir do sítio cirúrgico em direção ao módulo de sucção/irrigação 128. Um ou mais sistemas de acionamento podem ser configurados para causar a irrigação e aspiração de fluidos para e a partir do sítio cirúrgico.
[0145] Em um aspecto, a ferramenta cirúrgica inclui um eixo de acionamento que tem um atuador de extremidade em uma extremidade distal do mesmo e pelo menos um tratamento de energia associado ao atuador de extremidade, um tubo de aspiração, e um tubo de irrigação. O tubo de aspiração pode ter uma porta de entrada em uma extremidade distal do mesmo e o tubo de aspiração se estende através do eixo de acionamento. De modo similar, um tubo de irrigação pode se estender através do eixo de acionamento e pode ter uma porta de entrada próxima ao implemento de aplicação de energia. O implemento de aplicação de energia é configurado para aplicar energia ultrassônica e/ou de RF ao sítio cirúrgico e é acoplado ao módulo gerador 140 por um cabo que se estende inicialmente através do eixo de acionamento.
[0146] O tubo de irrigação pode estar em comunicação fluida com uma fonte de fluido, e o tubo de aspiração pode estar em comunicação fluida com uma fonte de vácuo. A fonte de fluido e/ou a fonte de vácuo podem ser alojadas no módulo de sucção/irrigação 128. Em um exemplo, a fonte de fluido e/ou a fonte de vácuo podem ser alojadas no compartimento do controlador central 136 separadamente do módulo de sucção/irrigação 128. Em tal exemplo, uma interface de fluidos pode ser configurada para conectar o módulo de suc- ção/irrigação 128 à fonte de fluido e/ou à fonte de vácuo.
[0147] Em um aspecto, os módulos 140, 126, 128 e/ou suas es tações de acoplamento correspondentes no compartimento modular do controlador central 136 podem incluir recursos de alinhamento que são configurados para alinhar as portas de acoplamento dos módulos em engate com suas contrapartes nas estações de acoplamento do compartimento modular do controlador central 136. Por exemplo, conforme ilustrado na Figura 4, o módulo gerador combinado 145 inclui suportes laterais 155 que são configurados para engatar de maneira deslizante os suportes correspondentes 156 da estação de acoplamento correspondente 151 do compartimento modular do controlador central 136. Os suportes cooperam para guiar os contatos da porta de acoplamento do módulo gerador combinado 145 em um engate elétrico com os contatos da porta de acoplamento do compartimento modular do controlador central 136.
[0148] Em alguns aspectos, as gavetas 151 do compartimento mo dular do controlador central 136 têm o mesmo, ou substancialmente o mesmo tamanho, e os módulos são ajustados em tamanho para serem recebidos nas gavetas 151. Por exemplo, os suportes laterais 155 e/ou 156 podem ser maiores ou menores dependendo do tamanho do módulo. Em outros aspectos, as gavetas 151 são diferentes em tamanho e são cada uma projetada para acomodar um módulo específico.
[0149] Além disso, os contatos de um módulo específico podem ser chaveados para engate com os contatos de uma gaveta específica para evitar a inserção de um módulo em uma gaveta com desalinha- mento de contatos.
[0150] Conforme ilustrado na Figura 4, a porta de acoplamento 150 de uma gaveta 151 pode ser acoplada à porta de acoplamento 150 de uma outra gaveta 151 através de um link de comunicação 157 para facilitar uma comunicação interativa entre os módulos alojados no compartimento modular do controlador central 136. As portas de aco- plamento 150 do compartimento modular do controlador central 136 podem, alternativa ou ainda, facilitar uma comunicação interativa sem fio entre os módulos alojados no compartimento modular do controlador central 136. Qualquer comunicação sem fio adequada pode ser usada, como, por exemplo, Air Titan Bluetooth.
[0151] A Figura 6 ilustra conectores de barramento de energia in dividuais para uma pluralidade de portas de acoplamento laterais de um compartimento modular lateral 160 configurado para receber uma pluralidade de módulos de um controlador cirúrgico central 206. O compartimento modular lateral 160 é configurado para receber e interconectar lateralmente os módulos 161. Os módulos 161 são inseridos de maneira deslizante nas estações de acoplamento 162 do compartimento modular lateral 160, o qual inclui uma placa posterior para in- terconexão dos módulos 161. Conforme ilustrado na Figura 6, os módulos 161 são dispostos lateralmente no gabinete modular lateral 160. Alternativamente, os módulos 161 podem ser dispostos verticalmente em um gabinete modular lateral.
[0152] A Figura 7 ilustra um gabinete modular vertical 164 configura do para receber uma pluralidade de módulos 165 do controlador cirúrgico central 106. Os módulos 165 são inseridos de maneira deslizante em estações de acoplamento, ou gavetas, 167 do gabinete modular vertical 164, o qual inclui um painel traseiro para interconexão dos módulos 165. Embora as gavetas 167 do gabinete modular vertical 164 sejam dispostas verticalmente, em certos casos, um gabinete modular vertical 164 pode incluir gavetas que são dispostas lateralmente. Além disso, os módulos 165 podem interagir um com o outro através das portas de acoplamento do gabinete modular vertical 164. No exemplo da Figura 7, uma tela 177 é fornecida para mostrar os dados relevantes para a operação dos módulos 165. Além disso, o compartimento modular vertical 164 inclui um módulo mestre 178 que aloja uma pluralidade de submódulos que são recebidos de maneira deslizante no módulo mestre 178.
[0153] Em vários aspectos, o módulo de imageamento 138 com preende um processador de vídeo integrado e uma fonte de luz modular e é adaptado para uso com vários dispositivos de imageamento. Em um aspecto, o dispositivo de imageamento é compreendido de um compartimento modular que pode ser montado com um módulo de fonte de luz e um módulo de câmera. O compartimento pode ser um compartimento descartável. Em pelo menos um exemplo, o compartimento descartável é acoplado de modo removível a um controlador reutilizável, um módulo de fonte de luz, e um módulo de câmera. O módulo de fonte de luz e/ou o módulo de câmera podem ser escolhidos de forma seletiva dependendo do tipo de procedimento cirúrgi-co. Em um aspecto, o módulo de câmera compreende um sensor CCD. Em um outro aspecto, o módulo de câmera compreende um sensor CMOS. Em um outro aspecto, o módulo de câmera é configurado para imageamento do feixe escaneado. De modo semelhante, o módulo de fonte de luz pode ser configurado para fornecer uma luz branca ou uma luz diferente, dependendo do procedimento cirúrgico.
[0154] Durante um procedimento cirúrgico, remover um dispositi vo cirúrgico do campo cirúrgico e substituí-lo por um outro dispositivo cirúrgico que inclui uma câmera diferente ou outra fonte luminosa pode ser uma prática ineficiente. Perder de vista temporariamente do campo cirúrgico pode levar a consequências indesejáveis. O módulo de dispositivo de imageamento da presente descrição é configurado para permitir a substituição de um módulo de fonte de luz ou um módulo de câmera "midstream" durante um procedimento cirúrgico, sem a necessidade de remover o dispositivo de imageamento do campo cirúrgico.
[0155] Em um aspecto, o dispositivo de imageamento compreende um compartimento tubular que inclui uma pluralidade de canais. Um primeiro canal é configurado para receber de maneira deslizante o módulo da Câmera, que pode ser configurado para um encaixe do tipo snap-fit (encaixe por pressão) com o primeiro canal. Um segundo canal é configurado para receber de maneira deslizante o módulo da câmera, que pode ser configurado para um encaixe do tipo snap-fit (encaixe por pressão) com o primeiro canal. Em outro exemplo, o módulo de câmera e/ou o módulo de fonte de luz pode ser girado para uma posição final dentro de seus respectivos canais. Um engate ros- queado pode ser usado em vez do encaixe por pressão.
[0156] Em vários exemplos, múltiplos dispositivos de imageamento são colocados em diferentes posições no campo cirúrgico para fornecer múltiplas vistas. O módulo de imageamento 138 pode ser configurado para comutar entre os dispositivos de imageamento para fornecer uma vista ideal. Em vários aspectos, o módulo de imageamento 138 pode ser configurado para integrar as imagens dos diferentes dispositivos de imageamento.
[0157] Vários processadores de imagens e dispositivos de imagea- mento adequados para uso com a presente descrição são descritos na patente US n° 7.995.045 intitulada COMBINED SBI AND CONVENTIONAL IMAGE PROCESSOR, concedida em 9 de agosto de 2011 que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade. Além disso, a patente US n° 7.982.776, intitulada SBI MOTION ARTIFACT REMOVAL APPARATUS AND METHOD, concedida em 19 de julho de 2011, que está aqui incorporada a título de referência em sua totalidade, descreve vários sistemas para remover artefatos de movimento dos dados de imagem. Tais sistemas podem ser integrados com o módulo de imageamen- to 138. Além desses, a publicação do pedido de patente US n° 2011/0306840, intitulada CONTROLLABLE MAGNETIC SOURCE TO FIXTURE INTRACORPOREAL APPARATUS, publicada em 15 de dezembro de 2011, e a publicação do pedido de patente US n° 2014/0243597, intitulada SYSTEM FOR PERFORMING A MINIMALLY INVASIVE SURGICAL PROCEDURE, publicada em 28 de agosto de 2014, que estão, cada um das quais, aqui incorporadas a título de referência em sua totalidade.
[0158] A Figura 8 ilustra uma rede de dados cirúrgicos 201 que compreende um controlador central de comunicação modular 203 configurado para conectar dispositivos modulares situados em uma ou mais salas de cirurgia de uma instalação de serviços de saúde, ou qualquer ambiente em uma instalação de serviços públicos especialmente equipada para operações cirúrgicas, a um sistema baseado em nuvem (por exemplo, a nuvem 204 que pode incluir um servidor remoto 213 acoplado a um dispositivo de armazenamento 205). Em um aspecto, o controlador central de comunicação modular 203 compreende um controlador central de rede 207 e/ou uma chave de rede 209 em comunicação com um roteador de rede. O controlador central de comunicação modular 203 também pode ser acoplado a um sistema de computador local 210 para fornecer processamento de computador local e manipulação de dados. A rede de dados cirúrgicos 201 pode ser configurada como uma rede passiva, inteligente, ou de comutação. Uma rede de dados cirúrgicos passiva serve como um conduto para os dados, permitindo que os dados sejam transmitidos de um dispositivo (ou segmento) para um outro e para os recursos de computação em nuvem. Uma rede de dados cirúrgicos inteligente inclui recursos para permitir que o tráfego passe através da rede de dados cirúrgicos a serem monitorados e para configurar cada porta no controlador central de rede 207 ou chave de rede 209. Uma rede de dados cirúrgicos inteligente pode ser chamada de um controlador central ou chave controlável. Um controlador central de chaveamento lê o endereço de destino de cada pacote e então encaminha o pacote para a porta correta.
[0159] Os dispositivos modulares 1a a 1n situados na sala de ope- ração podem ser acoplados ao controlador central de comunicação modular 203. O controlador central de rede 207 e/ou a chave de rede 209 podem ser acoplados a um roteador de rede 211 para conectar os dispositivos 1a a 1n à nuvem 204 ou ao sistema de computador local 210. Os dados associados aos dispositivos 1a a 1n podem ser transferidos para computadores baseados em nuvem através do roteador para processamento e manipulação remota dos dados. Os dados associados aos dispositivos 1a a 1n podem também ser transferidos para o sistema de computador local 210 para processamento e manipulação dos dados locais. Os dispositivos modulares 2a a 2m situados na mesma sala de operação também podem ser acoplados a uma chave de rede 209. A chave de rede 209 pode ser acoplada ao controlador central de rede 207 e/ou ao roteador de rede 211 para conectar os dispositivos 2a a 2m à nuvem 204. Os dados associados aos dispositivos 2a a 2n podem ser transferidos para a nuvem 204 através do roteador de rede 211 para o processamento e manipulação dos dados. Os dados associados aos dispositivos 2a a 2m podem também ser transferidos para o sistema de computador local 210 para processamento e manipulação dos dados locais.
[0160] Será entendido que a rede de dados cirúrgicos 201 pode ser expandida pela interconexão dos múltiplos controladores centrais de rede 207 e/ou das múltiplas chaves de rede 209 com múltiplos roteadores de rede 211. O controlador central de comunicação modular 203 pode estar contido em uma torre de controle modular configurada para receber múltiplos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m. O sistema de computador local 210 também pode estar contido em uma torre de controle modular. O controlador central de comunicação modular 203 é conectado a uma tela 212 para exibir as imagens obtidas por alguns dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m, por exemplo, durante os procedimentos cirúrgicos. Em vários aspectos, os dispositivos 1a a 1n/2a a 2m podem incluir, por exemplo, vários módulos como um módulo de imageamento 138 acoplado a um endoscópio, um módulo gerador 140 acoplado a um dispositivo cirúrgico baseados em energia, um módulo de evacuação de fumaça 126, um módulo de sucção/irrigação 128, um módulo de comunicação 130, um módulo de processador 132, uma matriz de armazenamento 134, um dispositivo cirúrgico acoplado a uma tela e/ou um módulo de sensor sem contato, entre outros dispositivos modulares que podem ser conectados ao controlador central de comunicação modular 203 da rede de dados cirúrgicos 201.
[0161] Em um aspecto, a rede de dados cirúrgicos 201 pode com preender uma combinação de controladores centrais de rede, chaves de rede e roteadores de rede que conectam os dispositivos 1a a 1n/2a a 2m à nuvem. Qualquer um ou todos os dispositivos 1a a 1n/2a a 2m acoplados ao controlador central de rede ou chave de rede podem coletar dados em tempo real e transferir dados para computadores em nuvem para processamento e manipulação de dados. Será entendido que a computação em nuvem depende do compartilhamento dos recursos de computação em vez de ter servidores locais ou dispositivos pessoais para lidar com aplicações de software. A palavra "nuvem" pode ser usada como uma metáfora para "a Internet", embora o termo não seja limitado como tal. Consequentemente, o termo "computação em nuvem" pode ser usado aqui para se referir a "um tipo de computação baseada na Internet", em que diferentes serviços - como servidores, armazenamento, e aplicativos - são aplicados ao controlador central de comunicação modular 203 e/ou ao sistema de computador 210 situados na sa-la de cirurgia (por exemplo, um sala ou espaço fixo, móvel, temporário, ou campo de operação) e aos dispositivos conectados ao controlador central de comunicação modular 203 e/ou ao sistema de computador 210 através da Internet. A infraestrutura de nuvem pode ser mantida por um fornecedor de serviços em nuvem. Neste contexto, o fornecedor de serviços em nuvem pode ser a entidade que coordena o uso e controle dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m localizados em uma ou mais salas de operação. Os serviços de computação em nuvem podem realizar um grande número de cálculos com base nos dados coletados por instrumentos cirúrgicos inteligentes, robôs, e outros dispositivos computadorizados localizados na sala de operação. O hardware do controlador central permite que múltiplos dispositivos ou conexões sejam conectados a um computador que se comunica com os recursos de computação e armazenamento em nuvem.
[0162] A aplicação de técnicas de processamento de dados de com putador em nuvem nos dados coletados pelos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m, a rede de dados cirúrgicos fornece melhor resultados cirúrgicos, custos reduzidos, e melhor satisfação do paciente. Pelo menos alguns dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m podem ser usados para visualizar os estados do tecido para avaliar a ocorrência de vazamentos ou perfusão de tecido vedado após um procedimento de vedação e corte do tecido. Pelo menos alguns dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m podem ser usados para identificar a patologia, como os efeitos de doenças, com o uso da computação baseada em nuvem para examinar dados incluindo imagens de amostras de tecido corporal para fins de diagnóstico. Isso inclui confirmação da localização e margem do tecido e fenótipos. Pelo menos alguns dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m pode ser usado para identificar estruturas anatômicas do corpo com o uso de uma variedade de sensores integrados com dispositivos de imageamento e técnicas como a sobreposição de imagens capturadas por múltiplos dispositivos de imageamento. Os dados colhidos pelos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m, incluindo os dados de imagem, podem ser transferidos para a nuvem 204 ou o sistema de computador local 210 ou ambos para processamento e manipulação de dados incluindo processamento e manipulação de imagem. Os dados podem ser analisados para melhorar os resultados do procedimento ci- rúrgico por determinação de se tratamento adicional, como aplicação de intervenção endoscópica, tecnologias emergentes, uma radiação direcionada, intervenção direcionada, robóticas precisas a sítios e condições específicas de tecido, podem ser seguidas. Essa análise de dados pode usar ainda processamento analítico dos resultados, e com o uso de abordagens padronizadas podem fornecer retroinformação padronizado benéfico tanto para confirmar tratamentos cirúrgicos e o comportamento do cirurgião ou sugerir modificações aos tratamentos cirúrgicos e o comportamento do cirurgião.
[0163] Em uma implementação, os dispositivos da sala de opera ção 1a a 1n podem ser conectados ao controlador central de comunicação modular 203 através de um canal com fio ou um canal sem fio dependendo da configuração dos dispositivos 1a a 1n em um controlador central de rede. O controlador central de rede 207 pode ser implementado, em um aspecto, como um dispositivo de transmissão de rede local que atua sobre a camada física do modelo OSI ("open system interconnection", ou interconexão de sistemas abertos). O controlador central de rede fornece conectividade aos dispositivos 1a a 1n situados na mesma rede da sala de operação. O controlador central de rede 207 coleta dados sob a forma de pacotes e os envia para o roteador em modo "half-duplex". O controlador central de rede 207 não armazena nenhum controle de acesso a mídias/protocolo da Internet (MAC/IP) para transferir os dados de dispositivo. Apenas um dos dispositivos 1a a 1n por vez pode enviar dados através do controlador central de rede 207. O controlador central de rede 207 não tem tabelas de roteamento ou inteligência acerca de onde enviar informações e transmite todos os dados da rede através de cada conexão e a um servidor remoto 213 (Figura 9) na nuvem 204. O controlador central de rede 207 pode detectar erros básicos de rede, como colisões, mas ter todas as informações transmitidas para múltiplas portas de entrada pode ser um risco de segurança e provocar estrangulamentos.
[0164] Em uma outra implementação, os dispositivos de sala de operação 2a a 2m podem ser conectados a uma chave de rede 209 através de um canal com ou sem fio. A chave de rede 209 funciona na camada de conexão de dados do modelo OSI. A chave de rede 209 é um dispositivo multicast para conectar os dispositivos 2a a 2m localizados no mesmo centro de operação à rede. A chave de rede 209 envia dados sob a forma de quadros para o roteador de rede 211 e funciona em modo duplex completo. Múltiplos dispositivos 2a a 2m podem enviar dados ao mesmo tempo através da chave de rede 209. A chave de rede 209 armazena e usa endereços MAC dos dispositivos 2a a 2m para transferir dados.
[0165] O controlador central de rede 207 e/ou a chave de rede 209 são acoplados ao roteador de rede 211 para uma conexão com a nuvem 204. O roteador de rede 211 funciona na camada de rede do modelo OSI. O roteador de rede 211 cria uma rota para transmitir pacotes de dados recebidos do controlador central de rede 207 e/ou da chave de rede 211 para um computador com recursos em nuvem para futuro processamento e manipulação dos dados coletados por qualquer um dentre ou todos os dispositivos 1a a 1n/ 2a a 2m. O roteador de rede 211 pode ser usado para conectar duas ou mais redes diferentes situadas em locais diferentes, como, por exemplo, diferentes salas de operação da mesma instalação de serviços de saúde ou diferentes redes localizadas em diferentes salas de operação das diferentes instalações de serviços de saúde. O roteador de rede 211 envia dados sob a forma de pacotes para a nuvem 204 e funciona em modo duplex completo. Múltiplos dispositivos podem enviar dados ao mesmo tempo. O roteador de rede 211 usa endereços IP para transferir dados.
[0166] Em um exemplo, o controlador central de rede 207 pode ser implementado como um controlador central USB, o que permite que múl- tiplos dispositivos USB sejam conectados a um computador hospedeiro. O controlador central de USB pode expandir uma única porta USB em vários níveis de modo que haja mais portas disponíveis para conectar os dispositivos ao computador hospedeiro do sistema. O controlador central de rede 207 pode incluir recursos com fio ou sem fio para receber informações sobre um canal com fio ou um canal sem fio. Em um aspecto, um protocolo sem fio de comunicação de rádio sem fio, de banda larga e de curto alcance USB sem fio pode ser usado para comunicação entre os dispositivos 1a a 1n e os dispositivos 2a a 2m situados na sala de operação.
[0167] Em outros exemplos, os dispositivos da sala de operação 1a a 1n/2a a 2m pode se comunicar com ao controlador central de comunicação modular 203 através de tecnologia Bluetooth sem fio padrão para troca de dados ao longo de curtas distâncias (com o uso de ondas de rádio UHF de comprimento de onda curta na banda ISM de 2,4 a 2,485 GHz) de dispositivos fixos e móveis e construir redes de área pessoal (PANs, "personal area networks"). Em outros aspectos, os dispositivos da sala de operação 1a a 1n/2a a 2m podem se comunicar com o controlador central de comunicação modular 203 através de um número de padrões ou protocolos de comunicação sem fio e com fio, incluindo, mas não se limitando a, Wi-Fi (família IEEE 802.11), WiMAX (família IEEE 802.16), IEEE 802.20, evolução de longo prazo (LTE, "long-term evolution"), e Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, e derivados de Ethernet dos mesmos, bem como quaisquer outros protocolos sem fio e com fio que são designados como 3G, 4G, 5G, e além. O módulo de computação pode incluir uma pluralidade de módulos de comunicação. Por exemplo, um primeiro módulo de comunicação pode ser dedicado a comunicações sem fio de curto alcance como Wi-Fi e Bluetooth, e um segundo módulo de comunicação pode ser dedicado a comunicações sem fio de alcance mais longo como GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, e outros.
[0168] O controlador central de comunicação modular 203 pode servir como uma conexão central para um ou todos os dispositivos da sala de operação 1a a 1n/2a a 2m e lida com um tipo de dados conhecido como quadros. Os quadros transportam os dados gerados pelos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m. Quando um quadro é recebido pelo controlador central de comunicação modular 203, ele é amplificado e transmitido para o roteador de rede 211, que transfere os dados para os recursos de computação em nuvem com o uso de uma série de padrões ou protocolos de comunicação sem fio ou com fio, conforme aqui descrito.
[0169] O controlador central de comunicação modular 203 pode ser usado como um dispositivo independente ou ser conectado a controladores centrais de rede e chaves de rede compatíveis para formar uma rede maior. O controlador central de comunicação modular 203 é, em geral, fácil de instalar, configurar e manter, o que o torna uma boa opção para operações em rede dos dispositivos 1a a 1n/2a a 2m da sala de operação.
[0170] A Figura 9 ilustra um sistema cirúrgico interativo, implementa do por computador 200. O sistema cirúrgico interativo implementado por computador 200 é similar em muitos aspectos ao sistema cirúrgico interativo, implementado por computador 100. Por exemplo, o sistema cirúrgico, interativo, implementado por computador 200 inclui um ou mais sistemas cirúrgicos 202, que são similares em muitos aspectos aos sistemas cirúrgicos 102. Cada sistema cirúrgico 202 inclui pelo menos um controlador cirúrgico central 206 em comunicação com uma nuvem 204 que pode incluir um servidor remoto 213. Em um aspecto, o sistema cirúrgico interativo implementado por computador 200 compreende uma torre de controle modular 236 conectada a múltiplos dispositivos de sala de operação como, por exemplo, instrumentos cirúrgicos inteligentes, robôs e outros dispositivos computadorizados localizados na sala de operações. Conforme mostrado na Figura 10, a torre de controle modular 236 compreende um controlador central de comunicação modular 203 acoplado a um sistema de computador 210. Conforme ilustrado no exemplo da Figura 9, a torre de controle modular 236 é acoplada a um módulo de imageamento 238 que é acoplado a um endoscópio 239, um módulo gerador 240 que é acoplado a um dispositivo de energia 241, um módulo de evacuação de fumaça 226, um módulo de sucção/irrigação 228, um módulo de comunicação 230, um módulo de processador 232, uma matriz de armazenamento 234, um dispositivo/instrumento inteligente 235 opcionalmente acoplado a uma tela 237, e um módulo de sensor sem contato 242. Os dispositivos da sala de operação são acoplados aos recursos de computação em nuvem e ao armazenamento de dados através da torre de controle modular 236. O controlador central robótico 222 também pode ser conectado à torre de controle modular 236 e aos recursos de computação em nuvem. Os dispositivos/instrumentos 235, siste-mas de visualização 208, entre outros, podem ser acoplados à torre de controle modular 236 por meio de padrões ou protocoles de comunicação com fio ou sem fio, conforme descrito na presente invenção. A torre de controle modular 236 pode ser acoplada a uma tela do controlador central 215 (por exemplo, monitor, tela) para exibir e sobrepor imagens recebidas do módulo de imageamento, tela do dispositivo/instrumento e/ou outros sistemas de visualização 208. A tela do controlador central também pode exibir os dados recebidos dos dispositivos conectados à torre de controle modular em conjunto com imagens e imagens sobrepostas.
[0171] A Figura 10 ilustra um controlador cirúrgico central 206 que compreende uma pluralidade de módulos acoplados à torre de controle modular 236. A torre de controle modular 236 compreende um con- trolador central de comunicação modular 203, por exemplo, um dispositivo de conectividade de rede, e um sistema de computador 210 para fornecer processamento, visualização e imageamento locais, por exemplo. Conforme mostrado na Figura 10, o controlador central de comunicação modular 203 pode ser conectado em uma configuração em camadas para expandir o número de módulos (por exemplo, dispositivos) que podem ser conectados ao controlador central de comunicação modular 203 e transferir para o sistema de computador 210 dados associados aos módulos, recursos de computação em nuvem, ou ambos. Conforme mostrado na Figura 10, cada um dos controlado-res centrais/chaves de rede no controlador central de comunicação modular 203 inclui três portas a jusante e uma porta a montante. O controlador central/chave de rede a montante é conectado a um processador para fornecer uma conexão de comunicação com a recursos de computação em nuvem e uma tela local 217. A comunicação com a nuvem 204 pode ser feita através de um canal de comunicação com fio ou sem fio.
[0172] O controlador cirúrgico central 206 usa um módulo de sensor sem contato 242 para medir as dimensões da sala de operação e gerar um mapa da sala cirúrgica com o uso de dispositivos de medição sem contato do tipo laser ou ultrassônico. Um módulo de sensor sem contato baseado em ultrassom escaneia a sala de operação transmitindo uma rajada de ultrassom e recebendo o eco quando este ricocheteia nas paredes circundantes de uma sala de operação, conforme descrito sob o título "Surgical Hub Spatial Awareness Within an Operating Room" no pedido de patente provisório US n° de série 62/611.341, intitulado INTERACTIVE SURGICAL PLATFORM, depositado em 28 de dezembro 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade, sendo o módulo de sensor configurado para determinar o tamanho da sala de operação e para ajustar os limites da distância de pareamento de Bluetooth. Um módulo de sensor sem contato baseado em laser esca- neia a sala de operação transmitindo pulsos de luz laser, recebendo pulsos de luz laser que ricocheteiam das paredes do perímetro da sala de operação, e comparando a fase do pulso transmitido com o pulso recebido para determinar o tamanho da sala de operação e ajustar os limites de distância de pareamento de Bluetooth, por exemplo.
[0173] O sistema de computador 210 compreende um processador 244 e uma interface de rede 245. O processador 244 é acoplado a um módulo de comunicação 247, armazenamento 248, memória 249, memória não volátil 250, e interface de entrada/saída 251 através de um bar- ramento de sistema. O barramento do sistema pode ser qualquer um dos vários tipos de estruturas de barramento, incluindo o barramento de memória ou controlador de memória, um barramento periférico ou barra- mento externo, e/ou barramento local que usa qualquer variedade de arquiteturas de barramento disponíveis incluindo, mas não se limitando a, barramento de 9 bits, arquitetura de padrão industrial (ISA), Micro- Charmel Architecture (MSA), ISA estendida (EISA), circuitos eletrônicos de drives inteligentes (IDE), barramento local VESA (VLB), interconexão de componentes periféricos (PCI), USB, porta gráfica avançada (AGP), barramento PCMCIA (Associação internacional de cartões de memória para computadores pessoais, "Personal Computer Memory Card International Association"), interface de sistemas para pequenos computadores (SCSI), ou qualquer outro barramento proprietário.
[0174] O processador 244 pode ser qualquer processador de nú cleo único ou de múltiplos núcleos, como aqueles conhecidos sob o nome comercial de ARM Cortex disponível junto à Texas Instruments. Em um aspecto, o processador pode ser um processador Core Cortex- M4F LM4F230H5QR ARM, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo, que compreende uma memória integrada de memória flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de busca antecipada para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma memória de acesso aleatório seriada de ciclo único de 32 KB (SRAM), uma memória só de leitura interna (ROM) carregada com o programa StellarisWare®, memória só de leitura programável e apagável eletricamente (EEPROM) de 2 KB, um ou mais módulos de modulação por largura de pulso (PWM), uma ou mais análogos de entradas de codificador de quadratura (QEI), um ou mais conversores analógico para digital (ADC) de 12 bits com 12 canais de entrada analógica, detalhes dos quais estão disponíveis para a folha de dados do produto.
[0175] Em um aspecto, o processador 244 pode compreender um controlador de segurança que compreende duas famílias baseadas em controlador, como TMS570 e RM4x, conhecidas sob o nome comercial de Hercules ARM Cortex R4, também disponíveis junto à 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.
[0176] A memória de sistema inclui memória volátil e memória não volátil. O sistema básico de entrada/saída (BIOS), contendo as rotinas básicas para transferir informações entre elementos dentro do sistema de computador, como durante a partida, é armazenado em memória não volátil. Por exemplo, a memória não volátil pode incluir ROM, ROM programável (PROM), ROM eletricamente programável (EPROM), EEPROM ou memória flash. A memória volátil inclui memória de acesso aleatório (RAM), que atua como memória cache externo. Além disso, a RAM está disponível em muitas formas como SRAM, RAM dinâmica (DRAM), DRAM síncrona (SDRAM), SDRAM taxa de dados dobrada (DDR SDRAM), SDRAM aperfeiçoada (ESDRAM), Synchlink DRAM (SLDRAM), e RAM direta Rambus RAM (DRRAM).
[0177] O sistema de computador 210 inclui também mídia de arma zenamento de computador removível/não removível, volátil/não volátil, como, por exemplo, armazenamento de disco. O armazenamento de disco inclui, mas não se limita a, dispositivos como uma unidade de disco magnético, unidade de disco flexível, acionador de fita, acionador Jaz, acionador Zip, acionador LS-60, cartão de memória flash ou memória stick (pen-drive). Além disso, o disco de armazenamento pode incluir mídias de armazenamento separadamente ou em combinação com outras mídias de armazenamento incluindo, mas não se limitam a, uma unidade de disco óptico como um dispositivo ROM de disco compacto (CD-ROM) unidade de disco compacto gravável (CD-R Drive), unidade de disco compacto regravável (CD-RW drive), ou uma unidade ROM de disco digital versátil (DVD-ROM). Para facilitar a conexão dos dispositivos de armazenamento de disco com o barramento de sistema, uma interface removível ou não removível pode ser usada.
[0178] Deve-se considerar que o sistema de computador 210 inclui um software que age como intermediário entre os usuários e os recursos básicos do computador descritos em um ambiente operacional adequado. Tal software inclui um sistema operacional. O sistema operacional, que pode ser armazenado no armazenamento de disco, atua para controlar e alocar recursos do sistema de computador. As aplicações de sistemas se beneficiam dos recursos de gerenciamento pelo sistema operacional através de módulos de programa e dados de programa armazenadas na memória do sistema ou no disco de armazenamento. Deve-se considerar que vários componentes aqui descritos podem ser implementados com vários sistemas operacionais ou combinações de sistemas operacionais.
[0179] Um usuário insere comandos ou informações no sistema de computador 210 através do(s) dispositivo(s) de entrada acopla- do(s) à interface de E/S 251. Os dispositivos de entrada incluem, mas não se limitam a, um dispositivo apontador como um mouse, trackball, stylus, touchpad, teclado, microfone, joystick, bloco de jogo, placa de satélite, escâner, cartão sintonizador de TV, câmera digital, câmera de vídeo digital, câmera de web, e similares. Esses e outros dispositivos de entrada se conectam ao processador através do bar- ramento de sistema através da(s) porta(s) de interface. As portas de interface incluem, por exemplo, uma porta serial, uma porta paralela, uma porta de jogo e um USB. Os dispositivos de saída usam alguns dos mesmos tipos de portas que os dispositivos de entrada. Dessa forma, por exemplo, uma porta USB pode ser usada para fornecer entrada ao sistema de computador e para fornecer informações do sistema de computador para um dispositivo de saída. Um adaptador de saída é fornecido para ilustrar que existem alguns dispositivos de saída como monitores, telas, alto-falantes, e impressoras, entre outros dispositivos de saída, que precisam de adaptadores especiais. Os adaptadores de saída incluem, a título de Ilustração e não de limitação, cartões de vídeo e som que fornecem um meio de conexão entre o dispositivo de saída e o barramento de sistema. Deve ser observado que outros dispositivos e/ou sistemas de dispositivos, como computadores remotos, fornecem capacidades de entrada e de saída.
[0180] O sistema de computador 210 pode operar em um ambiente em rede com o uso de conexões lógicas com um ou mais computadores remotos, como os computadores em nuvem, ou os computadores locais. Os computadores remotos em nuvem podem ser um computador pessoal, servidor, roteador, computador pessoal de rede, estação de trabalho, aparelho baseado em microprocessador, dispositivo de pares, ou outro nó de rede comum, e similares, e tipicamente incluem muitos ou todos os elementos descritos em relação ao sistema de computador. Para fins de brevidade, apenas um dispositivo de armazenamento de memória é ilustrado com o computador remoto. Os computadores remotos são logicamente conectados ao sistema de computador através de uma interface de rede e então fisicamente conectados através de uma conexão de comunicação. A interface de rede abrange redes de comunicação como redes de áreas locais (LANs) e redes de áreas amplas (WANs). As tecnologias LAN incluem interface de dados distribuída por fibra (FDDI), interface de dados distribuídos por cobre (CDDI), Ether- net/IEEE 802,3, anel de Token/IEEE 802,5 e similares. As tecnologias WAN incluem, mas não se limitam a, links de ponto a ponto, redes de comutação de circuito como redes digitais de serviços integrados (ISDN) e variações nos mesmos, redes de comutação de pacotes e linhas digitas de assinante (DSL).
[0181] Em vários aspectos, o sistema de computador 210 da Fi gura 10, o módulo de imageamento 238 e/ou sistema de visualização 208, e/ou o módulo de processador 232 das Figuras 9 a 10, pode compreender um processador de imagem, motor de processamento de imagem, processador de mídia, ou qualquer especializada processador de sinal digital (DSP) usado para o processamento de imagens digitais. O processador de imagem pode empregar computação paralela com tecnologias de instrução única de múltiplos dados (SIMD) ou de múltiplas instruções de múltiplos dados (MIMD) para aumentar a velocidade e a eficiência. O motor de processamento de imagem digital pode executar uma série de tarefas. O processador de imagem pode ser um sistema em um circuito integrado com arquitetura de processador de múltiplos núcleos.
[0182] As conexões de comunicação referem-se ao hardwa- re/software usado para conectar a interface de rede ao barramento. Embora a conexão de comunicação seja mostrada para clareza ilustrativa dentro do sistema de computador, ela também pode ser externa ao sistema de computador 210. O hardware/software necessário para a ligação à interface de rede inclui, apenas para fins ilustrativos, tecnologias internas e externas como modems, incluindo modems de série de telefone regulares, modems de cabo e modems DSL, adaptadores de ISDN e cartões Ethernet.
[0183] A Figura 11 ilustra um diagrama de blocos funcionais de um aspecto de um dispositivo de controlador central de rede USB 300, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. No aspecto ilustrado, o dispositivo de controlador central de rede USB 300 usa um controlador central de circuito integrado TUSB2036 disponível junto à Texas Instruments. O controlador central de rede USB 300 é um dispositivo CMOS que fornece uma porta de transceptor USB a montante 302 e até três portas de transceptor USB a jusante 304, 306, 308 em conformidade com a especificação USB 2.0. A porta de transceptor USB a montante 302 é uma porta-raiz de dados diferenciais que compreende uma entrada de dados diferenciais "menos" (DM0) pareada com uma entrada de dados diferenciais "mais" (DP0). As três portas do transceptor USB a jusante 304, 306, 308 são portas de dados diferenciais, em que cada porta inclui saídas de dados diferenciais "mais" (DP1-DP3) pareadas com saídas de dados diferenciais "menos" (DM1-DM3).
[0184] O dispositivo de controlador central de rede USB 300 é im plementado com uma máquina de estado digital em vez de um micro- controlador, e nenhuma programação de firmware é necessária. Os transceptores USB totalmente compatíveis são integrados no circuito para a porta do transceptor USB a montante 302 e todas as portas de transceptor USB a jusante 304, 306, 308. As portas de transceptor USB a jusante 304, 306, 308 suportam tanto os dispositivos de velocidade total como de baixa velocidade configurando automaticamente a taxa de varredura de acordo com a velocidade do dispositivo fixado às portas. O dispositivo de controlador central de rede USB 300 pode ser configurado em modo alimentado por barramento ou em modo autoa- limentado e inclui uma lógica de energia do controlador central 312 para gerenciar a potência.
[0185] O dispositivo de controlador central de rede USB 300 inclui um motor de interface serial 310 (SIE). O SIE 310 é a extremidade frontal do hardware do controlador central de rede USB 300 e lida com a maior parte do protocolo descrito no capítulo 8 da especificação USB. O SIE 310 tipicamente compreende a sinalização até o nível da transação. As funções que ele maneja poderiam incluir: reconhecimento de pacote, sequenciamento de transação, SOP, EOP, RESET, e RESUME a de- tecção/geração de sinais, separação de relógio/dados, codifica- ção/descodificação de dados não retorno a zero invertido (NRZI), geração e verificação de CRC (token e dados), geração e verifica- ção/descodificação de pacote ID (PID), e/ou conversão série- paralelo/paralelo-série. O SIE 310 recebe uma entrada de relógio 314 e é acoplado a um circuito de lógica suspender/retomar e temporizador de quadro 316 e a um circuito de repetição do controlador central 318 para controlar a comunicação entre a porta do transceptor USB a montante 302 e as portas do transceptor USB a jusante 304, 306, 308 através dos circuitos de lógica de porta 320, 322, 324. O SIE 310 é acoplado a um decodificador de comando 326 através da lógica de interface para controlar os comandos a partir de uma memória EEPROM serial através de uma interface de EEPROM serial 330.
[0186] Em vários aspectos, o controlador central de rede USB 300 pode conectar 127 as funções configuradas em até seis camadas (níveis) lógicas a um único computador. Além disso, o controlador central de rede USB 300 pode conectar todos os periféricos com o uso de um cabo de quatro fios padronizado que fornece tanto comunicação como distribuição de potência. As configurações de potência são modos alimentados por barramento e autoalimentados. O controlador central de rede USB 300 pode ser configurado para suportar quatro modos de ge-renciamento de potência: um controlador central alimentado por barra- mento, com gerenciamento de potência de porta individual ou gerenciamento de energia de portas agrupadas, e o controlador central autoa- limentado, com gerenciamento de energia de porta individual ou gerenciamento de energia de portas agrupadas. Em um aspecto, com o uso de um cabo USB, o controlador central de rede de USB 300, a porta de transceptor USB a montante 302 é plugada em um controlador de hospedeiro USB, e as portas de transceptor USB a jusante 304, 306, 308 são expostas para conectar dispositivos compatíveis de USB, e assim por diante.
[0187] A Figura 12 ilustra um diagrama lógico de um módulo de um sistema de controle 470 de um instrumento ou ferramenta cirúrgica, de acordo com um ou mais aspectos da presente descrição. O sistema 470 compreende um circuito de controle. O circuito de controle inclui um mi- crocontrolador 461 que compreende um processador 462 e uma memória 468. Um ou mais dos sensores 472, 474, 476, por exemplo, fornecem retroinformação em tempo real para o processador 462. Um motor 482, acionado por um acionador do motor 492, acopla operacionalmente um membro de deslocamento longitudinalmente móvel para acionar um braço de aperto do membro de fechamento. Um sistema de rastreamento 480 é configurado para determinar a posição do membro de deslocamento longitudinalmente móvel. As informações de posição são fornecidas para o processador 462, que pode ser programado ou configurado para determinar a posição do membro de acionamento longitudinalmente móvel bem como a posição do membro de fechamento. Motores adicionais podem ser fornecidos na interface do acionador de ferramenta para controlar a trajetória de fechamento do tubo, a rotação do eixo de acionamento, a articulação, ou o fechamento do braço de aperto, ou uma com- binação dos mesmos. Uma tela 473 exibe uma variedade de condições de operação dos instrumentos e pode incluir funcionalidade de tela sensível ao toque para entrada de dados. As informações exibidas na tela 473 podem ser sobrepostas com imagens capturadas através de módulos de imageamento endoscópicos.
[0188] Em um aspecto, o microcontrolador 461 pode ser qualquer processador de núcleo único ou de múltiplos núcleos, como aqueles conhecidos sob o nome comercial de ARM Cortex disponível junto à Texas Instruments. Em um aspecto, o microcontrolador principal 461 pode ser um processador LM4F230H5QR ARM Cortex-M4F, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo, que compreende uma memória integrada de memória flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de busca antecipada para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma memória de acesso aleatório em série de ciclo único de 32 KB (SRAM), uma memória só de leitura interna (ROM) carregada com o programa Stella- risWare®, memória programável e apagável eletricamente só de leitura (EEPROM) de 2 KB, um ou mais módulos de modulação por largura de pulso (PWM), uma ou mais análogos de entradas de codificador de quadratura (QEI), e/ou um ou mais conversores analógico para digital (ADC) de 12 bits com 12 canais de entrada analógica, detalhes dos quais estão disponíveis para a folha de dados do produto.
[0189] Em um aspecto, o microcontrolador 461 pode compreen der um controlador de segurança que compreende duas famílias à base de controladores, como TMS570 e RM4x conhecidas sob o nome comercial de Hercules ARM Cortex R4, também disponíveis pela Texas Instruments. O controlador de segurança pode ser configurado especificamente para as aplicações críticas de segurança IEC 61508 e ISO 26262, dentre outras, para fornecer recursos avançados de segurança integrada enquanto fornece desempenho, conectividade e opções de memória escalonáveis.
[0190] O microcontrolador 461 pode ser programado para realizar várias funções, como o controle preciso da velocidade e posição do bisturi, dos sistemas de articulação, do braço de aperto, ou uma combinação dos mesmos. Em um aspecto, o microcontrolador 461 inclui um processador 462 e uma memória 468. O motor elétrico 482 pode ser um motor de corrente contínua (CC) com escovas com uma caixa de câmbio e conexões mecânicas com um sistema de articulação ou bisturi. Em um aspecto, um acionador de motor 492 pode ser um A3941 disponível junto à Allegro Microsystems, Inc. Outros acionadores de motor podem ser prontamente substituídos para uso no sistema de rastrea- mento 480 que compreende um sistema de posicionamento absoluto. Uma descrição detalhada de um sistema de posicionamento absoluto é feita na publicação de pedido de patente US n° 2017/0296213, intitulada SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT, publicada em 19 de outubro de 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade.
[0191] O microcontrolador 461 pode ser programado para fornecer controle preciso da velocidade e da posição dos membros de deslocamento e sistemas de articulação. O microcontrolador 461 pode ser configurado para computar uma resposta no software do microcontro- lador 461. 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.
[0192] Em um aspecto, o motor 482 pode ser controlado pelo acio- nador de motor 492 e pode ser usado pelo sistema de disparo do ins- trumento ou ferramenta cirúrgica. Em várias formas, o motor 482 pode ser um motor de acionamento de corrente contínua (CC) com escovas, com uma velocidade de rotação máxima de aproximadamente 25.000 RPM, por exemplo. Em outras disposições, o motor 482 pode incluir um motor sem escovas, um motor sem fio, um motor síncrono, um motor de passo ou qualquer outro tipo de motor elétrico adequado. O acionador de motor 492 pode compreender um acionador de ponte H que com-preende transístores de efeito de campo (FETs), por exemplo. O motor 482 pode ser alimentado por um conjunto de alimentação montado de modo liberável no conjunto de empunhadura ou compartimento da ferramenta para fornecer poder de controle para o instrumento ou ferramenta cirúrgica. O conjunto de alimentação pode compreender uma bateria que pode incluir várias células de bateria conectadas em série, as quais podem ser usadas como a fonte de energia para energizar o instrumento ou ferramenta cirúrgica. Em determinadas circunstâncias, as células de bateria do conjunto de alimentação pode ser células de bateria substituíveis e/ou recarregáveis. Em pelo menos um exemplo, as células de bateria podem ser baterias de íons de lítio que podem ser acopláveis e separáveis do conjunto de alimentação.
[0193] O acionador do motor 492 pode ser um A3941, disponível junto à Allegro Microsystems, Inc. O acionador 492 A3941 é um controlador de ponte inteira para uso com transístores de efeito de campo de óxido de metal semicondutor (MOSFET) de potência externa, de canal N, especificamente projetados para cargas indutivas, como motores de corrente contínua com escovas. O acionador 492 compreende um regulador de bomba de carga único que fornece acionamento de porta completo (>10 V) para baterias com tensão até 7 V e permite que o A3941 opere com um acionamento de porta reduzido, até 5,5 V. Um capacitor de comando de entrada pode ser usado para fornecer a tensão ultrapassante à fornecida pela bateria necessária para os MOS- FETs de canal N. Uma bomba de carga interna para o acionamento do lado de cima permite a operação em corrente contínua (100% ciclo de trabalho). A ponte inteira pode ser acionada nos modos de queda rápida ou lenta usando diodos ou retificação sincronizada. No modo de queda lenta, a recirculação da corrente pode se dar por meio dos FETs superior e inferior. Os FETs de energia são protegidos do efeito shoot-through por meio de resistores com tempo morto programável. Os diagnósticos integrados fornecem indicação de subtensão, sobre- temperatura e falhas na ponte de energia, podendo ser configurado para proteger os MOSFETs de potência na maioria das condições de curto-circuito. Outros acionadores de motor podem ser prontamente substituídos para uso no sistema de rastreamento 480 compreendendo um sistema de posicionamento absoluto.
[0194] O sistema de rastreamento 480 compreende uma disposi ção de circuito de acionamento de motor controlado que compreende um sensor de posição 472 de acordo com um aspecto da presente descrição. O sensor de posição 472 para um sistema de posicionamento absoluto fornece um sinal de posição único que corresponde à localização de um membro de deslocamento. Em um aspecto, o membro de deslocamento representa um membro de acionamento longitudinalmente móvel que compreende uma cremalheira de dentes de acionamento para engate engrenado com uma engrenagem de acionamento correspondente de um conjunto redutor de engrenagem. Em outros aspectos, o membro de deslocamento representa o membro de disparo, que pode ser adaptado e configurado para incluir uma crema- lheira de dentes de acionamento. Em ainda um outro aspecto, o mem-bro de deslocamento representa um membro de deslocamento longitudinal para abrir e fechar um braço de aperto, o qual pode ser adaptado e configurado para incluir uma cremalheira de dentes de acionamento. Em outros aspectos, o membro de deslocamento representa um membro de fechamento do braço de aperto configurado para fechar e abrir um braço de aperto de um dispositivo de grampeador, ul- trassônico, ou eletrocirúrgico, ou combinações dos mesmos. Consequentemente, como usado na presente invenção, o termo membro de deslocamento é usado genericamente para se referir a qualquer membro móvel do instrumento ou ferramenta cirúrgica como o membro de acionamento, o braço de aperto, ou qualquer elemento que possa ser deslocado. Consequentemente, o sistema de posicionamento absoluto pode, com efeito, rastrear o deslocamento do braço de aperto por ras- trear o deslocamento linear do membro de acionamento móvel longitudinalmente.
[0195] Em outros aspectos, o sistema de posicionamento absolu to pode ser configurado para rastrear a posição de um braço de aperto no processo de abertura ou fechamento. Em vários outros aspectos, o membro de deslocamento pode ser acoplado a qualquer sensor de posição 472 adequado para medir o deslocamento linear. Dessa forma, o membro de acionamento longitudinalmente móvel, ou o braço de aperto, ou combinações dos mesmos, pode ser acoplado a qualquer sensor de deslocamento linear. Os sensores de deslocamento linear podem incluir sensores de deslocamento de contato ou sem contato. Sensores de deslocamento linear podem compreender Transformadores Lineares Diferenciais Variáveis (LVDT), Transdutores Diferenciais de Relutância Variável (DVRT), um potenciômetro, um sistema de detecção magnético que compreende um 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 compre- ende uma fonte de luz fixa e uma série móvel de fotodiodos ou foto- detectores linearmente dispostos, ou qualquer combinação dos mesmos.
[0196] O motor elétrico 482 pode incluir um eixo de acionamento giratório, que faz interface de modo operacional com um conjunto de engrenagem, que está montado em engate de acoplamento com um conjunto ou cremalheira de dentes de acionamento no membro de acionamento. Um elemento sensor pode ser operacionalmente acoplado a um conjunto de engrenagem de modo que uma única revolução do elemento sensor de posição 472 corresponda à alguma translação longitudinal linear do membro de deslocamento. Uma disposição de engrenagens e sensores pode ser conectada ao atuador linear por meio de uma disposição de cremalheira e pinhão, ou de um atuador giratório, por meio de uma roda dentada ou outra conexão. Uma fonte de energia fornece energia para o sistema de posicionamento absoluto e um indicador de saída pode exibir a saída do sistema de posicionamento absoluto. O membro de acionamento representa o membro de acionamento longitudinalmente móvel que compreende uma crema- lheira de dentes de acionamento formada na mesma para engate en-grenado com uma engrenagem de acionamento correspondente do conjunto redutor de engrenagem. O membro de deslocamento representa o membro de disparo longitudinalmente móvel para abrir e fechar um braço de aperto.
[0197] Uma única revolução do elemento sensor associada ao sen sor de posição 472 é equivalente a um deslocamento linear longitudinal de d1 do membro do deslocamento, onde d1 representa a distância linear longitudinal pela qual o membro de deslocamento se move do ponto "a" ao ponto "b" depois de uma única revolução do elemento sensor acoplado ao membro de deslocamento. A disposição do sensor pode ser conectada por meio de uma redução de engrenagem que resulta no sensor de posição 472 completando uma ou mais revoluções para o curso completo do membro de deslocamento. O sensor de posição 472 pode completar múltiplas revoluções para o curso completo do membro de deslocamento.
[0198] Uma série de chaves, onde n é um número inteiro maior que um, pode ser empregada sozinha ou em combinação com uma redução de engrenagem para fornecer um sinal de posição única para mais de uma revolução do sensor de posição 472. O estado das chaves é transmitido de volta ao microcontrolador 461 que aplica uma lógica para determinar um sinal de posição única correspondente ao deslocamento linear longitudinal de di + d2 + ... dn do membro de deslocamento. A saída do sensor de posição 472 é fornecida ao microcontrolador 461. Em várias modalidades, o sensor de posição 472 da disposição de sensor pode compreender um sensor magnético, um sensor giratório analógico, como um potenciômetro, ou uma série de elementos de efeito Hall analógicos, que emitem uma combinação única de posição de sinais ou valores.
[0199] O sensor de posição 472 pode compreender qualquer núme ro de elementos de detecção magnética, como, por exemplo, sensores magnéticos classificados de acordo com se eles medem o campo magnético total ou os componentes vetoriais do campo magnético. As técnicas usadas para produzir ambos os tipos de sensores magnéticos abrangem muitos aspectos da física e da eletrônica. As tecnologias usadas para a detecção de campo magnético incluem fluxômetro, fluxo saturado, bombeamento óptico, precessão nuclear, SQUID, efeito Hall, mag- netorresistência anisotrópica, magnetorresistência gigante, junções túnel magnéticas, magnetoimpedância gigante, compostos magnetostriti- vos/piezoelétricos, magnetodiodo, transístor magnético, fibra óptica, magneto-óptica e sensores magnéticos baseados em sistemas microele- tromecânicos, dentre outros.
[0200] Em um aspecto, o sensor de posição 472 para o sistema de rastreamento 480 que compreende um sistema de posicionamento absoluto compreende um sistema de posicionamento absoluto giratório magnético. O sensor de posição 472 pode ser implementado como um sensor de posição giratório, magnético, de circuito integrado único, AS5055EQFT, disponível junto à Austria Microsystems, AG. O sensor de posição 472 faz interface com o microcontrolador 461 para fornecer um sistema de posicionamento absoluto. O sensor de posição 472 é um componente de baixa tensão e baixa potência e inclui quatro elementos de efeito em uma área do sensor de posição 472 localizada acima de um imã. Um ADC de alta resolução e um controlador inteligente de gerenciamento de potência são também fornecidos no circuito integrado. Um processador CORDIC (computador digital para rotação de coordenadas), também conhecido como o método dígito por dígito e algoritmo de Volder, é fornecido para implementar um algoritmo simples e eficiente para calcular funções hiperbólicas e trigonométricas que exigem apenas operações de adição, subtração, deslocamento de bits e tabela de pesquisa. A posição do ângulo, os bits de alarme e as informações de campo magnético são transmitidos através de uma interface de comunicação serial padrão, como uma interface periférica serial (SPI), para o microcontrolador 461. O sensor de posição 472 fornece 12 ou 14 bits de resolução. O sensor de posição 472 pode ser um circuito integrado AS5055 fornecido em um pequeno encapsulamento QFN de 16 pinos com dimensões de 4 x 4 x 0,85 mm.
[0201] O sistema de rastreamento 480 que compreende um siste ma de posicionamento absoluto pode compreender e/ou ser programado para implementar um controlador de feedback, como um PID, feedback de estado, e controlador adaptável. Uma fonte de energia converte o sinal do controlador de feedback em uma entrada física para o sistema, nesse caso a tensão. Outros exemplos incluem uma PWM de tensão, corrente e força. Outros sensores podem ser provi- denciados a fim de medir os parâmetros do sistema físico além da posição medida pelo sensor de posição 472. Em alguns aspectos, os outros sensores podem incluir disposições de sensor conforme aquelas descritas na patente US n° 9.345.481 intitulada STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM, concedida em 24 de maio de 2016, que está incorporada por referência em sua totalidade neste documento; o pedido de patente US n° de série 2014/0263552, intitulado STAPLE CARTRIDGE TISSUE THICKNESS SENSOR SYSTEM, publicado em 18 de setembro de 2014, está incorporado por referência em sua totalidade neste documento; e o pedido de patente US n° de série 15/628.175, intitulado TECHNIQUES FOR ADAPTIVE CONTROL OF MOTOR VELOCITY OF A SURGICAL STAPLING AND CUTTING INSTRUMENT, submetido em 20 de junho de 2017, está incorporado por referência em sua totalidade neste documento. Em um sistema de processamento de sinal digital, um sistema de posicionamento absoluto é acoplado a um sistema de captura de dados digitais onde a saída do sistema de posicionamento absoluto terá uma resolução e frequência de amostragem finitas. O sistema de posicionamento absoluto pode compreender um circuito de comparação e combinação para combinar uma resposta computada com uma resposta medida através do uso de algoritmos, como uma média ponderada e um laço de controle teórico, que acionam a resposta calculada em direção à resposta medida. A resposta computada sistema físico considera as propriedades como massa, inércia, atrito viscoso, resistência à indutância, etc., para prever pelo conhecimento da entrada quais serão os estados e saídas do sistema físico.
[0202] O sistema de posicionamento absoluto fornece um posicio namento absoluto do membro deslocado sobre a ativação do instrumento sem que seja preciso recolher ou avançar o membro de acionamento longitudinalmente móvel para a posição de reinício (zero ou inicial), como pode ser requerido pelos codificadores convencionais giratórios que meramente contam o número de passos progressivos ou regressivos que o motor 482 percorreu para inferir a posição de um atuador dispositivo, barra de acionamento, bisturi, e congêneres.
[0203] Um sensor 474, como, por exemplo, um medidor de esforço ou um medidor de microesforço, está configurado para medir um ou mais parâmetros do atuador de extremidade, como, por exemplo, a amplitude do esforço exercido sobre a bigorna durante uma operação de preensão, que pode ser indicativa em relação à compressão do tecido. O esforço medido é convertido em um sinal digital e fornecido ao processador 462. Alternativamente, ou em adição ao sensor 474, um sensor 476, como, por exemplo, um sensor de carga, pode medir a força de fechamento aplicada pelo sistema de acionamento de fechamento à bigorna em um grampeador ou um braço de aperto em um instrumento eletrocirúrgico ou ultrassônico. O sensor 476, como, por exemplo, um sensor de carga, pode medir a força de disparo aplicada a um membro de fechamento acoplado a um braço de aperto do ins-trumento ou ferramenta cirúrgica ou a força aplicada por um braço de aperto ao tecido situado nas garras de um instrumento eletrocirúrgico ou ultrassônico. Alternativamente, um sensor de corrente 478 pode ser utilizado para medir a corrente drenada pelo motor 482. O membro de deslocamento também pode ser configurado para engatar um braço de aperto para abrir ou fechar o braço de aperto. O sensor de força pode ser configurado para medir a força de preensão sobre o tecido. A força necessária para avançar o membro de deslocamento pode corresponder à corrente drenada pelo motor 482, por exemplo. A força medida é convertida em um sinal digital e fornecida ao processador 462.
[0204] Em uma forma, um sensor medidor de esforço 474 pode ser usado para medir a força aplicada ao tecido pelo atuador de extremidade. Um medidor de esforço pode ser acoplado ao atuador de extremida- de para medir a força aplicada ao tecido que está sendo tratado pelo atuador de extremidade. Um sistema para medir forças aplicadas ao tecido preso pelo atuador de extremidade compreende um sensor medidor de esforço 474, como, por exemplo, um medidor de microesforço, que é configurado para medir um ou mais parâmetros do atuador de extremidade, por exemplo. Em um aspecto, o sensor medidor de esforço 474 pode medir a amplitude ou a magnitude da tensão mecânica exercida sobre um membro de garra de um atuador de extremidade durante uma operação de preensão, que pode ser indicativa da compressão do tecido. O esforço medido é convertido em um sinal digital e fornecido ao processador 462 de um microcontrolador 461. Um sensor de carga 476 pode medir a força usada para operar o elemento de faca, por exemplo, para cortar o tecido capturado entre a bigorna e o cartucho de grampos. Um sensor de carga 476 pode medir a força usada para operar o elemento de braço de aperto, por exemplo, para capturar o tecido entre o braço de aperto e uma lâmina ultrassônica ou para capturar o tecido entre o braço de aperto e uma garra de um instrumento eletrocirúrgico. Um sensor de campo magnético pode ser usado para medir a espessura do tecido capturado. A medição do sensor de campo magnético também pode ser convertida em um sinal digital e fornecida ao processador 462.
[0205] As medições da compressão do tecido, da espessura do tecido e/ou da força necessária para fechar o atuador de extremidade no tecido, conforme respectivamente medido pelos sensores 474, 476, podem ser usadas pelo microcontrolador 461 para caracterizar a posição selecionada do membro de disparo e/ou o valor correspondente da velocidade do membro de disparo. Em um caso, uma memória 468 pode armazenar uma técnica, uma equação e/ou uma tabela de consulta que pode ser usada pelo microcontrolador 461 na avaliação.
[0206] O sistema de controle 470 do instrumento ou ferramenta ci rúrgica também pode compreender circuitos de comunicação com fio ou sem fio para comunicação com o controlador central de comunicação modular mostrado nas Figuras 8 a 11.
[0207] A Figura 13 ilustra um circuito de controle 500 configurado para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica de acordo com um aspecto da presente descrição. O circuito de controle 500 pode ser configurado para implementar vários processos aqui descritos. O circuito de controle 500 pode compreender um microcon- trolador que compreende um ou mais processadores 502 (por exemplo, microprocessador, microcontrolador) acoplado a pelo menos um circuito de memória 504. O circuito de memória 504 armazena instruções executáveis em máquina que, quando executadas pelo processador 502, fazem com que o processador 502 execute instruções de máquina para implementar vários dos processos aqui descritos. O pro-cessador 502 pode ser qualquer um dentre inúmeros processadores de apenas um núcleo ou multinúcleo conhecidos na técnica. O circuito de memória 504 pode compreender mídia de armazenamento volátil e não volátil. O processador 502 pode incluir uma unidade de processamento de instruções 506 e uma unidade de aritmética 508. A unidade de processamento de instruções pode ser configurada para receber instruções a partir do circuito de memória 504 da presente descrição.
[0208] A Figura 14 ilustra um circuito lógico combinacional 510 configurado para controlar aspectos do instrumento ou da ferramenta cirúrgica de acordo com um aspecto da presente descrição. O circuito lógico combinacional 510 pode ser configurado para implementar vários processos aqui descritos. O circuito lógico combinacional 510 pode compreender uma máquina de estados finitos que compreende uma lógica combinacional 512 configurada para receber dados associados ao instrumento ou ferramenta cirúrgica em uma entrada 514, processar os dados pela lógica combinacional 512 e fornecer uma saída 516.
[0209] A Figura 15 ilustra um circuito lógico sequencial 520 configu rado para controlar aspectos do instrumento ou ferramenta cirúrgica de acordo com um aspecto da presente descrição. O circuito lógico sequencial 520 ou a lógica combinacional 522 pode ser configurado para implementar o processo aqui descrito. O circuito lógico sequencial 520 pode compreender uma máquina de estados finitos. O circuito lógico sequencial 520 pode compreender uma lógica combinacional 522, pelo menos um circuito de memória 524, um relógio 529 e, por exemplo. O pelo menos um circuito de memória 524 pode armazenar um estado atual da máquina de estados finitos. Em certos casos, o circuito lógico sequencial 520 pode ser síncrono ou assíncrono. A lógica combinacional 522 é configurada para receber dados associados ao instrumento ou ferramenta cirúrgica de uma entrada 526, processar os dados pela lógica combinaci- onal 522, e fornecer uma saída 528. Em outros aspectos, o circuito pode compreender uma combinação de um processador (por exemplo, processador 502, Figura 13) e uma máquina de estados finitos para implementar vários processos da presente invenção. Em outros aspectos, a máquina de estados finitos pode compreender uma combinação de um circuito lógico combinacional (por exemplo, um circuito lógico combinaci- onal 510, Figura 14) e o circuito lógico sequencial 520.
[0210] A Figura 16 ilustra um instrumento ou ferramenta cirúrgica que compreende uma pluralidade de motores que podem ser ativados para executar várias funções. Em certos casos, um primeiro motor pode ser ativado para executar uma primeira função, um segundo motor pode ser ativado para executar uma segunda função, um terceiro motor pode ser ativado para executar uma terceira função, um quarto motor pode ser ativado para executar uma quarta função, e assim por diante. Em certos casos, a pluralidade de motores do instrumento cirúrgico robótico 600 pode ser individualmente ativada para causar movimentos de disparo, fechamento, e/ou articulação no atuador de extremidade. Os mo- vimentos de disparo, fechamento e/ou articulação podem ser transmitidos ao atuador de extremidade através de um conjunto de eixo de acionamento, por exemplo.
[0211] Em certos casos, o sistema de instrumento ou ferramenta cirúrgica pode incluir um motor de disparo 602. O motor de disparo 602 pode ser operacionalmente acoplado a um conjunto de acionamento do motor de disparo 604, o qual pode ser configurado para transmitir movimentos de disparo, gerados pelo motor 602 ao atuador de extremidade, particularmente para deslocar o membro de fechamento do braço de aperto. O membro de fechamento pode ser retraído invertendo-se a direção do motor 602, o que também faz com que o braço de aperto se abra.
[0212] Em certos casos, o instrumento ou ferramenta cirúrgica pode incluir um motor de fechamento 603. O motor de fechamento 603 pode ser operacionalmente acoplado a um conjunto de acionamento do motor de fechamento 605 que pode ser configurado para transmitir movimentos de fechamento, gerados pelo motor 603 ao atuador de extremidade, particularmente para deslocar um tubo de fechamento para fechar a bigorna e comprimir o tecido entre a bigorna e o cartucho de grampos. O motor de fechamento 603 pode ser operacionalmente acoplado a um conjunto de acionamento do motor de fechamento 605 que pode ser configurado para transmitir movimentos de fechamento, gerados pelo motor 603 ao atuador de extremidade, particularmente para deslocar um tubo de fechamento para fechar o braço de aperto e comprimir o tecido entre o braço de aperto e uma lâmina ultrassônica ou o braço de aperto ou o membro de garra de um dispositivo eletrocirúrgico. Os movimentos de fechamento podem fazer com que o atuador de extremidade transicione de uma configuração aberta para uma configuração aproximada para capturar o tecido, por exemplo. O atuador de extremidade pode ser transicionado para uma posição aberta invertendo-se a direção do motor 603.
[0213] Em certos casos, o instrumento ou ferramenta cirúrgica po de incluir um ou mais motores de articulação 606a, 606b, por exemplo. Os motores 606a, 606b podem ser operacionalmente acoplados aos conjuntos de acionamento do motor de articulação 608a, 608b, que podem ser configurados para transmitir movimentos de articulação gerados pelos motores 606a, 606b ao atuador de extremidade. Em certos casos, os movimentos de articulação podem fazer com que o atua- dor de extremidade seja articulado em relação ao conjunto de eixo de acionamento, por exemplo.
[0214] Conforme descrito acima, o instrumento ou ferramenta ci rúrgica pode incluir uma pluralidade de motores que podem ser configurados para executar várias funções independentes. Em certos casos, a pluralidade de motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica pode ser ativada individualmente ou separadamente para executar uma ou mais funções, enquanto outros motores permanecem inativos. Por exemplo, os motores de articulação 606a, 606b podem ser ativados para fazer com que o atuador de extremidade seja articulado, enquanto o motor de disparo 602 permanece inativo. Alternativamente, o motor de disparo 602 pode ser ativado para disparar a pluralidade de grampos, e/ou avançar o gume cortante, enquanto o motor de articulação 606 permanece inativo. Além disso, o motor de fe-chamento 603 pode ser ativado simultaneamente com o motor de disparo 602 para fazer com que o tubo de fechamento ou membro de fechamento avance distalmente conforme descrito em mais detalhes mais adiante neste documento.
[0215] Em certos casos, o instrumento ou ferramenta cirúrgica pode incluir um módulo de controle comum 610 que pode ser usado com uma pluralidade de motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica. Em certos casos, o módulo de controle comum 610 pode acomodar um dentre a pluralidade de motores de cada vez. Por exemplo, o módulo de controle comum 610 pode ser acoplável à e separável da pluralidade de motores do instrumento cirúrgico robótico individualmente. Em certos casos, uma pluralidade dos motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica pode compartilhar um ou mais módulos de controle comuns, como o módulo de controle comum 610. Em certos casos, uma pluralidade de motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica pode ser individualmente e seletivamente engatada ao módulo de controle comum 610. Em certos casos, o módulo de controle comum 610 pode ser seletivamente chaveado entre fazer interface com um dentre uma pluralidade de motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica para fazer interface com um outro dentre a pluralidade de motores do instrumento ou ferramenta cirúrgica.
[0216] Em pelo menos um exemplo, o módulo de controle comum 610 pode ser seletivamente chaveado entre o engate operacional com os motores de articulação 606a, 606B, e o engate operacional com o motor de disparo 602 ou o motor de fechamento 603. Em pelo menos um exemplo, conforme ilustrado na Figura 16, uma chave 614 pode ser movida ou transicionada entre uma pluralidade de posições e/ou estados. Na primeira posição 616, a chave 614 pode acoplar eletricamente o módulo de controle comum 610 ao motor de disparo 602; em uma segunda posição 617, a chave 614 pode acoplar eletricamente o módulo de controle 610 ao motor de fechamento 603; em uma terceira posição 618a, a chave 614 pode acoplar eletricamente o módulo de controle comum 610 ao primeiro motor de articulação 606a; e em uma quarta posição 618b, a chave 614 pode acoplar eletricamente o módulo de controle comum 610 ao segundo motor de articulação 606b, por exemplo. Em certos casos, módulos de controle comum 610 separados podem ser acoplados eletricamente ao motor de disparo 602, ao motor de fechamento 603, e aos motores de articulação 606a, 606b ao mesmo tempo. Em certos casos, a chave 614 pode ser uma chave mecânica, uma chave eletromecânica, uma chave em estado sólido ou qualquer mecanismo de chaveamento adequado.
[0217] Cada um dentre os motores 602, 603, 606a, 606b pode compreender um sensor de torque para medir o torque de saída no eixo de acionamento do motor. A força em um atuador de extremidade pode ser detectada de qualquer maneira convencional, como por meio de sensores de força nos lados exteriores das garras ou por um sensor de torque do motor que aciona as garras.
[0218] Em vários casos, conforme ilustrado na Figura 16, o módulo de controle comum 610 pode compreender um acionador de motor 626 que pode compreender um ou mais FETs H-Bridge. O acionador do motor 626 pode modular a energia transmitida a partir de uma fonte de energia 628 a um motor acoplado ao módulo de controle comum 610, com base em uma entrada proveniente de um microcontrolador 620 (o "controlador"), por exemplo. Em certos casos, o microcontrolador 620 pode ser usado para determinar a corrente drenada pelo motor, por exemplo, enquanto o motor está acoplado ao módulo de controle comum 610, conforme descrito acima.
[0219] Em certos exemplos, o microcontrolador 620 pode incluir um microprocessador 622 (o "processador") e uma ou mais mídias legíveis por computador não transitórias ou unidades de memória 624 (a "memória"). Em certos casos, a memória 624 pode armazenar várias instruções de programa que, quando executadas, podem fazer com que o processador 622 execute uma pluralidade de funções e/ou cálculos aqui descritos. Em certos casos, uma ou mais dentre as unidades de memória 624 podem ser acopladas ao processador 622, por exemplo. Em vários aspectos, o microcontrolador 620 pode se comunicar através de um canal com fio ou sem fio, ou combinações dos mesmos.
[0220] Em certos casos, a fonte de energia 628 pode ser usada para fornecer energia ao microcontrolador 620, por exemplo. Em certos casos, a fonte de energia 628 pode compreender uma bateria (ou "pacote de bateria" ou "fonte de energia"), como uma bateria de íons de Li, por exemplo. Em certos casos, o pacote de bateria pode ser configurado para ser montado de modo liberável à empunhadura para fornecer energia ao instrumento cirúrgico 600. Várias células de bateria conectadas em série podem ser usadas como a fonte de energia 628. Em certos casos, a fonte de energia 628 pode ser substituível e/ou recarregável, por exemplo.
[0221] Em vários casos, o processador 622 pode controlar o aciona- dor do motor 626 para controlar a posição, a direção de rotação e/ou a velocidade de um motor que está acoplado ao módulo de controle comum 610. Em certos casos, o processador 622 pode sinalizar ao aciona- dor do motor 626 para parar e/ou desativar um motor que esteja acoplado ao módulo de controle comum 610. Deve-se compreender que o termo "processador", conforme usado aqui, inclui qualquer microprocessador, microcontrolador ou outro dispositivo de computação básica adequado que incorpora as funções de uma unidade de processamento central de computador (CPU) em um circuito integrado ou, no máximo, alguns circuitos integrados. O processador 622 é um dispositivo programável multiuso que aceita dados digitais como entrada, as processa de acordo com instruções armazenadas na sua memória, e fornece resultados como saída. Este é um exemplo de lógica digital sequencial, já que ele tem memória interna. Os processadores operam em números e símbolos representados no sistema binário de numerais.
[0222] Em um exemplo, o processador 622 pode ser qualquer pro cessador de núcleo único ou de múltiplos núcleos, como aqueles conhecidos pelo nome comercial de ARM Cortex da Texas Instruments. Em certos casos, o microcontrolador 620 pode ser um LM 4F230H5QR, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo. Em pelo menos um exemplo, o LM4F230H5QR da Texas Instruments é um núcleo processador ARM Cortex-M4F que compreende uma memória integrada do tipo flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de busca antecipada para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma SRAM de ciclo único de 32 KB, uma ROM interna carregada com o software StellarisWare®, EEPROM de 2 KB, um ou mais módulos de PWM, um ou mais análogos de QEI, um ou mais ADCs de 12 bits com 12 canais de entrada analógica, dentre outros recursos que são prontamente disponíveis para a folha de dados do produto. Outros microcontroladores podem ser pron-tamente substituídos para uso com o módulo 4410. Consequentemente, a presente descrição não deve ser limitada nesse contexto.
[0223] Em certos casos, a memória 624 pode incluir instruções de programa para controlar cada um dos motores do instrumento cirúrgico 600 que são acopláveis ao módulo de controle comum 610. Por exemplo, a memória 624 pode incluir instruções de programa para controlar o motor de disparo 602, o motor de fechamento 603 e os motores de articulação 606a, 606b. Tais instruções de programa podem fazer com que o processador 622 controle as funções de disparo, fechamento e articulação de acordo com as entradas a partir dos algoritmos ou programas de controle do instrumento ou ferramenta cirúrgica.
[0224] Em certos casos, um ou mais mecanismos e/ou sensores como, por exemplo, sensores 630, podem ser utilizados para alertar o processador 622 quanto às instruções de programa que precisam ser utilizadas em uma configuração específica. Por exemplo, os sensores 630 podem alertar o processador 622 para usar as instruções de programa associadas ao disparo, fechamento e articulação do atuador de extremidade. Em certos casos, os sensores 630 podem compreender sensores de posição que podem ser utilizados para detectar a posição da chave 614, por exemplo. Consequentemente, o processador 622 pode usar as instruções de programa associadas ao disparo do membro de fechamento acoplado ao braço de aperto do atuador de extremidade mediante detecção, através dos sensores 630, por exemplo, que a chave 614 está na primeira posição 616; o processador 622 pode usar as instruções de programa associadas ao fechamento da bigorna mediante detecção através dos sensores 630, por exemplo, de que a chave 614 está na segunda posição 617; e o processador 622 pode usar as instruções de programa associadas com a articulação do atuador de extremidade mediante detecção através dos sensores 630, por exemplo, que a chave 614 está na terceira ou quarta posição 618a, 618b.
[0225] A Figura 17 é um diagrama esquemático de um instrumento cirúrgico robótico 700 configurado para operar uma ferramenta cirúrgica descrita neste documento, de acordo com um aspecto dessa descrição. O instrumento cirúrgico robótico 700 pode ser programado ou configurado para controlar a translação distal/proximal de um membro de deslocamento, o deslocamento distal/proximal de um tubo de fechamento, a rotação do eixo de acionamento, e articulação, quer com um único tipo ou múltiplos enlaces de acionamento de articulação. Em um aspecto, o instrumento cirúrgico 700 pode ser programado ou configurado para controlar individualmente um membro de disparo, um membro de fechamento, um membro de eixo de acionamento, ou um ou mais membros de articulação, ou combinações dos mesmos. O ins-trumento cirúrgico 700 compreende um circuito de controle 710 configurado para controlar membros de disparo acionados por motor, membros de fechamento, membros de eixo de acionamento, ou um ou mais membros de articulação, ou combinações dos mesmos.
[0226] Em um aspecto, o instrumento cirúrgico robótico 700 compre- ende um circuito de controle 710 configurado para controlar um braço de aperto 716 e um membro de fechamento 714, uma porção de um atua- dor de extremidade 702, uma lâmina ultrassônica 718 acoplada a um transdutor ultrassônico 719 excitado por um gerador ultrassônico 721, um eixo de acionamento 740, e um ou mais membros de articulação 742a, 742b através de uma pluralidade de motores 704a a 704e. Um sensor de posição 734 pode ser configurado para fornecer retroinformação sobre a posição do membro de fechamento 714 ao circuito de controle 710. Outros sensores 738 podem ser configurados para fornecer retroinformação ao circuito de controle 710. Um temporizador/contador 731 fornece informações de temporização e contagem ao circuito de controle 710. Uma fonte de energia 712 pode ser fornecida para operar os motores 704a a 704e e um sensor de corrente 736 fornece retroinformação de corrente do motor ao circuito de controle 710. Os motores 704a a 704e podem ser operados individualmente pelo circuito de controle 710 em um controle de retroinformação de circuito aberto ou circuito fechado.
[0227] Em um aspecto, o circuito de controle 710 pode compre ender um ou mais microcontroladores, microprocessadores ou outros processadores adequados para executar instruções que fazem com que o processador ou processadores executem uma ou mais tarefas. Em um aspecto, um temporizador/contador 731 fornece um sinal de saída, como o tempo decorrido ou uma contagem digital, ao circuito de controle 710 para correlacionar a posição do membro de fechamento 714 conforme determinado pelo sensor de posição 734 com a saída do temporizador/contador 731 de modo que o circuito de controle 710 possa determinar a posição do membro de fechamento 714 em um momento específico (t) em relação a uma posição inicial ou o tempo (t) quando o membro de fechamento 714 está em uma posição específica em relação a uma posição inicial. O temporizador/contador 731 pode ser configurado para medir o tempo decorrido, contar even- tos externos ou cronometrar eventos externos.
[0228] Em um aspecto, o circuito de controle 710 pode ser progra mado para controlar funções do atuador de extremidade 702 com base em uma ou mais condições do tecido. O circuito de controle 710 pode ser programado para detectar direta ou indiretamente as condições do tecido, como espessura, conforme descrito aqui. O circuito de controle 710 pode ser programado para selecionar um programa de controle de disparo ou programa de controle de fechamento com base nas condições do tecido. Um programa de controle de disparo pode descrever o movimento distal do membro de deslocamento. Diferentes programas de controle de disparo podem ser selecionados para melhor tratar as diferentes condições do tecido. Por exemplo, quando um tecido mais espesso está presente, o circuito de controle 710 pode ser programado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade inferior e/ou com potência mais baixa. Quando um tecido mais fino está presente, o circuito de controle 710 pode ser programado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade mais alta e/ou com maior potência. Um programa de controle de fechamento pode controlar a força de fechamento aplicada ao tecido pelo braço de aperto 716. Outros programas de controle controlam a rotação do eixo de acionamento 740 e dos membros de articulação 742a, 742b.
[0229] Em um aspecto, o circuito de controle 710 pode gerar sinais de ponto de ajuste do motor. Os sinais de ponto de ajuste do motor podem ser fornecidos para vários controladores de motor 708a a 708e. Os controladores de motor 708a a 708e podem compreender um ou mais circuitos configurados para fornecer sinais de acionamento do motor aos motores 704a a 704e para acionar os motores 704a a 704e, conforme descrito aqui. Em alguns exemplos, os motores 704a a 704e podem ser motores elétricos de corrente contínua com escovas. Por exemplo, a velocidade dos motores 704a a 704e pode ser proporcional aos respectivos sinais de acionamento do motor. Em alguns exemplos, os motores 704a a 704e podem ser motores elétricos CC sem escovas, e os respectivos sinais de acionamento do motor podem compreender um sinal PWM fornecido para um ou mais enrolamentos de estator dos motores 704a a 704e. Além disso, em alguns exemplos, os controladores de motor 708a a 708e podem ser omitidos e o circuito de controle 710 pode gerar diretamente os sinais de acionamento do motor.
[0230] Em um aspecto, o circuito de controle 710 pode operar inici almente cada um dentre os motores 704a a 704e em uma configuração de circuito aberto para uma primeira porção de circuito aberto do curso do membro de deslocamento. Com base na resposta do instrumento cirúrgico robótico 700 durante a porção de circuito aberto do curso, o circuito de controle 710 pode selecionar um programa de controle de disparo em uma configuração de circuito fechado. A resposta do instrumento pode incluir uma tradução da distância do membro de deslocamento durante a porção de circuito aberto, um tempo decorrido durante a porção de circuito aberto, a energia fornecida a um dos motores 704a a 704e durante a porção de circuito aberto, uma soma de larguras de pulso de um sinal de acionamento de motor, etc. Após a porção de circuito aberto, o circuito de controle 710 pode implementar o programa de controle de disparo selecionado para uma segunda porção do curso do membro de deslocamento. Por exemplo, durante uma porção do curso de circuito fechado, o circuito de controle 710 pode modular um dos motores 704a a 704e com base na translação dos dados que descrevem uma posição do membro de deslocamento em circuito fechado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade constante.
[0231] Em um aspecto, os motores 704a a 704e podem receber energia de uma fonte de energia 712. A fonte de energia 712 pode ser uma fonte de energia CC acionada por uma fonte de energia de corrente alternada principal, uma bateria, um super capacitor, ou qualquer outra fonte de energia adequada. Os motores 704a a 704e podem ser mecani-camente acoplados a elementos mecânicos individuais móveis como o membro de fechamento 714, o braço de aperto 716, eixo de acionamento 740, articulação 742a, e a articulação 742b, através das respectivas transmissões 706a a 706e. As transmissões 706a a 706e podem incluir uma ou mais engrenagens ou outros componentes de ligação para acoplar os motores 704a a 704e aos elementos mecânicos móveis. Um sensor de posição 734 pode detectar uma posição do membro de fechamento 714. O sensor de posição 734 pode ser ou pode incluir qualquer tipo de sensor que seja capaz de gerar dados de posição que indicam uma posição do membro de fechamento 714. Em alguns exemplos, o sensor de posição 734 pode incluir um codificador configurado para fornecer uma série de pulsos ao circuito de controle 710 conforme o membro de fechamento 714 translade distalmente e proximalmente. O circuito de controle 710 pode rastrear os pulsos para determinar a posição do membro de fechamento 714. Outros sensores de posição adequados podem ser usados, incluindo, por exemplo, um sensor de proximidade. Outros tipos de sensores de posição podem fornecer outros sinais que indiquem o movimento do membro de fechamento 714. Além disso, em alguns exemplos, o sensor de posição 734 pode ser omitido. Quando qualquer dos motores 704a a 704e seja um motor de passo, o circuito de controle 710 pode rastrear a posição do membro de fechamento 714 ao agregar o número e a direção das etapas que o motor 704 foi instruído a executar. O sensor de posição 734 pode estar situado no atuador de extremidade 702 ou em qualquer outra porção do instrumento. As saídas de cada um dos motores 704a a 704e incluem um sensor de torque 744a a 744e para detectar força e possuem um codificador para detectar a rotação do eixo de acionamento.
[0232] Em um aspecto, o circuito de controle 710 é configurado para acionar um membro de disparo como a porção do membro de fechamento 714 do atuador de extremidade 702. O circuito de controle 710 fornece um ponto de ajuste do motor para um controle do motor 708a, que fornece um sinal de acionamento para o motor 704a. O eixo de acionamento de saída do motor 704a é acoplado a um sensor de torque 744a. O sensor de torque 744a é acoplado a uma transmissão 706a que é acoplada ao membro de fechamento 714. A transmissão 706a compreende elementos mecânicos móveis como elementos rotativos e um membro de disparo para controlar distal- mente e proximalmente o movimento do membro de fechamento 714 ao longo de um eixo geométrico longitudinal do atuador de extremi-dade 702. Em um aspecto, o motor 704a pode ser acoplado ao conjunto de engrenagem de faca, que inclui um conjunto de redução de engrenagem de faca que inclui uma primeira engrenagem de acionamento de faca e uma segunda engrenagem de acionamento de faca. Um sensor de torque 744a fornece um sinal de retroinformação da força de disparo para o circuito de controle 710. O sinal de força de disparo representa a força necessária para disparar ou deslocar o membro de fechamento 714. Um sensor de posição 734 pode ser configurado para fornecer a posição do membro de fechamento 714 ao longo do curso de disparo ou da posição do membro de disparo como um sinal de retroinformação ao circuito de controle 710. O atu- ador de extremidade 702 pode incluir sensores adicionais 738 configurados para fornecer sinais de retroinformação para o circuito de controle 710. Quando pronto para uso, o circuito de controle 710 pode fornecer um sinal de disparo ao controle do motor 708a. Em resposta ao sinal de disparo, o motor 704a pode acionar o membro de disparo distalmente ao longo do eixo geométrico longitudinal do atua- dor de extremidade 702 a partir de uma posição proximal inicial do curso para uma posição distal terminal do curso em relação à posição inicial de curso. Conforme o membro de fechamento 714 translada distalmente, o braço de aperto 716 se fecha em direção à lâmina ul- trassônica 718.
[0233] Em um aspecto, o circuito de controle 710 é configurado para acionar um membro de fechamento como a porção do braço de aperto 716 do atuador de extremidade 702. O circuito de controle 710 fornece um ponto de ajuste do motor para um controle do motor 708b, que fornece um sinal de acionamento para o motor 704b. O eixo de saída do motor 704b é acoplado a um sensor de torque 744b. O sensor de torque 744b é acoplado a uma transmissão 706b que é acoplada ao braço de aperto 716. A transmissão 706b compreende elementos mecânicos móveis como elementos rotativos e um membro de fechamento para controlar o movimento do braço de aperto 716 a partir das posições aberta e fechada. Em um aspecto, o motor 704b é acoplado a um conjunto de engrenagem de fechamento, que inclui um conjunto de engrenagem de redução de fechamento que é suportado em engate engrenado com a roda dentada de fechamento. O sensor de torque 744b fornece um sinal de retroinformação de força de fechamento para o circuito de controle 710. O sinal de retroin- formação da força de fechamento representa a força de fechamento aplicada ao braço de aperto 716. O sensor de posição 734 pode ser configurado para fornecer a posição do membro de fechamento como um sinal de retroinformação para o circuito de controle 710. Sensores adicionais 738 no atuador de extremidade 702 podem fornecer o sinal de retroinformação de força de fechamento para o circuito de controle 710. O braço de aperto articulável 716 é posicionada oposta à lâmina ultrassônica 718. Quando pronto para uso, o circuito de controle 710 pode fornecer um sinal de fechamento ao controle do motor 708b. Em resposta ao sinal de fechamento, o motor 704b avança um membro de fechamento para prender o tecido entre o braço de aperto 716 e a lâmina ultrassônica 718.
[0234] Em um aspecto, o circuito de controle 710 é configurado para girar um membro de eixo de acionamento, como o eixo de acionamento 740, para girar o atuador de extremidade 702. O circuito de controle 710 fornece um ponto de ajuste do motor para um controle do motor 708c, que fornece um sinal de acionamento para o motor 704c. O eixo de saída do motor 704c é acoplado a um sensor de torque 744c. O sensor de torque 744c é acoplado a uma transmissão 706c que é acoplada ao eixo 740. A transmissão 706c compreende elementos mecânicos móveis, como elementos rotativos, para controlar a rotação do eixo de acionamento 740 no sentido horário ou no sentido anti-horário até e acima de 360°. Em um aspecto, o motor 704c é aco-plado ao conjunto de transmissão giratório, que inclui um segmento de engrenagem de tubo que é formado sobre (ou fixado a) a extremidade proximal do tubo de fechamento proximal para engate operável por um conjunto de engrenagem rotacional que é suportado operacionalmente na placa de montagem de ferramenta. O sensor de torque 744c fornece um sinal de retroinformação de força de rotação para o circuito de controle 710. O sinal de retroinformação da força de rotação representa a força de rotação aplicada ao eixo de acionamento 740. O sensor de posição 734 pode ser configurado para fornecer a posição do membro de fechamento como um sinal de retroinformação para o circuito de controle 710. Sensores adicionais 738, como um codificador de eixo de acionamento, podem fornecer a posição rotacional do eixo de acionamento 740 para o circuito de controle 710.
[0235] Em um aspecto, o circuito de controle 710 é configurado pa ra articular o atuador de extremidade 702. O circuito de controle 710 fornece um ponto de ajuste do motor para um controle do motor 708d, que fornece um sinal de acionamento para o motor 704d. O eixo de saída do motor 704d é acoplado a um sensor de torque 744d. O sensor de torque 744d é acoplado a uma transmissão 706d que é acoplada a um membro de articulação 742a. A transmissão 706d compreende elementos mecânicos móveis, como elementos de articulação, para controlar a articulação do atuador de extremidade 702 ± 65°. Em um aspecto, o motor 704d é acoplada a uma porca de articulação, que é assentada de modo giratório sobre a porção de extremidade proximal da porção de coluna distal e é acionada de modo giratória na mesma por um conjunto de engrenagem de articulação. O sensor de torque 744d fornece um sinal de retroinformação da força de articulação para o circuito de controle 710. O sinal de retroinformação da força de articulação representa a força de articulação aplicada ao atuador de extremidade 702. Os sensores 738, como um codificador de articulação, pode fornecer a posição de articulação do atuador de extremidade 702 para o circuito de controle 710.
[0236] Em um outro aspecto, a função de articulação do sistema cirúrgico robótico 700 pode compreender dois membros de articulação, ou ligações, 742a, 742b. Esses membros de articulação 742a, 742b são acionados por discos separados na interface de robô (a cremalheira), que são acionados pelos dois motores 708d, 708e. Quando o motor de disparo separado 704a é fornecido, cada ligação de articulação 742a, 742b pode ser antagonicamente acionada em relação à outra ligação para fornecer um movimento de retenção re- sistivo e uma carga à cabeça quando ela não está se movendo e para fornecer um movimento de articulação quando a cabeça é articulada. Os membros de articulação 742a, 742b se fixam à cabeça em um raio fixo quando a cabeça é girada. Consequentemente, a vantagem mecânica do link de empurrar e puxar se altera quando a cabeça é girada. Esta alteração na vantagem mecânica pode ser mais pronunciada com outros sistemas de acionamento da ligação de articulação.
[0237] Em um aspecto, o um ou mais motores 704a a 704e podem compreender um motor CC com escovas com uma caixa de câmbio e ligações mecânicas a um membro de disparo, membro de fechamento ou membro de articulação. Um outro exemplo inclui motores elétricos 704a a 704e que operam os elementos mecânicos móveis como o membro de deslocamento, as ligações de articulação, o tubo de fechamento e o eixo de acionamento. Uma influência externa é uma influência desmedida e imprevisível de coisas como tecido, corpos circundantes, e atrito no sistema físico. Essa influência externa pode ser chamada de arrasto, que atua em oposição a um dos motores elétricos 704a a 704e. A influência externa, como o arrasto, pode fazer com que o funcionamento do sistema físico se desvie de uma operação desejada do sistema físico.
[0238] Em um aspecto, o sensor de posição 734 pode ser imple mentado como um sistema de posicionamento absoluto. Em um aspecto, o sensor de posição 734 pode compreender um sistema de posicionamento magnético giratório absoluto implementado como um sensor de posição magnético giratório de circuito integrado único AS5055EQFT, disponível junto à Austria Microsystems, AG. O sensor de posição 734 pode fazer interface com o circuito de controle 710 para fornecer um sistema de posicionamento absoluto. A posição pode incluir elementos de efeito Hall múltiplos localizados acima de um magneto e acoplado a um processador CORDIC, também conhecido como o método dígito por dígito e algoritmo de Volder, que é fornecido para implementar um algoritmo simples e eficiente para calcular fun-ções hiperbólicas e trigonométricas que exigem apenas operações de adição, subtração, deslocamento de bits e tabela de pesquisa.
[0239] Em um aspecto, o circuito de controle 710 pode estar em comunicação com um ou mais sensores 738. Os sensores 738 podem ser posicionados no atuador de extremidade 702 e adaptados para funcionar com o instrumento cirúrgico robótico 700 para medir a vários parâmetros derivados como a distância de vão em função do tempo, a compressão do tecido em função do tempo, e deformação da bigorna em função do tempo. Os sensores 738 podem compreender um sensor magnético, um sensor de campo magnético, um medidor de esforço, uma célula de carga, um sensor de pressão, um sensor de força, um sensor de torque, um sensor indutivo como um sensor de corrente parasita, um sensor resistivo, um sensor capacitivo, um sensor óptico e/ou qualquer outro sensor adequado para medir um ou mais parâmetros do atuador de extremidade 702. Os sensores 738 podem incluir um ou mais sensores. Os sensores 738 podem estar localizados no braço de aperto 716 para determinar a localização de tecido com o uso de eletrodos segmentados. Os sensores de torque 744a a 744e podem ser configurados para detectar força como força de disparo, força de fechamento, e/ou força de articulação, entre outros. Consequentemente, o circuito de controle 710 pode detectar (1) a carga de fechamento experimentada pelo tubo de fechamento distal e sua posição, (2) o membro de disparo na cremalheira e sua posição, (3) qual porção da lâmina ultrassônica 718 tem tecido na mesma, e (4) a carga e a posição em ambas as hastes de articulação.
[0240] Em um aspecto, o um ou mais sensores 738 podem com preender um medidor de esforço como, por exemplo, um medidor de microesforço, configurado para medir a magnitude do esforço na bigorna 716 durante uma condição pinçada. O medidor de tensão fornece um sinal elétrico cuja amplitude varia com a magnitude da tensão. Os sensores 738 podem compreender um sensor de pressão configurado para detectar uma pressão gerada pela presença de tecido comprimido entre o braço de aperto 716 e a lâmina ultrassônica 718. Os sensores 738 podem ser configurados para detectar a impedância de uma seção de tecido situada entre o braço de aperto 716 e a lâmina ultrassônica 718 que é indicativa da espessura e/ou da totalidade do tecido situado entre os mesmos.
[0241] Em um aspecto, os sensores 738 podem ser implementa das como uma ou mais chaves de limite, dispositivos eletromecânicos, chaves de estado sólido, dispositivos de efeito Hall, dispositivos mag- neto-resistivos (MR) dispositivos magneto-resistivos gigantes (GMR), magnetômetros, entre outros. Em outras implementações, os sensores 738 podem ser implementados como chaves de estado sólido que operam sob a influência da luz, como os sensores ópticos, sensores de infravermelho, sensores de ultravioleta, dentre outros. Além disso, as chaves podem ser dispositivos de estado sólido como transístores (por exemplo, FET, FET de junção, MOSFET, bipolar, e similares). Em outras implementações, os sensores 738 podem incluir chaves elétricas sem condutor, chaves ultrassônicas, acelerômetros e sensores de inércia, entre outros.
[0242] Em um aspecto, os sensores 738 podem ser configurados para medir as forças exercidas sobre o braço de aperto 716 pelo sistema de acionamento de fechamento. Por exemplo, um ou mais sensores 738 podem estar em um ponto de interação entre o tubo de fechamento e o braço de aperto 716 para detectar as forças de fechamento aplicadas pelo tubo de fechamento ao braço de aperto 716. As forças exercidas sobre o braço de aperto 716 podem ser representativas da compressão do tecido experimentada pela seção de tecido capturado entre o braço de aperto 716 e a lâmina ultrassônica 718. O um ou mais sensores 738 podem ser posicionados em vários pontos de interação ao longo do sistema de acionamento de fechamento para detectar as forças de fechamento aplicadas ao braço de aperto 716 pelo sistema de acionamento de fechamento. O um ou mais sensores 738 podem ser amostrados em tempo real durante uma operação de preensão pelo processador do circuito de controle 710. O circuito de controle 710 recebe medições de amostra em tempo real para fornecer e analisar informações baseadas em tempo e avaliar, em tempo real, as forças de fechamento aplicadas ao braço de aperto 716.
[0243] Em um aspecto, um sensor de corrente 736 pode ser usado para medir a corrente drenada por cada um dos motores 704a a 704e. A força necessária para avançar qualquer dos elementos mecânicos móveis como o membro de fechamento 714 corresponde à corrente drenada por um dos motores 704a a 704e. A força é convertida em um sinal digital e fornecida ao circuito de controle 710. O circuito de controle 710 pode ser configurado para simular a resposta do sistema real do instrumento no software do controlador. Um membro de deslocamento pode ser atuado para mover o membro de fechamento 714 no atuador de extremidade 702 em ou próximo a uma velocidade alvo. O instrumento cirúrgico robótico 700 pode incluir um controlador de re- troinformação, que pode ser um ou qualquer dos controladores de re- troinformação, incluindo, mas não se limitando a, um controlador PID, retroinformação de estado, quadrático linear (LQR) e/ou um controlador adaptável, por exemplo. O instrumento cirúrgico robótico 700 pode incluir uma fonte de energia para converter o sinal do controlador de retroinformação em uma entrada física como tensão do estojo, tensão PWM, tensão modulada por frequência, corrente, torque e/ou força, por exemplo. Detalhes adicionais são descritos no pedido de patente US n° de série 15/636.829, intitulado CLOSED LOOP VELOCITY CONTROL TECHNIQUES FOR ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT, depositado em 29 de junho de 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade.
[0244] A Figura 18 ilustra um diagrama esquemático de um instru mento cirúrgico 750 configurado para controlar a translação distal do membro de deslocamento de acordo com um aspecto da presente descrição. Em um aspecto, o instrumento cirúrgico 750 é programado para controlar a translação distal do membro de deslocamento como o membro de fechamento 764. O instrumento cirúrgico 750 compreende um atuador de extremidade 752 que pode compreender um braço de aperto 766, um membro de fechamento 764 e uma lâmina ultrassônica 768 acoplada a um transdutor ultrassônico 769 acionado por um gerador ul- trassônico 771.
[0245] A posição, movimento, deslocamento, e/ou a translação de um membro de deslocamento linear, como o membro de fechamento 764, podem ser medidas por um sistema de posicionamento absoluto, disposição de sensor, e um sensor de posição 784. Devido ao membro de fechamento 764 ser acoplado a um membro de acionamento longitudinalmente móvel, a posição do membro de fechamento 764 pode ser determinada mediante a medição da posição do membro de acionamento longitudinalmente móvel empregando o sensor de posição 784. Consequentemente, na descrição a seguir, a posição, deslocamento e/ou a translação do membro de fechamento 764 podem ser obtidas pelo sensor de posição 784, conforme descrito na presente invenção. Um circuito de controle 760 pode ser programado para controlar a translação do membro de deslocamento, como o membro de fechamento 764. O circuito de controle 760, em alguns exemplos, pode compreender um ou mais microcontroladores, microprocessadores, ou outros processadores adequados para executar instruções que fazem com que o processador ou processadores controlem o membro de deslocamento, por exemplo, o membro de fechamento 764, da maneira descrita. Em um aspecto, um temporizador/contador 781 fornece um sinal de saída, como o tempo de-corrido ou uma contagem digital, ao circuito de controle 760 para correlacionar a posição do membro de fechamento 764 conforme determinado pelo sensor de posição 784 com a saída do temporizador/contador 781 de modo que o circuito de controle 760 possa determinar a posição do membro de fechamento 764 em um momento específico (t) em relação a uma posição inicial. O temporizador/contador 781 pode ser configurado para medir o tempo decorrido, contar eventos externos, ou medir eventos externos.
[0246] O circuito de controle 760 pode gerar um sinal de ponto de ajuste do motor 772. O sinal do ponto de ajuste do motor 772 pode ser fornecido a um controlador do motor 758. O controlador do motor 758 pode compreender um ou mais circuitos configurados para fornecer um sinal de acionamento do motor 774 ao motor 754 para acionar o motor 754, conforme descrito aqui. Em alguns exemplos, o motor 754 pode ser um motor CC com motor elétrico CC com escovas. Por exemplo, a velocidade do motor 754 pode ser proporcional ao sinal de acionamento do motor 774. Em alguns exemplos, o motor 754 pode ser um motor elétrico CC sem escovas e o sinal de acionamento do motor 774 pode compreender um sinal PWM fornecido para um ou mais enrolamentos de estator do motor 754. Além disso, em alguns exemplos, o controlador do motor 758 pode ser omitido, e o circuito de controle 760 pode gerar o sinal de acionamento de motor 774 diretamente.
[0247] O motor 754 pode receber energia de uma fonte de ener gia 762. A fonte de energia 762 pode ser ou incluir uma bateria, um super capacitor, ou qualquer outra fonte de energia adequada. O motor 754 pode ser mecanicamente acoplado ao membro de fechamento 764 por meio de uma transmissão 756. A transmissão 756 pode incluir uma ou mais engrenagens ou outros componentes de ligação para acoplar o motor 754 ao membro de fechamento 764. Um sensor de posição 784 pode detectar uma posição do membro de fechamento 764. O sensor de posição 784 pode ser ou pode incluir qualquer tipo de sensor que seja capaz de gerar dados de posição que indicar uma posição do membro de fechamento 764. Em alguns exemplos, o sensor de posição 784 pode incluir um codificador configurado para fornecer uma série de pulsos ao circuito de controle 760 conforme a viga com perfil em I 764 translada distal e proximalmente. O circuito de controle 760 pode rastrear os pulsos para determinar a posição do membro de fechamento 764. Outros sensores de posição adequados podem ser usados, incluindo, por exemplo, um sensor de proximidade. Outros tipos de sensores de posição podem fornecer outros sinais que indiquem o movimento do membro de fechamento 764. Além disso, em alguns exemplos, o sensor de posição 784 pode ser omitido. Quando o motor 754 é um motor de passo, o circuito de controle 760 pode rastrear a posição do membro de fechamento 764 ao agregar o número e a orientação das etapas que o motor 754 foi instruído a executar. O sensor de posição 784 pode estar situado no atuador de extremidade 752 ou em qualquer outra porção do instrumento.
[0248] O circuito de controle 760 pode estar em comunicação com um ou mais sensores 788. Os sensores 788 podem ser posicionados no atuador de extremidade 752 e adaptados para funcionar com o instrumento cirúrgico 750 para medir os vários parâmetros derivados, como distância de vão em função do tempo, compressão do tecido em função do tempo e tensão da bigorna em função do tempo. Os sensores 788 podem compreender um sensor magnético, um sensor de campo magnético, um medidor de esforço, um sensor de pressão, um sensor de força, um sensor indutivo como um sensor de correntes parasitas, um sensor resistivo, um sensor capacitivo, um sensor óptico e/ou quaisquer outros sensores adequados para medição de um ou mais parâmetros do atuador de extremidade 752. Os sensores 788 podem incluir um ou mais sensores.
[0249] O um ou mais sensores 788 podem compreender um me didor de esforço como, por exemplo, um medidor de microesforço, configurado para medir a magnitude do esforço na bigorna 766 durante uma condição apertada. O medidor de tensão fornece um sinal elétrico cuja amplitude varia com a magnitude da tensão. Os sensores 788 podem compreender um sensor de pressão configurado para detectar uma pressão gerada pela presença de tecido comprimido entre o braço de aperto 766 e a lâmina ultrassônica 768. Os sensores 788 podem ser configurados para detectar a impedância de uma seção de tecido situada entre o braço de aperto 766 e a lâmina ultras- sônica 768 que é indicativa da espessura e/ou da totalidade do tecido situado entre os mesmos.
[0250] Os sensores 788 podem ser configurados para medir as for ças exercidas sobre o braço de aperto 766 pelo sistema de acionamento de fechamento. Por exemplo, um ou mais sensores 788 podem estar em um ponto de interação entre o tubo de fechamento e o braço de aperto 766 para detectar as forças de fechamento aplicadas por um tubo de fechamento ao braço de aperto 766. As forças exercidas sobre o braço de aperto 766 podem ser representativas da compressão do tecido experimentada pela seção de tecido capturada entre o braço de aperto 766 e a lâmina ultrassônica 768. O um ou mais sensores 788 podem ser posicionados em vários pontos de interação ao longo do sistema de acionamento de fechamento para detectar as forças de fechamento aplicadas ao braço de aperto 766 pelo sistema de acionamento de fechamento. O um ou mais sensores 788 podem ser amostrados em tempo real durante uma operação de preensão por um processador do circuito de controle 760. O circuito de controle 760 recebe medições de amostra em tempo real para fornecer e analisar informações baseadas em tempo e avaliar, em tempo real, as forças de fechamento aplicadas ao braço de aperto 766.
[0251] Um sensor de corrente 786 pode ser usado para medir a corrente drenada pelo motor 754. A força necessária para avançar o membro de fechamento 764 corresponde à corrente drenada pelo motor 754. A força é convertida em um sinal digital e fornecida ao circuito de controle 760.
[0252] O circuito de controle 760 pode ser configurado para simu lar a resposta do sistema real do instrumento no software do contro- lador. Um membro de deslocamento pode ser atuado para mover um membro de fechamento 764 no atuador de extremidade 752 em ou próximo a uma velocidade alvo. O instrumento cirúrgico 750 pode incluir um controlador de retroinformação, que pode ser um ou qualquer dos controladores de retroinformação, incluindo, mas não se limitando a, um controlador PID, retroinformação de estado, LQR, e/ou um controlador adaptável, por exemplo. O instrumento cirúrgico 750 pode incluir uma fonte de energia para converter o sinal do controlador de retroinformação em uma entrada física como tensão do estojo, tensão PWM, tensão modulada por frequência, corrente, torque e/ou força, por exemplo.
[0253] O sistema de acionamento real do instrumento cirúrgico 750 é configurado para acionar o membro de deslocamento, o membro de corte ou o membro de fechamento 764, por um motor CC com escovas com caixa de câmbio e ligações mecânicas a um sistema de articulação e/ou faca. Um outro exemplo é o motor elétrico 754 que opera o membro de deslocamento e o acionador de articulação, por exemplo, de um conjunto de eixo de acionamento intercambiável. Uma influência externa é uma influência desmedida e imprevisível de coisas como tecido, corpos circundantes, e atrito no sistema físico. Essa influência externa pode ser chamada de arrasto, que atua em oposição ao motor elétrico 754. A influência externa, como o arrasto, pode fazer com que o funcionamento do sistema físico se desvie de uma operação desejada do sistema físico.
[0254] Vários aspectos exemplificadores são direcionados a um instrumento cirúrgico 750 que compreende um atuador de extremidade 752 com implementos cirúrgicos de vedação e de corte acionados por motor. Por exemplo, um motor 754 pode acionar um membro de deslocamento distal e proximalmente ao longo de um eixo geométrico longitudinal do atuador de extremidade 752. O atuador de extremidade 752 pode compreender um braço de aperto articulável 766 e, quando configurado para o uso, uma lâmina ultrassônica 768 posicionada do lado oposto do braço de aperto 766. Um clínico pode segurar o tecido entre o braço de aperto 766 e a lâmina ultrassônica 768, conforme descrito na presente invenção. Quando pronto para usar o instrumento 750, o médico pode fornecer um sinal de disparo, por exemplo, pressionando um gatilho do instrumento 750. Em resposta ao sinal de disparo, o motor 754 pode acionar o membro de deslocamento distalmente ao longo do eixo geométrico longitudinal do atua- dor de extremidade 752 a partir de uma posição de início de curso proximal para uma posição de fim de curso distal da posição de início de curso. À medida que o membro de deslocamento se desloca dis- talmente, o membro de fechamento 764 com um membro de corte posicionado em uma extremidade distal, pode cortar o tecido entre a lâmina ultrassônica 768 e o braço de aperto 766.
[0255] Em vários exemplos, o instrumento cirúrgico 750 pode compreender um circuito de controle 760 programado para controlar a translação distal do membro de deslocamento, como o membro de fechamento 764, por exemplo, com base em uma ou mais condições do tecido. O circuito de controle 760 pode ser programado para detectar, direta ou indiretamente, as condições do tecido, como espessura, conforme descrito aqui. O circuito de controle 760 pode ser programado para selecionar um programa de controle com base nas condições do tecido. Um programa de controle pode descrever o movimento distal do membro de deslocamento. Diferentes programas de controle podem ser selecionados para tratar, melhor as diferentes condições de tecido. Por exemplo, quando um tecido mais espesso está presente, o circuito de controle 760 pode ser programado para transladar o membro de deslocamento a uma velocidade inferior e/ou com potência mais baixa. Quando um tecido mais fino está presente, o circuito de controle 760 pode ser programado para transladar o membro de des- locamento a uma velocidade mais alta e/ou com maior potência.
[0256] Em alguns exemplos, o circuito de controle 760 pode, ini cialmente, operar o motor 754 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 750 durante a porção de circuito aberto do curso, o circuito de controle 760 pode selecionar um programa de controle de disparo. A resposta do instrumento pode incluir uma distância de translação do membro de deslocamento durante a porção de circuito aberto, um tempo decorrido durante a porção de circuito aberto, a energia fornecida ao motor 754 durante a porção de circuito aberto, uma soma de larguras de pulso de um sinal de acionamento de motor, etc. Após a porção de circuito aberto, o circuito de controle 760 pode implementar o programa de controle de disparo selecionado para uma segunda porção do curso do membro de deslocamento. Por exemplo, durante a porção de circuito fechado do curso, o circuito de controle 760 pode modular o motor 754 com base nos dados de translação que descrevem uma posição do membro de deslocamento em uma forma de circuito fechado para transladar o membro de deslocamento em uma velocidade constante. Detalhes adicionais são descritos no pedido de patente US n° de série 15/720.852, intitulado SYSTEM AND METHODS FOR CONTROLLING A DISPLAY OF A SURGICAL INSTRUMENT, depositado em 29 de setembro de 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade.
[0257] A Figura 19 é um diagrama esquemático de um instrumen to cirúrgico 790 configurado para controlar várias funções de acordo com um aspecto da presente descrição. Em um aspecto, o instrumento cirúrgico 790 é programado para controlar a translação distal de um membro de deslocamento como o membro de fechamento 764. O instrumento cirúrgico 790 compreende um atuador de extremidade 792 que pode compreender um braço de aperto 766, um membro de fechamento 764, e uma lâmina ultrassônica 768 que podem ser inter- cambiados com ou funcionar em conjunto com um ou mais eletrodos de RF 796 (mostrado em linha tracejada). A lâmina ultrassônica 768 é acoplada a um transdutor ultrassônico 769 acionado por um gerador ultrassônico 771.
[0258] Em um aspecto, os sensores 788 podem ser implementa dos como uma chave limite, dispositivo eletromecânico, chaves de estado sólido, dispositivos de efeito Hall, dispositivos de RM, dispositivos GMR, magnetômetros, entre outros. Em outras implementações, os sensores 638 podem ser chaves de estado sólido que operam sob a influência da luz, como os sensores ópticos, sensores de infravermelho, sensores de ultravioleta, dentre outros. Além disso, as chaves podem ser dispositivos de estado sólido como transístores (por exemplo, FET, FET de junção, MOSFET, bipolar, e similares). Em outras implementações, os sensores 788 podem incluir chaves elétricas sem condutor, chaves ultrassônicas, acelerômetros, sensores de inércia e, entre outros.
[0259] Em um aspecto, o sensor de posição 784 pode ser imple mentado como um sistema de posicionamento absoluto, que compreende um sistema de posicionamento absoluto magnético giratório implementado como um sensor de posição magnético giratório de circuito integrado único AS5055EQFT, disponível junto à Austria Microsystems, AG. O sensor de posição 784 pode fazer interface com o circuito de controle 760 para fornecer um sistema de posicionamento absoluto. A posição pode incluir elementos de efeito Hall múltiplos localizados acima de um magneto e acoplado a um processador CORDIC, também conhecido como o método dígito por dígito e algoritmo de Volder, que é fornecido para implementar um algoritmo simples e eficiente para calcular funções hiperbólicas e trigonométricas que exigem apenas operações de adição, subtração, deslocamento de bits e tabela de pesquisa.
[0260] Em alguns exemplos, o sensor de posição 784 pode ser omi tido. Quando o motor 754 é um motor de passo, o circuito de controle 760 pode rastrear a posição do membro de fechamento 764 ao agregar o número e a orientação das etapas que o motor foi instruído a executar. O sensor de posição 784 pode estar situado no atuador de extremidade 792 ou em qualquer outra porção do instrumento.
[0261] O circuito de controle 760 pode estar em comunicação com um ou mais sensores 788. Os sensores 788 podem ser posicionados no atuador de extremidade 792 e adaptados para funcionar com o instrumento cirúrgico 790 para medir os vários parâmetros derivados, como distância de vão em função do tempo, compressão do tecido em função do tempo e tensão da bigorna em função do tempo. Os sensores 788 podem compreender um sensor magnético, um sensor de campo magnético, um medidor de esforço, um sensor de pressão, um sensor de força, um sensor indutivo como um sensor de correntes parasitas, um sensor resistivo, um sensor capacitivo, um sensor óptico e/ou quaisquer outros sensores adequados para medição de um ou mais parâmetros do atuador de extremidade 792. Os sensores 788 podem incluir um ou mais sensores.
[0262] Uma fonte de energia de RF 794 é acoplada ao atuador de extremidade 792 e é aplicada ao eletrodo de RF 796 quando o eletrodo de RF 796 é fornecido no atuador de extremidade 792 no lugar da lâmina ultrassônica 768 ou para funcionar em conjunto com a lâmina ultrassôni- ca 768. Por exemplo, a lâmina ultrassônica é produzida a partir de metal eletricamente condutivo e pode ser empregada como a trajetória de retorno para a corrente eletrocirúrgica de RF. O circuito de controle 760 controla o fornecimento da energia de RF ao eletrodo de RF 796.
[0263] Detalhes adicionais são descritos no pedido de patente US n° de série 15/636.096, intitulado SURGICAL SYSTEM COUPLABLE WITH STAPLE CARTRIDGE AND RADIO FREQUENCY CARTRIDGE, AND METHOD OF USING SAME, depositado em 28 de junho de 2017, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade.
[0264] Em vários aspectos, os dispositivos de energia ultrassônica inteligentes podem compreender algoritmos adaptáveis para controlar a operação da lâmina ultrassônica. Em um aspecto, os algoritmos de controle de lâminas ultrassônicas adaptáveis são configurados para identificar o tipo de tecido e ajustar os parâmetros do dispositivo. Em um aspecto, os algoritmos de controle da lâmina ultrassônica são configurados para parametrizar o tipo de tecido. Um algoritmo para detectar a razão colágeno/elastina do tecido para ajustar a amplitude da ponta distal da lâmina ultrassônica é descrito na seção a seguir da presente descrição. Vários aspectos dos dispositivos de energia ultrassônicos inteligentes são aqui descritos em conexão com as Figuras 1 a 85, por exemplo. Consequentemente, a descrição a seguir dos algoritmos de controle de lâminas ultrassônicas adaptáveis deve ser lida em conjunto com as Figuras 1 a 85 e suas descrições associadas.
[0265] Em certos procedimentos cirúrgicos seria desejável usar algoritmos de controle de lâminas ultrassônicas adaptáveis. Em um aspecto, os algoritmos de controle de lâminas ultrassônicas adaptáveis podem ser usados para ajustar os parâmetros do dispositivo ul- trassônico com base no tipo de tecido em contato com a lâmina ul- trassônica. Em um aspecto, os parâmetros do dispositivo ultrassônico podem ser ajustados com base na localização do tecido dentro das garras do atuador de extremidade ultrassônico, por exemplo, a locali- zação do tecido entre o braço de aperto e a lâmina ultrassônica. A impedância do transdutor ultrassônico pode ser usada para diferenciar a porcentagem do tecido que está situado na extremidade distal ou proximal do atuador de extremidade. As reações do dispositivo ul- trassônico podem ser com base no tipo de tecido ou na compressibi- lidade do tecido. Em um outro aspecto, os parâmetros do dispositivo ultrassônico podem ser ajustados com base no tipo de tecido identificado ou na parametrização. Por exemplo, a amplitude do deslocamento mecânico da ponta distal da lâmina ultrassônica pode ser ajus-tada com base na razão entre colágeno e elastina no tecido detectada durante o procedimento de identificação de tecido. A razão entre colágeno e elastina do tecido pode ser detectada com o uso de uma variedade de técnicas incluindo reflectância e emissividade de superfície no infravermelho (IV). A força aplicada ao tecido pelo braço de aperto e/ou o curso do braço de aperto para produzir vão e compressão. A continuidade elétrica através de uma garra equipada com eletrodos pode ser usada para determinar a porcentagem da garra que é coberta com tecido.
[0266] A Figura 20 é um sistema 800 configurado para executar algoritmos de controle de lâminas ultrassônicas adaptáveis em uma rede de dados cirúrgicos que compreende um controlador central de comunicação modular, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Em um aspecto, o módulo gerador 240 é configurado para executar os algoritmos de controle de lâminas ultrassônicas adaptáveis 802, conforme aqui descrito com referência às Figuras 43A a 54. Em outro aspecto, o dispositivo/instrumento 235 é configurado para executar os algoritmos de controle de lâminas ultrassônicas adaptáveis 804, conforme aqui descrito com referência às Figuras 43A a 54. Em um outro aspecto, o dispositivo/instrumento 235 é configurado para executar os algoritmos de controle de lâminas ultrassô- nicas adaptáveis 802, 804 conforme aqui descrito com referência às Figuras 43A a 54.
[0267] O módulo gerador 240 pode compreender um estágio isolado de paciente em comunicação com um estágio não isolado por meio de um transformador de potência. Um enrolamento secundário do transformador de potência está contido no estágio isolado e pode compreender uma configuração com derivação (por exemplo, uma configuração com derivação central ou com derivação não central) para definir as saídas de sinal de acionamento, de modo a entregar sinais de acionamento a diferentes instrumentos cirúrgicos, como um dispositivo cirúrgico ultrassônico e um instrumento eletrocirúrgico de RF, e um instrumento cirúrgico multifuncional que inclui modos de energia ultrassônica e de RF que podem ser liberados sozinhos ou simultaneamente. Em particular, as saídas do sinal de acionamento podem emitir um sinal de acionamento ultrassônico (por exemplo, um sinal de acionamento quadrado médio da raiz (RMS) de 420 V para um instrumento cirúrgico ultrassônico 241, e as saídas do sinal de acionamento podem emitir um sinal de acionamento eletrocirúr- gico de RF (por exemplo, um sinal de acionamento eletrocirúrgico de 100 V) para um instrumento eletrocirúrgico de RF 241. Aspectos do módulo gerador 240 são aqui descritos com referência às Figuras 21 a 28B.
[0268] O módulo gerador 240 ou o dispositivo/instrumento 235 ou ambos são acoplados à torre de controle modular 236 conectada a múltiplos dispositivos de sala de operação como, por exemplo, instrumentos cirúrgicos inteligentes, robôs e outros dispositivos computadorizados localizados na sala de operação, conforme descrito com referência às Figuras 8 a 11, por exemplo.
[0269] A Figura 21 ilustra um exemplo de um gerador 900, que é uma forma de um gerador configurado para se acoplar a um instrumento ultrassônico e configurado ainda para executar algoritmos de controle de lâminas ultrassônicas adaptáveis em uma rede de dados cirúrgicos com- preendendo um controlador central de comunicação modular conforme mostrado na Figura 20. O gerador 900 é configurado para fornecer múltiplas modalidades de energia a um instrumento cirúrgico. O gerador 900 fornece sinais ultrassônicos e de RF para fornecer energia a um instrumento cirúrgico, independentemente ou simultaneamente. Os sinais ul- trassônicos e de RF podem ser fornecidos sozinhos ou em combinação e podem ser fornecidos simultaneamente. Conforme indicado acima, pelo menos uma saída de gerador pode fornecer múltiplas modalidades de energia (por exemplo, ultrassônica, bipolar ou monopolar de RF, de ele- troporação irreversível e/ou reversível, e/ou energia de micro-ondas, entre outras) através de uma única porta, e esses sinais podem ser fornecidos separadamente ou simultaneamente ao atuador de extremidade para tratar tecido. O gerador 900 compreende um processador 902 acoplado a um gerador de forma de onda 904. O processador 902 e o gerador de forma de onda 904 são configurados para gerar diversas formas de onda de sinal com base em informações armazenadas em uma memória acoplada ao processador 902, não mostrada para fins de clareza da descrição. As informações digitais associadas a uma forma de onda são forne-cidas ao gerador de forma de onda 904 que inclui um ou mais circuitos DAC para converter a entrada digital em uma saída analógica. A saída analógica é alimentada a um amplificador 1106 para condicionamento e amplificação de sinal. A saída condicionada e amplificada do amplificador 906 é acoplada a um transformador de potência 908. Os sinais são acoplados através do transformador de potência 908 ao lado secundário, que é o lado de isolamento de paciente. Um primeiro sinal de uma primeira modalidade de energia é fornecido ao instrumento cirúrgico entre os terminais identificados como ENERGIA1 e RETORNO. Um segundo sinal de uma segunda modalidade de energia é acoplado através de um capacitor 910 e é fornecido ao instrumento cirúrgico entre os terminais identificados como ENERGIA2 e RETORNO. Será reconhecido que mais do que duas modalidades de energia podem ser emitidas e, portanto, o subscrito "n" pode ser usado para designar que até n terminais ENERGI- An podem ser fornecidos, em que n é um número inteiro positivo maior que 1. Também será reconhecido que até "n" trajetórias de retorno, RE- TORNOn podem ser fornecidas sem que se afaste do escopo da presente descrição.
[0270] Um primeiro circuito de detecção de tensão 912 é acoplado através dos terminais identificados como ENERGIA1 e à trajetória de RETORNO para medir a tensão de saída entre eles. Um segundo circuito de detecção de tensão 924 é acoplado através dos terminais identificados como ENERGIA2 e à trajetória de RETORNO para medir a tensão de saída entre eles. Um circuito de detecção de corrente 914 é disposto em série com o ramo RETORNO do lado secundário do transformador de potência 908, conforme mostrado, para medir a corrente de saída para qualquer modalidade de energia. Se diferentes trajetórias de retorno são fornecidas para cada modalidade de energia, então um circuito de detecção de corrente separado seria fornecido em cada ramo de retorno. As saídas do primeiro e do segundo circuitos de detecção de tensão 912, 924 são fornecidas aos respectivos transformadores de isolamento 916, 922, e a saída do circuito de detecção de corrente 914 é fornecida a outro transformador de isolamento 918. As saídas dos transformadores de isolamento 916, 928, 922 no lado primário do transformador de potência 908 (lado não isolado do paciente) são fornecidas a um ou mais circuitos ADC 926. A saída digitalizada do circuito ADC 926 é fornecida para o processador 902 para processamento adicional e cálculos. As tensões de saída e as informações de realimentação de corrente de saída podem ser usadas para ajustar a tensão de saída e a corrente fornecida para o instrumento cirúrgico, e para computar a impedância de saída, entre outros parâmetros. As comunicações de entrada/saída entre o processador 902 e os circuitos isolados do paciente são fornecidas através de um cir- cuito de interface 920. Os sensores podem, também, estar em comunicação elétrica com o processador 902 por meio do circuito de interface 920.
[0271] Em um aspecto, a impedância pode ser determinada pelo processador 902 dividindo-se a saída do primeiro circuito de detecção de tensão 912 acoplado sobre os terminais identificados como ENERGIA1/RETORNO ou do segundo circuito de detecção de tensão 924 acoplado sobre os terminais identificados como ENER- GIA2/RETORNO pela saída do circuito de detecção de corrente 914 disposto em série com o ramo de RETORNO do lado secundário do transformador de potência 908. As saídas do primeiro e do segundo circuitos de detecção de tensão 912, 924 são fornecidas para separar os isolamentos transformadores 916, 922, e a saída do circuito de detecção de corrente 914 é fornecida para um outro transformador de isolamento 916. As medições de detecção de tensão e corrente digitalizadas do circuito ADC 926 são fornecidas ao processador 902 para calcular a impedância. Como um exemplo, a primeira modalidade de energia ENERGIA1 pode ser a energia ultrassônica e a segunda modalidade de energia ENERGIA2 pode ser a energia de RF. No entanto, além das modalidades de energia de RF ultrassônica e bipolar ou monopolar, outras modalidades de energia incluem eletroporação irreversível e/ou reversível e/ou energia de micro-ondas, entre outras. Além disso, embora o exemplo ilustrado na Figura 21 mostra uma única trajetória de retorno RETORNO que pode ser fornecida para duas ou mais modalidades de energia, em outros aspectos, várias trajetórias de retorno RETORNOn podem ser fornecidas para cada modalidade de energia ENERGIAn. Assim, como aqui descrito, a im- pedância do transdutor ultrassônico pode ser medida dividindo-se a saída do primeiro circuito de detecção de tensão 912 pelo circuito de detecção de corrente 914, e a impedância de tecido pode ser medida dividindo-se a saída do segundo circuito de detecção de tensão 924 pelo circuito de detecção de corrente 914.
[0272] Conforme mostrado na Figura 21, o gerador 900 compreen dendo pelo menos uma porta de saída pode incluir um transformador de potência 908 com uma única saída e com múltiplas derivações para fornecer potência sob a forma de uma ou mais modalidades de energia, como ultrassônica, RF bipolar ou monopolar, eletroporação irreversível e/ou reversível, e/ou energia de micro-ondas, entre outras, por exemplo, ao atuador de extremidade dependendo do tipo de tratamento de tecido que é executado. Por exemplo, o gerador 900 pode fornecer energia com maior tensão e menor corrente para conduzir um transdutor ultras- sônico, com menor tensão e maior corrente para conduzir eletrodos de RF para vedar o tecido ou com uma forma de onda de coagulação para coagulação pontual usando eletrodos eletrocirúrgicos RF monopolar ou bipolar. A forma de onda de saída do gerador 900 pode ser orientada, chaveada ou filtrada para fornecer a frequência ao atuador de extremidade do instrumento cirúrgico. A conexão de um transdutor ultrassônico à saída do gerador 900 seria de preferência localizada entre a saída identificada como ENERGIA1 e RETORNO, conforme mostrado na Fi-gura 21. Em um exemplo, uma conexão de eletrodos bipolares de RF à saída do gerador 900 estaria preferencialmente situada entre a saída identificada como ENERGIA2 e o RETORNO. No caso de saída monopolar, as conexões preferenciais seriam eletrodo ativo (por exemplo, feixe luminoso ou outra sonda) para a saída ENERGIA2 e um bloco de retorno adequado conectada à saída RETORNO.
[0273] Detalhes adicionais são descritos na publicação de pedido de patente US n° 2017/0086914 intitulada TECHNIQUES FOR OPERATING GENERATOR FOR DIGITALLY GENERATING ELECTRICAL SIGNAL WAVEFORMS AND SURGICAL INSTRUMENTS, que foi publicada em 30 de março de 2017, que está aqui incorporado a título de refe- rência em sua totalidade.
[0274] Conforme usado ao longo desta descrição, o termo "sem fio" e seus derivados podem ser usados para descrever circuitos, dispositivos, sistemas, métodos, técnicas, canais de comunicação etc., que podem comunicar dados através do uso de radiação eletromagnética modulada através de um meio não sólido. O termo não implica que os dispositivos associados não contêm quaisquer fios, embora em alguns aspectos eles podem não ter. O módulo de comunicação pode implementar qualquer de uma série de padrões ou protocolos de comunicação sem fio e com fio, incluindo, mas não se limitando a, Wi-Fi (família IEEE 802.11), WiMAX (família IEEE 802.16), IEEE 802.20, evolução de longo prazo (LTE, "long-term evolution"), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, derivados de Ethernet dos mesmos, bem como quaisquer outros protocolos sem fio e com fio que são designados como 3G, 4G, 5G, e além. O módulo de computação pode incluir uma pluralidade de módulos de comunicação. Por exemplo, um primeiro módulo de comunicação pode ser dedicado a comunicações sem fio de curto alcance como Wi-Fi e Bluetooth, e um segundo módulo de comunicação pode ser dedicado a comunicações sem fio de alcance mais longo como GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, e outros.
[0275] Como usado na presente invenção um processador ou uni dade de processamento é um circuito eletrônico que executa operações em alguma fonte de dados externa, geralmente a memória ou algum outro fluxo de dados. O termo é usado na presente invenção para se referir ao processador central (unidade de processamento central) em um sistema ou sistemas de computador (especificamente sistemas em um chip (SoCs)) que combinam vários "processadores" especializados.
[0276] Como usado aqui, um sistema em um chip ou sistema no chip (SoC ou SOC) é um circuito integrado (também conhecido como um "IC" ou "chip") que integra todos os componentes de um computador ou outros sistemas eletrônicos. Pode conter funções digitais, analógicas, misturadas e frequentemente de radiofrequência — todos sobre um único substrato. Um SoC integra um microcontrolador (ou microprocessador) com periféricos avançados como unidade de processamento gráfico (GPU), módulo Wi-Fi, ou coprocessador. Um SoC pode ou não conter memória interna.
[0277] Como usado aqui, um microcontrolador ou controlador é um sistema que integra um microprocessador com circuitos periféricos e memória. Um microcontrolador (ou MCU para unidade do mi- crocontrolador) pode ser implementado como um computador pequeno em um único circuito Integrado. Pode ser similar a um SoC; um SoC pode incluir um microcontrolador como um de seus componentes. Um microcontrolador pode conter uma ou mais unidades de processamento de núcleo (CPUs) juntamente com memória e periféricos de entrada/saída programáveis. A memória do programa na forma de RAM ferroelétrica, NOR flash ou ROM OTP também é muitas vezes incluída no chip, bem como uma pequena quantidade de RAM. Os microcontroladores podem ser usados para aplicações integradas, em contraste com os microprocessadores usados em computadores pessoais ou outras aplicações de propósitos gerais que consiste em vários circuitos integrados distintos.
[0278] Como usado na presente invenção, o termo controlador ou microcontrolador pode ser um dispositivo de chip ou IC (circuito integrado) independente que faz interface com um dispositivo periférico. Essa pode ser uma ligação entre duas partes de um computador ou um controlador em um dispositivo externo que gerencia a operação de (e conexão com) daquele dispositivo.
[0279] Qualquer dos processadores ou microcontrolador na pre sente invenção pode ser qualquer implementado por qualquer proces- sador de núcleo único ou de múltiplos núcleos, como aqueles conhecidos sob o nome comercial de ARM Cortex pela Texas Instruments. Em um aspecto, o processador pode ser um processador Core Cortex- M4F LM4F230H5QR ARM, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo, que compreende uma memória integrada de memória flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de busca antecipada para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma memória de acesso aleatório seriada de ciclo único de 32 KB (SRAM), uma memória só de leitura interna (ROM) carregada com o programa StellarisWare®, memória só de leitura programável e apagável eletricamente (EEPROM) de 2 KB, um ou mais módulos de modulação por largura de pulso (PWM), uma ou mais análogos de en-tradas 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.
[0280] Em um aspecto, o processador pode compreender um con trolador de segurança que compreende duas famílias com base em con-trolador, 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.
[0281] Os dispositivos modulares incluem os módulos (conforme descrito em conexão com Figuras 3 e 9, por exemplo) que são recebí- veis dentro de um controlador cirúrgico central e os dispositivos ou instrumentos cirúrgicos que podem ser conectados aos vários módulos a fim de conectar ou parear com o controlador cirúrgico central correspondente. Os dispositivos modulares incluem, por exemplo, instrumen- tos cirúrgicos inteligentes, dispositivos de imageamento médicos, dispositivos de sucção/irrigação, evacuadores de fumaça, geradores de energia, ventiladores, insufladores e exibições. Os dispositivos modulares aqui descritos podem ser controlados por algoritmos de controle. Os algoritmos de controle podem ser executados no próprio dispositivo modular, no controlador cirúrgico central com o qual o dispositivo modular específico está pareado, ou tanto no dispositivo modular como no controlador cirúrgico central (por exemplo, através de uma arquitetura de computação distribuída). Em algumas exemplificações, os algoritmos de controle dos dispositivos modulares controlam os dispositivos com base nos dados detectados pelo próprio dispositivo modular (isto é, por sensores em, sobre ou conectados ao dispositivo modular). Esses dados podem ser relacionados ao paciente sendo operado (por exemplo, propriedades de tecido ou pressão de insuflação) ou ao dispositivo modular em si (por exemplo, a taxa na qual uma faca está sendo avançada, a corrente do motor, ou os níveis de energia). Por exemplo, um al-goritmo de controle para um instrumento de grampeamento e corte cirúrgico pode controlar a taxa na qual o motor do instrumento aciona sua faca através do tecido de acordo com a resistência encontrada pela faca à medida que avança.
[0282] A Figura 22 ilustra uma forma de um sistema cirúrgico 1000 que compreende um gerador 1100 e vários instrumentos cirúrgicos 1104, 1106 e 1108 que podem ser usados com o gerador, em que o instrumento cirúrgico 1104 é um instrumento cirúrgico ultrassônico, o instrumento cirúrgico 1106 é um instrumento eletrocirúrgico de RF, e o instrumento cirúrgico multifuncional 1108 é uma combinação de instrumento eletrocirúrgico ultrassônico/ RF. O gerador 1100 é configurável para uso com uma variedade de instrumentos cirúrgicos. De acordo com várias formas, o gerador 1100 pode ser configurável para uso com instrumentos cirúrgicos diferentes de diferentes tipos, incluindo, por exemplo, o instrumento cirúrgico ultrassônico 1104, os instrumentos ele- trocirúrgicos de RF 1106 e o instrumento cirúrgico multifuncional 1108 que integra energias ultrassônicas e de RF fornecidas simultaneamente a partir do gerador 1100. Embora na forma da Figura 22 o gerador 1100 seja mostrado separado dos instrumentos cirúrgicos 1104, 1106, 1108 em uma forma, o gerador 1100 pode ser formado integralmente com quaisquer dos instrumentos cirúrgicos 1104, 1106 e 1108 para formar um sistema cirúrgico unitário. O gerador 1100 compreende um dispositivo de entrada 1110 situado em um painel frontal do console do gerador 1100. O dispositivo de entrada 1110 pode compreender qualquer dispositivo adequado que gere sinais adequados para programar o funcionamento do gerador 1100. O gerador 1100 pode ser configurado para comunicação com fio ou sem fio.
[0283] O gerador 1100 é configurado para acionar múltiplos ins trumentos cirúrgicos 1104, 1106, 1108. O primeiro instrumento cirúrgico é um instrumento cirúrgico ultrassônico 1104 e compreende uma empunhadura 1105 (HP), um transdutor ultrassônico 1120, um eixo de acionamento 1126 e um atuador de extremidade 1122. O atuador de extremidade 1122 compreende uma lâmina ultrassônica 1128 acoplada acusticamente ao transdutor ultrassônico 1120 e um braço de aperto 1140. A empunhadura 1105 compreende um gatilho 1143 para operar o braço de aperto 1140 e uma combinação de botões de alternância 1134a, 1134b, 1134c para energizar e acionar a lâmina ultrassônica 1128 ou outra função. Os botões de alternância 1134a, 1134b, 1134c podem ser configurados para energizar o transdutor ultrassônico 1120 com o gerador 1100.
[0284] O gerador 1100 é também configurado para acionar um segundo instrumento cirúrgico 1106. O segundo instrumento cirúrgico 1106 é um instrumento eletrocirúrgico de RF e compreende uma em- punhadura 1107 (HP), um eixo de acionamento 1127 e um atuador de extremidade 1124. O atuador de extremidade 1124 compreende eletrodos nos braços de aperto 1142a e 1142b e retorno através da porção de condutor elétrico do eixo de acionamento 1127. Os eletrodos são acoplados a e energizados por uma fonte de energia bipolar dentro do gerador 1100. A empunhadura 1107 compreende um gatilho 1145 para operar os braços de aperto 1142a, 1142b e um botão de energia 1135 para atuar uma chave de energia para energizar os eletrodos no atuador de extremidade 1124.
[0285] O gerador 1100 é também configurado para acionar um instrumento cirúrgico multifuncional 1108. O instrumento cirúrgico multifuncional 1108 compreende uma empunhadura 1109, um eixo de acionamento 1129 e um atuador de extremidade 1125. O atuador de extremidade 1125 compreende uma lâmina ultrassônica 1149 e um braço de aperto 1146. A lâmina ultrassônica 1149 é acusticamente acoplada ao transdutor ultrassônico 1120. A empunhadura 1109 compreende um gatilho 1147 para operar o braço de aperto 1146 e uma combinação de botões de alternância 1137a, 1137b, 1137c para energizar e acionar a lâmina ultrassônica 1149 ou outra função. Os botões de alternância 1137a, 1137b, 1137c podem ser configurados para energizar o transdutor ultrassônico 1120 com o gerador 1100 e energizar a lâmina ultrassônica 1149 com uma fonte de energia bipolar também contida dentro do gerador 1100.
[0286] O gerador 1100 é configurável para uso com uma varieda de de instrumentos cirúrgicos. De acordo com várias formas, o gerador 1100 pode ser configurável para uso com instrumentos cirúrgicos diferentes de diferentes tipos, incluindo, por exemplo, o instrumento cirúrgico ultrassônico 1104, o instrumento cirúrgico de RF 1106 e o instrumento cirúrgico multifuncional 1108 que integra energias ultras- sônicas e de RF fornecidas simultaneamente a partir do gerador 1100. Embora na forma da Figura 22 o gerador 1100 seja mostrado separado dos instrumentos cirúrgicos 1104, 1106, 1108 em uma outra forma, o gerador 1100 pode ser formado integralmente com qualquer um dos instrumentos cirúrgicos 1104, 1106, 1108 para formar um sistema cirúrgico unitário. Conforme discutido acima, o gerador 1100 compreende um dispositivo de entrada 1110 situado em um painel frontal do console do gerador 1100. O dispositivo de entrada 1110 pode compreender qualquer dispositivo adequado que gere sinais adequados para programar o funcionamento do gerador 1100. O gerador 1100 pode também compreender um ou mais dispositivos de saída 1112. Outros aspectos de geradores para gerar digitalmente formas de onda de sinal elétrico e instrumentos cirúrgicos são descritos na publicação de patente US-2017-0086914-A1, que está aqui incorporada a título de referência, em sua totalidade.
[0287] A Figura 23 é um atuador de extremidade 1122 do disposi tivo ultrassônico exemplificador 1104, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O atuador de extremidade 1122 pode compreender uma lâmina 1128 que pode ser acoplado ao transdutor ultrassônico 1120 através de um guia de Ondas. Quando acionada pelo transdutor ultrassônico 1120, a lâmina 1128 pode vibrar e, quando colocada em contato com tecidos, pode cortar e/ou coagular os mesmos, conforme descrito na presente invenção. De acordo com vários aspectos, e conforme ilustrado na Figura 23, o atuador de extremidade 1122 pode compreender também um braço de aperto 1140 que pode ser configurado para ação cooperativa com a lâmina 1128 do atuador de extremidade 1122. Com a lâmina 1128, o braço de aperto 1140 pode compreender um conjunto de garras. O braço de aperto 1140 pode ser conectado de forma articulada em uma extremidade distal de um eixo de acionamento 1126 da porção instrumental 1104. O braço de aperto 1140 pode incluir um bloco para tecido do braço de aperto 1163, o qual pode ser formado de Teflon® ou outro material de baixo atrito adequado. O bloco 1163 pode ser montado para cooperação com a lâmina 1128, com movimento pivotante do braço de aperto 1140 que posiciona o bloco de aperto 1163 em uma relação substancialmente paralela a, e em contato com, a lâmina 1128. Para essa construção, uma porção tecidual a ser apertada pode ficar presa entre o bloco para tecido 1163 e a lâmina 1128. O bloco para tecido 1163 pode ser dotado de uma configuração semelhante a dente de serra incluindo uma pluralidade de dentes de preensão 1161 axialmente espaçados e que se estendem proximalmente para melhorar a preensão do tecido em cooperação com a lâmina 1128. O braço de aperto 1140 pode fazer a transição da posição aberta mostrada na Figura 23 para uma posição fechada (com o braço de aperto 1140 em contato com ou próximo à lâmina 1128) de qualquer maneira adequada. Por exemplo, a empunhadura 1105 pode compreender um gatilho de fechamento de garra. Quando acionado por um clínico, o gatilho de fechamento de garra pode girar braço de aperto 1140 de qualquer maneira adequada.
[0288] O gerador 1100 pode ser ativado para fornecer o sinal de acionamento ao transdutor ultrassônico 1120 de qualquer maneira adequada. Por exemplo, o gerador 1100 pode compreender uma chave de pedal 1430 (Figura 24) acoplada ao gerador 1100 por meio de um cabo de chave de pedal 1432. Um clínico pode ativar o transdutor ultrassôni- co 1120 e, desse modo, o transdutor ultrassônico 1120 e a lâmina 1128, pressionando a chave de pedal 1430. Além disso, ou em vez da chave de pedal 1430, alguns aspectos do dispositivo ultrassônico 1104 podem utilizar uma ou mais chaves posicionadas na empunhadura 1105 que, quando ativadas, podem fazer com que o gerador 1100 ative o transdutor ultrassônico 1120. Em um aspecto, por exemplo, a uma ou mais chaves podem compreender um par de botões de alternância 1134a, 1134b, 1134c (Figura 22), por exemplo, para determinar um modo de operação do dispositivo 1104. Quando o botão de alternância 1134a é pressionado, por exemplo, o gerador ultrassônico 1100 pode fornecer um sinal de acionamento máximo ao transdutor 1120, fazendo com que o mesmo produza um máximo de saída de energia ultrassônica. Pressionar o botão de alternância 1134b pode fazer com que o gerador ultras- sônico 1100 forneça um sinal de acionamento selecionável pelo usuário ao transdutor ultrassônico 1120, fazendo com que este produza menos que a máxima saída de energia ultrassônica. O dispositivo 1104 adicional ou alternativamente pode compreender uma segunda chave para, por exemplo, indicar uma posição de um gatilho de fechamento de garra para operar as garras através do braço de aperto 1140 do atuador de extremidade 1122. Além disso, em alguns aspectos, o gerador ultrassô- nico 1100 pode ser ativado com base na posição do gatilho de fechamento da garra, (por exemplo, conforme o clínico pressiona o gatilho de fechamento da garra para fechar através do braço de aperto 1140, pode ser aplicada uma energia ultrassônica).
[0289] Adicional ou alternativamente, a uma ou mais chaves po dem compreender um botão de alternância 1134c que, quando pressionado, faz com que o gerador 1100 forneça uma saída em pulsos (Figura 22). Os pulsos podem ser fornecidos a qualquer frequência e agrupamento adequados, por exemplo. Em certos aspectos, o nível de potência dos pulsos pode consistir nos níveis de potência associados aos botões de alternância 1134a, 1134b (máximo, menos que máximo), por exemplo.
[0290] Será reconhecido que um dispositivo 1104 pode compreender qualquer combinação dos botões de alternância 1134a, 1134b, 1134c (Figura 22). Por exemplo, o dispositivo 1104 poderia ser configurado de modo a ter apenas dois botões de alternância: um botão de alternância 1134a para produzir uma saída de energia ultrassônica máxima, e um botão de alternância 1134c para produzir uma saída pulsada, seja no nível de potência máximo ou menor que o máximo. Desse modo, a confi- guração de saída do sinal de acionamento do gerador 1100 poderia ser cinco sinais contínuos, ou qualquer número discreto de sinais pulsados individuais (1, 2, 3, 4 ou 5). Em certos aspetos, a configuração específica de sinal de acionamento pode ser controlada com base, por exemplo, nas configurações de EEPROM no gerador 1100 e/ou seleções do nível de potência pelo usuário.
[0291] Em certos aspectos, uma chave de duas posições pode ser oferecida como alternativa a um botão de alternância 1134c (Figura 22). Por exemplo, um dispositivo 1104 pode incluir um botão de alternância 1134a para produzir uma saída contínua em um nível de potência máximo e um botão de alternância de duas posições 1134b. Em uma primeira posição predeterminada, o botão de alternância 1134b pode produzir uma saída contínua em um nível de potência menor que o máximo, e em uma segunda posição de detenção, o botão de alternância 1134b pode produzir uma saída em pulsos (por exemplo, em um nível de potência máximo ou menor que o máximo, dependendo da configuração da EEPROM).
[0292] Em alguns aspectos, o atuador de extremidade eletrocirúrgico de RF 1124, 1125 (Figura 22) pode compreender também um par de eletrodos. Os eletrodos podem estar em comunicação com o gerador 1100, por exemplo, através de um cabo. Os eletrodos podem ser usados, por exemplo, para medir uma impedância de uma porção tecidual presente entre o braço de aperto 1142a, 1146 e a lâmina 1142b, 1149. O gerador 1100 pode fornecer um sinal (por exemplo, um sinal não terapêutico) aos eletrodos. A impedância da porção de tecido pode ser encontrada, por exemplo, pelo monitoramento da corrente, tensão, etc. do sinal.
[0293] Em vários aspectos, o gerador 1100 pode compreender vá rios elementos funcionais separados, como módulos e/ou blocos, conforme mostrado na Figura 24, um diagrama do sistema cirúrgico 1000 da Figura 22. Diferentes módulos ou elementos funcionais podem ser configurados para acionar diferentes tipos de dispositivos cirúrgicos 1104, 1106, 1108. Por exemplo, um módulo gerador ultrassônico pode acionar um dispositivo ultrassônico, como o instrumento ultrassônico 1104. Um módulo gerador para eletrocirurgia/RF pode acionar o dispositivo eletrocirúrgico 1106. Os módulos podem gerar os respectivos sinais de acionamento para acionar os dispositivos cirúrgicos 1104, 1106, 1108. Em vários aspectos, cada um dentre o módulo gerador ultrassônico e/ou o módulo gerador para eletrocirurgia/RF pode ser formado integralmente com o gerador 1100. Alternativamente, um ou mais dos módulos podem ser fornecidos como um módulo de circuito separado eletricamente acoplado ao gerador 1100. (Os módulos são mostrados em linha tracejada para ilustrar essa opção.) Além disso, em alguns aspectos o módulo gerador para eletrocirurgia/RF pode ser formado integralmente com o módulo gerador ultrassônico, ou vice- versa.
[0294] De acordo com os aspectos descritos, o módulo gerador ul- trassônico pode produzir um ou mais sinais de acionamento com tensões, correntes e frequências específicas (por exemplo, 55.500 ciclos por segundo, ou Hz). O um ou mais sinais de acionamento podem ser fornecidos ao dispositivo ultrassônico 1104, e especificamente ao transdutor 1120, o qual pode operar, por exemplo, conforme descrito acima. Em um aspecto, o gerador 1100 pode ser configurado para produzir um sinal de acionamento de uma tensão, corrente e/ou sinal de saída de frequência específicos que podem ser executados com alta resolução, exatidão e repetitividade.
[0295] De acordo com os aspectos descritos, o módulo gerador para eletrocirurgia/RF pode gerar um ou mais sinais de acionamento com saída de energia suficiente para realizar eletrocirurgia bipolar com o uso de energia de radiofrequência (RF). Em aplicações de ele- trocirurgia bipolar, o sinal de acionamento pode ser fornecido, por exemplo, aos eletrodos do dispositivo eletrocirúrgico 11 06, por exemplo, conforme descrito acima. Consequentemente, o gerador 1100 pode ser configurado para propósitos terapêuticos mediante a aplicação, ao tecido, de energia elétrica suficiente para tratamento do dito tecido (por exemplo, coagulação, cauterização, soldagem de tecidos, etc.).
[0296] O gerador 1100 pode compreender um dispositivo de en trada 2150 (Figura 27B) situado, por exemplo, sobre um painel frontal do console do gerador 1100. O dispositivo de entrada 2150 pode compreender qualquer dispositivo adequado que gere sinais adequados para programar o funcionamento do gerador 1100. Em operação, o usuário pode programar ou, de outro modo, controlar a operação do gerador 1100 com o uso do dispositivo de entrada 2150. O dispositivo de entrada 2150 pode compreender qualquer dispositivo adequado que gere sinais que possam ser usados pelo gerador (por exemplo, por um ou mais processadores contidos no gerador) para controlar o funcionamento do gerador 1100 (por exemplo, o funcionamento do módulo gerador ultrassônico e/ou do módulo gerador para eletrocirur- gia/RF). Em vários aspectos, o dispositivo de entrada 2150 inclui um ou mais dentre botões, chaves, controles giratórios, teclado, teclado numérico, monitor com tela sensível ao toque, dispositivo apontador e conexão remota a um computador de uso geral ou dedicado. Em outros aspectos, dispositivo de entrada 2150 pode compreender uma interface de usuário adequada, como uma ou mais telas de interface de usuário exibidas em um monitor com tela sensível ao toque, por exemplo. Consequentemente, por meio do dispositivo de entrada 2150, o usuário pode ajustar ou programar vários parâmetros operacionais do gerador, como corrente (I), tensão (V), frequência (f) e/ou pe-ríodo (T) de um ou mais sinais de acionamento gerados pelo módulo gerador ultrassônico e/ou pelo módulo gerador para eletrocirurgia/RF.
[0297] O gerador 1100 pode compreender um dispositivo de saí da 2140 (Figura 27B) situado, por exemplo, sobre um painel frontal do console do gerador 1100. O dispositivo de saída 2140 inclui um ou mais dispositivos para fornecer ao usuário uma retroinformação sensorial. Esses dispositivos podem compreender, por exemplo, dispositivos de retroinformação visual (por exemplo, um monitor com tela de LCD, indicadores em LED), dispositivos de retroinformação de áudio (por exemplo, um alto-falante, uma campainha) ou dispositivos de retroinformação tátil (por exemplo, atuadores hápticos).
[0298] Embora certos módulos e/ou blocos do gerador 1100 pos sam ser descritos a título de exemplo, deve-se considerar que se pode usar um número maior ou menor de módulos e/ou blocos e, ainda assim, estar no escopo dos aspectos. Além disso, embora vários aspectos possam ser descritos em termos de módulos e/ou blocos para facilitar a descrição, estes módulos e/ou blocos podem ser implementados por um ou mais componentes de hardware, por exemplo, processadores, processadores de sinal digital (DSPs), dispositivos de lógica programável (PLDs), circuitos integrados específicos da aplicação (ASICs), circuitos, registradores e/ou componentes de software, por exemplo, programas, sub-rotinas, lógicas e/ou combinações de componentes de hardware e software.
[0299] Em um aspecto, o módulo de acionamento do gerador ultras- sônico e o módulo de acionamento para eletrocirurgia/RF 1110 (Figura 22) podem compreender uma ou mais aplicações integradas, implementadas como firmware, software, hardware ou qualquer combinação dos mesmos. Os módulos podem compreender vários módulos executáveis, como software, programas, dados, acionadores e interfaces de programa de aplicativos (API, de "application program interfaces"), entre outros. O firmware pode estar armazenado em memória não volátil (NVM, de "nonvolatile memory"), como em memória só de leitura (ROM) com máscara de bits, ou memória flash. Em várias implementações, o armazenamento do firmware na ROM pode preservar a memória flash. A NVM pode compreender outros tipos de memória incluindo, por exemplo, ROM programável (PROM, de "programmable ROM"), ROM programável apagável (EPROM, de "erasable programmable ROM"), ROM programável eletricamente apagável (EEPROM, de "electrically erasable programmable ROM"), ou battery backed random-memória de acesso aleatório (RAM, de "random-access memory") como RAM dinâmica (DRAM, de "dynamic RAM"), DRAM com dupla taxa de dados (DDRAM, de "Double-Data-Rate DRAM"), e/ou DRAM síncrona (SDRAM, de "synchronous DRAM").
[0300] Em um aspecto, os módulos compreendem um componen te de hardware implementado como um processador para execução de instruções de programa para monitoramento de várias características mensuráveis dos dispositivos 1104, 1106, 1108 e gerando um sinal ou sinais de acionamento de saída correspondente para a operação dos dispositivos 1104, 1106, 1108. Em aspectos nos quais o gerador 1100 é usado em conjunto com o dispositivo 1104, o sinal de acionamento pode acionar o transdutor ultrassônico 1120 nos modos cirúrgicos de corte e/ou coagulação. As características elétricas do dispositivo 1104 e/ou do tecido podem ser medidas e usadas para controlar os aspectos operacionais do gerador 1100 e/ou ser fornecidas como retroinformação ao usuário. Em aspectos nos quais o gerador 1100 é usado em conjunto com o dispositivo 1106, o sinal de acionamento pode fornecer energia elétrica (por exemplo, energia de RF) ao atuador de extremidade 1124 nos modos de corte, coagulação e/ou dessecação. As características elétricas do dispositivo 1106 e/ou do tecido podem ser medidas e usadas para controlar os aspectos operacionais do gerador 1100 e/ou ser fornecidas como retroin- formação ao usuário. Em vários aspectos, conforme anteriormente discutido, os componentes de hardware podem ser implementados como PSD, PLD, ASIC, circuitos e/ou registradores. Em um aspecto, o processador pode ser configurado para armazenar e executar instruções de programa de software para computador, de modo a gerar os sinais de saída de função de passo para acionamento de vários componentes dos dispositivos 1104, 1106, 1108, como o transdutor ultrassônico 1120 e os atuadores de extremidade 1122, 1124, 1125.
[0301] Um sistema ultrassônico eletromecânico inclui um transdutor ultrassônico, um guia de onda, e uma lâmina ultrassônica. O sistema ul- trassônico eletromecânico tem uma frequência de ressonância inicial definida pelas propriedades físicas do transdutor ultrassônico, o guia de ondas, e a lâmina ultrassônica. O transdutor ultrassônico é excitado por um sinal de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) alternada igual à frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico. Quando o sistema ultrassônico eletromecânico está em ressonância, a diferença de fase entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) é zero. Dito de outra forma, na ressonância a impedância indutiva é igual à impedância capa- citiva. Conforme a lâmina ultrassônica aquece, a conformidade da lâmina ultrassônica (modelada como uma capacitância equivalente) faz com que a frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico se desloque. Dessa forma, a impedância indutiva já não é igual à impedân- cia capacitiva causando uma diferença entre a frequência de acionamento e a frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico. O sistema está agora operando "fora de ressonância". A diferença entre a frequência de acionamento e a frequência de ressonância é manifestada como uma diferença de fase entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. Os circuitos eletrônicos do gerador podem facilmente monitorar a diferença de fase entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) e podem continuamente ajustar a frequência de acionamento até que a diferença de fase é mais uma vez igual a zero. Nesse ponto, a nova frequência de acionamento é igual à frequência de ressonância do novo sistema ultrassônico eletromecânico. A mudança na fase e/ou frequência pode ser usada como uma medição indireta da temperatura da lâmina ultrassônica.
[0302] Conforme mostrado na Figura 25, as propriedades eletrome- cânicas do transdutor ultrassônico podem ser modeladas como um circuito equivalente que compreende uma primeira ramificação que tem uma capacitância estática e uma segunda ramificação "em movimento" que tem uma indutância, resistência e capacitância conectadas em série que definem as propriedades eletromecânicas de um ressonador. Os geradores ultrassônicos conhecidos podem incluir um indutor de sintonia para cancelar a capacitância estática a uma frequência de ressonância de modo que substancialmente toda a corrente do sinal de acionamento do gerador flua para a ramificação em movimento. Consequentemente, mediante o uso de um indutor de sintonia, a corrente do sinal de acionamento do gerador representa a corrente da ramificação em movimento, e o gerador é dessa forma capaz de controlar seu sinal de acionamento para manter a frequência de ressonância do transdutor ultrassônico. O indutor de sintonia pode também transformar a curva da impedância de fase do transdutor ultrassônico para otimizar as capacidades de travamento de frequência do gerador. Entretanto, o indutor de sintonia precisa ser combinado com a capacitância estática específica de um transdutor ultrassô- nico na frequência de ressonância operacional. Em outras palavras, um transdutor ultrassônico diferente tendo uma capacitância estática diferente precisa de um indutor de sintonia.
[0303] A Figura 25 ilustra um circuito equivalente 1500 de um transdutor ultrassônico, como o transdutor ultrassônico 1120, de acordo com um aspecto. O circuito 1500 compreende uma primeira ramificação "de movimento" tendo, conectadas em série, indutância Ls, resistência Rs e capacitância Cs que definem as propriedades ele- tromecânicas do ressonador, e uma segunda ramificação capacitiva tendo uma capacitância estática C0. A corrente de acionamento Ig(t)pode ser recebida de um gerador a uma tensão de acionamento Vg(t), com a corrente de movimento Im(t) fluindo através da primeira ramificação e a corrente Ig(t)-Im(t) que flui através da ramificação ca- pacitiva. O controle das propriedades eletromecânicas do transdutor ultrassônico pode ser obtido controlando-se adequadamente Ig(t) e Vg(t). Conforme explicado acima, as arquiteturas de gerador convencionais podem incluir um indutor de sintonia Lt (mostrado em linha tracejada na Figura 25) para cancelar, em um circuito de ressonância paralelo, a capacitância estática C0 em uma frequência de ressonância, de modo que substancialmente toda a saída de corrente do gerador Ig(t) flua através da ramificação de movimento. Desse modo, o controle da corrente da ramificação de movimento Im(t) é obtido mediante o controle da saída de corrente do gerador Ig(t). O indutor de sintonia Lt é específico para a capacitância estática C0 de um transdutor ultrassônico, porém, e um transdutor ultrassônico diferente tendo uma capacitância estática diferente exige um indutor de sintonia diferente Lt. Além disso, como o indutor de sintonia Lt correlaciona-se ao valor nominal da capacitância estática C0 em uma única frequência de ressonância, o controle acurado da corrente de ramificação de movimento Im(t) é garantido apenas naquela frequência. Conforme a frequência se desloca para baixo com a temperatura do transdutor, o controle exato da corrente da ramificação de movimento fica comprometido.
[0304] As formas do gerador 1100 podem não contar com um indu tor de sintonia Lt para monitorar a corrente de ramificação de movimento Im(t). Em vez disso, o gerador 1100 pode usar o valor medido da ca- pacitância estática C0 entre aplicações de potência para um dispositivo cirúrgico ultrassônico 1104 específico (juntamente com dados de re- troinformação de tensão do sinal de acionamento e de corrente) para determinar os valores da corrente de ramificação de movimento Im(t) em uma base dinâmica e contínua (por exemplo, em tempo real). Essas formas do gerador 1100 são, portanto, capazes de fornecer sintonia virtual para simular um sistema que é sintonizado ou ressonante com qualquer valor de capacitância estática C0 em qualquer frequência, e não apenas em uma única frequência de ressonância imposta por um valor nominal da capacitância estática C0.
[0305] A Figura 26 é um diagrama de blocos simplificado de um aspecto do gerador 1100, para fornecer a sintonia sem indutor, conforme descrito acima, entre outros benefícios. As Figuras 27A a 27C ilustram uma arquitetura do gerador 1100 da Figura 26, de acordo com um aspecto. Com referência à Figura 26, o gerador 1100 pode compreender um estágio isolado do paciente 1520 em comunicação com um estágio não isolado 1540 por meio de um transformador de potência 1560. Um enrolamento secundário 1580 do transformador de potência 1560 está contido no estágio isolado 1520 e pode compreender uma configuração com derivação (por exemplo, uma configuração com derivação central ou com derivação não central) para definir as saídas de sinal de acionamento 1600a, 1600b, 1600c, de modo a fornecer sinais de acionamento de saída a diferentes dispositivos cirúrgicos, como um dispositivo cirúrgico ultrassônico 1104 e um dispositivo ele- trocirúrgico 1106. Em particular, as saídas de sinal de acionamento 1600a, 1600b e 1600c podem fornecer um sinal de acionamento (por exemplo, um sinal de acionamento a 420 V RMS) a um instrumento ultrassônico 1104, e as saídas de sinal de acionamento 1600a, 1600b e 1600c podem fornecer um sinal de acionamento (por exemplo, um sinal de acionamento a 100 V RMS) a um dispositivo eletrocirúrgico 1106, com a saída 1600b correspondendo à derivação central do transformador de potência 1560. O estágio não isolado 1540 pode compreender um amplificador de potência 1620 que tem uma saída conectada a um enrolamento primário 1640 do transformador de potência 1560. Em certos aspectos, o amplificador de potência 1620 pode compreender um amplificador do tipo push-pull, por exemplo. O estágio não isolado 1540 pode compreender, ainda, um dispositivo lógico programável 1660 para fornecer uma saída digital a um conversor de digital para analógico (DAC) 1680 que, por sua vez, fornece um sinal analógico correspondente a uma entrada do amplificador de potência 1620. Em certos aspectos, o dispositivo lógico programável 1660 pode compreender uma matriz de portas programável em campo (FPGA), por exemplo. O dispositivo lógico programável 1660, pelo fato de controlar a entrada do amplificador de potência 1620 através do DAC 1680 pode, portanto, controlar qualquer dentre um certo número de parâmetros (por exemplo, frequência, formato da onda, amplitude da forma de onda) de sinais de acionamento aparecendo nas saídas de sinal de acionamento 1600a, 1600b e 1600c. Em certos aspectos e conforme discutido abaixo, o dispositivo lógico programável 1660, em conjunto com um processador (por exemplo, o processador 1740 discutido abaixo), pode implementar um certo número de algoritmos de controle baseados em processamento de sinal digital (DSP) e/ou outros algoritmos de controle para parâmetros de controle dos sinais de acionamento fornecidos pelo gerador 1100.
[0306] A potência pode ser fornecida a um trilho de alimentação do amplificador de potência 1620 por um regulador de modo de chave 1700. Em certos aspectos, o regulador de modo de chave 1700 pode compreender um regulador ajustável de tensão, por exemplo. Conforme discutido acima, o estágio não isolado 1540 pode compreender, ainda, um processador 1740 que, em um aspecto pode compreender um processador DSP como um ADSP-21469 SHARC DSP, disponível junto à Analog Devices, Norwood, Mass., EUA, por exemplo. Em certos aspectos, o processador 1740 pode controlar a operação do con- versor de potência de modo de chave 1700 responsivo a dados de re- troinformação da tensão recebidos do amplificador de potência 1620 pelo processador 1740 por meio de um conversor analógico-para- digital (DAC) 1760. Em um aspecto, por exemplo, o processador 1740 pode receber como entrada, através do ADC 1760, o envelope de forma de onda de um sinal (por exemplo, um sinal de RF) sendo amplificado pelo amplificador de potência 1620. O processador 1740 pode, então, controlar o regulador de modo de chave 1700 (por exemplo, através de uma saída modulada de largura de pulso ("PWM" - pulsewidth modulated) de modo que a tensão de trilho provida ao amplificador de potência 1620 siga o envelope de forma de onda do sinal amplificado. Modulando-se dinamicamente a tensão do trilho do amplificador de potência 1620 com base no envelope de forma de onda, a eficiência do amplificador de potência 1620 pode ser significativamente aprimorada em relação um esquema de amplificador com tensão de trilho fixa. O processador 1740 pode ser configurado para comunicação com fio ou sem fio.
[0307] Em certos aspectos e conforme discutido em detalhes adi cionais em conexão com as Figuras 28A e 28B, o dispositivo lógico programável 1660, em conjunto com o processador 1740, pode implementar um esquema de controle com sintetizador digital direto (DDS) para controlar o formato da onda, a frequência e/ou a amplitude dos sinais de acionamento fornecidos pelo gerador 1100. Em um aspecto, por exemplo, o dispositivo lógico programável 1660 pode implementar um algoritmo de controle de DDS 2680 (Figura 28A) mediante a recuperação de amostras de forma de onda armazenadas em uma tabela de pesquisa (LUT) atualizada dinamicamente, como uma RAM LUT que pode ser integrada em uma FPGA. Esse algoritmo de controle é particularmente útil para aplicações ultrassônicas nas quais um transdutor ultrassônico, como o transdutor ultrassônico 1120, pode ser acionado por uma corrente senoidal limpa em sua frequência de ressonância. Como outras frequências podem excitar ressonâncias parasíticas, minimizar ou reduzir a distorção total da corrente da ramificação de movimento pode correspondentemente minimizar ou reduzir os efeitos indesejáveis da ressonância. Como o formato de onda de um sinal de acionamento fornecido pelo gerador 1100 sofre o impacto de várias fontes de distorção presentes no circuito de acionamento de saída (por exemplo, o transformador de potência 1560, o amplificador de potência 1620), dados de retroinformação sobre tensão e corrente baseados no sinal de acionamento podem ser fornecidos a um algoritmo, como um algoritmo para controle de erros implementado pelo processador 1740, que compensa a distorção mediante a adequada pré-distorção ou modificação das amostras das formas de onda armazenadas na LUT em uma base dinâmica e contínua (por exemplo, em tempo real). Em um aspecto, a quantidade ou o grau de pré-distorção aplicada às amostras da LUT pode ser baseada no erro entre uma corrente da ramificação de movimento computadorizada e um formato desejado da onda da corrente, em que o erro é determinado em uma base de amostra por amostra. Dessa maneira, as amostras da LUT pré-distorcidas, quando processadas através do circuito de acionamento, podem resultar em um sinal de acionamento da ramificação de movimento que tem o formato desejado da onda (por exemplo, senoi- dal) para acionar de maneira ótima o transdutor ultrassônico. Em tais aspectos, as amostras de forma de onda de LUT não irão, portanto, representar o formato desejado da onda do sinal de acionamento, mas sim o formato de onda que é necessário para produzir, por fim, a forma desejada da onda do sinal de acionamento da ramificação de movimento, quando são levados em conta os efeitos de distorção.
[0308] O estágio não isolado 1540 pode compreender ainda um ADC 1780 e um ADC 1800 acoplados à saída do transformador de po- tência 1560 por meio dos respectivos transformadores de isolamento, 1820 e 1840, para amostrar respectivamente a tensão e a corrente de sinais de acionamento emitidos pelo gerador 1100. Em certos aspectos, os ADCs 1780 e 1800 podem ser configurados para amostragem em altas velocidades (por exemplo, 80 Msps) para possibilitar a sobreamos- tragem dos sinais de acionamento. Em um aspecto, por exemplo, a velocidade de amostragem dos ADCs 1780 e 1800 pode possibilitar uma so- breamostragem de aproximadamente 200X (dependendo da frequência de acionamento) dos sinais de acionamento. Em certos aspectos, as operações de amostragem dos ADCs 1780, 1800 podem ser realizadas por um único ADC recebendo tensão de entrada e sinais de corrente por meio de um multiplexador bidirecional. O uso de amostragem em alta velocidade nos aspectos do gerador 1100 pode possibilitar, entre outras coisas, cálculo da corrente complexa que flui através da ramificação de movimento (que pode ser utilizada em certos aspectos para implementar o controle do formato da onda baseado em DDS descrito acima), filtra-gem digital acurada dos sinais amostrados, e cálculo do consumo real de energia com um alto grau de precisão. Os dados de retroinformação de tensão e corrente fornecidos pelos ADCs 1780 e 1800 podem ser recebidos e processados (por exemplo, armazenamento em memória buffer do tipo FIFO, multiplexação) pelo dispositivo lógico programável 1660 e armazenados em memória de dados para subsequente recuperação, por exemplo, pelo processador 1740. Conforme observado acima, os dados de retroinformação sobre tensão e corrente podem ser usados como entrada para um algoritmo para pré-distorção ou modificação de amostras de formato de onda na LUT, de maneira dinâmica e contínua. Em certos aspectos, isso pode exigir que cada par de dados de retroinformação sobre tensão e corrente armazenado seja indexado com base em, ou de outro modo associado a, uma amostra da LUT correspondente que foi fornecida pelo dispositivo lógico programável 1660 quando o par de da dos de retroinformação sobre tensão e corrente foi capturado. A sincronização das amostras da LUT com os dados de retroinformação sobre tensão e corrente dessa maneira contribui para a correta temporização e estabilidade do algoritmo pré-distorção.
[0309] Em certos aspectos, os dados de retroinformação sobre tensão e corrente podem ser utilizados para controlar a frequência e/ou a amplitude (por exemplo, amplitude de corrente) dos sinais de acionamento. Em um aspecto, por exemplo, os dados de retroinforma- ção de tensão e corrente podem ser usados para determinar a fase da impedância, por exemplo, a diferença de fase entre os sinais de acionamento de tensão e corrente. A frequência do sinal de acionamento pode, então, ser controlada para minimizar ou reduzir a diferença entre a fase da impedância determinada e um ponto de ajuste da fase da impedância (por exemplo, 0°), minimizando ou reduzindo assim os efeitos da distorção harmônica e, correspondentemente, acentuando a acurácia da medição de fase da impedância. A determinação da impe- dância de fase e um sinal de controle da frequência podem ser implementados no processador 1740, por exemplo, com o sinal de controle da frequência sendo fornecido como entrada para um algoritmo de controle de DDS implementado pelo dispositivo lógico programável 1660.
[0310] A fase da impedância pode ser determinada através da análise de Fourier. Em um aspecto, a diferença de fase entre os sinais de acionamento da tensão do gerado Vg(t) e da corrente do gerados Ig(t) pode ser determinada com o uso da transformada rápida de Fourier (FFT) ou da transformada discreta de Fourier (DFT) conforme exposto a seguir:
[0311] A avaliação da transformada de Fourier na frequência do se- noide produz:
[0312] Outras abordagens incluem estimativa ponderada de qua drados mínimos, filtragem Kalman e técnicas baseadas em espaço e vetor. Virtualmente todo o processamento em uma técnica de FFT ou DFT pode ser realizado no domínio digital com o auxílio do ADC de alta velocidade de dois canais, 1780, 1800, por exemplo. Em uma técnica, as amostras de sinais digitais dos sinais de tensão e corrente são transformadas de Fourier com uma FFT ou uma DFT. O ângulo de fase Φ em qualquer ponto no tempo pode ser calculado por: onde ϕ é o ângulo de fase, f é a frequência, t é o tempo, e Φ0 é a fase no t = 0.
[0313] Uma outra técnica para determinar a diferença de fase en tre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) é o método de passagem por zero ("zero-crossing") e produz resultados altamente acurados. Para sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) tendo a mesma, cada passagem por zero de negativo para positivo do sinal de tensão Vg(t) aciona o início de um pulso, enquanto cada passagem por zero de negativo para positivo do sinal de corrente Ig(t) aciona o final do pulso. O resultado é um trem de pulsos com uma largura de pulso proporcional ao ângulo de fase entre o sinal de tensão e o sinal de corrente. Em um aspecto, o trem de pulsos pode ser passado através de um filtro de média para produzir uma medida da diferença de fase. Além disso, se as passagens por zero de positivo para negativo também forem usadas de uma maneira similar, e a média dos resultados calculada, quaisquer efeitos de componentes DC e harmônicos podem ser reduzidos. Em uma implementação, os sinais analógicos de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) são convertidos em sinais digitais que são altos se o sinal analógico for positivo e baixos se o sinal analógico for negativo. As estimativas de fase de alta acurácia exigem transições bruscas entre altas e baixas. Em um aspecto, um disparador Schmitt juntamente com uma rede de estabilização RC podem ser usados para converter os sinais analógicos em sinais digitais. Em outros aspectos, um circuito flip-flop RS disparado pela borda e auxiliares pode ser usado. Em ainda um outro aspecto, a técnica de passagem por zero pode usar uma porta eXclusiva (XOR).
[0314] Outras técnicas para determinação da diferença de fase entre os sinais de tensão e corrente incluem figuras Lissajous e monitoramento da imagem; métodos como o método de três voltímetros, o método "crossed-coil", os métodos de voltímetro vetorial e impedância vetorial; e o uso de instrumentos de fase padrões, malha de captura de fase ("phase-locked loops") e outras técnicas conforme descrito em Phase Measurement, Peter O’Shea, 2000 CRC Press LLC, <http://www.engnetbase.com>, que está aqui incorporado a título de referência.
[0315] Em outro aspecto, por exemplo, os dados de retroinformação da corrente podem ser monitorados de modo a manter a amplitude de corrente do sinal de acionamento em um ponto de ajuste da amplitude de corrente. O ponto de ajuste da amplitude de corrente pode ser especificado diretamente ou determinado indiretamente com base nos pontos de ajuste especificados para amplitude de tensão e potência. Em certos aspectos, o controle da amplitude de corrente pode ser implementado pelo algoritmo de controle, como um algoritmo de controle proporcional- integral-derivado (PID), no processador 1740. As variáveis controladas pelo algoritmo de controle para controlar adequadamente a amplitude de corrente do sinal de acionamento podem incluir, por exemplo, a alteração de escala das amostras de forma de onda da LUT armazenadas no dispositivo lógico programável 1660 e/ou a tensão de saída em escala total do circuito DAC 1680 (que fornece a entrada ao amplificador de potência 1620) por meio de um circuito DAC 1860.
[0316] O estágio não isolado 1540 pode conter, ainda, um pro cessador 1900 para proporcionar, entre outras coisas, a funcionalidade da interface de usuário (UI). Em um aspecto, o processador 1 900 pode compreender um processador Atmel AT91 SAM9263 com um núcleo ARM 926EJ-S, disponível junto à Atmel Corporation, de San Jose, Califórnia, EUA, por exemplo. Exemplos de funcionalidade de UI suportados pelo processador 1900 podem incluir retroinformação audível e visual do usuário, comunicação com dispositivos periféricos (por exemplo, através de uma interface de barramento serial universal (USB)), comunicação com a chave de pedal 1430, comunicação com um dispositivo de entrada de dados 2150 (por exemplo, uma tela sensível ao toque) e comunicação com um dispositivo de saída 2140 (por exemplo, um alto-falante). O processador 1900 pode comunicar- se com o processador 1740 e o dispositivo lógico programável (por exemplo, via barramentos de interface serial para periféricos (SPI)). Embora o processador de UI 1900 possa primariamente suportar a funcionalidade de UI, ele pode também se coordenar com o processador PSD 1740 para implementar a mitigação de riscos em certas formas. Por exemplo, o processador 1900 pode ser programado para monitorar vários aspectos das ações do usuário e/ou outras entradas (por exemplo, entradas de tela sensível ao toque 2150, entradas de chave a pedal 1430, entradas do sensor de temperatura 2160) e pode desabilitar a saída de acionamento do gerador 1100 quando uma condição de erro é detectada.
[0317] Em certos aspectos, tanto o processador 1740 (Figura 26, 27A) como o processador 1900 (Figura 26, 27B) podem determinar e monitorar o estado operacional do gerador 1100. Para o processador 1740, o estado operacional do gerador 1100 pode determinar, por exemplo, quais processos de controle e/ou diagnóstico são implementados pelo processador 1740. Para o processador 1900, o estado operacional do gerador 1100 pode determinar, por exemplo, quais elementos de uma interface de usuário (por exemplo, telas de monitor, sons) são apresentados a um usuário. Os processadores 1740 e 1900, respectivamente, podem manter, independentemente, o estado operacional atual do gerador 1100, e reconhecer e avaliar possíveis transições para fora do estado operacional atual. O processador 1740 pode funcionar como o mestre nessa relação e pode determinar quando devem ocorrer as transições entre estados operacionais. O processador 1900 pode estar ciente das transições válidas entre estados operacionais e pode confirmar se uma determinada transição é adequada. Por exemplo, quando o processador 1740 instrui o processador 1900 a transicionar para um estado específico, o processador 1900 pode verificar que a transição solicitada é válida. Caso uma transição solicitada entre estados seja determinada como inválida pelo processador 1900, o processador 1900 pode fazer com que o gerador 1100 entre em um modo de falha.
[0318] O estágio não isolado 1540 pode compreender, ainda, um controlador 1960 (Figuras 26, 27B) para monitorar os dispositivos de entrada 2150 (por exemplo, um sensor de toque capacitivo usado para ligar e desligar o gerador 1100, uma tela capacitiva sensível ao toque). Em certos aspectos, o controlador 1960 pode compreender pelo menos um processador e/ou outro dispositivo controlador em comunicação com o processador 1900. Em um aspecto, por exemplo, o contro- lador 1960 pode compreender um processador (por exemplo, um controlador Mega168 de 8 bits disponível junto à Atmel) configurado para monitorar as ações do usuário através de um ou mais sensores de toque capacitivos. Em um aspecto, o controlador 1960 pode compreender um controlador de tela sensível ao toque (por exemplo, um controlador de tela sensível ao toque QT5480 disponível junto à Atmel) para controlar e gerenciar a captura de dados de toque a partir de uma tela capacitiva sensível ao toque.
[0319] Em certos aspectos, quando o gerador 1100 está em um estado "desligado", o controlador 1960 pode continuar a receber energia operacional (por exemplo, através de uma linha de uma fonte de alimentação do gerador 1100, como a fonte de alimentação 2110 (Figura 26) discutida abaixo). Dessa maneira, o controlador 1960 pode continuar a monitorar um dispositivo de entrada 2150 (por exemplo, um sensor de toque capacitivo situado em um painel frontal do gerador 1100) para ligar e desligar o gerador 1100. Quando o gerador 1100 está no estado desligado, o controlador 1960 pode despertar a fonte de alimentação (por exemplo, possibilitar o funcionamento de um ou mais conversores de tensão CC/CC 2130 (Figura 26) da fonte de alimentação 2110), se for detectada a ativação do dispositivo de entrada "li- ga/desliga" 2150 por um usuário. O controlador 1960 pode, portanto, iniciar uma sequência para fazer a transição do gerador 1100 para um estado "ligado". Por outro lado, o controlador 1960 pode iniciar uma se-quência para fazer a transição do gerador 1100 para o estado desligado se for detectada a ativação do dispositivo de entrada "liga/desliga" 2150, quando o gerador 1100 estiver no estado ligado. Em certos aspectos, por exemplo, o controlador 1960 pode relatar a ativação do dispositivo de entrada "liga/desliga" 2150 ao processador 1900 que, por sua vez, implementa a sequência de processo necessária para transicionar o gerador 1100 ao estado desligado. Nesses aspectos, o controlador 1960 pode não ter qualquer capacidade independente para causar a remoção da potência do gerador 1100, após seu estado ligado ter sido estabelecido.
[0320] Em certos aspectos, o controlador 1960 pode fazer com que o gerador 1100 ofereça retroinformação audível ou outra retroin- formação sensorial para alertar o usuário de que foi iniciada uma sequência de ligar ou desligar. Esse tipo de alerta pode ser fornecido no início de uma sequência de ligar ou desligar, e antes do início de outros processos associados à sequência.
[0321] Em certos aspectos, o estágio isolado 1520 pode compre ender um circuito de interface de instrumento 1980 para, por exemplo, oferecer uma interface de comunicação entre um circuito de controle de um dispositivo cirúrgico (por exemplo, um circuito de controle que compreende chaves de empunhadura) e componentes do estágio não isolado 1540, como o dispositivo lógico programável 1660, o processador 1740 e/ou o processador 1900. O circuito de interface de instrumento 1980 pode trocar informações com componentes do estágio não isolado 1540 por meio de um link de comunicação que mantém um grau adequado de isolamento elétrico entre os estágios 1520 e 1540 como, por exemplo, um link de comunicação baseado em infravermelho (IV). A energia pode ser fornecida ao circuito de interface do instrumento 1980 com o uso de, por exemplo, um regulador de tensão de baixas perdas alimentado por um transformador de isolamento acionado a partir do estágio não isolado 1540.
[0322] Em um aspecto, o circuito de interface de instrumento 1980 pode compreender um dispositivo lógico programável 2000 (por exemplo, uma FPGA) em comunicação com um circuito condicionador de sinal 2020 (Figura 26 e Figura 27C). O circuito de condicionamento de sinal 2020 pode ser configurado para receber um sinal periódico do dispositivo lógico programável 2000 (por exemplo, uma onda quadrada de 2 kHz) para gerar um sinal de interrogação bipolar que tem uma frequência idêntica. O sinal de interrogação pode ser gerado, por exemplo, usando-se uma fonte de corrente bipolar alimentada por um amplificador diferencial. O sinal de interrogação pode ser comunicado a um circuito de controle do dispositivo cirúrgico (por exemplo, mediante o uso de um par condutor em um fio que conecta o gerador 1100 ao dispositivo cirúrgico) e monitorado para determinar um estado ou uma configuração do circuito de controle. O circuito de controle pode compreender inúmeras chaves, resistores e/ou diodos para modificar uma ou mais características (por exemplo, amplitude, retificação) do sinal de interrogação de modo que um estado ou configuração do circuito de controle seja discernível, de modo inequívoco, com base nessa uma ou mais características. Em um aspecto, por exemplo, o circuito condicionador de sinal 2020 pode compreender um ADC para geração de amostras de um sinal de tensão aparecendo entre entradas do circuito de controle que resultam da passagem do sinal de interrogação através do mesmo. O dispositivo lógico programável 2000 (ou um componente do estágio não isolado 1540) pode, então, determinar o estado ou a configuração do circuito de controle com base nas amostras de ADC.
[0323] Em um aspecto, o circuito de interface de instrumento 1980 pode compreender uma primeira interface de circuito de dados 2040 para possibilitar a troca de informações entre o dispositivo lógico programável 2000 (ou outro elemento do circuito de interface de instrumento 1980) e um primeiro circuito de dados disposto em, ou de outro modo associado a, um dispositivo cirúrgico. Em certos aspectos, por exemplo, um primeiro circuito de dados 2060 pode estar disposto em um fio integralmente fixado a uma empunhadura do dispositivo cirúrgico, ou em um adaptador para fazer a interface entre um tipo ou modelo específico de dispositivo cirúrgico e o gerador 1100. Em certos aspectos, o primeiro circuito de dados pode compreender um dispositivo de armazena- mento não volátil, como um dispositivo de memória só de leitura programável eletricamente apagável (EEPROM). Em certos aspectos e novamente com referência à Figura 26, a primeira interface de circuito de dados 2040 pode ser implementada separadamente do dispositivo lógico programável 2000 e compreende um circuito adequado (por exemplo, dispositivos lógicos distintos, um processador) para possibilitar a comunicação entre o dispositivo lógico programável 2000 e o primeiro circuito de dados. Em outros aspectos, a primeira interface de circuito de dados 2040 pode ser integral ao dispositivo lógico programável 2000.
[0324] Em certos aspectos, o primeiro circuito de dados 2060 pode armazenar informações relacionadas ao dispositivo cirúrgico específico com o qual está associado. Essas informações podem incluir, por exemplo, um número de modelo, um número serial, um número de operações nas quais o dispositivo cirúrgico foi usado, e/ou quaisquer outros tipos de informações. Essas informações podem ser lidas pelo circuito de interface do instrumento 1980 (por exemplo, pelo dispositivo lógico programável 2000), transferidas para um componente do estágio não isolado 1540 (por exemplo, para o dispositivo lógico programável 1660, processador 1740 e/ou processador 1900) para apresentação a um usuário por meio de um dispositivo de saída 2140 e/ou para controlar uma função ou operação do gerador 1100. Adicionalmente, qualquer tipo de informação pode ser comunicado ao primeiro circuito de dados 2060 para armazenamento no mesmo através da primeira interface do circuito de dados 2040 (por exemplo, usando o dispositivo lógico programável 2000). Essas informações podem compreender, por exemplo, um número atualizado de operações nas quais o dispositivo cirúrgico foi usado e/ou a datas e/ou horários de seu uso.
[0325] Conforme discutido anteriormente, um instrumento cirúrgico pode ser removível de uma empunhadura (por exemplo, o instrumento 1106 pode ser removível da empunhadura 1107) para promover a in- tercambiabilidade e/ou a descartabilidade do instrumento. Nesses casos, geradores conhecidos podem ser limitados em sua capacidade para reconhecer configurações de instrumento específicas sendo usadas, bem como para otimizar os processos de controle e diagnóstico conforme necessário. A adição de circuitos de dados legíveis a instrumentos de dispositivo cirúrgico para resolver essa questão é problemática de um ponto de vista de compatibilidade, porém. Por exemplo, pode ser pouco prático projetar um dispositivo cirúrgico para que permaneça compatível com versões anteriores de geradores desprovidos da indispensável funcionalidade de leitura de dados devido a, por exemplo, diferentes esquemas de sinalização, complexidade do design e custo. Outros aspectos dos instrumentos contemplam essas preocupações mediante o uso de circuitos de dados que podem ser implementados em instrumentos cirúrgicos existentes, economicamente e com mínimas alterações de design para preservar a compatibilidade dos dispositivos cirúrgicos com as plataformas de gerador atuais.
[0326] Adicionalmente, aspectos do gerador 1100 podem possibili tar a comunicação com circuitos de dados baseados em instrumento. Por exemplo, o gerador 1100 pode ser configurado para se comunicar com um segundo circuito de dados (por exemplo, um circuito de dados) contidos em um instrumento (por exemplo, instrumento 1104, 1106, ou 1108) de um dispositivo cirúrgico. O circuito de interface de instrumento 1980 pode compreender uma segunda interface de circuito de dados 2100 para possibilitar essa comunicação. Em um aspecto, a segunda interface de circuito de dados 2100 pode compreender uma interface digital de três estados, embora também possam ser utilizadas outras interfaces. Em certos aspectos, o segundo circuito de dados pode ser geralmente qualquer circuito para transmissão e/ou recepção de dados. Em um aspecto, por exemplo, o segundo circuito de dados pode arma- zenar informações relacionadas ao instrumento cirúrgico específico com o qual está associado. Essas informações podem incluir, por exemplo, um número de modelo, um número de série, um número de operações nas quais o instrumento cirúrgico foi usado, e/ou quaisquer outros tipos de informações. Adicional ou alternativamente, qualquer tipo de informação pode ser comunicado ao segundo circuito de dados para armazenamento no mesmo através da segunda interface de circuito de dados 2100 (por exemplo, usando-se o dispositivo lógico programável 2000). Essas informações podem compreender, por exemplo, um número atualizado de operações nas quais o instrumento cirúrgico foi usado e/ou a datas e/ou horários de seu uso. Em certos aspectos, o segundo circuito de dados pode transmitir dados capturados por um ou mais sensores (por exemplo, um sensor de temperatura baseado em instrumento). Em certos aspectos, o segundo circuito de dados pode receber dados do gerador 1100 e fornecer uma indicação ao usuário (por exemplo, uma indicação por LED ou outra indicação visível) com base nos dados recebidos.
[0327] Em certos aspectos, o segundo circuito de dados e a segun da interface de circuito de dados 2100 podem ser configurados de modo que a comunicação entre o dispositivo lógico programável 2000 e o segundo circuito de dados possa ser feita sem a necessidade de instalar condutores adicionais para esse propósito (por exemplo, condutores dedicados de um cabo conectando uma empunhadura ao gerador 1100). Em um aspecto, por exemplo, as informações podem ser comunicadas de e para o segundo circuito de dados com o uso de um esquema de comunicação por barramento de um fio, implementado na fiação existente, como um dos condutores utilizados transmitindo sinais de interrogação a partir do circuito condicionador de sinal 2020 para um circuito de controle em uma empunhadura. Dessa maneira, são minimizadas ou reduzidas as alterações ou modificações ao design do dispositivo cirúrgico que possam, de outro modo, ser necessárias. Além disso, devido ao fato de que diferentes tipos de comunicações podem ser implementados em um canal físico comum (com ou sem separação de banda de frequência), a presença de um segundo circuito de dados pode ser "invisível" a geradores que não têm a indispensável funcionalidade de leitura de dados, o que, portanto, permite a retrocompatibilidade do instrumento de dispositivo cirúrgico.
[0328] Em certos aspectos, o estágio isolado 1520 pode compre ender pelo menos um capacitor de bloqueio 2960-1 (Figura 27C) conectado à saída do sinal de acionamento 1600b, para impedir a passagem de corrente contínua para um paciente. Um único capacitor de bloqueio pode ser necessário para estar de acordo com os regulamentos e padrões médicos, por exemplo. Embora falhas em designs com um só capacitor sejam relativamente incomuns, esse tipo de falha pode, ainda assim, ter consequências negativas. Em um aspecto, um segundo capacitor de bloqueio 2960-2 pode ser colocado em série com o capacitor de bloqueio 2960-1, com fuga de corrente de um ponto entre os capacitores de bloqueio 2960-1 e 2960-2 sendo monitorados por, por exemplo, um ADC 2980 para amostragem de uma tensão induzida pela corrente de fuga. As amostras podem ser recebidas pelo dispositivo lógico programável 2000, por exemplo. Com base nas alterações da corrente de fuga (conforme indicado pelas amostras de tensão no aspecto da Figura 26), o gerador 1100 pode determinar quando pelo menos um dentre os capacitores de bloqueio 2960-1 e 2960-2 falhou. Consequentemente, o aspecto da Figura 26 pode fornecer um benefício em relação a designs com somente um capacitor, tendo um único ponto de falha.
[0329] Em certos aspectos, o estágio não isolado 1540 pode com preender uma fonte de alimentação 2110 para saída de energia em CC com tensão e corrente adequadas. A fonte de alimentação pode com- preender, por exemplo, uma fonte de alimentação de 400 W para fornecer uma tensão do sistema de 48 VDC. Conforme discutido acima, a fonte de alimentação 2110 pode compreender ainda um ou mais conversores de tensão CC/CC 2130 para receber a saída da fonte de alimentação para gerar saídas de CC nas tensões e correntes exigidas pelos vários componentes do gerador 1100. Conforme discutido acima em relação ao controlador 1960, um ou mais dentre os conversores de tensão CC/CC 2130 podem receber uma entrada do controlador 1960 quando a ativação do dispositivo de entrada "liga/desliga" 2150 por um usuário é detectada pelo controlador 1960, para permitir o funcionamento ou o despertar dos conversores de tensão CC/CC 2130.
[0330] As Figuras 28A e 28B ilustram certos aspectos funcionais e estruturais de um aspecto do gerador 1100. A retroinformação indicando saída de corrente e tensão do enrolamento secundário 1580 do transformador de potência 1560 é recebida pelos ADCs 1780 e 1800, respectivamente. Conforme mostrado, os ADCs 1780 e 1800 podem ser implementados sob a forma de um ADC de 2 canais e podem tomar amostras dos sinais de retroinformação a uma alta velocidade (por exemplo, 80 Msps) para possibilitar a sobreamostragem (por exemplo, aproximadamente 200x de sobreamostragem) dos sinais de acionamento. Os sinais de retroinformação de corrente e tensão podem ser adequadamente condicionados no domínio analógico (por exemplo, amplificados, filtrados) antes do processamento pelos ADCs 1780 e 1800. As amostras de retroinformação de corrente e tensão dos ADCs 1780 e 1800 podem ser individualmente armazenadas em uma memória temporária ("buffer") e subsequentemente multiplexadas ou intercaladas em um único fluxo de dados no interior do bloco 2120 do dispositivo lógico programável 1660. No aspecto das Figuras 28A e 28B, o dispositivo lógico programável 1660 compreende uma FPGA.
[0331] As amostras de retroinformação de corrente e tensão multi- plexadas podem ser recebidas por uma porta paralela de captura de dados (PDAP) implementada no interior do bloco 2144 do processador 1740. O PDAP pode compreender uma unidade de empacotamento para implementar quaisquer dentre as inúmeras metodologias para correlação das amostras de retroinformação multiplexadas com um endereço de memória. Em um aspecto, por exemplo, as amostras de retroinfor- mação correspondentes a uma saída de amostra da LUT específica pelo dispositivo lógico programável 1660 podem ser armazenadas em um ou mais endereços de memória que estão correlacionados ou indexados ao endereço da LUT da amostra da LUT. Em um outro aspecto, as amostras de retroinformação correspondentes a uma amostra da LUT específica pelo dispositivo lógico programável 1660 podem ser armazenadas, juntamente com o endereço de LUT da amostra da LUT, em uma localização de memória em comum. De qualquer modo, as amostras de retroinformação podem ser armazenadas de modo que o endereço da amostra da LUT a partir da qual se originou um conjunto específico de amostras de retroinformação possa ser subsequentemente determinado. Conforme discutido acima, a sincronização dos endereços das amostras da LUT e das amostras de retroinformação dessa maneira contribui para a correta temporização e estabilidade do algoritmo pré- distorção. Um controlador de acesso à memória direto (AMD) imple-mentado no bloco 2166 do processador 1740 pode armazenar as amostras de retroinformação (e quaisquer dados de endereço da amostra da LUT, onde aplicável) em uma localização de memória designada 2180 do processador 1740 (por exemplo, RAM interna).
[0332] O bloco 2200 do processador 1740 pode implementar um algoritmo de pré-distorção para pré-distorcer ou modificar as amostras da LUT armazenadas no dispositivo lógico programável 1660 em uma base dinâmica e contínua. Conforme discutido acima, a pré- distorção das amostras da LUT pode compensar por várias fontes de distorção presentes no circuito de acionamento de saída do gerador 1100. As amostras da LUT pré-distorcidas, quando processadas através do circuito de acionamento resultarão, portanto, em um sinal de acionamento tendo o formato desejado da onda (por exemplo, senoi- dal) para acionar de maneira ótima o transdutor ultrassônico.
[0333] No bloco 2220 do algoritmo de pré-distorção, é determina da a corrente através da ramificação de movimento do transdutor ul- trassônico. A corrente da ramificação de movimento pode ser determinada com o uso da lei de corrente de Kirchoff com base, por exemplo, nas amostras de retroinformação de corrente e tensão armazenadas no local da memória 2180 (que quando, dimensionada adequadamente, pode ser representativa de Ig e Vg no modelo da Figura 25 discutido acima), um valor da capacitância estática do transdutor ultrassônico C0 (medida ou conhecida a priori) e um valor conhecido da frequência de acionamento. Pode ser determinada uma amostra de corrente da ramificação de movimento para cada conjunto de amostras de retroinformação de corrente e tensão armazenado associado a uma amostra da LUT.
[0334] No bloco 2240 do algoritmo de pré-distorção, cada amostra de corrente da ramificação de movimento determinada no bloco 2220 é comparada a uma amostra de um formato desejado da onda da corrente para determinar uma diferença, ou erro de amplitude da amostra, entre as amostras comparadas. Para essa determinação, a amostra com o formato desejado da onda da corrente pode ser fornecida, por exemplo, de uma LUT 2260 de formatos de onda contendo amostras de amplitude para um ciclo de um formato desejado da onda da corrente. A amostra específica do formato da onda da corrente da LUT 2260 utilizada para a comparação pode ser determinada pelo endereço da amostra da LUT associado à amostra de corrente da ramificação de movimento utilizada na comparação. Consequentemente a entrada da corrente da ramifica- ção de movimento no bloco 2240 pode ser sincronizada com a entrada de seu endereço da amostra da LUT associado no bloco 2240. As amostras da LUT armazenadas no dispositivo lógico programável 1660 e as amostras da LUT armazenadas na LUT de formatos de onda 2260 podem, portanto, ser iguais em termos de número. Em certos aspectos, o formato desejado da onda da corrente, representado pelas amostras da LUT armazenadas na LUT de formatos de onda 2260 pode ser uma onda senoidal fundamental. Outros formatos de onda podem ser desejáveis. Por exemplo, contempla-se que poderia ser utilizada uma onda se- noidal fundamental para acionar o movimento longitudinal principal de um transdutor ultrassônico, sobreposta a um ou mais outros sinais de acionamento em outras frequências, como uma ultrassônica de terceira ordem para acionar pelo menos duas ressonâncias mecânicas de modo a obter vibrações benéficas em modo transversal ou outros modos.
[0335] Cada valor do erro de amplitude da amostra determinado no bloco 2240 pode ser transmitido para a LUT do dispositivo lógico programável 1660 (mostrado no bloco 2280 na Figura 28A) juntamente com uma indicação de seu endereço da LUT associado. Com base no valor da amostra de erro de amplitude e seu endereço associado (e, opcionalmente, os valores da amostra de erro de amplitude para o mesmo endereço da LUT anteriormente recebido), a LUT 2280 (ou outro bloco de controle do dispositivo lógico programável 1660) pode pré- distorcer ou modificar o valor da amostra da LUT armazenada no endereço da LUT, de modo que o erro de amplitude da amostra seja reduzi-do ou minimizado. Deve-se compreender que essa pré-distorção ou modificação de cada amostra da LUT de um modo iterativo ao longo da faixa de endereços de LUT fará com que o formato de onda da corrente de saída do gerador se iguale ou se adapte ao formato desejado da onda da corrente, representado pelas amostras da LUT 2260 de formatos de onda.
[0336] As medições de amplitude de corrente e tensão, as medições de potência e as medições de impedância podem ser determinadas no bloco 2300 do processador 1740 com base nas amostras de retroinfor- mação de corrente e tensão armazenadas na localização de memória 2180. Antes da determinação dessas quantidades, as amostras de re- troinformação podem ser adequadamente dimensionadas e, em certos aspectos, processadas através de um filtro 2320 adequado para remover o ruído resultante, por exemplo, do processo de captura de dados e dos componentes harmônicos induzidos. As amostras de tensão e corrente filtradas podem, portanto, representar substancialmente a frequência fundamental do sinal de saída do acionamento do gerador. Em certos aspectos, o filtro 2320 pode ser um filtro de resposta ao impulso finita (FIR) aplicado no domínio da frequência. Esses aspectos podem usar a transformada rápida de Fourier (FFT) dos sinais de saída de corrente e tensão do sinal de acionamento. Em certos aspectos, o espectro de frequência resultante pode ser utilizado para proporcionar funcionalidades adicionais ao gerador. Em um aspecto, por exemplo, a razão entre o componente harmônico de segunda e/ou terceira ordem em relação ao componente de frequência fundamental pode ser utilizado como indicador de diagnóstico.
[0337] No bloco 2340 (Figura 28B), um cálculo de valor quadrático médio (RMS) pode ser aplicado a um tamanho de amostra das amostras de retroinformação da corrente representando um número integral de ciclos do sinal de acionamento, para gerar uma medição Irms representando a corrente de saída do sinal de acionamento.
[0338] No bloco 2360, um cálculo de valor quadrático médio (RMS) pode ser aplicada a um tamanho de amostra das amostras de retroinfor- mação da tensão representando um número integral de ciclos do sinal de acionamento, para determinar uma medição Vrms representando a tensão de saída do sinal de acionamento.
[0339] No bloco 2380, as amostras de retroinformação de corren te e tensão podem ser multiplicadas ponto por ponto, e um cálculo de média é aplicado às amostras representando um número integral de ciclos do sinal de acionamento, para determinar uma medição Pr da energia de saída real do gerador.
[0340] No bloco 2400, a medição Pa da potência de saída aparen te do gerador pode ser determinada como o produto VrmsJrms.
[0341] No bloco 2420, a medição Zm da magnitude da impedância de carga pode ser determinada como o quociente Vrms/Irms.
[0342] Em certos aspectos, as quantidades lrms, Vrms, Pr, Pa e Zm determinadas nos blocos 2340, 2360, 2380, 2400 e 2420, podem ser utilizadas pelo gerador 1100 para implementar quaisquer dentre um número de processos de controle e/ou diagnósticos. Em certos aspectos, qualquer uma dessas quantidades pode ser comunicada a um usuário por meio, por exemplo, de um dispositivo de saída 2140 integral ao gerador 1100, ou um dispositivo de saída 2140 conectado ao gerador 1100 através de uma interface de comunicação adequada (por exemplo, uma interface USB). Os vários processos de diagnóstico podem incluir, sem limitação, integridade da empunhadura, integridade do instrumento, integridade da fixação instrumento, sobrecarga do instrumento, proximidade de sobrecarga do instrumento, falha no trava- mento da frequência, condição de excesso de tensão, condição de excesso de corrente, condição de excesso de potência, falha no sensor de tensão, falha no sensor de corrente, falha na indicação por áudio, falha na indicação visual, condição de curto-circuito, falha no fornecimento de potência, ou falha no capacitor de bloqueio, por exemplo.
[0343] O bloco 2440 do processador 1740 pode implementar um algoritmo de controle de fases para determinação e controle da fase da impedância de uma carga elétrica (por exemplo, o transdutor ul- trassônico) acionada pelo gerador 1100. Conforme discutido acima, ao controlar a frequência do sinal de acionamento para minimizar ou reduzir a diferença entre a fase da impedância determinada e um ponto de ajuste da fase da impedância (por exemplo, 0°), os efeitos de distorção harmônica podem ser minimizados ou reduzidos, sendo aumentada a exatidão na medição de fase.
[0344] O algoritmo de controle de fases recebe como entrada as amostras de retroinformação de corrente e tensão armazenadas na localização de memória 2180. Antes de seu uso no algoritmo de controle de fases, as amostras de retroinformação podem ser adequadamente dimensionadas e, em certos aspectos, processadas através de um filtro adequado 2460 (que pode ser idêntico ao filtro 2320) para remover o ruído resultante do processo de captura de dados e dos componentes harmônicos induzidos, por exemplo. As amostras de tensão e corrente filtradas podem, portanto, representar substancialmente a frequência fundamental do sinal de saída do acionamento do gerador.
[0345] No bloco 2480 do algoritmo de controle de fases, é determi nada a corrente através da ramificação de movimento do transdutor ul- trassônico. Essa determinação pode ser idêntica àquela descrita acima em conexão com o bloco 2220 do algoritmo de pré-distorção. Assim, a saída do bloco 2480 pode ser, para cada conjunto de amostras de re- troinformação de corrente e tensão armazenado associado a uma amostra da LUT, uma amostra de corrente da ramificação de movimento.
[0346] No bloco 2500 do algoritmo de controle de fases, a fase da impedância é determinada com base na entrada sincronizada de amostras da corrente da ramificação de movimento determinada no bloco 2480 e correspondente a amostras de retroinformação da tensão. Em certos aspectos, a fase da impedância é determinada como a média entre a fase da impedância medida na borda de subida dos formatos de onda e a fase da impedância medida na borda de desci- da dos formatos de onda.
[0347] No bloco 2520 do algoritmo de controle de fases, o valor da fase da impedância determinado no bloco 2220 é comparado ao ponto de ajuste da fase 2540 para determinar uma diferença, ou erro de fase, entre os valores comparados.
[0348] No bloco 2560 (Figura 28A) do algoritmo de controle de fases, com base em um valor do erro de fase determinado no bloco 2520 e na magnitude de impedância determinada no bloco 2420, é determinada uma saída de frequência para controlar a frequência do sinal de acionamento. O valor da saída de frequência pode ser continuamente ajustado pelo bloco 2560 e transferido para um bloco de controle DDS 2680 (discutido abaixo) a fim de manter a fase da im- pedância determinada no bloco 2500 no ponto de ajuste da fase (por exemplo, erro de fase zero). Em certos aspectos, a fase da impedân- cia pode ser regulada para um ponto de ajuste de fase de 0°. Dessa maneira, qualquer distorção harmônica estará centralizada em redor da crista da forma de onda da tensão, acentuando a acurácia da determinação da impedância de fase.
[0349] O bloco 2580 do processador 1740 pode implementar um al goritmo para modulação da amplitude de corrente do sinal de acionamento a fim de controlar a corrente, a tensão e a potência do sinal de acionamento, de acordo com pontos de ajuste especificados pelo usuário, ou de acordo com requisitos especificados por outros processos ou algoritmos implementados pelo gerador 1100. O controle dessas quantidades pode ser realizado, por exemplo, mediante a alteração de escala das amostras da LUT na LUT 2280, e/ou mediante o ajuste da tensão de saída em escala total do DAC 1680 (que fornece a entrada ao amplificador de potência 1620) por meio de um DAC 1860. O bloco 2600 (que pode ser implementado como um controlador PID em certos aspectos) pode receber como entrada amostras de retroinformação da corrente (que podem ser adequadamente dimensionadas e filtradas) a partir da localização de memória 2180. As amostras de retroinformação da corrente podem ser comparadas ao valor de "demanda por corrente" Id determinado pela variável controlada (por exemplo, corrente, tensão ou potência) para determinar se o sinal de acionamento está fornecendo a corrente necessária. Em aspectos nos quais a corrente do sinal de acionamento é a variável de controle, a demanda por corrente Id pode ser especificada diretamente por um ponto de ajuste da corrente 2620A (Isp). Por exemplo, um valor RMS dos dados de retroinformação da corrente (determinado como no bloco 2340) pode ser comparado ao ponto de ajuste da corrente RMS Isp especificado pelo usuário para determinar a ação adequada para o controlador. Se por exemplo os dados de retroinforma- ção da corrente indicam um valor de RMS menor que o ponto de ajuste da corrente Isp, dimensionamento da LUT e/ou tensão de saída em escala total do DAC 1680 pode ser ajustada pelo bloco 2600, de modo que seja aumentada a corrente do sinal de acionamento. Por outro lado, o bloco 2600 pode ajustar um dimensionamento da LUT e/ou a tensão de saída em escala total do DAC 1680 para diminuir a corrente do sinal de acionamento quando os dados de retroinformação da corrente indicam um valor RMS maior que o ponto de ajuste da corrente Isp.
[0350] Em aspectos nos quais a tensão do sinal de acionamento é a variável de controle, o Id de demanda de corrente pode ser especificado indiretamente, por exemplo, com base na corrente necessária para manter um valor de referência de tensão desejado 2620B (Vsp) dada a magnitude de impedância de carga Zm medida no bloco 2420 (por exemplo, Id = Vsp/Zm). Da mesma forma, em aspectos em que a potência do sinal do inversor é a variável de controle, o Id da demanda de corrente pode ser especificado indiretamente, por exemplo, com base na corrente necessária para manter um ponto de ajuste de potência desejado 2620C (Psp) dada a tensão Vrms medida nos blocos 2360 (por exemplo, Id = Psp/Vrms).
[0351] O bloco 2680 (Figura 28A) pode implementar um algoritmo de controle DDS para controlar o sinal de acionamento mediante a recuperação de amostras da LUT armazenadas na LUT 2280. Em certos aspectos, o algoritmo de controle DDS pode ser um algoritmo de oscilador numericamente controlado (NCO, de "numerically-controlled oscillator") para gerar amostras de uma forma de onda a uma taxa de temporização fixa com o uso de uma técnica de saltar pontos (localizações na memória). O algoritmo NCO pode implementar um acumulador de fase, ou conversor de frequência para fase, que funciona como um apontador de endereço para recuperação de amostras da LUT da LUT 2280. Em um aspecto, o acumulador de fase pode ser um acumulador de fase com tamanho do passo D, módulo N, onde D é um número inteiro positivo representando um valor de controle da frequência, e N é o número de amostras da LUT na LUT 2280. Um valor de controle da frequência D=1, por exemplo, pode fazer com que o acumulador de fase aponte sequen-cialmente para cada endereço da LUT 2280, resultando em uma saída de forma de onda que replica a forma de onda armazenada na LUT 2280. Quando D>1, o acumulador de fase pode saltar endereços na LUT 2280, resultando em uma saída de forma de onda que tem uma frequência mais alta. Consequentemente, a frequência da forma de onda gerada pelo algoritmo de controle DDS pode, portanto, ser controlada variando- se adequadamente o valor de controle da frequência. Em certos aspectos, o valor de controle da frequência pode ser determinado com base na saída do algoritmo de controle de fases implementado no bloco 2440. A saída do bloco 2680 pode fornecer a entrada de DAC 1680 que, por sua vez, fornece um sinal analógico correspondente a uma entrada do amplificador de potência 1620.
[0352] O bloco 2700 do processador 1740 pode implementar um algoritmo de controle do conversor de modo da chave para modular dinamicamente a tensão do trilho do amplificador de potência 1620 com base no envelope de forma de onda do sinal sendo amplificado, melhorando assim a eficiência do amplificador de potência 1620. Em certos aspectos, as características do envelope de forma de onda podem ser determinadas mediante o monitoramento de um ou mais sinais contidos no amplificador de potência 1620. Em um aspecto, por exemplo, as características do envelope de forma de onda podem ser determinadas por monitoramento da mínima de uma tensão de drenagem (por exemplo, uma tensão de drenagem MOSFET) que é modulada de acordo com o envelope do sinal amplificado. Um sinal de tensão da mínima pode ser gerado, por exemplo, por um detector de mí-nima da tensão acoplado à tensão de drenagem. O sinal de tensão da mínima pode ser amostrado pelo ADC 1760, com as amostras de tensão da mínima de saída sendo recebidas no bloco 2720 do algoritmo de controle do conversor de modo de chaveamento. Com base nos valores das amostras de tensão da mínima, o bloco 2740 pode controlar um sinal de PWM fornecido por um gerador de PWM 2760 que, por sua vez, controla a tensão do trilho fornecida ao amplificador de potência 1620 pelo regulador de modo de chaveamento 1700. Em certos aspectos, contanto que os valores das amostras de tensão da mínima sejam menores que uma entrada-alvo para a mínima 2780 no bloco 2720, a tensão no trilho pode ser modulada de acordo com o envelope de forma de onda, conforme caracterizado pelas amostras de tensão da mínima. Quando as amostras de tensão da mínima indicam baixos níveis de potência do envelope, por exemplo, o bloco 2740 pode fazer com que uma baixa tensão no trilho seja fornecida ao amplificador de potência 1620, com a tensão total do trilho sendo fornecida somente quando as amostras de tensão da mínima indicam níveis máximos de potência do envelope. Quando as amostras de tensão da mínima caem abaixo do alvo para a mínima 2780, o bloco 2740 pode fazer com que a tensão do trilho seja mantida em um valor mínimo adequado para garantir o funcionamento adequado do amplificador de potência 1620.
[0353] A Figura 29 é um diagrama esquemático de um aspecto de um circuito elétrico 2900, adequado para acionar um transdutor ultrassônico, como o transdutor ultrassônico 1120, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O circuito elétrico 2900 compreende um multiplexador analógico 2980. O multiplexador analógico 2980 multiplexa vários sinais dos canais a montante SCL- A, SDA-A, como circuito de controle ultrassônico, de bateria e de controle de potência. Um sensor de corrente 2982 é acoplado em série com o ramo de retorno ou de aterramento do circuito de fonte de alimentação para medir a corrente fornecida pela fonte de alimentação. Um sensor de temperatura 2984 de transístor de efeito de campo (FET) fornece a temperatura ambiente. Um temporizador de vigilância de modulação por largura de pulso (PWM) 2988 gera automaticamente uma reinicialização do sistema se o programa principal deixar de fazer sua manutenção periódica. Ela é fornecida para reiniciar automaticamente o circuito elétrico 2900 quando ele trava ou congela devido a uma falha de software ou hardware. Será reconhecido que o circuito elétrico 2900 pode ser configurado como um circuito aciona- dor de RF para acionar o transdutor ultrassônico ou para acionar os eletrodos de RF como o circuito elétrico 3600 mostrado na Figura 34, por exemplo. Consequentemente, com referência agora novamente à Figura 29, o circuito elétrico 2900 pode ser utilizado para acionar de forma intercambiável os transdutores ultrassônicos e os eletrodos de RF. Se acionados simultaneamente, os circuitos de filtro podem ser fornecidos nos primeiros circuitos de estágio correspondentes 3404 (Figura 32) para selecionar tanto a forma de onda ultrassônica quanto a forma de onda de RF. Essas técnicas de filtragem são descritas na publicação de pedido de patente US n° US-2017-0086910-A1, de propriedade comum, intitulado TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR, que está aqui integralmente incorporado a título de referência.
[0354] Um circuito de acionamento 2986 fornece saídas de energia ultrassônica à esquerda e à direita. Um sinal digital que representa a forma de onda de sinal é fornecido às entradas SCL-A, SDA-A do multi- plexador analógico 2980 a partir de um circuito de controle, como o circuito de controle 3200 (Figura 30). Um conversor de digital para analógico (DAC) 2990 converte a entrada digital em uma saída analógica para acionar um circuito de modulação por largura de pulso 2992 acoplado a um oscilador 2994. O circuito de modulação por largura de pulso 2992 fornece um primeiro sinal para um primeiro circuito de acionamento de porta 2996a acoplado a um primeiro estágio de saída do transístor 2998a para acionar uma primeira saída de energia ultrassônica (esquerda). O circuito de modulação por largura de pulso 2992 também fornece um segundo sinal para um segundo circuito de acionamento de porta 2996b acoplado a um segundo estágio de saída do transístor 2998b para acionar uma segunda saída de energia ultrassônica (direita). Um sensor de tensão 2999 é acoplado entre os terminais de saída ultrassônicos esquerdo/direito para medir a tensão de saída. O circuito de acionamento 2986, o primeiro e o segundo circuitos de acionamento 2996a, 2996b e o primeiro e o segundo estágios de saída do transístor 2998a, 2998b definem um primeiro circuito amplificador de estágio. Em funcionamento, o circuito de controle 3200 (Figura 30) gera uma forma de onda digital 4300 (Figura 37) que usa circuitos como os circuitos de síntese direta digital (DDS) 4100, 4200 (Figuras 35 e 36). O DAC 2990 recebe a forma de onda digital 4300 e a converte em uma forma de onda analógica, que é recebida e amplificada pelo primeiro circuito amplificador de estágio.
[0355] A Figura 30 é um diagrama esquemático de um circuito de controle 3200, como o circuito de controle 3212, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O circuito de controle 3200 está situado no interior de um compartimento do conjunto de bateria. O conjunto de bateria é a fonte de alimentação para uma variedade de fontes de alimentação locais 3215. O circuito de controle compreende um processador principal 3214 acoplado por meio de um mestre de interface 3218 a vários circuitos a jusante por meio das saídas SCL-A e SDA-A, SCL-B e SDA-B, SCL-C e SDA-C, por exemplo. Em um aspecto, o mestre de interface 3218 é uma interface serial de propósito geral, como uma interface serial I2C. O processador principal 3214 também é configurado para acionar as chaves 3224 através de entra- da/saída para propósitos gerais (GPIO) 3220, uma tela 3226 (por exemplo, uma tela de LCD), e vários indicadores 3228 através de GPIO 3222. Um processador de vigilância 3216 é fornecido para controlar o processador principal 3214. Uma chave 3230 é fornecida em série com uma bateria 3211 para ativar o circuito de controle 3212 mediante a inserção do conjunto de bateria em um conjunto de empu- nhadura de um instrumento cirúrgico.
[0356] Em um aspecto, o processador principal 3214 é acoplado ao circuito elétrico 2900 (Figura 29) por meio de terminais de saída SCL- A/SDA-A. O processador principal 3214 compreende uma memória para armazenar tabelas de sinais de acionamento ou formas de ondas digitalizados que são transmitidos ao circuito elétrico 2900 para acionar o transdutor ultrassônico 1120, por exemplo. Em outros aspectos, o processador principal 3214 pode gerar uma forma de onda digital e transmiti-la ao circuito elétrico 2900 ou pode armazenar a forma de onda digital para transmissão posterior ao circuito elétrico 2900. O processador principal 3214 pode fornecer também acionamento por RF por meio de terminais de saída SCL-B/SDA-B e vários sensores (por exemplo, sensores de efeito Hall, sensores de fluido magneto-reológico (MRF), etc.) por meio de terminais de saída SCL-C/SDA-C. Em um aspecto, o processador principal 3214 é configurado para detectar a presença de um circuito de acionamento ultrassônico e/ou circuito de acionamento por RF para habilitar uma funcionalidade adequada de software e de interface de usuário.
[0357] Em um aspecto, o processador principal 3214 pode ser um LM 4F230H5QR, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo. Em pelo menos um exemplo, o LM4F230H5QR da Texas Instruments é um núcleo processador ARM Cortex-M4F que compreende uma memória integrada de memória flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de transferência para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma memória de acesso aleatório seriada de ciclo único de 32 KB (SRAM), memória só de leitura interna (ROM) carregada com o programa StellarisWare®, memória só de leitura programável eletricamente apagável (EEPROM) de 2 KB, um ou mais módulos de modulação da largura de pulso (PWM), um ou mais análogos de entrada do codificador de quadratura (QED), um ou mais conversores analógico em digital (ADC) de 12- bit com 12 canais de entrada analógicos, dentre outros recursos que são prontamente disponíveis na ficha de dados do produto. Outros processadores podem ser facilmente substituídos e, consequentemente, a presente descrição não deve ser limitada neste contexto.
[0358] A Figura 31 mostra um diagrama de blocos de circuito sim plificado que ilustra um outro circuito elétrico 3300 contido no interior de um instrumento cirúrgico ultrassônico modular 3334, de acordo com um aspecto da presente descrição. O circuito elétrico 3300 inclui um processador 3302, um relógio 3330, uma memória 3326, uma fonte de alimentação 3304 (por exemplo, uma bateria), uma chave 3306, como uma chave de energia de transístor de efeito de campo de óxido metálico semicondutor (MOSFET), um circuito de acionamento 3308 (PLL), um transformador 3310, um circuito de suavização de sinal 3312 (também chamado de um circuito de correspondência e pode ser, por exemplo, um circuito de tanque), um circuito de detecção 3314, um transdutor 1120, e um conjunto de eixo de acionamento (por exemplo, conjunto de eixo de acionamento 1126, 1129) compreendendo um guia de ondas de transmissão ultrassônica que termina em uma lâmina ultrassônica (por exemplo, lâmina ultrassônica 1128, 1149) que pode ser chamada, na presente invenção, simplesmente de guia de ondas.
[0359] Uma característica da presente descrição que interrompe a dependência da energia de entrada de alta tensão (120 VAC) (uma característica de dispositivos de corte ultrassônicos gerais) é a utilização de chaveamento de baixa tensão ao longo de todo o processo de formação de onda e a amplificação do sinal de acionamento apenas diretamente antes do estágio do transformador. Por essa razão, em um aspecto da presente descrição, a energia é derivada de apenas uma bateria, ou um grupo de baterias, pequena o suficiente para se encaixar no interior de um conjunto de empunhadura. A tecnologia de bateria do estado da técnica fornece baterias potentes de alguns centímetros de altura e largura e alguns milímetros de profundidade. Pela combinação das características da presente descrição para fornecer um dispositivo ultrassônico autocontido e autoalimentado, pode-se ob-ter uma redução do custo de produção.
[0360] A saída da fonte de alimentação 3304 é alimentada ao processador 3302 e o energiza. O processador 3302 recebe e envia sinais e, conforme será descrito abaixo, funciona de acordo com uma lógica personalizada ou de acordo com programas de computador que são executados pelo processador 3302. Conforme discutido acima, o circuito elétrico 3300 pode também incluir uma memória 3326, de preferência, uma memória de acesso aleatório (RAM) que arma- zena instruções e dados legíveis por computador.
[0361] A saída da fonte de alimentação 3304 também é direciona da à chave 3306 tendo um ciclo de trabalho controlado pelo processador 3302. Ao controlar o tempo de permanência da chave 3306, o processador 3302 é capaz de determinar a quantidade total de energia que é, por fim, fornecida ao transdutor 1120. Em um aspecto, a chave 3306 é um MOSFET, embora outras configurações de chave e chave- amento também sejam adaptáveis. A saída da chave 3306 é alimentada a um circuito de acionamento 3308 que contém, por exemplo, uma fase que detecta um circuito de bloqueio de fase (PLL) e/ou um filtro passa baixa e/ou um oscilador controlado por tensão. A saída da cha-ve 3306 é amostrada pelo processador 3302 para determinar a tensão e a corrente do sinal de saída (VIN e IIN, respectivamente). Esses valores são utilizados em uma arquitetura de retroinformação para ajustar a modulação por largura de pulso da chave 3306. Por exemplo, o ciclo de trabalho da chave 3306 pode variar de cerca de 20% a cerca de 80%, dependendo da saída desejada e real da chave 3306.
[0362] O circuito de acionamento 3308, que recebe o sinal da chave 3306, inclui um circuito oscilatório que transforma a saída da chave 3306 em um sinal elétrico que tem uma frequência ultrassônica, por exemplo, de 55 kHz (VCO). Conforme explicado acima, uma versão suavizada dessa forma de onda ultrassônica é, por fim, alimentada ao transdutor ultrassônico 1120 para produzir uma onda senoidal ressonante ao longo do guia de ondas de transmissão ultrassônica.
[0363] Na saída do circuito de acionamento 3308 existe um trans formador 3310 que é capaz de elevar o(s) sinal(is) de baixa tensão para uma tensão mais alta. Observa-se que o chaveamento a montante, antes do transformador 3310, é realizado em baixas tensões (por exemplo, acionado por bateria), algo que, até o momento, não era possível para dispositivos ultrassônicos de corte e cauterização. Isto ocorre, pelo menos parcialmente, pelo fato de que o dispositivo vantajosamente utiliza dispositivos de chaveamento MOSFET de baixa resistência. As chaves MOS- FET de baixa resistência são vantajosas, uma vez que produzem menores perdas de chaveamento e menos calor que um dispositivo MOSFET tradicional e possibilitam maior corrente para passagem. Portanto, o estágio de chaveamento (pré-transformador) pode ser caracterizado como de baixa tensão/alta corrente. Para garantir a menor resistência do(s) MOSFET(s) do amplificador, o(s) MOSFET(s) é(são) executado(s), por exemplo, a 10 V. Nesse caso, uma fonte de alimentação de 10 VDC separada pode ser utilizada para alimentar a porta MOSFET, o que garante que o MOSFET esteja totalmente ligado e que uma resistência razoavelmente baixa seja atingida. Em um aspecto da presente descrição, o transformador 3310 eleva a tensão da bateria para 120 V de valor quadrático médio (RMS). Os transformadores são conhecidos na técnica e, portanto, não são aqui explicados em detalhe.
[0364] Nas configurações descritas do circuito, a degradação do componente de circuito pode afetar negativamente o desempenho de circuito do circuito. Um fator que afeta diretamente o desempenho do componente é o calor. Os circuitos conhecidos em geral monitoram as temperaturas de chaveamento (ou seja, as temperaturas do MOS- FET). Entretanto, devido aos avanços tecnológicos nos projetos de MOSFET e devido à correspondente redução no tamanho, as temperaturas de MOSFET não são mais um indicador válido de cargas e de calor do circuito. Por este motivo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição, um circuito de detecção 3314 detecta a temperatura do transformador 3310. Essa detecção de temperatura é vantajosa, pois o transformador 3310 é operado na sua temperatura máxima ou muito próximo a ela, durante o uso do dispositivo. A temperatura adicional fará com que o material do núcleo, por exemplo, a ferrita, se rompa e um dano permanente pode ocorrer. A presente descrição pode responder a uma temperatura máxima do transformador 3310, por exemplo, reduzindo a energia de acionamento no transformador 3310, sinalizando o usuário, desligando a energia, pulsando a energia ou por meio de outras respostas apropriadas.
[0365] Em um aspecto da presente descrição, o processador 3302 é acoplado em comunicação ao atuador de extremidade (por exemplo, 1122, 1125) que é utilizado para colocar o material em contato físico com a lâmina ultrassônica (por exemplo, 1128, 1149). São fornecidos sensores que medem, no atuador de extremidade, um valor de força de pinçamento (existente dentro uma faixa conhecida) e, com base no valor da força de pinçamento recebida, o processador 3302 varia a tensão motriz VM. Uma vez que os altos valores de força, combinados com uma taxa de movimento definida, podem resultar em altas temperaturas da lâmina, um sensor de temperatura 3332 pode ser acoplado em comunicação ao processador 3302, em que o processador 3302 é operável para receber e interpretar um sinal que indica uma temperatura atual da lâmina a partir do sensor de temperatura 3336 e para determinar uma frequência alvo de movimento da lâmina com base na temperatura recebida. Em um outro aspecto, sensores de força, como manômetros de tensão mecânica ou sensores de pressão, podem ser acoplados ao gatilho (por exemplo, 1143, 1147) para medir a força aplicada ao gatilho pelo usuário. Em um outro aspecto, sensores de força, como manômetros de tensão mecânica ou sensores de pressão, podem ser acoplados a um botão da chave de modo que a intensidade do deslocamento corresponda à força aplicada pelo usuário ao botão de chave.
[0366] De acordo com pelo menos um aspecto da presente des crição, a porção PLL do circuito de acionamento 3308, que é acoplada ao processador 3302, é capaz de determinar uma frequência de movimento do guia de ondas e comunicar essa frequência ao proces- sador 3302. O processador 3302 armazena o valor dessa frequência na memória 3326 quando o dispositivo é desligado. Ao ler o relógio 3330, o processador 3302 é capaz de determinar um tempo decorrido depois que o dispositivo é desligado e recuperar a última frequência de movimento do guia de onda caso o tempo decorrido seja menor que um valor predeterminado. O dispositivo pode, então, iniciar na última frequência, que, presumivelmente, é a frequência ideal para a carga de corrente.
[0367] Em um outro aspecto, a presente descrição fornece um ins trumento cirúrgico de mão modular alimentado por bateria com circuitos geradores de multiestágios. É descrito um instrumento cirúrgico que inclui um conjunto de bateria, um conjunto de empunhadura, e um conjunto de eixo de acionamento, em que o conjunto de bateria e o conjunto de eixo de acionamento são configurados para mecânica e eletricamente conectar o conjunto de empunhadura. O conjunto de bateria inclui um circuito de controle configurado para gerar uma forma de onda digital. O conjunto de empunhadura inclui um primeiro circuito de estágio configurado para receber a forma de onda digital, converter a forma de onda digital em uma forma de onda analógica e amplificar a forma de onda analógica. O conjunto de eixo de acionamento inclui um segundo circuito de estágio acoplado ao primeiro circuito de estágio para receber, amplificar e aplicar a forma de onda analógica a uma carga.
[0368] Em um aspecto, a presente descrição fornece um instrumento cirúrgico, que compreende: um conjunto de bateria, que compreende um circuito de controle que compreende uma bateria, uma memória acoplado à bateria, e um processador acoplado à memória e à bateria, em que o processador é configurado para gerar uma forma de onda digital; um conjunto de empunhadura que compreende um primeiro circuito de está- gio acoplado ao processador, em que o primeiro circuito de estágio com-preende um conversor digital para analógico (DAC) e um primeiro circuito de estágio amplificador, em que o DAC é configurado para receber a forma de onda digital e converter a forma de onda digital em uma forma de onda analógica, em que o primeiro circuito amplificador de estágio é configurado para receber e amplificar a forma de onda analógica; e um conjunto de eixo de acionamento que compreende um segundo circuito de estágio acoplado ao primeiro circuito amplificador de estágio para receber a forma de onda analógica, amplificar a forma de onda analógica, e aplicar a forma de onda analógica a uma carga; em que o conjunto de bateria e o conjunto de eixo de acionamento são configurados para se conectarem mecânica e eletricamente ao conjunto de empunhadura.
[0369] A carga pode compreender qualquer um dentre um transdu tor ultrassônico, um eletrodo ou um sensor, ou quaisquer combinações dos mesmos. O primeiro circuito de estágio pode compreender um primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico e um primeiro circuito de estágio de acionamento de corrente de alta frequência. O circuito de controle pode ser configurado para acionar o primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico e o primeiro circuito de estágio de acionamento de corrente de alta frequência, independentemente ou simultaneamente. O primeiro circuito de estágio de acionamento ultras- sônico pode ser configurado para se acoplar a um segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico. O segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico pode ser configurado para se acoplar a um transdutor ultrassônico. O primeiro circuito de estágio de acionamento de corrente de alta frequência de primeiro estágio pode ser configurado para se acoplar a um segundo circuito de estágio de alta frequência. O segundo circuito de estágio de acionamento de alta frequência pode ser configurado para se acoplar a um eletrodo.
[0370] O primeiro circuito de estágio pode compreender um pri- meiro circuito de estágio de acionamento de sensor. O primeiro circuito de estágio de acionamento de sensor pode ser configurado a um segundo circuito de estágio de acionamento. O segundo circuito de estágio de acionamento de sensor pode ser configurado para se acoplar a um sensor.
[0371] Em um outro aspecto, a presente descrição fornece um ins trumento cirúrgico, que compreende: um conjunto de bateria, que compreende um circuito de controle que compreende uma bateria, uma memória acoplado à bateria, e um processador acoplado à memória e à bateria, em que o processador é configurado para gerar uma forma de onda digital; um conjunto de empunhadura que compreende um primeiro circuito de estágio comum acoplado ao processador, em que o primeiro circuito de estágio comum compreende um conversor digital para analógico (DAC) e um primeiro circuito amplificador de estágio comum, em que o DAC é configurado para receber a forma de onda digital e converter a forma de onda digital em uma forma de onda analógica, em que o primeiro circuito amplificador de estágio comum é configurado para receber e amplificar a forma de onda analógica; e um conjunto de eixo de acionamento que compreende um segundo circuito de estágio acoplado ao primeiro circuito amplificador de estágio comum para receber a forma de onda analógica, amplificar a forma de onda analógica, e aplicar a forma de onda analógica a uma carga; em que o conjunto de bateria e o conjunto de eixo de acionamento são configurados para se conectarem mecânica e eletricamente ao conjunto de empunhadura.
[0372] A carga pode compreender qualquer um dentre um trans dutor ultrassônico, um eletrodo ou um sensor, ou quaisquer combinações dos mesmos. O primeiro circuito de estágio comum pode ser configurado para acionar circuitos ultrassônicos, de alta frequência, ou sensores. O primeiro circuito estágio de acionamento comum pode ser configurado para se acoplar a um segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico, um segundo circuito de estágio de acionamento de alta frequência, ou um segundo circuito de estágio de acionamento de sensor. O segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico pode ser configurado para se acoplar a um transdutor ultrassônico, o segundo circuito de estágio de acionamento de alta frequência é configurado para se acoplar a um eletrodo, e o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor é configurado para se acoplar a um sensor.
[0373] Em um outro aspecto, a presente descrição fornece um instrumento cirúrgico, que compreende: um circuito de controle que compreende uma memória acoplada a um processador, em que o processador é configurado para gerar uma forma de onda digital; um conjunto de empunhadura que compreende um primeiro circuito de estágio comum acoplado ao processador, o primeiro circuito de estágio comum configurado para receber a forma de onda digital, converter a forma de onda digital em uma forma de onda analógica, e amplificar a forma de onda analógica; e um conjunto de eixo de acionamento que compreende um segundo circuito de estágio acoplado ao primeiro circuito de estágio comum para receber e amplificar a forma de onda analógica; em que o conjunto de eixo de acionamento é configurado para se conectar mecânica e eletricamente ao conjunto de empunhadura.
[0374] O primeiro circuito de estágio comum pode ser configurado para acionar circuitos ultrassônicos, de alta frequência, ou sensores. O primeiro circuito estágio de acionamento comum pode ser configurado para se acoplar a um segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico, um segundo circuito de estágio de acionamento de alta frequência, ou um segundo circuito de estágio de acionamento de sensor. O segundo circuito de estágio de acionamento ultrassôni- co pode ser configurado para se acoplar a um transdutor ultrassônico, o segundo circuito de estágio de acionamento de alta frequência é configurado para se acoplar a um eletrodo, e o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor é configurado para se acoplar a um sensor.
[0375] A Figura 32 ilustra um circuito gerador 3400 particionado em um primeiro circuito de estágio 3404 e um segundo circuito de estágio 3406, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Em um aspecto, os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 aqui descritos podem compreender um circuito gerador 3400 dividido em múltiplos estágios. Por exemplo, os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 podem compreender o circuito gerador 3400 dividido em pelo menos dois circuitos: o primeiro circuito de estágio 3404 e o segundo circuito de estágio 3406 de amplificação permitindo a operação de energia de RF apenas, energia ultrassônica apenas, e/ou uma combinação de energia de RF e energia ultrassônica. Um conjunto de eixo de acionamento modular 3414 de combinação ser alimentado pelo primeiro circuito de estágio comum 3404 localizado em um conjunto de empunhadura 3412 e o segundo circuito de estágio modular 3406 integral com o conjunto de eixo de acionamento modular 3414. Como anteriormente discutido nesta descrição em conexão com os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000, um conjunto de bateria 3410 e o conjunto de eixo de acionamento 3414 são configurados para mecânica e eletricamente se conectarem ao conjunto de empunhadura 3412. O conjunto de atuador de extremidade é configurado para se conectar mecânica e eletricamente ao conjunto de eixo de acionamento 3414.
[0376] Agora com referência à Figura 32, o circuito gerador 3400 é particionado em múltiplos estágios localizados em múltiplos conjuntos modulares de um instrumento cirúrgico, como os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 aqui descritos. Em um aspecto, um circuito de controle de estágio 3402 pode estar situado no conjunto de bateria 3410 do instrumento cirúrgico. O circuito de controle de estágio 3402 é um circuito de controle 3200 conforme descrito em conexão com a Figura 30. O circuito de controle 3200 compreende um processador 3214, que inclui uma memória interna 3217 (Figura 32) (por exemplo, memória volátil e não volátil), e é eletricamente acoplado a uma bateria 3211. A bateria 3211 fornece energia para o primeiro circuito de estágio 3404, o segundo circuito de estágio 3406, e um terceiro circuito de estágio 3408, respectivamente. Conforme anteriormente discutido, o circuito de controle 3200 gera uma forma de onda digital 4300 (Figura 37) com o uso de circuitos e técnicas descritas em conexão com as Figuras 35 e 36. Novamente com referência à Figura 32, a forma de onda digital 4300 pode ser configurada para acionar um transdutor ultrassônico, ele-trodos de alta frequência (por exemplo, RF) ou uma combinação dos mesmos, independentemente ou simultaneamente. Se acionados simultaneamente, circuitos de filtro podem ser fornecidos nos primeiros circuitos de estágio correspondentes 3404 para selecionar tanto a forma de onda ultrassônica quanto a forma de onda de RF. Essas técnicas de filtragem são descritas na publicação de pedido de patente US n° US- 2017-0086910-A1, de propriedade comum, intitulado TECHNIQUES FOR CIRCUIT TOPOLOGIES FOR COMBINED GENERATOR, que está aqui integralmente incorporado a título de referência.
[0377] Os primeiros circuitos de estágio 3404 (por exemplo, o pri meiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3420, o primeiro circuito de estágio de acionamento de RF 3422, e o primeiro circuito de estágio de acionamento de sensor 3424) estão localizados em um conjunto de empunhadura 3412 do instrumento cirúrgico. O circuito de controle 3200 fornece o sinal de acionamento ultrassônico para o primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3420 através das saídas SCL-A, SDA-A do circuito de controle 3200. O primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3420 é descrito em deta- lhes em conexão com a Figura 29. O circuito de controle 3200 fornece o sinal de acionamento RF para o primeiro circuito de estágio de acionamento de RF 3422 através das saídas SCL-B, SDA-B do circuito de controle 3200. O primeiro circuito de estágio de acionamento de RF 3422 é descrito em detalhes em conexão com a Figura 34. O circuito de controle 3200 fornece o sinal de acionamento do sensor ao primeiro circuito de estágio de acionamento do sensor 3424 através das saídas SCL-C, SDA-C do circuito de controle 3200. Em geral, cada um dentre os primeiros circuitos de estágio 3404 inclui um conversor digital para analógico (DAC) e uma primeira seção de amplificador de estágio para acionar os segundos circuitos de estágio 3406. As saídas dos primeiros circuitos de estágio 3404 são fornecidas para as entradas dos se-gundos circuitos de estágio 3406.
[0378] O circuito de controle 3200 é configurado para detectar quais módulos são plugados no circuito de controle 3200. Por exemplo, o circuito de controle 3200 é configurado para detectar se o primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3420, o primeiro circuito de estágio de acionamento de RF 3422, ou o primeiro circuito de estágio de acionamento de sensor 3424 situado no conjunto de empunhadura 3412 está conectado ao conjunto de bateria 3410. Da mesma forma, cada um dentre os primeiros circuitos de estágio 3404 pode detectar quais segundos circuitos de estágio 3406 estão conectados ao mesmo e qual informação é fornecida de volta ao circuito de controle 3200 para determinar que tipo de forma de onda de sinal gerar. De modo similar, cada um dentre os segundos circuitos de estágio 3406 pode detectar quais terceiros circuitos de estágio 3408 ou componentes estão conectados ao mesmo e qual informação é fornecida de volta ao circuito de controle 3200 para determinar que tipo de forma de onda de sinal gerar.
[0379] Em um aspecto, os segundos circuitos de estágio 3406 (por exemplo, o segundo circuito de estágio de acionamento ultras- sônico 3430, o segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3432, e o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434) estão localizados no conjunto de eixo de acionamento 3414 do instrumento cirúrgico. O primeiro circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3420 fornece um sinal para o segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430 através de saídas US- esquerda/US-direta. O segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430 pode incluir, por exemplo, um transformador, um filtro, um amplificador e/ou circuitos de condicionamento de sinal. O primeiro circuito de estágio de acionamento de corrente (RF) de alta frequência 3422 fornece um sinal para o segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3432 através das saídas de RF-esquerda/RF direita. Além de um transformador e capacitores de bloqueio, o segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3432 também pode incluir filtro, amplificador, e circuitos de condicionamento de sinal. O primeiro circuito de estágio de acionamento de sensor 3424 fornece um sinal para o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434 através de saídas sensor-1/sensor-2. O segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434 pode incluir filtro, amplificador, e circuitos de condicionamento de sinal dependendo do tipo de sensor. As saídas dos segundos circuitos de estágio 3406 são fornecidas para as entradas dos terceiros circuitos de estágio 3408.
[0380] Em um aspecto, os terceiros circuitos de estágio 3408 (por exemplo, o transdutor ultrassônico 1120, os eletrodos de RF 3074a, 3074b, e os sensores 3440) podem estar situados em vários conjuntos 3416 dos instrumentos cirúrgicos. Em um aspecto, o segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430 fornece um sinal de acionamento à pilha piezoelétrica do transdutor ultrassônico 1120. Em um aspecto, o transdutor ultrassônico 1120 está localizado no conjunto de transdutor ultrassônico do instrumento cirúrgico. Em outros aspectos, entretanto, o transdutor ultrassônico 1120 pode estar situado no conjunto de empunhadura 3412, no conjunto de eixo de acionamento 3414 ou no atuador de extremidade. Em um aspecto, o segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3432 fornece um sinal de acionamento aos eletrodos de RF 3074a, 3074b, que estão geralmente localizados na porção de atuador de extremidade do instrumento cirúrgico. Em um aspecto, o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434 fornece um sinal de acionamento a vários sensores 3440 localizados no instrumento cirúrgico.
[0381] A Figura 33 ilustra um circuito gerador 3500 particionado em múltiplos estágios em que um primeiro circuito de estágio 3504 é comum para o segundo circuito de estágio 3506, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Em um aspecto, os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 aqui descritos podem compreender circuito gerador 3500 dividido em múltiplos estágios. Por exemplo, os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 podem compreender o circuito gerador 3500 dividido em pelo menos dois circuitos: o primeiro circuito de estágio 3504 e o segundo circuito de estágio 3506 de amplificação permitindo a operação de energia de alta frequência RF apenas, energia ultrassônica apenas, e/ou uma combinação de energia de RF e energia ultrassônica. Um conjunto de eixo de acionamento modular 3514 de combinação ser alimentado pelo primeiro circuito de estágio comum 3504 localizado em um conjunto de empunhadura 3512 e o segundo circuito de estágio modular 3506 integral com o conjunto de eixo de acionamento modular 3514. Como anteriormente discutido nesta descrição em conexão com os instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000, um conjunto de bateria 3510 e o conjunto de eixo de acionamento 3514 são configurados para se conectarem mecânica e eletricamente ao conjunto de empunhadura 3512. O conjunto de atua- dor de extremidade é configurado para se conectar mecânica e eletri- camente ao conjunto de eixo de acionamento 3514.
[0382] Conforme mostrado no exemplo da Figura 33, a porção do conjunto de bateria 3510 do instrumento cirúrgico compreende um primeiro circuito de controle 3502, que inclui o circuito de controle 3200 anteriormente descrito. O conjunto de empunhadura 3512, que se conecta ao conjunto de bateria 3510, compreende um primeiro circuito de estágio de acionamento comum 3420. Conforme anteriormente discutido, o primeiro circuito de estágio de acionamento 3420 é configurado para acionar a corrente ultrassônica de alta frequência (RF), e cargas de sensor. A saída do primeiro circuito de estágio de acionamento comum 3420 pode acionar qualquer um dos segundos circuitos de estágio 3506 como o segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430, o segundo circuito de estágio de acionamento de corrente de alta frequência (RF) 3432, e/ou o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434. O primeiro circuito de estágio de acionamento comum 3420 detecta qual segundo circuito de estágio 3506 está situado no conjunto de eixo de acionamento 3514 quando o conjunto de eixo de acionamento 3514 é conectado ao conjunto de empunhadura 3512. Após o conjunto de eixo de acionamento 3514 ser conectado ao conjunto de empunhadura 3512, o primeiro circuito de estágio de acionamento comum 3420 determina qual dentre os segundos circuitos de estágio 3506 (por exemplo, o segundo circuito de estágio de acionamento ultrassônico 3430, o segundo circuito de estágio de acionamento de RF 3432, e/ou o segundo circuito de estágio de acionamento de sensor 3434) está situado no conjunto de eixo de acionamento 3514. As informações são fornecidas ao circuito de controle 3200 localizado no conjunto de empu- nhadura 3512 para fornecer uma forma de onda digital 4300 adequada (Figura 37) ao segundo circuito de estágio 3506 para acionar a carga adequada, por exemplo, ultrassônica, RF ou sensor. Será en- tendido que circuitos de identificação podem ser incluídos em vários conjuntos 3516 no terceiro circuito de estágio 3508 como o transdutor ultrassônico 1120, os eletrodos 3074a, 3074b, ou os sensores 3440. Dessa forma, quando um terceiro circuito de estágio 3508 é conectado a um segundo circuito de estágio 3506, o segundo circuito de estágio 3506 reconhece o tipo de carga que é necessária com base na informação de identificação.
[0383] A Figura 34 é um diagrama esquemático de um aspecto de um circuito elétrico 3600 configurado para acionar uma corrente de alta frequência (RF), de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O circuito elétrico 3600 compreende um multiple- xador analógico 3680. O multiplexador analógico 3680 multiplexa vários sinais a partir dos canais a montante SCL-A, SDA-A como circuitos de RF, de bateria e de controle de energia. Um sensor de corrente 3682 é acoplado em série com o ramo de retorno ou de aterramen- to do circuito de fonte de alimentação para medir a corrente fornecida pela fonte de alimentação. Um sensor de temperatura 3684 de transístor de efeito de campo (FET) fornece a temperatura ambiente. Um temporizador de vigilância de modulação por largura de pulso (PWM) 3688 gera automaticamente uma reinicialização do sistema se o programa principal deixar de fazer sua manutenção periódica. Ela é fornecida para reiniciar automaticamente o circuito elétrico 3600 quando ele trava ou congela devido a uma falha de software ou hardware. Será reconhecido que o circuito elétrico 3600 pode ser configurado para acionar eletrodos de RF ou para acionar o transdutor ultrassôni- co 1120 conforme descrito em conexão com a Figura 29, por exemplo. Consequentemente, com referência agora novamente à Figura 34, o circuito elétrico 3600 pode ser utilizado para acionar tanto eletrodos ultrassônicos quanto de RF de forma intercambiável.
[0384] Um circuito de acionamento 3686 fornece saídas de energia de RF à esquerda e à direita. Um sinal digital que representa a forma de onda de sinal é fornecido às entradas SCL-A, SDA-A do multiplexador analógico 3680 a partir de um circuito de controle, como o circuito de controle 3200 (Figura 30). Um conversor de digital para analógico (DAC) 3690 converte a entrada digital em uma saída analógica para gerar um circuito de modulação por largura de pulso 3692 acoplado a um oscilador 3694. O circuito de modulação por largura de pulso 3692 fornece um primeiro sinal para um primeiro circuito de acionamento de porta 3696a acoplado a um primeiro estágio de saída do transístor 3698a para acionar uma primeira saída de energia de RF+ (esquerda). O circuito de modulação por largura de pulso 3692 também fornece um segundo sinal para um segundo circuito de acionamento de porta 3696b acoplado a um segundo estágio de saída do transístor 3698b para acionar uma segunda saída de energia de RF- (direita). Um sensor de tensão 3699 é acoplado entre os terminais de saída de RF à esquerda/RF para medir a tensão de saída. O circuito de acionamento 3686, o primeiro e o segundo circuitos de acionamento 3696a, 3696b, e o primeiro e o segundo estágios de saída do transístor 3698a, 3698b definem um primeiro circuito amplificador de estágio. Em funcionamento, o circuito de controle 3200 (Figura 30) gera uma forma de onda digital 4300 (Figura 37) que usa circuitos como os circuitos de síntese direta digital (DDS) 4100, 4200 (Figuras 35 e 36). O DAC 3690 recebe a forma de onda digital 4300 e a converte em uma forma de onda analógica, que é recebida e amplificada pelo primeiro circuito amplificador de estágio.
[0385] Em um aspecto, o gerador ultrassônico ou o gerador de corrente de alta frequência do instrumento cirúrgico 1000 podem ser configurados para gerar a forma de onda de sinal elétrico digitalmente conforme desejado usando um número predeterminado de pontos de fase armazenados em uma tabela de consulta para digitalizar o formato de onda. Os pontos de fase podem ser armazenados em uma tabe- la definida em uma memória, uma matriz de portas programável em campo (FPGA) ou qualquer memória não volátil adequada. A Figura 35 ilustra um aspecto de uma arquitetura fundamental para um circuito de síntese digital, como um circuito de síntese direta digital (DDS) 4100, configurado para gerar uma pluralidade de formatos de onda para a forma de onda de sinal elétrico. O software e os controles digitais do gerador podem comandar o FPGA escanear os endereços na tabela de consulta 4104, que por sua vez fornece valores de entrada digitais variáveis para um circuito DAC 4108 que alimenta um amplifi-cador de energia. Os endereços podem ser verificados de acordo com uma frequência de interesse. A utilização de tal tabela de consulta 4104 possibilita a geração de vários tipos de formatos de onda que podem ser alimentados no tecido ou a um transdutor, um eletrodo de RF, múltiplos transdutores simultaneamente, ou uma combinação de instrumentos ultrassônicos e de RF. Além disso, múltiplas tabelas de consulta 4104 que representam múltiplos formatos de onda podem ser criadas, armazenadas e aplicadas ao tecido a partir de um gerador.
[0386] A forma de onda de sinal pode ser configurada para contro lar pelo menos uma de uma corrente de saída, uma tensão de saída ou uma potência de saída de um transdutor ultrassônico e/ou eletrodo de RF, ou múltiplos dos mesmos (por exemplo, dois ou mais transdutores ultrassônicos e/ou dois ou mais eletrodos de RF). Adicionalmente, onde um instrumento cirúrgico compreende componentes ultrassô- nicos, a forma de onda pode ser configurada para acionar pelo menos dois modos de vibração de um transdutor ultrassônico de pelo menos um instrumento cirúrgico. Dessa forma, o gerador pode ser configurado para fornecer uma forma de onda a pelo menos um instrumento cirúrgico, em que o sinal de forma de onda corresponde a pelo menos um formato de onda de uma pluralidade de formatos de onda na tabela. Além disso, o sinal da forma de onda fornecida aos dois instrumen- tos cirúrgicos pode compreender dois ou mais formatos de onda. A tabela pode compreender informação associada a uma pluralidade de formatos de onda e a tabela pode ser armazenada dentro do gerador. Em um aspecto ou exemplo, a tabela pode ser uma tabela de síntese direta digital, que pode ser armazenada em uma FPGA do gerador. A tabela pode ser endereçada de qualquer maneira que seja conveniente para categorizar formatos de onda. De acordo com um aspecto, a tabela, que pode ser uma tabela de síntese direta digital, é endereçada de acordo com uma frequência do sinal de forma de onda. Adicionalmente, a informação associada à pluralidade de formatos de onda po-de ser armazenada como informação digital na tabela.
[0387] A forma de onda de sinal elétrico analógica pode ser configu rada para controlar pelo menos uma de uma corrente de saída, uma tensão de saída ou uma potência de saída de um transdutor ultrassônico e/ou eletrodo de RF, ou múltiplos dos mesmos (por exemplo, dois ou mais transdutores ultrassônicos e/ou dois ou mais eletrodos de RF). Além disso, onde o instrumento cirúrgico compreende componentes ul- trassônicos, a forma de onda de sinal elétrico analógica pode ser configurada para acionar pelo menos dois modos de vibração de um transdutor ultrassônico de pelo menos um instrumento cirúrgico. Dessa forma, o circuito gerador pode ser configurado para fornecer uma forma de onda de sinal elétrico analógico a pelo menos um instrumento cirúrgico, em que a forma de onda de sinal elétrico analógico corresponde a pelo menos um formato de onda de uma pluralidade de formatos de onda armazenados na tabela de consulta 4104. Além disso, a forma de onda de sinal elétrico analógico fornecida aos pelo menos dois instrumentos cirúrgicos pode compreender dois ou mais formatos de onda. A tabela de consulta 4104 pode compreender informações associadas a uma pluralidade de formatos de onda e a tabela de consulta 4104 pode ser armazenada no interior do circuito gerador ou dentro do instrumento cirúrgico. Em um aspecto ou exemplo, a tabela de consulta 4104 pode ser uma tabela de síntese direta digital, que pode ser armazenada em uma FPGA do circuito gerador ou do instrumento cirúrgico. A tabela de consulta 4104 pode ser endereçada de qualquer maneira que seja conveniente para categorizar os formatos de onda. De acordo com um aspecto, a tabela de consulta 4104, que pode ser uma tabela de síntese direta digital, é endereçada de acordo com uma frequência da forma de onda de sinal elétrico analógico desejada. Ainda, as informações associadas à pluralidade de formatos de onda podem ser armazenadas como informações digitais na tabela de consulta 4104.
[0388] Com o uso generalizado de técnicas digitais em sistemas de instrumentação e comunicações, um método controlado digitalmente de geração de frequências múltiplas a partir de uma fonte de frequência de referência evoluiu e é referido como síntese direta digital. A arquitetura básica é mostrada na Figura 35. Neste diagrama de blocos simplificado, um circuito DDS é acoplado a um processador, controlador ou dispositivo lógico do circuito gerador e a um circuito de memória localizado no circuito gerador do sistema cirúrgico 1000. O circuito DDS 4100 compreende um contador de endereços 4102, uma tabela de consulta 4104, um registrador 4106, um circuito DAC 4108 e um filtro 4112. Um relógio estável fc é recebido pelo contador de endereços 4102 e o registrador 4106 aciona uma memória só de leitura programável (PROM) que armazena um ou mais números inteiros de ciclos de uma onda senoidal (ou outra forma de onda arbitrária) em uma tabela de consulta 4104. À medida que o contador de endereços 4102 percorre as localizações de memória, os valores armazenados na tabela de consulta 4104 são gravados no registrador 4106, o qual está acoplado ao circuito DAC 4108. A amplitude digital correspondente do sinal na localização de memória da tabela de consulta 4104 aciona o circuito DAC 4108, o qual por sua vez gera um sinal de saída analógico 4110. A pureza espectral do sinal de saída analógico 4110 é determinada principalmente pelo circuito DAC 4108. O ruído de fase é basicamente o do relógio de referência fc. O primeiro sinal de saída analógico 4110 do circuito DAC 4108 é filtrado pelo filtro 4112 e um segundo sinal de saída analógico 4114 produzido pelo filtro 4112 é fornecido a um amplificador que tem uma saída acoplada à saída do circuito gerador. O segundo sinal de saída analógica tem uma frequência fout.
[0389] Como o circuito DDS 4100 é um sistema de dados amos trados, problemas envolvidos na amostragem precisam ser considerados: ruído de quantização, distorção, filtragem, etc. Por exemplo, as harmônicas de ordem mais alta das frequências de saída do circuito DAC 4108 se dobram na largura de banda de Nyquist, tornando-as não filtráveis, ao passo que, as harmônicas de ordem mais alta da saída de sintetizadores baseados em circuito de bloqueio de fase ou malha de captura de fase (PLL, de "phase-locked loop") podem ser filtrados. A tabela de consulta 4104 contém dados de sinal para um número integral de ciclos. A frequência de saída final fout pode ser alterada mediante alteração da frequência de relógio de referência fc ou reprogramação da PROM.
[0390] O circuito DDS 4100 pode compreender múltiplas tabelas de consulta 4104, em que a tabela de consulta 4104 armazena uma forma de onda representada por um número predeterminado de amostras, em que as amostras definem um formato predeterminado da forma de onda. Dessa forma, múltiplas formas de onda que têm uma forma única podem ser armazenadas em múltiplas tabelas de consulta 4104 para fornecer diferentes tratamentos de tecido com base em configurações de instrumento ou retroinformação de tecido. Exemplos de formas de onda incluem formas de onda de sinal elétrico de RF de alto fator de crista para coagulação do tecido de superfície, forma de onda de sinal elétrico RF de baixo fator de crista para penetração no tecido mais profunda e formas de onda de sinal elétrico que promovem coagulação de retoque eficiente. Em um aspecto, o circuito DDS 4100 pode criar múltiplas tabelas de consulta de formato de onda 4104 e durante um procedimento de tratamento de tecido (por exemplo, simultaneamente ou em tempo real virtual com base em ações de usuário ou sensor) alternar entre diferentes formatos de ondas armazenados em tabelas de consulta 4104 separadas com base no efeito do tecido desejado e/ou na retroinformação de tecido.
[0391] Por conseguinte, a alternância entre formatos de onda pode ser baseada na impedância do tecido e outros fatores, por exemplo. Em outros aspetos, as tabelas de consulta 4104 podem armazenar formas de onda de sinal elétrico formatadas para maximizar a potência distribuída no tecido por ciclo (isto é, onda trapezoidal ou quadrada). Em outros aspectos, as tabelas de consulta 4104 podem armazenar formatos de onda sincronizados de modo que elas maximizam o fornecimento de energia pelo instrumento cirúrgico multifuncional do sistema cirúrgico 1000 quando este fornece sinais de acionamento de RF e ultrassônicos. Ainda em outros aspectos, as tabelas de consulta 4104 podem armazenar formas de onda de sinal elétrico para acionar simultaneamente energia terapêutica e/ou subterapêutica ultrassônica e de RF, mantendo simultaneamente o bloqueio da frequência ultras- sônica. Formatos de onda personalizados específicos para diferentes instrumentos e seus efeitos teciduais podem ser armazenados na memória não volátil do gerador ou na memória não volátil (por exemplo, EEPROM) do sistema cirúrgico 1000 e buscados ao conectar o instrumento cirúrgico multifuncional ao circuito gerador. Um exemplo de uma senoide exponencialmente amortecida, conforme utilizada em muitos formatos de onda de "coagulação" de alto fator de crista, é mostrado na Figura 37.
[0392] Uma implementação mais flexível e eficiente do circuito DDS 4100 usa um circuito digital chamado de Oscilador Controlado Numericamente (NCO, de "Numerically Controlled Oscillator"). Um diagrama de blocos de um circuito de síntese digital mais flexível e eficiente, como um circuito DDS 4200, é mostrado na Figura 36. Neste diagrama de blocos simplificado, um circuito DDS 4200 é acoplado a um processador, controlador ou dispositivo lógico do gerador e a um circuito de memória localizado no gerador ou em qualquer dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000. O circuito DDS 4200 compreende um registrador de carga 4202, um registrador de fase delta paralelo 4204, um circuito somador 4216, um registrador de fase 4208, uma tabela de consulta 4210 (conversor fase-amplitude), um circuito DAC 4212 e um filtro 4214. O circuito somador 4216 e o registrador de fase 4208 formam parte de um acumulador de fase 4206. Uma frequência de relógio fc é aplicada ao registrador de fase 4208 e a um circuito DAC 4212. O registrador de carga 4202 recebe uma palavra de sintonia que especifica a frequência de saída como uma fração do sinal de frequência de relógio de referência fc. A saída do registrador de carga 4202 é fornecida ao registador de fase delta paralelo 4204 com uma palavra de sintonização M.
[0393] O circuito DDS 4200 inclui um relógio de amostra que gera a frequência de relógio fc, o acumulador de fase 4206 e a tabela de consulta 4210 (por exemplo, conversor de fase para amplitude). O conteúdo do acumulador de fase 4206 é atualizado uma vez por ciclo de relógio fc. Quando o acumulador de fase 4206 é atualizado, o número digital, M, armazenado no registrador de fase delta 4204 é adicionado ao número no registrador de fase 4208 pelo um circuito soma- dor 4216. Presumindo que o número no registo de fase delta paralela 4204 é 00... 01 e que o conteúdo inicial do acumulador de fase 4206 é 00...00. O acumulador de fase 4206 é atualizado por 00.01 por ciclo de relógio. Se o acumulador de fase 4206 tiver uma largura de 32 bits, são necessários 232 ciclos de relógio (mais de 4 bilhões) antes do acumulador de fase 4206 retornar a 00.00, e o ciclo se repetir.
[0394] Uma saída truncada 4218 do acumulador de fase 4206 é fornecida a uma tabela de consulta do conversor de fase para amplitude 4210 e a saída da tabela de consulta 4210 é acoplada a um circuito DAC 4212. A saída truncada 4218 do acumulador de fase 4206 serve como o endereço para uma tabela de consulta de seno (ou cosseno). Um endereço na tabela de consulta corresponde a um ponto de fase na onda senoidal de 0° a 360°. A tabela de consulta 4210 contém as informações de amplitude digital correspondentes a um ciclo completo de uma onda senoidal. A tabela de consulta 4210, portanto, mapeia as informações de fase do acumulador de fase 4206 em uma palavra de amplitude digital, a qual, por sua vez, aciona o circuito DAC 4212. A saída do circuito DAC é um primeiro sinal analógico 4220 e é filtrada por um filtro 4214. A saída do filtro 4214 é um segundo sinal analógico 4222, que é fornecido a um amplificador de energia acoplado ao circuito gerador.
[0395] Em um aspecto, a forma de onda de sinal elétrico pode ser digitalizada em 1024 (210) pontos de fase, embora o formato de onda que pode ser digitalizado seja qualquer número adequado de 2n pontos de fase variando de 256 (28) a 281.474.976.710.656 (248), onde n é um inteiro positivo, conforme mostrado na TABELA 1. A forma de onda de sinal elétrico pode ser expressada como An(θn), em que uma amplitude normalizada An em um ponto n é representada por um ângulo de fase θn é chamado de ponto de fase no ponto n. O número de pontos de fase distinta n determina a resolução de ajuste do circuito DDS 4200 (bem como do circuito DDS 4100 mostrado na Figura 35).
[0396] A Tabela 1 especifica a forma de onda de sinal elétrico di gitalizada em um número de pontos de fase.
TABELA 1
[0397] Os algoritmos do circuito gerador e os controles digitais po dem escanear os endereços na tabela de consulta 4210, que em retorno fornece valores de entrada digitais variáveis para o circuito DAC 4212 que alimenta o filtro 4214 e o amplificador de energia. Os endereços podem ser verificados de acordo com uma frequência de interesse. A utilização da tabela de consulta possibilita a geração de vários tipos de formatos que podem ser convertidos em sinal de saída analógico pelo circuito DAC 4212 filtrado pelo filtro 4214, amplificado pelo amplificador de potência acoplado à saída do circuito gerador e alimentado ao tecido sob a forma de energia de RF ou alimentado a um transdutor ultrassônico e aplicado ao tecido sob a forma de vibrações ultrassônicas que fornecem energia ao tecido sob a forma de calor. A saída do amplificador pode ser aplicada a um eletrodo de RF, múltiplos eletrodos de saída simultaneamente, um transdutor ultrassônico, múltiplos transdutores ultrassônicos simultaneamente ou uma combinação de transdutores de RF e ultrassô- nicos, por exemplo. Além disso, múltiplas tabelas de formato de onda podem ser criadas, armazenadas e aplicadas ao tecido a partir de um circuito gerador.
[0398] Novamente com referência à Figura 35, para n = 32 e M = 1, o acumulador de fase 4206 passa através 232 das saídas possíveis antes de transbordar e reinicializar. A frequência de onda de saída correspondente é igual à frequência de relógio de entrada dividida por 232. Se M = 2, então o registrador de fase 1708 "roda" duas vezes mais rápido, e a frequência de saída é duplicada. Isto pode ser generalizado como a seguir.
[0399] Para um acumulador de fase 4206 configurado para acu mular n bits (em geral n situa-se na faixa de 24 a 32 na maioria dos sistemas DDS, mas conforme previamente discutido, n pode ser selecionado dentre uma ampla gama de opções), existem 2n possíveis pontos de fases. A palavra digital no registrador de fase delta M representa a quantidade de acúmulo de fase que é incrementada por ciclo de relógio. Se fc é a frequência de relógio, então a frequência da onda senoidal de saída é igual a:
[0400] A equação acima é conhecida como "equação de sintonia" DDS. Observa-se que a resolução de frequência do sistema é igual a Para n = 32, a resolução é maior que uma parte em quatro bilhões. Em um aspecto do sistema DDS 4200, nem todos os bits fora do acumulador de fase 4206 passam para a tabela de consulta 4210, mas são truncados, deixando apenas os primeiros 13 a 15 bits mais significativos (MSBs), por exemplo. Isto reduz o tamanho da tabela de consulta 4210 e não afeta a resolução de frequência. A truncagem de fase somente adiciona uma pequena, mas aceitável, quantidade de ruído de fase à saída final.
[0401] A forma de onda de sinal elétrico pode ser caracterizada pela corrente, tensão ou potência em uma determinada frequência. Ainda, quando qualquer um dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 compreende componentes ultrassônicos, a forma de onda de sinal elétrico pode ser configurada para acionar pelo menos dois modos de vibração de um transdutor ultrassônico de pelo menos um instrumento cirúrgico. Dessa forma, o circuito gerador pode ser configurado para fornecer uma forma de onda de sinal elétrico a pelo menos um instrumento cirúrgico, em que a forma de onda de sinal elétrico é caracterizada por um formato de onda predeterminado armazenado na tabela de consulta 4210 (ou tabela de consulta 4104 - Figura 35). Além disso, a forma de onda de sinal elétrico pode ser uma combinação de duas ou mais formatos de onda. A tabela de consulta 4210 pode compreender informações associadas a uma pluralidade de formatos de onda. Em um aspecto ou exemplo, a tabela de consulta 4210 pode ser gerada pelo circuito DDS 4200 e pode ser chamada de tabela de síntese direta digital. A síntese direta digital (DDS) opera armazenando primeiramente uma grande forma de onda repetitiva na memória integrada. Um ciclo de uma forma de onda (senoidal, triangular, quadrada, arbitrária) pode ser representado por um número predeterminado de pontos de fase, conforme mostrado na TABELA 1 e armazenado na memória. Uma vez que a forma de onda é armazenada na memória, ela pode ser gerada em frequências muito precisas. A tabela de síntese direta digital pode ser armazenada em uma memória não volátil do circuito gerador e/ou pode ser implementada com um circuito FPGA no circuito gerador. A tabela de consulta 4210 pode ser endereçada por qualquer técnica adequada que seja conveniente para categorizar os formatos de onda. De acordo com um aspecto, a tabela de consulta 4210 é endereçada de acordo com uma frequência da forma de onda de sinal elétrico. Além disso, as informações associadas à pluralidade de formatos de onda podem ser armazenadas como informações digitais em uma memória ou como parte da tabela de consulta 4210.
[0402] Em um aspecto, o circuito gerador pode ser configurado para fornecer formas de onda de sinal elétrico a pelo menos dois instrumentos cirúrgicos simultaneamente. O circuito gerador pode também ser configurado para fornecer a forma de onda de sinal elétrico, que pode ser caracterizada por dois ou mais formatos de onda, através de um canal de saída do circuito gerador para os dois instrumentos cirúrgicos simultaneamente. Por exemplo, em um aspecto, a forma de onda de sinal elétrico compreende um primeiro sinal elétrico para acionar um transdutor ultras- sônico (por exemplo, sinal de acionamento ultrassônico), um segundo sinal de acionamento de RF e/ou uma combinação dos mesmos. Além disso, uma forma de onda de sinal elétrico pode compreender uma pluralidade de sinais de acionamento ultrassônicos, uma pluralidade de sinais de acionamento de RF e/ou uma combinação de uma pluralidade de sinais de acionamento ultrassônicos e de RF.
[0403] Adicionalmente, um método para operar o gerador de acordo com a presente divulgação compreende gerar uma forma de onda de sinal elétrico e fornecer a forma de onda de sinal elétrico gerada a qualquer um dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000, em que gerar a forma de onda de sinal elétrico compreende receber informações associadas à forma de onda de sinal elétrico de uma memória. A forma de onda de sinal elétrico gerada compreende pelo menos um formato de onda. Além disso, fornecer a forma de onda de sinal elétrico gerada para pelo menos um instrumento cirúrgico compreende fornecer a forma de onda de sinal elétrico pelo menos a dois instrumentos cirúrgicos simultaneamente.
[0404] O circuito gerador, conforme descrito aqui, pode permitir a geração de vários tipos de tabelas de síntese direta digital. Exemplos de formatos de onda para sinais de RF/eletrocirúrgicos adequados para tratar uma variedade de tecidos gerados pelo circuito gerador incluem sinais de RF com um fator de crista alto (que podem ser utilizados para coagulação superficial no modo RF), sinais RF de fator de crista baixo (que podem ser usados para penetração no tecido mais profunda) e formas de onda que promovem coagulação de retoque eficiente. O circuito gerador pode também gerar múltiplos formatos de onda empregando uma tabela de consulta de síntese direta digital 4210 e, em tempo real, pode alternar entre formatos de onda específicos com base no efeito de tecido desejado. A alternância pode ser baseada na impedância do tecido e/ou em outros fatores.
[0405] Além dos formatos tradicionais de onda seno/cosseno, o cir cuito gerador pode ser configurado para gerar formato(s) de onda que maximiza(m) a potência no tecido por ciclo (por exemplo, onda trapezoidal ou quadrada). O circuito gerador pode fornecer formatos de ondas que são sincronizados para maximizar a potência fornecida à carga ao acionar simultaneamente sinais de RF e ultrassônicos e manter a trava de frequência ultrassônica, desde que o circuito gerador inclua uma topologia de circuito que possibilite o acionamento simultâneo de sinais de RF e ultrassônicos. Além disso, formatos de onda personalizados específicos para instrumentos e seus efeitos no tecido podem ser armazenados em uma memória não volátil (NVM) ou um EEPROM de instrumento e podem ser buscados ao conectar qualquer um dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 ao circuito gerador.
[0406] O circuito DDS 4200 pode compreender múltiplas tabelas de consulta 4104, em que a tabela de consulta 4210 armazena uma forma de onda representada por um número predeterminado de pontos de fase (também chamados de amostras), em que os pontos de fase definem um formato predeterminado da forma de onda. Dessa forma, múltiplas formas de onda que têm um formato exclusivo podem ser armazenadas em múltiplas tabelas de consulta 4210 para fornecer diferentes tratamentos de tecido com base em configurações de instrumento ou retroinformação de tecido. Exemplos de formas de onda incluem formas de onda de sinal elétrico de RF de alto fator de crista para coagulação do tecido de superfície, forma de onda de sinal elétrico RF de baixo fator de crista para penetração no tecido mais profunda e formas de onda de sinal elétrico que promovem coagulação de retoque eficiente. Em um aspecto, o circuito DDS 4200 pode criar múltiplas tabelas de consulta de formato de onda 4210 e durante um procedimento de tratamento de tecido (por exemplo, simultaneamente ou em tempo real virtual com base em ações de usuário ou sensor) alternar entre diferentes formatos de ondas armazenados em diferentes tabelas de consulta 4210 com base no efeito sobre o tecido desejado e/ou retroinformação de tecido.
[0407] Por conseguinte, a alternância entre formatos de onda po de ser baseada na impedância do tecido e outros fatores, por exemplo. Em outros aspetos, as tabelas de consulta 4210 podem armazenar formas de onda de sinal elétrico formatadas para maximizar a potência liberada no tecido por ciclo (isto é, onda trapezoidal ou quadrada). Em outros aspectos, as tabelas de consulta 4210 podem armazenar formatos de onda sincronizados de modo que elas maximizam o fornecimento de energia por qualquer um dos instrumentos cirúrgicos do sistema cirúrgico 1000 quando este fornece sinais de acionamento de RF e ultrassônicos. Ainda em outros aspectos, as tabelas de consulta 4210 podem armazenar formas de onda de sinal elétrico para acionar simultaneamente energia terapêutica e/ou subte- rapêutica ultrassônica e de RF, mantendo simultaneamente o bloqueio da frequência ultrassônica. De modo geral, o formato de onda de saída pode estar na forma de uma onda senoidal, onda cossenoi- dal, onda de pulso, onda quadrada e similares. No entanto, os formatos de onda personalizados e mais complexos específicos para diferentes instrumentos e seus efeitos teciduais podem ser armazenadas na memória não volátil do circuito gerador ou na memória não volátil (por exemplo, EEPROM) do instrumento cirúrgico e buscadas ao conectar o instrumento cirúrgico no circuito gerador. Um exemplo de um formato de onda personalizado é uma senoide exponencialmente amortecida conforme utilizada em muitas formas de onda de "coagulação" de alto fator de crista, conforme mostrado na Figura 37.
[0408] A Figura 37 ilustra um ciclo de uma forma de onda de sinal elétrico digital de tempo discreto 4300, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição, de uma forma de onda analógica 4304 (mostrada sobreposta à forma de onda de sinal elétrico digital de tempo discreto 4300 para propósitos de comparação). O eixo geométrico horizontal representa o Tempo (t) e o eixo geométrico vertical representa os pontos de fases digitais. A forma de onda de sinal elétrico digital 4300 é uma versão digital de tempo distinto da forma de onda analógica desejada 4304, por exemplo. A forma de onda de sinal elétrico digital 4300 é gerada pelo armazenamento de um ponto de fase de amplitude 4302 que representa a amplitude por ciclo de relógio Tclk sobre um ciclo ou período To. A forma de onda de sinal elétrico digital 4300 é gerada sobre um período To por qualquer circuito de processamento digital adequado. Os pontos de fase de amplitude são palavras digitais armazenadas em um circuito de memória. No exemplo ilustrado nas Figura 35 e 36, a palavra digital é uma palavra de 6 bits que é capaz de armazenar os pontos de fase de amplitude com uma resolução de 26 ou 64 bits. Será reconhecido que os exemplos mostrados nas Figuras 35 e 36 são para propósitos ilustrativos e que nas implementações atuais a resolução pode ser muito mais alta. Os pontos de fase de amplitude digital 4302 durante um ciclo To são armazenados na memória como uma cadeia de palavras em cadeia em uma tabela de consulta 4104, 4210, como descrito em conexão com as Figuras 35 e 36, por exemplo. Para gerar a versão analógica da forma de onda analógica 4304, os pontos de fase de amplitude 4302 são lidos sequencialmente a partir da memória de 0 a To por ciclo de relógio Tclk e são convertidos por um circuito DAC 4108, 4212, também descritos em conexão com as Figuras 35 e 36. Ciclos adicionais podem ser gerados pela leitura repetida dos pontos de fase de amplitude 4302 da forma de onda de sinal elétrico digital 4300 de 0 a To por tantos ciclos ou períodos conforme desejado. A versão analógica suave da forma de onda analógica 4304 é conseguida mediante a filtração da saída do circuito DAC 4108, 4212 por um filtro 4112, 4214 (Figuras 35 e 36). O sinal de saída analógico filtrado 4114, 4222 (Figuras 35 e 36) é aplicado à entrada de um amplificador de potência.
[0409] A Figura 38 é um diagrama de um sistema de controle 12950 configurado para fornecer o fechamento progressivo de um membro de fechamento (por exemplo, tubo de fechamento) quando o membro de deslocamento avança distalmente e se acopla a um braço de aperto (por exemplo, bigorna) para diminuir a carga da força de fechamento no membro de fechamento em uma velocidade desejada e diminuir a carga da força de disparo sobre o membro de disparo de acordo com um aspecto da presente descrição. Em um aspecto, o sistema de controle 12950 pode ser implementado como um controlador de retroinformação PID aninhado. Um controlador PID é um mecanismo de retroinformação do circuito de controle (controlador) para calcular continuamente um valor de erro como a diferença entre um ponto de ajuste desejado e uma variável de processo medida e aplicar uma correção com base nos termos proporcionais, integrais e derivados (às vezes indicados P, I, e D respectivamente). O sistema de controle de retroinformação do controlador PID aninhado 12950 inclui um controlador primário 12952, em um circuito de realimenta- ção (externo) primário 12954 e um controlador secundário 12955 em um circuito de realimentação (interno) secundário 12956. O controlador primário 12952 pode ser um controlador PID 12972, conforme mostrado na Figura 39, e o controlador secundário 12955 também pode ser um controlador PID 12972, conforme mostrado na Figura 39. O controlador primário 12952 controla um processo primário 12958 e o controlador secundário 12955 controla um processo secundário 12960. A saída 12966 do processador primário 12958 é subtraída de um ponto de ajuste primário P 1 por um primeiro somador 12962. O primeiro somador 12962 produz um único sinal de soma de saída que é aplicado ao controlador primário 12952. A saída do controlador primário 12952 é o ponto de ajuste secundário SP2. A saída 12968 do processador secundário 12960 é subtraída de um ponto de ajuste primário SP2 por um primeiro somador 12964.
[0410] No contexto de controlar o deslocamento de um tubo de fe chamento, o sistema de controle 12950 pode ser configurado de modo que o ponto de ajuste primário SP1 é um valor de força de fechamento desejado e o controlador primário 12952 é configurado para receber a força de fechamento a partir de um sensor de torque acoplado à saída de um motor de fechamento e determinar uma velocidade do motor do ponto de ajuste SP2 para o motor de fechamento. Em outros aspectos, a força de fechamento pode ser medida com medidores de esforço, células de carga, ou outros sensores de força adequados. O ponto de ajuste da velocidade do motor de fechamento SP2 é comparado à velocidade real do tubo de fechamento, que é determinada pelo controlador secundário 12955. A velocidade real do tubo de fechamento pode ser medida mediante comparação do deslocamento do tubo de fechamento com o sensor de posição e a medição do tempo decorrido com um temporiza- dor/contador. Outras técnicas, como codificadores lineares ou giratórios podem ser usadas para medir o deslocamento do tubo de fechamento. A saída 12968 do processo secundário 12960 é a velocidade real do tubo de fechamento. Esta saída da velocidade do tubo de fechamento 12968 é fornecida ao processador primário 12958 que determina a força que atua sobre o tubo de fechamento e é alimentada de volta ao somador 12962, que subtrai a força de fechamento medida do ponto de ajuste primário SP1. O ponto de ajuste principal SP1 pode ser um limiar superior ou um limiar inferior. Com base na saída do somador 12962, o controlador primário 12952 controla a velocidade e direção do motor de fechamento. O controlador secundário 12955 controla a velocidade do motor de fechamento com base na velocidade real do tubo de fechamento medida pelo processo secundário 12960 e o ponto de ajuste secundário SP2, que é com base em uma comparação dos limiares superior e inferior da força de disparo e da força de disparo real.
[0411] A Figura 39 ilustra um sistema de controle de retroinforma- ção por PID 12970, de acordo com um aspecto desta descrição. O controlador primário 12952 ou o controlador secundário 12955, ou ambos, podem ser implementados como um controlador PID 12972. Em um aspecto, o controlador PID 12972 pode compreender um elemento proporcional 12974 (P), um elemento integral 12976 (I), e um elemento de derivativo 12978 (D). As saídas dos elementos P, I e D 12974, 12976, 12978 são somadas por um somador 12986, que fornece a variável de controle μ(t) ao processo 12980. A saída do processo 12980 é a variável de processo y(t). Um somador 12984 calcula a diferença entre um ponto de ajuste desejado r(t) e uma variável de processo y(t) medida. O controlador PID 12972 continuamente calcula um valor de erro e(t) (por exemplo, a diferença entre o limiar da força de fechamento e a força de fechamento medida) como a diferença entre um ponto de ajuste desejado r(t) (por exemplo, o limiar de força de fechamento) e a variável de processo medida y(t) (por exemplo, a velocidade e direção do tubo de fechamento) e aplica uma correção com base nos termos proporcional, integral e derivativo calculados pelo elemento proporcional 12974 (P), o elemento integral 12976 (I), e o elemento derivativo 12978 (D), respectivamente. O controlador PID 12972 tenta minimizar o erro e(t) ao longo do tempo mediante o ajuste da variável de controle μ(t) (por exemplo, a velocidade e direção do tubo de fechamento).
[0412] De acordo com o algoritmo PID, o elemento "P" 12974 re presenta os valores presentes do erro. Por exemplo, se o erro for grande e positivo, a saída de controle também será grande e positiva. De acordo com a presente descrição, o termo de erro e(t) é a diferentes entre a força de fechamento desejada e força de fechamento medida do tubo de fechamento. O elemento "I" 12976 representa os valores passados do erro. Por exemplo, se a saída de corrente não for suficientemente forte, a integral do erro irá se acumular ao longo do tempo, e o controlador responderá aplicando uma ação mais forte. O elemento "D" 12978 representa possíveis tendências futuras do erro, com base na sua taxa real de alteração. Por exemplo, continuando o exemplo P acima, quando a saída de controle positivo grande consegue trazer o erro mais próximo de zero, ela coloca também o processo em um modo de grande erro negativo no futuro próximo. Neste caso, a derivativa torna-se negativa e o módulo D reduz a força da ação para evitar este excesso.
[0413] Será entendido que outras variáveis e os pontos de ajuste podem ser monitorados e controlados de acordo com os sistemas de controle de retroinformação 12950, 12970. Por exemplo, o algoritmo de controle da velocidade do membro de fechamento adaptável aqui descrito pode mediar pelo menos dois dos seguintes parâmetros: o local de curso do membro de disparo, a carga do membro de disparo, o deslocamento do elemento de corte, a velocidade de elemento de corte, o local de curso do tubo de fechamento, a carga do tubo de fechamento, entre outros.
[0414] Os dispositivos cirúrgicos ultrassônicos, como bisturis ultras- sônicos, estão encontrando aplicações cada vez mais amplamente difundida em procedimentos cirúrgicos, em razão de suas características de desempenho exclusivas. Dependendo de configurações e parâmetros operacionais específicos do dispositivo, os dispositivos cirúrgicos ultras- sônicos podem oferecer, de maneira substancialmente simultânea, tran- secção de tecidos e homeostase por coagulação, desejavelmente minimizando o trauma do paciente. Um dispositivo cirúrgico ultrassônico pode compreender uma empunhadura contendo um transdutor ultrassônico, e um instrumento acoplado ao transdutor ultrassônico tendo um atuador de extremidade montado distalmente (por exemplo, uma ponta de lâmina) para cortar e vedar o tecido. Em alguns casos, o instrumento pode estar permanentemente fixado à empunhadura. Em outros casos, o instrumento pode ser separável da empunhadura, como no caso de um instrumento descartável ou um instrumento intercambiável. O atuador de extremidade transmite energia ultrassônica aos tecidos colocados em contato com o mesmo, para realizar a ação de corte e cauterização. Os dispositivos cirúrgicos ultrassônicos dessa natureza podem ser configurados para uso em procedimentos cirúrgicos abertos, laparoscópicos ou endoscópi- cos, inclusive procedimentos roboticamente assistidos.
[0415] A energia ultrassônica corta e coagula os tecidos com o uso de temperaturas mais baixas que aquelas usadas em procedimentos eletrocirúrgicos e pode ser transmitida ao atuador de extremidade por um gerador ultrassônico em comunicação com a empunha- dura. Vibrando em altas frequências (por exemplo, 55.500 ciclos por segundo), a lâmina ultrassônica desnatura a proteína presente nos tecidos para formar um coágulo pegajoso. A pressão exercida sobre os tecidos pela superfície da lâmina achata os vasos sanguíneos e possibilita que o coágulo forme um selo hemostático. Um cirurgião pode controlar a velocidade de corte e coagulação por meio da força aplicada aos tecidos pelo atuador de extremidade, do tempo durante o qual a força é aplicada e do nível de excursão selecionado para o atuador de extremidade.
[0416] O transdutor ultrassônico pode ser modelado como um cir cuito equivalente que compreende uma primeira ramificação que tem uma capacitância estática e uma segunda ramificação "em movimento" que tem uma indutância, resistência e capacitância conectadas em série que definem as propriedades eletromecânicas de um ressonador. Os geradores ultrassônicos conhecidos podem incluir um indutor de sintonia para cancelar a capacitância estática a uma frequência de ressonância de modo que substancialmente toda a corrente do sinal de acionamento do gerador flua para a ramificação em movimento. Consequentemente, mediante o uso de um indutor de sintonia, a corrente do sinal de acionamento do gerador representa a corrente da ramificação em movimento, e o gerador é dessa forma capaz de controlar seu sinal de acionamento para manter a frequência de ressonância do transdutor ultrassônico. O indutor de sintonia pode também transformar a curva da impedância de fase do transdutor ultrassônico para otimizar as capacidades de travamento de frequência do gerador. Entretanto, o indutor de sintonia precisa ser combinado com a capaci- tância estática específica de um transdutor ultrassônico na frequência de ressonância operacional. Em outras palavras, um transdutor ultras- sônico diferente tendo uma capacitância estática diferente precisa de um indutor de sintonia.
[0417] Adicionalmente, em algumas arquiteturas de gerador ul- trassônico, o sinal de acionamento do gerador apresenta distorção harmônica assimétrica que complica as medições de magnitude e fase da impedância. Por exemplo, a exatidão das medições de fase da im- pedância pode ser reduzida devido à distorção harmônica nos sinais de corrente e tensão.
[0418] Além disso, a interferência eletromagnética em ambientes ruidosos diminui a capacidade do gerador de manter o travamento na frequência de ressonância do transdutor ultrassônico, aumentando a probabilidade de entradas inválidas do algoritmo de controle.
[0419] Os dispositivos eletrocirúrgicos para aplicação de energia elétrica a tecidos de modo a tratar e/ou destruir os ditos tecidos estão também encontrando aplicações cada vez mais amplamente disseminadas em procedimentos cirúrgicos. Um dispositivo eletrocirúrgico pode compreender uma empunhadura e um instrumento que tem um atuador de extremidade distalmente montado (por exemplo, um ou mais eletrodos). O atuador de extremidade pode ser posicionado contra o tecido, de modo que a corrente elétrica seja introduzida no tecido. Os dispositivos eletrocirúrgicos podem ser configurados para funcionamento bipolar ou monopolar. Durante o funcionamento bipolar, a corrente é introduzida no tecido e retornada a partir do mesmo pelos eletrodos ativos e de retorno, respectivamente, do atuador de extremidade. Durante o funcionamento monopolar, uma corrente é introduzida no tecido por um eletrodo ativo do atuador de extremidade e retornada através de um eletrodo de retorno (por exemplo, uma placa de aterramento) separada-mente situada no corpo do paciente. O calor gerado pela corrente que flui através do tecido pode formar selagens hemostáticas no interior do tecido e/ou entre tecidos e, dessa forma, pode ser particularmente útil para cauterização de vasos sanguíneos, por exemplo. O atuador de extremidade de um dispositivo eletrocirúrgico pode também compreender um membro de corte que é capaz de mover-se em relação ao tecido e aos eletrodos, para transeccionar o tecido.
[0420] A energia elétrica aplicada por um dispositivo eletrocirúrgico pode ser transmitida ao instrumento por um gerador em comunicação com a empunhadura. A energia elétrica pode estar sob a forma de energia de radiofrequência (RF). A energia de RF é uma forma de energia elétrica que pode estar na faixa de frequências de 300 kHz a 1 MHz, conforme descrito em EN60601-2-2:2009+A11:2011, Definição 201.3.218 - ALTA FREQUÊNCIA. Por exemplo, a frequência em aplicações de RF monopolar pode ser tipicamente restrita a menos do que 5 MHz. Entretanto, em aplicações de RF bipolar, a frequência pode se quase qualquer uma. Frequências acima de 200 kHz são tipicamente usadas para aplicações monopolares a fim de evitar o estímulo indese- jado dos nervos e músculos que resultaria do uso de uma corrente de frequência baixa. Frequências inferiores podem ser usadas para técnicas bipolares se uma análise de risco mostrar que a possibilidade de estímulo neuromuscular foi mitigada até um nível aceitável. Normalmente, frequências acima de 5 MHz não são usadas, a fim de minimizar problemas associados correntes de dispersão de alta frequência. É geralmente aceito que 10 mA é o limiar inferior dos efeitos térmicos em tecido.
[0421] Durante esta operação, um dispositivo eletrocirúrgico pode transmitir energia de RF em baixa frequência através do tecido, o que causa atrito, ou agitação iônica, ou seja, aquecimento resistivo, o que, portanto, aumenta a temperatura do tecido. Devido ao fato de que um contorno preciso pode ser criado entre o tecido afetado e o tecido circundante, os cirurgiões podem operar com um alto nível de precisão e controle, sem sacrificar o tecido adjacente não alvo. As baixas temperaturas de operação da energia de RF podem ser úteis para remoção, encolhimento ou escultura de tecidos moles enquanto, simultaneamente, cauterizam os vasos sanguíneos. A energia de RF pode funcionar particularmente bem no tecido conjuntivo, que compreende principalmente colágeno e encolhe quando entra em contato com calor.
[0422] Devido a suas necessidades únicas de sinal de acionamen to, detecção e retroinformação, dispositivos ultrassônicos e eletrocirúr- gicos geralmente exigem diferentes geradores. Adicionalmente, nos casos em que o instrumento é descartável ou intercambiável com uma empunhadura, os geradores ultrassônicos e eletrocirúrgicos estão limitados em sua capacidade de reconhecer a configuração do instrumento específico sendo usado e de otimizar processos de controle e diagnóstico em conformidade. Além disso, o acoplamento capacitivo entre os circuitos não isolados e isolados, de paciente, do gerador, especialmente nos casos em que tensões e frequências mais altas são usadas, pode resultar na exposição de um paciente a níveis inaceitáveis de corrente de fuga.
[0423] Além disso, devido a suas necessidades únicas de sinal de acionamento, detecção e retroinformação, os dispositivos ultrassônicos e eletrocirúrgicos geralmente exigem diferentes interface de usuário para os diferentes geradores. Em tais dispositivos ultrassônicos e eletrocirúr- gicos convencionais, uma interface de usuário é configurada para uso com um instrumento ultrassônico ao passo que uma interface de usuário diferente pode ser configurada para uso com um instrumento eletrocirúr- gico. Tais interfaces de usuário incluem interfaces de usuário ativadas pela mão e/ou pé, como chaves ativadas pela mão e/ou chaves ativadas pelo pé. Quando vários aspectos de geradores combinados para uso tanto com instrumentos ultrassônicos como com instrumentos eletrocirúrgi- cos são contemplados na subsequente descrição, interfaces de usuário adicionais que são configuradas para operar com geradores de instrumentos ultrassônicos tanto quanto eletrocirúrgicos também são contempladas.
[0424] Interfaces de usuário adicionais para fornecer retroinforma- ção, se ao usuário ou a outra máquina, são contemplados na subsequente descrição para fornecer retroinformação que indica um modo de operação ou status de um instrumento ultrassônico e/ou eletrocirúr- gico. Fornecer retroinformação ao usuário e/ou à máquina para operar um instrumento ultrassônico e/ou eletrocirúrgico em combinação exigirá fornecer retroinformação sensorial a um usuário e retroinformação elétrica/mecânica/eletromecânica a uma máquina. Os dispositivos de retroinformação que incorporam dispositivos de retroinformação visual (por exemplo, uma Tela de exibição de LCD, indicadores de LED), dispositivos de retroinformação de áudio (por exemplo, um alto-falante, uma campainha) ou dispositivos de retroinformação tátil (por exemplo, atuadores hápticos) para uso em instrumentos ultrassônicos e/ou ele- trocirúrgicos combinados são contemplados na subsequente descrição.
[0425] Outros instrumentos cirúrgicos elétricos incluem, sem limita ção, eletroporação irreversível e/ou reversível, e/ou tecnologias de micro-ondas, entre outras. Consequentemente, as técnicas aqui reveladas são aplicáveis a RF ultrassônica, bipolar ou monopolar, (eletrocirúrgica), ele- troporação irreversível e/ou reversível e/ou instrumentos cirúrgicos baseados em micro-ondas, entre outros.
[0426] Vários aspectos são direcionados a dispositivos cirúrgicos ultrassônicos aprimorados, dispositivos eletrocirúrgicos e geradores para uso com os mesmos. Os aspectos dos dispositivos cirúrgicos ul- trassônicos podem ser configurados para transeccionar e/ou coagular o tecido durante procedimentos cirúrgicos, por exemplo. Os aspectos dos dispositivos eletrocirúrgicos podem ser configurados para transec- cionar, coagular, escalonar, soldar e/ou dessecar o tecido durante procedimentos cirúrgicos, por exemplo.
[0427] Os aspectos do gerador utilizam amostragem analógica pa ra digital de alta velocidade (por exemplo, aproximadamente 200 x excesso de amostragem, dependendo da frequência) da corrente e tensão do sinal de acionamento do gerador, juntamente com processamento de sinal digital, para fornecer inúmeras vantagens e benefícios sobre as arquiteturas do gerador conhecidas. Em um aspecto, por exemplo, com base em dados de retroinformação de corrente e tensão, um valor da capacitância estática do transdutor ultrassônico, e um valor da frequência do sinal de acionamento, o gerador pode determinar a corrente da ramificação de movimento de um transdutor ultras- sônico. Isso fornece o benefício de um sistema virtualmente ajustado e simula a presença de um sistema que é ajustado ou ressonante com qualquer valor da capacitância estática (por exemplo, C0 na Figura 25) em qualquer frequência. Consequentemente, o controle da corrente de ramificação do movimento pode ser realizado mediante o cancelamento dos efeitos da capacitância estática sem a necessidade de um indutor de sintonia. Adicionalmente, a eliminação do indutor de sintonia não pode degradar as capacidades de travamento de frequência do gerador, já que o travamento de frequência pode ser realizado mediante o processamento adequado dos dados de retroinformação de cor-rente e tensão.
[0428] A amostragem analógica para digital de alta velocidade da corrente e da tensão do sinal de acionamento do gerador, juntamente com o processamento de sinal digital, também pode possibilitar a filtragem digital precisa das amostras. Por exemplo, aspectos do gerador podem utilizar um filtro digital passa baixo (por exemplo, um filtro de resposta finita ao impulso (FIR) que rola fora entre uma frequência do sinal de acionamento fundamental e uma harmônica de segunda ordem para reduzir a distorção harmônica assimétrica e o ruído induzido por EMI nas amostras de retroinformação de corrente e tensão. As amostras de retroinformação de corrente e tensão filtradas representam substancialmente a frequência do sinal de acionamento fundamental, permitindo assim uma medição mais acurada da fase da impedância em relação à frequência do sinal de acionamento fundamental e um aprimoramento na capacidade do gerador de manter o travamento da frequência de ressonância. A exatidão da medição de fase da impedância pode ser ainda otimizada mediante cálculo da média das medições da borda descida e da borda de descida, e mediante a regulação da fase da impedância medida a 0°.
[0429] Vários aspectos do gerador podem também utilizar a amos tragem analógica para digital de alta velocidade da corrente e tensão do sinal de acionamento do gerador, juntamente com o processamento de sinal digital, para determinar o consumo de energia real e outras quantidades com um alto grau de precisão. Isso pode permitir que o gerador implemente inúmeros algoritmos úteis, como, por exemplo, controlar a quantidade de potência aplicada ao tecido conforme a impedância do tecido se altera e controlar a aplicação de energia para manter uma taxa constante de aumento na impedância do tecido. Alguns desses algoritmos são usados para determinar a diferença de fase entre os sinais de corrente e tensão do sinal de acionamento do gerador. Na ressonância, a diferença de fase entre os sinais de corrente e tensão é zero. A fase se altera conforme o sistema ultrassônico sai de ressonância. Vários algoritmos podem ser usados para detectar a diferença de fase e ajustar a frequência de acionamento até que o sistema ultrassônico retorna à ressonância, isto é, a diferença de fase entre os sinais de corrente e tensão chega a zero. As informações de fase também podem ser usadas para inferir as condições da lâmina ultrassônica. Conforme discutido com par-ticularidade abaixo, a fase se altera como função da temperatura da lâmina ultrassônica. Portanto, as informações de fase podem ser usadas para controlar a temperatura da lâmina ultrassônica. Isso pode ser feito, por exemplo, mediante a redução da potência fornecida à lâmina ultras- sônica quando a lâmina ultrassônica está muito quente e mediante aumento da potência aplicada à lâmina ultrassônica quando a lâmina ul- trassônica está muito fria.
[0430] Vários aspectos do gerador podem ter uma faixa ampla de frequências e potência aumentada de saída necessária para acionar os dispositivos cirúrgicos ultrassônicos e os dispositivos eletrocirúrgicos. Quanto menor a tensão, maior a demanda de corrente dos dispositivos eletrocirúrgicos pode ser atendida por uma derivação dedicada em um transformador de potência de banda larga, eliminando assim a necessidade por um amplificador de potência e um transformador de saída separados. Além disso, os circuitos de detecção e retroinformação do gerador podem suportar uma ampla faixa dinâmica que atende às necessidades das aplicações ultrassônicas e das aplicações eletrocirúrgicas com mínima distorção.
[0431] Vários aspectos podem fornecer um meio simples e eco nômico para o gerador ler e opcionalmente gravar em um circuito de dados (por exemplo, um dispositivo de barramento de um único fio, como uma EEPROM de protocolo de um único fio, conhecido sob o nome comercial "1-Wire") disposto em um instrumento fixado à em- punhadura com o uso de cabos multicondutores de gera- dor/empunhadura existentes. Dessa forma, o gerador é capaz de recuperar e processar dados específicos do instrumento a partir de um instrumento fixado à empunhadura. Isso pode permitir que o gerador forneça melhor controle e diagnóstico e detecção de erro aprimorados. Adicionalmente, a capacidade do gerador de gravar dados no instrumento possibilita uma nova funcionalidade em termos de, por exemplo, rastreamento do uso do instrumento e captura de dados operacionais. Além disso, o uso da faixa de frequências permite a compatibilidade com versões anteriores de instrumentos contendo um dispositivo de barramento com geradores existentes.
[0432] Aspectos descritos do gerador fornecem cancelamento ativo da corrente de fuga causados pelo acoplamento capacitivo não intencional entre circuitos não isolados e isolados, do paciente, do gerador. Além de reduzir os riscos ao paciente, a redução da corrente de fuga pode também diminuir as emissões eletromagnéticas.
[0433] A Figura 40 é um diagrama de sistema 7400 de um circuito segmentado 7401 que compreende uma pluralidade de segmentos de circuito operados independentemente 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Um segmento de circuito da pluralidade de segmentos de circuito do circuito segmentado 7401 compreende um ou mais circuitos e um ou mais conjuntos de instruções executáveis por máquina armazenados em um ou mais dispositivos de memória. O um ou mais circuitos de um segmento de circuito são acoplados para comunicação elétrica através de um ou mais meios de conexão com ou sem fio. A pluralidade de segmentos de circuito é configurada para realizar a transição entre três modos compreendendo um modo suspenso, um modo de espera e um modo operacional.
[0434] Em um aspecto mostrado, a pluralidade de segmentos de circuito 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440 começa, em primeiro lugar, no modo de espera, em segundo lugar, passa para o modo suspenso e em terceiro lugar, passa para o modo operacional. Entretanto, em outros aspectos, a pluralidade de segmentos de circuito pode realizar a transição de qualquer um dos três modos para qualquer um dos outros três modos. Por exemplo, a pluralidade de segmentos de circuito pode realizar a transição diretamente do modo de espera para o modo operacional. Segmentos de circuito individuais podem ser colocados em um estado específico pelo circuito de controle de tensão 7408 com base na execução, por um processador de instruções executáveis em máquina. Os estados compreendem um estado desenergizado, um estado de baixa energia e um estado energiza- do. O estado desenergizado corresponde ao modo suspenso, o estado de baixa energia corresponde ao modo de espera e o estado energi- zado corresponde ao modo operacional. A transição para o estado de baixa energia pode ser atingida, por exemplo, mediante o uso de um potenciômetro.
[0435] Em um aspecto, a pluralidade de segmentos de circuito 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440 pode realizar a transição do modo suspenso ou do modo de espera para o modo operacional de acordo com uma sequência de energização. A pluralidade de segmentos de circuito pode também realizar a transição do modo operacional para o modo de espera ou para o modo suspenso de acordo com a sequência de desenergização. A sequência de energização e a sequência de dese- nergização podem ser diferentes. Em alguns aspectos, a sequência de energização compreende a energização de apenas um subconjunto de segmentos de circuito da pluralidade de segmentos de circuito. Em alguns aspectos, a sequência de desenergização compreende a desener- gização de apenas um subconjunto de segmentos de circuito da pluralidade de segmentos de circuito.
[0436] Novamente com referência ao diagrama de sistema 7400 na Figura 40, o circuito segmentado 7401 compreende uma pluralidade de segmentos de circuito que compreendem um segmento de circuito de transição 7402, um segmento de circuito de processador 7414, um segmento de circuito de empunhadura 7416, um segmento de circuito de comunicação 7420, um segmento de circuito de tela 7424, um segmento de circuito de controle do motor 7428, um segmento de circuito de tratamento de energia 7434 e um segmento de circuito de eixo de acionamento 7440. O segmento de circuito de transição compreende um circuito de ativação 7404, um circuito de amplificação de corrente 7406, um circuito de controle de tensão 7408, um controlador de segurança 7410 e um controlador de POST 7412 ("Power On Self-Test", ou autoteste de ativação). O segmento de circuito de transição 7402 é configurado para implementar uma sequência de desenergização e uma sequência de energização, um protocolo de detecção de segurança e um POST.
[0437] Em alguns aspectos, o circuito de ativação 7404 compreende um sensor de botão de acelerômetro 7405. Em aspectos, o segmento de circuito de transição 7402 é configurado para estar em um estado energi- zado, enquanto outros segmentos de circuito da pluralidade de segmentos de circuito do circuito segmentado 7401 são configurados para estar em um estado de baixa energia, um estado desenergizado ou um estado energizado. O sensor de botão do acelerômetro 7405 pode monitorar o movimento ou a aceleração do instrumento cirúrgico 6480 descrito na presente invenção. Por exemplo, o movimento pode ser uma alteração na orientação ou rotação do instrumento cirúrgico. O instrumento cirúrgico pode ser movimentado em qualquer direção em relação a um espaço euclidiano tridimensional, por exemplo, por um usuário do instrumento cirúrgico. Quando o sensor de botão de acelerômetro 7405 detecta movimento ou aceleração, o sensor de botão de acelerômetro 7405 envia um sinal para o circuito de controle de tensão 7408 para fazer com que o circuito de controle de tensão 7408 aplique tensão ao segmento de circuito de processador 7414 para realizar a transição do processador e de uma a memória volátil para um estado energizado. Nos aspectos, o processador e a memória volátil estão em um estado energizado antes do circuito de controle de tensão 7409 aplicar tensão ao processador e à memória volátil. No modo operacional, o processador pode iniciar uma sequência de energização ou uma sequência de desenergização. Em vários aspectos, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode também enviar um sinal ao processador para fazer com que o processador inicie uma sequência de energização ou uma sequência de desenergização. Em alguns aspectos, o processador inicia uma sequência de energização quando a maioria dos segmentos de circuito individuais estão em um estado de baixa energia ou em um estado desenergizado. Em outros aspectos, o processador inicia uma sequência de desenergização quando a maioria dos segmentos de circuito individuais estiver em um estado energizado.
[0438] Adicional ou alternativamente, o sensor de botão do acele- rômetro 7405 pode detectar o movimento externo dentro de uma vizinhança predeterminada do instrumento cirúrgico. Por exemplo, o sensor de botão do acelerômetro 7405 pode detectar o movimento da mão de um usuário do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito, que se move dentro da vizinhança predeterminada. Quando o sensor de botão de acelerômetro 7405 detecta esse movimento externo, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode enviar um sinal ao circuito de controle de tensão 7408 e um sinal ao processador, conforme anteriormente descrito. Após receber o sinal enviado, o processador pode iniciar uma sequência de energização ou uma sequência de desenergi- zação para fazer a transição de um ou mais segmentos de circuito entre os três modos. Nos aspectos, o sinal enviado para o circuito de controle de tensão 7408 é enviado para verificar se o processador está em modo operacional. Em alguns aspectos, o sensor de botão de ace- lerômetro 7405 pode detectar quando o instrumento cirúrgico foi deixado cair e enviar um sinal ao processador com base na queda detectada. Por exemplo, o sinal pode indicar um erro na operação de um segmento de circuito individual. Um ou mais sensores podem detectar danos ou falhas dos segmentos de circuito individuais afetados. Com base no dano ou na falha detectada, o controlador de POST 7412 pode realizar um POST dos segmentos de circuito individuais correspondentes.
[0439] Uma sequência de energização ou uma sequência de de- senergização pode ser definida com base no sensor de botão de ace- lerômetro 7405. Por exemplo, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode detectar um movimento específico ou uma sequência de movimentos que indica a seleção de um segmento de circuito específico dentre a pluralidade de segmentos de circuito. Com base no movimento detectado ou na série de movimentos detectados, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode transmitir um sinal compreendendo uma indicação de um ou mais segmentos de circuito da pluralidade de segmentos de circuito ao processador quando o processador está em um estado energizado. Com base no sinal, o processador determina uma sequência de energização compreendendo o um ou mais segmentos de circuito selecionados. Adicional ou alternativamente, um usuário dos instrumentos cirúrgicos 6480 aqui descritos pode selecionar uma quantidade e a ordem dos segmentos de circuito para definir uma sequência de energização ou uma sequência de desenergização com base na interação com uma interface gráfica de usuário (GUI) do instrumento cirúrgico.
[0440] Em vários aspectos, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode enviar um sinal ao circuito de controle de tensão 7408 e um sinal ao processador apenas quando o sensor de botão de acelerôme- tro 7405 detecta movimento do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito ou o movimento externo dentro de uma vizinhança predeterminada acima de um limiar predeterminado. Por exemplo, um sinal só pode ser enviado se o movimento for detectado durante 5 ou mais segundos ou se o instrumento cirúrgico for movido 5 ou mais polegadas. Em outros aspectos, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode enviar um sinal ao circuito de controle de tensão 7408 e um sinal ao processador apenas quando o sensor de botão de acelerômetro 7405 detecta movimento oscilatório do instrumento cirúrgico. Um limiar predeterminado reduz a transição involuntária dos segmentos de circuito do instrumento cirúrgico. Conforme anteriormente descrito, a transição pode compreender uma transição para o modo operacional de acordo com uma sequência de energização, uma transição para o modo de baixa energia de acordo com uma sequência de desenergização, ou uma transição para o modo suspenso de acordo com uma sequência de desenergização. Em alguns aspectos, o instrumento cirúrgico compre- ende um atuador que pode ser atuado por um usuário do instrumento cirúrgico. A atuação é detectada pelo sensor de botão de acelerômetro 7405. O atuador pode ser um elemento deslizante, uma chave de alternância ou uma chave de contato momentâneo. Com base na atuação detectada, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode enviar um sinal ao circuito de controle de tensão 7408 e um sinal ao processador.
[0441] O circuito de amplificação de corrente 7406 é acoplado à bateria. O circuito de amplificação de corrente 7406 é um amplificador de corrente, como um relé ou transístor, e é configurado para amplificar a magnitude de uma corrente de um segmento de circuito individual. A magnitude da corrente inicial corresponde à tensão da fonte fornecida pela bateria ao circuito segmentado 7401. Relés adequados incluem solenoides. Transístores adequados incluem transístores de efeito de campo (FET), MOSFET e transístores de junção bipolar (BJT). O circuito de amplificação de corrente 7406 pode amplificar a magnitude da corrente correspondente a um segmento de circuito individual ou ao circuito que exige mais extração de corrente durante a operação dos instrumentos cirúrgicos 6480 aqui descritos. Por exemplo, um aumento na corrente para o segmento de circuito de controle do motor 7428 pode ser fornecido quando um motor do instrumento cirúrgico exige mais potência de entrada. O aumento na corrente fornecida a um segmento de circuito individual pode causar uma redução correspondente na corrente de um outro segmento de circuito ou segmentos de circuito. Adicional ou alternativamente, o aumento na corrente pode corresponder à tensão fornecida por uma fonte de tensão adicional que opera em conjunto com a bateria.
[0442] O circuito de controle de tensão 7408 é acoplado à bateria. O circuito de controle de tensão 7408 é configurado para fornecer tensão ou remover tensão da pluralidade de segmentos de circuito. O circuito de controle de tensão 7408 é também configurado para aumentar ou reduzir uma tensão fornecida a uma pluralidade de segmentos de circuito do circuito segmentado 7401. Em vários aspectos, o circuito de controle de tensão 7408 compreende um circuito lógico combinacional como um mul- tiplexador (MUX) para selecionar as entradas, uma pluralidade de chaves eletrônicas e uma pluralidade de conversores de tensão. Uma chave eletrônica da pluralidade de chaves eletrônicas pode ser configurada para alternar entre uma configuração aberta e uma fechada para desconectar ou conectar um segmento de circuito individual à bateria ou a partir dela. A pluralidade de chaves eletrônicas pode consistir em dispositivos em estado sólido como transístores ou outros tipos de chaves, como chaves sem fio, chaves ultrassônicas, acelerômetros, sensores de inércia, entre outros. O circuito lógico combinacional é configurado para selecionar uma chave eletrônica individual para realizar o chaveamento para uma configuração aberta para permitir a aplicação de tensão ao segmento de circuito correspondente. O circuito lógico combinado é, também, configurado para selecionar uma chave eletrônica individual para realizar o cha- veamento para uma configuração fechada para permitir a remoção da tensão do segmento de circuito correspondente. Mediante a seleção de uma pluralidade de chaves eletrônicas individuais, o circuito lógico combinado pode implementar uma sequência de desenergização ou uma sequência de energização. A pluralidade de conversores de tensão pode fornecer uma tensão escalonada ascendente ou uma tensão escalonada descendente a uma pluralidade de segmentos de circuito. O circuito de controle de tensão 7408 pode compreender também um microprocessador e um dispositivo de memória.
[0443] O controlador de segurança 7410 é configurado para realizar verificações de segurança nos segmentos de circuito. Em alguns aspectos, o controlador de segurança 7410 realiza as verificações de segurança quando um ou mais segmentos de circuito individuais estão no modo operacional. As verificações de segurança podem ser realizadas para determinar se há ou não quaisquer erros ou defeitos no funcionamento ou operação dos segmentos de circuito. O controlador de segurança 7410 pode monitorar um ou mais parâmetros da pluralidade de segmentos de circuito. O controlador de segurança 7410 pode verificar a identidade e a operação da pluralidade de segmentos de circuito mediante a comparação do um ou mais parâmetros com parâmetros predefinidos. Por exemplo, se uma modalidade de energia de RF for selecionada, o controlador de segurança 7410 pode verificar se um parâmetro de articulação do eixo de acionamento corresponde a um parâmetro de articulação predefinido para verificar a operação da modalidade de energia de RF do instrumento cirúrgico 6480 descritos na presente invenção. Em alguns aspectos, o controlador de segurança 7410 pode monitorar, por meio dos sensores, uma relação predeterminada entre uma ou mais propriedades do instrumento cirúrgico para detectar um defeito. Um defeito pode ocorrer quando a uma ou mais propriedades são inconsistentes com a relação predeterminada. Quando o controlador de segurança 7410 determina que existe uma falha, um erro ou que alguma operação da plu-ralidade de segmentos de circuito não foi verificada, o controlador de se-gurança 7410 impede ou desabilita a operação do segmento de circuito específico onde o defeito, erro ou falha de verificação foi originado.
[0444] O controlador de POST 7412 realiza um POST para verifi car a operação adequada da pluralidade de segmentos de circuito. Em alguns aspectos, o POST é executado para um segmento de circuito individual dentre a pluralidade de segmentos de circuito antes que o circuito de controle de tensão 7408 aplique uma tensão ao segmento de circuito individual para realizar a transição do segmento de circuito individual do modo de espera ou do modo suspenso para o modo operacional. Se o segmento de circuito individual não passar no POST, o segmento de circuito específico não realiza a transição do modo de espera ou do modo suspenso para o modo operacional. O POST do segmento de circuito de empunhadura 7416 pode compreender, por exemplo, testar se os sensores de controle de empu- nhadura 7418 detectam uma atuação de um controle de empunhadu- ra do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito. Em alguns aspectos, o controlador de POST 7412 pode transmitir um sinal para o sensor de botão de acelerômetro 7405 para verificar a operação do segmento de circuito individual como parte do POST. Por exemplo, depois de receber o sinal, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode instruir um usuário do instrumento cirúrgico a mover o instrumento cirúrgico para uma pluralidade de locais diferentes para confirmar a operação do instrumento cirúrgico. O sensor de botão de acelerômetro 7405 pode também monitorar uma saída de um segmento de circuito ou um circuito de um segmento de circuito como parte do POST. Por exemplo, o sensor de botão de acelerômetro 7405 pode detectar um pulso de motor incremental gerado pelo motor 7432 para verificar a operação. Um controlador de motor do circuito de controle do motor 7430 pode ser utilizado para controlar o motor 7432 para gerar o pulso de motor incremental.
[0445] Em vários aspectos, o instrumento cirúrgico 6480 aqui des crito pode compreender sensores de botão de acelerômetro adicionais. O controlador de POST 7412 pode também executar um programa de controle armazenado no dispositivo de memória do circuito de controle de tensão 7408. O programa de controle pode fazer com que o controlador de POST 7412 transmita um sinal solicitando um parâmetro criptografado correlacionado proveniente de uma pluralidade de segmentos de circuito. A falha no recebimento de um parâmetro criptografado correlacionado de um segmento de circuito individual indica ao controlador de POST 7412 que o segmento de circuito correspondente está danificado ou com defeito. Em alguns aspectos, se o controlador de POST 7412 determinar, com base no POST, que o processador está danificado ou com defeito, o con-trolador de POST 7412 pode enviar um sinal a um ou mais processadores secundários para fazer com que um ou mais processadores secundários realizem funções críticas que o processador não é capaz de realizar. Em alguns aspectos, se o controlador de POST 7412 determinar, com base no POST, que um ou mais segmentos de circuito não operam adequadamente, o controlador de POST 7412 pode iniciar um modo de desempenho reduzido dos segmentos de circuito que operam adequadamente e, ao mesmo tempo, bloquear os segmentos de circuito que não passam no POST ou que não operam adequadamente. Um segmento de circuito bloqueado pode funcionar de modo similar a um segmento de circuito em modo de espera ou modo suspenso.
[0446] O segmento de circuito de processador 7414 compreende o processador e a memória volátil. O processador é configurado para iniciar uma sequência de energização ou uma sequência de desenergização. Para iniciar a sequência de energização, o processador transmite um sinal de energização ao circuito de controle de tensão 7408 para fazer com que o circuito de controle de tensão 7408 aplique tensão à pluralidade ou a um subconjunto da pluralidade de segmentos de circuito de acordo com a sequência de energização. Para iniciar a sequência de desenergi- zação, o processador transmite um sinal de desenergização ao circuito de controle de tensão 7408 para fazer com que o circuito de controle de tensão 7408 remova a tensão da pluralidade ou de um subconjunto da pluralidade de segmentos de circuito de acordo com a sequência de de- senergização.
[0447] O segmento de circuito de empunhadura 7416 compreende sensores de controle de empunhadura 7418. Os sensores de controle de empunhadura 7418 podem detectar uma atuação de um ou mais controles de empunhadura do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito. Em vários aspectos, o um ou mais controles de empunhadura compre- endem um controle da garra, um botão de liberação, uma chave de articulação, um botão de ativação de energia e/ou qualquer outro controle de empunhadura adequado. O usuário pode ativar o botão de ativação de energia para selecionar entre um modo de energia de RF, um modo de energia ultrassônica ou um modo combinado de energia de RF e ul- trassônica. Os sensores de controle de empunhadura 7418 podem também facilitar a fixação de uma empunhadura modular ao instrumento cirúrgico. Por exemplo, os sensores de controle de empunhadura 7418 podem detectar a fixação adequada da empunhadura modular ao instrumento cirúrgico e indicar a fixação detectada a um usuário do instrumento cirúrgico. A tela de LCD 7426 pode fornecer uma indicação gráfica da fixação detectada. Em alguns aspectos, os sensores de controle de empunhadura 7418 detectam a atuação do um ou mais controles de empunhadura. Com base na atuação detectada, o processador pode iniciar tanto uma sequência de energização quanto uma sequência de desenergização.
[0448] O segmento de circuito de comunicação 7420 compreende um circuito de comunicação 7422. O circuito de comunicação 7422 compreende uma interface de comunicação para facilitar a comunicação de sinais entre os segmentos de circuito individuais da pluralidade de segmentos de circuito. Em alguns aspectos, o circuito de comunicação 7422 fornece uma trajetória para os componentes modulares do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito se comunicarem eletricamente. Por exemplo, um eixo de acionamento modular e um transdutor modular, quando fixados juntos à empunhadura do instrumento cirúrgico, podem carregar programas de controle para a em- punhadura através do circuito de comunicação 7422.
[0449] O segmento de circuito de tela 7424 compreende uma tela de LCD 7426. A tela de LCD 7426 pode compreender uma tela de cristal líquido, indicadores de LED, etc. Em alguns aspectos, a tela de LCD 7426 é uma tela de diodos orgânicos emissores de luz (OLED). Uma tela pode ser colocada sobre, embutida ou localizada remotamente em relação ao instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito. Por exemplo, a tela pode ser colocada na empunhadura do instrumento cirúrgico. A tela é configurada para fornecer retroinformação sensorial a um usuário. Em vários aspectos, a tela de LCD 7426 compreende ainda uma retroilumi- nação. Em alguns aspectos, o instrumento cirúrgico pode compreender também dispositivos de retroinformação de áudio como um alto-falante ou um sinal sonoro e dispositivos de retroinformação tátil como um atu- ador háptico.
[0450] O segmento de circuito de controle do motor 7428 compreen de um circuito de controle do motor 7430 acoplado a um motor 7432. O motor 7432 é acoplado ao processador por um acionador e um transístor, como um FET. Em vários aspectos, o circuito de controle do motor 7430 compreende um sensor de corrente do motor em comunicação por sinal com o processador para fornecer um sinal indicativo de uma medição da extração de corrente do motor para o processador. O processador transmite o sinal para a tela. A tela recebe o sinal e exibe a medição da extração de corrente do motor 7432. O processador pode utilizar o sinal, por exemplo, para monitorar que a extração de corrente do motor 7432 existe dentro de uma faixa aceitável para comparar a extração de corrente com um ou mais parâmetros da pluralidade de segmentos de circuito, e para determinar um ou mais parâmetros de um local de tratamento do paciente. Em vários aspectos, o circuito de controle do motor 7430 compreende um controlador de motor para controlar a operação do motor. Por exemplo, o circuito de controle do motor 7430 controla vários parâmetros de motor, por exemplo, mediante o ajuste da velocidade, do torque e da aceleração do motor 7432. O ajuste é realizado com base na corrente que passa através do motor 7432, medida pelo sensor de corrente do motor.
[0451] Em vários aspectos, o circuito de controle do motor 7430 compreende um sensor de força para medir a força e o torque gerados pelo motor 7432. O motor 7432 é configurado para atuar um mecanismo dos instrumentos cirúrgicos 6480 aqui descritos. Por exemplo, o motor 7432 é configurado para controlar a atuação do eixo de acionamento do instrumento cirúrgico para realizar as funcionalidades de preensão, rotação e articulação. Por exemplo, o motor 7432 pode atuar o eixo de acionamento para realizar um movimento de preensão com as garras do instrumento cirúrgico. O controlador de motor pode determinar se o material travado pelas garras é tecido ou metal. O controlador de motor pode também determinar a extensão a qual as garras prendem o material. Por exemplo, o controlador de motor pode determinar como abrir ou fechar as garras com base na derivação da corrente detectada do motor ou da tensão do motor. Em alguns aspectos, o motor 7432 é configurado para atuar o transdutor para fazer com que o transdutor aplique torque à em- punhadura ou controle a articulação do instrumento cirúrgico. O sensor de corrente do motor pode interagir com o controlador de motor para definir um limite de corrente do motor. Quando a corrente satisfaz o limite de limiar predefinido, o controlador do motor inicia uma alteração correspondente em uma operação de controle do motor. Por exemplo, exceder o limite da corrente do motor faz com que o controlador de motor reduza a extração de corrente do motor.
[0452] O segmento de circuito de tratamento de energia 7434 compreende um amplificador de RF e o circuito de segurança 7436 e um circuito gerador de sinal ultrassônico 7438 para implementar a funcionalidade de energia modular do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito. Em vários aspectos, o amplificador de RF e o circuito de segurança 7436 são configurados para controlar a modalidade de RF do instrumento cirúrgico mediante a geração de um sinal de RF. O circuito gerador de sinal ultrassônico 7438 é configurado para contro- lar a modalidade de energia ultrassônica mediante a geração de um sinal ultrassônico. O amplificador de RF e o circuito de segurança 7436 e um circuito gerador de sinal ultrassônico 7438 podem operar em conjunto para controlar a modalidade combinada de energia de RF e ultrassônica.
[0453] O segmento de circuito de eixo de acionamento 7440 com preende um controlador de módulo de eixo de acionamento 7442, um atuador de controle modular 7444, um ou mais sensores de atuador de extremidade 7446 e uma memória não volátil 7448. O controlador de módulo de eixo de acionamento 7442 é configurado para controlar uma pluralidade de módulos de eixo de acionamento compreendendo os programas de controle a serem executados pelo processador. A pluralidade de módulos de eixo de acionamento implementa uma modalidade de eixo de acionamento, por exemplo, ultrassônica, combinação de ultrassônica e de RF, lâmina em perfil I de RF e por garra oposta por RF. O controlador de módulo de eixo de acionamento 7442 pode selecionar a modalidade de eixo de acionamento mediante a seleção do módulo de eixo de acionamento correspondente para que o processador opere. O atuador de controle modular 7444 é configurado para atuar o eixo de acionamento de acordo com a modalidade de eixo de acionamento selecionada. Após a atuação ser iniciada, o eixo de acionamento articula o atuador de extremidade de acordo com um ou mais parâmetros, rotinas ou programas específicos para a modalidade de eixo selecionada e a modalidade de atuador de extremidade selecionada. O um ou mais sensores de atuador de extremidade 7446, situados no atuador de extremidade, podem incluir sensores de força, sensores de temperatura, sensores de corrente ou sensores de movimento. O um ou mais sensores de atuador de extremidade 7446 transmitem dados sobre uma ou mais operações do atuador de extre-midade, com base na modalidade de energia implementada pelo atua- dor de extremidade. Em vários aspectos, as modalidades de energia incluem uma modalidade de energia ultrassônica, uma modalidade de energia de RF ou uma combinação da modalidade de energia ultras- sônica e da modalidade de energia de RF. A memória não volátil 7448 armazena os programas de controle do eixo de acionamento. Um programa de controle compreende um ou mais parâmetros, rotinas ou programas específicos para o eixo de acionamento. Em vários aspectos, a memória não volátil 7448 pode ser uma memória ROM, EPROM, EEPROM ou flash. A memória não volátil 7448 armazena os módulos de eixo de acionamento correspondentes ao eixo de acionamento selecionado do instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito. Os módulos de eixo de acionamento podem ser alterados ou atualizados na memória não volátil 7448 pelo controlador do módulo de eixo de acionamento 7442, dependendo do eixo de acionamento do instrumento cirúrgico a ser usado na operação.
[0454] A Figura 41 é um diagrama esquemático de um circuito 7925 de vários componentes de um instrumento cirúrgico com funções de controle de motor, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Em vários aspectos, o instrumento cirúrgico 6480 aqui descrito pode incluir um mecanismo de acionamento 7930 que é configurado para acionar eixos de acionamento e/ou componentes de engrenagem a fim de realizar as várias operações associadas ao instrumento cirúrgico 6480. Em um aspecto, o mecanismo de acionamento 7930 inclui um trem de acionamento de rotação 7932 configurado para girar um atuador de extremidade, por exemplo, em torno de um eixo geométrico longitudinal em relação ao gabinete da empunhadura. O mecanismo de acionamento 7930 inclui, ainda, um trem de acionamento do sistema de fechamento 7934 configurado para fechar um membro de garra para prender o tecido com o atuador de extremidade. Além disso, o mecanismo de acionamento 7930 inclui um trem de acionamento de disparo 7936 configurado para abrir e fechar uma porção de braço de aperto do atuador de extremidade para prender o tecido com o atuador de extremidade.
[0455] O mecanismo de acionamento 7930 inclui um conjunto de caixa de câmbio com seletor 7938 que pode estar localizado no conjunto de empunhadura do instrumento cirúrgico. Proximal ao conjunto de caixa de câmbio com seletor 7938 existe um módulo de seleção de função que inclui um primeiro motor 7942 que funciona para mover seletivamente elementos de engrenagem no conjunto de caixa de câmbio com seletor 7938 para posicionar seletivamente um dos trens de acionamento 7932, 7934, 7936 em engate com um componente de acionamento de entrada de um segundo motor opcional 7944 e um circuito de acionamento de motor 7946 (mostrado em linha tracejada para indicar que o segundo motor 7944 e o circuito de acionamento de motor 7946 são componentes opcionais).
[0456] Ainda com referência à Figura 41, os motores 7942 e 7944 são acoplados aos circuitos de controle de motor 7946, 7948, respectivamente, que são configurados para controlar a operação dos motores 7942 e 7944, incluindo o fluxo de energia elétrica de uma fonte de energia 7950 para os motores 7942 e 7944. A fonte de energia 7950 pode ser uma bateria de CC (por exemplo, uma bateria recarregável à base de chumbo, à base de níquel, à base de íons de lítio, etc.) ou qualquer outra fonte de energia adequada para fornecer energia elétrica ao instrumento cirúrgico.
[0457] O instrumento cirúrgico inclui ainda um microcontrolador 7952 ("controlador"). Em certos casos, o controlador 7952 pode incluir um microprocessador 7954 ("processador") e uma ou mais mídias legíveis por computador ou unidades de memória 7956 ("memória"). Em certos casos, a memória 7956 pode armazenar várias instruções de programa que, quando executadas, podem fazer com que o processa- dor 7954 execute uma pluralidade de funções e/ou cálculos aqui descritos. A fonte de energia 7950 pode ser configurada para fornecer energia ao controlador 7952, por exemplo.
[0458] O processador 7954 pode estar em comunicação com o circuito de controle do motor 7946. Além disso, a memória 7956 pode armazenar instruções de programa que, quando executadas pelo processador 7954 em resposta a uma ação de usuário 7958 ou elementos de retroinformação 7960, podem fazer com que o circuito de controle do motor 7946 induza o motor 7942 a gerar pelo menos um movimento giratório para mover seletivamente os elementos de engrenagem no interior do conjunto de caixa de câmbio com seletor 7938 para posicionar seletivamente um dos trens de acionamento 7932, 7934, 7936 em engate com o componente de acionamento de entrada do segundo motor 7944. Além disso, o processador 7954 pode estar em comunicação com o circuito de controle do motor 7948. A memória 7956 pode também armazenar instruções de programa que, quando executadas pelo processador 7954 em resposta a uma ação de usuário 7958, podem fazer com que o circuito de controle do motor 7948 induza o motor 7944 a gerar pelo menos um movimento giratório para acionar o trem de acionamento engatado no componente de acionamento de entrada do segundo motor 7948, por exemplo.
[0459] O controlador 7952 e/ou os outros controladores da presente descrição podem ser implementados com o uso de elementos de hardware integrados e/ou distintos, elementos de software e/ou uma combinação de ambos. Exemplos de elementos de hardware integrados podem incluir processadores, microprocessadores, microcontroladores, circuitos integrados, ASICs, PLDs, DSPs, FPGAs, portas lógicas, registradores, dispositivos de semicondutor, circuitos integrados, microcircui- tos, chipsets, microcontroladores, sistema em um circuito integrado (chip)(SoC) e/ou pacote único em linha (SiP). Exemplos de elementos de hardware distintos podem incluir circuitos e/ou elementos de circuito, como portas lógicas, transistores de efeito de campo, transistores bipolares, resistores, capacitores, indutores e/ou relés. Em certas modalidades, o controlador 7952 pode incluir um circuito híbrido que compreende elementos ou componentes de circuitos isolados e integrados em um ou mais substratos, por exemplo.
[0460] Em certos exemplos, o controlador 7952 e/ou os outros con troladores da presente descrição podem ser um LM 4F230H5QR, disponível junto à Texas Instruments, por exemplo. Em certas instâncias, o LM4F230H5QR da Texas Instruments é um núcleo processador ARM Cortex-M4F que compreende uma memória integrada do tipo flash de ciclo único de 256 KB, ou outra memória não volátil, até 40 MHz, um buffer de pré-busca para otimizar o desempenho acima de 40 MHz, uma SRAM de ciclo único de 32 KB, ROM interna carregada com o software StellarisWare®, EEPROM de 2 KB, um ou mais módulos de PWM, um ou mais análogos de QEI, um ou mais ADCs de 12 bits com 12 canais de entrada analógicos, dentre outros recursos que são prontamente disponíveis. Outros microcontroladores podem ser prontamente substituídos para uso com a presente descrição. Consequentemente, a presente descrição não deve ser limitada nesse contexto.
[0461] Em vários exemplos, uma ou mais das várias etapas aqui descritas podem ser executadas por uma máquina de estados finitos que compreende um circuito lógico combinacional ou um circuito lógico sequencial, onde o circuito lógico combinacional ou o circuito lógico sequencial é acoplado, pelo menos, a um circuito de memória. O pelo menos um circuito de memória armazena um estado atual da máquina de estados finitos. O circuito lógico combinacional ou sequencial é configurado para fazer com que a máquina de estados finitos execute as etapas. O circuito lógico sequencial pode ser síncrono ou assíncrono. Em outros exemplos, uma ou mais dentre as várias etapas aqui descritas podem ser executadas por um circuito que inclui uma combinação do processador 7958 e da máquina de estados finitos, por exemplo.
[0462] Em vários casos, pode ser vantajoso ser capaz de avaliar o estado da funcionalidade de um instrumento cirúrgico para assegurar sua função adequada. É possível, por exemplo, que o mecanismo de acionamento, conforme explicado acima, que é configurado para incluir vários motores, trens de acionamento e/ou componentes de engrenagem para executar as várias operações do instrumento cirúrgico, se desgaste ao longo do tempo. Isso pode ocorrer através do uso normal e, em alguns casos, o mecanismo de acionamento pode se desgastar mais rapidamente devido a condições de uso abusivo. Em certos casos, um instrumento cirúrgico pode ser configurado para executar autoavaliações para determinar o estado, ou seja, a saúde, do mecanismo de acionamento e seus diversos componentes.
[0463] Por exemplo, a autoavaliação pode ser utilizada para deter minar quando o instrumento cirúrgico é capaz de desempenhar sua função antes de uma nova esterilização ou quando alguns dos componentes devem ser substituídos e/ou reparados. A avaliação do mecanismo de acionamento e de seus componentes, incluindo, mas não se limitando ao trem de acionamento de rotação 7932, o trem de acionamento de fechamento 7934 e/ou o trem de acionamento de disparo 7936, pode ser realizada de diversas formas. A magnitude do desvio de um desempenho previsto pode ser utilizada para determinar a probabilidade de uma falha detectada e da gravidade dessa falha. Várias métricas podem ser utilizadas, incluindo: Análise periódica de eventos repetidamente previsíveis, aumentos ou quedas que excedem um limiar esperado e a extensão da falha.
[0464] Em diversos casos, uma forma de onda de assinatura de um mecanismo de acionamento operando adequadamente ou um ou mais de seus componentes pode ser empregada para avaliar o estado do mecanismo de acionamento ou de um ou mais de seus componentes. Um ou mais sensores de vibração podem estar dispostos em relação a um mecanismo de acionamento operando adequadamente ou um ou mais de seus componentes para registrar diversas vibrações que ocorrem durante a operação do mecanismo de acionamento operando adequadamente ou de um ou mais de seus componentes. As vibrações registradas podem ser usadas para criar a forma de onda de assinatura. As futuras formas de ondas podem ser comparadas à forma de onda de assinatura para avaliar o estado do mecanismo de acionamento e seus componentes.
[0465] Ainda com referência à Figura 41, o instrumento cirúrgico 7930 inclui um módulo de detecção de falha do trem de acionamento 7962 configurado para registrar e analisar uma ou mais saídas acústicas de um ou mais dos trens de acionamento 7932, 7934, 7936. O processador 7954 pode estar em comunicação com ou, de outro modo, controlar o módulo 7962. Conforme descrito com mais detalhes abaixo, o módulo 7962 pode ser incorporado como vários meios, como circuitos, hardware, um produto de programa de computador que compreende uma mídia legível por computador (por exemplo, a memória 7956) que armazena instruções de programa legíveis por computador que são executáveis por um dispositivo de processamento (por exemplo, o processador 7954), ou alguma combinação dos mesmos. Em alguns casos, o processador 36 pode incluir ou, de outro modo, controlar o módulo 7962.
[0466] A Figura 42 é um sistema alternativo 132000 para controlar a frequência de um sistema eletromecânico ultrassônico 132002 e detectar a impedância do mesmo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O sistema 132000 pode ser incorporado em um gerador. Um processador 132004 acoplado a uma memória 132026 programa um contador programável 132006 para sintonizar à frequência de saída fo do sistema eletromecânico ultrassônico 132002. A frequência de entrada é gerada por um oscilador de cristal 132008 e é inserida em um contador fixo 132010 para dimensionar a frequência para um valor adequado. As saídas do contador fixo 132010 e do contador programável 132006 são aplicadas a um detector de fa- se/frequência 132012. A saída do detector de fase/frequência 132012 é aplicada a um amplificador/circuito de filtro ativo 132014 para gerar uma tensão de sintonização Vt que é aplicada a um oscilador controlado por tensão 132016 (VCO, "voltage controlled oscillator"). O VCO 132016 aplica a frequência de saída fo a uma porção de transdutor ul- trassônico do sistema eletromecânico ultrassônico 132002, mostrado aqui modelado como um circuito elétrico equivalente. Os sinais de tensão e corrente aplicados ao transdutor ultrassônico são monitorados por um sensor de tensão 132018 e um sensor de corrente 132020.
[0467] As saídas dos sensores de tensão e corrente 132018, 13020 são aplicadas a um outro detector de fase/frequência 132022 para determinar o ângulo de fase entre a tensão e a corrente conforme medido pelos sensores de tensão e corrente 132018, 13020. A saída do detector de fase/frequência 132022 é aplicada a um canal de um conversor analógico para digital de alta velocidade 132024 (ADC) e é fornecida ao processador 132004 através do mesmo. Opcionalmente, as saídas dos sensores de tensão e corrente 132018, 132020 podem ser aplicadas aos respectivos canais dos dois canais de ADC 132024 e fornecidas ao processador 132004 para passagem por zero, FFT, ou outro algoritmo descrito aqui para determinar o ângulo de fase entre os sinais de tensão e a corrente aplicados ao sistema eletromecânico ultrassônico 132002.
[0468] Opcionalmente a tensão de sintonia V t, a qual é proporcional à frequência de saída fo, pode ser alimentada de volta para o processa- dor 132004 através do ADC 132024. Isso fornece ao processador 132004 um sinal de retroinformação proporcional à frequência de saída fo e pode usar essa retroinformação para ajustar e controlar a frequência de saída fo.
[0469] As Figuras 43A e 43B são representações gráficas 133000, 133010 de espectros de impedância complexos do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ultrassônica fria (temperatura ambiente) e uma lâmina ultrassônica quente, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Como usado na presente invenção, uma lâmina ultrassônica fria se refere a uma lâmina ultras- sônica à temperatura ambiente e uma lâmina ultrassônica quente se refere a uma lâmina ultrassônica depois que ela é aquecida por atrito durante o uso. A Figura 43A é uma representação gráfica 133000 do ângulo de fase da impedância Φ como função da frequência de ressonância fo do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ul- trassônica fria e uma lâmina ultrassônica quente, e a Figura 43B é uma representação gráfica 133010 de magnitude de impedância |Z| como função da frequência de ressonância fo do mesmo dispositivo ultrassônico com uma lâmina ultrassônica fria e uma lâmina ultrassô- nica quente. O ângulo de fase da impedância Φ e a magnitude de im- pedância |Z| estão, no mínimo, na frequência de ressonância fo.
[0470] A impedância do transdutor ultrassônico Zg(t) pode ser medi da como a razão entre os sinais de acionamento de tensão do gerador Vg(t) e corrente do gerador Ig(t):
[0471] Conforme mostrado na Figura 43A, quando a lâmina ultras- sônica está fria, por exemplo, à temperatura ambiente e não aquecida por atrito, a frequência de ressonância eletromecânica fo do dispositivo ultrassônico é de aproximadamente 55.500 Hz e a frequência de excita- ção do transdutor ultrassônico é ajustada para 55.500 Hz. Dessa forma, quando o transdutor ultrassônico é excitado na frequência de ressonância eletromecânica fo e a lâmina ultrassónica está fria, o ângulo de fase Φ é no mínimo ou aproximadamente igual a 0 rad conforme indicado pela curva da lâmina fria 133002. Conforme mostrado na Figura 43B, quando a lâmina ultrassônica está fria e o transdutor ultrassônico é excitado na frequência de ressonância eletromecânica fo, a magnitude de impedância |Z| é 800 Q, por exemplo, a magnitude de impedância |Z| está em um mínimo de impedância, e a amplitude do sinal de acionamento está em um máximo devido ao circuito equivalente de ressonância em série do sistema eletromecânico ultrassônico conforme representado na Figura 25.
[0472] Novamente com referência às Figuras 43A e 43B, quando o transdutor ultrassônico é acionado por sinais de tensão do gerador Vg(t) e sinais de corrente do gerador Ig(t) na frequência de ressonância ele- tromecânica fo de 55.500 Hz, o ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão do gerador Vg(t) e da corrente do gerador Ig(t) é zero, a magnitude de impedância |Z| está em um mínimo de impedância, por exemplo 800 Q, e a amplitude do sinal está em um pico ou máximo devido ao circuito equivalente de ressonância em série do sistema eletromecânico ultras- sônico. À medida que a temperatura da lâmina ultrassônica aumenta, devido ao calor friccional gerado em uso, a frequência de ressonância eletromecânica fo’ do dispositivo ultrassônico diminui. Como o transdutor ultrassônico ainda é acionado pelos sinais de tensão do gerador Vg(t) e de corrente do gerador Ig(t) na frequência eletromecânica ressoante anterior (lâmina fria) fo de 55.500 Hz, o dispositivo ultrassônico opera fora de ressonância fo’, causando um deslocamento no ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão do gerador Vg(t) e de corrente do gerador Ig(t). Há também um aumento na magnitude de impedância |Z| e uma queda na magnitude de pico do sinal de acionamento em relação à frequência de ressonância eletromecânica anterior (lâmina fria) de 55.500 Hz. Consequentemente, a temperatura da lâmina ultrassônica pode ser inferida mediante a medição do ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão do gerador Vg(t) e de corrente do gerador Ig(t) quando a frequência de ressonância eletromecânica fo se altera devido às alterações na temperatura da lâmina ultrassônica.
[0473] Conforme anteriormente descrito, um sistema ultrassônico eletromecânico inclui um transdutor ultrassônico, um guia de onda e uma lâmina ultrassônica. Conforme anteriormente discutido, o transdutor ultrassônico pode ser modelado como um circuito ressonante em série equivalente (consulte a Figura 25) que compreende uma primeira ramificação tendo uma capacitância estática e uma segunda ramificação "em movimento" tendo uma indutância, resistência e capacitância conectadas série que definem as propriedades eletromecânicas de um ressonador. O sistema ultrassônico eletromecânico tem uma frequência de ressonância eletromecânica inicial definida pelas propriedades físicas do transdutor ultrassônico, o guia de ondas, e a lâmina ultrassônica. O transdutor ultrassônico é excitado por um sinal de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) alternada em uma frequência igual à frequência de ressonância eletromecânica, por exemplo, frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico. Quando o sistema ultrassônico ele- tromecânico está excitado na frequência de ressonância, o ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) é zero.
[0474] Dito de uma outra forma, na ressonância, a impedância indutiva analógica do sistema ultrassônico eletromecânico é igual à impedância capacitiva analógica do sistema ultrassônico eletromecâ- nico. Conforme a lâmina ultrassônica aquece, por exemplo devido ao engate por atrito com o tecido, a conformidade da lâmina ultrassônica (modelada como uma capacitância analógica) causa um deslocamento na frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecâ- nico. No presente exemplo, a frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico diminui conforme a temperatura da lâmina ultrassônica aumenta. Dessa forma, a impedância indutiva analógica do sistema ultrassônico eletromecânico já não é igual à impe- dância capacitiva analógica do sistema ultrassônico eletromecânico causando um desfasamento entre a frequência de acionamento e a nova frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecâ- nico. Dessa forma, com uma lâmina ultrassônica quente, o sistema ultrassônico eletromecânico opera "fora de ressonância". A diferença entre a frequência de acionamento e a frequência de ressonância é manifestada como um ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico.
[0475] Conforme anteriormente discutido, o circuito eletrônico do gerador pode facilmente monitorizar o ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. O ângulo de fase Φ pode ser determinado através de análise de Fourier, estimativa de quadrados mínimos ponderados, filtração Kalman, técnicas baseadas em espaço-vetor, método de passagem por zero, figuras de Lissajous, método de três voltímetros, método "crossed- coil", métodos de voltímetro vetorial e impedância vetorial, instrumentos de fase padrões, malha de captura de fase ("phase-locked loops") e outras técnicas anteriormente descritas. O gerador pode monitorar continuamente o ângulo de fase Φ e ajustar a frequência de acionamento até o ângulo de fase Φ ficar zero. Nesse ponto, a nova frequência de acionamento é igual à frequência de ressonância do novo sistema ultrassônico eletromecânico. A alteração no ângulo de fase Φ e/ou frequência de acionamento do gerador pode ser usada como uma medição indireta ou inferida da temperatura da lâmina ultrassônica.
[0476] Existe uma variedade de técnicas disponíveis para estimar a temperatura a partir dos dados na esses espectros. Mais notada- mente, um conjunto não linear, variável no tempo, de equações de espaço de estado pode ser usado para modelar a relação dinâmica entre a temperatura da lâmina ultrassônica e a impedância medida: através de uma faixa de frequências de acionamento do gerador, em que a faixa de frequências de acionamento do gerador é específica para o modelo de dispositivo.
[0477] Um aspecto de estimar ou inferir a temperatura de uma lâmi na ultrassônica pode incluir três etapas. Primeiro, definir um modelo de espaço de estado de temperatura e frequência que é dependente de tempo e energia. Para modelar a temperatura como função do conteúdo de frequência, um conjunto de equações não lineares de espaço de estado são usadas para modelar a relação entre a frequência de ressonância eletromecânica e a temperatura da lâmina ultrassônica. Segundo, aplicar um filtro de Kalman para aprimorar a acurácia do estimador de temperatura e do modelo de espaço de estado ao longo do tempo. Terceiro, um estimador de estado é fornecido no circuito de realimentação do filtro de Kalman para controlar a potência aplicada ao transdutor ul- trassônico, e consequentemente a lâmina ultrassônica, para regular a temperatura da lâmina ultrassônica. As três etapas são descritas mais adiante neste documento.
[0478] A primeira etapa é definir um modelo de espaço de estado de temperatura e frequência que é dependente de tempo e energia. Para modelar a temperatura como função do conteúdo de frequência, um conjunto de equações não lineares de espaço de estado são usadas para modelar a relação entre a frequência de ressonância eletro- mecânica e a temperatura da lâmina ultrassônica. Em um aspecto, o modelo de espaço de estado é definido por:
[0479] O modelo de espaço de estado representa a taxa de alteração da frequência natural do sistema ultrassónico eletromecânico Fn e a taxa de alteração da temperatura T da lâmina ultrassónica com relação à frequência natural Fn(t), temperatura T(t), energia E(t), e tempo t. representa a observabilidade das variáveis que são mensuráveis e observáveis como a frequência natural Fn(t) do sistema ultrassônico eletrome cânico, a temperatura T(t) da lâmina ultrassónica, a energia E(t) aplicada à lâmina ultrassónica, e o tempo t. A temperatura T(t) da lâmina ultrassónica é observável como uma estimativa.
[0480] A segunda etapa é para aplicar um filtro de Kalman para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de estado. A Figura 44 é um diagrama de um filtro de Kalman 133020 para melhorar o estimador de temperatura e o modelo de espaço de estado com base na impedância de acordo com a equação: que representa a impedância através de um transdutor ultrassônico medida em uma variedade de frequências, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0481] O filtro de Kalman 133020 pode ser usado para melhorar o desempenho da estimativa de temperatura e permite o aumento dos sensores externos, modelos, ou informação prévia para melhorar a previsão de temperatura no meio de dados ruidosos. O filtro de Kalman 133020 inclui um regulador 133022 e uma planta 133024. Em teoria de controle, uma planta 133024 é a combinação de processo e atuador. Uma planta 133024 pode ser chamada de uma função de transferência que indica a relação entre um sinal de entrada e o sinal de saída de um sistema. O regulador 133022 inclui um estimador de estado 133026 e um controlador K 133028. O regulador de estado 133026 inclui um circuito de realimentação 133030. O regulador de estado 133026 recebe y, a saída da planta 133024, como uma entrada e uma variável de re- troinformação u. O estimador de estado 133026 é um sistema de re- troinformação interno que converge para o valor real do estado do sis tema. A saída do estimador de estado 133026 é X, a variável de controle de retroinformação completa incluindo F. do sistema ultrassônico eletromecânico, a estimativa da temperatura F? da lâmina ultrassónica, a energia ■ ■ aplicada à lâmina ultrassónica, o ângulo de fase Φ, e o tempo t. A entrada para dentro do controlador K 133028 é i e a saída do controlador K 133028 u é alimentada de volta para o estimador de estado 133026 e t da planta 133024.
[0482] A filtração Kalman, também conhecido como estimativa li near quadrática (LQE), é um algoritmo que usa uma série de medições observadas ao longo do tempo, contendo ruído e outras imprecisões estatísticas, e produz estimativas das variáveis desconhecidas que tendem a ser mais acuradas do que aquelas com base em uma única medição apenas, mediante estimativa de uma distribuição de probabilidade conjunta sobre as variáveis para cada período de tempo e, desse modo, cálculo da estimativa de máxima probabilidade de medições reais. O algoritmo funciona em um processo em duas etapas. Em uma etapa de previsão, o filtro de Kalman 133020 produz estimativas das variáveis de estado atuais, juntamente com suas incertezas. Após o resultado da próxima medição (necessariamente corrompida com alguma quantidade de erro, incluindo ruído aleatório) ser observado, estas estimativas são atualizadas usando-se uma média ponderada, com mais peso sendo dado às estimativas com maior certeza. O algoritmo é recursivo e pode ser executado em tempo real, usando-se apenas as medições de entrada presentes e o estado anteriormente calculado e sua matriz de incerteza; não são necessárias informações adicionais passadas.
[0483] O filtro de Kalman 133020 usa um modelo dinâmico do sis tema ultrassônico eletromecânico, entradas de controle conhecidas para aquele sistema, e múltiplas medições sequenciais (observações) da frequência natural e ângulo de fase dos sinais aplicados (por exemplo, magnitude e fase da impedância elétrica do transdutor ultrassônico) ao transdutor ultrassônico para formar uma estimativa das quantidades variáveis do sistema ultrassônico eletromecânico (seu estado) para prever a temperatura da porção da lâmina ultrassônica do sistema ultrassônico eletromecânico que é melhor do que uma estimativa obtida com o uso de apenas uma única medição apenas. Como tal, o filtro de Kalman 133020 é um algoritmo que inclui sensor e fusão de dados para fornecer a estimativa de máxima probabilidade da temperatura da lâmina ul- trassônica.
[0484] O filtro de Kalman 133020 estima com eficácia a incerteza devido às medições de ruído dos sinais aplicados ao transdutor ultras- sônico para medir os dados de frequência natural e deslocamento de fase e também estima com eficácia a incerteza devido a fatores aleatórios externos. O filtro de Kalman 133020 produz uma estimativa do estado do sistema ultrassônico eletromecânico como uma média ponderada do estado previsto do sistema e da nova medição. Os valores ponderados fornecem melhor (isto é, menor) incerteza estimada e são mais "confiáveis" do que os valores não ponderados. Os pesos podem ser calculados a partir da covariância, uma medida da incerteza estimada da predição do estado do sistema. O resultado da média ponderada é uma nova estimativa do estado que se situa entre o estado previsto e medido, e tem uma melhor incerteza estimada do que um ou outro sozinho. Esse processo é repetido em cada etapa de tempo, com a nova estimativa e sua covariância gerando a predição usada na próxima iteração. Esta natureza recursiva do filtro de Kalman 133020 exige apenas do último "melhor palpite", ao invés de toda a história, do estado do sistema ultrassônico eletromecânico para calcular um novo estado.
[0485] A certeza relativa das medições e da estimativa do estado atual é uma consideração importante, e é comum discutir a resposta do filtro em termos de o ganho K do filtro de Kalman 133020. O ganho de Kalman K é o peso relativo atribuído às medições e à estimativa do estado atual, e pode ser "ajustado" para obter um desempenho específico. Com um alto ganho K, o filtro de Kalman 133020 coloca mais peso sobre as medições mais recentes, e dessa forma os segue de maneira mais responsiva. Com um baixo ganho K, o filtro de Kalman 133020 segue mais de perto as previsões do modelo. De ambos os extremos, um alto ganho próximo de um resultará em uma trajetória estimada mais irregular, enquanto um baixo ganho próximo a zero irá nivelar o ruído mas diminuir a capacidade de resposta.
[0486] Quando se realiza os cálculos reais para o filtro de Kalman 133020 (conforme discutido abaixo), a estimativa e covariâncias do estado são codificadas em matrizes covariâncias para lidar com as múltiplas dimensões envolvidas em um único conjunto de cálculos. Isso permite uma representação das relações lineares entre variáveis de diferentes estados (como a posição, velocidade, e a aceleração) em qualquer dos modelos ou covariâncias de transição. O uso de um filtro de Kalman 133020 não assume que os erros são gaussianos. Entretan- to, o filtro de Kalman 133020 produz a estimativa de probabilidade condicional exata no caso especial de que todos os erros são distribuídos gaussianos.
[0487] A terceira etapa usa um estimador 133026 no estado de realimentação 133032 do filtro de Kalman 133020 para o controle da potência aplicada ao transdutor ultrassônico, e consequentemente da lâmina ultrassônica, para regular a temperatura da lâmina ultrassôni- ca.
[0488] A Figura 45 ilustra uma representação gráfica 133040 de três distribuições de probabilidade usadas pelo estimador de estado 133026 do filtro de Kalman 133020 mostrado na Figura 44 para maximizar as estimativas, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. As distribuições de probabilidade incluem a distribuição de probabilidade anterior 133042, a distribuição de probabilidade (estado) de predição 133044 e a distribuição de probabilidade de observação 133046. As três distribuições de probabilidade 133042, 133044, 1330467 são usadas em um controle de retroinformação de energia aplicada a um transdutor ultrassônico para regular a temperatura com base na impedância através do transdutor ultrassônico medida em uma variedade de frequências, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O estimador usado no controle de retroinformação da potência aplicada a um transdutor ultrassônico para regular a temperatura com base na impedância é dado pela expressão: que é a impedância através do transdutor ultrassônico medida em uma variedade de frequências, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição.
[0489] A distribuição de probabilidade anterior 133042 inclui uma variação de estado definida pela expressão:
[0490] A variância de estado é usada para predizer o próximo estado do sistema, que é representado como a distribuição de probabilidade de previsão (estado) 133044. A distribuição de probabilidade de observação 133046 é a distribuição de probabilidade da observação real do estado do sistema onde a variância de observação ϕm é usada para definir o ganho, que é dado pela seguinte expressão:
[0491] A entrada de energia é diminuída para assegurar que a tem peratura (como estimado pelo estimador de estado e do filtro de Kalman) é controlada.
[0492] Em um aspecto, a primeira prova de conceito assumiu uma relação linear estática entre a frequência natural do sistema ul- trassônico eletromecânico e a temperatura da lâmina ultrassônica. Reduzindo-se a potência como função da frequência natural do sistema ultrassônico eletromecânico (isto é, regulação de temperatura com controle de retroinformação), a temperatura da ponta da lâmina ultrassônica pode ser controlada diretamente. Neste exemplo, a temperatura da ponta distal da lâmina ultrassônica pode ser controlada para não excederá o ponto de fusão do bloco de Teflon.
[0493] A Figura 46A é uma representação gráfica 133050 da temperatura em função do tempo de um dispositivo ultrassônico sem controle de retroinformação de temperatura. A temperatura (°C) da lâmina ultrassônica é mostrada ao longo do eixo geométrico vertical e o tempo (s) é mostrado ao longo do eixo geométrico horizontal. O teste foi conduzido com uma camurça localizada nas garras do dispositivo ultrassônico. Uma garra é a lâmina ultrassônica e a outra garra é o braço de aperto com um bloco de Teflon. A lâmina ultrassônica foi excitada na frequência de ressonância enquanto em engate por atrito com a camurça presa entre a lâmina ultrassônica e o braço de aperto. Ao longo do tempo, a temperatura (°C) da lâmina ultrassônica aumenta devido ao engate por atrito com a camurça. Ao longo do tempo, o perfil de temperatura 133052 da lâmina ultrassônica aumenta até a amostra de camurça ser cortada após cerca de 19,5 segundos a uma temperatura de 220°C como indicado no ponto 133054. Sem controle de retroinformação de temperatura, após o corte da amostra de camurça, a temperatura da lâmina ultrassônica aumenta para uma temperatura bem acima do ponto de fusão do Teflon ~380°C até ~490°C. No ponto 133056, a temperatura da lâmina ultrassônica atinge uma temperatura máxima de 490°C até o bloco de Teflon ser completamente fundido. A temperatura da lâmina ultrassônica cai ligeiramente a partir do pico de temperatura no ponto 133056 após o bloco desaparecer completamente.
[0494] A Figura 46B é um gráfico da temperatura em função do tempo para um dispositivo ultrassônico com controle de retroinforma- ção de temperatura, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. A temperatura (°C) da lâmina ultrassônica é mostrada ao longo do eixo geométrico vertical e o tempo (s) é mostrado ao longo do eixo geométrico horizontal. O teste foi conduzido com uma amostra de camurça localizada nas garras do dispositivo ultrassônico. Uma garra é a lâmina ultrassônica e a outra garra é o braço de aperto com um bloco de Teflon. A lâmina ultrassônica foi excitada na frequência de ressonância enquanto em engate por atrito com a camurça presa entre a lâmina ultrassônica e o bloco do braço de aperto. Ao longo do tempo, o perfil de temperatura 133062 da lâmina ultrassônica aumenta até a amostra de camurça ser cortada após cerca de 23 segundos a uma temperatura de 220°C como indicado no ponto 133064. Com con- trole de retroinformação de temperatura, a temperatura da lâmina ul- trassônica aumenta até uma temperatura máxima de cerca de 380°C, logo abaixo do ponto de fusão de TEFLON, conforme indicado no ponto 133066 e então é reduzida para uma média de cerca de 330°C conforme indicado genericamente na região 133068, impedindo assim a fusão do bloco de TEFLON.
[0495] Quando uma lâmina ultrassônica é imersa em um campo cirúrgico preenchido com fluido, a lâmina ultrassônica resfria durante a ativação se tornando menos eficaz para vedação e corte do tecido em contato com a mesma. O resfriamento da lâmina ultrassônica pode levar a tempos de ativação mais longos e/ou problemas de hemostasia porque calor adequado não é aplicado ao tecido. Para superar o resfriamento da lâmina ultrassônica, mais aplicação de energia pode ser necessária para encurtar os tempos de transecção e alcançar a hemostasia adequada sob essas condições de imersão de fluido. Com o uso de um sistema de controle de retroinformação de frequência-temperatura, se a temperatura da lâmina ultrassônica for detectada para começar abaixo, ou permanecer abaixo de uma certa temperatura durante um certo período de tempo, a potência de saída do gerador pode ser au-mentada para compensar o resfriamento devido ao sangue/solução sa- lina/outro fluido presente no campo cirúrgico.
[0496] Consequentemente, o sistema de controle de retroinforma- ção de temperatura-frequência aqui descrito pode otimizar o desempenho de um dispositivo ultrassônico especialmente quando a lâmina ul- trassônica está situada ou imersa, parcial ou totalmente, em um campo cirúrgico preenchido com fluido. O sistema de controle de retroinforma- ção de frequência-temperatura aqui descrito minimiza longos tempos de ativação e/ou problemas potenciais com o desempenho do dispositivo ultrassônico no campo cirúrgico preenchido com fluido.
[0497] Conforme anteriormente descrito, a temperatura da lamina ultrassônica pode ser inferida mediante a detecção da impedância do transdutor ultrassônico dada pela seguinte expressão: ou equivalentemente, a detecção do ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. As informações do ângulo de fase Φ também podem ser usadas para inferir as condições da lâmina ultrassônica. Conforme discutido com particularidade aqui, o ângulo de fase Φ se altera como função da temperatura da lâmina ultrassônica. Portanto, as informações do ângulo de fase Φ podem ser usadas para controlar a temperatura da lâmina ultrassônica. Isso pode ser feito, por exemplo, mediante a redução da potência fornecida à lâmina ultrassônica quando a lâmina ultrassônica está muito quente e mediante aumento da potência aplicada à lâmina ultrassônica quando a lâmina ultrassônica está muito fria. As Figuras 58A a 58B são representações gráficas do controle de retroinformação de temperatura para ajustar a energia ultrassônica aplicada a um transdutor ultrassônico quando uma queda repentina na temperatura de uma lâmina ultrassônica é detectada.
[0498] A Figura 47A é uma representação gráfica da saída de energia ultrassônica 133070 como função do tempo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. A potência de saída do gerador ultrassônico é mostrada ao longo do eixo geométrico vertical e o tempo (s) é mostrado ao longo do eixo geométrico horizontal. A Figura 47B é uma representação gráfica da temperatura da lâmina ultrassônica 133080 como função do tempo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. A temperatura da lâmina ultrassônica é mostrada ao longo do eixo geométrico vertical e o tempo (s) é mostrado ao longo do eixo geométrico horizontal. A temperatura da lâmina ultrassô- nica aumenta com a aplicação de energia constante 133072 conforme mostrado na Figura 47A. Durante o uso, a temperatura da lâmina ul- trassônica cai repentinamente. Isso pode resultar de uma variedade de condições, entretanto, durante o uso, pode ser inferido que a temperatura da lâmina ultrassônica cai quando é imersa em um campo cirúrgico preenchido com fluido (por exemplo, sangue, solução salina, água, etc.). No tempo t0, a temperatura da lâmina ultrassônica cai abaixo da temperatura mínima desejada 133082 e o algoritmo de controle de re- troinformação de frequência-temperatura detecta a queda na temperatura e começa a aumentar ou "elevar" a potência conforme mostrado pelo aumento de energia 133074 fornecido à lâmina ultrassônica para iniciar a elevação da temperatura da lâmina ultrassônica acima da temperatura mínima desejada 133082.
[0499] Com referência às Figuras 47A e 47B, o gerador ultrassôni- co fornece saídas de potência substancialmente constantes 133072 desde que a temperatura da lâmina ultrassônica permaneça acima da temperatura mínima desejada 133082. Em t0, o processador ou o circuito de controle no gerador ou no instrumento, ou ambos, detecta a queda na temperatura da lâmina ultrassônica baixo da temperatura mínima desejada 133072 e inicia um algoritmo de controle de retroin- formação de frequência-temperatura para elevar a temperatura da lâmina ultrassônica acima da temperatura mínima desejada 133082. Consequentemente, a energia do gerador começa a subir 133074 em t1 correspondente à detecção de uma queda repentina na temperatura da lâmina ultrassônica em t0. Sob o algoritmo de controle de retroin- formação de frequência-temperatura, a energia continua a subir 133074 até a temperatura da lâmina ultrassônica estar acima da temperatura mínima desejada 133082.
[0500] A Figura 48 é um diagrama de fluxo lógico 133090 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para controlar a temperatura de uma lâmina ultrassônica, de acor- do com pelo menos um aspecto da presente descrição. De acordo com o processo, o processador ou o circuito de controle do gerador ou do ins-trumento, ou ambos, executa um aspecto de um algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura discutido em conexão com as Figuras 47A e 47B para aplicar 133092 um nível de potência ao transdutor ultrassônico para alcançar uma temperatura desejada na lâmina ul- trassônica. O gerador 133094 monitora o ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados para acionar o transdutor ultrassônico. Com base no ângulo de fase Φ, o gerador infere 133096 infere a temperatura da lâmina ultrassônica com o uso das técnicas aqui descritas em conexão com as Figuras 43A a 45. O gerador determina 133098 se a temperatura da lâmina ultrassônica está abaixo de uma temperatura mínima desejada mediante comparação da temperatura inferida da lâmina ultrassônica com uma temperatura desejada predeterminada. O gerador então ajusta o nível de potência aplicado ao transdutor ultrassônico com base na comparação. Por exemplo, o processo continua ao longo da ramificação NÃO quando a temperatura da lâmina ul- trassônica está na ou acima da temperatura mínima desejada e continua ao longo da ramificação SIM quando a temperatura da lâmina ultrassôni- ca está abaixo da temperatura mínima desejada. Quando a temperatura da lâmina ultrassônica está abaixo da temperatura mínima desejada, o gerador aumenta 133100 o nível de potência para o transdutor ultrassô- nico, por exemplo, aumentando os sinais de tensão V g(t) e/ou de corrente I g(t), para elevar a temperatura da lâmina ultrassônica e continua a aumentar o nível de potência aplicado ao transdutor ultrassônico até que a temperatura da lâmina ultrassônica aumente acima da temperatura mínima desejada.
[0501] A Figura 49 é uma representação gráfica 133110 da tempera- tura da lâmina ultrassônica como função do tempo durante o disparo de um vaso, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Um gráfico 133112 da temperatura da lâmina ultrassônica é plotado ao longo do eixo geométrico vertical como função do tempo ao longo do eixo geométrico horizontal. O algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura combina a temperatura de controle da lâmina ul- trassônica com a capacidade de detecção de garra. O algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura fornece hemostasia ótima equilibrada com durabilidade do dispositivo e pode distribuir energia de maneira inteligente para melhor vedação enquanto protege o bloco do braço de aperto.
[0502] Conforme mostrado na Figura 49, a ótima temperatura 133114 para a vedação do vaso é marcada como uma primeira temperatura-alvo T1 e a ótima temperatura 133116 para a vida "infinita" do bloco de braço de aperto é marcada como uma segunda temperatura-alvo T2. O algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura infere a temperatura da lâmina ultrassônica e mantém a temperatura da lâmina ultrassônica entre o primeiro e o segundo limiares de temperatura alvo T1 e T2. A saída de energia do gerador é dessa forma acionada para obter ótimas temperaturas da lâmina ultrassônica para vedar os vasos e prolongar a vida útil do bloco de braço de aperto.
[0503] Inicialmente, a temperatura da lâmina ultrassônica aumenta à medida que a lâmina aquece e eventualmente excede o primeiro limiar de temperatura alvo T1. O algoritmo de controle de retroinforma- ção de frequência-temperatura assume o controle da temperatura da lâmina para T1 até a transecção do vaso ser completada 133118 em t0 e a temperatura da lâmina ultrassônica cai abaixo da segunda temperatura alvo limiar T2. Um processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, detecta quando a lâmina ultrassônica entra em contato com o bloco de braço de aperto. Quando a transfec- ção do vaso é concluída em t0 e detectada, o algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura muda para controlar a temperatura da lâmina ultrassônica ao segundo limiar alvo T2 para prolongar a vida útil do bloco de braço de aperto. A temperatura ótima do bloco de braço de aperto para um bloco de braço de aperto de TEFLON é aproximadamente 325°C. Em um aspecto, o tratamento de tecido avançado pode ser anunciado ao usuário em um segundo tom de ativação.
[0504] A Figura 50 é um diagrama de fluxo lógico 133120 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para controlar a temperatura de uma lâmina ultrassônica entre dois pontos de ajuste de temperatura, conforme representado na Figura 49, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. De acordo com o processo, o gerador executa um aspecto do algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura para aplicar 133122 um primeiro nível de potência ao transdutor ultrassôni- co, por exemplo, mediante ajuste dos sinais da tensão Vg(t) e/ou da corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico, para ajustar a lâmina ultrassônica a uma primeira temperatura alvo T1 otimizada para ve-dação de vaso. Conforme anteriormente descrito, o gerador monitora 133124 o ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico, e com base no ângulo de fase Φ, o gerador 133126 infere a temperatura da lâmina ultrassónica com o uso das técnicas aqui descritas em conexão com as Figuras 43A a 45. De acordo com o algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura, um processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, mantém a temperatura da lâmina ultrassônica na primeira temperatura alvo T1 até a transecção ser concluída. O algoritmo de controle de retroinformação de frequência- temperatura pode ser usado para detectar a conclusão do processo de transecção do vaso. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133128 quando a transecção do vaso está completa. O processo continua ao longo da ramificação NÃO quando a transecção do vaso não está completa e continua ao longo da ramificação SIM quando a transecção do vaso está completa.
[0505] Quando a transecção do vaso não está completa, o pro cessador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133130 se a temperatura da lâmina ultrassônica é ajustada na temperatura T1 otimizada para vedação e transecção do vaso. Se a temperatura da lâmina ultrassônica é ajustada em T1, o processo continua ao longo da ramificação SIM e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, continua a monitorar 133124 o ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico e com base no ângulo de fase Φ• Se a temperatura da lâmina ultrassónica a temperatura não for ajustada em T1, o processo continua ao longo da ramificação NÃO e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, continua a aplicar 133122 um primeiro nível de potência ao transdutor ultrassônico.
[0506] Quando a transecção do vaso está completa, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, 133132 aplica um segundo nível de potência ao transdutor ultrassônico para ajustar a lâmina ultrassônica a uma segunda temperatura alvo 2 otimizada para preservar ou estender a vida útil do bloco de braço de aperto. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133134 se a temperatura da lâmina ultrassônica está na temperatura ajustada T2. Se a temperatura da lâmina ultrassônica é ajustada para T2, o processo completa 133136 o procedimento de transec- ção do vaso.
[0507] Conhecer a temperatura da lâmina ultrassônica no início de uma transecção pode permitir que o gerador forneça a quantidade adequada de energia para aquecer a lâmina para um corte rápido ou se a lâmina já está quente adicionar energia apenas na quantidade que seria necessária. Essa técnica pode alcançar tempos mais consistentes de transecção e prolonga a vida útil do bloco do braço de aperto (por exemplo, um bloco de braço de aperto de TEFLON). Conhecer a temperatura da lâmina ultrassônica no início da transecção pode permitir que o gerador forneça a quantidade certa de potência para o transdutor ultrassônico para gerar uma quantidade desejada de deslocamento da lâmina ultras- sônica.
[0508] A Figura 51 é um diagrama de fluxo lógico 133140 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para determinar a temperatura inicial de uma lâmina ultras- sônica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Para determinar a temperatura inicial de uma lâmina ultrassônica, nas instalações de fabricação, as frequências de ressonância de lâminas ultrassônicas são medidas à temperatura ambiente ou a uma temperatura ambiente predeterminada. Os valores de frequência da linha de base são registrados e armazenados em uma tabela de consulta do gerador ou instrumento ou ambos. Os valores da linha de base são usados para gerar uma função de transferência. No início de um ciclo de ativação de transdutor ultrassônico, o gerador mede 133142 a fre-quência de ressonância da lâmina ultrassônica 133144 e compara a frequência da ressonância medida ao valor de frequência de ressonância na linha de base e determina a diferença de frequência (Δf). A Δf é comparada a uma tabela de consulta ou função de transferência para obter a temperatura corrigida da lâmina ultrassônica. A frequência de ressonância da lâmina ultrassônica pode ser determinada mediante varredura da frequência dos sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. A frequência de ressonância é a frequência na qual o ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) é zero conforme aqui descrito.
[0509] Após a frequência de ressonância da lâmina ultrassônica ser determinada, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133146 a temperatura inicial da lâmina ultrassônica com base na diferença entre a frequência de ressonância medida e a frequência de ressonância da linha de base. O gerador ajusta o nível de potência fornecido ao transdutor ultrassôni- co, por exemplo, ajustando os sinais de acionamento de tensão Vg(t) ou de corrente Ig(t), ou ambas, a um dos valores seguintes antes de ativar o transdutor ultrassônico.
[0510] O processador ou circuito de controle do gerador ou instru mento, ou ambos, determina 133148 se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica está baixa. Se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica for baixa, o processo continua ao longo da ramificação SIM e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, 133152 aplica um nível alto de potência ao transdutor ultrassônico para aumentar a temperatura da lâmina ultrassônica e completa 133156 o procedimento de transecção do vaso.
[0511] Se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica não for baixa, o processo continua ao longo da ramificação NÃO e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133150 se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica é alta. Se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica for baixa, o processo continua ao longo da ramificação SIM e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, 133154 aplica um nível baixo de potência ao transdutor ultrassônico para diminuir a temperatura da lâmina ul- trassônica e completa 133156 o procedimento de transecção do vaso. Se a temperatura inicial da lâmina ultrassônica não for alta, o processo continua ao longo da ramificação NÃO e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, completa 133156 a transecção do vaso.
[0512] A temperatura de uma lâmina ultrassônica e os conteúdos dentro das garras de um atuador de extremidade ultrassônico podem ser determinados com o uso dos algoritmos de controle de retroinformação de frequência-temperatura descritos na presente invenção. A relação fre- quência/temperatura da lâmina ultrassônica é usada para controlar a ins-tabilidade da lâmina ultrassônica instabilidade com a temperatura.
[0513] Conforme descrito aqui, existe uma relação bem conhecida entre a frequência e temperatura em lâminas ultrassônicas. Algumas lâminas ultrassônicas apresentam instabilidade de deslocamento ou instabilidade modal com o aumento da temperatura. Essa relação conhecida pode ser usada para interpretar quando uma lâmina ultrassônica está se aproximando da instabilidade e então ajustar o nível de potência mediante o acionamento do transdutor ultrassônico (por exemplo, pelo ajuste dos sinais de acionamento da tensão Vg(t) ou da corrente Ig(t), ou ambos, aplicados ao transdutor ultrassônico) para modular a temperatura da lâmina ultrassônica para impedir a instabilidade da lâmina ultrassônica.
[0514] A Figura 52 é um diagrama de fluxo lógico 133160 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para determinar quando uma lâmina ultrassônica está se aproximando da instabilidade e, então, ajustar a potência aplicada ao transdutor ultrassônico para impedir a instabilidade do transdutor ultrassônico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. A relação frequência/temperatura de uma lâmina ultrassônica que apresenta um deslocamento ou instabilidade modal é mapeada mediante varredura da frequência dos sinais de acionamento da tensão Vg(t) ou da cor- rente Ig(t), ou ambos, na temperatura da lâmina ultrassônica e registrar os resultados. Uma função ou relação é desenvolvida que pode ser usada/interpretada por um algoritmo de controle executado pelo gerador. Pontos acionadores podem ser estabelecidos com o uso da relação para notificar o gerador que uma lâmina ultrassônica está se aproximando da instabilidade conhecida da lâmina. O gerador executa uma função de processamento do algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura e a resposta de circuito fechado de modo que o nível da potência de acionamento é reduzido (por exemplo, mediante redução da tensão Vg(t) ou corrente Ig(t) de acionamento, ou ambas, aplicada ao transdutor ultrassônico) para modular a temperatura da lâmina ultrassônica no ou abaixo do ponto de acionamento para evitar que uma dada lâmina atinja instabilidade.
[0515] As vantagens incluem simplificação das configurações da lâmina ultrassônica de modo que as características de instabilidade da lâmina ultrassônica não precisam ser projetadas e podem ser compensadas com o uso da presente técnica de controle de instabilidade. A presente técnica de controle de instabilidade também permite novas geometrias de lâmina ultrassônica e pode melhorar o perfil de estresse em lâminas ultrassônicas aquecidas. Além disso, as lâminas ultrassô- nicas podem ser configuradas para diminuir o desempenho da lâmina ultrassônica se usadas com geradores que não utilizam essa técnica.
[0516] De acordo com o processo mostrado pelo diagrama de fluxo lógico 133160, o processador ou circuito de controle do gerador ou ins-trumento, ou ambos, monitora 133162 o ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, infere 133164 a temperatura da lâmina ultrassônica com base no ângulo de fase Φ entre os sinais de tensão Vg(t) e de corrente Ig(t) aplicados ao transdutor ultrassônico. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, compara 133166 a temperatura inferida da lâmina ultrassônica a um limiar de ponto de acionamento de instabilidade da lâmina ultrassônica. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, determina 133168 se a lâmina ul- trassônica está se aproximando da instabilidade. Se não, o processo prossegue ao longo da ramificação NÃO e monitora 133162 o ângulo de fase Φ, infere 133164 a temperatura da lâmina ultrassónica, e compara 133166 a temperatura inferida da lâmina ultrassônica a um limiar de ponto de acionamento de instabilidade da lâmina ultrassônica até a lâmina ultrassônica se aproximar da instabilidade. O processo então prossegue ao longo da ramificação SIM e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, ajusta 133170 o nível de potência aplicado ao transdutor ultrassônico para modular a temperatura da lâmina ultrassônica.
[0517] Algoritmos de vedação ultrassônica para controle de tempe ratura da lâmina ultrassônica podem ser usados para otimizar a hemós- tase mediante o uso de um algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura aqui descrito para explorar a relação frequên- cia/temperatura das lâminas ultrassônicas.
[0518] Em um aspecto, um algoritmo de controle de retroinforma- ção de frequência-temperatura pode ser usado para alterar o nível de potência aplicado do transdutor ultrassônico com base na frequência de ressonância medida (usando espectroscopia) que se refere à temperatura, conforme descrito em vários aspectos da presente descrição. Em um aspecto, o algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura pode ser ativado por um botão de energia no instrumento ultrassônico.
[0519] É conhecido que ótimos efeitos de tecido podem ser obtidos aumentando-se o nível de potência que aciona o transdutor ultrassônico (por exemplo, por aumento da tensão Vg(t) ou corrente Ig(t) de acionamento, ou ambos, aplicada ao transdutor ultrassônico) no início do ciclo de vedação para rapidamente aquecer e dessecar o tecido, e então diminuir o nível de potência que aciona o transdutor ultrassônico (por exemplo, diminuindo a tensão Vg(t) ou a corrente Ig(t) de acionamento, ou ambas, aplicada ao transdutor ultrassônico) para lentamente permitir a formação da vedação final. Em um aspecto, um algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura de acordo com a presente descrição define um limite no limiar da temperatura que o tecido pode atingir conforme o tecido se aquece durante o estágio de nível mais alto de potência e então reduz o nível de potência para controlar a temperatura da lâmina ultrassônica com base no ponto de fusão do bloco de garra de aperto (por exemplo, Teflon) para completar a vedação. O algoritmo de controle pode ser implementado mediante a ativação de um botão de energia no instrumento para uma vedação mais responsi- va/adaptável para reduzir mais a complexidade do algoritmo de hemostasia.
[0520] A Figura 53 é um diagrama de fluxo lógico 133180 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para fornecer vedação ultrassônica com controle de temperatura, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. De acordo com o algoritmo de controle, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, ativa 133182 a detecção de lâmina ultrassônica com o uso de espectroscopia (por exemplo, lâmina inteligente) e mede 133184 a frequência de ressonância da lâmina ultrassônica (por exemplo, a frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico) para determinar a temperatura da lâmina ultrassônica com o uso de um algoritmo de controle de retroin- formação de frequência-temperatura (espectroscopia) conforme aqui descrito. Conforme anteriormente descrito, a frequência de ressonân- cia do sistema eletromecânico ultrassônico é mapeada para se obter a temperatura da lâmina ultrassônica como função da frequência de ressonância do sistema ultrassônico eletromecânico.
[0521] Uma primeira frequência de ressonância desejada fx do sis tema eletromecânico ultrassônico corresponde a uma primeira temperatura desejada Z° da lâmina ultrassônica. Em um aspecto, a primeira temperatura da lâmina ultrassônica desejada Z° é a temperatura ótima (por exemplo, 450°C) para a coagulação de tecido. Uma segunda frequência desejada fY do sistema eletromecânico ultrassônico corresponde a uma segunda temperatura desejada ZZ° da lâmina ultrassônica. Em um aspecto, a segunda temperatura da lâmina ultrassônica desejada ZZ° é uma temperatura de 330°C, que está abaixo do ponto de fusão do bloco de braço de aperto, aproximadamente 380°C que é para o Teflon.
[0522] O processador ou circuito de controle do gerador ou instru mento, ou ambos, compara 133186 a frequência de ressonância medida do sistema eletromecânico ultrassônico à primeira frequência desejada fx. Em outras palavras, o processo determina se a temperatura da lâmina ultrassônica é menor que a temperatura para a coagulação ótima de tecido. Se a medida da frequência de ressonância do sistema eletromecâ- nico ultrassônico for menor que a primeira frequência desejada fx, o processo continua ao longo da ramificação NÃO e o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, 133188 aumenta o nível de potência aplicado ao transdutor ultrassônico para aumentar a temperatura da lâmina ultrassônica até que a frequência de ressonância medida do sistema eletromecânico ultrassônico exceda a primeira frequência desejada fx. Neste caso, o processo de coagulação do tecido é concluído e o processo controla a temperatura da lâmina ultrassônica para a segunda temperatura desejada correspondente à segunda frequência desejada fy.
[0523] O processo continua ao longo da ramificação SIM e o proces- sador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, diminui 133190 o nível de potência aplicado ao transdutor ultrassônico para diminui a temperatura da lâmina ultrassônica. O processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, mede 133192 a frequência de ressonância do sistema eletromecânico ultrassônico e compara a frequência de ressonância medida à segunda frequência desejada fY. Se a frequência de ressonância medida não for menor que a segunda frequência desejada fY, o processador ou circuito de controle do gerador ou instrumento, ou ambos, diminui 133190 o nível de potência ultrassôni- ca até que a frequência de ressonância medida seja menor que a segunda frequência desejada fY. O algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura mantém a frequência de ressonância medida do sistema eletromecânico ultrassônico abaixo da segunda frequência desejada fY, por exemplo, a temperatura da lâmina ultrassônica é menor que a temperatura do ponto de fusão do bloco de braço de aperto então, o ge-rador executa os aumentos do nível de potência aplicado ao transdutor ultrassônico para aumentar a temperatura da lâmina ultrassônica até que a conclusão do processo de transecção de tecido 133196.
[0524] A Figura 54 é uma representação gráfica 133200 da corrente do transdutor ultrassônico e da temperatura da lâmina ultrassônica como função do tempo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. A Figura 54 ilustra os resultados da aplicação do algoritmo de controle de retroinformação de frequência-temperatura descrito na Figura 53. O gráfico 133200 mostra uma primeira plotagem 133202 da temperatura da lâmina ultrassônica como função do tempo em relação a uma segunda plotagem 133204 da corrente do transdutor ultrassônico Ig(t) como função do tempo. Conforme mostrado, o transdutor Ig(t) é mantido constante até a temperatura da lâmina ultrassônica atingir 450°, que é uma temperatura ótima de coagulação. Quando a temperatura da lâmina ul- trassônica atinge 450°, o algoritmo de controle de retroinformação da fre- quência-temperatura diminui a corrente do transdutor Ig(t) até a temperatura da lâmina ultrassônica cair abaixo de 330°, que está abaixo do ponto de fusão de um bloco de Teflon, por exemplo.
[0525] Em vários aspectos, um instrumento cirúrgico (por exemplo, um instrumento cirúrgico ultrassônico) é configurado para identificar ou parametrizar o tecido preso pelo atuador de extremidade e ajustar vários parâmetros operacionais do instrumento cirúrgico concordemente. A identificação ou parametrização do tecido pode incluir o tipo de tecido (por exemplo, o tipo de tecido fisiológico), as características ou propriedades físicas do tecido, a composição do tecido, a localização do tecido dentro ou em relação ao atuador de extremidade, e assim por diante. Em um exemplo discutido com mais detalhes abaixo, o instrumento cirúrgico ultrassônico é configurado para ajustar a amplitude de deslocamento da ponta distal da lâmina ultrassônica de acordo com a razão coláge- no/elastina do tecido detectado nas garras do atuador de extremidade. Conforme anteriormente discutido, um instrumento ultrassônico compreende um transdutor ultrassônico acusticamente acoplado a uma lâmina ultrassônica por meio de um guia de onda ultrassônico. O deslocamento da lâmina ultrassônica é uma função da energia elétrica aplicada ao transdutor ultrassônico e, consequentemente, a energia elétrica fornecida ao transdutor ultrassônico pode ser modulada de acordo com a razão colágeno/elastina do tecido detectada. Em outro exemplo discutido com mais detalhes abaixo, a força exercida pelo braço de aperto sobre o tecido pode ser modulada de acordo com a localização do tecido em relação ao atuador de extremidade. Várias técnicas para identificar ou parametrizar o tecido são descritas na presente descrição e detalhes adicionais podem ser encontrados, por exemplo, no pedido de patente provisório US n° 62/692.768, intitulado SMART ENERGY DEVICES, depositado em 30 de junho 2018, cuja descrição está aqui incorporada a título de refe- rência em sua totalidade.
[0526] Novamente com referência à Figura 23, é ilustrado um atu- ador de extremidade 1122 que compreende uma lâmina ultrassônica 1128 e um braço de aperto 1140, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. A Figura 55 é uma vista de fundo de um atuador de extremidade ultrassônico 1122 que mostra um braço de aperto 1140 e uma lâmina ultrassônica 1128 e delineia o posicionamento do tecido no interior do atuador de extremidade ultrassônico 1122, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O posicionamento do tecido entre o braço de aperto 1140 e a lâmina ultrassônica 1128 pode ser delineado de acordo com a região ou zona na qual o tecido está situado, como uma região distal 130420 e uma região proximal 130422.
[0527] Agora com referência às Figuras 23 e 55, conforme aqui descrito, o atuador de extremidade ultrassônico 1122 prende o tecido entre a lâmina ultrassônica 1128 e o braço de aperto 1140. Quando o tecido está preso, o gerador ultrassônico (por exemplo, o gerador 1100 descrito em conexão com Figura 22) pode ser ativado para aplicar potência ao transdutor ultrassônico, que é acusticamente acoplado à lâmina ultrassônica 1128 por meio de um guia de onda ultrassônico. A potência aplicada ao transdutor ultrassônico pode estar em uma faixa terapêutica ou não terapêutica de níveis de energia. Em uma faixa não terapêutica de potência aplicada, o deslocamento resultante da lâmina ultrassônica 1128 não afeta, ou afeta minimamente, o tecido preso para não coagular ou cortar o tecido. A excitação não terapêutica pode ser particularmente útil para determinar a impedância do transdutor ultrassônico, a qual variará com base em uma variedade de condições presentes no atuador de extremidade 1122, incluindo, por exemplo, o tipo de tecido, a localização do tecido dentro do atuador de extremidade, a razão entre diferentes tipos de tecido e a temperatura da lâmina ultrassônica, entre outras condições. Várias dessas condições são descritas na presente descrição. A impedância do transdutor ultrassô- nico é dada por: conforme aqui descrito. Uma vez que as condições no atuador de extremidade ultrassônico 1122 são determinadas com o uso de níveis de energia ultrassônica não terapêutica, a energia ultrassônica terapêutica pode ser aplicada com base nas condições do atuador de extremidade 1122 determinadas para otimizar o tratamento do tecido, a vedação eficaz, a transecção e a duração, entre outras variáveis associadas a um procedimento cirúrgico específico. A energia terapêutica é suficiente para coagular e cortar o tecido.
[0528] Em um aspecto, a presente descrição fornece um processo de controle, como um algoritmo, para determinar a espessura e o tipo do tecido situado dentro das garras (isto é, entre o braço de aperto 1140 e a lâmina ultrassônica 1128) de um atuador de extremidade ultrassôni- co 1122 conforme mostrado nas Figuras 23 e 55. Detalhes adicionais referentes à detecção de vários estados e propriedades de objetos presos por um atuador de extremidade 1122 são discutidos abaixo sob o título "Determinação do estado das garras" e no pedido de patente provisório US n° 62/692.768, intitulado SMART ENERGY DEVICES.
[0529] A Figura 56 é uma representação gráfica 130000 que mostra a alteração na impedância do transdutor ultrassônico como função da localização do tecido dentro do atuador de extremidade ultrassônico 1122 ao longo de uma faixa de aumentos predeterminados do nível de potência do gerador ultrassônico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O eixo geométrico horizontal 130004 representa a localização do tecido e o eixo geométrico vertical 130002 representa a impedância do transdutor (Q). Vários limites ao longo do eixo geométrico horizontal 130004, como um primeiro limite ou limite proximal 130010 e um segundo limite ou limite distal 130012, podem delinear ou corresponder a diferentes posições do tecido preso dentro do atuador de extremidade ultrassônico 1122. A delineação das localizações proximal e distal do tecido é mostrada esquematicamente na Figura 55 (isto é, porção proximal 130422 e porção distal 130420). As plotagens 130006, 130008 representam a alteração na impedância do transdutor (Q) à medida que a potência aplicada ao transdutor ultrassônico muda de um valor mínimo ou primeiro nível de potência não terapêutico L1 para um valor máximo ou segundo nível de potência não terapêutico L2. Quanto maior for a alteração na impedância do transdutor (Q), mais próxima a plotagem resultante estará do limite distal 130012. Consequentemente, a localização do tecido corresponde à posição da plotagem resultante em relação aos vários limites (por exemplo, o limite proximal 130010 e o limite distal 130012). Na primeira plotagem 130006, δ1 representa a alteração na im- pedância do transdutor quando o tecido está situado na porção proximal 130422 do atuador de extremidade 1122. Isso pode ser visto pelo fato de que a primeira plotagem 130006 não excede o limite proximal 130010. Na segunda plotagem 130008, δ2 representa a alteração na impedância do transdutor quando o tecido está situado na extremidade distal 130012 do atuador de extremidade 1122. Isso pode ser visto pelo fato de que a primeira plotagem 130006 excede o limite proximal 130010 e/ou está situada próxima ao limite distal 130012. Conforme indicado pelas plota- gens 130006, 130008, δ2 é muito maior que δ1.
[0530] Quando potência (tensão e corrente) é aplicada ao transdutor ultrassônico para ativar a lâmina ultrassônica 1128 na faixa não terapêutica (por exemplo, uma potência que não é suficiente para cortar ou coagular o tecido), a impedância do transdutor (Q) medida resultante é um indicador útil da posição do tecido dentro das garras do atuador de ex- tremidade 1122, seja na extremidade distal 130420 ou na extremidade proximal 130422 da lâmina ultrassônica 1128, como mostrado na Figura 55. A localização do tecido dentro do atuador de extremidade 1122 pode ser determinada com base na alteração na impedância do transdutor δ à medida que o nível de potência não terapêutico aplicado ao transdutor ultrassônico varia de um nível de potência mínimo (por exemplo, L1) para um nível de potência máximo (por exemplo, L2). Em alguns aspectos, o nível (ou níveis) de potência não terapêutica aplicado ao transdutor ul- trassônico pode fazer com que a lâmina ultrassônica 1128 oscile em uma amplitude de detecção ou abaixo da amplitude terapêutica mínima (por exemplo, menor que ou igual a 35 μm na extremidade distal e/ou proximal da lâmina ultrassônica 1128). O cálculo da impedância é discutido anteriormente nesta descrição. Uma medida da primeira impedância do transdutor Z1 é tomada quando um primeiro nível de potência L1 é aplicado, o que fornece uma medição inicial, e uma subsequente medida da impedância Z2 é feita novamente quando a potência aplicada é aumentada para um segundo nível de potência L2. Em um aspecto, o primeiro nível de potência L1 = 0,2 A e o segundo nível de potência L2 = 0,4 A, ou duas vezes o primeiro nível de potência L1, embora a tensão seja mantida constante. A amplitude do deslocamento longitudinal resultante da lâmina ultrassônica 1128, com base no nível de potência aplicado, fornece uma indicação da localização do tecido dentro das garras do atuador de extremidade 1122. Em uma implementação exemplificadora, o primeiro nível de potência L1 produz uma amplitude de deslocamento longitudinal de 35 μm na extremidade distal 130420 e de 15 μm na extremidade proximal 130422. Ainda nesse exemplo, o segundo nível de potência L2 produz uma amplitude longitudinal de 70 μm na extremidade distal 130420 e de 35 μm na extremidade proximal 130422. Um algoritmo calcula a diferença de impedância do transdutor δ entre a primeira e a segunda medições para encontrar a alteração na impedância ΔZg(t). A alteração na impedância δ é plotada em função da localização do tecido e mostra que uma alteração maior na impedância representa a localização do tecido distribuída na extremidade distal 130012 e uma alteração menor na impedância representa a localização do tecido distribuída na extremidade proximal 130010 do atuador de extremidade 1122. Em suma, se houver uma grande alteração na impedância à medida que o nível de potência é aumentado de L1 para L2, então o tecido estará posicionado distalmente apenas dentro do atuador de extremidade 1122; por outro lado, se houver apenas uma pequena alteração na impedância à medida que o nível de potência é aumentado de L1 para L2, então o tecido estará mais distribuído dentro do atuador de extremidade 1122.
[0531] A Figura 57 é uma representação gráfica 130050 que mos tra a alteração na impedância do transdutor ultrassônico como função do tempo em relação à localização do tecido dentro do atuador de extremidade ultrassônico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O eixo geométrico horizontal 130054 representa o tempo (t) e o eixo geométrico vertical 130052 representa a alteração na impedância do transdutor (δ) entre a primeira e a segunda medições. As plotagens 130060, 130066 representam a alteração na impe- dância do transdutor (δ) em função do tempo (t), em relação às localizações proximal e distal do tecido na mordida do braço de aperto 1140. Para as localizações proximal e distal do tecido, é aplicada uma força do braço de aperto 1140 para manter o tecido no atuador de extremidade ultrassônico 1122 e é aplicado um período de atraso antes de um primeiro nível de baixa potência ser aplicado e a impedância do transdutor ser medida. Subsequentemente, o sistema aplica um segundo nível de potência mais alto e mede a impedância novamente. Será reconhecido que o primeiro e o segundo níveis de potência aplicados ao transdutor ultrassônico são níveis de potência não terapêuticos. O algoritmo executado por um processador ou uma porção do cir- cuito de controle do gerador, ou do instrumento cirúrgico (por exemplo, o processador 902 na Figura 21 ou o circuito de controle 760 na Figura 18) calcula a diferença na impedância do transdutor (δ) entre o primeiro nível de potência e o segundo nível de potência para as localizações proximal e distal do tecido. Conforme mostrado em relação à primeira plotagem 130060, se a diferença na impedância do transdutor (δ) estiver abaixo de um primeiro limiar 130056, o algoritmo determina que o tecido está situado na porção proximal 130422 do atuador de extremidade 1122. Na primeira curva 130060, a diferença de impedân- cia do transdutor entre as medições aumenta 130062 ao longo do tempo até estabilizar ou se mantém 130064 abaixo do primeiro limiar 130056. Conforme mostrado em relação à primeira plotagem 130066, se a diferença na impedância do transdutor (δ) estiver acima de um segundo limiar 130058, o algoritmo determina que o tecido está situado na porção distal 130420 do atuador de extremidade 1122. Na segunda plotagem 130066, a diferença de impedância do transdutor entre as medições aumenta 130068 ao longo do tempo até estabilizar ou se mantém 130070 acima do segundo limiar 130058. Se a diferença de impedância do transdutor (δ) estiver entre o primeiro e o segundo limiares 130056, 130058, o algoritmo determina que o tecido está situado na porção intermediária 130424 do atuador de extremidade 1122, por exemplo, entre as porções proximal e distal do atuador de extremi-dade.
[0532] A Figura 58 é um diagrama de fluxo lógico de um processo 130100 que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para identificar a operação na faixa de potência não terapêutica de potência aplicada ao instrumento para determinar o posicionamento do tecido, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O processo 130100 pode ser executado por um processador ou circuito de controle de um instrumento cirúrgico, co mo o circuito de controle 760 da Figura 18, ou um gerador, como o processador 902 da Figura 21. Por uma questão de concisão, o processo 130100 será descrito como sendo executado por um processador, mas deve ser entendido que a descrição a seguir abrange as variações supracitadas.
[0533] De acordo com um aspecto do processo 130100, um pro cessador aplica um sinal de controle para fechar o braço de aperto 1140 para capturar o tecido entre o braço de aperto 1140 e a lâmina ultrassônica 1128. Depois que o braço de aperto 1140 se fecha sobre o tecido, o processador espera por um período de atraso predeterminado para permitir que o tecido relaxe e libere parte do teor de umidade. Após esse período de atraso, o processador 130102 ajusta o nível de potência aplicado ao transdutor ultrassônico para um primeiro nível de potência não terapêutico. Opcionalmente, um aspecto do processo 130100 inclui um controle de retroinformação que pode ser usado para verificar se a primeira potência está ajustada abaixo de um nível de potência terapêutico. Nesse aspecto, o processador determina 130106 se o primeiro nível de potência é menor que um nível de potência terapêutico. Se o primeiro nível de potência não for menor que um nível de potência terapêutico, o processo 130100 continua ao longo da ramificação NÃO e o processador 130108 diminui a energia aplicada e executa uma iteração até que o primeiro nível de potência seja menor que um nível de potência terapêutico. O processo 130100 continua então ao longo da ramificação SIM e o processador mede 130110 uma primeira impedância Zg1(t) do transdutor ultrassônico correspondente ao primeiro nível de potência. O processador ajusta 130112, então, o nível de potência aplicado ao transdutor ultrassônico para um segundo nível de potência não terapêutico, em que o segundo nível de potência é maior que o primeiro nível de potência e está abaixo de um nível de potência terapêutico. Novamente, opcionalmente, um controle de re- troinformação pode ser usado para verificar que o segundo nível de potência não só é maior que o primeiro nível de potência, mas também está abaixo de um nível de potência terapêutico. Nesse aspecto, o processador determina 130114 se o segundo nível de potência é menor que um nível de potência terapêutico. Se o segundo nível de potência for maior que um nível de potência terapêutico, o processo 130100 continua ao longo da ramificação NÃO e o processador diminui 130108 o segundo nível de potência e executa uma iteração até que o segundo nível de potência seja menor que um limiar do nível de potência terapêutico. O processo 130100 continua então ao longo da ramificação SIM e o processador mede 130116 uma segunda impe- dância Zg2(t) do transdutor ultrassônico correspondente ao segundo nível de potência. A impedância do transdutor ultrassônico pode ser medida usando uma variedade de técnicas conforme discutido neste documento. O processador calcula, então, 130118 a diferença na im- pedância do transdutor entre o primeiro e o segundo níveis de potência aplicados:
[0534] O processador fornece, então, 130120 ao usuário uma in dicação da posição do tecido. O processador pode indicar a posição do tecido através de um dispositivo de saída de um instrumento cirúrgico (por exemplo, dispositivos de retroinformação visual, como a tela mostrada na Figura 31, dispositivos de retroinformação de áudio e/ou dispositivos de retroinformação tátil), uma tela 135 (Figura 3) ou outro dispositivo de saída de um controlador cirúrgico central 106 conectado de modo comunicativo ao instrumento cirúrgico e/ou um dispositivo de saída 2140 (Figura 27B) de um gerador 1100 (por exemplo, dispositivos de retroinformação visual, dispositivos de retroinforma- ção de áudio e/ou dispositivos de retroinformação tátil).
[0535] O processador compara a diferença na impedância do transdutor com um primeiro e um segundo limiares em que, conforme mostrado na Figura 57, se a diferença na impedância do transdutor (δ) estiver abaixo de um primeiro limiar 130056, o algoritmo determina que o tecido está situado na porção proximal 130422 do atuador de extremidade 1122, e se a diferença na impedância do transdutor (δ) estiver acima de um segundo limiar 130058, o algoritmo determina que o tecido está situado na porção distal 130420 do atuador de extremidade 1122. Se a diferença na impedância do transdutor (δ) estiver entre o primeiro e o segundo limiares 130056, 130058, o algoritmo determina que o tecido está situado na porção intermediária 130424 do atuador de extremidade 1122, por exemplo, entre as porções proximal e distal 130422, 130420 do atuador de extremidade 1122. De acordo com o processo descrito, a impedância do transdutor ultrassônico pode ser empregada para diferenciar a porcentagem do tecido que está situada em uma porção distal, em uma porção proximal ou em um local intermediário do atuador de extremidade 1122 e, então, aplicar um nível de potência terapêutico adequado.
[0536] Em vários aspectos, as reações do instrumento ultrassônico podem depender de se o tecido está presente no atuador de extremidade, do tipo de tecido situado no atuador de extremidade ou da compres- sibilidade ou composição do tecido situado no atuador de extremidade. Consequentemente, o gerador ou o instrumento cirúrgico ultrassônico pode conter e/ou executar instruções para executar algoritmos para controlar o tempo entre a preensão do tecido nas garras do atuador de extremidade e a ativação do transdutor ultrassônico para tratar o tecido. Se não for detectada a presença de tecido, os botões ou pedais de ativação do gerador ultrassônico podem ter significados diferentes para executar diferentes funções. Em um aspecto, um dispositivo de energia avançado pode usar a detecção da presença de tecido entre as garras do atuador de extremidade como a indicação para ativar o transdutor ultrassônico, iniciando, assim, o ciclo de coagulação do tecido. Em um outro aspecto, as propriedades de compressão e o reconhecimento si- tuacional podem permitir a ativação automática do dispositivo para também ajustar os parâmetros do algoritmo para o tipo de tecido detectado. Por exemplo, o gerador avançado pode ignorar os botões ou pedais de ativação, a menos que o tecido seja detectado como estando contato com as garras do atuador de extremidade. Essa configuração eliminaria indicações involuntárias de ativação que permitiriam que o dispositivo fosse operado de uma maneira mais simples.
[0537] Consequentemente, um gerador avançado, como os gerado res avançados descritos em conexão com as Figuras 1 a 42, e/ou ins-trumentos cirúrgicos, como os instrumentos cirúrgicos ultrassônicos descritos ao longo desta descrição, podem ser configurados para operar em um modo sem chave ou botões. Em um modo sem chave, o dispositivo ultrassônico é ativado automaticamente no modo de coagulação ao ser detectada a presença de tecido nas garras do atuador de extremidade. Em um aspecto, quando operando no modo de ativação automática de energia (ou modo "sem chave"), o algoritmo de controle que controla a ativação do instrumento cirúrgico ultrassônico pode ser configurado para aplicar menos energia inicialmente ao instrumento ultrassônico do que se ativado quando não operando no modo sem chave. Além disso, o gerador ou o instrumento ultrassônico podem ser configurados para determinar o contato e o tipo de tecido situado nas garras do atuador de extremidade. Com base na detecção da presença de tecido nas garras do atuador de extremidade, algoritmos de controle executados por um processador ou circuito de controle do gerador ou do instrumento ultrassôni- co poderiam executar o instrumento ultrassônico em modo sem chave e poderiam ajustar o algoritmo para atingir a melhor coagulação geral do tecido nas garras do atuador de extremidade. Em outros aspectos, em vez de ativar automaticamente o instrumento cirúrgico e/ou o gerador, os algoritmos de controle executados por um processador ou circuito de controle do gerador ou do instrumento ultrassônico poderiam evitar a ativação do gerador ou do instrumento ultrassônico, a menos que a presença de tecido seja detectada no atuador de extremidade.
[0538] Em um aspecto, a presente descrição fornece um algoritmo executado por um processador ou circuito de controle localizado no gerador ou no instrumento ultrassônico de mão para determinar a presença de tecido e o tipo de tecido situado nas garras do atuador de extremidade. Em um aspecto, o algoritmo de controle pode ser configurado para determinar que o tecido está situado dentro do atuador de extremidade utilizando técnicas aqui descritas para determinar a localização do tecido conforme descrito abaixo sob o título "Determinação da localização do tecido por meio da continuidade entre eletrodos". Por exemplo, um algoritmo de controle pode ser configurado para determinar se o tecido está situado dentro do atuador de extremidade verificando se há qualquer continuidade entre os eletrodos (conforme descrito abaixo) e, consequentemente, ativar o instrumento cirúrgico (por exemplo, fazendo com que o gerador ao qual o instrumento cirúrgico está acoplado comece a aplicar potência ao instrumento cirúrgico) automaticamente mediante a detecção do tecido ou permitir a ativação do instrumento cirúrgico. Quando o instrumento cirúrgico e/ou o gerador são operados no modo sem chave, o algoritmo de controle pode ser ainda configurado para ativar o instrumento cirúrgico em um nível de potência específico, que pode ou não ser diferente de um nível de potência de ativação inicial padrão para o instrumento cirúrgico. Em alguns aspectos, um algoritmo de controle pode ser configurado para ativar ou permitir a ativação do instrumento cirúrgico de acordo com o tipo ou uma composição específica do tecido, que pode ser detectado/a, com o uso, por exemplo, das técnicas descritas abaixo sob o título "Determinação da razão colágeno/elastina do tecido de acordo com a reflectância e emissividade de superfície no infravermelho (IV)". Por exemplo, o algoritmo de controle pode ser configurado para ativar o instrumento cirúrgico quando o tecido que tem uma composição com alto teor de colágeno é preso, mas não necessariamente ativar o instrumento cirúrgico quando o tecido com uma composição de alto teor de elastina é preso. Em alguns aspectos, um algoritmo de controle pode ser configurado para ativar ou permitir a ativação do instrumento cirúrgico de acordo com a possibilidade de o tecido preso estar situado em uma posição específica dentro do atuador de extremidade ou se uma determinada quantidade de tecido foi presa pelo atuador de extremidade com o uso, por exemplo, das técnicas descritas abaixo sob o título "Determinação da localização do tecido por meio da continuidade entre eletrodos". Por exemplo, o algoritmo de controle pode ser configurado para ativar o instrumento cirúrgico quando o tecido preso cobre uma porcentagem específica do atuador de extremidade. Como outro exemplo, o algoritmo de controle pode ser configurado para ativar o instrumento cirúrgico quando o tecido preso está situado na extremidade distal do atuador de extremidade.
[0539] Em outros aspectos, um algoritmo de controle pode ser con figurado para determinar se o tecido foi preso pelo atuador de extremidade, o tipo de tecido ou a composição do tecido e outras características do atuador de extremidade ou do tecido por meio de um sistema de reconhecimento situacional, conforme descrito no pedido de patente provisório US n° de série 62/659.900, intitulado METHOD OF HUB COMMUNICATION, depositado em 19 de abril de 2018, que está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade, e conforme aqui descrito sob o título "Reconhecimento situacional". Nesses aspectos, um controlador cirúrgico central 106 (Figuras 1 a 11) ao qual o instrumento cirúrgico e/ou o gerador estão conectados pode receber dados do instrumento cirúrgico, do gerador e/ou de outros dispositivos médi- cos utilizados na sala de operação e fazer inferências sobre o procedimento cirúrgico, ou uma etapa específica do mesmo, que é realizado. Consequentemente, o sistema de reconhecimento situacional pode inferir se e qual tipo (ou tipos) de tecido está(ão) sendo operado(s) em qualquer dado momento ou etapa, e então um algoritmo de controle pode controlar o instrumento cirúrgico adequadamente, incluindo ativar automaticamente o instrumento cirúrgico. Por exemplo, o algoritmo de controle poderia ser configurado para ativar automaticamente ou permitir a ativação do instrumento cirúrgico quando o tecido preso pelo atua- dor de extremidade corresponde ao tipo de tecido ou à composição do tecido esperados pelo sistema de reconhecimento situacional.
[0540] Com a capacidade para detectar se o instrumento está ou não em contato com o tecido, e qual é o tipo de tecido quando em contato, o instrumento ultrassônico pode ser operado em um modo de operação sem chave no qual a operação é permitida com base na capacidade de detecção do instrumento ultrassônico. Em alguns aspectos, um algoritmo de controle pode ser configurado para ignorar as atuações de botões e pedais de ativação, e de outros dispositivos de entrada acoplados ao gerador e/ou ao instrumento cirúrgico ul- trassônico, a menos que seja detectado tecido em contato com as garras/atuador de extremidade do instrumento cirúrgico, evitando, assim, ativações não intencionais do instrumento. Em alguns aspectos, um algoritmo de controle pode ser configurado para atribuir significados diferentes às entradas de botões e pedais de ativação, e de outros dispositivos de entrada acoplados ao gerador e/ou ao instrumento cirúrgico ultrassônico com base na detecção de tecido em contato com as garras/o atuador de extremidade do instrumento cirúrgico. Por exemplo, quando é detectada a presença de tecido no atua- dor de extremidade, um algoritmo de controle pode ser configurado para ativar o instrumento cirúrgico em resposta a um botão de ativa- ção que é atuado; contudo, quando não é detectada a presença de tecido no atuador de extremidade, o algoritmo de controle pode ser configurado para executar certa ação diferente ou secundária quando o botão de ativação é atuado.
[0541] A capacidade de determinar a falta de tecido presente nas garras do atuador de extremidade atua como uma tolerância para permitir que o instrumento mude para o modo sem chave e, então, iniciar um ciclo de operação automática de coagulação quando tecido é, então, detectado, resultando em um tempo de disponibilidade de uso maior do instrumento e permitindo que o usuário prossiga com base em sua capacidade preditiva do instrumento. A capacidade de detectar ainda o tipo de tecido além de detectar a presença de tecido permite que o algoritmo ajuste e calcule a melhor oportunidade de coagulação. Ajuste de um sistema ultrassónico de acordo com a composição do tecido
[0542] Em vários aspectos, um instrumento cirúrgico ultrassônico pode incluir um processador ou circuito de controle que executa um algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável para detectar a composição do tecido preso por ou situado no atuador de extremidade e controlar os parâmetros operacionais do transdutor ultrassônico e/ou da lâmina ultrassônica de modo apropriado. A composição do tecido pode incluir, por exemplo, a razão entre colágeno e elastina no tecido, a rigidez do tecido ou a espessura do tecido. Os parâmetros operacionais controlados ou regulados pelo algoritmo de controle de lâmina ultrassô- nica adaptável podem incluir, por exemplo, a amplitude da lâmina ul- trassônica, a temperatura ou o fluxo de calor da lâmina ultrassônica, etc. O algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser executado por um circuito de controle ou um processador situado no gerador ou no instrumento cirúrgico.
[0543] Em um exemplo descrito com mais detalhes abaixo, o algo- ritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser configurado para controlar a amplitude da lâmina ultrassônica de acordo com a razão entre colágeno e elastina do tecido. A razão entre colágeno e elastina do tecido pode ser determinada através de uma variedade de técnicas, como as descritas a seguir. Em outro exemplo descrito com mais detalhes abaixo, o algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser configurado para controlar o transdutor ultrassônico/a lâmina ultrassônica para fornecer um tempo de aquecimento mais longo e uma temperatura final menor da lâmina ultrassônica quanto mais baixo for o teor de colá- geno do tecido.
[0544] Em vários aspectos, um algoritmo de controle pode ser con figurado para determinar a razão colágeno/elastina de um tecido (por exemplo, para ajustar a amplitude da ponta distal de uma lâmina ultras- sônica) mediante a detecção da frequência natural de uma lâmina ul- trassônica e os deslocamentos na forma de onda da lâmina ultrassôni- ca. Por exemplo, as técnicas descritas em conexão com as Figuras 1 a 54 podem ser usadas para detectar a razão entre colágeno e elastina do tecido situado em um atuador de extremidade de um instrumento ultrassônico. Em um aspecto, a presente descrição fornece um algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável para detectar a frequência natural da lâmina ultrassônica e o deslocamento na forma de onda para detectar a composição do tecido em contato com a lâmina ultrassônica. Em um outro aspecto, o algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser configurado para detectar o teor de composição de colágeno e elastina do tecido e ajustar o fluxo de calor terapêutico da lâmina ultrassônica com base no teor de colágeno detectado do tecido. Técnicas para monitorar o desvio da frequência natural da lâmina ultrassônica com base no tipo de tecido situado nas garras do atuador de extremidade do instrumento ultrassônico são aqui descritas em conexão com as Figuras 1 a 54. Consequentemente, por uma questão de concisão e clareza, tais técnicas não serão repetidas aqui.
[0545] A razão entre elastina e colágeno pode ser determinada me diante o monitoramento do deslocamento na frequência natural da lâmina ultrassônica e a comparação da frequência natural com uma tabela de consulta. A tabela de consulta pode ser armazenada na memória (por exemplo, memória 3326 da Figura 31) e contém a razão entre elas- tina e colágeno e um deslocamento da frequência natural correspondente para uma dada razão determinada empiricamente.
[0546] Em vários aspectos, um algoritmo de controle pode ser confi gurado para determinar a razão colágeno/elastina de um tecido (por exemplo, ajustar a amplitude da ponta distal de uma lâmina ultrassônica) mediante a determinação da refletividade de IV do tecido. Por exemplo, a Figura 59 ilustra um sistema ultrassônico 130164 que compreende um gerador ultrassônico 130152 acoplado a um instrumento ultrassônico 130150. O instrumento ultrassônico 130150 é acoplado a um atuador de extremidade ultrassônico 130400 por meio de um guia de onda ultrassô- nico 130154. O gerador ultrassônico 130152 pode ser integral com o instrumento ultrassônico 130150 ou pode ser conectado ao instrumento ul- trassônico 130150 com o uso de técnicas de acoplamento elétri- co/eletrônico com ou sem fio. O atuador de extremidade 130400 do instrumento cirúrgico ultrassônico 130150 compreende sensores de IV situados no braço de aperto 130402 (por exemplo, membro de garra), de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O gerador ultrassônico 130152 e/ou o instrumento ultrassônico 130150 podem ser acoplados ao controlador cirúrgico central 130160 e/ou à nuvem 130162 através de conexões com ou sem fio, conforme descrito em conexão com Figuras 1 a 11.
[0547] A Figura 60 ilustra um circuito sensor 130409 de detecção de refletividade de IV que pode ser montado ou formado integralmente com o braço de aperto 130402 do atuador de extremidade ultrassônico 130400 para detectar a composição de tecidos, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O circuito sensor de IV 130409 inclui uma fonte de IV 130416 (por exemplo, um transmissor de IV) e um detector de IV 130418 (por exemplo, um receptor de IV). A fonte de IV 130416 é acoplada a uma fonte de tensão V. Uma corrente é gerada através de R2 quando o circuito de controle 130420 fecha a chave SW1. Quando a chave SW1 está fechada, a fonte de IV 130416 emite energia IV em direção ao tecido 130410 (por exemplo, tecido preso ou situado entre o braço de aperto 130402 e a lâmina ultrassô- nica 130404). Parte da energia IV emitida é absorvida pelo tecido 130410, parte é transmitida através do tecido 130410, e parte é refletida pelo tecido 130410. O detector de IV 130418 recebe a energia IV refletida pelo tecido 130410 e gera uma tensão de saída Vo ou um sinal, que são aplicados ao circuito de controle 130420 para processamento.
[0548] Com referência às Figuras 59 e 60, em um aspecto, o gera dor ultrassônico 130152 inclui o circuito de controle 130420 para acionar a fonte de IV 130416 e o detector de IV 130418 situado sobre ou no interior do braço de aperto 130402 do atuador de extremidade ultrassô- nico 130400. Em outros aspectos, o instrumento ultrassônico 130150 inclui o circuito de controle 130420 para acionar a fonte de IV 130416 e o detector de IV 130418 situado sobre ou no interior do braço de aperto 130402 do atuador de extremidade ultrassônico 130400. Em qualquer um desses aspectos, quando o tecido 130410 é preso entre a lâmina ultrassônica 130404 e o braço de aperto 130402, a fonte de IV 130416 é energizada pelo circuito de controle 130420 fechando a chave SW1, por exemplo, para iluminar o tecido com energia IV. Em um aspecto, o detector de IV 130418 gera uma tensão Vo que é proporcional à energia IV refletida pelo tecido 130410. A energia IV total emitida pela fonte de IV 130416 é igual à soma da energia IV refletida pelo tecido 130410, da energia IV absorvida pelo tecido 130410 e da energia IV que passa através do tecido 130410, mais quaisquer perdas. Consequentemente, o circuito de controle 130420 ou o processador podem ser configurados para detectar o teor de colágeno do tecido 130410 pela quantidade de energia IV detectada pelo detector de IV 130418 em relação à quantidade total de energia IV emitida pela fonte de IV 130416. Um algoritmo leva em conta a quantidade de energia absorvida pelo e/ou transmitida através do tecido 130410 para determinar o teor de colágeno do tecido 130410. A fonte de IV 130416, o detector de IV 130418 e os algoritmos são calibrados para fornecer medições úteis do teor de colágeno do tecido 130410 utilizando os princípios de refletividade de IV.
[0549] O circuito sensor de detecção de refletividade de IV 130409 mostrado na Figura 60 fornece reflectância e emissividade de superfície por IV para determinar a razão entre elastina e colágeno. A reflectância por IV pode ser usada para determinar a composição do tecido para ajustar a amplitude de um transdutor ultrassônico. O índice de refração é uma constante óptica que controla a reflexão luminosa da luz infravermelha. O índice de refração pode ser usado para diferenciar tipos de tecido. Por exemplo, o contraste de índice de refração é mostrado para diferenciar entre tecido hepático normal e metástases hepáticas. O índice de refração poderia ser usado como uma medida absoluta ou comparativa para diferenciação de tecido.
[0550] Um método comparativo usa um dispositivo de dissecção alimentado por energia, como uma lâmina ultrassônica 130404, por exemplo, para determinar a razão exata (conforme detalhado acima) e então predizer a razão de colágeno para todas as atuações adicionais que usam esse índice como uma linha de base. Dessa maneira, um en- doscópio pode atualizar o dispositivo de dissecção (por exemplo, a lâmina ultrassônica 130404) com base na razão de colágeno. O dispositivo de dissecção pode fazer o ajuste fino da previsão cada vez que é acionado para fazer um disparo real de desnaturação de colágeno. Um método alternativo pode empregar um índice absoluto com uma tabela de consulta que pode diferenciar entre irregularidades de superfície e concentração de colágeno sob a superfície. Informações adicionais sobre as propriedades de índice de refração de IV do tecido podem ser encontradas em "Visible To Near-Infrared Refractive Properties of Freshly-Excised Human-Liver Tissues: Marking Hepatic Malignancies"; Panagiotis Gian- nios, Konstantinos G. Toutouzas, Maria Matiatou, Konstantinos Stasinos, Manousos M. Konstadoulakis, George C. Zografos, e Konstantinos Moutzourisa; Sci. Rep. 2016; 6: 27910, cujo conteúdo está aqui incorporado a título de referência.
[0551] Em outros aspectos, o dispositivo de dissecção ultrassônico pode ser configurado para alterar a temperatura ideal do algoritmo de controle de lâmina ultrassônica proporcionalmente com a razão de co- lágeno. Por exemplo, o algoritmo de controle de temperatura de lâmina ultrassônica pode ser modificado com base na razão de colágeno recebida do circuito de controle 130420. Como um exemplo específico, o algoritmo de controle de temperatura de lâmina ultrassônica pode ser configurado para reduzir o conjunto de temperaturas nas quais a lâmina ultrassônica 130404 é mantida e aumentar o tempo de retenção em que a lâmina ultrassônica 130404 fica em contato com o tecido 130410 para concentrações mais altas de colágeno no tecido preso 130410. Como outro exemplo, o tempo de espera para o algoritmo percorrer um ciclo completo de ativação poderia ser modificado com base na razão de co- lágeno. Vários algoritmos de controle de temperatura para lâminas ul- trassônicas são descritos em conexão com as Figuras 43 a 54.
[0552] A Figura 61 é uma vista em corte de um atuador de extre midade ultrassônico 130400 que compreende um braço de aperto 130402 e uma lâmina ultrassônica 130404, de acordo com um aspecto da presente descrição. O braço de aperto 130402 compreende circuitos sensores de detecção de refletividade de IV 130409a, 130409b que podem ser montados ou formados integralmente com o braço de aperto 130402 do atuador de extremidade ultrassônico 130400 para detectar a composição do tecido 130410. Os circuitos sensores de detecção de refletividade de IV 130409a, 130409b podem ser montados em um substrato de circuito flexível 130412, que é mostrado em vista plana na Figura 62. O substrato de circuito flexível 130412 inclui três elementos alongados 130408a, 130408b, 130408c nos quais são montados os circuitos sensores de detecção de refletividade de IV 130409a, 130409b e os sensores de IV 130414a, 130414b. Os sensores de IV 130414a, 130414b podem incluir fontes de IV 130416 e detectores de IV 130418, conforme mostrado na Figura 60.
[0553] A Figura 63 é um diagrama de fluxo lógico de um processo 130200 que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para medir a reflectância de IV para determinar a composição do tecido para ajustar a amplitude do transdutor ultrassônico. O processo 130200 pode ser executado por um processador ou circuito de controle de um instrumento cirúrgico, como o circuito de controle 760 da Figura 18, ou um gerador, como o processador 902 da Figura 21. Por uma questão de concisão, o processo 130200 será descrito como sendo executado por um circuito de controle, mas deve ser entendido que a descrição a seguir abrange as variações supracitadas.
[0554] Consequentemente, com referência às Figuras 1 a 54 e às Figuras 59 a 63, em um aspecto, o circuito de controle energiza 130202 a fonte de IV 130416 para aplicar energia IV ao tecido 130410 preso em um atuador de extremidade 13400 de um instru- mento ultrassônico 130150. O circuito de controle 130204 detecta, então, por meio de um detector de IV 130418, a energia IV refletida pelo tecido 130410. Consequentemente, o circuito de controle determina 130206 a razão entre colágeno e elastina do tecido 130410 com base na energia IV detectada refletida pelo tecido 130410. O circuito de controle ajusta 130208 o algoritmo de controle de temperatura de lâmina ultrassônica, conforme discutido no pedido de patente provisório US n° 62/692.768, intitulado SMART ENERGY DEVICES, com base na determinação da razão entre colágeno e elastina do tecido. Em um aspecto, o teor de colágeno do tecido 130410 pode ser detectado de acordo com a refletividade de uma fonte de luz IV 130416. Em um outro aspecto, quanto mais baixo o teor de colágeno do tecido 130410, mais longo o tempo de aquecimento e menor a temperatura final da lâmina ultrassônica 130404. Em ainda outro aspecto, a composição do tecido 130410 pode ser a espessura ou a rigidez do tecido e poderia ser usada para afetar o programa de controle do transdutor da lâmina ultrassônica.
[0555] A razão entre elastina e colágeno pode ser determinada mediante o monitoramento da reflectância de IV do tecido e a comparação da reflectância de IV detectada com uma tabela de consulta. A tabela de consulta pode ser armazenada na memória (por exemplo, memória 3326 da Figura 31) e contém a razão entre elastina e colá- geno e uma reflectância de IV correspondente para uma razão específica conforme determinada empiricamente.
[0556] Tipos diferentes de tecidos são compostos de diferentes quantidades de proteínas estruturais, como colágeno e elastina, que fornecem os diferentes tipos de tecido com diferentes propriedades. Conforme calor é aplicado ao tecido (por exemplo, por uma lâmina ul- trassônica), as proteínas estruturais se desnaturam, o que afeta a integridade e outras propriedades do tecido. No entanto, as proteínas estruturais se desnaturam em temperaturas diferentes conhecidas. Por exemplo, o colágeno se desnatura antes da elastina. Consequentemente, detectando-se em qual temperatura as propriedades do tecido se alteram, pode-se inferir a composição do tecido (por exemplo, a razão entre colágeno e elastina no tecido). Em vários aspectos, um algoritmo de controle pode ser configurado para determinar a razão entre coláge- no e elastina de um tecido mediante a determinação do ponto de transformação de colágeno do tecido. O algoritmo de controle pode, por sua vez, controlar vários parâmetros operacionais do instrumento cirúrgico, como a amplitude da lâmina ultrassônica, de acordo com a composição do tecido determinada. Em um aspecto, o algoritmo de controle pode determinar o ponto de transformação de colágeno do tecido mediante a medição da posição do membro de atuação do braço de aperto e da taxa de alteração de seu deslocamento enquanto a carga sobre o braço de aperto é mantida constante. Em um outro aspecto, o algoritmo de controle pode determinar o ponto de transformação de colágeno do tecido pela medição direta da temperatura na interface tecido/lâmina para identificar a porcentagem colágeno/elastina.
[0557] As Figuras 16 a 19 ilustram esquematicamente mecanismos de fechamento de braço de aperto motorizados. A Figura 40 é um diagrama de sistema 7400 de um circuito segmentado 7401 que compreende uma pluralidade de segmentos de circuito operados independentemente 7402, 7414, 7416, 7420, 7424, 7428, 7434, 7440, de acordo com um aspecto da presente descrição, e a Figura 35 é um diagrama de circuito de vários componentes de um instrumento cirúrgico com funções de controle de motor, de acordo com um aspecto da presente descrição. Por exemplo, a Figura 35 ilustra um mecanismo de acionamento 7930, que inclui um trem de acionamento de fechamento 7934 configurado para fechar um membro de garra para prender o tecido com o atuador de ex-tremidade. As Figuras 38 e 39 ilustram sistemas de controle 12950, 12970 para controlar a taxa de fechamento do membro de garra, como uma porção do braço de aperto de um atuador de extremidade ultrassô- nico, em que a Figura 38 é um diagrama de um sistema de controle 12950 configurado para fornecer um fechamento progressivo de um membro de fechamento à medida que ele avança distalmente para fechar o braço de aperto para aplicar uma carga de força de fechamento a uma taxa desejada de acordo com um aspecto da presente descrição, e a Figura 39 ilustra um sistema de controle de retroinformação do controlador proporcional-integral-derivado (PID) 12970, de acordo com um aspecto da presente descrição. Consequentemente, na descrição a seguir de um sistema ultrassônico que compreende um controlador de braço de aperto motorizado para controlar a taxa de fechamento e/ou a posição do braço de aperto, deve ser feita referência às Figuras 16 a 19 e 38 a 41.
[0558] Em um aspecto, um algoritmo de controle pode ser configu rado para detectar o ponto de transformação do colágeno de um tecido preso e, dessa forma, controlar a aplicação de energia ultrassônica ao tecido através do controle da fase e/ou da amplitude do sinal de acionamento do transdutor ultrassônico ou da taxa de fechamento do braço de aperto. Por exemplo, em um aspecto, um algoritmo de controle pode ser configurado para controlar a força aplicada ao tecido pelo braço de aperto de acordo com o ponto de transformação do colágeno. Isso pode ser feito através da medição da posição do membro de atuação do braço de aperto e de sua taxa de alteração enquanto a carga do braço de aperto é mantida constante dentro da pressão de coaptação em uma faixa operacional definida (por exemplo, de 130 a 180 psi) correspondente ao tipo de instrumento específico.
[0559] A Figura 64A é uma representação gráfica 130250 do deslo camento do braço de aperto 1140 (Figura 23) em função do tempo con- forme o braço de aperto 1140 é fechado para identificar o ponto de transformação do colágeno, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. A Figura 64B é uma porção ampliada 130256 da representação gráfica 130250 mostrada na Figura 64A. O eixo geométrico horizontal 130254 representa o tempo (por exemplo, em segundos) e o eixo geométrico vertical 130252 representa o deslocamento do bra-ço de aperto δ (por exemplo, em milímetros). Em um aspecto, um algoritmo de controle pode ser configurado para controlar a carga aplicada ao tecido pelo braço de aperto 1140 (por exemplo, controlando a taxa de fechamento do braço de aperto 1140) à medida que a lâmina ultras- sônica 1128 (Figura 23) aquece o tecido de acordo com o ponto de transformação de colágeno do tecido. Em tal aspecto, um algoritmo de controle é configurado para fechar o braço de aperto 1140 até que a carga do braço de aperto atinja um limiar, o que pode incluir um valor específico (por exemplo, 4,5 lb) ou uma faixa de valores (por exemplo, dentro de uma faixa de 3,5 a 5 lb). Nesse ponto, o algoritmo de controle ajusta o limiar θ da taxa de alteração do deslocamento do braço de aperto, e monitora o deslocamento do braço de aperto 1140. Enquanto a taxa de alteração de deslocamento do braço de aperto permanecer dentro de um limite negativo predefinido (isto é, abaixo do limiar θ), o algoritmo de controle pode determinar que o tecido está abaixo da temperatura de transformação. Conforme mostrado na representação gráfica das Figuras 64A e 64B, quando o algoritmo de controle determina que a taxa de alteração de deslocamento do braço de aperto excede o limiar θ, o algoritmo de controle pode determinar que a temperatura de fusão do colágeno foi atingida.
[0560] Em um aspecto, quando o algoritmo de controle determina que a temperatura de transição foi atingida, o algoritmo de controle pode ser configurado para alterar a operação do instrumento ultrassô- nico de modo apropriado. Por exemplo, o algoritmo de controle pode alternar o instrumento cirúrgico do modo de controle de carga (do braço de aperto 1140) para o modo de controle de temperatura. Em um outro aspecto, o algoritmo de controle pode manter o controle de carga do braço de aperto depois de atingida a temperatura de transformação do colágeno, e monitorar quando um limiar da taxa de alteração de deslocamento do braço de aperto é alcançado. O segundo limiar da taxa de alteração de deslocamento do braço de aperto pode corresponder, por exemplo, à temperatura de transição da elastina. Os locais das temperaturas de transição do colágeno e/ou da elastina na plota- gem 130258 do deslocamento do braço de aperto ao longo do tempo podem ser chamados de pontos de "joelho" da curva 130258. Conse-quentemente, nesse aspecto, o algoritmo de controle pode ser configurado para alterar a operação do instrumento ultrassônico no caso de o segundo limiar da taxa de alteração de deslocamento do braço de aperto (ou "joelho" de elastina) ser atingido e alterar a operação do instrumento ultrassônico de modo apropriado. Por exemplo, o algoritmo de controle pode alternar o instrumento cirúrgico do modo de controle de carga (do braço de aperto 1140) para o modo de controle de temperatura quando o joelho de elastina na plotagem 130258 é detectado.
[0561] A transformação do colágeno deve ser constante para um dado fluxo de calor entre 45°C e 50°C para o colágeno, em que a elas- tina tem uma temperatura de fusão diferente. Além disso, a temperatura deve estabilizar à medida que o colágeno absorve o calor. Em alguns aspectos, o algoritmo de controle pode ser configurado para amostrar a posição do braço de aperto e/ou do membro de deslocamento do braço de aperto a uma taxa maior em torno de temperaturas específicas ou dentro de faixas de temperatura (por exemplo, as faixas de temperatura esperada para a transformação do colágeno e/ou da elastina) para determinar exatamente quando os eventos monitorados ocorrem.
[0562] No aspecto mostrado nas Figuras 64A e 64B, o algoritmo de controle atua para alternar o instrumento cirúrgico do modo de controle de carga para o modo de controle de temperatura quando o ponto de transformação do colágeno é detectado no tempo tm. Sem a mudança do instrumento cirúrgico para o modo de controle de temperatura, o deslocamento do braço de aperto aumentaria geometricamente, conforme mostrado na curva projetada 130260. Em um aspecto, o algoritmo de controle que operam em modo de controle de temperatura diminui a amplitude do sinal de acionamento do transdutor ultrassônico para alterar o fluxo de calor gerado pela lâmina ultrassônica 1128, conforme mostrado pela porção plana da plotagem 130258 depois de o limiar θ ser alcançado. Em alguns aspectos, o algoritmo de controle pode ser configurado para aumentar a amplitude do sinal de acionamento do transdutor ultrassônico após um dado período de tempo para, por exemplo, medir a taxa de aumento da temperatura para determinar quando a temperatura de transformação da elastina foi atingida. Consequentemente, quando a taxa de fechamento do braço de aperto se aproxima do próximo joelho (isto é, o joelho de elastina), a taxa de fechamento do braço de aperto pode diminuir. O controle de carga do braço de aperto 1140 pode ser benéfico porque, em alguns casos, ele pode fornecer a melhor vedação dos vasos.
[0563] A Figura 65 é um diagrama de fluxo lógico de um processo 130300 que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para detectar o ponto de transformação do colágeno para controlar a taxa de fechamento do braço de aperto ou a amplitude do transdutor ultrassônico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O processo 130300 pode ser executado por um circuito de controle ou um processador situados no instrumento cirúrgico ou no gerador. Consequentemente, o circuito de controle que executa o processo 130300 mede 130302 uma posição do membro de atuação do braço de aperto e sua taxa de alteração enquanto mantém constante a carga sobre a garra. Conforme descrito anteriormente, em um aspecto, a carga sobre o braço de aperto é mantida dentro da pressão de coaptação em uma faixa adequada (130 a 180 psi) definida pelo instrumento cirúrgico ultrassônico. Quando as garras forem submetidas a uma determinada carga do braço de aperto (por exemplo, 4,5 lb) ou a carga do braço de aperto estiver dentro de um intervalo específico (por exemplo, 3,5 a 5 lb), o circuito de controle irá ajustar 130304 a taxa de alteração de deslocamento do braço de aperto e monitorar a posição do membro de atuação do braço de aperto pelo período de tempo em que a taxa de alteração de deslocamento do braço de aperto permanecer dentro de um limite negativo predefinido (que corresponde ao tecido estar abaixo da temperatura de transformação do colágeno). Consequentemente, o controle determina 130306 se a taxa de alteração de deslocamento do braço de aperto excede o limiar estabelecido, ou, em outras palavras, determina se o tecido atingiu a temperatura de transição. Se a temperatura de transição tiver sido atingida, então o processo prossegue ao longo da ramificação SIM 130300, e o circuito de controle alterna 130308 o instrumento cirúrgico para o modo de controle de temperatura (por exemplo, controla o transdutor ultrassônico para diminuir ou manter a temperatura da lâmina ultrassônica). Em um aspecto, o circuito de controle continua monitorando a temperatura de transformação do colágeno. Alternativamente, no aspecto representado na Figura 65, se a temperatura de transição não tiver sido atingida, então o processo 130300 prossegue ao longo da ramificação NÃO e o circuito de controle mantém 130310 o controle de carga do braço de aperto 1140 e monitora a taxa de alteração de deslocamento do braço de aperto para determinar quando o próximo ponto de transição (por exemplo, o ponto de transi- ção da elastina) ocorrerá para o tecido preso. O circuito de controle pode fazer isso para, por exemplo, impedir que a temperatura do tecido aumente além da temperatura de transformação da elastina.
[0564] Será reconhecido que a transformação do colágeno deve ser constante para um dado fluxo de calor (45°C a 50°C). Será reconhecido também que o controle de carga do braço de aperto 1140 pode, em alguns casos, fornecer a melhor vedação para tipos específicos de tecidos (por exemplo, vasos). Durante o período de tempo em que a transformação do colágeno estiver ocorrendo, a temperatura do tecido deve estabilizar conforme o colágeno absorve o calor. O circuito de controle pode ser configurado para modular a taxa na qual os pontos de dados são coletados em torno de uma temperatura ou temperaturas de interesse específicas (por exemplo, temperaturas de transformação). Além disso, o circuito de controle pode ajustar a amplitude do sinal de acionamento do transdutor ultrassônico para controlar o fluxo de calor gerado pela lâmina ultrassônica 1128 em pontos diferentes no procedimento cirúrgico. Por exemplo, o circuito de controle pode diminuir a amplitude do transdutor ultrassônico durante o período de transformação do colágeno. Como outro exemplo, o circuito de controle pode aumentar a amplitude do transdutor ultrassôni- co para medir a taxa na qual a temperatura aumenta quando ocorre o joelho de elastina. Será reconhecido que com a aproximação do ponto de joelho de elastina, a taxa de alteração de temperatura diminuirá.
[0565] Em um outro aspecto, um algoritmo de controle pode ser con figurado para detectar a temperatura de transformação do colágeno para identificar a porcentagem de colágeno/elastina do tecido preso. Conforme discutido acima, o algoritmo de controle pode, então, controlar vários parâmetros operacionais do instrumento cirúrgico de acordo com a com-posição do tecido preso identificada.
[0566] A Figura 66 é uma representação gráfica 130350 da identifi- cação do ponto da temperatura de transformação do colágeno para identificar a razão de colágeno/elastina, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O eixo geométrico vertical 130352 representa a impedância do transdutor ultrassônico, e o eixo geométrico horizontal 130632 representa a temperatura do tecido. O ponto onde ocorre o deslocamento da taxa de alteração da impedância do transdutor ultras- sônico corresponde à composição de colágeno/tecido do tecido determinada de forma empírica. Por exemplo, se o deslocamento da taxa de alteração da impedância do transdutor ultrassônico ocorrer na primeira temperatura 130362, então a composição do tecido será de 100% de co- lágeno. Consequentemente, se o deslocamento da taxa de alteração da impedância do transdutor ultrassônico ocorrer na segunda temperatura 130364, então a composição do tecido será de 100% de elastina. Se o deslocamento da taxa de alteração da impedância do transdutor ultras- sônico ocorrer entre a primeira temperatura 130362 e a segunda temperatura 130364, então a composição do tecido será uma mistura de colá- geno e elastina.
[0567] A temperatura de transformação do colágeno pode ser usada para identificar diretamente a porcentagem de colágeno/elastina no tecido, e um algoritmo de controle pode ser configurado para ajustar a operação do dispositivo ultrassônico de modo apropriado. Conforme mostrado na Figura 66, uma plotagem 130356 representa a relação empírica entre a impedância do transdutor ultrassônico e a temperatura do tecido. Conforme indicado pela curva 130356, a impedân- cia (Z) do transdutor ultrassônico aumenta linearmente em uma primeira taxa de alteração (coeficiente angular) como função da temperatura (T) na área de contato com o tecido. Na temperatura de transformação do colágeno mostrada no gráfico no ponto 130358, a taxa de alteração da impedância (Z) como função da temperatura (T) diminui para uma segunda taxa de alteração. No ponto 130358 onde o coeficiente angu lar da plotagem 130356 muda, a razão entre colágeno e elastina pode corresponder a uma temperatura determinada empiricamente 130360 (por exemplo, 85%). Em um aspecto, um circuito de controle ou um processador que executa o algoritmo supracitado pode ser configurado para determinar a temperatura na qual a taxa de impedância do transdutor ultrassônico muda e, então, obter a correspondente composição do tecido (por exemplo, a porcentagem de colágeno, a porcentagem de elastina, ou a razão de colágeno/elastina) de uma memória (por exemplo, uma tabela de consulta).
[0568] A Figura 67 é um diagrama de fluxo de um processo 130450 para identificar a composição de um tecido de acordo com a alteração na impedância do transdutor ultrassônico, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O processo 130450 pode ser executado por um circuito de controle ou um processador situados, por exemplo, no instrumento cirúrgico ou no gerador. Consequentemente, o circuito de controle 130452 monitora a impedância (Z) do transdutor ultrassônico como função da temperatura (T). Conforme anteriormente descrito, a temperatura (T) na interface entre o tecido e a lâmina ultrassônica pode ser inferida pelos algoritmos aqui descritos. O circuito de controle determina 130454 a taxa de alteração da impe- dância ΔZ/ΔT do transdutor ultrassônico. À medida que a temperatura na interface entre a lâmina ultrassônica e o tecido aumenta, a impe- dância (Z) aumenta linearmente em uma primeira taxa, conforme mos-trado na Figura 66. Com isso, o circuito de controle determina 130456 se o coeficiente angular ΔZ/ΔT mudou (por exemplo, diminuiu). Se o coeficiente angular ΔZ/ΔT não mudou, então o processo 130450 prossegue ao longo da ramificação NÃO e continua a determinar 130454 o coeficiente angular ΔZ/ΔT. Se o coeficiente angular ΔZ/ΔT mudou, o circuito de controle 130458 determina que a temperatura de transição do colágeno foi atingida.
[0569] A razão entre elastina e colágeno pode ser determinada mediante o monitoramento do ponto de transformação de colágeno do tecido e a comparação do ponto de transformação do colágeno detectado com uma tabela de consulta. A tabela de consulta pode ser armazenada na memória (por exemplo, memória 3326 da Figura 31) e contém a razão entre elastina e colágeno e um ponto de transformação do colágeno correspondente para uma razão específica determinada empiricamente.
[0570] Em vários aspectos, um algoritmo de controle pode ser con figurado para determinar a localização de um tecido dentro de ou em relação a um atuador de extremidade, e ajustar a força do braço de aperto de modo apropriado. Em um aspecto, o tecido pode ser identificado ou parametrizado mediante a medição da carga da força de compressão sobre o braço de aperto e da posição do tecido dentro da garra, por exemplo, o local ao longo do comprimento da lâmina ultras- sônica onde o tecido está situado. Em um aspecto, o tempo até a carga inicial medida sobre o braço de aperto é medido, e então é medida a taxa de compressão sobre o tecido para determinar a compressibili- dade do tecido em função da quantidade de tecido situado ao longo do comprimento da garra. A taxa de alteração da posição do atuador do braço de aperto é monitorada no modo de controle de carga como uma forma de determinar a compressibilidade do tecido e, portanto, o tipo de tecido/estado da doença.
[0571] A Figura 68 é uma representação gráfica 130500 da distribui ção da carga de compressão ao longo de uma lâmina ultrassônica 130404, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O eixo geométrico vertical 130502 representa a força aplicada ao tecido pelo braço de aperto 1140, e o eixo geométrico horizontal 130504 repre- senta a posição. A lâmina ultrassônica 130404 é dimensionada de modo que haja nós e antinós periódicos que ocorrem ao longo do comprimento da lâmina. A localização dos nós/antinós é determinada pelo comprimento de onda do deslocamento ultrassônico induzido na lâmina ultrassônica 130404 pelo transdutor ultrassônico. O transdutor ultrassônico é acionado por um sinal elétrico de amplitude e frequência adequadas. Como é conhecido na técnica, um nó é um ponto de deslocamento mínimo ou zero da lâmina ultrassônica 130404 e um antinó é um ponto de deslocamento máximo da lâmina ultrassônica 130404.
[0572] Na representação gráfica 130500, a lâmina ultrassônica 130404 é representada de modo que os nós e antinós fiquem alinhados com sua posição correspondente ao longo do eixo geométrico horizontal 130504. A representação gráfica 130500 inclui uma primeira plota- gem 130506 e uma segunda plotagem 130508. Conforme representado por qualquer uma das curvas 130506, 130508, a força de compressão aplicada à lâmina ultrassônica 130404 diminui exponencialmente de uma extremidade proximal da lâmina ultrassônica 130404 para uma extremidade distal da lâmina ultrassônica 130404. Dessa forma, o tecido 130410 situado na extremidade distal da lâmina ultrassônica 130404 é submetido a uma força de compressão muito menor em comparação com o tecido 130410 situado mais próximo à extremidade proximal da lâmina ultrassônica 130404. A primeira plotagem 130506 pode representar um fechamento padrão do braço de aperto 1140 onde a força resultante aplicada ao tecido distal 130410 é representada como F1. De modo geral, a quantidade de força aplicada pelo braço de aperto 1140 ao tecido 130410 não pode ser amplamente aumentada arbitrariamente porque, em tal caso, uma quantidade excessiva de força poderia ser aplicada ao tecido 130410 situado proximalmente ao longo da lâmina ultrassônica 130404. No entanto, mediante o monitoramento da localização do tecido 130410 ao longo da lâmina ultrassônica 130404 (por exemplo, conforme discutido acima sob o título "Determinação da localização do tecido através da alteração da impedância" e conforme discutido abaixo sob o título "Determinação da localização do tecido através da continuidade entre eletrodos"), um algoritmo de controle pode amplificar a força aplicada ao tecido 130410 pelo braço de aperto 1140 em situações em que o tecido 130410 está localizado somente na extremidade distal da lâmina ultrassônica 130404, como na situação mostrada na Figura 68. Por exemplo, a segunda plotagem 130508 pode representar um fechamento modificado do braço de aperto 1140 em que o algoritmo de controle determina que o tecido 130410 está situado somente na extremidade distal da lâmina ultrassônica 130404 e, de modo correspondente, aumenta a força aplicada ao tecido distal 130410 pelo braço de aperto 1140 para um valor F2 (F2 > F1).
[0573] A Figura 69 é uma representação gráfica 130520 da pressão aplicada ao tecido em função do tempo, de acordo com um aspecto da presente descrição. O eixo geométrico vertical 130522 representa a pressão (por exemplo, em N/mm2) aplicada ao tecido, e o eixo geométrico horizontal 130524 representa o tempo. A primeira plotagem 130526 representa uma força de compressão normal ou padrão aplicada ao tecido distal 130410 sem amplificação. Durante um fechamento padrão do braço de aperto 1140, a força de compressão aplicada ao tecido 130410 é mantida em um valor constante após um período de elevação inicial. A segunda plotagem 130528 representa a força de compressão amplificada aplicada ao tecido distal 130410 para compensar a presença de apenas tecido distal 130410. No fechamento modificado do braço de aperto 1140, a pressão é aumentada 130530 em comparação com o fechamento padrão até que eventualmente a força de compressão amplificada retorne 130532 aos níveis normais de compressão para evitar a quei- ma/fusão através do bloco do braço de aperto 1140.
[0574] Em vários aspectos, um algoritmo de controle pode ser configurado para determinar a localização de um tecido dentro de ou em relação a um atuador de extremidade de acordo com a continuidade elétrica em uma matriz de eletrodos bipolares (isto é, positivos e negativos) posicionados ao longo de uma garra ou garras do atuador de extremidade. A localização do tecido detectável pela matriz de eletrodos bipolares pode corresponder à posição específica do tecido em relação à(s) garra(s) e/ou à porcentagem da(s) garra(s) coberta(s) pelo tecido. Em um aspecto, os eletrodos positivos e negativos estão separados por um espaço físico de modo a estabelecer continuidade elétrica entre os eletrodos quando o tecido liga os eletrodos positivos e negativos. Os eletrodos positivos e negativos são configurados em uma matriz ou arranjo de modo que um processador ou circuito de controle possam ser configurados para detectar onde o tecido está situado entre os eletrodos positivos e negativos mediante o monitoramento ou a varredura da matriz de eletrodos. Em um aspecto, a matriz de eletrodos bipolares pode ser posicionada ao longo de uma garra de um atuador de extremidade. Consequentemente, um circuito de controle ou um processador acoplados à matriz de eletrodos bipo- lares podem ser configurados para detectar a continuidade elétrica entre eletrodos adjacentes para detectar a presença de tecido contra os mesmos. Em um outro aspecto, a matriz de eletrodos bipolares pode ser posicionada ao longo de garras opostas de um atuador de extremidade. Consequentemente, um circuito de controle ou um processador acoplados à matriz de eletrodos bipolares podem ser confi-gurados para detectar a continuidade elétrica entre as garras opostas para detectar a presença de tecido entre as mesmas.
[0575] Determinar qual área superficial da(s) garra(s) é coberta com tecido permite que um algoritmo de controle determine a pressão de co- aptação adequada para a quantidade de tecido preso pelo atuador de extremidade e, então, calcule a carga correspondente do braço de aperto. A carga do braço de aperto pode ser expressa em termos de pressão aplicada (por exemplo, 130 a 180 psi) ou força aplicada (por exemplo, 3,5 a 5 lb ou nominalmente 4,5 lb). Em alguns aspectos, a matriz de eletrodos bipolares pode receber potência de um gerador eletrocirúrgico bipolar ou monopolar de RF nos eletrodos positivos e negativos. A saída de energia do gerador pode ser uma variedade de valores constantes, variáveis ou mínimos (por exemplo, 45 W, 35 W ou 5 W), uma função de várias variáveis associadas ao instrumento cirúrgico e/ou ao gerador (por exemplo, amplitude da lâmina ultrassônica ou força do braço de aperto), ou ditada por um algoritmo para controlar o gerador de acordo com sua curva de potência (por exemplo, durante o aumento do gerador).
[0576] A Figura 70 ilustra um atuador de extremidade 130400 que inclui uma matriz de eletrodos de garras simples para detectar a localização do tecido, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. No aspecto mostrado, o atuador de extremidade 130400 inclui uma primeira garra 130430 que tem uma matriz de eletrodos 130431 dispostos sobre a mesma e uma segunda garra 130432. A matriz de eletrodos 130431 inclui eletrodos 130429 acoplados a uma fonte de energia, como um gerador de RF. O atuador de extremidade 130400 pode incluir um atuador de extremidade para um instrumento cirúrgico ultrassônico em que a segunda garra 130432 é, por exemplo, uma lâmina ultrassônica 1128 (Figura 23), um instrumento eletro- cirúrgico, um atuador de extremidade para um instrumento de gram- peamento e corte cirúrgico, e assim por diante. A segunda garra 130432 pode incluir, por exemplo, uma lâmina ultrassônica 1128 (Figura 23) ou uma garra de cooperação de um instrumento eletrocirúr- gico ou de grampeamento e corte cirúrgico. No aspecto mostrado, a matriz de eletrodos 130431 inclui 12 eletrodos 130429 dispostos em um padrão conformado genericamente em zigue-zague; no entanto, o número, o formato e a disposição dos eletrodos 130429 na matriz de eletrodos 130431 são meramente para propósitos ilustrativos. Consequentemente, a matriz de eletrodos 130431 pode incluir vários números, formatos e/ou disposições de eletrodos 130429. Por exemplo, o número de eletrodos 130429 pode ser ajustado de acordo com a resolução desejada para detectar a posição do tecido.
[0577] Em um aspecto, a matriz de eletrodos 130431 pode incluir eletrodos 130429 que são separados por um vão físico e se alternam em polaridade ou são acoplados a terminais opostos (isto é, um terminal de alimentação e um terminal de retorno) de uma fonte de energia. Por exemplo, no aspecto mostrado, os eletrodos 130429 de números pares podem ser de uma primeira polaridade (por exemplo, polaridade positiva ou acoplados a um terminal de alimentação de uma fonte de energia), e os eletrodos de números ímpares 130429 podem ser eletrodos de uma segunda polaridade (por exemplo, negativa ou acoplados a um terminal de retorno de uma fonte de energia). Consequentemente, quando o tecido 130410 entra em contato com eletrodos adjacentes 130429, o tecido 130410 liga física e eletricamente os eletrodos bipola- res 130429 e permite que a corrente flua entre os mesmos. O fluxo de corrente entre os eletrodos bipolares 130429 pode ser detectado por um algoritmo de controle executado por um circuito de controle ou um pro-cessador acoplados à matriz de eletrodos 130431, permitindo, dessa forma, que o circuito de controle ou o processador detectem a presença de tecido 130410.
[0578] A detecção de tecido pela matriz de eletrodos 130431 pode ser representada graficamente por uma matriz de ativação. Por exemplo, a Figura 71 ilustra uma matriz de ativação 130550 que indica a posição do tecido 130410 de acordo com a matriz de eletrodos 130431 representada na Figura 70. O eixo geométrico vertical 130554 e o eixo geométrico horizontal 130555 representam os eletrodos 130429 da matriz de eletrodos 130431, onde os números ao longo dos eixos geométricos 130554, 130555 representam os eletrodos 130429 numerados de modo correspondente. As regiões de ativação 130552 indicar onde a continuidade está presente entre os eletrodos correspondentes 130429, isto é, onde o tecido 130410 está presente. Na Figura 70, um tecido 130410 está presente no primeiro, no segundo e no terceiro eletrodos 130429 e, conforme discutido acima, em alguns aspectos, a polaridade dos eletrodos 130429 pode alternar. Consequentemente, há continuidade elétrica entre o primeiro e o segundo eletrodos 130429 e entre o segundo e o terceiro eletrodos 130429. Deve ser observado que, nesse aspecto descrito, não haveria continuidade entre o primeiro e o terceiro eletrodos 130429 porque eles teriam a mesma polaridade. A continuidade entre esses eletrodos 130429 é indicada graficamente pelas regiões de ativação 130552 na matriz de ativação 130550. Deve-se observar também que a região 130553 delimitada pelas regiões de ativação 130552 não é indicada como ativada porque, nesse aspecto descrito, um eletrodo 130429 não pode ter continuidade com ele mesmo. Um algoritmo de controle executado por um circuito de controle ou um processador acoplados à matriz de eletrodos 130431 podem ser configurados para inferir a posição do tecido 130410 no atuador de extremidade 130400 (como as localizações dos eletrodos 130429 seriam conhecidas), a proporção das garras 130430, 130432 do atuador de extremidade 130400 coberta pelo tecido 130410, etc., porque a localização do tecido corresponde aos eletrodos específicos 130429 onde a continuidade elétrica foi estabelecida.
[0579] A Figura 72 ilustra um atuador de extremidade 130400 que inclui uma matriz de eletrodos de garras duplas para detectar a localização do tecido, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. No aspecto mostrado, o atuador de extremidade 130400 inclui uma primeira garra 130430 que tem uma primeira matriz de eletrodos 130431 dispostos sobre a mesma, e uma segunda garra 130432 que tem uma segunda matriz de eletrodos 130433 disposto sobre a mesma. As matrizes de eletrodos 130431, 130433 incluem, cada uma, eletrodos 130429 acoplados a uma fonte de energia, como um gerador de RF. O atuador de extremidade 130400 pode incluir um atuador de extremidade para um instrumento eletrocirúrgico, um atua- dor de extremidade para um instrumento de grampeamento e corte cirúrgico, e assim por diante. Conforme discutido acima, o número, o formato e/ou a disposição dos eletrodos 130429 podem variar em diversos aspectos. Por exemplo, na Figura 75 as matrizes de eletrodos 130431, 130433 são dispostas em padrões retangulares ou de ladri-lhos sobrepostos.
[0580] Em um aspecto, os eletrodos opostos 130429 nas matri zes de eletrodos 130431, 130433 são separados por um vão físico, e cada matriz de eletrodos 130431, 130433 é de uma polaridade oposta ou está acoplada a um terminal oposto (isto é, um terminal de alimentação e um terminal de retorno) de uma fonte de energia. Por exemplo, no aspecto mostrado, a primeira matriz de eletrodos 130431 pode ser de uma primeira polaridade (por exemplo, polaridade positiva ou acoplada a um terminal de alimentação de uma fonte de energia), e a segunda matriz de eletrodos 130433 pode ser de uma segunda polaridade (por exemplo, negativa ou acoplada a um terminal de retorno de uma fonte de energia). Consequentemente, quando o tecido 130410 entra em contato com um eletrodo 130429 de cada uma das matrizes de eletrodos opostos 130431, 130433, o tecido 130410 liga física e eletricamente os eletrodos bipolares 130429 e permite que a corrente flua entre os mesmos. O fluxo de corrente entre os eletrodos bipolares 130429 pode ser detectado por um algoritmo de controle executado por um circuito de controle ou um proces- sador acoplados às matrizes de eletrodos 130431, 130433, permitindo, dessa forma, que o circuito de controle ou o processador detectem a presença de tecido 130410.
[0581] Conforme discutido acima, uma matriz de ativação pode re presentar graficamente a presença de tecido. Por exemplo, a Figura 73 ilustra uma matriz de ativação 130556 que indica a posição do tecido 130410 conforme representado na Figura 74. O eixo geométrico vertical 130557 representa os eletrodos 130429 da primeira matriz de eletrodos 130431 e o eixo geométrico horizontal 130558 representa os eletrodos 130429 da segunda matriz de eletrodos 130433, onde os números ao longo dos eixos 130557, 130558 representam os eletrodos 130429 numerados de modo correspondente para cada matriz de eletrodos 130431, 130433. As regiões de ativação 130552 indicar onde a continuidade está presente entre os eletrodos correspondentes 130429, isto é, onde o tecido 130410 está presente. Na Figura 74, um tecido 130410 está posicionado contra o primeiro, o segundo e o terceiro eletrodos 130431a, 130431b, 130431c da primeira matriz de eletrodos 130431 e contra o primeiro, o segundo e o terceiro eletrodos 130433a, 130433b, 130433c da segunda matriz de eletrodos 130433. Consequentemente, há continuidade elétrica entre cada um desses conjuntos de eletrodos das matrizes de eletrodos opostos 130431, 130433 uma vez que a corrente pode fluir entre tais conjuntos de eletrodos opostos. Os eletrodos entre os quais há continuidade devido à posição do tecido preso 130410 são indicados graficamente pelas regiões de ativação 130552 na matriz de ativação 130556 da Figura 73. Além disso, devido ao fato de que o tecido 130410 não está posicionado contra o quarto, o quinto e o sexto eletrodos 130431d, 130431e, 130431f da primeira matriz de eletrodos 130431, e contra o quarto, o quinto e o sexto eletrodos 130433d, 130433e, 130433f da segunda matriz de eletrodos 130433, não há continuidade elétrica entre esses eletrodos. Um algoritmo de controle execu- tado por um circuito de controle ou um processador acoplados às matrizes de eletrodos 130431, 130433 pode ser configurado para inferir a posição do tecido 130410 dentro do atuador de extremidade 130400 (uma vez que as localizações dos eletrodos 130429 seriam conhecidas, conforme indicado na Figura 74), a proporção das garras 130430, 130432 do atuador de extremidade 130400 coberta pelo tecido 130410, etc., porque a localização do tecido corresponde aos eletrodos específicos 130429 onde a continuidade elétrica foi estabelecida. No exemplo mostrado, os eletrodos ativados da primeira e da segunda matrizes de eletrodos 130431, 130433 são os eletrodos 130429 que se sobrepõem e onde há tecido 130410 situado entre os mesmos.
[0582] Em um outro aspecto, o atuador de extremidade pode ser configurado para transmitir uma pluralidade de sinais ou "pings" em diferentes frequências e a matriz de eletrodos pode ser acoplada a um circuito, incluindo filtros de passagem de banda correspondentes que podem, cada um, detectar um sinal ou sinais de frequência específica através de uma transformada no domínio da frequência. Várias porções do circuito de matriz de eletrodos podem incluir filtros de passagem de banda ajustados para diferentes frequências. Portanto, a localização do tecido preso pelo atuador de extremidade corresponde aos sinais específicos detectados. Os sinais podem ser transmitidos, por exemplo, em uma frequência não terapêutica (por exemplo, frequências acima da faixa de frequências terapêuticas para instrumentos ele- trocirúrgicos de RF). O circuito de matriz de eletrodos pode incluir, por exemplo, um circuito flexível.
[0583] A Figura 75 ilustra um atuador de extremidade 130400 que inclui uma primeira garra 130430 com uma primeira matriz de eletrodos segmentados 130431 e uma segunda garra 130432 com uma segunda matriz de eletrodos segmentados 130433, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Além disso, a Figura 76 ilustra um tecido 130410 preso pelo atuador de extremidade 130400, sobrepondo- se à segunda garra 130432. Em um aspecto, a primeira matriz de eletrodos 130431 é configurada para transmitir sinais em várias frequências (por exemplo, frequências não terapêuticas), e a segunda matriz de eletrodos 130433 é configurada para receber os sinais através de um tecido 130410 preso pelo atuador de extremidade 130400 (isto é, quando um tecido 130410 está em contato com ambos as matrizes de eletrodos 130431, 130433). A segunda matriz de eletrodos 130433 pode incluir um circuito segmentado de matriz de eletrodos 130600, conforme mostrado na Figura 77, em que cada segmento do circuito inclui um filtro de passagem de banda 130601 acoplado a cada eletrodo 130602 da segunda matriz de eletrodos 130433. Cada filtro de passagem de banda 130601 pode incluir um ou mais capacitores 130604 e um ou mais indutores 130606, em que o número, a disposição e os valores dos capaci- tores 130604 e dos indutores 130606 podem ser selecionados para sin-cronizar cada filtro de passagem de banda 130601 com uma frequência ou banda de frequência específicas. Como o tecido 130410 funciona como o meio condutor de sinal entre as matrizes de eletrodos 130431, 130433, e diferentes porções da segunda matriz de eletrodos 130433 são ajustadas para detectar sinais de frequências variáveis (através de filtros de passagem de banda 130601 ajustados de modo diferente), um algoritmo de controle executado por um circuito de controle ou um processador acoplados às matrizes de eletrodos 130431, 130433 podem ser configurados para inferir a posição do tecido 130410 com base em quais sinais são detectados. No aspecto mostrado, as matrizes de eletrodos 130431, 130433 incluem seis segmentos de eletrodos 130602 dispostos em um padrão genericamente ladrilhado com um segmento de extremidade semicircular; no entanto, o número, o formato e a disposição dos eletrodos 130602 na matriz de eletrodos 130431, 130433 são meramente para propósitos ilustrativos. Consequentemente, as ma- trizes de eletrodos 130431, 130433 podem incluir vários números, formatos e/ou disposições de eletrodos 130602. Por exemplo, o número de eletrodos 130602 pode ser ajustado de acordo com a resolução desejada para detectar a posição do tecido.
[0584] A Figura 78 é uma representação gráfica 130650 da res posta de frequência correspondente ao tecido preso 130410 mostrado na Figura 76, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O eixo geométrico vertical 130652 representa a amplitude e o eixo geométrico horizontal 130654 representa a frequência de RF. Em um aspecto, a segunda matriz de eletrodos 130433 inclui um primeiro segmento de circuito de eletrodo 130602a ajustado em uma banda de frequência definida por uma primeira frequência central fS1 (por exemplo, 5 MHz), um segundo segmento de circuito de eletrodo 130602b ajustado em uma banda de frequência definida por uma segunda frequência central fS2 (por exemplo, 10 MHz), um terceiro segmento de circuito de eletrodo 130602c ajustado em uma banda de frequência definida por uma terceira frequência central fS3 (por exemplo, 15 MHz) e um quarto segmento de circuito de eletrodo 130602d ajustado em uma banda de frequência definida por uma quarta frequência central fS4 (por exemplo, 20 MHz). Conforme mostrado na Figura 78, as bandas de frequência de detecção definem uma faixa de frequências de detecção 130658 acima da faixa de frequências terapêuticas 130656 definida por fT1 (por exemplo, 300 kHz) até fT2 (por exemplo, 500 kHz) e/ou uma frequência terapêutica preferencial (por exemplo, 350 kHz). Em um aspecto, as frequências centrais de detecção fS1, fS2, fS3, fS4 na faixa de frequências de detecção 130658 são, cada uma, separadas por um valor de frequência definido (por exemplo, 5 MHz). Além disso, embora a faixa de frequências de detecção 130658 seja mostrada incluindo quatro bandas de frequência de detecção, isso é somente para propósitos ilustrativos. No exemplo mostrado, o tecido preso 130410 está em contato com o segundo, o terceiro e o quarto segmentos de circuito de eletrodo 130602b, 130602c, 130602d. Con-sequentemente, a resposta de frequência detectada inclui picos 130655b, 130655c, 130655d em cada uma das frequências correspondentes. Um algoritmo de controle poderia, portanto, inferir a posição do tecido 130410 a partir da resposta de frequência detectada, isto é, o circuito de controle pode determinar que o tecido 130410 está posicionado dentro do atuador de extremidade 130400 estando, portanto, em contato com o segundo, o terceiro e o quarto segmentos de circuito de eletrodo 130602b, 130602c, 130602d e não com outros segmentos de circuito. O algoritmo de controle pode, dessa forma, inferir a posição do tecido 130410 em relação às garras 130430, 130432 do atua- dor de extremidade 130400 e/ou a porcentagem das garras 130430, 130432 em contato com o tecido 130410.
[0585] Em um aspecto, um algoritmo de controle de lâmina ultrassô- nica adaptável pode ser usado para ajustar vários parâmetros operacionais do sistema ultrassônico com base na temperatura da lâmina ultras- sônica. Os parâmetros operacionais controlados ou regulados pelo algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável podem incluir, por exemplo, a amplitude da lâmina ultrassônica, o sinal de controle de acionamento do transdutor ultrassônico, a pressão aplicada pelo braço de aperto, etc. O algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser executado por um circuito de controle ou um processador situados no gerador ou no instrumento cirúrgico.
[0586] Em um exemplo descrito com mais detalhes abaixo, o algo ritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável monitora dinamicamente a temperatura da lâmina ultrassônica e ajusta a amplitude da lâmina ultrassônica e/ou o sinal fornecido ao transdutor ultrassônico conforme apropriado. Em outro exemplo descrito com mais detalhes abaixo, o algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável monitora dina-micamente a temperatura da lâmina ultrassônica e ajusta a pressão do braço de aperto conforme apropriado. O algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode medir a temperatura da lâmina ultrassônica através de várias técnicas, como por meio da análise do espectro de frequências do transdutor ultrassônico, conforme discutido acima sob o título "Inferência da temperatura". Outras técnicas para determinar a temperatura da lâmina ultrassônica empregam imageamento sem contato. Essas e outras técnicas são descritas em detalhes na presente descrição e detalhes adicionais podem ser encontrados no pedido de patente provisório US n° 62/692.768, intitulado SMART ENERGY DEVICES.
[0587] Em um aspecto, o algoritmo de controle de lâmina ultrassô- nica adaptável pode ser usado para ajustar os parâmetros operacionais do sistema ultrassônico com base na temperatura da lâmina ultrassôni- ca. Conforme discutido acima sob o título "Inferência da temperatura", a frequência natural da lâmina/transdutor ultrassônico varia com a temperatura e, dessa forma, a temperatura da lâmina ultrassônica pode ser inferida a partir do ângulo de fase entre os sinais de tensão e de corrente aplicados para acionar o transdutor ultrassônico. Além disso, a temperatura da lâmina ultrassônica corresponde à temperatura do tecido. Em alguns aspectos, o algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser configurado para detectar a temperatura da lâmina ultrassônica e modular os parâmetros operacionais do instrumento cirúrgico de acordo com de temperatura. Os parâmetros operacionais podem incluir, por exemplo, a frequência do sinal de acionamento do transdutor ultrassônico, a amplitude da lâmina ultrassônica (que pode, por exemplo, corresponder à magnitude ou amplitude da corrente elétrica fornecida ao transdutor ultrassônico), a pressão aplicada pelo braço de aperto, e assim por diante. O algoritmo de controle de lâmina ultras- sônica adaptável pode ser executado por um circuito de controle ou um processador situados no gerador ou no instrumento cirúrgico.
[0588] Consequentemente, em um aspecto, o algoritmo de contro le de lâmina ultrassônica adaptável detecta a frequência de ressonância da lâmina ultrassônica, conforme descrito anteriormente sob o título "Inferência da temperatura", e, então, monitora a frequência de ressonância ao longo do tempo para detectar um deslocamento modal na forma de onda da frequência de ressonância. Um deslocamento na forma de onda ressonante pode ser correlacionado com a ocorrência de uma alteração no sistema, como um aumento da temperatura da lâmina ultrassônica. Em alguns aspectos, um algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser configurado para ajustar a amplitude do sinal de acionamento ultrassônico, e, portanto, a amplitude do deslocamento da lâmina ultrassônica, para medir a temperatura do tecido. Em outros aspectos, um algoritmo de controle de lâmina ultras- sônica adaptável pode ser configurado para controlar a amplitude do sinal de acionamento ultrassônico, e, portanto, a amplitude do deslocamento da lâmina ultrassônica, de acordo com a temperatura da lâmina ultrassônica e/ou do tecido para manter a temperatura da lâmina ultrassônica e/ou do tecido em um valor predefinido ou dentro de limites predefinidos (por exemplo, para permitir que a lâmina ultrassônica esfrie se sua temperatura estiver se tornando muito alta). Em ainda outros aspectos, um algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser configurado para modular a energia de RF e a forma de onda de um instrumento eletrocirúrgico para, por exemplo, minimizar o excesso de temperatura ou alterar o fluxo de calor da lâmina ultrassônica, com base na impedância do tecido, na temperatura do tecido e/ou na temperatura da lâmina ultrassônica. Mais detalhes sobre essas e outras funções foram descritos com referência às Figuras 95 a 100, por exemplo.
[0589] A Figura 79 é uma representação gráfica 130700 da fre quência do sistema de transdutor ultrassônico como função da frequência de acionamento e do desvio de temperatura da lâmina ultrassônica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O eixo geométrico horizontal 130704 representa a frequência de acionamento (por exemplo, em Hz) aplicada ao sistema ultrassônico (por exemplo, o transdutor ultrassônico e/ou a lâmina ultrassônica), e o eixo geométrico vertical 130702 representa o ângulo de fase da impedância resultante (por exemplo, em rads). A primeira plotagem 130706 representa uma forma de onda ressonante característica do sistema ultrassônico à temperatura ambiente ou normal. Como pode ser visto na primeira plota- gem 130706, o sistema ultrassônico está em fase quando acionado na frequência de excitação fe (porque o ângulo de fase da impedância é igual ou está próximo a 0 rad). Consequentemente, fe representa a fre-quência de ressonância do sistema ultrassônico à temperatura ambiente. A segunda plotagem 130708 representa uma forma de onda característica do sistema ultrassônico após a elevação da temperatura do sistema ultrassônico. Conforme indicado na Figura 79, conforme a temperatura do sistema ultrassônico aumenta, a forma de onda característica (representada pela primeira plotagem 130706) da lâmina ultrassônica e do transdutor ultrassônico se desloca para a esquerda, por exemplo, para uma faixa de frequências mais baixa. Devido ao deslocamento na forma de onda da frequência do sistema ultrassônico, o mesmo não está mais em fase quando acionado na frequência de excitação fe. Em vez disso, a frequência de ressonância se deslocou para um valor mais baixo que f‘e. Portanto, um circuito de controle acoplado ao sistema ultras- sônico pode detectar ou inferir a mudança de temperatura no sistema ultrassônico mediante a detecção da variação na frequência de resso-nância do sistema ultrassônico e/ou mediante detecção de quando o sistema ultrassônico está fora de fase quando acionado em uma frequência de ressonância previamente estabelecida.
[0590] De modo correspondente, em alguns aspectos, um circuito de controle acoplado ao sistema ultrassônico pode ser configurado para controlar o sinal de acionamento aplicado ao sistema ultrassônico pelo gerador de acordo com a temperatura do sistema ultrassônico inferida para manter o sistema ultrassônico em fase. Manter o sistema ultrassô- nico em fase pode ser uma técnica usada para, por exemplo, controlar a temperatura do sistema ultrassônico. Conforme discutido acima, a frequência de ressonância na qual os sinais de tensão e de corrente estão em fase muda de fe (por exemplo, 55,5 kHz) à temperatura normal para f’e conforme a temperatura da lâmina ultrassónica e/ou do transdutor ultrassônico aumenta. Portanto, conforme a temperatura do sistema ul- trassônico aumenta, um circuito de controle pode controlar o gerador para alterar a frequência na qual o sistema ultrassônico é acionado de fe para f‘e para manter o sistema ultrassónico em fase com o sinal de acionamento do gerador. Para uma descrição adicional dos algoritmos de controle de lâminas ultrassónicas adaptáveis, consulte a descrição associada às Figuras 43A a 54 mencionadas anteriormente neste documento.
[0591] A Figura 80 é uma representação gráfica 130750 da tempera tura do transdutor ultrassónico como função do tempo, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. O eixo geométrico vertical 130752 representa a temperatura do transdutor ultrassónico, e o eixo geométrico horizontal 130754 representa o tempo. Em um aspecto, à medida que a temperatura do transdutor ultrassónico (representada pela plotagem 130756) satisfaz ou excede um limiar de temperatura T1, o algoritmo de controle de lâmina ultrassónica adaptável controla o transdutor ultrassónico para manter a temperatura do transdutor ultrassónico em um valor igual ou menor que o limiar de temperatura T1. O algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode controlar a temperatura do transdutor ultrassônico, por exemplo, modulando a potência e/ou o sinal de acionamento aplicados ao transdutor ultrassônico. Uma descrição adicional de algoritmos e técnicas para controlar a temperatura de uma lâmina/transdutor ultrassônicos pode ser encontrada sob os títulos "Circuito de controle de retroinformação" e "Algoritmo de vedação ultras- sônica com controle de temperatura" na presente descrição, e no pedido de patente provisório US n° 62/640.417, intitulado TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR, depositado em 8 de março de 2018, cuja descrição está aqui incorporada a título de referência.
[0592] A Figura 81 é uma representação gráfica do deslocamento modal da frequência de ressonância com base na temperatura da lâmina ultrassônica variando a frequência de ressonância como função da temperatura da lâmina ultrassônica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. No primeiro gráfico 130800, o eixo geométrico vertical 130802 representa a alteração na frequência de ressonância (Δf), e o eixo geométrico horizontal 130804 representa a frequência de acionamento do transdutor ultrassônico do gerador. No segundo, terceiro e quarto gráficos 130810, 130820, 130830, os eixos geométricos verticais 130812, 130822, 130832 representam, respectivamente, a frequência (f), a corrente (I) e a temperatura (T), e os eixos geométricos horizontais 130814, 130824, 130834 representam o tempo (t). O primeiro gráfico 130810 representa o deslocamento de frequência do sistema ultrassônico devido à mudança de temperatura. O segundo gráfico 130820 representa a corrente no transdutor ultrassô- nico, ou o ajuste de amplitude, para manter a frequência e a temperatura estáveis. O terceiro gráfico 130830 representa a alteração da temperatura do tecido e/ou do sistema ultrassônico. Os gráficos 130800, 130810, 130820, 130830 demostram em conjunto o funcio- namento de um algoritmo de controle configurado para controlar a temperatura de um sistema ultrassônico.
[0593] O algoritmo de controle pode ser configurado para controlar o sistema ultrassônico (por exemplo, o transdutor ultrassônico e/ou a lâmina ultrassônica) quando a temperatura do sistema ultrassônico se aproxima de um limiar de temperatura T1. Em um aspecto, o algoritmo de controle pode ser configurado para determinar que o limiar de temperatura T1 está se aproximando ou foi alcançado, dependendo se a frequência de ressonância do sistema ultrassônico diminuiu por um limiar ΔfR. Conforme indicado pelo primeiro gráfico 130800, a alteração no limiar de frequência ΔfR correspondente ao limiar de temperatura T1 pode, por sua vez, ser uma função da frequência de acionamento fD do sistema ultras- sônico (conforme representado pela plotagem 130806). Conforme indicado pelo segundo gráfico 130810 e pelo quarto gráfico 130830, à medida que a temperatura do tecido e/ou da lâmina ultrassônica aumenta (como representado pela plotagem da temperatura 130836), a frequência de ressonância diminui de modo correspondente (como representado pela plotagem da frequência 130816). Conforme a plotagem da temperatura 130836 se aproxima de um limiar de temperatura T1 (por exemplo, 130°C) no tempo t1, a frequência de ressonância cai de f1 para f2, fazendo com que a frequência de ressonância alcance o limiar de alteração de frequência ΔfR do algoritmo de controle, e fazendo, assim, com que o algoritmo de controle atue para estabilizar a temperatura do sistema ultras- sônico. Monitorando a alteração na frequência de ressonância do sistema ultrassônico, o algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode monitorar a temperatura do sistema ultrassônico. Além disso, o algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser configurado para ajustar (por exemplo, diminuir) a corrente elétrica aplicada ao transdutor ultrassônico ou de outro modo ajustar a amplitude da lâmina ultrassônica (representada pela plotagem da corrente 130826) para esta- bilizar a temperatura do tecido e/ou da lâmina ultrassônica e/ou a frequência de ressonância quando a temperatura for igual ou exceder o limiar de temperatura T1.
[0594] Em outro aspecto, o algoritmo de controle de lâmina ultras- sônica adaptável pode ser configurado para ajustar (por exemplo, diminuir) a pressão aplicada pelo braço de aperto ao tecido quando a temperatura for igual ou exceder o limiar de temperatura T1. Em vários outros aspectos, o algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser configurado para ajustar uma variedade de outros parâmetros operacionais associados ao sistema ultrassônico de acordo com a temperatura. Em um outro aspecto, o algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser configurado para monitorar múltiplos limiares de temperatura. Por exemplo, um segundo limiar de temperatura T2 pode representar, por exemplo, uma temperatura de fusão ou de falha do braço de aperto. Consequentemente, o algoritmo de controle de lâmina ultrassônica adaptável pode ser configurado para atuar de modo similar ou diferente com base no limiar específico de temperatura que foi atingido ou excedido.
[0595] Em vários aspectos, o imageamento sem contato pode ser usado para determinar a temperatura da lâmina ultrassônica em adição a ou no lugar das técnicas supracitadas. Por exemplo, a termogra- fia por ondas curtas pode ser usada para medir a temperatura de lâmina ultrassônica por imageamento da lâmina a partir do piso circundante estacionário com o uso de um sensor de imageamento CMOS. O monitoramento termográfico sem contato do guia de ondas ultrassôni- co ou da temperatura da lâmina ultrassônica pode ser usado para controlar a temperatura do tecido. Em outros aspectos, o imageamento sem contato pode ser usado para determinar as condições de superfície e acabamento da lâmina ultrassônica para melhorar a temperatura do tecido e/ou da lâmina ultrassônica através de técnicas de detecção de infravermelho (IV) próximo.
[0596] Um desafio de aplicação de energia ultrassônica é que a acústica ultrassônica aplicada nos materiais errados ou no tecido errado pode resultar em falhas do dispositivo, por exemplo, queima completa do bloco de braço de aperto ou quebra da lâmina ultrassô- nica. É desejável, também, detectar o que está situado nas garras de um atuador de extremidade de um dispositivo ultrassônico e o estado das garras sem incluir sensores adicionais nas garras. Instalar sensores nas garras de um atuador de extremidade ultrassônico constitui desafios de confiabilidade, custo e complexidade.
[0597] Técnicas de algoritmos de lâminas inteligentes de espec- troscopia ultrassônica podem ser usadas para estimar o estado da garra (queima completa do bloco de braço de aperto, grampos, lâmina quebrada, presença de osso na garra, presença de tecido na garra corte retrógrado com a garra fechada, etc.) com base na impe- dância de um transdutor ultrassônico configurado para acionar uma lâmina ultrassônica, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. A impedância ,, ., a magnitude z e a fase z são plota- das como função da frequência f.
[0598] A análise mecânica dinâmica (AMD), também conhecida como espectroscopia mecânica dinâmica ou simplesmente espectros- copia mecânica, é uma técnica utilizada para estudar e caracterizar materiais. Uma tensão mecânica senoidal é aplicada ao material, e o estiramento no material é medido, permitindo a determinação do módulo complexo do material. A espectroscopia aplicada a dispositivos ultrassônicos inclui a excitação da ponta da lâmina ultrassônica com uma varredura de frequências (sinais compostos ou varreduras de frequência tradicionais) e a medição da impedância complexa resultante em cada frequência. As medições de impedância complexas do transdutor ultrassônico ao longo de uma faixa de frequências são usadas em um classificador ou modelo para inferir as características do atua- dor de extremidade ultrassônico. Em um aspecto, a presente descrição fornece uma técnica para determinar o estado de um atuador de extremidade ultrassônico (braço de aperto, garra) para acionar a automação no dispositivo ultrassônico (como desabilitar a energia para proteger o dispositivo, executar algoritmos adaptáveis, recuperar informações, identificar tecido, etc.).
[0599] A Figura 82 mostra espectros 132030 de um dispositivo ul- trassônico com uma variedade de diferentes estados e condições do atuador de extremidade onde a impedância Z. ,, a magnitude z e a fase ç são plotadas como função da frequência f, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Os espectros 132030 são plotados em um espaço tridimensional onde a frequência (Hz) é plotada ao longo do eixo geométrico x, a fase (rad) é plotada ao longo do eixo geométrico y, e a magnitude (ohms) é plotada ao longo do eixo geométrico z.
[0600] A análise espectral de diferentes mordidas de garra e esta dos de dispositivo produz diferentes padrões característicos de impe- dância complexa (impressões digitais) ao longo de uma faixa de frequências para condições e estados diferentes. Cada estado ou condição tem um padrão característico diferente no espaço 3D quando plo- tado. Esses padrões característicos podem ser usados para estimar a condição e o estado do atuador de extremidade. A Figura 82 mostra os espectros para ar 132032, bloco de braço de aperto 132034, camurça 132036, grampo 132038 e lâmina quebrada 132040. A camurça 132036 pode ser usada para caracterizar diferentes tipos de tecido.
[0601] Os espectros 132030 podem ser avaliados pela aplicação de um sinal elétrico de baixa potência através do transdutor ultrassô- nico para produzir uma excitação não terapêutica da lâmina ultrassô- nica. O sinal elétrico de baixa potência pode ser aplicado sob a forma de uma varredura ou uma série de Fourier composta para medir a impedância através do transdutor ultrassônico em uma faixa de frequências em série (varredura) ou em paralelo (sinal composto) com o uso de uma FFT.
[0602] Para cada padrão característico, uma linha paramétrica po de ser ajustada aos dados usados para treinamento com o uso de um polinômio, uma série de Fourier, ou qualquer outra forma de equação paramétrica ditada pela conveniência. Um novo ponto de dados é então recebido e é classificado com o uso da distância perpendicular euclidiana entre o novo ponto de dados e a trajetória que foi ajustada aos dados de treinamento do padrão característico. A distância perpendicular do novo ponto de dados até cada uma das trajetórias (cada trajetória representando um estado ou uma condição diferente) é usada para atribuir o ponto a um estado ou uma condição.
[0603] A distribuição de probabilidade da distância de cada ponto nos dados de treinamento até a curva ajustada pode ser usada para estimar a probabilidade de um novo ponto de dados corretamente classificado. Isto constrói essencialmente uma distribuição de probabilidade bidimensional em um plano perpendicular à trajetória ajustada em cada novo ponto de dados da trajetória ajustada. O novo ponto de dados pode então ser incluído no conjunto de treinamento com base em sua probabilidade de classificação correta para criar um classificador de apren- dizado adaptável que prontamente detecta alterações de alta frequência nos estados, mas se adapta a desvios de lenta ocorrência no desempenho do sistema, como um dispositivo que fica sujo ou o bloco que se desgasta.
[0604] A Figura 83 é uma representação gráfica de uma plotagem 132042 de um conjunto de dados de treinamento 3D (S), onde a impe- dância ,, ., a magnitude z e a fase < do transdutor ultrassónico são plotadas como função da frequência f, de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. A plotagem 132042 do conjunto de dados de treinamento 3D (S) é representada graficamente em espaço tridimensional onde a fase (rad) é plotada ao longo do eixo geométrico x a frequência (Hz de) é plotada ao longo do eixo geométrico y, a amplitude (kOhms) é plotada ao longo do eixo geométrico z, e uma série de Fourier paramétrica é ajustada ao conjunto de dados de treinamento 3D (S). Uma metodologia para classificar dados se baseia no conjunto de dados de treinamento 3D (S0 é usado para gerar a plotagem 132042).
[0605] A série de Fourier paramétrica ajustada ao conjunto de dados de treinamento 3D (S) é dada por:
[0606] Para um novo ponto, a distância perpendicular entre e é dada por:
[0607] Uma distribuição de probabilidade de D pode ser usada para estimar a probabilidade de um ponto de dados pertencente ao grupo S.
[0608] Com base na classificação dos dados medidos antes, du rante ou após a ativação do transdutor/lâmina ultrassônica, uma variedade de tarefas automatizadas e medidas de segurança podem ser implementadas. De modo similar, o estado do tecido no atuador de extremidade e a temperatura da lâmina ultrassônica também podem ser inferidos até certo ponto e usados para fornecer ao usuário informações mais precisas sobre o estado do dispositivo ultrassônico ou para proteger estruturas críticas, etc. O controle da temperatura de uma lâmina ultrassônica é descrito no pedido de patente provisório US de propriedade comum n° 62/640.417, depositado em 8 de março de 2018, intitulado TEMPERATURE CONTROL IN ULTRASONIC DEVICE AND CONTROL SYSTEM THEREFOR, que está aqui incorporado por referência em sua totalidade.
[0609] De modo similar, a aplicação de energia pode ser reduzida quando há uma alta probabilidade de que a lâmina ultrassônica está em contato com o bloco de braço de aperto (por exemplo, não há tecido entre a lâmina e o bloco) ou se existir uma probabilidade de que a lâmina ultrassônica tenha quebrado ou que esteja tocando metal (por exemplo, um grampo). Além disso, o corte retrógrado pode não ser permitido se a garra estiver fechada e não for detectado tecido entre a lâmina ultrassônica e o bloco do braço de aperto.
[0610] Esse sistema pode ser usado em conjunto com outras infor mações fornecidas por sensores, pelo usuário, métricas sobre o paciente, fatores ambientais, etc., mediante a combinação dos dados obtidos a partir desse processo com os dados supracitados utilizando funções de probabilidade e um filtro de Kalman. O filtro de Kalman determina a pro-babilidade máxima de um estado ou condição ocorrer dada uma infinidade de medições incertas com graus variáveis de confiança. Como esse método permite a atribuição de uma probabilidade a um ponto de dados recém-classificados, as informações desse algoritmo podem ser implementadas com outras medidas ou estimativas em um filtro de Kalman.
[0611] A Figura 84 é um diagrama de fluxo lógico 132044 de um processo que representa um programa de controle ou uma configuração lógica para determinar as condições das garras com base no padrão característico de impedância complexa (impressão digital), de acordo com pelo menos um aspecto da presente descrição. Antes de se determinar as condições das garras com base no padrão característico de impedância complexa (impressão digital), uma base de dados é preenchida com referência a padrões característicos de impedância complexa ou conjuntos de dados de treinamento (S) que caracterizam várias condições de garras, incluindo, sem limitação, ar 132032, bloco de braço de aperto 132034, camurça 132036, grampo 132038, lâmina quebrada 132040, conforme mostrado na Figura 82, e uma variedade de tipos e condições de tecido. A camurça seca ou molhada, em mordida comple-ta ou somente a ponta, pode ser usada para caracterizar diferentes tipos de tecido. Os pontos de dados usados para gerar padrões característicos de impedância complexa ou um conjunto de dados de treinamento (S) são obtidos mediante a aplicação de um sinal de acionamento subterapêutico ao transdutor ultrassônico, varredura da frequência de acionamento ao longo de uma faixa predeterminada de frequências, desde frequências abaixo da ressonância até frequências acima da ressonância, medição da impedância complexa em cada uma das frequências e registro dos pontos de dados. Os pontos de dados são então ajustados a uma curva com o uso de uma variedade de métodos numé- ricos que incluem ajuste de curva polinomial, série de Fourier e/ou equação paramétrica. O ajuste da série de Fourier paramétrica a padrões característicos de impedância complexa ou a conjuntos de dados de treinamento (S) de referência é descrito na presente descrição.
[0612] Uma vez gerados os padrões característicos de impedância complexa ou conjuntos de dados de treinamento (S), o instrumento ultrassônico mede novos pontos de dados, classifica os novos pontos e determina se os novos pontos de dados devem ser adicionados aos padrões característicos de impedância complexa ou a um conjunto de dados de treinamento (S) de referência.
[0613] Agora com referência ao diagrama de fluxo lógico da Figura 84, em um aspecto, o processador ou circuito de controle mede 132046 uma impedância complexa de um transdutor ultrassônico, em que a im- pedância complexa é definida como O processador ou circuito de controle recebe 132048 um ponto de dados de medição da impedância complexa e compara 132050 o ponto de dados de medição da impedância complexa com um ponto de dados em um padrão característico de impedância complexa de referência. O processador ou circuito de controle classificam 132052 o ponto de dados de medição da impedância complexa com base em um resultado da análise de comparação e atribuem 132054 um estado ou condição do atuador de extremidade com base no resultado da análise de comparação.
[0614] Em um aspecto, o processador ou circuito de controle rece bem o padrão característico de impedância complexa de referência de uma base de dados ou memória acoplada ao processador. Em um aspecto, o processador ou circuito de controle geram o padrão característico de impedância complexa de referência da forma descrita abaixo. Um circuito de acionamento acoplado ao processador ou ao circui- to de controle aplica um sinal de acionamento não terapêutico ao transdutor ultrassônico começando em uma frequência inicial, terminando em uma frequência final e em uma pluralidade de frequências entre as frequências inicial e final. O processador ou o circuito de controle medem a impedância do transdutor ultrassônico em cada frequência e armazenam um ponto de dados correspondente a cada medição de impedância. O processador ou o circuito de controle executam um ajuste de curva para uma pluralidade de pontos de dados para gerar uma curva tridimensional representativa do padrão característico de impedância complexa de referência, em que a magnitude lZI a a fase ϕ são plotadas como função da frequência f. O ajuste de curva inclui um ajuste de curva polinomial, uma série de Fourier e/ou uma equação paramétrica.
[0615] Em um aspecto, o processador ou o circuito de controle rece bem um novo ponto de dados de medição de impedância e classificam o novo ponto de dados de medição de impedância usando uma distância perpendicular euclidiana entre o novo ponto de dados de medição de im- pedância e uma trajetória que foi ajustada ao padrão característico de impedância complexa de referência. O processador ou o circuito de controle calculam uma probabilidade de que o novo ponto de dados de medição de impedância seja classificado corretamente. O processador ou o circuito de controle adicionam o novo ponto de dados de medição de im- pedância ao padrão característico de impedância complexa de referência com base na probabilidade da classificação correta estimada do novo ponto de dados de medição da impedância. Em um aspecto, o processador ou o circuito de controle classificam os dados com base em um conjunto de dados de treinamento (S), em que o conjunto de dados de trei-namento (S) compreende uma pluralidade de dados de medição de im- pedância complexa, e executam um ajuste de curva do conjunto de dados de treinamento (S) usando uma série de Fourier paramétrica, em que S é definido aqui e a distribuição de probabilidade é usada para estimar a probabilidade de o novo ponto de dados de medição de impedância pertencer ao grupo S.
[0616] Detalhes adicionais referentes à determinação ou estimati va de um estado das garras ou do instrumento cirúrgico como um todo podem ser encontrados no pedido de patente provisório US n° 62/692.768, intitulado SMART ENERGY DEVICES.
[0617] Agora com referência à Figura 85, é mostrada uma linha de tempo 5200 representando o reconhecimento situacional de um controlador central, como o controlador cirúrgico central 106 ou 206 (Figuras 1 a 11), por exemplo. A linha de tempo 5200 é um procedimento cirúrgico ilustrativo e as informações contextuais que o controlador cirúrgico central 106, 206 pode derivar dos dados recebidos das fontes de dados em cada etapa do procedimento cirúrgico. A linha de tempo 5200 representa as etapas típicas que seriam tomadas pelos enfermeiros, cirurgiões, e outro pessoal médico durante o curso de um procedimento de seg- mentectomia pulmonar, começando com a configuração da sala de operação e terminando com a transferência do paciente para uma sala de recuperação no pós-operatório.
[0618] O controlador cirúrgico central com reconhecimento situacio- nal 106, 206 recebe dados das origens de dados durante todo o curso do procedimento cirúrgico, incluindo os dados gerados cada vez que o pessoal médico utiliza um dispositivo modular que é pareado com o controlador cirúrgico central 106, 206. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode receber esses dados a partir dos dispositivos modulares pareados e de outras fontes de dados e continuamente derivar inferências (isto é, informações contextuais) sobre o procedimento em curso conforme novos dados são recebidos, como qual etapa do procedimento está sendo realizada em qualquer dado momento. O sistema de reconhecimento si- tuacional do controlador cirúrgico central 106, 206 é capaz de, por exemplo, registrar dados referentes ao procedimento para gerar relatórios, verificar as etapas sendo tomadas pelo pessoal médico, fornecer dados ou avisos (por exemplo, através de uma tela de exibição) que pode ser pertinente para a etapa específica do procedimento, ajustar os dispositivos modulares com base no contexto (por exemplo, ativar monitores, ajustar o campo de visão (FOV) do dispositivo de imageamento médico, ou alterar o nível de energia de um instrumento cirúrgico ultrassônico ou instrumento eletrocirúrgico de RF), e assumir qualquer outra ação descrita acima.
[0619] Como a primeira etapa 5202 neste procedimento ilustrati vo, os membros da equipe hospital obtêm o registro médico eletrônico (RME) do paciente na base de dados de RMEs do hospital. Com base nos dados de seleção do paciente no RME, o controlador cirúrgico central 106, 206 determina que o procedimento a ser realizado é um procedimento torácico.
[0620] Na segunda etapa 5204, os membros da equipe escanei- am a entrada dos suprimentos médicos para o procedimento. O controlador cirúrgico central 106, 206 faz a referência cruzada dos suprimentos escaneados com uma lista de suprimentos que são utilizados em vários tipos de procedimentos e confirma que a mistura dos suprimentos corresponde a um procedimento torácico. Além disso, o controlador cirúrgico central 106, 206 também é capaz de determinar que o procedimento não é um procedimento de ressecção em cunha (porque os suprimentos de entrada têm uma ausência de certos suprimentos que são necessários para um procedimento de ressecção em cunha torácico ou, caso contrário, que os suprimentos de entrada não correspondem a um procedimento de ressecção em cunha torácico).
[0621] Na terceira etapa 5206, o pessoal médico escaneia a banda do paciente com um escâner que é conectado de maneira comunicável ao controlador cirúrgico central 106, 206. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode então confirmar a identidade do paciente com base nos dados escaneados.
[0622] Na quarta etapa 5208, o pessoal médico liga o equipamen to auxiliar. Os equipamentos auxiliares sendo utilizados podem variar de acordo com o tipo de procedimento cirúrgico e as técnicas a serem usadas pelo cirurgião, mas neste caso ilustrativo eles incluem um evacuador de fumaça, um insuflador e um dispositivo de imageamen- to médico. Quando ativados, os equipamentos auxiliares que são dispositivos modulares podem parear automaticamente com o controlador cirúrgico central 106, 206 que está situado em uma vizinhança específica dos dispositivos modulares como parte de seu processo de inicialização. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode então derivar informações contextuais sobre o procedimento cirúrgico por meio da detecção dos tipos de dispositivos modulares pareados com o mesmo durante essa fase pré-operatória ou de inicialização. Neste exemplo em particular, o controlador cirúrgico central 106, 206 determina que o procedimento cirúrgico é um procedimento VATS (cirurgia torácica vídeo-assistida) baseado nesta combinação específica de dispositivos modulares pareados. Com base na combinação dos dados do registro médico eletrônico (RME) do paciente, na lista de suprimentos médicos a serem usados no procedimento e no tipo de dispositivos modulares que se conectam ao controlador central, o controlador cirúrgico central 106, 206 pode, em geral, inferir o procedimento específico que a equipe cirúrgica irá realizar. Depois que o controlador cirúrgico central 106, 206 reconhece qual procedimento específico está sendo realizado, o controlador cirúrgico central 106, 206 pode então recuperar as etapas desse processo a partir de uma memória ou a partir da nuvem e então cruzar os dados que subse- quentemente recebe das fontes de dados conectadas (por exemplo, dispositivos modulares e dispositivos de monitoramento do paciente) para inferir qual etapa do procedimento cirúrgico a equipe cirúrgica está realizando.
[0623] Na quinta etapa 5210, os membros da equipe fixam os ele trodos do eletrocardiograma (ECG) e outros dispositivos de monitoramento de paciente no paciente. Os eletrodos do ECG e outros dispositivos de monitoramento de paciente são capazes de parear com o controlador cirúrgico central 106, 206. Conforme o controlador cirúrgico central 106, 206 começa a receber dados dos dispositivos de monitoramento do paciente, o controlador cirúrgico central 106, 206 dessa forma confirma que o paciente está na sala de operação.
[0624] Na sexta etapa 5212, o pessoal médico induzi a anestesia no paciente. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode inferir que o paciente está sob anestesia com base nos dados dos dispositivos modulares e/ou dos dispositivos de monitoramento de paciente, incluindo os dados de ECG, dados de pressão sanguínea (PS), dados do ventilador, ou combinações dos mesmos, por exemplo. Após a conclusão da sexta etapa 5212, a porção do pré-operatório do procedimento de segmentecto- mia do pulmão é concluído e a porção operatória se inicia.
[0625] Na sétima etapa 5214, o pulmão do paciente que está sendo operado é retraído (enquanto a ventilação é chaveada para o pulmão contralateral). O controlador cirúrgico central 106, 206 pode inferir a partir dos dados de ventilador que o pulmão do paciente foi retraído, por exemplo. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode inferir que a porção operatória do procedimento se iniciou quando ele pode comparar a detecção do colapso do pulmão do paciente nas etapas esperadas do procedimento (que podem ser acessadas ou recuperadas anteriormente) e assim determinar que o retraimento do pulmão é a primeira etapa operatória nesse procedimento específico.
[0626] Na oitava etapa 5216, o dispositivo de imageamento médico (por exemplo, um dispositivo de visualização) é inserido e o vídeo a partir do dispositivo de imageamento médico é iniciado. O controlador cirúrgico central 106, 206 recebe os dados do dispositivo de imageamen- to médico (isto é, os dados de vídeo ou imagens) através de sua conexão com o dispositivo de imageamento médico. Após o recebimento dos dados do dispositivo de imageamento médico, o controlador cirúrgico central 106, 206 pode determinar qual porção do procedimento cirúrgico laparoscópico foi iniciada. Além disso, o controlador cirúrgico central 106, 206 pode determinar que o procedimento específico sendo realizado é uma segmentectomia, em vez de uma lobectomia (note que um procedimento de ressecção em cunha já foi descartado pelo controlador cirúrgico central 106, 206 com base nos dados recebidos na segunda etapa 5204 do procedimento). Os dados do dispositivo de imageamento médico 124 (A Figura 2) podem ser utilizados para determinar informações contextuais sobre o tipo de procedimento sendo realizado em um número de maneiras diferentes, incluindo mediante a determinação do ângulo no qual o dispositivo de imageamento médico é orientado em relação à visualização da anatomia do paciente, monitorar o número ou dispositivos de imageamento médicos sendo utilizados (isto é, que são ativados e pareados com o controlador cirúrgico central 106, 206), e monitorar os tipos de dispositivos de visualização utilizados. Por exemplo, uma técnica para realizar uma lobectomia VATS coloca a câmera no canto anterior inferior da cavidade torácica do paciente acima do diafragma, enquanto uma técnica para executar uma segmentectomia VATS coloca a câmera em uma posição intercostal anterior em relação à fissura do segmento. Com o uso de técnicas padrão de reconhecimento ou de aprendizado de máquina, por exemplo, o sistema de reconhecimento situacional pode ser treinado para reconhecer o posiciona-mento do dispositivo de imageamento médico de acordo com a visuali- zação da anatomia do paciente. Como um outro exemplo, uma técnica para realizar uma lobectomia VATS utiliza um único dispositivo de ima- geamento médico, enquanto que uma outra técnica para executar uma segmentectomia VATS utiliza múltiplas câmeras. Como ainda um outro exemplo, uma técnica para executar uma segmentectomia VATS utiliza uma fonte de luz infravermelha (que pode ser acoplada de maneira comunicável ao controlador cirúrgico central como parte do sistema de visualização) para visualizar a fissura do segmento, que não é utilizada em uma lobectomia VATS. Através do rastreamento de qualquer um ou todos dentre esses dados a partir do dispositivo de imageamento médico, o controlador cirúrgico central 106, 206 pode assim determinar o tipo específico de procedimento cirúrgico sendo realizado e/ou a técnica sendo usada para um tipo específico de procedimento cirúrgico.
[0627] Na nona etapa 5218 do procedimento, a equipe cirúrgica inicia a etapa de dissecção. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode inferir que o cirurgião está no processo de dissecação para mobilizar o pulmão do paciente porque ele recebe dados do gerador de RF ou ultrassônico que indicam que um instrumento de energia está sendo disparado. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode cruzar os dados recebidos com as etapas recuperadas do procedimento cirúrgico para determinar que um instrumento de energia sendo disparado nesse ponto no processo (isto é, após a conclusão das etapas anteriormente discutidas do procedimento) corresponde à etapa de dissecção. Em certos casos, o instrumento de energia pode ser uma ferramenta de energia montada em um braço robótico de um sistema cirúrgico robótico.
[0628] Na décima etapa 5220 do procedimento, a equipe cirúrgica prossegue até a etapa de ligação. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode inferir que o cirurgião está ligando as artérias e veias porque ele recebe os dados do instrumento de grampeamento e corte cirúrgi- co indicando que o instrumento está sendo disparado. De modo similar à etapa anterior, o controlador cirúrgico central 106, 206 pode derivar essa inferência ao cruzar os dados de recepção do instrumento de grampeamento e corte cirúrgico com as etapas recuperadas no processo. Em certos casos, o instrumento cirúrgico pode ser uma ferramenta cirúrgico montado em um braço robótico de um sistema cirúrgico robótico.
[0629] Na décima primeira etapa 5222, a porção de segmentecto- mia do procedimento é realizada. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode inferir que o cirurgião está transeccionando o parênquima com base nos dados do instrumento de grampeamento e corte cirúrgico, incluindo os dados de seu cartucho. Os dados do cartucho podem corresponder ao tamanho ou tipo de grampo sendo disparo pelo instrumento, por exemplo. Como diferentes tipos de grampos são utilizados para diferentes tipos de tecidos, os dados do cartucho podem dessa forma indicar o tipo de tecido que está sendo grampeado e/ou transec- tado. Nesse caso, o tipo de grampo que é disparado é utilizado para a parênquima (ou outros tipos similares de tecido), que permite que o controlador cirúrgico central 106, 206 infira qual porção de segmentec- tomia do procedimento está sendo realizada.
[0630] Na décima segunda etapa 5224, a etapa de dissecção do nó é então realizada. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode inferir que a equipe cirúrgica está dissecando o nó e realizando um teste de vazamento com base nos dados recebidos do gerador que indica qual instrumento ultrassônico ou de RF está sendo disparado. Para esse procedimento específico, um instrumento de RF ou ultrassônico sendo utilizado depois que o parênquima foi transectado corresponde à etapa de dissecção do nó, que permite que o controlador cirúrgico central 106, 206 faça essa inferência. Deve ser observado que os cirurgiões regularmente alternam entre os instrumentos de grampea- mento cirúrgico/corte e os instrumentos de energia cirúrgica (isto é, de RF ou ultrassônica) dependendo da etapa específica no procedimento porque diferentes instrumentos são melhor adaptados para tarefas específicas. Portanto, a sequência específica na qual os instrumentos de corte/grampeamento e os instrumentos de energia cirúrgica são usados pode indicar qual etapa do procedimento o cirurgião está realizada. Além disso, em certos casos, ferramentas robóticas podem ser utilizadas para uma ou mais etapas em um procedimento cirúrgico e/ou instrumentos cirúrgico de mão podem ser utilizados para uma ou mais etapas no procedimento cirúrgico. O cirurgião pode alternar entre ferramentas robóticas e instrumentos cirúrgicos de mão e/ou pode usar os dispositivos simultaneamente, por exemplo. Após a conclusão da décima segunda etapa 5224, as incisões são fechadas e a porção do pós-operatório do processo se inicia.
[0631] Na décima terceira etapa 5226, a anestesia do paciente é revertida. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode inferir que o paciente está emergindo da anestesia com base nos dados de ventilador (isto é, a frequência respiratória do paciente começa a aumentar), por exemplo.
[0632] Finalmente, na décima quarta etapa 5228 é que o pessoal médico remove os vários dispositivos de monitoramento de paciente do paciente. O controlador cirúrgico central 106, 206 pode, dessa forma, inferir que o paciente está sendo transferido para uma sala de recuperação quando o controlador central perde os dados de ECG, pressão sanguínea e outros dados dos dispositivos de monitoramento de paciente. Como pode ser visto a partir da descrição deste procedimento ilustrativo, o controlador cirúrgico central 106, 206 pode determinar ou inferir quando cada etapa de um dado procedimento cirúrgico está ocorrendo de acordo com os dados recebidos das várias fontes de dados que estão acopladas em comunicação com o controlador cirúrgico cen- tral 106, 206.
[0633] O reconhecimento situacional é ainda descrito no pedido de patente provisório US n° de série 62/659.900, intitulado METHOD OF HUB COMMUNICATION, depositado em 19 de abril de 2018, cujo conteúdo está aqui incorporado a título de referência em sua totalidade. Em certos casos, a operação de um sistema cirúrgico robótico, incluindo os vários sistemas cirúrgicos robóticos aqui descritos, por exemplo, pode ser controlada pelo controlador central 106, 206 com base em seu reconhecimento situacional e/ou nas retroinformações fornecidas por seus componentes e/ou com base nas informações provenientes da nuvem 102.
[0634] Embora várias formas tenham sido ilustradas e descritas, não é intenção do requerente restringir ou limitar o escopo das reivindicações anexadas a tal detalhe. Numerosas modificações, variações, alterações, substituições, combinações e equivalentes destas formas podem ser implementadas e ocorrerão aos versados na técnica sem se que afaste do escopo da presente descrição. Além disso, a estrutura de cada elemento associado com a forma pode ser alternativamente descrita como um meio para fornecer a função realizada pelo elemento. Além disso, onde forem descritos materiais para determinados componentes, outros materiais podem ser usados. Deve- se compreender, portanto, que a descrição precedente e as reivindicações em anexo pretendem cobrir todas essas modificações, com-binações e variações abrangidas pelo escopo das modalidades apresentadas. As reivindicações em anexo se destinam a cobrir todas essas modificações, variações, alterações, substituições, modificações e equivalentes.
[0635] A descrição detalhada precedente apresentou várias formas dos dispositivos e/ou processos por meio do uso de diagramas de blocos, fluxogramas e/ou exemplos. Embora esses diagramas de bloco, flu- xogramas e/ou exemplos contenham uma ou mais funções e/ou opera- ções, será compreendido pelos versados na técnica que cada função e/ou operação dentro desses diagramas de bloco, fluxogramas e/ou exemplos pode ser implementada, individual e/ou coletivamente, através de uma ampla gama de hardware, software, firmware ou praticamente qualquer combinação destes. Os versados na técnica reconhecerão, contudo, que alguns aspectos dos aspectos aqui descritos, no todo ou em parte, podem ser implementados de modo equivalente em circuitos integrados, como um ou mais programas de computador executados em um ou mais computadores (por exemplo, como um ou mais programas executados em um ou mais sistemas de computador), como um ou mais programas executados em um ou mais processadores (por exemplo, como um ou mais programas executados em um ou mais microprocessadores), como firmware, ou virtualmente como qualquer combinação dos mesmos, e que projetar o conjunto de circuitos e/ou escrever o código para o software e firmware estaria dentro do âmbito de prática do ver-sado na técnica, à luz desta descrição. Além disso, os versados na técnica entenderão que os mecanismos do assunto aqui descrito podem ser distribuídos como um ou mais produtos de programa em uma variedade de formas e que uma forma ilustrativa do assunto aqui descrito é aplicável independentemente do tipo específico de meio de transmissão de sinais utilizado para efetivamente realizar a distribuição.
[0636] As instruções usadas para programar a lógica para execu tar vários aspectos descritos podem ser armazenadas em uma memória no sistema, como memória de acesso aleatório dinâmica (DRAM), cache, memória flash ou outro armazenamento. Além disso, as instruções podem ser distribuídas através de uma rede ou por meio de outras mídias legíveis por computador. Dessa forma uma mídia legível por máquina pode incluir qualquer mecanismo para armazenar ou transmitir informações em uma forma legível por uma máquina (por exemplo, um computador), mas não se limita a, disquetes, discos ópti- cos, disco compacto de memória só de leitura (CD-ROMs), e discos óptico-dínamos discos, memória só de leitura (ROM), memória de acesso aleatório (RAM), memória só de leitura programável apagável (EPROM), memória só de leitura programável apagável eletricamente (EEPROM), cartões magnéticos ou ópticos, memória flash, ou uma mídia tangível de armazenamento legíveis por máquina usada na transmissão de informações pela Internet através de um cabo elétrico, óptico, acústico ou outras formas de sinais de propagados (por exemplo, ondas portadoras, sinal de infravermelho, sinais digitais, etc.). Consequentemente, a mídia não transitória legível por computador inclui qualquer tipo de mídia legível por máquina adequada para armazenar ou transmitir instruções ou informações eletrônicas em uma forma legível por uma máquina (por exemplo, um computador).
[0637] Como usado em qualquer aspecto da presente invenção, o termo "circuito de controle" pode se referir a, por exemplo, um conjunto de circuitos com fio, circuitos programáveis (por exemplo, um processador de computador que compreende um ou mais núcleos de processamento de instrução individuais, unidade de processamento, processador, microcontrolador, unidade do microcontrolador, controlador, processador de sinal digital (DSP), dispositivo lógico programável (PLD), matriz lógica programável (PLA), ou matriz de portas programável em campo (FPGA)), circuitos de máquinas de estado, firmware que armazena instruções executadas pelo circuito programável, e qualquer combinação dos mesmos. O circuito de controle pode, coletiva ou individualmente, ser incorporado como circuito elétrico que é parte de um sistema maior, por exemplo, um circuito integrado (IC), um circuito integrado específico de aplicação (ASIC), um sistema on-chip (SoC), computadores desktop, computadores laptop, computadores tablet, servidores, fones inteligentes, etc. Consequentemente, como usado aqui, "circuito de controle" inclui, mas não se limita a, circuitos elétricos que tenham pelo menos um circuito elétrico discreto, circuitos elétricos que tenham pelo menos um circuito integrado, circuitos elétricos que tenham pelo 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 para finalidades gerais configurado por um programa de computador que pelo menos parcialmente execute processos e/ou dispositivos aqui descritos, ou um microprocessador configurado por um programa de computador que pelo menos parcialmente execute os processos e/ou dis-positivos 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, chave de comunicação, ou equipamento óptico-elétrico). Os versados na técnica reconhecerão que o assunto aqui descrito pode ser implementado de modo analógico ou digital, ou em alguma combinação destes.
[0638] Como usado em qualquer aspecto da presente invenção, o termo "lógico" pode se referir a um aplicativo, software, firmware e/ou circuito configurado para executar qualquer das operações anteriormente mencionadas. O software pode ser incorporado como um pacote de software, um código, instruções, conjuntos de instruções e/ou dados registados na mídia de armazenamento não transitório legível por computador. O firmware pode ser incorporado como código, instruções ou conjuntos de instruções e/ou dados que são codificados rigidamente (por exemplo, não voláteis) em dispositivos de memória.
[0639] Como usado em qualquer aspecto da presente invenção, os termos "componente", "sistema", "módulo" e similares podem se referir a uma entidade relacionada a computador, seja hardware, uma combinação de hardware e software, software ou software em execução.
[0640] Como usado em qualquer aspecto da presente descrição, um "algoritmo" se refere à sequência autoconsistente de etapas que levam ao resultado desejado, onde uma "etapa" se refere à manipulação de quantidades físicas e/ou estados lógicos que podem, embora não necessariamente precisem, assumir a forma de sinais elétricos ou magnéticos que possam ser armazenados, transferidos, combinados, comparados e manipulados de qualquer outra forma. É uso comum chamar esses sinais de bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos, números ou congêneres. Esses termos e termos similares podem estar associados às grandezas físicas apropriadas e são identificações meramente convenientes aplicadas a essas quantidades e/ou estados.
[0641] Uma rede pode incluir uma rede comutada de pacotes. Os dispositivos de comunicação podem ser capazes de se comunicar uns com os outros com o uso de um protocolo de comunicações de rede comutada de pacotes selecionado. Um protocolo de comunicações exemplificador pode incluir um protocolo de comunicações Ethernet que pode ser capaz de permitir a comunicação com o uso de um protocolo de controle de transmissão/protocolo de Internet (TCP/IP). O protocolo Ethernet pode se conformar ou ser compatível com o padrão Ethernet publicado pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) intitulado "IEEE 802.3 Standard", publicado em dezembro de 2008 e/ou versões posteriores deste padrão. Alternativamente ou adicionalmente, os dispositivos de comunicação podem ser capazes de se comunicar uns com os outros com o uso de um protocolo de comunicações X.25. O protocolo de comunicações X.25 pode se conformar ou ser compatível com um padrão promulgado pelo International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector (ITU-T). Alternativamente ou adicionalmente, os dispositivos de comunicação podem ser capazes de se comunicar uns com os outros com o uso de um protocolo de comunicações frame-relay. O protocolo de comunicações frame-relay pode se conformar ou ser compatível com um padrão promulgado pelo Consultative Committee for International Telegraph and Telephone (CCITT) e/ou o American National Standards Institute (ANSI). Alternativamente ou adicionalmente, os transceptores podem ser capazes de se comunicar uns com os outros com o uso de um protocolo de comunicação ATM ("asynchronous transfer mode", modo de transferência assíncrono). O protocolo de comunicação ATM pode se conformar ou ser compatível com um padrão ATM publicado pelo fórum ATM intitulado "ATM-MPLS Network Interworking 2.0" publicado em agosto de 2001, e/ou versões posteriores desse padrão. Obviamente, protocolos de comunicação de rede orientados por conexão diferentes e/ou pós-desenvolvidos são igualmente contemplados na presente invenção.
[0642] Salvo afirmação expressa em contrário, conforme fica evi dente a partir da descrição precedente, é entendido que, ao longo da descrição precedente, as discussões que usam termos como "processamento", ou "computação", ou "cálculo", ou "determinação", ou "exibição", ou similares, se referem à ação e aos processos de um computador, ou dispositivo de computação eletrônica similar, que manipule e transforme os dados representados sob a forma de grandezas físicas (eletrônicas) nos registradores e nas memórias do computador em outros dados representados de modo similar sob a forma de grandezas físicas nas memórias ou nos registradores do computador, ou em outros dispositivos similares de armazenamento, transmissão ou exibição de informações.
[0643] Um ou mais componentes podem ser chamados na pre sente invenção de "configurado para", "configurável para", "operá- vel/operacional para", "adaptado/adaptável para", "capaz de", "con- formável/conformado para", etc. Os versados na técnica reconhece- rão que "configurado para" pode, de modo geral, abranger componentes em estado ativo e/ou componentes em estado inativo e/ou componentes em estado de espera, exceto quando o contexto determinar o contrário.
[0644] Os termos "proximal" e "distal" são usados aqui com refe rência a um caso em que um médico manipula a porção de empu- nhadura do instrumento cirúrgico. O termo "proximal" se refere à porção mais próxima ao médico, e o termo "distal" se refere à porção situada na direção oposta ao médico. Também será entendido que, por uma questão de conveniência e clareza, termos espaciais como "vertical", "horizontal", "para cima" e "para baixo" podem ser usados na presente invenção com relação aos desenhos. Entretanto, instrumentos cirúrgicos podem ser usados em muitas orientações e posições, e esses termos não se destinam a ser limitadores e/ou absolutos.
[0645] As pessoas versadas na técnica reconhecerão que, em ge ral, os termos usados aqui, e principalmente nas reivindicações em anexo (por exemplo, corpos das reivindicações em anexo) destinam-se geralmente como termos "abertos" (por exemplo, o termo "incluindo" deve ser interpretado como "incluindo, mas não se limitando a", o termo "tendo" deve ser interpretado como "tendo, pelo menos", o termo "inclui" deve ser interpretado como "inclui, mas não se limita a", etc.). Será ainda entendido pelos versados na técnica que, quando um número específico de uma menção de reivindicação introduzida for pretendido, tal intenção será expressamente mencionada na reivindicação e, na ausência de tal menção, nenhuma intenção estará presente. Por exemplo, como uma ajuda para a compreensão, as seguintes reivindicações em anexo podem conter o uso das frases introdutórias "pelo menos um" e "um ou mais" para introduzir menções de reivindicação. Entretanto, o uso de tais frases não deve ser interpretado como implicando que a in- trodução de uma menção da reivindicação pelos artigos indefinidos "um, uns" ou "uma, umas" limita qualquer reivindicação específica contendo a menção da reivindicação introduzida a reivindicações que contêm apenas uma tal menção, mesmo quando a mesma reivindicação inclui as frases introdutórias "um ou mais" ou "pelo menos um" e artigos indefinidos, como "um, uns" ou "uma, umas" (por exemplo, "um, uns" e/ou "uma, umas" deve tipicamente ser interpretado como significando "pelo menos um" ou "um ou mais"); o mesmo vale para o uso de artigos definidos usados para introduzir as menções de reivindicação.
[0646] Além disso, mesmo se um número específico de uma menção de reivindicação introduzida for explicitamente mencionado, os versados na técnica reconhecerão que essa menção precisa ser tipicamente interpretada como significando pelo menos o número mencionado (por exemplo, a mera menção de "duas menções", sem outros modificadores, tipicamente significa pelo menos duas menções, ou duas ou mais menções). Além disso, em casos onde é usada uma convenção análoga a "pelo menos um dentre A, B e C, etc. ", em geral essa construção se destina a ter o sentido no qual a convenção seria entendida por (por exemplo, "um sistema que tem pelo menos um dentre A, B e C" incluiria, mas não se limitaria a, sistemas que têm A sozinho, B sozinho, C sozinho, A e B juntos, A e C juntos, B e C juntos, e/ou A, B e C juntos, etc.). Em casos nos quais é usada uma convenção análoga a "pelo menos um dentre A, B ou C, etc.", em geral essa construção se destina a ter o sentido no qual a convenção seria entendida por (por exemplo, "um sistema que tem pelo menos um dentre A, B e C" incluiria, mas não se limitaria a, sistemas que têm A sozinho, B sozinho, C sozinho, A e B juntos, A e C juntos, B e C juntos, e/ou A, B e C juntos, etc.). Será ainda entendido pelos versados na técnica que tipicamente uma palavra e/ou uma frase disjuntiva apresentando dois ou mais termos alternativos, quer na des- crição, nas reivindicações ou nos desenhos, deve ser entendida como contemplando a possibilidade de incluir um dos termos, qualquer um dos termos ou ambos os termos, exceto quando o contexto determinar indicar algo diferente. Por exemplo, a frase "A ou B" será tipicamente entendida como incluindo as possibilidades de "A" ou "B" ou "A e B".
[0647] Com respeito às reivindicações em anexo, os versados na técnica entenderão que as operações mencionadas nas mesmas podem, de modo geral, ser executadas em qualquer ordem. Além disso, embora vários diagramas de fluxos operacionais sejam apresentados em uma ou mais sequências, deve-se compreender que as várias operações podem ser executadas em outras ordens diferentes daquelas que estão ilustradas, ou podem ser executadas simultaneamente. Exemplos dessas ordenações alternativas podem incluir ordenações sobrepostas, intercaladas, interrompidas, reordenadas, incrementais, preparatórias, suplementares, simultâneas, inversas ou outras ordenações variantes, exceto quando o contexto determinar em contrário. Ademais, termos como "responsivo a", "relacionado a" ou outros particípios adjetivos não pretendem de modo geral excluir essas variantes, exceto quando o contexto determinar em contrário.
[0648] Vale notar que qualquer referência a "um (1) aspecto", "um aspecto", "uma exemplificação" ou "uma (1) exemplificação", e similares significa que um determinado recurso, estrutura ou característica descrito em conexão com o aspecto está incluído em pelo menos um aspecto. Dessa forma, o uso de expressões como "em um (1) aspecto", "em um aspecto", "em uma exemplificação", "em uma (1) exemplificação", em vários locais ao longo deste relatório descritivo não se refere necessariamente ao mesmo aspecto. Além disso, os recursos, estruturas ou características específicos podem ser combinados de qualquer maneira adequada em um ou mais aspectos.
[0649] Qualquer pedido de patente, patente, publicação não de patente ou outro material de descrição mencionado neste relatório descritivo e/ou mencionado em qualquer folha de dados de pedido está aqui incorporado a título de referência, até o ponto em que os materiais incorporados não são inconsistentes com isso. Desse modo, e na medida do necessário, a descrição como explicitamente aqui apresentada substitui qualquer material conflitante incorporado à presente invenção a título de referência. Qualquer material, ou porção do mesmo, tido como aqui incorporado a título de referência, mas que entre em conflito com as definições, declarações, ou outros materiais de descrição existentes aqui apresentados estará aqui incorporado apenas até o ponto em que não haja conflito entre o material incorporado e o material de descrição existente.
[0650] Em suma, foram descritos numerosos benefícios que resul tam do emprego dos conceitos descritos no presente documento. A descrição anteriormente mencionada de uma ou mais modalidades foi apresentada para propósitos de ilustração e descrição. Essa descrição não pretende ser exaustiva nem limitar a invenção à forma precisa revelada. Modificações ou variações são possíveis à luz dos ensinamentos acima. Uma ou mais modalidades foram escolhidas e descritas com a finalidade de ilustrar os princípios e a aplicação prática para, assim, permitir que o versado na técnica use as várias modalidades e com várias modificações, conforme sejam convenientes ao uso específico contemplado. Pretende-se que as reivindicações apresentadas em anexo definam o escopo global.
[0651] Vários aspectos da matéria descrita no presente documento são definidos nos seguintes exemplos numerados:
[0652] Exemplo 1. Um método para determinar a posição do teci do situado em um atuador de extremidade de um instrumento cirúrgico ultrassônico que compreende um transdutor ultrassônico, em que o atuador de extremidade compreende uma lâmina ultrassônica acusticamente acoplada ao transdutor ultrassônico. O método compreende: aplicar, por meio de um circuito de controle, um primeiro nível de potência ao transdutor ultrassônico; medir, por meio do circuito de controle, uma primeira medição de impedância do transdutor ultras- sônico correspondente ao primeiro nível de potência; aplicar, por meio do circuito de controle, um segundo nível de potência ao transdutor ultrassônico; medir, por meio do circuito de controle, uma segunda medição de impedância do transdutor ultrassônico correspon-dente ao segundo nível de potência; calcular, por meio do circuito de controle, uma diferença de impedância do transdutor ultrassônico entre a primeira medição de impedância e a segunda medição de impe- dância; comparar, por meio do circuito de controle, a diferença de im- pedância do transdutor ultrassônico com um primeiro limiar; e determinar, por meio do circuito de controle, uma localização do tecido posicionado dentro do atuador de extremidade com base no primeiro limiar.
[0653] Exemplo 2. O método de acordo com o Exemplo 1, em que o primeiro nível de potência é menor que o segundo nível de potência.
[0654] Exemplo 3. O método de acordo com o Exemplo 1 ou 2, em que o primeiro e o segundo níveis de potência estão abaixo de um nível de potência terapêutico, em que o nível de potência terapêutico é um nível de potência suficiente para fazer com que a lâmina ultrassônica coagule e corte o tecido.
[0655] Exemplo 4. O método, de acordo com qualquer um dos Exemplos 1 a 3, em que o primeiro nível de potência é 0,2 A.
[0656] Exemplo 5. O método de acordo com qualquer um dos Exemplos 1 a 4, em que o segundo nível de potência é duas vezes maior que o primeiro nível de potência.
[0657] Exemplo 6. O método de acordo com qualquer um dos Exemplos 1 a 5, em que o primeiro nível de potência e o segundo nível de potência fazem com que o transdutor ultrassônico oscile a lâmina ultrassónica com uma amplitude menor que 35 μm.
[0658] Exemplo 7. O método de acordo com qualquer um dos Exemplos 1 a 6, que compreende ainda aplicar, por meio do circuito de controle, um nível de potência terapêutico ao transdutor ultrassônico com base na localização do tecido dentro do atuador de extremidade, em que o nível de potência terapêutico é um nível de potência suficiente para fazer com que a lâmina ultrassônica coagule e corte o tecido.
[0659] Exemplo 8. O método de acordo com qualquer um dos Exemplos 1 a 7, que compreende ainda: comparar, por meio do circuito de controle, a diferença de impedância do transdutor ultrassôni- co com um segundo limiar; e determinar, por meio do circuito de controle, se o tecido posicionado dentro do atuador de extremidade está em um local proximal, um local intermediário ou um local distal com base na diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassônico em relação ao primeiro limiar e ao segundo limiar.
[0660] Exemplo 9. Um instrumento cirúrgico ultrassônico conectá- vel a um gerador. O instrumento cirúrgico ultrassônico compreende um atuador de extremidade que compreende uma lâmina ultrassônica, um transdutor ultrassônico acusticamente acoplado à lâmina ultrassônica e um circuito de controle acoplado ao transdutor ultrassônico. O transdutor ultrassônico é configurado para oscilar ultrassonicamente a lâmina ultrassônica em resposta a um sinal de acionamento proveniente do gerador. O circuito de controle é configurado para: aplicar diferentes níveis de potência ao transdutor ultrassônico por meio do gerador ultrassônico, medir impedâncias do transdutor ultrassônico correspondentes aos diferentes níveis de potência e determinar uma localização do tecido posicionado dentro do atuador de extremidade de acordo com uma diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassônico em relação a um limiar.
[0661] Exemplo 10. O instrumento cirúrgico ultrassônico de acordo com o Exemplo 9, em que o circuito de controle é configurado para variar os níveis de potência aplicados ao transdutor ultrassônico entre um primeiro nível de potência e um segundo nível de potência.
[0662] Exemplo 11. O instrumento cirúrgico ultrassônico de acordo com o Exemplo 10, em que o primeiro nível de potência e o segundo nível de potência estão abaixo de um nível de potência terapêutico, em que o nível de potência terapêutico é um nível de potência suficiente para fazer com que a lâmina ultrassônica coagule e corte o tecido.
[0663] Exemplo 12. O instrumento cirúrgico ultrassônico de acordo com o Exemplo 10 ou 11, em que o primeiro nível de potência é 0,2 A.
[0664] Exemplo 13. O instrumento cirúrgico ultrassônico de acordo com qualquer um dos Exemplos 10 a 12, em que o segundo nível de potência é duas vezes maior que o primeiro nível de potência.
[0665] Exemplo 14. O instrumento cirúrgico ultrassônico de acordo com qualquer um dos Exemplos 10 a 13, em que o primeiro nível de potência e o segundo nível de potência fazem com que o transdutor ultrassônico oscile a lâmina ultrassônica com uma amplitude menor que 35 μm.
[0666] Exemplo 15. O instrumento cirúrgico ultrassônico de acor do com qualquer um dos Exemplos 9 a 14, em que o circuito de controle é configurado ainda para aplicar um nível de potência terapêutico ao transdutor ultrassônico com base na localização do tecido dentro do atuador de extremidade, em que o nível de potência terapêutico é um nível de potência suficiente para fazer com que a lâmina ul- trassônica coagule e corte o tecido.
[0667] Exemplo 16. O instrumento cirúrgico ultrassônico de acordo com qualquer um dos Exemplos 9 a 15, em que o limiar compreende um primeiro limiar. O circuito de controle é ainda configurado para: comparar a diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassônico com um segundo limiar e determinar se o tecido posicionado dentro do atuador de extremidade está em um local proximal, um local intermediário ou um local distal com base na diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassônico em relação ao primeiro limiar e ao segundo limiar.
[0668] Exemplo 17. Um gerador ultrassônico conectável a um ins trumento ultrassônico que compreende um atuador de extremidade, uma lâmina ultrassônica e um transdutor ultrassônico acusticamente acoplado à lâmina ultrassônica. O gerador ultrassônico compreende um circuito de controle acoplável ao transdutor ultrassônico. O circuito de controle é configurado para: aplicar diferentes níveis de potência ao transdutor ul- trassônico, medir impedâncias do transdutor ultrassônico correspondentes aos diferentes níveis de potência e determinar uma localização do tecido posicionado dentro do atuador de extremidade de acordo com uma diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassônico em relação a um limiar.
[0669] Exemplo 18. O gerador ultrassônico de acordo com o Exemplo 17, em que o circuito de controle é configurado para variar os níveis de potência aplicados ao transdutor ultrassônico entre um primeiro nível de potência e um segundo nível de potência.
[0670] Exemplo 19. O gerador ultrassônico de acordo com o Exemplo 18, em que o primeiro nível de potência e o segundo nível de potência estão abaixo de um nível de potência terapêutico, em que o nível de potência terapêutico é um nível de potência suficiente para fazer com que a lâmina ultrassônica coagule e corte o tecido.
[0671] Exemplo 20. O gerador ultrassônico de acordo com o Exemplo 18 ou 19, em que o primeiro nível de potência é 0,2 A.
[0672] Exemplo 21. O gerador ultrassônico de acordo com qual quer um dos Exemplos 18 a 20, em que o segundo nível de potência é duas vezes maior que o primeiro nível de potência.
[0673] Exemplo 22. O gerador ultrassônico de acordo com qual quer um dos Exemplos 18 a 21, em que o primeiro nível de potência e o segundo nível de potência fazem com que o transdutor ultrassônico oscile a lâmina ultrassónica com uma amplitude menor que 35 μm.
[0674] Exemplo 23. O gerador ultrassônico de acordo com qual quer um dos Exemplos 17 a 22, em que o circuito de controle é configurado ainda para aplicar um nível de potência terapêutico ao transdutor ultrassônico com base na localização do tecido dentro do atua- dor de extremidade, em que o nível de potência terapêutico é um nível de potência suficiente para fazer com que a lâmina ultrassônica coagule e corte o tecido.
[0675] Exemplo 24. O gerador ultrassônico de acordo com qualquer um dos Exemplos 17 a 23, em que o limiar compreende um primeiro limiar. O circuito de controle é ainda configurado para: comparar a diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassônico com um segundo limiar e determinar se o tecido posicionado dentro do atuador de extremidade está em um local proximal, um local intermediário, ou um local distal com base na diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassônico em relação ao primeiro limiar e ao segundo limiar.
Claims (9)
1. Instrumento cirúrgico ultrassônico (1104) conectável a um gerador (1100), o instrumento cirúrgico ultrassônico (1104) compreendendo: um atuador de extremidade (1122) que compreende uma lâmina ultrassônica (1128); um transdutor ultrassônico (1120) acusticamente acoplado à lâmina ultrassônica (1128), em que o transdutor ultrassônico (1120) é configurado para oscilar ultrassonicamente a lâmina ultrassônica (1128) em resposta a um sinal de acionamento emitido pelo gerador (1100); e um circuito de controle (760) acoplado ao transdutor ultrassô- nico (1120), caracterizado pelo fato de que o circuito de controle (760) está configurado para: aplicar níveis variáveis de potência ao transdutor ultrassô- nico (1120) através do gerador ultrassônico (1100); medir impedâncias do transdutor ultrassônico (1120) corres-pondentes aos níveis variáveis de potência; e determinar uma localização do tecido posicionado dentro do atuador de extremidade (1122) de acordo com uma diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassônico (1120) em relação a um limiar.
2. Gerador ultrassônico (1100) conectável a um instrumento ultrassônico (1104) que compreende um atuador de extremidade (1122), uma lâmina ultrassônica (1128) e um transdutor ultrassônico (1120) acusticamente acoplado à lâmina ultrassônica (1128), o gerador ultrassônico (1100) compreendendo: um circuito de controle (760) acoplável ao transdutor ultras- sônico (1120), caracterizado pelo fato de que o circuito de controle (760) configurado é para: aplicar níveis variáveis de potência ao transdutor ultrassô- nico (1120); medir impedâncias do transdutor ultrassônico (1120) corres-pondentes aos níveis variáveis de potência; e determinar uma localização do tecido posicionado dentro do atuador de extremidade (1122) de acordo com uma diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassônico (1120) em relação a um limiar.
3. Instrumento cirúrgico ultrassônico (1104), de acordo com a reivindicação 1, ou o gerador ultrassônico (1100), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle (760) é configurado para variar os níveis de potência aplicados ao transdutor ultrassônico (1120) entre um primeiro nível de potência e um segundo nível de potência.
4. Instrumento cirúrgico ultrassônico (1104) ou gerador ul- trassônico (1100), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o primeiro nível de potência e o segundo nível de potência estão abaixo de um nível de potência terapêutico, em que o nível de potência terapêutico é um nível de potência suficiente para fazer com que a lâmina ultrassônica (1128) coagule e corte o tecido.
5. Instrumento cirúrgico ultrassônico (1104) ou gerador ul- trassônico (1100), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o primeiro nível de potência é de 0,2 Amps.
6. Instrumento cirúrgico ultrassônico (1104) ou gerador ul- trassônico (1100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que o segundo nível de potência é duas vezes maior que o primeiro nível de potência.
7. Instrumento cirúrgico ultrassônico (1104) ou gerador ul- trassônico (1100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que o primeiro nível de potência e o segundo nível de potência fazem com que o transdutor ultrassônico (1120) oscile a lâmina ultrassônica (1128) com uma amplitude menor que 35 μm.
8. Instrumento cirúrgico ultrassônico (1104) ou gerador ul- trassônico (1100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de que o circuito de controle (760) é configurado ainda para aplicar um nível de potência terapêutico ao transdutor ultrassônico (1120) com base na localização do tecido dentro do atuador de extremidade (1122), em que o nível de potência terapêutico é um nível de potência suficiente para fazer com que a lâmina ultrassônica (1128) coagule e corte o tecido.
9. Instrumento cirúrgico ultrassônico (1104) ou gerador ul- trassônico (1100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato de que o limiar compreende um primeiro limiar, em que o circuito de controle (760) é ainda configurado para: comparar a diferença entre as impedâncias do transdutor ul- trassônico (1120) com um segundo limiar; e determinar se o tecido posicionado dentro do atuador de extremidade (1122) está em um local proximal, um local intermediário, ou um local distal de acordo com a diferença entre as impedâncias do transdutor ultrassônico (1120) em relação ao primeiro limiar e ao segundo limiar.
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| B350 | Update of information on the portal [chapter 15.35 patent gazette] | ||
| B06W | Patent application suspended after preliminary examination (for patents with searches from other patent authorities) chapter 6.23 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 12/10/2018, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS |