BR112021016423A2 - Sistema e método para tração de um dispositivo ultrassônico - Google Patents

Abstract

sistema e método para tração de um dispositivo ultrassônico. a presente invenção se refere a um sistema (1) para tração de um dispositivo ultrassônico para remoção de cimento ósseo e/ou operações de osteotomia, compreendendo uma unidade de controle (6), uma unidade de memória (mem), e recurso de conexão para conexão juntamente da unidade de controle (6) e um aparelho portátil (5) do dispositivo ultrassônico. convenientemente, a unidade de controle (6) é configurada para enviar um sinal (sg1) para o aparelho portátil (5), receber a partir do aparelho portátil uma resposta (sg2) para o sinal (sg1) enviado, e verificar uma condição de operação do dispositivo ultrassônico com base sobre esta resposta (sg2). o sinal enviado (sg1) é um sinal com uma frequência variável dentro de uma faixa de frequência, e, com base sobre referida resposta (sg2), a unidade de controle (6) é configurada para calcular pelo menos um parâmetro indicativo da resposta de frequência do dispositivo ultrassônico, e referido parâmetro é a variação em impedância como uma função da frequência, proporcionando uma curva de impedância representando a resposta de frequência do dispositivo ultrassônico.

Description

”SISTEMA E MÉTODO PARA TRAÇÃO DE UM DISPOSITIVO ULTRASSÔNICO“ Campo de aplicação

[0001] A presente invenção se refere a um sistema e a um correspondente método para tração de um dispositivo ultrassônico, utilizado, por exemplo, para remover cimento ósseo ou para desempenhar operações de osteotomia, e a descrição a seguir é feita com referência para este campo de aplicação com o único propósito de simplificação da exposição da mesma. Estado da técnica

[0002] Como é bem conhecido neste campo técnico, durante procedimentos de revisão de prótese existe freqüentemente a necessidade para remover cimento ósseo feito de polimetil metacrilato (PMMA). Isto é um procedimento muito delicado e uma execução incorreta do mesmo arrisca provocar dano sério para o tecido ósseo.

[0003] Existem dispositivos ultrassônicos que têm capacidade para remover o cimento ósseo por intermédio de ferramentas especiais para as quais ultrassons são transmitidos. Isto simplifica a remoção do cimento ósseo durante procedimentos de revisão de prótese na medida em que a ação dos ultrassons provoca amolecimento do cimento que mantém o implante em posição. As ferramentas são conseqüentemente posicionadas de maneira tal a coletar e remover o cimento amolecido a partir do osso hospedeiro. Esta técnica reduz o esforço manual e possibilita o risco de que fraturas e perfurações ósseas venham a ser reduzidas.

[0004] Dispositivos ultrassônicos são também utilizados em operações de osteotomia para corte de porções ósseas, onde uma lâmina é movimentada de uma maneira pré- definida por intermédio de ultrassons.

[0005] Os sistemas ultrassônicos conhecidos geralmente consideram a presença de um gerador para o qual um aparelho portátil contendo os elementos de geração de ultrassom é conectado, referido gerador possibilitando energização do aparelho portátil e configurando (ajustando) seus parâmetros de operação. As ferramentas para as quais os ultrassons são transmitidos durante as operações são então conectadas para o aparelho portátil, estas ferramentas contactando o cimento ósseo ou o osso.

[0006] Em concordância com algumas soluções conhecidas, o gerador compreende dois elementos de conexão separados por dois aparelhos portáteis separados, mais especificamente um elemento de conexão para um primeiro aparelho portátil intencionado para remover o cimento ósseo, e um diferente elemento de conexão para um adicional aparelho portátil intencionado para operações de osteotomia.

[0007] Adicionalmente, em concordância com algumas soluções conhecidas, o gerador tem capacidade para armazenar uma pluralidade de parâmetros de operação relacionados para diferentes tipos de modos de operação, e para utilizar estes parâmetros uma vez que o modo de operação desejado particular – por exemplo, a operação particular a ser desempenhada – tenha sido selecionada pelo operador.

[0008] O pedido de patente europeu número EP

1.199.042 A2 apresenta um sistema ultrassônico que tem capacidade para verificar a presença de uma lâmina associada para um aparelho portátil.

[0009] Entretanto, as soluções disponíveis até agora possuem um número de desvantagens, incluindo a falta de resposta efetiva para o operador quando considerando a condição do aparelho portátil e/ou das ferramentas conectadas para o mesmo, e bem como a ausência de um sistema para auxílio do operador para corretamente ajustar os parâmetros de operação. Existe conseqüentemente a necessidade para proporcionar um sistema que assegura interação aperfeiçoada com o operador.

[0010] O problema técnico da presente invenção é o de proporcionar um sistema de tração para um dispositivo ultrassônico possuindo características estruturais e funcionais de maneira tal a possibilitar superação das limitações e desvantagens que ainda afetam as soluções conhecidas, em particular com capacidade para possibilitar uma interação aperfeiçoada com o operador, enquanto simplificando a utilização do dispositivo ultrassônico e limitando a possibilidade de erros durante configuração (ajuste) do mesmo. Sumário da invenção

[0011] A idéia de solução na base da presente invenção é a de provisão de um dispositivo ultrassônico com um sistema de tração/controle configurado para enviar para um aparelho portátil do dispositivo um sinal de entrada e para mensurar a resposta característica do aparelho portátil e/ou da ferramenta associada com o aparelho portátil para este sinal de entrada, esta resposta sendo comparada com respostas esperadas previamente armazenadas na memória do sistema de tração. Desta maneira, a presente invenção possibilita troca de dados entre o aparelho portátil e o sistema de tração, proporcionando o operador com informação útil tal como resposta acerca do estado do aparelho portátil e do tipo de ferramentas associadas com ele e/ou seu estado.

[0012] Sobre o fundamento desta idéia de solução, o problema técnico anteriormente mencionado é solucionado por um sistema para tração de um dispositivo ultrassônico para remoção de cimento ósseo e/ou operações de osteotomia, compreendendo uma unidade de controle, uma unidade de memória, e recurso de conexão para conexão juntamente da unidade de controle e um aparelho portátil do dispositivo ultrassônico, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle é configurada para enviar um sinal para o aparelho portátil; receber a partir do aparelho portátil uma resposta para o sinal enviado, e verificar uma condição de operação do dispositivo ultrassônico com base sobre esta resposta.

[0013] Mais particularmente, a presente invenção compreende as seguintes adicionais características, tomadas individualmente ou em combinação se requerido.

[0014] Em concordância com um aspecto da presente invenção, a condição de operação do dispositivo ultrassônico verificada pela unidade de controle pode compreender pelo menos um do estado de um transdutor piezoelétrico do aparelho portátil, do tipo de ferramenta associada com o aparelho portátil, e/ou do estado desta ferramenta.

[0015] No contexto da presente invenção, o termo

“tipo de ferramenta” é utilizado para identificar tanto ferramentas únicas e quanto uma classe de ferramentas possuindo características comuns (por exemplo, uma configuração e/ou função comum).

[0016] Em concordância com um aspecto da presente invenção, o sinal enviado pode ser um sinal com uma freqüência variável dentro de uma faixa de freqüência pré- determinada, e, com base sobre a resposta, a unidade de controle pode ser configurada para calcular pelo menos um parâmetro indicativo da resposta de freqüência do dispositivo ultrassônico.

[0017] Em particular, este parâmetro pode ser a variação em impedância como uma função da freqüência, por conseqüência, proporcionando uma curva de impedância representando a resposta de freqüência do dispositivo ultrassônico.

[0018] Em concordância com um aspecto da presente invenção, a unidade de controle pode ser configurada para comparar a resposta recebida com dados armazenados na unidade de memória, referida unidade de memória compreendendo dados relacionados para a resposta de freqüência esperada para a ferramenta associada com o aparelho portátil e/ou dados relacionados para a resposta de freqüência esperada para o transdutor piezoelétrico do aparelho portátil.

[0019] Em concordância com um aspecto da presente invenção, a unidade de controle pode ser configurada para mensurar a impedância característica do transdutor piezoelétrico do aparelho portátil sobre variação da freqüência do sinal enviado quando a ferramenta não é associada com o aparelho portátil, referida unidade de controle sendo adicionalmente configurada para exibir a curva de resposta de freqüência do transdutor piezoelétrico e/ou comparar a mesma com valores esperados.

[0020] Em concordância com um aspecto da presente invenção, a unidade de controle pode ser configurada para mensurar a impedância característica da ferramenta sobre variação da freqüência do sinal enviado e comparar esta impedância característica com valores armazenados na umidade de memória e esperados pela referida ferramenta, referida unidade de controle sendo configurada para comparar pelo menos a freqüência de ressonância mensurada com a freqüência esperada.

[0021] Em outras palavras, a unidade de controle pode ser configurada para mensurar a impedância da ferramenta associada com o aparelho portátil ou, no caso em que a ferramenta não é associada com aparelho portátil, a impedância do transdutor piezoelétrico do aparelho portátil sobre variação da freqüência do sinal enviado, e a unidade de memória compreende dados relacionados para a resposta de freqüência esperada para a ferramenta associada com o aparelho portátil e dados relacionados para a resposta de freqüência esperada para o transdutor piezoelétrico do aparelho portátil, a unidade de controle sendo adicionalmente configurada para exibir referida curva de resposta de freqüência do transdutor piezoelétrico e/ou para comparar a mesma com valores esperados armazenados em referida unidade de memória. A unidade de controle pode então ser configurada para comparar pelo menos a freqüência de ressonância mensurada com uma freqüência esperada armazenada.

[0022] Mais particularmente, a unidade de controle pode ser configurada para comparar diferentes características matemáticas da curva de impedância mensurada, incluindo valores máximos, valores mínimos, primeira derivada e segunda derivada, com as características de curvas de impedância conhecidas que foram previamente armazenadas; desta maneira, uma comparação entre as freqüências de ressonância é indiretamente desempenhada.

[0023] Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, a unidade de controle pode ser configurada para selecionar a partir da unidade de memória um modo de operação a partir de uma pluralidade de modos de operação armazenados, e bem como gerar um erro no evento de que a resposta recebida a partir do aparelho portátil não venha a corresponder para dados armazenados associados com o modo de operação selecionado, em que referidos dados armazenados compreendem pelo menos as freqüências características do dispositivo ultrassônico.

[0024] Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, a unidade de controle pode ser adaptada para implementar um procedimento de aprendizagem automático que adota aprendizagem de máquina e/ou técnicas de inteligência artificial.

[0025] Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, o sistema pode compreender uma interface de usuário configurada para possibilitar a entrada e/ou visualização de parâmetros de operação e/ou a seleção de um modo de operação a partir de uma pluralidade de modos de operação cujos parâmetros de operação foram previamente armazenados na unidade de memória.

[0026] Adicionalmente, a unidade de controle pode ser configurada para se comunicar com uma e receber dados a partir de uma unidade eletrônica incorporada no aparelho portátil. Em particular, tais dados podem compreender pelo menos o número de série do aparelho portátil.

[0027] Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, a unidade de controle pode compreender um painel de controle e uma unidade computadorizada que inclui a unidade de memória, em comunicação de dados uma com a outra.

[0028] Em concordância com ainda um outro aspecto da presente invenção, o sistema pode compreender uma bomba operada por um acionador e em comunicação com a unidade de controle para transporte de fluido de resfriamento para o aparelho portátil.

[0029] Em concordância com ainda um outro aspecto da presente invenção, o sistema de tração pode compreender pelo menos um painel de energia conectado para a unidade de controle e apto para enviar para o aparelho portátil um sinal de alta energia adequado para geração de ultrassons.

[0030] Em concordância com ainda um outro aspecto da presente invenção, o recurso de conexão pode incluir porções de circuito operacionalmente conectadas para o painel de energia e a unidade de controle para transferência de dados e energia para o aparelho portátil.

[0031] Em concordância com ainda um outro aspecto da presente invenção, a unidade central pode ser configurada para ajustar a faixa de freqüência com base sobre um modo de operação.

[0032] A presente invenção também se refere para um dispositivo ultrassônico compreendendo um sistema de tração como foi ilustrado anteriormente, um aparelho portátil conectado para este sistema de tração e em comunicação operacional com o mesmo, e uma ferramenta conectada para o aparelho portátil.

[0033] Em particular, o sistema de tração e o aparelho portátil podem ser configurados para transmitir ultrassons para ferramentas tanto para operações de remoção de cimento ósseo e quanto para operações de osteotomia, e a unidade de controle pode ser configurada para selecionar a partir da unidade de memória um modo de operação a partir de entre uma pluralidade de modos de operação armazenados, e para gerar um erro no evento de que a resposta recebida a partir do aparelho portátil não venha a corresponder para a resposta esperada para o tipo de ferramenta associada para o mesmo.

[0034] O controle da ferramenta associada com o aparelho portátil é desempenhado por intermédio do sistema de escaneamento de freqüência anteriormente mencionado que possibilita o tipo de ferramenta a ser identificada e conseqüentemente um erro a ser gerado no evento de que a ferramenta identificada por intermédio de escaneamento (a saber, por avaliação da curva de impedância) não venha a corresponder para o modo de operação selecionado.

[0035] A presente invenção também se refere para um método para tração de um dispositivo ultrassônico para remoção de cimento ósseo e/ou operações de osteotomia, compreendendo as etapas de:

- estabelecimento de pelo menos uma conexão de dados entre uma unidade de controle e um aparelho portátil do dispositivo ultrassônico; - envio de um sinal para o aparelho portátil; - recepção a partir do aparelho portátil de uma resposta para referido sinal enviado; e: - verificação de uma condição de operação do dispositivo ultrassônico com base sobre referida resposta.

[0036] Em concordância com um outro aspecto da presente invenção, a etapa de envio pode compreender envio para o aparelho portátil de referido sinal na forma de um sinal possuindo uma freqüência variável dentro de uma faixa de freqüências, e a etapa de verificação pode compreender cálculo de pelo menos um parâmetro indicativo da resposta de freqüência do dispositivo ultrassônico, esta etapa de verificação compreendendo uma etapa de comparação da resposta de freqüência com dados armazenados.

[0037] Em concordância com um aspecto da presente invenção, referido parâmetro calculado pode ser a variação em impedância como uma função da freqüência de sinal, proporcionando uma curva de impedância representando a resposta de freqüência do dispositivo ultrassônico.

[0038] Adicionalmente, o método pode compreender uma etapa de verificação, por intermédio da unidade de controle, de se a temperatura no interior do aparelho portátil é mais alta do que um valor de limiar.

[0039] Em concordância com um aspecto da presente invenção, o método pode compreender uma etapa de geração e opcionalmente exibição de um sinal de erro no caso onde uma resposta recebida difere a partir de uma resposta esperada.

Adicionalmente, a etapa de exibição do sinal de erro pode também compreender exibição de uma solução para este erro.

[0040] Em particular, o método pode compreender uma etapa de seleção de um modo de operação a partir de uma pluralidade de modos de operação armazenados, em que referida etapa de verificação (quando a ferramenta é associada com o aparelho portátil) compreende verificação de se uma ferramenta associada com o aparelho portátil corresponde para o modo de operação selecionado, e em que a etapa de verificação compreende uma comparação de diferentes características matemáticas da curva de impedância mensurada com aquelas de curvas de impedância armazenadas.

[0041] Desta maneira, o operador tem capacidade para reconhecer imediatamente se a ferramenta associada com o aparelho portátil não é aquela uma correta; isto é particularmente útil na medida em que o sistema em concordância com a presente invenção possibilita a utilização de somente um único aparelho portátil tanto para operações de remoção de cimento ósseo e quanto para operações de osteotomia.

[0042] Em concordância com ainda um outro aspecto da presente invenção, o método pode compreender uma etapa de verificação, com base sobre a variação da curva de impedância, de se uma ferramenta associada com o aparelho portátil está em contato com diferentes materiais.

[0043] Finalmente, a presente invenção se refere para um produto de programa de computador para tração de um dispositivo ultrassônico para remoção de cimento ósseo e/ou operações de osteotomia, referido produto de programa de computador compreendendo porções de código adaptadas para controlar o sistema em concordância com o método indicado anteriormente.

[0044] As características e vantagens do sistema e do método em concordância com a presente invenção irão se tornar aparentes a partir da descrição a seguir de uma concretização dos mesmos, determinada por intermédio de exemplo não limitante com referência para os desenhos acompanhantes. Breve descrição dos desenhos

[0045] Nestes desenhos:

[0046] A Figura 1 mostra um diagrama de blocos do sistema de tração em concordância com a presente invenção;

[0047] A Figura 2 esquematicamente mostra uma troca de sinais entre o sistema de tração em concordância com a presente invenção e um aparelho portátil, para verificação de uma condição de operação;

[0048] A Figura 3 mostra um exemplo de uma interface de usuário do sistema de tração em concordância com a presente invenção; e:

[0049] A Figura 4 mostra um fluxograma ilustrando um método em concordância com a presente invenção. Descrição detalhada

[0050] Com referência para estas Figuras, e em particular para o exemplo da Figura 1, um sistema de tração para um dispositivo ultrassônico em concordância com a presente invenção é globalmente e esquematicamente indicado com o número de referência (1).

[0051] Vale a pena notar que as Figuras representem vistas esquemáticas e não são desenhadas em escala, mas ao invés disso elas são desenhadas de maneira tal a enfatizar as características importantes da presente invenção. Além do mais, nas Figuras, os diferentes elementos são representados de uma maneira esquemática, sua configuração variando dependendo da aplicação desejada. É também notado que nas Figuras os mesmos números de referência se referem para elementos que são idênticos em configuração ou função. Finalmente, características particulares descritas em relação para uma concretização ilustrada em uma Figura são também aplicáveis para as outras concretizações ilustradas nas outras Figuras.

[0052] O sistema (1) em concordância com a presente invenção possibilita tracionar, por implementação de um método determinado, um aparelho portátil que tem capacidade para gerar ultrassons para utilização médica. Em particular, o sistema (1) é utilizado para remoção de cimento ósseo ou também para operações de osteotomia. É também apontado que, no contexto da presente invenção, o sistema de tração (1) irá também ser indicado utilizando o termo “gerador”, como é conhecido no estado da técnica.

[0053] Como é esquematicamente mostrado na Figura 1, o sistema (1) compreende um alojamento (2) que engloba todos os seus componentes principais.

[0054] Em particular, o sistema (1) compreende primeiro de tudo uma unidade de suprimento de energia (3) (indicada também como PSU) para conversão da voltagem de entrada para uma voltagem DC a ser suprida para os componentes de sistema. A PSU (3) é conseqüentemente conectada para a entrada de suprimento de energia dos componentes do sistema (1) a ser energizado, tal como uma unidade de controle, um par de painéis de energia, etc.. De maneira tal a reduzir as interferências eletromagnéticas, um filtro de EMI (4) é disposto na entrada da PSU (3), como é conhecido no estado da técnica.

[0055] Em uma concretização da presente invenção, a PSU (3) proporciona uma voltagem DC de 24V, e bem como uma segunda voltagem DC de 48V que é utilizada em particular para a geração de ultrassons.

[0056] O sistema de tração (1) em concordância com a presente invenção é de fato intencionado para controlar a operação de um aparelho portátil (5) utilizado para a remoção de cimento ósseo durante procedimentos de revisão de prótese, e bem como para corte de porções ósseas durante operações de osteotomia, por utilização de ultrassons. Convenientemente, como irá ser descrito em detalhes abaixo, o sistema (1) possibilita somente um tipo de sistema portátil (5) a ser utilizado tanto para a remoção de cimento ósseo e quanto para operações de osteotomia.

[0057] Mais especificamente, o aparelho portátil (5) compreende um corpo principal que engloba e atua como um elemento de proteção para recurso de geração de ultrassom, que inclui um transdutor piezoelétrico e uma antena (horn), como é conhecido no estado da técnica. O aparelho portátil (5) é conectado para o sistema de tração (1) por intermédio de um cabo elétrico, referido cabo elétrico sendo associado com o aparelho portátil (5) por intermédio de um soquete adequado formado preferivelmente na extremidade distal do corpo do aparelho portátil (5). O transdutor piezoelétrico é projetado para transformar a energia elétrica suprida pelo gerador para vibrações mecânicas, possuindo uma freqüência de cerca de 28,350 kHz. Entretanto, o sistema (1) em concordância com a presente invenção tem capacidade para controlar a geração de ultrassons dentro de uma ampla faixa de freqüências, isto é, a partir de 20 kHz até 100 kHz, com níveis de energia variando a partir de 0 W até 350 W, este sistema sendo particularmente versátil e tendo capacidade para ser utilizado em várias aplicações.

[0058] A antena do aparelho portátil (5) é apta para amplificar e transferir as vibrações geradas pelo transdutor piezoelétrico para uma ferramenta (T) (também chamada “sonda”) conectada para a mesma.

[0059] O aparelho portátil (5) conseqüentemente compreende recurso de conexão para conexão do mesmo para a ferramenta (T) para a qual os ultrassons gerados são transmitidos. Preferivelmente, os recursos de conexão estão na forma de uma conexão rosqueada na extremidade proximal da antena.

[0060] As ferramentas (T) associadas com o aparelho portátil (5) podem possuir diferentes formas e funções e não irão ser descritas na presente descrição detalhada, a forma e funções destas ferramentas e bem como a estrutura interna do aparelho portátil (5)] não fazem parte da presente invenção. O que é de importância para os propósitos da presente descrição é que ferramentas específicas (T) são intencionadas para operações específicas, sua forma e tamanho variando dependendo das operações realizadas e que, convenientemente, o sistema (1) em concordância com a presente invenção tem capacidade para tracionar um aparelho portátil único (5) a ser utilizado em cada operação e para identificar a ferramenta (T) associada com este aparelho portátil, como irá ser descrito adicionalmente abaixo.

[0061] O sistema (1) em concordância com a presente invenção compreende uma unidade de controle central (6) intencionada para controlar e gerenciar suas funções principais, tais como a geração dos ultrassons, a comunicação entre os vários componentes do sistema (1), a comunicação com o aparelho portátil (5) e o controle do mesmo.

[0062] Em particular, a unidade de controle (6) compreende um painel de controle (6') que recebe em sua entrada 24 volts a partir da PSU (3) e é proporcionada com sua própria CPU integrada que carrega instruções específicas para controle dos ultrassons.

[0063] Por exemplo, a CPU é configurada para receber dados a partir de um conversor analógico-digital integrado no painel de controle (6') e conectado para o mesmo, em particular de maneira tal a avaliar o desvio de freqüência efetivo dos ultrassons gerados a partir da freqüência nominal, da amplitude da corrente de saída e da voltagem de saída e seus relacionamentos temporais. Mais particularmente, a entrada de dado para o conversor analógico-digital é, por exemplo, dado de resposta a partir do aparelho portátil (5) ou outros componentes do sistema. A CPU tem conseqüentemente capacidade para receber dados de voltagem e corrente a partir do aparelho portátil (5) de maneira tal a rastrear a freqüência de operação do mesmo e conseqüentemente verificar a geração correta dos ultrassons. Em concordância com o método descrito adicionalmente abaixo, esta CPU é estruturada e configurada para verificar também o estado do transdutor piezoelétrico e das ferramentas (T) associadas com o aparelho portátil (5). Por intermédio de um exemplo não limitante da presente invenção, a CPU do painel de controle (6') pode ser um processador de Cortex ARM.

[0064] Adicionalmente, a CPU do painel de controle (6') é operacionalmente conectada para um controlador PWM (não mostrado nas Figuras), que é também integrado no painel de controle (6') e é adaptado para gerenciar sinais de fase deslocada PWM a partir dos quais sinais de ativação são gerados, estes sinais de ativação sendo então utilizados por um painel de energia para a geração de ultrassons, como irá ser descrito adicionalmente abaixo.

[0065] Em uma concretização da presente invenção, o conversor analógico-digital e o controlador PWM são integrados no processador de Cortex ARM e fazem parte do mesmo circuito (loop) de controle para gerenciamento dos ultrassons, referido circuito (loop) de controle sendo gerenciado pela CPU conforme é indicado acima.

[0066] O painel de controle (6') também compreende uma entrada de suprimento de energia apta para receber a partir da PSU (3) a voltagem DC, em particular uma voltagem DC de 24 volts. Esta entrada de suprimento de energia é proporcionada com elementos mecânicos que asseguram proteção contra potencial vibração do painel de controle (6'). Adicionalmente, a entrada de suprimento de energia do painel de controle (6') também proporciona filtragem dos componentes de perturbação de alta freqüência de maneira tal a aumentar o desempenho do sistema.

[0067] O painel de controle (6') também compreende uma porção para comunicação de dados com o aparelho portátil (5) o que possibilita que o último venha a ser interfaceado com o sistema (1). Em particular, o painel de controle (6') compreende uma série de portas I/O para a comunicação com o aparelho portátil (5). A comunicação com o aparelho portátil (5) é gerenciada por um buffer de comunicação utilizando o padrão RS485 e, em concordância com uma concretização preferida da presente invenção, ela é desempenhada por intermédio de um circuito de comunicação, como irá ser descrito abaixo.

[0068] O sistema (1) em concordância com a presente invenção também compreende recurso que produz como uma saída um sinal de alta voltagem para a geração dos ultrassons. Em particular, o sistema (1) em concordância com a presente invenção compreende pelo menos um painel de energia (7) conectado para a unidade de controle (6) e adaptado para receber a partir da mesma uma série de sinais (por exemplo, quatro sinais PWN) e para gerar, com base sobre estes sinais, um sinal com uma energia adequada para ser enviada para o aparelho portátil (5) para geração dos ultrassons.

[0069] O painel de energia (7) recebe os suprimentos de energia de 24 volts e de 48 volts a partir da PSU (3) e se comunica com a unidade de controle (6), como é indicado acima.

[0070] O painel de energia (7) conseqüentemente compreende recurso que tem capacidade para gerar e enviar para o transdutor piezoelétrico do aparelho portátil (5) um sinal adequado para a geração dos ultrassons.

[0071] Adicionalmente, o painel de energia (7) é proporcionado com sua própria CPU que tem capacidade para gerenciar sua operação independentemente e controlar a geração dos ultrassons. Por exemplo, esta CPU é adaptada para gerar um sinal lógico para tração daqueles componentes do painel de energia (7) especialmente projetados para a geração dos ultrassons.

[0072] A CPU integrada no painel de energia (7) também recebe dados a partir do aparelho portátil (5) para identificação do mesmo e tem capacidade para gerenciar um sistema para controle da temperatura do painel de energia (7) sobre a base de dados a partir de um sensor de temperatura integrado na mesma.

[0073] Preferivelmente, o sistema (1) compreende um par de painéis de energia (7) que são conectados para dois correspondentes canais de saída, em que durante operação do sistema (1) somente um destes canais de saída é ativado pela unidade de controle (6). É também apontado que, embora o sistema em concordância com a presente invenção preferivelmente venha a possuir dois painéis de energia (7), qualquer número de painéis de energia pode ser proporcionado dependendo dos requerimentos e/ou das circunstâncias. A presença de um segundo adicional painel de energia (7) assegura uma maior segurança e eficiência do sistema, na medida em que ele proporciona uma segunda saída disponível durante as operações.

[0074] Adicionalmente, o sistema (1) em concordância com a presente invenção compreende recurso de conexão (13) que possibilita que venha a ser conectado para o aparelho portátil (5), em particular possibilita conexão entre o aparelho portátil (5) e a unidade de controle (6), e bem como a conexão entre o aparelho portátil (5) e o painel de energia (7). Cada painel de energia (7) é conseqüentemente preferivelmente disposto entre a unidade de controle (6) e o recurso de conexão (13).

[0075] Os recursos de conexão (13) são adaptados para transmitir para o aparelho portátil (5) tanto dados e quanto o suprimento de energia necessário para a operação do mesmo e compreendem um soquete que possibilita interface física deste aparelho portátil (5) com o sistema (1).

[0076] O aparelho portátil (5) é conectado para os recursos de conexão (13) do sistema (1) por intermédio de um cabo (não mostrado nas Figuras), que possibilita a transferência tanto de dados e quanto de suprimentos de energia. Este cabo compreende um conector com quatro polos, dois dos quais são utilizados para a transmissão do sinal para geração dos ultrassons (em particular dois sinais de alta voltagem, por exemplo, de 600 V), um dos quais é utilizado para energização do aparelho portátil e um dos quais para transferência de dados, este cabo compreendendo um revestimento de silicone externo. Duas tranças de triagem são também proporcionadas para transferência do potencial de referência, tanto da proteção de terra e quanto do ônibus (barramento) (bus) de comunicação.

[0077] Os recursos de conexão (13) compreendem um circuito de comunicação (ou interface de comunicação) conectado para o soquete para conexão para o aparelho portátil (5). O circuito de comunicação dos recursos de conexão (13) recebe a partir do painel de energia (7) o sinal de alta energia para geração dos ultrassons e transmite os mesmos para o aparelho portátil (5), e é também conectado para a unidade de controle (6), em particular para o painel de controle (6'), de maneira tal a enviar/receber dados e receber um suprimento de energia de 24 V. O circuito de comunicação é também proporcionado com sua própria CPU que gerencia a comunicação de dados com o aparelho portátil (5), referida comunicação sendo desempenhada utilizando o padrão RS485.

[0078] Em outras palavras, a unidade de controle (6) tem capacidade para se comunicar com o aparelho portátil (5), por exemplo, de maneira tal a identificar o aparelho portátil em si mesmo, receber seu sinal de ativação ou verificar a freqüência dos ultrassons, por intermédio do circuito de comunicação dos recursos de conexão (13), que é proporcionado com seu próprio transceptor RS485 para comunicação contínua com referido aparelho portátil (5).

[0079] Similarmente, o painel de energia (7) envia para o aparelho portátil (5), o sinal de alta voltagem para geração dos ultrassons por intermédio de um circuito especial dos recursos de comunicação (13), referido circuito sendo, por exemplo, disposto ao lado do circuito de comunicação e sendo proporcionado com recursos para isolamento contra voltagens nominais de até 600 V, de maneira tal a não interferir com o ônibus (barramento) de comunicação do circuito de comunicação, referida triagem sendo separada a partir do circuito de comunicação do aparelho portátil.

[0080] O ônibus de comunicação é ao invés disso utilizado para comunicação de dados, preferivelmente por intermédio do transceptor RS485, como é indicado acima.

[0081] O aparelho portátil (5) possui uma arquitetura compreendendo um circuito similar para o circuito de comunicação dos recursos de conexão (13) e em comunicação com o mesmo. Em particular, o aparelho portátil (5) também é proporcionado com um circuito de comunicação (compreendendo, por exemplo, um microprocessador) que por sua vez compreende uma unidade de memória (por exemplo, uma memória EEPROM) contendo toda a informação útil para a identificação do mesmo. Por exemplo, a unidade de memória do aparelho portátil (5) pode compreender seu número de série, que é comunicado para a unidade de controle (6) do sistema (1) tão prontamente quanto este aparelho portátil (5) venha a ser conectado, por conseqüência, possibilitando imediata identificação do aparelho portátil. O circuito também compreende um sensor de temperatura, recurso para tração de um LED indicando o status do sistema e, em uma concretização preferida, um sensor de efeito de Hall, para ativação do mesmo, a unidade de memória (6) sendo configurada para receber os dados a partir destes sensores.

[0082] A unidade de controle (6) é conseqüentemente configurada para comunicar e receber dados a partir deste circuito de comunicação integrado no aparelho portátil (5), referida comunicação ocorrendo por intermédio do circuito de comunicação dos recursos de conexão (13), conforme é indicado acima. Essencialmente, o sistema de tração (1) proporciona para a energização do aparelho portátil (5) [por intermédio do circuito dos recursos de comunicação (13)] e é caracterizado pelo fato de que é por um intercâmbio de dados de duas vias (bidirecional) com referido aparelho portátil.

[0083] Adicionalmente, o painel de controle (6') é operacionalmente acoplado para uma unidade de memória MEM adaptada para armazenar dados do sistema (1). Em particular, a unidade de memória MEM é incluída na unidade de controle (6) e é conectada para painel de controle (6') de maneira tal a manter armazenado todos os parâmetros de operação para os diferentes tipos de operação, tais como os parâmetros de operação para as operações de remoção de cimento ósseo ou os parâmetros de operação para as operações de osteotomia.

[0084] Ainda mais particularmente, a unidade de memória (MEM) é incluída em uma unidade computadorizada (8) da unidade de controle (6), esta unidade computadorizada (8) estando em comunicação de dados e energia com o painel de controle (6') e suportando o software que gerencia todas as funções e a lógica do sistema (1). O painel de controle (6') é responsável pelo gerenciamento da comunicação entre a unidade computadorizada (8) e o painel de energia (7). Em concordância com a arquitetura que é descrita acima, a unidade computadorizada (8) inclui o software de sistema, enquanto o painel de controle (6') inclui o firmware. O painel de controle (6') e a unidade computadorizada (8) se comunicam um com a outra por intermédio do padrão RS485. Evidentemente, como é ilustrada acima, a arquitetura descrita não limita o escopo da presente invenção e outros tipos de arquitetura podem ser utilizados dependendo dos requerimentos e/ou circunstâncias particulares.

[0085] A unidade de memória (MEM) contém matrizes de dados compreendendo toda a informação relacionada para o aparelho portátil e as ferramentas que podem ser associadas com o mesmo, em que todos os parâmetros de operação e as condições de operação esperadas são associado/as com cada modo de operação que pode ser selecionado. Como irá ser descrito em detalhes abaixo, o sistema (1) em concordância com a presente invenção possibilita que o operador venha a selecionar o modo de operação desejado e automaticamente ajustar (configurar) os parâmetros armazenados para aquele modo, por intermédio do que uma determinada ferramenta a ser conectada para o aparelho portátil corresponde para referido modo.

[0086] Vantajosamente, em concordância com a presente invenção, a unidade de controle (6) é configurada para enviar um sinal (Sg1) para o aparelho portátil (5) e para receber a partir dele uma resposta (Sg2) para referido sinal (Sg1) que foi enviado.

[0087] Em particular, quando executando as instruções do software contido na unidade de memória MEM, o painel de controle (6') envia para o transdutor piezoelétrico do aparelho portátil (5) o sinal (Sg1), que pode ser definido como sendo um sinal de estímulo de baixa energia, e mensura a resposta (Sg2) com o objetivo de verificação de uma condição de operação (ou estado de operação) do dispositivo ultrassônico com base sobre referida resposta (Sg2) recebida a partir do aparelho portátil (5).

[0088] O sinal (Sg1) que é enviado para o aparelho portátil (5) é em particular um sinal com uma freqüência variável dentro de uma determinada faixa de freqüência, a partir de uma freqüência mínima ƒmin para uma freqüência máxima ƒmax, conforme é indicado na Figura 2. Claramente a faixa de freqüência selecionada pode variar dependendo da aplicação.

[0089] Ainda mais particularmente, a faixa de freqüência [ƒmin, ƒmax], que representa conseqüentemente a faixa de escaneamento do aparelho portátil (5) e de qualquer ferramenta (5) associada com ele, é escolhida de maneira tal que a ressonância esperada e freqüências de antirressonância da ferramenta (T) caem dentro desta faixa de escaneamento (que pode ser, por exemplo, entre 25 kHz e 35 kHz). As freqüências de ressonância e de antirressonância são determinadas de antemão por intermédio de simulações numéricas da resposta da ferramenta (T) para o sinal de freqüência variável (Sg1). O sinal (Sg1) é conseqüentemente um sinal de banda larga e de estímulo de baixa energia (com freqüência variável dentro do espectro referenciado), e conseqüentemente é não destrutivo até mesmo no caso de uma falha do aparelho portátil ou do cabo. Além do mais, o sinal (Sg1) é preferivelmente um sinal de voltagem sinusoidal, a amplitude do qual é confinada dentro de uma faixa definida entre uma amplitude mínima Vmin e uma amplitude máxima Vmax, como é mostrado na Figura 2. É também apontado que, embora o sistema de aparelho portátil/ferramenta venha a possuir uma multiplicidade de freqüências de ressonância, a faixa de escaneamento é de maneira tal que somente uma freqüência de ressonância longitudinal (e antirressonância) é identificada.

[0090] Ainda mais particularmente, o sistema (1)

da presente invenção é de maneira tal que, por intermédio da unidade de controle (6) e do sinal anteriormente mencionado (Sg1), tem capacidade para verificar uma pluralidade de condições de operação do sistema ultrassônico, incluindo pelo menos um dos seguintes: o estado do transdutor piezoelétrico do aparelho portátil (5), o tipo de ferramenta (T) associada com o aparelho portátil (5), e/ou o estado de referida ferramenta (T). No contexto da presente invenção, o modo de operação particular é, por exemplo, o tipo de operação a ser desempenhada, enquanto “condição de operação” é entendida como significando, por exemplo, o estado do aparelho portátil ou do tipo de ferramenta associada com ele, referida condição de operação sendo verificada por intermédio do sinal (Sg1) e da resposta (Sg2) e comparada com os valores esperados pra o modo de operação particular selecionado. Isto é particularmente interessante na medida em que, em concordância com a presente invenção, um único aparelho portátil (5) é utilizado para todos os tipos de operações e conseqüentemente uma resposta otimizada é obtida para o operador.

[0091] O sinal (Sg1) enviado para o aparelho portátil (5) é o mesmo tanto para avaliação do estado do transdutor piezoelétrico [a saber, para avaliação da resposta do aparelho portátil (5) sem a ferramenta (T) conectada] e quanto para avaliação do aparelho portátil (5) com a ferramenta (T) conectada para o mesmo, também verificando a qualidade da conexão.

[0092] Durante o escaneamento de freqüência, o sistema de tração (1) é configurado para mensurar continuamente a corrente elétrica absorvida e o potencial elétrico com base sobre a resposta (Sg2). Em uma concretização da presente invenção, conhecendo as variações temporais da voltagem (V) e da corrente (I), V(t) e I(t), respectivamente, o sistema de tração (1) é configurado para calcular, por intermédio da unidade central (6), a impedância (de uma maneira conhecida no estado da técnica) como uma função do tempo do sistema, Z(t). Desta maneira, conhecendo a variação de freqüência do sinal como uma função do tempo, f(t), é possível criar um gráfico [f(t), z(t)] que representa a assim chamada curva de impedância do sistema. Em outras palavras, por intermédio do sinal de resposta (Sg2), é possível calcular a curva de impedância do sistema, a saber, a impedância como uma função da freqüência de escaneamento, como é mostrado na Figura 2, por conseqüência, proporcionado a resposta de freqüência do sistema.

[0093] Por exemplo, quando um sistema compreendendo o aparelho portátil (5) e ferramenta (T) é escaneado, como é mostrado na Figura 2, devido para o fato das ressonâncias longitudinais e antirressonâncias (a saber, as deformações longitudinais que se propagem no sistema mecânico), a curva de impedância mostra duas picos característicos: o primeiro pico identifica a freqüência de ressonância ƒr (valor mínimo da mesma) enquanto o segundo pico identifica a freqüência de antirressonância ƒAR (valor máximo da mesma). Em adição para os valores anteriormente mencionados, é possível obter informação de caracterização também a partir do comportamento especifico da primeira e segunda derivadas Z'(ƒ) e Z”(ƒ). Cada sistema de aparelho portátil-ferramenta possui sua própria curva de impedância característica, de maneira tal que diferentes ferramentas, devido para o fato de seu fator de forma (geralmente elas são estreitas e alongadas), modifica substancialmente a curva de impedância e conseqüentemente são caracterizadas por sua própria curva específica, de maneira tal que o tipo ou categoria de ferramentas conectadas para o aparelho portátil (5) podem ser identificado/as automaticamente por intermédio de uma análise da referida curva de impedância, como irá ser ilustrado abaixo.

[0094] A análise da curva de impedância também possibilita que o estado do sistema piezoelétrico venha a ser determinado e em particular quaisquer quebras nos componentes mecânicos do sistema de aparelho portátil- ferramenta venham a ser detectadas.

[0095] O aparelho portátil (5) sozinho, ao invés disso, não possui uma tal curva de impedância característica.

[0096] No caso onde a condição de operação verificada pela unidade de controle (6) é o estado do transdutor piezoelétrico do aparelho portátil (5) [e conseqüentemente quando a ferramenta (T) não é associada com o aparelho portátil], o sinal (Sg1) é definido como acima e a resposta (Sg2) do aparelho portátil (5) para este sinal (Sg1) que é enviado corresponde para a curva de resposta de freqüência do transdutor piezoelétrico, a saber, corresponde para a resposta de característica (novamente na forma de uma curva de impedância) do aparelho portátil sozinho avaliado sem a ferramenta (T), proporcionando uma indicação do estado deste transdutor. A curva de resposta de freqüência do transdutor piezoelétrico, mensurada quando nenhumas ferramentas (T) são associadas com o aparelho portátil (5), conseqüentemente representa o modelo básico do sistema de geração de ultrassom que compreende o transdutor piezoelétrico e a integridade de sistema de amplificação mecânica e de transmissão. Ele possui seu pico na freqüência de emissão de um transdutor piezoelétrico que está funcionando corretamente (por exemplo, de cerca de 28,350 kHz).

[0097] No contexto da presente invenção, o termo “resposta de freqüência” conseqüentemente sempre indica a variação em impedância do sistema que é estressado por uma voltagem de freqüência variável. Evidentemente, outros parâmetros físicos equivalentes para a impedância podem ser calculados seguindo o estímulo, se requerido pelas circunstâncias.

[0098] A unidade de memória (MEM) compreende dados relacionados para a curva de resposta de freqüência otimizada do transdutor piezoelétrico, de maneira tal que é possível verificar o estado deste transdutor por realização de uma comparação entre a curva real mensurada e a curva esperada armazenada, como irá ser descrito adicionalmente abaixo em maiores detalhes.

[0099] Como é ilustrado acima, no caso onde uma ferramenta (T) é associada com o aparelho portátil (5) [e conseqüentemente no caso onde a unidade de controle (6) verifica o tipo de ferramenta (T) associada com o aparelho portátil (5) ou o estado desta ferramenta], a resposta do aparelho portátil (5) para o sinal enviado (Sg1) varia dependendo do tipo de ferramenta (T) conectada, na medida em que a diferente forma das ferramentas conduz para diferentes respostas, em particular diferentes ressonâncias.

[0100] Em particular, a unidade de controle (6), em resposta para o envio do sinal de verificação (Sg1) [que é o mesmo como aquele para o aparelho portátil (5) sozinho], é configurada para mensurar a curva de impedância característica da ferramenta (T) sobre variação da freqüência dentro da faixa de freqüência como previamente definido, referida curva de impedância sendo única para cada ferramenta (T) ou em geral para cada categoria de ferramentas (T).

[0101] O sistema de tração (1) é conseqüentemente configurado para reconhecer a ferramenta (T) por desempenho de uma comparação com os dados armazenados, comparando em particular as freqüências de ressonância.

[0102] Neste caso, a unidade de memória (MEM) compreende dados relacionados para a curva de impedância como uma função da freqüência para todas as ferramentas (T) que podem ser associadas com o aparelho portátil (5), e a unidade de controle (6) é configurada para comparar a curva de resposta mensurada com a curva de resposta esperada armazenada para uma determinada ferramenta associada com o modo de operação selecionado pelo operador.

[0103] Em geral, a comparação realizada pela unidade de controle (6) possibilita que os ajustamentos (configurações) do sistema ultrassônico venham a ser verificados para suas correções, e um sinal de erro é gerado no caso em que os valores mensurados não venham a coincidir (corresponder) com os valores esperados, em conseqüência disso aumentando a eficiência, a confiabilidade e a segurança do sistema.

[0104] Ainda mais particularmente, a avaliação do sinal de resposta (Sg2) do sistema é realizada sobre a integridade de faixa de escaneamento, definindo um vetor de dados (e conseqüentemente um vetor multidimensional possuindo módulo e fase para cada freqüência da banda) possuindo um passo de freqüência variável entre 0,1 Hz e 20 Hz. A avaliação anteriormente mencionada é com base sobre o cálculo das distâncias entre o vetor esperado e o vetor definido em concordância com a resposta (Sg2) (e conseqüentemente não somente sobre os valores monodimensionais das freqüências de ressonância).

[0105] Em outras palavras, preferivelmente, a verificação da ferramenta associada com o aparelho portátil é desempenhada não somente por comparação do valor de freqüência de ressonância com um valor esperado para aquela ferramenta, mas também por comparação (por intermédio de classificação e agrupamento) da integridade de curva de impedância da ferramenta (T) com um conjunto (ou “grupo”) de curvas de referência armazenadas de ferramentas similares. A unidade de controle (6) é conseqüentemente configurada para implementar uma comparação multidimensional que leva em consideração diferentes características matemáticas das curvas de impedância (forma, valores máximos, valores mínimos, primeira derivada, segunda derivada, etc.). Claramente, a comparação anteriormente mencionada também envolve, pelo menos indiretamente, uma comparação entre as freqüências de ressonância e de antirressonância. Conseqüentemente, os algoritmos implementados pela unidade de controle possibilitam comparar a integridade de curva de impedância em sua caracterização matemática (valores das freqüências de ressonância e de antirressonância, primeira, segunda e terceira derivadas, etc.), em particular por intermédio de aprendizagem de máquina ou técnicas de inteligência artificial, com modelos de referência (conjuntos de curvas de impedância previamente classificadas) que caracterizam o comportamento esperado que é especifico para cada combinação de aparelho portátil-ferramenta.

[0106] Um erro é gerado pela unidade de controle (6) se os valores mensurados não combinam (se emparelham) com os valores esperados que foram armazenados.

[0107] O sistema de tração (1) é configurado para proporcionar o sinal de resposta (Sg2) por intermédio da resposta a partir dos vetores de voltagem e corrente que energizam o aparelho portátil (5), adequadamente condicionado e galvanicamente isolado a partir da saída do sistema de tração (1), que por intermédio de duas barreiras galvânicas, tanto para a resposta de voltagem e quanto para a resposta de corrente, eletricamente separam os sinais enviados para o conversor analógico-digital a partir dos sinais enviados para o transdutor piezoelétrico. A barreira de isolamento utiliza a transmissão do campo magnético para separar os circuitos primários de alta voltagem a partir dos circuitos de mensuração secundários e é de maneira tal que não altera o relacionamento de fase entre os respectivos vetores de voltagem e corrente gerados. A resposta de voltagem e corrente dos circuitos secundários da barreira é condicionada por amplificadores de banda larga, linear, diferenciais, antes de ser aplicada para os circuitos analógicos para extração do valor efetivo e do fator de energia dos parâmetros originais e então aplicada para circuitos de amostragem analógicos do conversor analógico-digital.

[0108] Como mencionado acima, em concordância com a presente invenção, o sistema (1) possibilita que o operador venha a selecionar o modo de operação desejado a partir de uma pluralidade de modos de operação armazenados na unidade de memória (MEM), cada modo de operação correspondendo para uma ferramenta específica (T) a ser associada com o aparelho portátil (5).

[0109] Em conexão com isto, o sistema (1) em concordância com a presente invenção compreende uma interface de usuário (9) configurada para possibilitar entrada e visualização de parâmetros de operação ou a seleção do modo de operação desejado a partir de entre uma pluralidade de modos de operação cujos parâmetros de operação foram armazenados de antemão na unidade de memória (MEM), referida interface de usuário (9), por conseqüência, possibilitando interação direta com o sistema. Com base sobre os ajustamentos inseridos pelo operador por intermédio da interface de usuário (9), a unidade de controle (6) ajusta as entradas/saídas as mais apropriadas para o painel de energia (7).

[0110] Preferivelmente, a interface de usuário (9) é uma interface de tela de toque, ainda que outras soluções evidentemente caem dentro do escopo da presente invenção.

[0111] A operação da interface de usuário (9) é controlada pela unidade computadorizada (8) e a Figura 3 mostra um exemplo de uma tal interface em concordância com uma concretização da presente invenção.

[0112] Em particular, a interface de usuário (9) é de maneira tal a exibir para o operador inicialmente uma pluralidade de modos de operação a serem selecionados e, uma vez que o modo desejado tiver sido selecionado, os correspondentes parâmetros de operação são automaticamente ajustados. Neste ponto, o operador tem a opção de ativação (por exemplo, por pressionamento de um determinado botão de apertar) da função de verificação do estado do aparelho portátil (5) e/ou da ferramenta (T) associada com ele (a saber, a verificação de condição de operação), em que a unidade de controle (6) é configurada para gerar o sinal de controle (Sg1) e comparar a resposta (Sg2) recebida com informação armazenada na unidade de memória (MEM), como é indicado acima. Em concordância com uma concretização da presente invenção, a verificação do estado do sistema pode também ser desempenhada automaticamente a cada vez que o sistema é ativado. Desta maneira, a verificação pode ser desempenhada tanto manualmente ou quanto automaticamente ou quanto seguindo uma requisição de confirmação da interface de usuário (9), por exemplo, depois que uma ferramenta (T) tenha sido associada com o aparelho portátil (5).

[0113] Como é mostrado na Figura 3, no caso onde a resposta mensurada difere a partir da resposta esperada, um sinal de erro é gerado pela unidade central (6) e é convertido para uma mensagem de erro que é exibida por intermédio da interface de usuário (9).

[0114] Com referência novamente para a Figura 1, recursos de sinalização acústicos (12) (tal como um alto- falante) são também proporcionados, referidos recursos (12) tendo capacidade para sinalizar para o operador quaisquer situações de erro ou de perigo.

[0115] Adicionalmente, é apontado que, quando uma ferramenta (T) é associada com o aparelho portátil (5), a resposta (Sg2) do aparelho portátil (5) para o sinal de entrada (Sg1) é determinada pela combinação do efeito devido para o fato do transdutor piezoelétrico e o efeito devido para o fato da presença da ferramenta (T), e conseqüentemente qualquer deterioração do transdutor piezoelétrico provoca um desvio da resposta característica das ferramentas a partir daquela que é esperada.

[0116] Vantajosamente, a unidade de controle (6) é também configurada para discriminar entre a resposta devida para o fato do transdutor piezoelétrico e a resposta devida para o fato do tipo de ferramenta (T) utilizada.

[0117] A unidade de controle (6) tem de fato capacidade para implementar um procedimento de aprendizagem automático que faz uso de aprendizagem de máquina e/ou técnicas de inteligência artificial. Em particular, o procedimento de aprendizagem é com base sobre classificação e agrupamento. Desta maneira, por intermédio do procedimento de aprendizagem de máquina, a unidade de controle (6) tem capacidade para processar a resposta (Sg2) a partir do aparelho portátil (5) de maneira tal a determinar a extensão para a qual a resposta é devida para o fato da deterioração do transdutor piezoelétrico. Isto é particularmente vantajoso na medida em que uma variação da resposta do transdutor piezoelétrico (por exemplo, devido para o fato de envelhecimento) poderia resultar em identificação incorreta da ferramenta (T) associada com o aparelho portátil (5).

[0118] Desta maneira, convenientemente, é possível estabelecer de uma maneira eficiente e confiável se as ferramentas (T) montadas sobre o aparelho portátil (5) efetivamente correspondem para o modo de operação selecionado.

[0119] A unidade de controle (6) tem também capacidade para verificar, por intermédio de uma análise da resposta de freqüência do aparelho portátil (5), o estado das ferramentas (T), por exemplo, a presença de quaisquer fissuras que provocam uma variação na resposta.

[0120] Adicionalmente, é conhecido que, durante operação do sistema ultrassônico, a temperatura da ferramenta (T) associada com o aparelho portátil (5), e bem como a temperatura da área tratada, pode alcançar altos níveis que são potencialmente perigosos para o instrumento e para o paciente. Por esta razão, o aparelho portátil (5) em concordância com a presente invenção compreende um duto para circulação de um meio de resfriamento que é suprido na ferramenta e conseqüentemente na zona tratada do paciente.

[0121] O fluxo do meio de resfriamento (que normalmente consiste de uma solução fisiológica) é assegurado por intermédio de uma bomba volumétrica peristáltica (10) que é incorporada no alojamento (2) do sistema de tração (1) e tem capacidade para controlar e medir a taxa de fluxo do meio de resfriamento.

[0122] A bomba (1) é operada por um acionador

(11), tal como um pedal, este acionador (11) sendo conectado para a unidade central (6), em particular para o painel de controle (6') e enviando um sinal de ativação para referido painel de controle (6'). O painel de controle (6'), em resposta para o sinal de ativação recebido a partir do acionador (11), envia por sua vez um sinal de ativação para a bomba (10) que tem, por conseqüência, capacidade para transportar o fluido de resfriamento para o aparelho portátil (5) por intermédio de um duto (14) conectado para o duto do aparelho portátil (5). A operação da bomba (10) é conseqüentemente controlada pelo painel de controle (6'), com o qual ela tem capacidade para se comunicar.

[0123] Por intermédio de uma série de tubulações passando através da bomba (10), é possível conectar um container de meio de resfriamento [que pode ser situado no exterior do alojamento (2) do sistema (1)] para o duto (14) do sistema (1) e o aparelho portátil (5), o último tendo capacidade para transportar a quantidade correta de meio de resfriamento para a zona de tratamento.

[0124] Novamente com o objetivo de redução dos problemas associados com o aumento em temperatura da área tratada, a unidade de controle (6) é configurada para temporizar a operação do aparelho portátil (5). Mais especificamente, em intervalos pré-definidos (por exemplo, a cada 30 segundos) a ativação do transdutor piezoelétrico é interrompida por um determinado período de tempo (geralmente uns poucos segundos), com a interrupção do suprimento de energia em direção do sistema de ultrassom. Este modo de operação assegura controle indireto da temperatura e também determina o tempo para o operador limpar e verificar a área de trabalho. Adicionalmente, uma tal característica funcional tem capacidade para superar os problemas associados com perfuração do osso cortical.

[0125] De qualquer forma, como é ilustrado acima, o aparelho portátil (5) é proporcionado internamente com um sensor de temperatura e a unidade de controle (6) tem capacidade para receber dados relacionados para a temperatura alcançada no interior do aparelho portátil (5). No caso de risco de dano para o dispositivo, a unidade de controle (6) tem capacidade para interromper por um determinado período de tempo (por exemplo, uns poucos segundos) o suprimento de energia e conseqüentemente a geração do sinal de alta energia emitido pelo painel de energia (7).

[0126] Adicionalmente, a unidade de controle (6), que está em comunicação com o aparelho portátil (5), tem capacidade para sinalizar qualquer pressão excessiva e/ou flexão da ferramenta exercida pelo cirurgião durante as operações. Esta resposta assegura utilização otimizada do instrumento, ao mesmo tempo salvaguardando o transdutor piezoelétrico e as ferramentas (T), por conseqüência, aumentando a segurança para o operador e para o paciente.

[0127] Adicionalmente, o sistema (1) em concordância com a presente invenção tem capacidade para alertar o operador [por exemplo, por intermédio de uma mensagem exibida sobre a interface de usuário (9) ou um sinal acústico emitido pelos recursos de sinalização acústica (12)] quando a ferramenta (T) entra em contato com materiais possuindo diferente densidade, tal como aço,

titânio, etc.. Para este propósito, a unidade de controle (6) é configurada para implementar controle de resposta, por exemplo, com base sobre a mensuração da freqüência das ressonâncias ultrassônicas, que podem variar dependendo do material com o qual a ferramenta (T) faz contato.

[0128] Como mencionado acima, convenientemente em concordância com a presente invenção, o sistema de tração (1) é de maneira tal que um mesmo aparelho portátil (5) pode ser utilizado tanto para remoção de cimento ósseo e quanto para operações de osteotomia; neste caso é somente requerido selecionar e associar com o aparelho portátil (5) a ferramenta (T) adequada para a operação a ser desempenhada. O sistema (1) em concordância com a presente invenção tem conseqüentemente capacidade para tracionar um mesmo transdutor piezoelétrico para diferentes tipos de operação, proporcionando diferentes energias e gerenciando diferentes freqüências de maneira tal a serem compatíveis com ambas as aplicações. O ajustamento da energia do transdutor piezoelétrico é gerenciado pela unidade de controle (6), assegurando extrema flexibilidade do sistema.

[0129] A possibilidade de verificação da correção da ferramenta (T) associada com o aparelho portátil (5) por intermédio de escaneamento de freqüência, como foi descrito acima, é por conseqüência, particularmente vantajosa, na medida em que tanto ferramentas para remoção de cimento ósseo e quanto ferramentas para desempenho de operações de osteotomia podem ser associadas com o mesmo aparelho portátil.

[0130] Com referência agora para a Figura 4, a presente invenção também se refere para um método para tração de um dispositivo ultrassônico para remoção de cimento ósseo e/ou operações de osteotomia, referido método compreendendo a etapa preliminar de estabelecimento de uma conexão entre uma unidade de controle (6) e um aparelho portátil (5) do dispositivo ultrassônico por intermédio de recursos de conexão especialmente projetados (13).

[0131] O método então compreende uma etapa de envio de um sinal (Sg1) para o aparelho portátil (5) e uma subseqüente etapa de recepção a partir do aparelho portátil (5) de uma resposta (Sg2) para referido sinal enviado (Sg1).

[0132] Finalmente, vantajosamente, com base sobre a resposta recebida a partir do aparelho portátil (5), uma etapa de verificação de uma condição de operação do dispositivo ultrassônico é desempenhada.

[0133] Em particular, em concordância com o método em concordância com a presente invenção, a etapa de verificação compreende uma etapa de envio para o aparelho portátil (5) de um sinal de teste de freqüência variável conforme foi definida acima, referida etapa sendo seguida por uma etapa de comparação da curva de resposta de freqüência do transdutor piezoelétrico com informação previamente armazenada. Desta maneira, quando nenhuma ferramenta é associada com o aparelho portátil (5), é possível verificar o estado do transdutor piezoelétrico e conseqüentemente a condição de referido aparelho portátil (5).

[0134] Convenientemente, o método também compreende uma etapa de seleção, por intermédio de uma interface de usuário adequada (9), de um modo de operação a partir de entre uma pluralidade de modos de operação armazenados. Por exemplo, é possível escolher entre um modo de remoção de cimento ósseo e um modo de operação de osteotomia. Uma vez que o modo desejado tiver sido selecionado, todos os parâmetros de operação são automaticamente ajustados, e o operador tem capacidade para realizar a operação. Claramente, irá ser necessário associar com o aparelho portátil (5) a ferramenta apropriada (T) para o modo selecionado, referido aparelho portátil (5) compreendendo uma conexão rosqueada única para cada tipo de ferramenta e conseqüentemente tendo capacidade para ser utilizada tanto para operações de remoção de cimento e quanto para operações de osteotomia.

[0135] Ainda mais convencionalmente, o método compreende uma etapa para verificação de que uma ferramenta (T), ou uma categoria de ferramentas, associada com o aparelho portátil (5) corresponde para o modo de operação selecionado.

[0136] Mais especificamente, a verificação compreende primeiramente uma etapa de envio para o aparelho portátil (5) do sinal (Sg1) definido acima e então mensuração da curva de impedância característica da ferramenta (T) sobre variação da freqüência em resposta para o envio de sinal.

[0137] Adicionalmente, o método compreende uma etapa de geração e visualização de um sinal de erro se a resposta a partir do aparelho portátil (5) difere a partir da resposta esperada.

[0138] Em particular, uma etapa de geração e visualização de um sinal de erro é prevista se as respostas mensuradas são diferentes a partir das respostas esperadas previamente armazenadas. Em particular uma comparação pelo menos das freqüências de ressonância mensuradas e das freqüências esperadas é realizada (geralmente uma comparação de vetores de dados é realizada, como foi descrito acima) e o sinal de erro é gerado se as freqüências mensuradas estão fora de uma faixa pré-definida em torno das freqüências esperadas.

[0139] Adicionalmente, a etapa anteriormente mencionada de visualização do sinal de erro também compreende a indicação de uma solução para referido erro, de maneira tal a auxiliar o operador da maneira a mais eficiente possível. Mensagens de ajuda para o operador são de fato proporcionadas tanto durante ajuste (configuração) e quanto durante resolução de erro, significativamente aperfeiçoando a interação entre sistema e operador.

[0140] Se ao invés disso, erros não são gerados, a operação do aparelho portátil (5) é habilitada, referido aparelho portátil (5) estando conseqüentemente pronto para gerar os ultrassons, por exemplo, seguindo o pressionamento de um determinado botão de controle pelo operador.

[0141] Uma etapa de controle de temperatura é também proporcionada: em particular é possível verificar se a temperatura no interior do aparelho portátil (5) está acima de um determinado valor de limiar.

[0142] Adicionalmente, uma etapa de verificação de se uma ferramenta (T) associada com o aparelho portátil (5) entra em contato com vários materiais é também proporcionada, isto sendo com base em particular sobre a mensuração da variação nas freqüências de ressonância ultrassônicas.

[0143] Em conclusão, a presente invenção proporciona para equipar um dispositivo ultrassônico com um sistema de tração/controle para enviar para um aparelho portátil do dispositivo um sinal de entrada e para mensurar a resposta característica do aparelho portátil e/ou da ferramenta associada com o aparelho portátil para este sinal de entrada, esta resposta sendo comparada com respostas esperadas previamente armazenadas na memória do sistema de tração. Desta maneira, a presente invenção possibilita intercâmbio de dados entre o aparelho portátil e o sistema de tração, proporcionando o operador com informação útil tal como resposta acerca do estado do aparelho portátil e do tipo de ferramentas associadas com o mesmo e/ou seus estados.

[0144] Vantajosamente em concordância com a presente invenção, o sistema proposto é configurado para intercambiar bidirecionalmente de dados com o aparelho portátil e, seguindo verificações adequadas, proporciona o operador com uma pluralidade de respostas, aumentando a eficiência e ao mesmo tempo a segurança do dispositivo ultrassônico.

[0145] De fato, uma vez que a operação a ser desempenhada tenha sido realizada, o operador é primeiramente guiado quando escolhendo a ferramenta adequada para a operação selecionada, e o sistema, por execução das instruções de um programa de computador adequado, possibilita avaliar se a ferramenta escolhida corresponde para o modo selecionado, e ao mesmo tempo avaliar o estado do transdutor piezoelétrico, por conseqüência, realizando um diagnóstico completo do sistema ultrassônico. Este diagnóstico é realizado em tempo real e muito rapidamente, por execução de um escaneamento de freqüência do aparelho portátil por intermédio da unidade de controle do sistema em concordância com a presente invenção.

[0146] O sistema proposto conseqüentemente efetivamente soluciona o problema técnico da presente invenção, aperfeiçoando significativamente a interação entre sistema ultrassônico e operador, proporcionando resposta imediata acerca das condições de operação de referido sistema ultrassônico.

[0147] Existe também a possibilidade de utilização de um aparelho portátil único para cada tipo de operação, o sistema em concordância com a presente invenção possibilitando uma resposta relacionada para o tipo de ferramenta utilizada, e conseqüentemente tendo capacidade para indicar se a ferramenta associada com o aparelho portátil é a correta.

[0148] Finalmente, é também prevista a possibilidade de mensuração do estado das ferramentas, novamente com o objetivo de aperfeiçoamento do desempenho e da segurança do dispositivo ultrassônico.

[0149] Evidentemente, uma pessoa especializada no estado da técnica, de maneira tal a encontrar necessidades e especificações particulares, pode realizar diversas mudanças e modificações para a sonda de contato e para a testagem principal descritas acima, todas incluídas no escopo de proteção da presente invenção conforme é definido pelas reivindicações de patente a seguir.

Claims (22)

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema (1) para tração de um dispositivo ultrassônico para remoção de cimento ósseo e/ou operações de osteotomia, compreendendo: - uma unidade de controle (6); - uma unidade de memória (MEM); e: - um recurso de conexão (13) para conexão juntamente de referida unidade de controle (6) e um aparelho portátil (5) do dispositivo ultrassônico; - referida unidade de controle (6) sendo configurada para: - enviar um sinal (Sg1) para o aparelho portátil (5); - receber a partir do aparelho portátil uma resposta (Sg2) para referido sinal (Sg1) enviado; e: - verificar uma condição de operação do dispositivo ultrassônico com base sobre referida resposta (Sg2); em que referido sinal enviado (Sg1) é um sinal com uma frequência variável dentro de uma faixa de frequência; e: em que, com base sobre referida resposta (Sg2), a unidade de controle (6) é configurada para calcular pelo menos um parâmetro indicativo da resposta de frequência do dispositivo ultrassônico, referido parâmetro sendo a variação em impedância como uma função da frequência, proporcionando uma curva de impedância representando a resposta de frequência do dispositivo ultrassônico.

2. Sistema (1) de acordo com a reivindicação 1, em que a condição de operação do dispositivo ultrassônico verificada pela unidade de controle (6) compreende pelo menos um do estado de um transdutor piezoelétrico do aparelho portátil (5), do tipo de ferramenta (T) associada com o aparelho portátil (5), e/ou do estado de referida ferramenta (T).

3. Sistema (1) de acordo com as reivindicações 1 ou 2, em que: - referida unidade de controle (6) é configurada para mensurar a impedância da ferramenta (T) associada com o aparelho portátil (5) ou, no caso em que a ferramenta (T) não é associada com o aparelho portátil (5), a impedância do transdutor piezoelétrico do aparelho portátil (5) sobre variação da frequência; e em que: - referida unidade de memória (MEM) compreende dados relacionados para a resposta de frequência esperada para a ferramenta (T) associada com o aparelho portátil (5) e/ou dados relacionados para a resposta de frequência esperada para o transdutor piezoelétrico do aparelho portátil (5); - referida unidade de controle (6) sendo adicionalmente configurada para comparar referida curva de impedância mensurada com valores esperados armazenados em referida unidade de memória (MEM).

4. Sistema (1) de acordo com a reivindicação 3, em que referida unidade de controle (6) é configurada para comparar diferentes características matemáticas da curva de impedância mensurada, incluindo valores máximos, valores mínimos, primeira derivada e segunda derivada, com aquelas de curvas de impedância conhecidas que foram previamente armazenadas.

5. Sistema (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que referida unidade de controle (6) é configurada para: - selecionar a partir da unidade de memória (MEM) um modo de operação a partir de entre uma pluralidade de modos de operação armazenados; e: - gerar um erro no caso da resposta (Sg2) recebida a partir do aparelho portátil (5) não corresponder para dados armazenados associados com o modo de operação selecionado.

6. Sistema (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que referida unidade de controle (6) é adaptada para implementar um procedimento de aprendizagem automático que adota aprendizagem de máquina e/ou técnicas de inteligência artificial.

7. Sistema (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, compreende uma interface de usuário (9) configurada para possibilitar pelo menos um da entrada de parâmetros de operação, do mostrador (display) de parâmetros de operação, da seleção de um modo de operação a partir de uma pluralidade de modos de operação cujos parâmetros de operação foram previamente armazenados na unidade de memória (MEM).

8. Sistema (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que referida unidade de controle (6) é configurada para se comunicar com uma e para receber dados a partir de uma unidade eletrônica incorporada no aparelho portátil (5).

9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, em que referidos dados compreendem pelo menos o número de série de referido aparelho portátil (5).

10. Sistema (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que referida unidade de controle (6) compreende um painel de controle (6') e uma unidade computadorizada (8) que inclui referida unidade de memória (MEM), em comunicação de dados uma com a outra.

11. Sistema (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, compreendendo uma bomba (10) operada por um acionador (11) e em comunicação com a unidade de controle (6) para transporte de fluido de resfriamento para o aparelho portátil (5).

12. Sistema (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, compreendendo pelo menos um painel de energia (7) conectado para a unidade de controle (6) e adaptado para enviar para o aparelho portátil (5) um sinal de alta energia adequado para geração dos ultrassons.

13. Sistema de acordo com a reivindicação 12, em que referido recurso de conexão (13) inclui porções de circuito operacionalmente conectadas para referido painel de energia (7) e referida unidade de controle (6) para transferência de dados e energia para o aparelho portátil (5).

14. Sistema (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a unidade de controle (6) é configurada para ajustar referida faixa de frequência com base sobre um modo de operação.

15. Dispositivo ultrassônico compreendendo: - um sistema (1) para tração de um dispositivo ultrassônico conforme definido em qualquer uma das reivindicações precedentes;

- um aparelho portátil (5) conectado para referido sistema de tração (1) e em comunicação operacional com o mesmo; e: - uma ferramenta (T) conectada para referido aparelho portátil (5).

16. Dispositivo ultrassônico de acordo com a reivindicação 15, em que referido sistema de tração (1) e referido aparelho portátil (5) são configurados para transmitir ultrassons para ferramentas (T) tanto para operações de remoção de cimento ósseo e quanto para operações de osteotomia, e em que a unidade de controle (6) é configurada para: - selecionar a partir da unidade de memória (MEM) um modo de operação a partir de uma pluralidade de modos de operação armazenados; e: - gerar um erro no caso onde a resposta (Sg2) recebida a partir do aparelho portátil (5) não corresponde para a resposta esperada para a ferramenta (T) associada com o mesmo.

17. Método para tração de um dispositivo ultrassônico para remoção de cimento ósseo e/ou operações de osteotomia, compreendendo as etapas de: - estabelecimento de pelo menos uma conexão de dados entre uma unidade de controle (6) e um aparelho portátil (5) do dispositivo ultrassônico; - envio de um sinal (Sg1) para o aparelho portátil (5); - recepção a partir do aparelho portátil de uma resposta (Sg2) para referido sinal (Sg1) enviado; e: - verificação de uma condição de operação do dispositivo ultrassônico com base sobre referida resposta (Sg2); em que referida etapa de envio compreende envio para o aparelho portátil (5) do sinal (Sg1) na forma de um sinal possuindo uma frequência variável dentro de uma faixa de frequência, e em que referida etapa de verificação compreende cálculo de pelo menos um parâmetro indicativo da resposta de frequência do dispositivo ultrassônico, referida etapa de verificação adicionalmente compreendendo uma etapa de comparação da resposta de frequência com dados armazenados, e em que referido parâmetro calculado é a variação na impedância como uma função da frequência de referido sinal (Sg1), proporcionando uma curva de impedância representando a resposta de frequência do dispositivo ultrassônico.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, compreendendo uma etapa de geração de um sinal de erro no caso onde referida resposta de frequência mensurada difere a partir de uma resposta armazenada esperada.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, em que referida etapa de geração do sinal de erro também compreende exibição de uma solução para referido erro.

20. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 até 19, compreendendo uma etapa de seleção de um modo de operação a partir de uma pluralidade de modos de operação armazenados, em que referida etapa de verificação compreende verificação de se uma ferramenta (T) associada com o aparelho portátil (5) corresponde para referido modo de operação selecionado, e em que referida etapa de verificação compreende a comparação de diferentes características matemáticas da curva de impedância mensurada com aquelas de curvas de impedância armazenadas.

21. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 até 20, compreendendo uma etapa de verificação, por intermédio da unidade de controle (6), de se a temperatura no interior de referido aparelho portátil (5) é mais alta do que um valor de limiar.

22. Produto de programa de computador para tração de um dispositivo ultrassônico para remoção de cimento ósseo e/ou operações de osteotomia, referido produto de programa de computador compreendendo porções de código adaptadas para controlar o dispositivo ultrassônico em concordância com o método conforme definido em qualquer uma das reivindicações 17 até 21.