DE112019005420T5

DE112019005420T5 - Medizinische Systeme, die eine Gleichtaktdrossel zur Verringerung von Spannungssprüngen implementieren

Info

Publication number: DE112019005420T5
Application number: DE112019005420.1T
Authority: DE
Inventors: Alan W. Petersen
Original assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Current assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-07-29
Also published as: US20210353352A1; WO2020092256A1

Abstract

Ein medizinisches System beinhaltet eine erste elektrische Schaltung, eine zweite elektrische Schaltung, die von der ersten elektrischen Schaltung elektrisch isoliert ist, eine optische Isolatorschaltung, die zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung gekoppelt ist, und eine Gleichtaktdrossel, die mehrere Drähte umfasst, die um einen Kern gewickelt sind, und dazu konfiguriert ist, einen Spannungssprung an einem Eingang der optischen Isolatorschaltung auf ein Ausmaß innerhalb einer Toleranz der optischen Isolatorschaltung zu verringern. Ein erstes Ende der Drähte ist leitend an einen Ausgang der ersten elektrischen Schaltung gekoppelt und ein zweites Ende der Drähte ist leitend an den Eingang der optischen Isolatorschaltung gekoppelt.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung nimmt eine Priorität gegenüber der provisorischen US-Patentanmeldung Nr. 62/752,464 , eingereicht am 30. Oktober 2018 und mit dem Titel „MEDICAL SYSTEMS THAT IMPLEMENT A COMMON-MODE CHOKE TO REDUCE VOLTAGE TRANSIENTS“ in Anspruch, deren Inhalt hierdurch durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
HI NTERGRUNDINFORMA TIONEN
Während eines elektrochirurgischen Eingriffs, wie während eines minimal invasiven chirurgischen Eingriffs, der ein computergestütztes chirurgisches System verwendet, können mehrere chirurgische Instrumente simultan in einem Patienten angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Chirurg ein elektrochirurgisches Instrument dazu verwenden, einen elektrischen Strom mit hoher Spannung und hoher Frequenz anzulegen, um Patientengewebe zu kauterisieren. Gleichzeitig kann der Chirurg ein kraftmessendes chirurgisches Instrument (z. B. eine kraftmessende Zange usw.) dazu verwenden, das Patientengewebe und/oder Organe in dem Patienten zu positionieren, zu bewegen, an Ort und Stelle zu halten oder anderweitig zu manipulieren. Das kraftmessende chirurgische Instrument kann einen oder mehrere Sensoren beinhalten, die dazu konfiguriert sind, Kräfte, die von dem kraftmessenden chirurgischen Instrument ausgeübt werden, zu messen. Daten, die die gemessenen Kräfte darstellen, können durch eine erste elektrische Schaltung, die in dem kraftmessenden chirurgischen Instrument enthalten ist, an eine zweite elektrische Schaltung, die in einer separaten Komponente enthalten ist, an die das kraftmessende chirurgische Instrument angeschlossen ist (z. B. ein Manipulatorarm, der in einem computergestützten chirurgischen System enthalten ist), übertragen werden. Die zweite elektrische Schaltung kann die Daten verarbeiten und/oder die Daten an eine externe Datenverarbeitungsvorrichtung weiterleiten, die die verarbeiteten und/oder weitergeleiteten Daten dazu verwenden kann, kraftbezogene Informationen an den Chirurgen bereitzustellen, während der Chirurg den elektrochirurgischen Eingriff durchführt.
In einigen Fällen kann das elektrochirurgische Instrument unabsichtlich mit dem kraftmessenden chirurgischen Instrument in Berührung kommen, während das elektrochirurgische Instrument dazu verwendet wird, den elektrischen Strom mit hoher Spannung und hoher Frequenz anzulegen. Wenn dies geschieht, kann der elektrische Strom auf das kraftmessende chirurgische Instrument überschlagen.
Um zu verhindern, dass der elektrische Strom mittels des kraftmessenden chirurgischen Instruments und der Komponente, an die das kraftmessende chirurgische Instrument angeschlossen ist, zur Masse wandert, was eine Beschädigung von verschiedenen Elektroniken und/oder eine Verletzung des Patienten verursachen könnte, kann eine elektrische Isolationsbarriere implementiert werden, die das kraftmessende chirurgische Instrument von der Komponente, an die das kraftmessende chirurgische Instrument angeschlossen ist, elektrisch isoliert. Auf diese Weise wird ein elektrisch leitender Weg zwischen der ersten elektrischen Schaltung, die in dem Instrument enthalten ist, und der zweiten elektrischen Schaltung, die in der Komponente enthalten ist, blockiert.
Um eine Übertragung von Daten (z. B. Kraftmessdaten) von der ersten elektrischen Schaltung über die Isolationsbarriere an die zweite elektrische Schaltung zu erleichtern, kann eine optische Isolatorschaltung an der zweiten elektrischen Schaltung vorgesehen werden. Die optische Isolatorschaltung ist dazu konfiguriert, Signale optisch zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung zu übertragen, wodurch die elektrische Isolierung zwischen den zwei Schaltungen aufrechterhalten wird.
Eine herkömmliche optische Isolatorschaltung kann jedoch Spannungssprünge (d. h. plötzliche Veränderungen der Spannung) an ihrem Eingang, die außerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs liegen, nicht bewältigen. Beispielsweise kann eine herkömmliche optische Isolatorschaltung dazu konfiguriert sein, nur dazu in der Lage zu sein, Spannungssprünge an ihrem Eingang zu bewältigen, die bis zu 100 Volt pro Nanosekunde (V/ns) betragen. Wenn ein Spannungssprung, der höher als dieser Betrag ist (z. B. 400 V/ns), auf den Eingang der optischen Isolatorschaltung angewendet wird, kann die optische Isolatorschaltung versagen und/oder der Datenweg, der von der optischen Isolatorschaltung implementiert wird, kann beeinträchtigt werden.
KURZDARSTELLUNG
Ein beispielhaftes medizinisches System beinhaltet erste elektrische Schaltung, eine zweite elektrische Schaltung, die von der ersten elektrischen Schaltung elektrisch isoliert ist, eine optische Isolatorschaltung, die zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung gekoppelt ist, wobei die optische Isolatorschaltung dazu konfiguriert ist, Signale optisch zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung zu übertragen, und eine Gleichtaktdrossel, die mehrere Drähte umfasst, die um einen Kern gewickelt sind, und dazu konfiguriert ist, einen Spannungssprung an einem Eingang der optischen Isolatorschaltung auf ein Ausmaß innerhalb einer Toleranz der optischen Isolatorschaltung zu verringern, wobei ein erstes Ende der Drähte leitend an einen Ausgang der ersten elektrischen Schaltung gekoppelt ist und ein zweites Ende der Drähte leitend an den Eingang der optischen Isolatorschaltung gekoppelt ist.
Ein beispielhaftes chirurgisches Instrument beinhaltet einen Schaft, der dazu konfiguriert ist, in einen chirurgischen Bereich im Inneren eines Patienten eingeführt zu werden, ein Werkzeug an einem distalen Ende des Schafts, einen Sensor an mindestens einem von dem Schaft und dem Werkzeug und dazu konfiguriert, ein Signal auszugeben, und ein Gehäuse am hinteren Ende, das an den Schaft gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, sich abnehmbar an eine Komponente, die von dem chirurgischen Instrument getrennt ist, anzuschließen. Das Gehäuse am hinteren Ende beinhaltet eine erste elektrische Schaltung und eine Gleichtaktdrossel. Die erste elektrische Schaltung ist dazu konfiguriert, das Signal von dem Sensor zu empfangen und Daten, die das Signal darstellen, an die zweite elektrische Schaltung, die in der Komponente enthalten ist, zu übertragen. Die Gleichtaktdrossel umfasst mehrere Drähte, die um einen Kern gewickelt sind. Wenn das Gehäuse am hinteren Ende abnehmbar an der Komponente angeschlossen ist, ist ein erstes Ende der Drähte leitend an einen Ausgang der ersten elektrischen Schaltung gekoppelt und ein zweites Ende der Drähte ist leitend an einen Eingang einer optischen Isolatorschaltung, die in der Komponente enthalten ist, gekoppelt. Die optische Isolatorschaltung ist dazu konfiguriert, Signale optisch zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung zu übertragen.
Ein beispielhaftes computergestütztes chirurgisches System beinhaltet ein chirurgisches Instrument, das eine erste elektrische Schaltung, mehrere leitende Durchführungsstifte und eine Gleichtaktdrossel, umfassend mehrere Drähte, die um einen Kern gewickelt sind, umfasst, wobei ein erstes Ende der Drähte leitend an einen Ausgang der ersten elektrischen Schaltung gekoppelt ist und ein zweites Ende der Drähte leitend an die Durchführungsstifte gekoppelt ist. Das computergestützte chirurgische System beinhaltet weiterhin einen Manipulatorarm, der dazu konfiguriert ist, gezielt an das chirurgische Instrument angeschlossen zu werden, und der mehrere leitende Buchsen, die dazu konfiguriert sind, die Durchführungsstifte aufzunehmen, wenn das chirurgische Instrument an den Manipulatorarm angeschlossen ist, eine mehrere leitende Buchsen, die dazu konfiguriert sind, die Durchführungsstifte aufzunehmen, wenn das chirurgische Instrument an den Manipulatorarm angeschlossen ist, eine zweite elektrische Schaltung, die dazu konfiguriert ist, von der ersten elektrischen Schaltung elektrisch isoliert zu werden, wenn der Manipulatorarm an das chirurgische Instrument angeschlossen ist, und eine optische Isolatorschaltung, die an einen Eingang der zweiten elektrischen Schaltung und an die mehreren Buchsen gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, Signale optisch zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung zu übertragen, wenn der Manipulatorarm an das chirurgische Instrument angeschlossen ist, umfasst. Die erste elektrische Schaltung ist dazu konfiguriert, Daten mithilfe der Gleichtaktdrossel und der optischen Isolatorschaltung an die zweite elektrische Schaltung zu übertragen, wenn der Manipulatorarm an das chirurgische Instrument angeschlossen ist.
Ein beispielhaftes chirurgisches Instrument beinhaltet einen Schaft, umfassend ein distales Ende, ein Werkzeug an dem distalen Ende des Schafts, einen Sensor an mindestens einem von dem Schaft und dem Werkzeug, eine Gleichtaktstromdrossel, einen elektrischen Anschluss und eine erste elektrische Schaltung, die gekoppelt ist, um ein Signal von dem Sensor zu empfangen und Daten, die das Signal darstellen, mittels der Gleichtaktdrossel an den elektrischen Anschluss auszugeben.
Ein beispielhaftes chirurgisches System beinhaltet einen Manipulator und ein chirurgisches Instrument, das abnehmbar an den Manipulator gekoppelt ist. Das chirurgische Instrument umfasst einen Schaft, umfassend ein distales Ende, ein Werkzeug an dem distalen Ende des Schafts, einen Sensor an mindestens einem von dem Schaft und dem Werkzeug, eine Gleichtaktstromdrossel, einen ersten elektrischen Anschluss und eine erste elektrische Schaltung, die gekoppelt ist, um ein Signal von dem Sensor zu empfangen und Daten, die das Signal darstellen, mittels der Gleichtaktdrossel an den elektrischen Anschluss auszugeben. Der Manipulator umfasst einen zweiten elektrischen Anschluss, der abnehmbar mit dem ersten elektrischen Anschluss gekoppelt ist, um die Daten, die das Signal darstellen, zu empfangen, eine zweite elektrische Schaltung und einen optischen Isolator, der gekoppelt ist, um die Daten, die das Signal darstellen, von dem zweiten elektrischen Anschluss zu empfangen und optisch isolierte Daten, die die Daten darstellen, an die zweite elektrische Schaltung auszugeben.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen und sind ein Teil der Spezifikation. Die veranschaulichten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und schränken den Schutzumfang der Offenbarung nicht ein. Überall in den Zeichnungen bezeichnen identische oder ähnliche Bezugsziffern identische oder ähnliche Elemente.

1 zeigt ein beispielhaftes medizinisches System gemäß hierin beschriebenen Prinzipien.
2A ist eine Veranschaulichung einer Gleichtaktdrossel gemäß hierin beschriebenen Prinzipien.
2B zeigt eine Schnittansicht eines Kabels der Gleichtaktdrossel von 2A gemäß hierin beschriebenen Prinzipien.
3 zeigt eine beispielhafte Implementation des medizinischen Systems von 1 gemäß hierin beschriebenen Prinzipien.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes computergestütztes chirurgisches System gemäß hierin beschriebenen Prinzipien.
Die 5A-5B zeigen einen Anschluss eines chirurgischen Instruments an einen Manipulatorarm gemäß hierin beschriebenen Prinzipien.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Medizinische Systeme, die eine Gleichtaktdrossel (auch als eine Gleichtaktstromdrossel bezeichnet) zur Verringerung von Spannungssprüngen, die auf einen Eingang einer optischen Isolatorschaltung angewendet werden, sind hierin beschrieben. In einigen Beispielen beinhaltet ein medizinisches System eine erste elektrische Schaltung (z. B. auf einer ersten Leiterplatte („PCB“)), eine zweite elektrische Schaltung (z. B. auf einer zweiten PCB), die von der ersten elektrischen Schaltung elektrisch isoliert ist, und eine optische Isolatorschaltung, die zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung gekoppelt ist, wobei die optische Isolatorschaltung dazu konfiguriert ist, Signale optisch zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung zu übertragen. Das medizinische System kann weiterhin eine Gleichtaktdrossel beinhalten, die mehrere Drähte beinhaltet, die um einen Kern gewickelt sind. Ein erstes Ende der Drähte ist leitend an einen Ausgang der ersten elektrischen Schaltung gekoppelt und ein zweites Ende der Drähte ist leitend an den Eingang der optischen Isolatorschaltung gekoppelt.
Wie im Folgenden beschrieben ist, kann die Gleichtaktdrossel dazu konfiguriert sein, einen Spannungssprung (z. B. einen Spannungssprung, der von einer externen Quelle erzeugt wird, wie einem elektrochirurgischen Instrument) an einem Eingang der optischen Isolatorschaltung auf ein Ausmaß innerhalb einer Toleranz der optischen Isolatorschaltung zu verringern. Dies kann vorteilhafterweise ermöglichen, dass die optische Isolatorschaltung durch Übertragen von Signalen (z. B. Signalen, die Daten, Leistung und/oder Masse darstellen) zwischen der ersten und der zweiten Schaltung ordnungsgemäß arbeitet, ohne von dem Spannungssprung negativ beeinflusst zu werden.
Zur Veranschaulichung, die erste elektrische Schaltung kann innerhalb eines hinteren Endes eines chirurgischen Instruments beherbergt sein und die zweite elektrische Schaltung kann innerhalb eines Manipulatorarmschlittens beherbergt sein, wobei das hintere Ende des chirurgischen Instruments dazu konfiguriert ist, sich an dieses anzuschließen. Während es an den Manipulatorarmschlitten angeschlossen ist, kann das chirurgische Instrument in einen chirurgischen Bereich eines Patienten eingeführt und von einem Chirurgen ferngesteuert werden, um einen oder mehrere chirurgische Eingriffe durchzuführen. Während das chirurgische Instrument verwendet wird, kann das chirurgische Instrument Daten erzeugen, die von dem chirurgischen Instrument an eine externe Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung und/oder Speicherung übertragen werden sollen. Beispielsweise kann das chirurgische Instrument einen oder mehrere Sensoren beinhalten, die dazu konfiguriert sind, verschiedene Parameter zu erfassen, wie von dem chirurgischen Instrument auf Patientengewebe ausgeübte Kraft, Temperatur, Bewegung von einem oder mehreren Objekten usw. Daten, die die erfassten Parameter darstellen, können von der ersten elektrischen Schaltung, die in dem chirurgischen Instrument enthalten ist, an die zweite elektrische Schaltung, die in dem Manipulatorarmschlitten enthalten ist, mittels der Gleichtaktdrossel und der optischen Isolatorschaltung übertragen werden. Die zweite elektrische Schaltung kann dann die empfangenen Daten an die externe Datenverarbeitungsvorrichtung übertragen.
In dieser Konfiguration kann das chirurgische Instrument unabsichtlich in Kontakt mit einem elektrochirurgischen Instrument kommen, das ebenfalls in dem Patienten ist. Beispielsweise kann eine aktive Elektrode an einem distalen Ende des elektrochirurgischen Instruments, durch die ein elektrischer Strom mit hoher Spannung und hoher Frequenz an Patientengewebe angelegt wird, einen Metallteil (z. B. eine Metallspitze oder ein Metallschaft) des chirurgischen Instruments berühren. Wenn diese Berührung auftritt, kann der elektrische Strom auf das chirurgische Instrument überschlagen und einen Spannungssprung am Eingang der optischen Isolatorschaltung erzeugen. Dieser Spannungssprung kann verhältnismäßig groß sein (z. B. etwa 400 V/ns). Die optische Isolatorschaltung kann jedoch nur dazu in der Lage zu sein, Spannungssprünge von bis zu 100 V/ns zu tolerieren. Da eine adäquat konfigurierte Gleichtaktdrossel in den Datenübertragungsweg zwischen der ersten elektrischen Schaltung und dem Eingang zu der optischen Isolatorschaltung eingeführt ist, kann der Spannungssprung jedoch auf ein Ausmaß verringert ist, das innerhalb einer Toleranz der optischen Isolatorschaltung liegt.
1 zeigt ein beispielhaftes medizinisches System 100. Wie gezeigt, beinhaltet das medizinische System 100 eine erste PCB 102-1 und eine zweite PCB 102-2. Eine erste elektrische Schaltung 104-1 ist auf der PCB 102-1 und eine zweite elektrische Schaltung 104-2 auf der zweiten PCB 102-2. Obwohl die elektrischen Schaltungen 104 als auf PCB gezeigt sind, können einer oder beide der elektrischen Schaltungen 104 alternativ dazu nicht auf PCB sein.
Die PCB 102 sind dazu konfiguriert, verschiedene elektrische Komponenten, die in den elektrischen Schaltungen 104 enthalten sind, mechanisch zu tragen und elektrisch zu koppeln. Beispielsweise können die PCB 102 jeweils leitende Pads, an die elektrische Komponenten gelötet oder anderweitig elektrisch gekoppelt werden können, und Leiterbahnen (z. B. Spuren, Durchkontaktierungen usw.), die die verschiedenen elektrischen Komponenten miteinander verbinden, beinhalten. In einigen Beispielen können nichtleitende Komponenten (z. B. ein Gehäuse einer optischen Isolatorschaltung) an jede der PCB 102 angeschlossen (z. B. mechanisch befestigt usw.) werden.
Die elektrischen Schaltungen 104 können jeweils eine beliebige geeignete Kombination von elektrischen Komponenten beinhalten, die dazu konfiguriert sind, verschiedene Funktionen durchzuführen. Beispielsweise kann die elektrische Schaltung 104-1 dazu konfiguriert sein, Daten zur Übertragung an die elektrische Schaltung 104-2 zu erzeugen. Gleichfalls kann die elektrische Schaltung 104-2 dazu konfiguriert sein, die Daten, die von der elektrischen Schaltung 104-1 übertragen werden, zu empfangen. Die elektrische Schaltung 104-2 kann weiterhin dazu konfiguriert sein, Leistungs- und Massesignale an die elektrische Schaltung 104-1 zu übertragen.
Wie gezeigt, ist eine elektrische Isolationsbarriere 106 auf der PCB 102-2. Die elektrische Isolationsbarriere 106 isoliert die elektrische Schaltung 104-2 elektrisch von der elektrischen Schaltung 104-1. Anders ausgedrückt, die elektrische Isolationsbarriere 106 verhindert, dass eine beliebige Komponente, die in der elektrischen Schaltung 104-2 enthalten ist, elektrisch auf irgendeine Weise elektrisch mit einer beliebigen Komponente, die in der elektrischen Schaltung 104-1 enthalten ist, verbunden wird. Die elektrische Isolationsbarriere 106 kann auf eine beliebige geeignete Weise implementiert werden, wie eine optische Isolatorschaltung.
Um eine Übertragung von Signalen zwischen den elektrischen Schaltungen 104-1 und 104-2 über die elektrische Isolationsbarriere 106 zu erleichtern, beinhaltet das medizinische System 100 eine optische Isolatorschaltung 108. Die optische Isolatorschaltung 108 ist dazu konfiguriert, Signale optisch zwischen den elektrischen Schaltungen 104 zu übertragen.
Wie gezeigt, beinhaltet das medizinische System 100 weiterhin eine Gleichtaktdrossel 110 in einem Signalübertragungsweg zwischen der elektrischen Schaltung 104-1 und der elektrischen Schaltung 104-2. Wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird, beinhaltet die Gleichtaktdrossel 110 mehrere Drähte 112, die um einen Kern (nicht gezeigt) gewickelt sind. Ein erstes Ende der Drähte 112 ist leitend an einen Ausgang der elektrischen Schaltung 104-1 gekoppelt. Ein zweites Ende der Drähte 112 kann kommunikativ an einen Eingang der optischen Isolatorschaltung 108 gekoppelt sein (z. B. wenn eine Komponente, die die PCB 102-1 beherbergt, an eine Komponente, die die PCB 102-2 beherbergt, angeschlossen ist, wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird).
2A ist eine Veranschaulichung einer Gleichtaktdrossel 110. Wie gezeigt, beinhaltet die Gleichtaktdrossel 110 ein Kabel 202, das um einen geschlossenen Kern (z. B. Toroidkern) 204 gewunden ist. Eine Eingangsseite 206-1 des Kabels 202 ist dazu konfiguriert, zu der elektrischen Schaltung 104-1 geleitet und leitend an diese gekoppelt zu werden, und eine Ausgangsseite 206-2 des Kabels 202 ist dazu konfiguriert, zu der elektrischen Schaltung 104-2 geleitet und leitend an diese gekoppelt zu werden.
2B zeigt eine Schnittansicht des Kabels 202, das entlang der Perspektivlinien B-B in 2A vorgenommen ist. Wie gezeigt, beherbergt das Kabel 202 vier Drähte 112. Ein erster Draht 112-1 ist dazu konfiguriert, ein Leistungssignal von der elektrischen Schaltung 104-2 zu der elektrischen Schaltung 104-1 zu tragen. Ein zweiter Draht 112-2 ist dazu konfiguriert, ein Massesignal von der elektrischen Schaltung 104-2 zu der elektrischen Schaltung 104-1 zu tragen. Ein dritter Draht 112-3 ist dazu konfiguriert, Daten von der elektrischen Schaltung 104-1 zu der elektrischen Schaltung 104-2 zu tragen. Ein vierter Draht 112-4 ist dazu konfiguriert, Daten von der elektrischen Schaltung 104-2 zu der elektrischen Schaltung 104-1 zu tragen. Obwohl vier Drähte 112 in 2B gezeigt sind, wird anerkannt, dass eine beliebige Anzahl von Drähten in dem Kabel 202 enthalten sein kann, wie es einer bestimmten Implementation dienen kann.
Jeder der Drähte 112 ist einzeln isoliert. Somit kann in einigen Fällen das Kabel 202 weggelassen werden und die Drähte 112 können als ein Satz einzeln um den Kern 204 gewickelt sein.
Wie in 2B gezeigt, sind die Drähte 112 innerhalb des Kabels 202 parallel zueinander. Beispielsweise können die Drähte 112 parallel gebondet sein, um sicherzustellen, dass sie parallel zueinander bleiben, während das Kabel 202 um den Kern 204 gewickelt ist. Diese mehradrige Anordnung stellt vorteilhafterweise sicher, dass Interferenzen (z. B. Interferenzen, die von überschlagender Spannung von einem elektrochirurgischen Instrument verursacht werden), die auf einen der Drähte 112 eingebracht werden, gleichmäßig auf allen der Drähte 112 geteilt werden. Diese Anordnung hilft, eine Verringerung von Spannungssprüngen, die von der Gleichtaktdrossel 110 erzielt wird, zu maximieren. In einigen alternativen Konfigurationen können die Drähte 112 umeinander gedreht sein.
Wie in 2A gezeigt, ist das Kabel 202 (d. h. die Drähte 112) um den Kern 204 in einer Abfolge von Windungen 208 gewickelt, die mit einer Eingangswindung 208-1 starten und mit einer Ausgangswindung 208-2 enden.
Wie gezeigt, sind die Windungen nichtüberlappend (d. h. keine der Windungen 208 überlappen miteinander). Eine Vermeidung einer Überlappung der Windungen 208 hat mehrere Vorteile. Beispielsweise minimiert ein Nichtüberlappen die Kapazität, die zwischen jeder von benachbarten Windungen 208 erzeugt wird, und diese Minimierung der Kapazität hilft dabei, die Eingang-zu-Ausgang-Kapazität der Gleichtaktdrossel 110 zu minimieren. Darüber hinaus verhindern nichtüberlappende Windungen 208 ein Überschlagen, das zwischen überlappenden Windungen im Fall eines Versagens einer Isolierung eines einzelnen Drahts auftreten würde.
Wie gezeigt, ist die Eingangswindung 208-1 auf dem Kern 204 durch eine Lücke 210 von der Ausgangswindung 208-2 getrennt. Die Lücke 210 ist mindestens ein vorherbestimmter Grenzabstand entlang einem Umfang des Kerns 204 (z. B. mindestens etwa fünfzehn Prozent des Umfangs des Kerns 204). Die Lücke 210 kann eine kapazitive Kopplung zwischen der Eingangswindung 208-1 und der Ausgangswindung 208-2 minimieren, was die Wirksamkeit der Gleichtaktdrossel 110 beim Verringern von Spannungssprüngen erhöht.
Die Gleichtaktdrossel 110 kann eine beliebige geeignete Anzahl von Windungen 208 beinhalten. Eine Erhöhung der Anzahl von Windungen 208 kann die Spannungssprungverringerung erhöhen, die durch die Gleichtaktdrossel 110 erzielbar ist. Somit kann in einigen Beispielen die Anzahl von Windungen 208 maximiert werden, während noch immer sichergestellt wird, dass jede Windung 208 nicht mit einer beliebigen anderen Windung 208 überlappt und dass die Lücke 210 zwischen der Eingangswindung 208-1 und der Ausgangswindung 208-2 aufrechterhalten wird.
Der Kern 204 kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein. In einigen Beispielen wird das Material des Kerns 204 ausgewählt, um eine maximale Impedanz und Spannungssprungverringerung bei überschlagenden Elektrochirurgiefrequenzen (z. B. etwa 10 MHz) zu erzielen. In einigen Beispielen ist der Kern 204 ein Ferrit-Toroidkern oder ein Ferrit-Spulen-/Schalenkern. Alternativ dazu kann der Kern 204 ein nanokristalliner Ferritkern ohne Lücke sein. Dieses nanokristalline Ferritkernmaterial stellt eine verhältnismäßig höhere Induktivität pro Umdrehung im Vergleich zu anderen Kernmaterialien, was zu weniger Streukapazität von der Eingangsseite 206-1 zu der Ausgangsseite 206-2 des Kabels 202 führt. In einer anderen Ausführungsform ist der Kern 204 ein nanokristalliner Ferritkern in einer Kunststoffverkleidung. Der Kern 204 kann beliebige geeignete Abmessungen, eine beliebige geeignete Induktivität und/oder ein beliebiges geeignetes anderes Charakteristikum aufweisen, wie es einer bestimmten Implementation dienen kann.
3 zeigt eine beispielhafte Implementation 300 des medizinischen Systems 100 (1). In Implementation 300 sind die PCB 102-1 und die Gleichtaktdrossel 110 in einer ersten Komponente 302-1 enthalten und die PCB 102-2 ist in einer zweiten Komponente 302-2 enthalten. Die Komponente 302-1 ist dazu konfiguriert, sich gezielt an die Komponente 302-2 anzuschließen. Die Komponenten 302 können jeweils durch separate Gehäuse implementiert werden, so dass die Komponente 302-1 nicht in physikalischem oder kommunikativem Kontakt mit der Komponente 302-2 ist, wenn die Komponente 302-1 nicht an die Komponente 302-2 angeschlossen ist.
Die Komponenten 302 können jeweils durch eine beliebige geeignete elektronische Vorrichtung implementiert sein, die dazu konfiguriert ist, gezielt an eine andere elektronische Vorrichtung angeschlossen zu werden und mit dieser zu kommunizieren. Beispielsweise, wie im Folgenden veranschaulicht wird, kann die Komponente 302-1 durch ein chirurgisches Instrument, das in einem computergestützten chirurgischen System enthalten ist, implementiert sein und die Komponente 302-2 kann durch einen Manipulatorarm, der ebenfalls in dem computergestützten chirurgischen System enthalten ist, implementiert sein. Während sie aneinander angeschlossen sind, können die Komponenten 302 von einem Chirurgen oder anderen Benutzer ferngesteuert werden, um einen oder mehrere Vorgänge, die von einem chirurgischen Eingriff umfasst werden, durchzuführen.
Im Beispiel von 3 ist die Gleichtaktdrossel 110 auf einer PCB 102-3, die in der Komponente 302-1 enthalten und von der PCB 102-1 getrennt ist. In dieser Konfiguration kann die Eingangsseite der Drähte 112 dazu konfiguriert sein, sich gezielt mit einem Aufnahmeport 304 auf der PCB 102-1 zu verbinden (z. B. in diesen einzustöpseln). Der Aufnahmeport 304 kann leitend an Spuren 306 auf der PCB 102-1 gekoppelt sein, die eine Leiterbahn zu der elektrischen Schaltung 104 bereitstellen. Auf diese Weise kann die Eingangsseite der Drähte 112 leitend an die elektrische Schaltung 104-1 gekoppelt sein.
Wie gezeigt, sind die Drähte 112 an einer Ausgangsseite leitend mit Durchführungsstiften 308 verbunden, die einen elektrischen Anschluss veranschaulichen und als ein solcher fungieren. Die Durchführungsstifte 308 erstrecken sich von der Komponente 302-1 weg und können auf eine beliebige geeignete Weise implementiert werden. Beispielsweise können die Durchführungsstifte 308 Pogo-Stifte oder einen beliebigen anderen Durchführungstyp implementiert sein.
Wie gezeigt, beinhaltet die Komponente 302-2 mehrere leitende Buchsen 310, die leitend an den Eingang der optischen Isolatorschaltung 108 gekoppelt sind. Diese Buchsen 310 veranschaulichen einen elektrischen Anschluss und fungieren als ein solcher und sind dazu konfiguriert, die Durchführungsstifte 308 aufzunehmen, wenn die Komponente 302-1 an die Komponente 302-2 angeschlossen wird. Auf diese Weise stellen die Durchführungsstifte 308 und die Buchsen 310 eine leitende Kopplung von Drähten 112 an den Eingang der optischen Isolatorschaltung 108 bereit.
Obwohl die Gleichtaktdrossel 110 in 3 als auf ihrer eigenen PCB 102-3 gezeigt ist, wird anerkannt, dass die Gleichtaktdrossel 110 alternativ dazu an einer anderen Stelle innerhalb des medizinischen Systems 100 angeordnet sein kann. Beispielsweise kann die Gleichtaktdrossel 110 auf der PCB 102-1 oder auf der PCB 102-2 oder auf einer anderen Komponente innerhalb des medizinischen Systems 100 sein.
Wie erwähnt, können die Komponenten 302 in einem computergestützten chirurgischen System enthalten sein. Beispielsweise kann die Komponente 302-1 durch ein chirurgisches Instrument mit einem distalen Teil, der dazu konfiguriert ist, in einen chirurgischen Bereich eines Patienten eingeführt zu werden, implementiert sein und die Komponente 302-2 kann durch einen Manipulatorarm implementiert sein, an den sich das chirurgische Instrument anschließen kann, um von einem Chirurgen unter Verwendung des computergestützten chirurgischen Systems ferngesteuert zu werden. Ein beispielhaftes computergestütztes chirurgisches System, innerhalb dessen die Komponenten 302 implementiert sein können, wird nun beschrieben.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes computergestütztes chirurgisches System 400 („chirurgisches System 400“). Wie gezeigt, kann das chirurgische System 400 ein Manipulationssystem 402, ein Benutzersteuerungssystem 404 und ein Hilfssystem 406 beinhalten, die kommunikativ aneinander gekoppelt sind. Das chirurgische System 400 kann von einem Chirurgieteam verwendet werden, um einen computergestützten chirurgischen Eingriff an einem Patienten 408 durchzuführen. Wie gezeigt, kann das Chirurgieteam einen Chirurgen 410-1, einen Assistenten 410-2, eine Pflegekraft 410-3 und einen Anästhesist 410-4 beinhalten, die alle gemeinsam als „Chirurgieteammitglieder 410“ bezeichnet werden können. Zusätzliche oder alternative Chirurgieteammitglieder können während einer chirurgischen Sitzung vorhanden sein, wie es einer bestimmten Implementation dienen kann.
Obwohl 4 einen laufenden minimal invasiven chirurgischen Eingriff veranschaulicht, versteht es sich, dass das chirurgische System 400 analog dazu verwendet werden, offene chirurgische Eingriffe oder andere Typen von chirurgischen Eingriffen, die analog dazu von der Genauigkeit und der Zweckmäßigkeit des chirurgischen Systems 400 profitieren können, durchzuführen. Darüber hinaus versteht es sich, dass die chirurgische Sitzung, während der das chirurgische System 400 eingesetzt werden kann, nicht nur eine Operationsphase eines chirurgischen Eingriffs beinhalten kann, wie in 4 veranschaulicht ist, sondern auch präoperative, postoperative und/oder andere geeignete Phasen des chirurgischen Eingriffs beinhalten kann.
Wie in 4 gezeigt, kann das Manipulationssystem 402 mehrere Manipulatorarme 412 (z. B. Manipulatorarme 412-1 bis 412-4) beinhalten, an die mehrere chirurgische Instrumente gekoppelt werden können. Jedes chirurgische Instrument kann durch ein beliebiges geeignetes therapeutisches Instrument (z. B. ein Werkzeug mit Gewebeinteraktionsfunktionen), eine Abbildungsvorrichtung (z. B. ein Endoskop), ein diagnostisches Instrument oder dergleichen implementiert sein, das für einen computergestützten chirurgischen Eingriff an dem Patienten 408 verwendet werden kann (z. B. indem es zumindest zum Teil in den Patienten 408 eingeführt und manipuliert wird, um einen computergestützten chirurgischen Eingriff an dem Patienten 408 durchzuführen). In einigen Beispielen können ein oder mehrere der chirurgischen Instrumente Kraftmess- und/oder andere Messfähigkeiten beinhalten. Obwohl das Manipulationssystem 402 hierin als vier Manipulatorarme 412 beinhaltend dargestellt und beschrieben ist, wird anerkannt, dass das Manipulationssystem 402 nur einen einzigen Manipulatorarm 412 oder eine beliebige andere Anzahl von Manipulatorarmen beinhalten kann, wie es einer bestimmten Implementation dienen kann.
Die Manipulatorarme 412 und/oder chirurgische Instrumente, die an die Manipulatorarme 412 angeschlossen sind, können einen oder mehrere Wegaufnehmer, Ausrichtungssensoren und/oder Positionssensoren beinhalten, um rohe (d. h. nicht korrigierte) Kinematikinformationen zu erzeugen. Eine oder mehrere Komponenten des chirurgischen Systems 400 können dazu konfiguriert sein, die Kinematikinformationen zu verwenden, um die chirurgischen Instrumente zu verfolgen (z. B. Positionen dieser zu bestimmen) und/oder zu steuern.
Chirurgische Instrumente, die an die Manipulatorarme 412 angeschlossen sind, können jeweils an einem chirurgischen Bereich positioniert werden, der mit einem Patienten assoziiert ist. Wie hierin verwendet, kann ein „chirurgischer Bereich“, der mit einem Patienten assoziiert ist, in bestimmten Beispielen vollständig innerhalb des Patienten sein und kann einen Bereich innerhalb des Patienten beinhalten, in dessen Nähe das Durchführen eines chirurgischen Eingriffs geplant ist oder ein chirurgischer Eingriff durchgeführt wird oder durchgeführt wurde. Beispielsweise kann der chirurgische Bereich für einen minimal invasiven chirurgischen Eingriff, der an einem Gewebe durchgeführt wird, das intern zu einem Patienten ist, das Gewebe sowie den Raum um das Gewebe beinhalten, wo beispielsweise chirurgische Instrumente, die dazu verwendet werden, den chirurgischen Eingriff durchzuführen, angeordnet sind. In anderen Beispielen kann ein chirurgischer Bereich zumindest zum Teil extern zu dem Patienten sein. Beispielsweise kann das chirurgische System 400 dazu verwendet werden, einen offenen chirurgischen Eingriff durchzuführen, so dass ein Teil des chirurgischen Bereichs (z. B. Gewebe, an dem operiert wird) intern zu dem Patienten ist, während ein anderer Teil des chirurgischen Bereichs (z. B. ein Raum um das Gewebe, wo ein oder mehrere chirurgische Instrumente angeordnet sein können) extern zu dem Patienten ist. Ein chirurgisches Instrument kann als an einem oder innerhalb eines chirurgischen Bereichs angeordnet bezeichnet werden, wenn mindestens ein Teil des chirurgischen Instruments (z. B. ein distales Ende des chirurgischen Instruments) innerhalb des chirurgischen Bereichs angeordnet ist.
Das Benutzersteuerungssystem 404 kann dazu konfiguriert sein, die Steuerung der Manipulatorarme 412 und der chirurgischen Instrumente, die an die Manipulatorarme 412 angeschlossen sind, durch den Chirurgen 410-1 zu erleichtern. Beispielsweise kann der Chirurg 410-1 mit dem Benutzersteuerungssystem 404 interagieren, um die Manipulatorarme 412 und die chirurgischen Instrumente aus der Ferne zu bewegen oder zu manipulieren. Dazu kann das Benutzersteuerungssystem 404 dem Chirurgen 410-1 bildliche Darstellungen (z. B. hochdefinierte bildliche 3D-Darstellungen) eines chirurgischen Bereichs, der mit dem Patienten 408 assoziiert ist, bereitstellen, wie durch ein Endoskop aufgenommen. In bestimmten Beispielen kann das Benutzersteuerungssystem 404 einen Stereobetrachter mit zwei Anzeigen beinhalten, wo stereoskopische Bilder eines chirurgischen Bereichs, der mit dem Patienten 408 assoziiert ist und von einem stereoskopischen Endoskop erzeugt wird, vom Chirurgen 410-1 betrachtet werden können. Der Chirurg 410-1 kann die bildlichen Darstellungen dazu verwenden, einen oder mehrere Eingriffe mit einem oder mehreren chirurgischen Instrumenten, die an die Manipulatorarme 412 angeschlossen sind, durchzuführen.
Um die Steuerung von chirurgischen Instrumenten zu erleichtern, kann das Benutzersteuerungssystem 404 einen Satz von Master-Steuerungen beinhalten. Diese Master-Steuerungen können von dem Chirurgen 410-1 manipuliert werden, um eine Bewegung von chirurgischen Instrumenten zu manipulieren (z. B. durch Nutzen von Roboter- und/oder Teleoperationstechnologie). Die Master-Steuerungen können dazu konfiguriert sein, eine große Vielfalt von Hand-, Handgelenk- und Fingerbewegungen durch den Chirurgen 410-1 zu erkennen. Auf diese Weise kann der Chirurg 410-1 einen Eingriff unter Verwendung von einem oder mehreren chirurgischen Instrumenten intuitiv durchführen.
Das Hilfssystem 406 kann eine oder mehrere Datenverarbeitungsvorrichtungen beinhalten, die dazu konfiguriert sind, primäre Verarbeitungsvorgänge des chirurgischen Systems 400 durchzuführen. In derartigen Konfigurationen können die eine oder die mehreren Datenverarbeitungsvorrichtungen, die in dem Hilfssystem 406 enthalten sind, Vorgänge, die von verschiedenen anderen Komponenten (z. B. dem Manipulationssystem 402 und dem Benutzersteuerungssystem 404) des chirurgischen Systems 400 durchgeführt werden, steuern und/oder koordinieren. Beispielsweise kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die in dem Benutzersteuerungssystem 404 enthalten ist, Anweisungen mittels der einen oder der mehreren Datenverarbeitungsvorrichtungen, die in dem Hilfssystem 406 enthalten sind, an das Manipulationssystem 402 übertragen. Als ein anderes Beispiel kann das Hilfssystem 406 Bilddaten, die bildliche Darstellungen darstellen, die von einem Endoskop aufgenommen wurden, das an einen der Manipulatorarme 412 angeschlossen ist, von dem Manipulationssystem 402 empfangen und verarbeiten.
In einigen Beispielen kann das Hilfssystem 406 dazu konfiguriert sein, visuellen Inhalt für die Chirurgieteammitglieder 410 zu präsentieren, die möglicherweise keinen Zugriff auf die Bilder haben, die dem Chirurgen 410-1 am Benutzersteuerungssystem 404 bereitgestellt werden. Dazu kann das Hilfssystem 406 einen Anzeigemonitor 414 beinhalten, der dazu konfiguriert ist, eine oder mehrere Benutzeroberflächen, wie Bilder (z. B. 2D-Bilder) des chirurgischen Bereichs, Informationen, die mit dem Patienten 408 und/oder dem chirurgischen Eingriff assoziiert sind, und/oder beliebigen anderen visuellen Inhalt anzuzeigen, wie es einer bestimmten Implementation dienen kann. Beispielsweise kann der Anzeigemonitor 414 Bilder des chirurgischen Bereichs zusammen mit zusätzlichem Inhalt (z. B. grafischer Inhalt, kontextuelle Informationen usw.), der gleichzeitig mit den Bildern angezeigt wird, anzeigen. In einigen Ausführungsformen ist der Anzeigemonitor 414 durch eine Berührungsbildschirmanzeige implementiert, mit der die Chirurgieteammitglieder 410 interagieren können (z. B. mittels Berührungsgesten), um eine Benutzereingabe in das chirurgische System 400 bereitzustellen.
Das Manipulationssystem 402, das Benutzersteuerungssystem 404 und das Hilfssystem 406 können auf eine beliebige geeignete Weise kommunikativ miteinander gekoppelt sein. Beispielsweise, wie in 4 gezeigt, können das Manipulationssystem 402, das Benutzersteuerungssystem 404 und das Hilfssystem 406 mittels Steuerleitungen 416 kommunikativ gekoppelt sein, die eine beliebige drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindung darstellen können, wie es einer bestimmten Implementation dienen kann. Dazu können das Manipulationssystem 402, das Benutzersteuerungssystem 404 und das Hilfssystem 406 jeweils eine oder mehrere drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsschnittstellen beinhalten, wie eine oder mehrere Lokalnetzwerkschnittstellen, Wi-Fi-Netzwerkschnittstellen, Mobilfunkschnittstellen usw.
5 zeigt ein chirurgisches Instrument 502, unmittelbar bevor es an einen Manipulatorarm 504 angeschlossen wird, und 5B zeigt ein chirurgisches Instrument 502, das an einen Manipulatorarm 504 angeschlossen ist. Der Manipulatorarm 504 kann einen der Manipulatorarme 412 des chirurgischen Systems 400 implementieren.
Wie gezeigt, beinhaltet das chirurgische Instrument 502 einen Schaft 506, ein Werkzeug 508 an einem distalen Ende des Schafts 506 und ein Gehäuse 510 am hinteren Ende, das an den Schaft 506 gekoppelt ist. Ein Sensor 512 ist als an dem Werkzeug 508 beinhaltet gezeigt. Der Sensor 512 kann zusätzlich oder alternativ dazu an dem Schaft 506 oder einem beliebigen anderen Teil des chirurgischen Instruments 502 sein.
In einigen Beispielen implementiert das Gehäuse 510 am hinteren Ende die Komponente 302-1. Somit beherbergt das Gehäuse 510 am hinteren Ende in diesen Beispielen die PCB 102-1, die elektrische Schaltung 104-1 und die Gleichtaktdrossel 110. Durchführungsstifte 520 sind leitend an einen Ausgang der Gleichtaktdrossel 110 gekoppelt und erstrecken sich von dem Gehäuse 510 am hinteren Ende weg, wie gezeigt.
Wie gezeigt, beinhaltet der Manipulatorarm 504 einen Hauptrahmen 516, einen Schlitten 518 (hierin auch als ein Manipulatorarmschlitten bezeichnet) und ein Kanülenkopplungselement 520. Der Hauptrahmen 516 kann eine Bahn oder einen Kanal (nicht gezeigt) beinhalten, an die bzw. den der Schlitten 518 angeschlossen ist und entlang der bzw. dem der Schlitten 518 sich gleitend in beiden Richtungen bewegen kann, wie durch den Pfeil 522 dargestellt.
In einigen Beispielen implementiert der Schlitten 518 die Komponente 302-2. Somit beherbergt der Schlitten 518 in diesen Beispielen die PCB 102-2, die elektrische Schaltung 104-2 und die optische Isolatorschaltung 108. Wie gezeigt, kann der Schlitten 518 ein nichtleitendes steriles Adapterelement 524 beinhalten, das dazu konfiguriert ist, in physikalischem Kontakt mit dem Gehäuse 510 am hinteren Ende zu sein, wenn das chirurgische Instrument 502 an den Manipulatorarm 504 angeschlossen ist. Das sterile Adapterelement 524 kann aus einem beliebigen nichtleitenden Material (z. B. Kunststoff) hergestellt sein.
Um ein Anschließen des chirurgischen Instruments 502 (d. h. das Gehäuse 510 am hinteren Ende) an den Manipulatorarm 504 (d. h. der Schlitten 518) zu erleichtern, können mehrere Buchsen (nicht gezeigt) in das sterile Adapterelement 524 eingebunden und positioniert werden, um sie mit den Durchführungsstiften 514 auszurichten. Die Buchsen nehmen die Durchführungsstifte 514 auf, wenn das Gehäuse 510 am hinteren Ende an den Schlitten 518 angeschlossen wird, wodurch der Ausgang der Gleichtaktdrossel 110 leitend mit dem Eingang der optischen Isolatorschaltung 108 gekoppelt wird.
Das Kanülenkopplungselement 520 erstreckt sich von dem Hauptrahmen 516 weg und ist dazu konfiguriert, sich gezielt an eine Kanüle 526 anzuschließen. Die Kanüle 526 kann durch eine Schleuse in einen chirurgischen Bereich im Inneren eines Patienten eingeführt werden. Wie gezeigt, kann der Schaft 506 durch die Kanüle 526 hindurchtreten, um in den chirurgischen Bereich zu gelangen.
Während das chirurgische Instrument 502 an den Manipulatorarm 504 angeschlossen ist, kann der Sensor 512 ein Signal (z. B. ein Signal, das eine Kraftmenge, die von dem Werkzeug 508 auf Patientengewebe ausgeübt wird, darstellt) ausgeben. Die elektrische Schaltung 104-1 ist dazu konfiguriert, das von dem Sensor 512 ausgegebene Signal zu empfangen und das Signal (oder Daten, die das Signal darstellen) mittels der Gleichtaktdrossel 110 und der optischen Isolatorschaltung 108 an die elektrische Schaltung 104-2 zu übertragen. Die elektrische Schaltung 104-2 kann das Signal verarbeiten und/oder das Signal an eine andere Komponente (z. B. das Hilfssystem 406) übertragen.
Während ein distaler Teil des chirurgischen Instruments 502 (d. h. das Werkzeug 508) innerhalb eines Patienten ist, kann das Werkzeug 508 unabsichtlich in Kontakt mit einem elektrochirurgischen Instrument kommen, das ebenfalls innerhalb des Patienten ist. Beispielsweise kann eine aktive Elektrode an einem distalen Ende des elektrochirurgischen Instruments, durch die ein elektrischer Strom mit hoher Spannung und hoher Frequenz an Patientengewebe angelegt wird, das Werkzeug 508 berühren. Der Überschlag kann in dem Instrument 502 einen großen Spannungssprung erzeugen. Die Gleichtaktdrossel 110, die in dem Gehäuse 510 am hinteren Ende enthalten ist, verringert diesen Spannungssprung auf ein Ausmaß, das innerhalb einer Toleranz der optischen Isolatorschaltung 108 innerhalb des Schlittens 518 liegt, bevor der Spannungssprung den Eingang der optischen Isolatorschaltung 108 erreicht.
In einigen Beispielen kann ein chirurgisches Instrument (z. B. das chirurgische Instrument 502) einen Schaft, umfassend ein distales Ende, ein Werkzeug an dem distalen Ende des Schafts, einen Sensor an mindestens einem von dem Schaft und dem Werkzeug, eine Gleichtaktstromdrossel, einen elektrischen Anschluss und eine erste elektrische Schaltung beinhalten, die gekoppelt ist, um ein Signal von dem Sensor zu empfangen und Daten, die das Signal darstellen, mittels der Gleichtaktdrossel an den elektrischen Anschluss auszugeben. Jedes dieser Elemente kann durch eine beliebige der hierin beschriebenen Komponenten implementiert sein. In einigen Beispielen stellt das Signal von dem Sensor eine Kraftmenge dar, die von dem Werkzeug ausgeübt wird. In einigen Beispielen ist die Gleichtaktstromdrossel abgestimmt, um ein Signal mit hoher Frequenz und hoher Spannung von einem elektrochirurgischen Instrument zu verhindern.
In einigen Beispielen beinhaltet ein chirurgisches System einen Manipulator (z. B. einen wie hierin beschriebenen Manipulatorarm) und ein chirurgisches Instrument (z. B. das chirurgische Instrument 502), das abnehmbar an den Manipulator gekoppelt ist. Das chirurgische Instrument beinhaltet einen Schaft, umfassend ein distales Ende, ein Werkzeug an dem distalen Ende des Schafts, einen Sensor an mindestens einem von dem Schaft und dem Werkzeug, eine Gleichtaktstromdrossel, einen ersten elektrischen Anschluss und eine erste elektrische Schaltung, die gekoppelt ist, um ein Signal von dem Sensor zu empfangen und Daten, die das Signal darstellen, mittels der Gleichtaktdrossel an den elektrischen Anschluss auszugeben. Der Manipulator beinhaltet einen zweiten elektrischen Anschluss, der abnehmbar mit dem ersten elektrischen Anschluss gekoppelt ist, um die Daten, die das Signal darstellen, zu empfangen, eine zweite elektrische Schaltung und einen optischen Isolator, der gekoppelt ist, um die Daten, die das Signal darstellen, von dem zweiten elektrischen Anschluss zu empfangen und optisch isolierte Daten, die die Daten darstellen, an die zweite elektrische Schaltung auszugeben. In einigen Beispielen stellt das Signal von dem Sensor eine Kraftmenge dar, die von dem Werkzeug ausgeübt wird. In einigen Beispielen ist die Gleichtaktstromdrossel abgestimmt, um ein Signal mit hoher Frequenz und hoher Spannung von einem elektrochirurgischen Instrument zu verhindern.
In der vorstehenden Beschreibung wurden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es wird offensichtlich sein, dass jedoch verschiedene Modifikationen und Veränderungen daran vorgenommen werden können und zusätzliche Ausführungsformen implementiert werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Beispielsweise können bestimmte Merkmale einer hierin beschriebenen Ausführungsform mit Merkmalen einer anderen hierin beschriebenen Ausführungsform kombiniert oder durch diese ersetzt werden. Die Beschreibung und die Zeichnungen werden dementsprechend in einem veranschaulichenden Sinn anstelle eines einschränkenden Sinns betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/752464 [0001]

Claims

Medizinisches System, umfassend: eine erste elektrische Schaltung; eine zweite elektrische Schaltung, die von der ersten elektrischen Schaltung elektrisch isoliert ist; eine optische Isolatorschaltung, die zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung gekoppelt ist, wobei die optische Isolatorschaltung dazu konfiguriert ist, Signale optisch zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung zu übertragen; und eine Gleichtaktdrossel, die mehrere Drähte umfasst, die um einen Kern gewickelt sind, und dazu konfiguriert ist, einen Spannungssprung an einem Eingang der optischen Isolatorschaltung auf ein Ausmaß innerhalb einer Toleranz der optischen Isolatorschaltung zu verringern, wobei ein erstes Ende der Drähte leitend an einen Ausgang der ersten elektrischen Schaltung gekoppelt ist und ein zweites Ende der Drähte leitend an den Eingang der optischen Isolatorschaltung gekoppelt ist.
Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei: die erste elektrische Schaltung in einer ersten Komponente ist; die zweite elektrische Schaltung in einer zweiten Komponente ist und die erste Komponente dazu konfiguriert ist, sich gezielt an die zweite Komponente anzuschließen.
Medizinisches System nach Anspruch 2, wobei: die Gleichtaktdrossel in der ersten Komponente enthalten ist.
Medizinisches System nach Anspruch 2, weiterhin umfassend mehrere leitende Durchführungsstifte, die sich von der ersten Komponente weg erstrecken, wobei: das zweite Ende der Drähte an die Durchführungsstifte leitend gekoppelt ist und die Durchführungsstifte dazu konfiguriert sind, leitend an den Eingang der optischen Isolatorschaltung gekoppelt zu werden, wenn die erste Komponente an die zweite Komponente angeschlossen ist.
Medizinisches System nach Anspruch 4, wobei die zweite Komponente mehrere leitende Buchsen umfasst, die leitend an den Eingang der optischen Isolatorschaltung gekoppelt sind und dazu konfiguriert sind, die Durchführungsstifte aufzunehmen, wenn die erste Komponente an die zweite Komponente angeschlossen ist.
Medizinisches System nach Anspruch 5, wobei: die zweite Komponente weiterhin ein nichtleitendes steriles Adapterelement umfasst, das dazu konfiguriert ist, in physikalischem Kontakt mit der ersten Komponente zu sein, wenn die erste Komponente an die zweite Komponente angeschlossen ist; und die Buchsen in dem sterilen Adapterelement sind.
Medizinisches System nach Anspruch 2, wobei: die erste Komponente ein chirurgisches Instrument ist und die zweite Komponente ein Manipulatorarm ist.
Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei die mehreren Drähte umfassen: einen ersten Draht, der dazu konfiguriert ist, ein Leistungssignal von der zweiten elektrischen Schaltung zu der ersten elektrischen Schaltung zu tragen; einen zweiten Draht, der dazu konfiguriert ist, eine Masse der ersten elektrischen Schaltung mit einer Masse der zweiten elektrischen Schaltung zu verbinden; einen dritten Draht, der dazu konfiguriert ist, Daten von der ersten elektrischen Schaltung zu der zweiten elektrischen Schaltung zu tragen; und einen vierten Draht, der dazu konfiguriert ist, Daten von der zweiten elektrischen Schaltung zu der ersten elektrischen Schaltung zu tragen.
Medizinisches System nach Anspruch 8, wobei die Daten, die von dem dritten Draht von der ersten elektrischen Schaltung zu der zweiten elektrischen Schaltung getragen werden, von einem Sensor erzeugt werden, der leitend an die erste elektrische Schaltung gekoppelt ist.
Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei die mehreren Drähte um den Kern in mehreren nichtüberlappenden Windungen gewickelt sind.
Medizinisches System nach Anspruch 10, wobei eine Eingangswindung in den mehreren nichtüberlappenden Windungen auf dem Kern durch eine Lücke von einer Ausgangswindung in den mehreren nichtüberlappenden Windungen getrennt ist.
Medizinisches System nach Anspruch 1, wobei: die erste elektrische Schaltung auf einer ersten Leiterplatte („PCB“) ist und die zweite elektrische Schaltung auf einer zweiten PCB ist.
Medizinisches System nach Anspruch 12, wobei die Gleichtaktdrossel auf der ersten PCB ist.
Medizinisches System nach Anspruch 12, wobei die Gleichtaktdrossel auf der zweiten PCB ist.
Chirurgisches Instrument, umfassend: einen Schaft, der dazu konfiguriert ist, in einen chirurgischen Bereich im Inneren eines Patienten eingeführt zu werden; ein Werkzeug an einem distalen Ende des Schafts; einen Sensor an mindestens einem von dem Schaft und dem Werkzeug und dazu konfiguriert, ein Signal auszugeben; und ein Gehäuse am hinteren Ende, das an den Schaft gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, sich abnehmbar an eine Komponente, die von dem chirurgischen Instrument getrennt ist, anzuschließen, wobei das Gehäuse des hinteren Endes eine erste elektrische Schaltung und eine Gleichtaktdrossel umfasst; wobei die erste elektrische Schaltung dazu konfiguriert ist, das Signal von dem Sensor zu empfangen und Daten, die das Signal darstellen, an die zweite elektrische Schaltung, die in der Komponente enthalten ist, zu übertragen; wobei die Gleichtaktdrossel mehrere Drähte umfasst, die um einen Kern gewickelt sind; wobei, wenn das Gehäuse am hinteren Ende abnehmbar an der Komponente angeschlossen ist, ein erstes Ende der Drähte leitend an einen Ausgang der ersten elektrischen Schaltung gekoppelt ist und ein zweites Ende der Drähte leitend an einen Eingang einer optischen Isolatorschaltung, die in der Komponente enthalten ist, gekoppelt ist; und wobei die optische Isolatorschaltung dazu konfiguriert ist, Signale optisch zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung zu übertragen.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 15, wobei die Komponente ein Manipulatorarmschlitten ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 15, wobei: der Sensor dazu konfiguriert ist, eine Kraft zwischen dem Werkzeug und einem Objekt zu erkennen; und die Daten die Kraft darstellen.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 15, weiterhin umfassend mehrere leitende Durchführungsstifte, die leitend an das zweite Ende der Drähte gekoppelt sind, wobei die Durchführungsstifte dazu konfiguriert sind, leitend an den Eingang der optischen Isolatorschaltung gekoppelt zu werden, wenn das Gehäuse am hinteren Ende an die Komponente angeschlossen ist.
Computergestütztes chirurgisches System, umfassend: ein chirurgisches Instrument, das umfasst: eine erste elektrische Schaltung, mehrere leitende Durchführungsstifte und eine Gleichtaktdrossel, umfassend mehrere Drähte, die um einen Kern gewickelt sind, wobei ein erstes Ende der Drähte leitend an einen Ausgang der ersten elektrischen Schaltung gekoppelt ist und ein zweites Ende der Drähte leitend an die Durchführungsstifte gekoppelt ist; und einen Manipulatorarm, der dazu konfiguriert ist, gezielt an das chirurgische Instrument angeschlossen zu werden, und der umfasst: mehrere leitende Buchsen, die dazu konfiguriert sind, die Durchführungsstifte aufzunehmen, wenn das chirurgische Instrument an den Manipulatorarm angeschlossen ist, eine zweite elektrische Schaltung, die dazu konfiguriert ist, von der ersten elektrischen Schaltung elektrisch isoliert zu werden, wenn der Manipulatorarm an das chirurgische Instrument angeschlossen ist, und eine optische Isolatorschaltung, die an einen Eingang der zweiten elektrischen Schaltung und an die mehreren Buchsen gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, Signale optisch zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Schaltung zu übertragen, wenn der Manipulatorarm an das chirurgische Instrument angeschlossen ist; wobei die erste elektrische Schaltung dazu konfiguriert ist, Daten mithilfe der Gleichtaktdrossel und der optischen Isolatorschaltung an die zweite elektrische Schaltung zu übertragen, wenn der Manipulatorarm an das chirurgische Instrument angeschlossen ist.
Computergestütztes chirurgisches System nach Anspruch 19, weiterhin umfassend eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, einen Arbeitsvorgang von mindestens einem von dem chirurgischen Instrument und dem Manipulatorarm zu steuern.
Computergestütztes chirurgisches System nach Anspruch 19, wobei die mehreren Drähte umfassen: einen ersten Draht, der dazu konfiguriert ist, ein Leistungssignal von der zweiten elektrischen Schaltung zu der ersten elektrischen Schaltung zu tragen; einen zweiten Draht, der dazu konfiguriert ist, eine Masse der ersten elektrischen Schaltung mit einer Masse der zweiten elektrischen Schaltung zu verbinden; einen dritten Draht, der dazu konfiguriert ist, Daten von der ersten elektrischen Schaltung zu der zweiten elektrischen Schaltung zu tragen; und einen vierten Draht, der dazu konfiguriert ist, Daten von der zweiten elektrischen Schaltung zu der ersten elektrischen Schaltung zu tragen.
Chirurgisches Instrument, umfassend: einen Schaft, umfassend ein distales Ende; ein Werkzeug an dem distalen Ende des Schafts; einen Sensor an mindestens einem von dem Schaft und dem Werkzeug; eine Gleichtaktstromdrossel; und einen elektrischen Anschluss und eine erste elektrische Schaltung, die gekoppelt ist, um ein Signal von dem Sensor zu empfangen und Daten, die das Signal darstellen, mittels der Gleichtaktdrossel an den elektrischen Anschluss auszugeben.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 22, wobei das Signal von dem Sensor eine Kraftmenge darstellt, die von dem Werkzeug ausgeübt wird.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 22, wobei die Gleichtaktstromdrossel abgestimmt ist, um ein Signal mit hoher Frequenz und hoher Spannung von einem elektrochirurgischen Instrument zu verhindern.
Chirurgisches System, umfassend: einen Manipulator und ein chirurgisches Instrument, das abnehmbar an den Manipulator gekoppelt ist; wobei das chirurgische Instrument einen Schaft, umfassend ein distales Ende, ein Werkzeug an dem distalen Ende des Schafts, einen Sensor an mindestens einem von dem Schaft und dem Werkzeug, eine Gleichtaktstromdrossel, einen ersten elektrischen Anschluss und eine erste elektrische Schaltung, die gekoppelt ist, um ein Signal von dem Sensor zu empfangen und Daten, die das Signal darstellen, mittels der Gleichtaktdrossel an den elektrischen Anschluss auszugeben, umfasst; und wobei der Manipulator einen zweiten elektrischen Anschluss, der abnehmbar mit dem ersten elektrischen Anschluss gekoppelt ist, um die Daten, die das Signal darstellen, zu empfangen, eine zweite elektrische Schaltung und einen optischen Isolator, der gekoppelt ist, um die Daten, die das Signal darstellen, von dem zweiten elektrischen Anschluss zu empfangen und optisch isolierte Daten, die die Daten darstellen, an die zweite elektrische Schaltung auszugeben, umfasst.
Chirurgisches System nach Anspruch 25, wobei das Signal von dem Sensor eine Kraftmenge darstellt, die von dem Werkzeug ausgeübt wird.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 26, wobei die Gleichtaktstromdrossel abgestimmt ist, um ein Signal mit hoher Frequenz und hoher Spannung von einem elektrochirurgischen Instrument zu verhindern.