ES2919225T3 - Taladro quirúrgico energizado que tiene un conjunto de transductor que incluye al menos dos dispositivos de sensor de rotación para uso en la determinación de la profundidad de orificio de un agujero taladrado - Google Patents

Abstract

Un taladro quirúrgico para perforar un agujero en una pieza de trabajo incluye una carcasa, una sonda montada en movimiento a la carcasa y un conjunto de transductor. El conjunto del transductor incluye un engranaje acoplado a la sonda y al menos dos dispositivos de sensor de rotación acoplados a la marcha para determinar una cantidad de movimiento de una sonda en relación con una carcasa para determinar una profundidad de orificio del orificio. El engranaje tiene un punto de referencia que tiene una ruta angular de rotación alrededor de un eje de engranaje subdividido en regiones arqueadas por primera y segunda. Se configura un primer dispositivo de sensor para detectar una posición de rotación del punto de referencia en la primera región arqueada, y se configura un segundo dispositivo de sensor para detectar una posición de rotación del punto de referencia en al menos la segunda región arqueada, con el primer dispositivo de sensor. incapaz de detectar el punto de referencia en la segunda región arqueada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Taladro quirúrgico energizado que tiene un conjunto de transductor que incluye al menos dos dispositivos de sensor de rotación para uso en la determinación de la profundidad de orificio de un agujero taladrado

Solicitud con referencia cruzada

Esta solicitud reivindica la prioridad y todas las ventajas de la Solicitud de Patente Provisional de EE. UU. n.° 62/665.024, que se presentó el 1 de mayo de 2018.

Antecedentes de la divulgación

Un tipo de herramienta quirúrgica energizada, o sistema quirúrgico energizado, utilizado en cirugía ortopédica es el taladro quirúrgico. Este tipo de herramienta incluye un alojamiento que contiene un motor. Un conjunto de acoplamiento, también parte del taladro, sostiene de forma liberable una broca al motor de manera que, al accionar el motor, la broca rota. Como implica su nombre, un taladro quirúrgico taladra agujeros en la pieza de trabajo, como tejido, contra el que se aplica la broca. Un tipo de procedimiento quirúrgico en el que es necesario taladrar un orificio es un procedimiento de trauma para reparar un hueso roto. En este tipo de procedimiento, se usa una varilla alargada, a veces llamada clavo, para sostener unidas las secciones fracturadas del hueso. Para sostener el clavo en su lugar, se introducen uno o más orificios en el hueso. Estos orificios se posicionan para alinearse con los agujeros complementarios formados en el clavo. Se inserta un tornillo en cada orificio y agujero de clavo alineados. Los tornillos sostienen el clavo en la posición adecuada en relación con el hueso.

En otro tipo de procedimiento, un implante o pieza de trabajo, conocida como placa, se asegura a las superficies exteriores de las secciones fracturadas de un hueso para sostener juntas las secciones. Los tornillos sostienen la placa a las secciones separadas del hueso. Para colocar un tornillo que sostiene una placa al hueso, primero es necesario taladrar un orificio para recibir el tornillo.

Como parte de un procedimiento utilizado para taladrar un orificio receptor de tornillo en un hueso, es deseable conocer la profundidad de extremo a extremo del orificio. Esta información permite al cirujano seleccionar el tamaño de un tornillo que se coloca en el orificio. Si el tornillo es demasiado corto, es posible que no sujete con seguridad el clavo en el que se inserta en su lugar. Si el tornillo es demasiado largo, se puede extender excesiva distancia más allá del hueso. Si el tornillo se extiende excesiva distancia más allá del hueso, el extremo expuesto del tornillo puede rozar contra el tejido circundante. Si ocurre este evento, el tejido contra el que roza el tornillo puede dañarse.

En consecuencia, una parte integral de muchos procedimientos de formación de orificios óseos es la medición de la profundidad del orificio.

Esta medida a menudo se toma con un calibre de profundidad separado del taladro. Esto requiere que el cirujano, después de retirar la broca del orificio, inserte el calibre de profundidad en el orificio. Luego, basándose en la respuesta táctil, el cirujano ajusta el calibre de manera que el extremo distal del calibre solo se extienda hasta la abertura más alejada del orificio. Una vez que se completan estos procesos, el cirujano lee el indicador para determinar la profundidad del orificio. Esta medición es desventajosa porque requiere mucho trabajo y tiempo, depende del elemento humano para confirmar la profundidad medida y puede aumentar el riesgo de infección y aumentar la exposición del paciente a la anestesia.

La presente divulgación aborda algunos de estos temas.

El documento WO 2017/040783 A1 describe un taladro para impulsar una broca en un objeto sólido tal como un hueso. El taladro incluye un rotor con un orificio que transmite el movimiento rotacional a la broca. La broca se extiende a través del orificio de rotor. Una sonda se extiende hacia delante desde el taladro para medir la profundidad de orificio. La sonda se monta de manera móvil en el taladro para extenderse dentro del orificio de rotor. A medida que el taladro y la broca avanzan, la sonda permanece estática. Como resultado del avance del taladro, el rotor se extiende sobre el extremo proximal de la sonda. Se proporciona un engranaje acoplado a la sonda y un transductor que comprende un potenciómetro se acopla a dicho engranaje.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema quirúrgico que comprende un conjunto de instrumento quirúrgico y efector final, mostrándose el conjunto de efector final que tiene una broca y un protector de punta según una configuración.

La Figura 2 es una vista en perspectiva parcialmente en despiece ordenado del sistema quirúrgico de la Figura 1, mostrándose el instrumento quirúrgico con un módulo de medición, un conjunto impulsor y un mecanismo de liberación espaciado del cuerpo de pieza de mano, y con el conjunto de efector final retirado del instrumento quirúrgico y mostrado con el protector de punta espaciado de una parte de punta de corte distal de la broca.

La Figura 3 es una vista en perspectiva parcialmente en despiece ordenado de partes del instrumento quirúrgico de las Figuras 1-2, mostrado con el conjunto impulsor y el mecanismo de liberación espaciados de un contorno en línea imaginaria del cuerpo de pieza de mano para representar un conjunto actuador.

La Figura 4 es una vista en sección isométrica parcial tomada a lo largo de la línea 4-4 de la Figura 1.

La Figura 5 es una vista en sección tomada longitudinalmente a través del instrumento quirúrgico de las Figuras 1-5, con el conjunto de efector final retirado del instrumento quirúrgico.

La Figura 6 es una vista en perspectiva parcialmente en despiece ordenado del módulo de medición de las Figuras 1 -5.

Las Figuras 7A-7C son una vista en perspectiva delantera parcialmente en despiece ordenado del engranaje y el par de potenciómetros del módulo de medición, con los potenciómetros rotados 180 grados entre sí, e ilustrando diversos posicionamientos de los brazos de barrido en correlación con una punto de referencia en el engranaje.

La Figura 8 es una vista delantera del engranaje y el par de potenciómetros del módulo de medición, con los potenciómetros rotados 90 grados entre sí, e ilustrando un posicionamiento de los brazos de barrido en relación con un punto de referencia en el engranaje.

La Figura 9 es un diagrama de flujo lógico que describe un método para determinar la profundidad de orificio en una pieza de trabajo formada por una broca unida al taladro quirúrgico de las Figuras 1 -8.

La Figura 10 es un diagrama de flujo lógico para la etapa 706 del diagrama de flujo lógico de la Figura 9.

Compendio de la divulgación

Se proporciona un taladro quirúrgico para accionar una broca. El taladro incluye un alojamiento, una sonda montada de forma móvil en dicho alojamiento y adaptada para su colocación contra una pieza de trabajo, y un conjunto de transductor. El conjunto de transductor incluye un engranaje acoplado a la sonda y configurado para rotar más de 360 grados alrededor de un eje de engranaje con el movimiento de la sonda con respecto al alojamiento. El engranaje que tiene un punto de referencia que tiene una trayectoria angular de rotación alrededor del eje del engranaje se divide en una primera región arqueada y una segunda región arqueada. Estando separada la primera región arqueada de la segunda región arqueada. También se incluye un transductor que comprende al menos dos potenciómetros, estando cada uno de los al menos dos potenciómetros acoplados al engranaje. El primero de los al menos dos potenciómetros se configura para detectar una posición rotacional del punto de referencia en la primera región arqueada y el segundo de los al menos dos potenciómetros se configura para detectar la posición rotacional del punto de referencia en al menos la segunda región arqueada, siendo incapaz el primer sensor de rotación de detectar el punto de referencia en la segunda región arqueada.

Como ejemplo no reivindicado útil para comprender la invención, también se proporciona un método para determinar la profundidad de orificio en una pieza de trabajo formada por una broca unida a un taladro, el taladro incluye un alojamiento, una sonda acoplada al alojamiento y un conjunto de transductor que incluye un engranaje acoplado a la sonda y un transductor que incluye al menos dos dispositivos sensores rotacionales acoplados al engranaje. El método incluye las etapas de determinar una primera posición rotacional del engranaje, determinar un número de rotaciones completas del engranaje en un solo sentido de rotación alrededor de un eje de engranaje desde la primera posición rotacional determinada, con cada una de las rotaciones completas correspondiente a una cantidad de movimiento predefinida de la sonda con respecto al alojamiento. El método también incluye determinar una segunda posición rotacional del engranaje, la segunda posición rotacional determinada es igual o diferente a la primera posición rotacional determinada, y determinar una cantidad de movimiento de la sonda con respecto al alojamiento desde la primera y la segunda posición rotacional determinadas y del número determinado de rotaciones completas del engranaje.

El taladro quirúrgico puede incluir un alojamiento, un conjunto de acoplamiento dispuesto dentro del alojamiento adaptado para acoplar de forma liberable la broca, una sonda montada de forma móvil en dicho alojamiento y adaptada para su colocación contra el tejido. El taladro también puede incluir un conjunto de transductor que incluye un engranaje acoplado a la sonda y configurado para rotar más de 360 grados alrededor de un eje de engranaje con el movimiento de la sonda con respecto al alojamiento, teniendo el engranaje un punto de referencia que tiene una trayectoria angular de rotación alrededor del eje de engranaje que está dividido en una primera región arqueada y una segunda región arqueada, estando separada la primera región arqueada de la segunda región arqueada. El conjunto de transductor también puede incluir un transductor que comprenda al menos dos dispositivos de sensores rotacionales, cada uno de los al menos dos sensores rotacionales fijos rotacionalmente con respecto al engranaje, con el primer sensor rotacional configurado para detectar una posición rotacional del punto de referencia en la primera región arqueada y un segundo sensor rotacional configurado para detectar la posición rotacional del punto de referencia en la segunda región arqueada. El primer sensor rotacional es incapaz de detectar el punto de referencia en la segunda región arqueada, con los al menos dos sensores rotacionales adaptados para generar independientemente una señal de salida correspondiente a la posición rotacional detectada del punto de referencia en dicha primera y segunda región arqueada respectivas. El taladro también incluye un controlador configurado para recibir cada una de las señales de salida generadas independientemente y, sobre la base de cada una de las señales de salida generadas independientemente, determinar la profundidad del orificio en el tejido formado por la broca.

Descripción detallada

Con referencia a los dibujos, donde se utilizan números similares para designar una estructura similar a lo largo de las diversas vistas, se muestra un sistema quirúrgico o un taladro quirúrgico en 60 en las Figuras 1-2 para realizar una función operativa que normalmente se asocia con procedimientos médicos y/u quirúrgicos. En la configuración representativa ilustrada en esta memoria, el sistema quirúrgico 60 se emplea para facilitar la penetración de una pieza de trabajo, tal como tejido o hueso de un paciente. Como se usa en esta memoria, a menos que se indique lo contrario, se entiende que el término pieza de trabajo se refiere alternativamente a tejido y/o hueso. Con este fin, la configuración ilustrada del sistema quirúrgico 60 comprende un instrumento quirúrgico manual 62 y un conjunto de efector final, generalmente indicado en 64. El conjunto de efector final 64, a su vez, comprende una broca 66 y también puede incluir un protector de punta 68. Como se representa mejor en la Figura 2, la broca 66 se extiende generalmente longitudinalmente a lo largo de un eje AX entre una parte de punta de corte, generalmente indicada en 70, y una parte de inserción, generalmente indicada en 72. La parte de punta de corte 70 se configura para enganchar la pieza de trabajo, y la parte de inserción 72 se configura para facilitar la unión liberable de la broca 66 al instrumento quirúrgico 62.

Para ayudar a facilitar la unión de la broca 66 al instrumento quirúrgico 62, en algunas configuraciones, el protector de punta 68 se configura para fijarse de manera liberable a la parte de punta de corte 70 de la broca 66 mientras oculta al menos una parte de la parte de punta de corte 70 de la broca 66, lo que permite que un usuario (por ejemplo, un cirujano) del sistema quirúrgico 60 manipule y coloque la broca 66 de manera segura durante la unión al instrumento quirúrgico 62. Una vez que se haya unido el conjunto de efector final 64 al instrumento quirúrgico 62, el protector de punta 68 se retira posteriormente de la parte de punta de corte 70 de la broca 66, y el sistema quirúrgico 60 puede entonces utilizarse para penetrar la pieza de trabajo.

Con referencia ahora a las Figuras 1-6, en la configuración representativa ilustrada en esta memoria, el instrumento quirúrgico 62 se realiza como un taladro de mano con un cuerpo de pieza de mano 74 en forma de empuñadura de pistola que se conecta de forma liberable a una batería 76 (el accesorio de batería no se muestra en detalle). Sin embargo, se contempla que el cuerpo de pieza de mano pueda tener cualquier forma adecuada con o sin empuñadura de pistola. Si bien el instrumento quirúrgico 62 ilustrado emplea una batería 76 que se puede unir de forma liberable al cuerpo de pieza de mano 74 para proporcionar energía al instrumento quirúrgico 62 utilizado para hacer rotar la broca 66, se apreciará que el instrumento quirúrgico 62 puede configurarse de otras formas, como con una batería interna (por ejemplo, no extraíble), o con una conexión por cable a una consola externa, fuente de alimentación y similares. Se contemplan otras configuraciones.

En la configuración ilustrada, la batería 76 u otra fuente de energía proporciona energía a un controlador 78 (representado esquemáticamente en la Figura 5) que, a su vez, se dispone en comunicación con un control de entrada 80 y un conjunto actuador 82 (véase también la Figura 3). El control de entrada 80 y el conjunto actuador 82 son soportados cada uno por el cuerpo de pieza de mano 74. El controlador 78 generalmente se configura para facilitar el funcionamiento del conjunto actuador 82 en respuesta al accionamiento del control de entrada 80. El control de entrada 80 tiene una configuración de estilo gatillo en la configuración ilustrada, responde a el accionamiento de un usuario (por ejemplo, un cirujano) y se comunica con el controlador 78, por ejemplo, a través de señales eléctricas producidas por imanes y sensores de efecto Hall. Por lo tanto, cuando el cirujano acciona el control de entrada 80 para hacer funcionar el instrumento quirúrgico 62, el controlador 78 dirige la energía de la batería 76 al conjunto actuador 82 que, a su vez, genera un par rotacional empleado para hacer rotar la broca 66, como se describe en mayor detalle a continuación. El cuerpo de pieza de mano 74, la batería 76, el controlador 78 y el control de entrada 80 podrían configurarse cada uno de varias maneras diferentes para facilitar la generación de par rotacional sin apartarse del alcance de la presente divulgación.

Como también se muestra en la Figura 3, el conjunto actuador 82 generalmente comprende un motor eléctrico 84 y un juego de engranajes 86, cada uno de los cuales se soporta dentro del cuerpo de pieza de mano 74. El motor 84 se configura para generar selectivamente un par de torsión en respuesta a órdenes, señales y similares recibidos del controlador 78. Como se muestra mejor en la Figura 5, el motor 84 comprende una cánula de rotor 88 soportada para rotar alrededor del eje AX por un par de cojinetes 90. Un engranaje impulsor 92 dispuesto adyacente al juego de engranajes 86 se acopla a la cánula del rotor 88 y rota al mismo tiempo que esta, y se emplea para transmitir el par rotacional al juego de engranajes 86. Con este fin, en la configuración ilustrada, el juego de engranajes 86 se realiza como una disposición planetaria compuesta de dos etapas y generalmente comprende un alojamiento de engranaje anular 94 que, entre otras cosas, soporta rotacionalmente un buje de salida 96 a través de un rodamiento 90, así como uno o más presillas de retención 98, arandelas 100 y/o sellos 102. Sin embargo, se contemplan otras configuraciones del juego de engranajes 86.

Más detalles del juego de engranajes 86 se describen, por ejemplo, en la solicitud de patente de EE. UU. n.° 15/887.507, presentada el 2 de febrero de 2018 y titulada "Drill Bit for Handheld Surgical Instrument" y describe en donde la rotación del engranaje impulsor 92 a través del accionamiento del motor 84 efectúa la rotación simultánea del buje de salida 96, y en donde el buje de salida 96 rota simultáneamente con la broca 66. El conjunto accionador 82 podría configurarse de otras formas sin apartarse del alcance de la presente divulgación. A modo de ejemplo no limitativo, si bien el conjunto actuador ilustrado 82 emplea una disposición planetaria compuesta para ajustar la velocidad de rotación y el par entre el engranaje impulsor 92 del motor 84 y el buje de salida 96, en algunas configuraciones podrían utilizarse otros tipos de juegos de engranajes 86. Además, mientras que el conjunto de actuador ilustrado 82 emplea un motor de corriente continua sin escobillas accionado eléctricamente para generar un par rotacional, podrían utilizarse otros tipos de motores primarios. Se contemplan otras configuraciones.

Como se ha indicado anteriormente, el par rotacional generado por el motor 84 efectúa la rotación del buje de salida 96 que, a su vez, rota al mismo tiempo que la broca 66. Con este fin, y como se muestra mejor en las Figuras 2-5, el instrumento quirúrgico 62 comprende además un conjunto impulsor 114 que generalmente se extiende a través de los diversos componentes canulados del conjunto actuador 82 hasta enganche estriado con el buje de salida 96 del juego de engranajes 86. El conjunto impulsor 114 se configura para facilitar la unión liberable entre la broca 66 y el quirúrgico instrumento 62. El conjunto impulsor 114 generalmente comprende una cánula impulsora 116, un cabezal impulsor 118 y un cuerpo impulsor 120 que se extiende entre la cánula impulsora 116 y el cabezal impulsor 118 y rota simultáneamente con ellos. El conjunto impulsor 114 se soporta para rotación alrededor del eje AX dentro del cuerpo de pieza de mano 74 a través del enganche estriado con el buje de salida 96 adyacente a la cánula impulsora 116, y a través de una disposición de cojinetes 90, anillos de salto elástico 100, y sellos 102 adyacentes al cabezal impulsor 118 (véase la Figura 6).

También se describen detalles adicionales del conjunto impulsor 114, por ejemplo, en la solicitud de patente de EE. UU. n.° 15/887.507. En la configuración ilustrada, el cabezal impulsor 118 del conjunto impulsor 114 comprende un acoplamiento, generalmente indicado en 126, que se proporciona para facilitar la transmisión del par rotacional cuando el instrumento quirúrgico 62 se utiliza en relación con otras aplicaciones además de rotar la broca 66 de la presente divulgación. Más específicamente, el conjunto impulsor ilustrado 114 se configura de tal manera que el instrumento quirúrgico 62 puede rotar, impulsar o accionar de otro modo varios tipos diferentes de instrumentos quirúrgicos, herramientas, módulos, efectores finales y similares, que pueden configurarse para acoplarse y rotar al mismo tiempo que el orificio 122 de la cánula impulsora 116 o el acoplamiento 126 del cabezal impulsor 118. Se apreciará que esta configuración permite utilizar el mismo instrumento quirúrgico 62 en un amplio número de procedimientos médicos y/o procedimientos quirúrgicos. Sin embargo, se contempla que el conjunto impulsor 114 podría configurarse de manera diferente en algunas configuraciones, como para omitir un cabezal impulsor 118 con un acoplamiento 126 en configuraciones donde el instrumento quirúrgico 62 configurado para uso dedicado con la broca 66 de la presente divulgación.

Volviendo a las Figuras 1 -3, la configuración ilustrada del instrumento quirúrgico 62 comprende además un mecanismo de liberación, o mecanismo de acoplamiento, generalmente indicado en 150, configurado para facilitar la retirada de la broca 66. El mecanismo de acoplamiento 150 generalmente comprende un subconjunto de liberación 152, un cuerpo de protección 154 y un adaptador de alojamiento 156. El cuerpo de protección 154 y el adaptador de alojamiento 156 se configuran respectivamente para asegurar el subconjunto de liberación 152 al conjunto de actuador 82 y el cuerpo de pieza de mano 74, y podrían realizarse con una serie de diferentes configuraciones o podría integrarse en otras partes del instrumento quirúrgico 62 en algunas configuraciones.

Como se ha indicado anteriormente, la broca 66 de la presente divulgación generalmente se extiende a lo largo del eje AX entre la parte de punta de corte 70 y la parte de inserción 72, y se configura para unirse de forma liberable al instrumento quirúrgico 62 descrito en esta memoria e ilustrado a lo largo de los dibujos a través del enganche entre la interfaz 124 de la broca 66 y el orificio 122 de la cánula impulsora 116 del conjunto impulsor 114. La cánula impulsora 116, a su vez, coopera con el buje de salida 96 del juego de engranajes 86 del conjunto actuador 82 para facilitar la rotación de la broca 66 alrededor del eje AX.

Con referencia ahora a la Figura 2, la broca 66 comprende un tronco, generalmente indicado en 176, que se extiende a lo largo del eje AX entre un extremo proximal 178 y un extremo distal 180. El extremo distal 180 del tronco 176 se provee de ranuras 182 que se disponen helicoidalmente alrededor del eje AX y se extienden hasta la punta de la broca 66 para promover la penetración en la pieza de trabajo, tal como el tejido (véase la Figura 2). En la configuración ilustrada, la broca 66 también se provee de una región de apoyo 184 acoplada al tronco 176 entre el extremo proximal 178 y el extremo distal 180. La región de apoyo 184 se dimensiona para ser recibida dentro y rotar en relación con la sonda de medición 134 del módulo de medición 128. Aquí, la región de apoyo 184 define esencialmente una región exterior "escalonada" del tronco 176 que proporciona soporte rotatorio a lo largo de la longitud de la broca 66, y tiene un diámetro mayor que las regiones adyacentes distal y proximal del tronco 176 en la configuración ilustrada. Sin embargo, se apreciará que la región de apoyo 184 del tronco 176 de la broca 66 podría configurarse de otras formas sin apartarse del alcance de la presente divulgación. Además, aunque se describe como una broca 66 en la presente divulgación, también se contempla que la broca 66 pueda tener características similares y configurarse como otro efector final adecuado, o efector final rotatorio, como una fresa o un escariador.

La configuración ilustrada del sistema quirúrgico 60 comprende además el módulo de medición, generalmente indicado en 128, que puede configurarse para unirse de forma liberable al instrumento quirúrgico 62 para proporcionar al cirujano la funcionalidad de medición durante el uso. Con este fin, y como se muestra mejor en las Figuras 4 y 5, el módulo de medición 128 generalmente puede comprender un alojamiento 130, un casquillo guía 132, una sonda de medición 134 (es decir, una sonda o una cánula de medición) y un conjunto de sensor, aquí un conjunto de transductor 136. El alojamiento 130 se puede unir de forma liberable al instrumento quirúrgico 62 y, en general, soportar los diversos componentes del módulo de medición 128. El alojamiento ilustrado 130 se forma como un par de componentes de alojamiento 138 que se entrelazan o se unen de otro modo, y puede configurarse para su desensamblaje para facilitar la limpieza o el mantenimiento del módulo de medición 128. Debe apreciarse que el módulo de medición también puede formarse como un componente integral del instrumento quirúrgico.

En la configuración ilustrada, los componentes del alojamiento 138 y el casquillo guía 132 comprenden características de forma correspondiente dispuestas para evitar el movimiento axial y rotatorio relativo entre ellos, como muescas formadas en el casquillo guía 132 que encajan en refuerzos o nervaduras formados en los componentes de alojamiento 138 (no mostrados en detalle). El casquillo guía 132 comprende además una ventana 142 para usar con el conjunto de transductor 136 como se describe en detalle a continuación.

La sonda de medición 134 se puede disponer dentro del casquillo de guía 132 y se soporta para el movimiento de traslación a lo largo del eje AX con respecto a la pieza de mano. Una ranura rebajada alargada 143 (representada parcialmente en la Figura 2) se forma transversalmente en la sonda de medición 134 y se extiende longitudinalmente. Si bien no se ilustra específicamente en esta memoria, la ranura rebajada alargada 143 se conforma y dispone para recibir un elemento de tope de recorrido que, a su vez, es soportado por el alojamiento 130 y se extiende igualmente a través de una abertura formada transversalmente a través del costado del casquillo guía 132; esta disposición sirve tanto para limitar cuánto se puede extender o retraer axialmente la sonda de medición 134 con respecto al casquillo de guía 132, como también evita que la sonda de medición 134 rote alrededor del eje AX. Sin embargo, se apreciará que el módulo de medición 128 podría configurarse para limitar o evitar el movimiento de la sonda de medición 134 de otras formas sin apartarse del alcance de la presente divulgación.

Como se ilustra, la sonda de medición 134 comprende además dientes de cremallera 144 que se disponen en enganche engranado con un engranaje 146 del conjunto de transductor 136. Como se muestra en la Figura 5, la ventana 142 del casquillo guía 132 se dispone adyacente al conjunto de transductor 136 para facilitar el enganche engranado entre los dientes de cremallera 144 y el engranaje 146. El engranaje 146 incluye una parte de vástago 147 que se extiende a lo largo de un eje de engranaje común CAX. El propio engranaje 146 puede rotar 360 grados o más sobre el eje de engranaje común CAX a medida que la sonda 134 se mueve a lo largo del eje AX con respecto al alojamiento 130.

El conjunto de transductor 136 responde a la rotación del engranaje 146 resultante del movimiento axial de la sonda de medición 134 para generar señales eléctricas que representan cambios en la posición de la sonda de medición 134 con respecto al alojamiento 130 a lo largo del eje AX. Por lo tanto, se apreciará que el conjunto de transductor 136 puede proporcionar al instrumento quirúrgico 62 una funcionalidad mejorada. A modo de ejemplo, en algunas configuraciones, el conjunto de transductor 136 se puede disponer en comunicación con el controlador 78, que se puede configurar para interrumpir o ajustar la forma en que se acciona el motor 84 en función del movimiento de la sonda de medición 134, como para reducir la rotación de la broca 66 a una profundidad de taladrado específica en la pieza de trabajo. El conjunto de transductor 136 también se puede disponer en comunicación con un dispositivo de salida 148, como una pantalla de exposición, uno o más diodos emisores de luz (LED) y similares, para proporcionar al cirujano información relacionada con el movimiento de la sonda de medición 134, como para mostrar una profundidad de taladrado en tiempo real, una profundidad de taladrado máxima histórica registrada, y similares. Se contemplan otras configuraciones.

El controlador 78 comprende uno o más microprocesadores para procesar instrucciones o para procesar algoritmos almacenados en la memoria para llevar a cabo las funciones descritas en esta memoria. Además o alternativamente, el controlador 78 puede comprender uno o más microcontroladores, subcontroladores, conjuntos de puertas programables en campo, sistemas en un chip, circuitos discretos y/u otro hardware, software o firmware adecuado que sea capaz de llevar a cabo las funciones descritas en esta memoria. El controlador 78 puede llevarse en el cuerpo de pieza de mano 74, como se ilustra en la Figura 5, o en cualquier otro lugar del sistema quirúrgico 60, o se puede ubicar a distancia. La memoria puede ser cualquier memoria adecuada para el almacenamiento de datos e instrucciones legibles por ordenador. Por ejemplo, la memoria puede ser una memoria local, una memoria externa o una memoria basada en la nube incorporada como memoria de acceso aleatorio (RAM), RAM no volátil (NVRAM), memoria flash o cualquier otra forma adecuada de memoria.

En ciertas realizaciones, el controlador 78 comprende un reloj interno para controlar el tiempo. En una realización, el reloj interno es un reloj de microcontrolador. El reloj de microcontrolador puede comprender un resonador de cristal; un resonador cerámico; un oscilador de resistencia, condensador (RC); o un oscilador de silicio. Se contemplan plenamente ejemplos de otros relojes internos distintos de los descritos en esta memoria. El reloj interno puede implementarse en hardware, software o ambos. En algunas realizaciones, la memoria, los microprocesadores y el reloj de microcontrolador cooperan para enviar señales y operar los diversos componentes para cumplir con los parámetros de temporización predeterminados.

En la realización descrita en esta memoria, y como se muestra mejor en las Figuras 6 a 8, el conjunto de transductor 136 incluye al menos dos dispositivos sensores de rotación, que aquí se muestran como un par de potenciómetros 500, 501, que se posicionan uno cerca del otro dentro de la parte de alojamiento 138. Para facilitar la descripción a continuación se describen un par de potenciómetros 500, 501.

Como se muestra mejor en las Figuras 7-8, cada uno de los potenciómetros 500, 501, que pueden ser iguales o diferentes, son potenciómetros rotatorios e incluyen una parte de cuerpo 502 y una parte de rotor 507 posicionada dentro de la parte de cuerpo 502. La parte de rotor 507 de cada uno de los potenciómetros 500, 501 se acopla al engranaje 146 a través de la parte de vástago 147 y, por lo tanto, puede rotar cuando el engranaje 146 rota alrededor del eje de engranaje común CAX. La parte de cuerpo 502 se acopla de forma fija a la parte de alojamiento 138 y, por lo tanto, no rota cuando rota la parte de rotor 507. La parte de cuerpo 502, en ciertas realizaciones, es integral con la parte de alojamiento 138. En particular, las partes de rotor 507 de los potenciómetros 500, 501 pueden rotar 360 grados alrededor del eje de engranaje común CAC conforme rota el engranaje 146. En otras palabras, los potenciómetros 500, 501 son del tipo que no incluyen topes (es decir, miembros de tope) que limitan la rotación de las partes de rotor 507 con respecto a las partes de cuerpo 502 a menos de 360 grados de rotación. Expresado de otra manera, las partes de rotor 507 rotan libremente con el engranaje 146.

La parte de cuerpo 502 incluye un par de partes terminales 503, 504 conectadas a un elemento resistivo 505. La primera parte terminal 503 se conecta (es decir, se conecta eléctricamente) a una fuente de alimentación, como la batería 76, y se alimenta con una primera señal de referencia (es decir, un tensión predefinido) de la fuente de alimentación. La segunda parte terminal 504 se conecta a una segunda señal de referencia. En ciertas realizaciones, la segunda señal de referencia es una tierra. Se proporciona un canal interior (no mostrado) de la parte de cuerpo 502 para que sirva como vacío para contener conductores (como un circuito flexible) que se extienden desde las respectivas partes terminales 503, 504 y 506. La parte de cuerpo 502 también incluye una tercera parte terminal 506 que se conecta (es decir, se conecta eléctricamente) al controlador 78.

La parte de rotor 507 de cada uno de los potenciómetros 500, 501 también incluye un brazo de barrido 508 que se extiende radialmente hacia fuera desde el eje de engranaje común CAX, con su extremo radialmente hacia fuera 512 configurado para conectarse (es decir, ponerse en contacto o conectarse eléctricamente) al elemento resistivo 505 o para posicionarse a lo largo del intersticio 511 dependiendo de su posición rotacional relativa del brazo de barrido 508 sobre el eje de engranaje común CAX con respecto a la parte de cuerpo 502. Otra parte del brazo de barrido 508, que se muestra aquí como extremo radialmente hacia dentro 513 que termina en un punto correspondiente al eje de engranaje común CAX, se conecta (es decir, conecta eléctricamente) a la tercera parte terminal 506. El engranaje 146 se conecta a cada una de las respectivas partes de rotor 507 por medio de la parte de vástago 147. Por lo tanto, la rotación del engranaje 146 alrededor del eje de engranaje común CAX da como resultado la rotación similar de los brazos de barrido 508 de los potenciómetros 500, 501 sobre el eje de engranaje común CAX y sobre las respectivas partes de cuerpo estáticas 502.

El elemento resistivo 505 puede tener forma arqueada, que define una longitud arqueada AL entre el par de partes terminales 503, 504, y se posiciona a lo largo de una superficie de la parte de cuerpo 502 entre las partes terminales 503, 504. Un intersticio 511 se extiende a lo largo de una parte de la parte de cuerpo 502 entre la segunda parte terminal 504 y la primera parte terminal 503 y define una longitud arqueada adicional AAL que no incluye el elemento resistivo 505.

Como se ha indicado anteriormente, la longitud del brazo de barrido 508, correspondiente al radio (r) del brazo de barrido 508 desde el extremo 513 radialmente hacia dentro hasta el extremo 512 radialmente hacia fuera, se configura de tal manera que el extremo 512 radialmente hacia fuera del brazo de barrido 508 se conecta al elemento resistivo 505 o se posiciona a lo largo del intersticio 511, y como tal, la longitud arqueada AL del elemento resistivo 502 y la longitud arqueada adicional AAL del intersticio 511 corresponden al arco definido por el extremo radialmente hacia fuera 512 del brazo de barrido 508 a medida que rota 360 grados alrededor del eje de engranaje común CAX. La longitud arqueada total de este arco, que corresponde a la suma de la longitud arqueada AL y la longitud arqueada adicional AAL, es igual a 2nr, con r definida como la longitud radial del brazo de barrido 508 desde el extremo radialmente exterior 512 hasta el centro de rotación CAX.

En ciertas realizaciones, la longitud arqueada AL del elemento resistivo 505 es menor o igual a 11ní/6 (que corresponde a menos o igual a 330 grados de los 360 grados de rotación del brazo de barrido 508 en una sola rotación del engranaje 146), mientras que la longitud arqueada correspondiente AAL correspondiente al intersticio 511 es mayor o igual a nr/6 y menor a 2nr (correspondiente al resto de los 360 grados de rotación del brazo de barrido 508 en una sola rotación del engranaje 146, es decir, mayor o igual a 30 grados y menor de 360 grados de rotación en una sola rotación del engranaje 146), con la longitud total igual a 2nr como se ha indicado anteriormente.

Cuando el brazo de barrido 508 de uno o ambos potenciómetros 500, 501 se posiciona de manera que esté en contacto con el elemento resistivo 505, se genera una señal de salida desde el brazo de barrido 508 que se envía al controlador 78, con la señal de salida correspondiente al posicionamiento relativo del brazo de barrido 508 a lo largo de la longitud arqueada AL del elemento resistivo 505 y escalada con respecto a la primera señal de referencia recibida por el elemento resistivo desde la primera parte terminal 503. La escala de la primera señal de referencia recibida por el controlador 78 a través del brazo de barrido 508 y la tercera parte de terminal 506, como apreciará un experto en la materia, es más fuerte cuando el brazo de barrido 508 se posiciona más cerca de la primera parte de terminal 103 y es progresivamente más débil a medida que se rota el brazo de barrido 508 a una posición más cercana a la segunda parte terminal 504. Por el contrario, cuando el brazo de barrido 508 de uno de los potenciómetros 500, 501 se posiciona dentro del intersticio 511, se genera una señal interrumpida o ninguna señal desde el brazo de barrido 508 que se envía al controlador 78 (conocida como la posición flotante, que corresponde a una impedancia óhmica alta). La señal o señales de salida generadas recibidas por el controlador 78, o las señales interrumpidas, son interpretadas por el controlador 78 a través de sus algoritmos almacenados para determinar el posicionamiento relativo de la sonda 100 con respecto al alojamiento 130, y así usar la información para determinar la profundidad relativa del orificio en la pieza de trabajo, como tejido o hueso, formado por la broca, como se explicará más adelante.

Como también se ilustra en las Figuras 6-8, los potenciómetros 500, 501 se apilan adyacentes entre sí en la dirección z de tal manera que el brazo de barrido 508 de al menos uno del par de potenciómetros 500, 501 permanece en contacto con su respectivo elemento resistivo 505 en todo momento, independientemente del posicionamiento rotatorio relativo de los brazos de barrido 508 del par de potenciómetros 500, 501. En consecuencia, en todo momento, al menos una señal de salida generada a través del brazo de barrido 508 en contacto con el elemento resistivo 505 es recibido por el controlador 78 que puede usarse para determinar la profundidad relativa del orificio en la pieza de trabajo formada por la broca, como se explicará más adelante.

Para lograr esto, la parte de cuerpo 502 de uno de los potenciómetros 500 rota alrededor del eje de engranaje común CAX con respecto a la parte de cuerpo 502 del otro de los potenciómetros 501 de manera que el elemento resistivo 505 del segundo potenciómetro 501 se alinea a lo largo de al menos la totalidad del intersticio 511 del primer potenciómetro 500, cuando se ve en la dirección z, como en las Figuras 7 y 8. Esta alineación rotacional desplazada de los elementos resistivos 505 puede confirmarse comparando sus alineaciones relativas de los resistivos elementos 505, en la dirección z como se muestra en las Figuras 7 y 8 con un punto de referencia 146a asignado en la circunferencia del engranaje 146 a medida que rota 360 grados alrededor del eje de engranaje común CAX.

La rotación de la parte de cuerpo 502 del segundo potenciómetro 501 alrededor del eje de engranaje común CAX con respecto a la parte de cuerpo de la parte de cuerpo 502 del primer potenciómetro 500, como se ilustra en las Figuras 7 y 8, puede definirse en términos del número de grados de rotación en relación con un sistema de coordenadas cartesianas. En consecuencia, en la Figura 7A-7C, el eje x en un sistema de coordenadas cartesianas se ilustra como derecha e izquierda, el eje y en un sistema de coordenadas cartesianas se ilustra como arriba y abajo, y el eje z se puede definir como adentro y afuera de la página. La posición superior puede designarse a 0 grados, la posición inferior a 180 grados y las posiciones derecha e izquierda a 90 y 270 grados, respectivamente. A modo de ejemplo, la rotación de la parte de cuerpo 502 del primer potenciómetro 500 ciento ochenta grados alrededor del eje de engranaje común CAX con respecto al segundo potenciómetro 501 (o viceversa) y la fijación de la parte de cuerpo 502 en esa configuración, tal como que se muestra en las Figuras 7A-7C, da como resultado que las partes terminales 503, 504, 506 de los respectivos potenciómetros 500, 501 se coloquen con un desplazamiento de rotación de 180 grados entre sí (como se muestra en las Figuras 7A-7C, las partes terminales 503, 504, 506 del potenciómetro 500 se posicionan a 180 grados mientras que las partes terminales 503, 504, 506 del potenciómetro 501 se posicionan a 0 grados). A modo de segundo ejemplo, como se muestra en la Figura 8, al rotar el primer potenciómetro 500 noventa grados en sentido contrario a las agujas del reloj con respecto al segundo potenciómetro 501 alrededor del eje de engranaje común CAX, y al fijar las partes de cuerpo 502 en esa configuración, se obtienen las partes terminales 503, 504, 506 de los respectivos potenciómetros estando posicionados 90 grados rotacionalmente desplazados entre sí (como se muestra en la Figura 8, las partes terminales 503, 504, 506 del potenciómetro 500 se posicionan a 0 grados mientras que las partes terminales 503, 504, 506 del potenciómetro 501 se posicionan a 90 grados). Debe apreciarse que también se contemplan otros desplazamientos rotacionales de los potenciómetros 500, 501 entre sí sobre el eje de engranaje común CAX, siempre que el desplazamiento sea suficiente para asegurar que al menos un brazo de barrido 508 de al menos uno de los potenciómetros 500, 501 está en contacto con su elemento resistivo 505. En ciertas realizaciones, el intersticio 511 entre las partes terminales 503, 504 corresponde a aproximadamente 30 grados de desplazamiento rotacional y, en consecuencia, los desplazamientos rotacionales pueden estar entre 30 y 330 grados relativos. entre sí, como 45 grados, 60 grados, 75 grados, 105 grados, 120 grados, 150 grados, 210 grados, 270 grados, etc.

Para realizar la comparación del desplazamiento rotacional de los respectivos elementos 505 del par de potenciómetros 500, 501, el punto de referencia 146a se asigna a una posición relativa en el engranaje 146. Para facilitar la descripción e ilustración, como se proporciona en las Figuras 7A, el punto de referencia 146a ha sido asignado a una posición en el engranaje 146 correspondiente a la intersección del elemento resistivo 505 y la primera parte terminal 503 en el primer potenciómetro 500 cuando se ve desde la dirección z. El engranaje 146, con fines ilustrativos y descriptivos, se puede subdividir en una primera región arqueada 146b y una segunda región arqueada 146c, que juntas suman 360 grados de rotación (es decir, una revolución completa del engranaje 146). La primera región arqueada 146b corresponde a la longitud arqueada AL del elemento resistivo 505 del primer potenciómetro 500 cuando se ve en la dirección z, mientras que la segunda región arqueada 146c corresponde a la longitud arqueada adicional AAL asociada con el intersticio 511 del primer potenciómetro cuando se ve en la dirección z. Las regiones arqueadas primera y segunda 146b, 146c, que son regiones de referencia estáticas, no rotan cuando el engranaje 146 y el punto de referencia 146a rotan alrededor del eje común CAX, pero mantienen una coordinación fija con la longitud arqueada estática AL del elemento resistivo 505 y longitud arqueada adicional AAL del intersticio 511 del primer potenciómetro 500.

A medida que el engranaje 146 rota alrededor del eje de engranaje común CAX en un primer sentido de rotación, el punto de referencia 146a rota correspondientemente a lo largo de una trayectoria angular de rotación AR (es decir, una trayectoria de rotación arqueada) alrededor del eje de engranaje común CAX a través de la primera región arqueada. 146b y la segunda región arqueada 146c por cada revolución completa del engranaje 146. Como tal, dependiendo de la cantidad relativa de rotación del engranaje 146 en el primer sentido de rotación, el punto de referencia 146a se posiciona en la primera región arqueada 146b o la segunda región arqueada 146c en todo momento cuando el engranaje 146 rota 360 grados alrededor del eje de engranaje común CAX en la primera dirección rotacional.

Con referencia primero a la Figura 7A, el engranaje 146 se posiciona de tal manera que el brazo de barrido 508 del primer potenciómetro 500 se posiciona en la intersección del elemento resistivo 505 y la parte terminal 503. Al mismo tiempo, el brazo de barrido 508 del segundo potenciómetro 501 se posiciona en el elemento resistivo 505 en un punto entre la primera y la segunda parte terminal 503, 504. En esta posición, el punto de referencia 146a está en la primera región arqueada 146b del engranaje 146, y ambos brazos de barrido 508 generan señales de salida al controlador 78 a través de la tercera parte terminal 506 en virtud de su conexión eléctrica al respectivo elemento resistivo 505, pero en donde la escala de las respectivas señales de salida es diferente (suponiendo que la primera señal de referencia proporcionada a través de la primera parte terminal 503 de cada potenciómetro 500, 501 es el misma) debido al posicionamiento de los brazos de barrido respectivos 508 con respecto a sus partes terminales primera y segunda 503, 504.

En la Figura 7B, el engranaje 146 ha rotado de tal manera que el posicionamiento del brazo de barrido 508 del primer potenciómetro 500 se ubica en la intersección del elemento resistivo 505 y la segunda parte terminal 504 y de tal manera que el posicionamiento del brazo de barrido 508 del segundo potenciómetro está más cerca de la primera parte terminal 503 que en la Figura 7A. En esta posición, el punto de referencia 146a todavía está en la primera región arqueada 146b del engranaje 146 (pero en una posición relativa diferente a la de la Figura 7A), y ambos brazos de barrido 508 generan señales de salida al controlador 78 a través de la tercera parte terminal 506 en virtud de su conexión eléctrica al elemento resistivo respectivo, pero en donde la escala de las señales de salida respectivas es diferente de las escalas respectivas en la Figura 7A.

En la Figura 7C, el engranaje 146 ha rotado de manera que el posicionamiento del brazo de barrido 508 del primer potenciómetro 500 se encuentra dentro del intersticio 511 y de manera que la posición del brazo de barrido 508 del segundo potenciómetro 501 está a lo largo del elemento resistivo 505 en una posición más cercana de la mitad entre las partes terminales primera y segunda 503, 504. En esta posición, el punto de referencia 146a está en la segunda región arqueada 146c del engranaje 146, y solo el brazo de barrido 508 del segundo potenciómetro 501 genera una señal de salida al controlador 78 a través de la tercera parte de terminal 506, pero en donde la escala de la señal de salida respectiva es diferente de las escalas respectivas en las Figuras 7A y 7B. Además, la señal de salida del primer potenciómetro 500 se interrumpe porque no hay contacto eléctrico entre el brazo de barrido 508 y el elemento resistivo 505, lo que da como resultado una condición flotante abierta que genera una impedancia alta (megaohmios). Como tal, el controlador 78 recibe solo una señal de salida del segundo potenciómetro 501 (y recibe una señal interrumpida, o no recibe ninguna señal, del primer potenciómetro 500).

Aunque no se ilustra, cuando el engranaje 146 rota de manera que el brazo de barrido 508 del segundo potenciómetro 501 está dentro del intersticio 511 (es decir, entre las partes terminales 503, 504 a lo largo de la parte superior de las Figuras 7A-7C, el brazo de barrido 508 del primer potenciómetro 500 se ubica aproximadamente a mitad de camino entre las partes terminales primera y segunda 503, 504 a lo largo del elemento resistivo 505, y el punto de referencia 146a se posiciona en la primera región arqueada 146b. Aquí, la señal de salida del segundo potenciómetro 501 se interrumpe, porque no hay contacto eléctrico entre el brazo de barrido 508 y el elemento resistivo 505. Como tal, el controlador 78 recibe solo una señal de salida del primer potenciómetro 500 de aproximadamente la mitad de la primera señal de referencia proporcionada a través de la primera parte terminal 503 (y recibe una señal interrumpida, o ninguna señal, del segundo potenciómetro 501).

Como ilustran las Figuras 7A-7C, en todas y cada una de las posiciones del punto de referencia potencial 146a a medida que el engranaje 146 rota 360 grados, al menos uno de los brazos de barrido 508 de los respectivos potenciómetros 500, 501 se conecta eléctricamente a su respectivo elemento resistivo 505. En consecuencia, en todas y cada una de las posiciones del punto de referencia, se genera una señal de salida respectiva y se envía al controlador 78 que puede utilizarse para determinar la profundidad relativa del orificio en la pieza de trabajo formada por la broca, como se describirá más adelante.

Aún más, las Figuras 7A-7C confirman que cuando el punto de referencia 146a está en la primera región arqueada 146b, independientemente de su posición relativa dentro de la primera región arqueada 146b, el brazo de barrido 508 del primer potenciómetro 500 está en contacto eléctrico con su respectivo elemento resistivo 505. Además, las Figuras 7A-7C confirman que cuando el punto de referencia 146a está en la segunda región arqueada 146c, independientemente de su posición relativa dentro de la segunda región arqueada 146c, el brazo de barrido 508 del segundo potenciómetro 501 está en contacto eléctrico con su respectivo elemento resistivo 505. En otras palabras, en la configuración de las Figuras 7A-7C, al menos un brazo de barrido 508 del respectivo par de potenciómetros 500, 501 está siempre en contacto con su respectivo elemento resistivo 505, independientemente del posicionamiento del punto de referencia 146a en las regiones arqueadas primera o segunda 146b, 146c.

En la Figura 8, la parte de cuerpo 502 del segundo potenciómetro 501 rota 90 grados con respecto a la parte de cuerpo 502 del primer potenciómetro 500 (en oposición a los 180 grados de las Figuras 7A-7C). Similar a la disposición de las Figuras 7A-7C, la cantidad de rotación del segundo potenciómetro 501 en relación con el primer potenciómetro 500 es suficiente para garantizar que el intersticio 511 del segundo potenciómetro 501 no se alinea con el intersticio 511 del primer potenciómetro 500.

En consecuencia, como se ilustra en las realizaciones de esta memoria, para lograr este efecto de apilamiento con los elementos resistivos 505 desplazados rotacionalmente, los potenciómetros 500, 501 se acoplan al eje del engranaje 147 de tal manera que sus partes de cuerpo 502 se acoplan a la parte de alojamiento 138 desplazados rotacionalmente lo suficiente como para asegurar que el intersticio 511 del segundo potenciómetro 501 no se alinea con el intersticio 511 del primer potenciómetro 500. En otras palabras, si la longitud arqueada AL del elemento resistivo 505 de cada uno de los potenciómetros primero y segundo 500, 501 es 11nr/6 (y por lo tanto el intersticio 511 es m/6), el posicionamiento rotado de la parte de cuerpo 502 del segundo potenciómetro 501 entre 30 y 330 grados (que se correlaciona con entre nr/6 y 11nr/6) alrededor del eje de engranaje común CAX asegura que los intersticios 511 de los potenciómetros primero y segundo 500, 501 no se superpongan cuando se miran desde la dirección z.

Dicho de otra manera, mientras que las Figuras 7 y 8 ilustran las partes de cuerpo 502 del par de potenciómetros 500, 501, rotadas a 180 y 90 grados desplazadas entre sí, se contemplan otras compensaciones rotacionales de los potenciómetros 500, 501. Específicamente, las partes de cuerpo 502 del par de potenciómetros 500, 501 se pueden desplazar de 30 a 330 grados alrededor del eje de engranaje común CAX, y fijar las partes de cuerpo 502 en esa configuración, lo que asegura que al menos uno de los brazos de barrido 508 (que rotan en coordinación entre sí) está en contacto con su respectivo elemento resistivo 505 en todas las posiciones relativas del punto de referencia 146a del engranaje 146. En otras palabras, mediante el uso de dos potenciómetros emparejados 500, 501 como se describe anteriormente, representados en dos realizaciones de las Figuras 7 y 8, al menos uno del par de potenciómetros 500, 501 estará en la condición no flotante en todo momento, independientemente del posicionamiento rotacional de los brazos de barrido 508 de los potenciómetros 500, 501, y por lo tanto es capaz de proporcionar una lectura válida que puede ser utilizada por el controlador 78 para determinar la profundidad de orificio como se puede determinar de acuerdo con el método descrito a continuación. Por supuesto, también es posible utilizar tres o más potenciómetros de esta manera.

Haciendo referencia a continuación a las Figuras 9 y 10, también se proporciona un método para determinar una profundidad de orificio en una pieza de trabajo formada por una broca 66 en el taladro 60 como se describe anteriormente. En general, como se ilustra en la Figura 9, la lógica 700 para determinar la profundidad de orificio incluye tres etapas básicas. Primero, en la etapa 702, se posiciona el taladro 60 contra la pieza de trabajo. En particular, el taladro 60 se posiciona de manera que la parte de punta de corte 70 en el extremo distal 180 de la broca 66 se posicionan contra la pieza de trabajo. A continuación, en la etapa 704, se acciona el taladro 60 para hacer avanzar la parte de punta de corte 70 de la broca 66 en la pieza de trabajo para formar un orificio, o agujero, que tiene una profundidad de orificio. Como parte de la etapa 704, el controlador 78 dirige la fuente de energía para enviar una primera señal de referencia (típicamente en forma de tensión de referencia), a través de la primera parte terminal 503 a cada uno de los respectivos elementos resistivos 505 de los potenciómetros 500, 501. Finalmente, en la etapa 706, la profundidad de orificio se determina a través del controlador 78 determinando la cantidad total de movimiento de la sonda con respecto al alojamiento durante la etapa 704. La etapa 706 se puede determinar después de completar el taladrado del agujero, mediante el taladro 60, o puede determinarse en cualquier momento mientras se taladra el agujero, determinándose y actualizándose continuamente la profundidad instantánea de orificio.

En la Figura 10, los detalles de la lógica de la etapa 706 se describen con mayor detalle. En primer lugar, en la etapa 708, el controlador 78 determina la posición rotacional inicial, o primera, del punto de referencia 146a del engranaje 146, en ciertos casos, antes de dicha etapa de accionamiento del taladro 60. En particular, la posición rotacional inicial del punto de referencia 146a del engranaje 146 se puede determinar sobre la base del posicionamiento respectivo de los al menos dos brazos de barrido 508 cuando el taladro 60 se posiciona contra la pieza de trabajo en la etapa 702 antes del accionamiento del taladro 60 en la etapa 704. En esta posición, se genera(n) una(s) señal(es) respectiva(s) inicial(es) desde al menos uno de los al menos dos brazos de barrido 508, con cada señal escalada a su posicionamiento respectivo en el elemento resistivo 505 en función de la respectiva primera señal de referencia proporcionada. El controlador 78 recibe la(s) señal(es) inicial(es) respectiva(s) y determina la posición inicial respectiva del punto de referencia 146a del engranaje 146 sobre la base de la(s) señal(es) inicial(es) recibida(s). Para ayudar a determinar la posición inicial respectiva del punto de referencia, la memoria del controlador 78 incluye información almacenada sobre el tamaño del engranaje 146 e incluye un algoritmo prealmacenado que puede interpretar la escala de las señales de entrada iniciales recibidas. e identificar el posicionamiento relativo del punto de referencia 146a del engranaje 146 correspondiente a la escala de la(s) señal(es) de entrada inicial(es) recibida(s).

En la etapa 710, el controlador 78 determina un número de rotaciones completas del engranaje 146 en un solo sentido de rotación alrededor del eje de engranaje común CAX con al menos dos potenciómetros 500, 501 durante o después de dicha etapa de accionar el taladro.

Más específicamente, el controlador 78 determina una serie de señales interrumpidas distintas generadas desde el brazo de barrido 508 de uno o ambos potenciómetros 500, 501 durante la etapa 710. Cada señal interrumpida se produce cuando el engranaje 146 rota en la sentido de rotación única, de manera que el punto de referencia 146a del engranaje 146 esté dentro de la segunda región arqueada 146c de modo que el brazo de barrido 508 del designado o ambos potenciómetros 500, 501 (típicamente el primer potenciómetro 500) esté dentro del intersticio 511. El final de una señal interrumpida se produce cuando el engranaje 146 sigue rotando en el sentido de rotación único, de modo que el brazo de barrido 508 inicia el contacto con el elemento resistivo 505 en la ubicación correspondiente a la primera parte terminal 503, o la segunda parte terminal 504, dependiendo de en qué sentido rota el brazo de barrido 508 alrededor del eje de engranaje común CAX.

En la etapa 712, el controlador 78 determina una posición rotacional final, o segunda, del punto de referencia 146a del engranaje 146 después de la etapa 704 o en cualquier punto durante la etapa 704. En particular, la posición rotacional final del punto de referencia 146a del engranaje 146 se puede determinar sobre la base del posicionamiento respectivo de los al menos dos brazos de barrido 508 después de que finaliza el accionamiento del taladro. En esta posición, se genera una segunda señal respectiva final desde al menos uno de los al menos dos brazos de barrido 508, con cada señal escalada a su posicionamiento respectivo en el elemento resistivo 505 en función de la primera señal de referencia proporcionada respectiva. El controlador 78 recibe la(s) segunda(s) señal(es) respectiva(s) final(es) y utiliza el algoritmo almacenado en la memoria del controlador 78 para determinar la posición respectiva final del punto de referencia 146a del engranaje 146 sobre la base de la segunda(s) señal(es) respectiva(s) final(es) recibida(s).

En la etapa 714, el controlador 78 determina un cambio en la posición rotacional del punto de referencia 146a del engranaje 146 entre dicha primera posición rotacional inicial determinada de la etapa 710 y dicha segunda posición rotacional final determinada de la etapa 712. Más específicamente, el controlador 78 compara la(s) primera(s) señal(es) respectiva(s) inicial(es) recibida(s) y la(s) segunda(s) señal(es) respectiva(s) final(es) recibida(s) y calcula el cambio de posicionamiento basándose en las señales comparadas utilizando un algoritmo almacenado en la memoria del controlador 78.

Finalmente, en la etapa 716, el controlador 78 determina la profundidad del orificio a partir del número determinado de rotaciones completas del engranaje 146 que ocurren durante la etapa 712 y del cambio determinado en la posición rotacional del punto de referencia 146a del engranaje 146 en la etapa 714. Más específicamente, el controlador 78 utiliza un algoritmo almacenado en su memoria que calcula la cantidad relativa de movimiento de la sonda 100 con respecto al alojamiento 130 sobre la base del número determinado de señales interrumpidas y al cambio determinado en la posición rotacional del punto de referencia 146a del engranaje 146 y además calcula la profundidad del orificio sobre la base de la cantidad relativa determinada de movimiento. Como parte de la etapa 716, el controlador 78 puede enviar una señal de salida a la pantalla 148, que proporciona una lectura en la pantalla correspondiente a la profundidad de orificio que es visible para el operador del taladro 60.

En cada una de las etapas para la lógica 700 de la Figura 10, el controlador 78 puede configurarse para determinar el segundo posicionamiento inicial, primero y final del punto de referencia 146a del engranaje 146 sobre la base de cualquier señal inicial respectiva recibida, y cualquier señal recibida respectiva final, o sobre la base de ambas señales respectivas iniciales recibidas o ambas señales recibidas respectivas finales (es decir, sobre la base de las señales respectivas iniciales recibidas combinadas o las señales respectivas finales recibidas combinadas, cuando ambos brazos de barrido 508 están en contacto con los respectivos elementos resistivos 505 correspondientes a la respectiva posición inicial y final del punto de referencia 146a), para determinar el posicionamiento inicial y final del punto de referencia 146a del engranaje 146.

En aún otras realizaciones, el controlador 78 se configura para procesar continuamente las señales generadas a partir de la recepción de cada uno de los potenciómetros 500, 501 durante la etapa 710 para determinar continuamente el posicionamiento respectivo del punto de referencia 146a del engranaje 146. En este sentido, el controlador 78 puede utilizar la señal recibida de uno de los potenciómetros 500 o 501 como señal principal para determinar continuamente el posicionamiento relativo del punto de referencia 146a del engranaje 146, y solo utilizar la señal recibida del segundo de los potenciómetros 500 o 501 cuando la señal primaria está en estado interrumpido (es decir, cuando el brazo de barrido 508 del designado de los potenciómetros 500 o 511 se posiciona dentro del intersticio 511).

Aún más, el controlador 78 puede configurarse para determinar el número de revoluciones completas del engranaje 146 sobre la base del número de señales interrumpidas de uno respectivo de los potenciómetros 500 o 501, o sobre la base del número de señales interrumpidas de ambos potenciómetros 500, 501.

En realizaciones adicionales, en lugar de tener un par de potenciómetros 500, 501 apilados en la dirección z como se ilustra en las Figuras 7 y 8, los potenciómetros 500, 501 podrían posicionarse uno al lado del otro en la dirección x. Por ejemplo, se podría engranar un engranaje adicional (no mostrado) con el engranaje 146. Entonces se podría acoplar un vástago de engranaje del engranaje adicional a la parte de rotor 307 del segundo potenciómetro 501. La rotación del engranaje 146, a su vez, rotaría el engranaje adicional y ambos brazos de barrido 508 de los potenciómetros primero y segundo 500, 501 rotarían como se ha descrito anteriormente. De manera similar a las realizaciones de las Figuras 7 y 8 anteriores, al posicionar la parte de cuerpo 502 del segundo potenciómetro 501 de manera que al menos uno de los brazos de barrido 508 esté siempre en contacto con su respectivo elemento resistivo 505.

El sistema quirúrgico 60 descrito en esta memoria proporciona un método para medir con precisión la profundidad de orificio en una pieza de trabajo formada por la broca 66 del taladro mientras que también aborda las deficiencias con taladros quirúrgicos que utilizan un solo potenciómetro. Específicamente, utilizando al menos dos potenciómetros que se configuran de manera que al menos uno de los brazos de barrido esté en contacto con su respectivo elemento resistivo independientemente del posicionamiento del punto de referencia del engranaje, se puede evitar la condición flotante. Aún más, la inclusión del al menos un potenciómetro adicional hace que sea innecesario aumentar el diámetro del tamaño del engranaje para asegurar que el engranaje y el potenciómetro de una sola vuelta acoplado no giren de manera que el brazo de barrido quede posicionado dentro del intersticio. Esto supera las deficiencias adicionales de los taladros quirúrgicos que tienen un solo potenciómetro en términos de volumen indeseable del taladro y obstrucción potencial del campo de visión del cirujano durante la operación de taladrado.

Debe apreciarse que el sistema descrito en el presente documento se puede utilizar para aplicaciones no quirúrgicas, como el taladrado a través de piezas de trabajo que no sean tejido, como madera, metal o plástico. Además, debe apreciarse que el sistema puede usarse junto con efectores finales distintos de las brocas.

En la descripción anterior se han discutido varias configuraciones. Sin embargo, las configuraciones discutidas en esta memoria no pretenden ser exhaustivas ni limitar la divulgación a ninguna forma particular. Se contemplan específicamente otras configuraciones. Por ejemplo, mientras que en esta memoria se describe el uso de al menos dos potenciómetros en el conjunto de transductor, en el que el primero de los potenciómetros es incapaz de detectar un punto de referencia en la segunda región arqueada del engranaje se describe anteriormente, pero en donde el segundo potenciómetro detecta el punto de referencia en la segunda región arqueada, se contemplan potenciómetros adicionales, y no un solo par de potenciómetros, pueden utilizarse de modo que al menos un potenciómetro sea capaz de detectar una posición rotacional del punto de referencia del engranaje en todas las posiciones dentro de las regiones arqueadas primera y segunda. Además, mientras que los potenciómetros o dispositivos sensores rotacionales descritos anteriormente son típicamente del mismo diseño, se pueden utilizar potenciómetros o dispositivos sensores rotacionales de diferentes tipos o tamaños. Aún más, pueden utilizarse otros tipos de dispositivos sensores ubicados en el taladro quirúrgico, tales como sensores Hall o similares, junto con los sensores rotacionales descritos en el presente documento que podrían proporcionar una mayor precisión para la medición. Aún más, se contempla que los engranajes separados podrían acoplarse independientemente a la sonda, con cada uno de los engranajes separados acoplados a uno o más de un potenciómetro, y configurados para asegurar una medición precisa de la profundidad de orificio y cada posición posible de la sonda con respecto al alojamiento de acuerdo con la configuración de los dispositivos sensores rotacionales como se describe anteriormente. Aún más, aunque las configuraciones para los conjuntos de transductores descritos anteriormente se ilustran específicamente con respecto a un módulo de medición extraíble, se contempla que el conjunto de transductor que incluye el engranaje y el dispositivo sensor pueda incluirse en una parte no extraíble del taladro quirúrgico.

La terminología que se ha utilizado pretende ser de naturaleza descriptiva más que limitativa. A la luz de las enseñanzas anteriores son posibles muchas modificaciones y variaciones y la divulgación puede practicarse de otra forma que no sea la descrita específicamente.

Se apreciará además que los términos "incluir", "incluye" e "incluyendo" tienen el mismo significado que los términos "comprender", "comprende" y "que comprende". Además, se apreciará que términos tales como "primero", "segundo", "tercero" y similares se usan en esta memoria para diferenciar ciertas características y componentes estructurales con fines ilustrativos no limitativos de claridad y consistencia.

Se pretende que la divulgación se defina en la reivindicación independiente, con características específicas establecidas en las reivindicaciones dependientes.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un taladro quirúrgico (60) para accionar una broca (66), incluyendo el taladro quirúrgico (60):

un alojamiento (130);

una sonda (134) montada de forma móvil en dicho alojamiento y adaptada para su colocación contra una pieza de trabajo; y

un conjunto de transductor (136) que incluye:

un engranaje (146) acoplado a dicha sonda y configurado para rotar más de 360 grados alrededor de un eje de engranaje con el movimiento de dicha sonda con respecto a dicho alojamiento, teniendo dicho engranaje un punto de referencia (146a) que tiene una trayectoria angular de rotación alrededor de dicho eje de engranaje que se divide en una primera región arqueada (146b) y una segunda región arqueada (146c), estando separada dicha primera región arqueada de dicha segunda región arqueada; y

un transductor que comprende al menos dos potenciómetros (500, 501), cada uno de dichos al menos dos potenciómetros acoplados a dicho engranaje,

un primero de dichos al menos dos potenciómetros configurados para detectar una posición rotacional de dicho punto de referencia en dicha primera región arqueada y un segundo de dichos al menos dos potenciómetros configurados para detectar dicha posición rotacional de dicho punto de referencia en al menos dicha segunda región arqueada, dicho primer potenciómetro es incapaz de detectar dicho punto de referencia en la segunda región arqueada.

2. El taladro quirúrgico (60) de la reivindicación 1, en donde dichos al menos dos potenciómetros (500, 501) se adaptan para generar de forma independiente una señal de salida correspondiente a dicha posición rotacional detectada de dicho punto de referencia (146a) en dicha respectiva primera y segunda región arqueada (146c).

3. El taladro quirúrgico (60) de la reivindicación 2, que comprende además un controlador acoplado a cada uno de dichos potenciómetros (500, 501) y configurado para recibir cada una de dichas señales de salida generadas de forma independiente y, sobre la base de cada una de dichas señales de salida generadas de forma independiente, determinar una cantidad de movimiento de dicha sonda con respecto a dicho alojamiento (130).

4. El taladro quirúrgico (60) de la reivindicación 3, que comprende además una pantalla, en donde dicho controlador se configura para generar una señal de profundidad de orificio que es recibida por dicha pantalla correspondiente a dicha profundidad determinada del taladrado, presentándose dicha señal de profundidad de taladrado en dicha pantalla para ser vista por un usuario.

5. El taladro quirúrgico (60) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada uno de dichos al menos dos potenciómetros (500, 501) comprende:

una parte de cuerpo que tiene un par de partes terminales conectadas eléctricamente a un elemento resistivo, con una de dicho par de partes terminales configurada para recibir una primera señal de referencia y otra de dicho par de partes terminales conectada a una segunda señal de referencia, dicho elemento resistivo tiene una forma arqueada que define una longitud arqueada entre dicho par de partes terminales, dicho par de partes terminales separadas por un intersticio que define una longitud arqueada adicional, y

una parte de rotor acoplada dentro de dicha parte de cuerpo y acoplada a dicho engranaje (146), dicha parte de rotor incluye un brazo de barrido conectado eléctricamente a una tercera parte terminal de dicha parte de cuerpo, en donde la rotación de dicho engranaje alrededor de dicho eje de engranaje en dicho sentido de rotación hace que cada uno de dichos brazos de barrido rote alrededor de dicho eje de engranaje en dicho sentido de rotación,

en donde el posicionamiento de uno respectivo de dichos brazos de barrido de dichos al menos dos potenciómetros (500, 501) a lo largo de dicha longitud arqueada de dicho elemento resistivo respectivo genera una señal de salida respectiva en dicha tercera parte terminal, con dicha señal de salida respectiva correspondiente a su posicionamiento relativo a lo largo de dicha longitud arqueada de dicho elemento resistivo respectivo y escalado con respecto a dicha primera señal de referencia recibida,

en donde el posicionamiento de uno respectivo de dichos brazos de barrido de dichos al menos dos potenciómetros dentro de dicho intersticio genera una señal interrumpida, y

en donde al menos uno de dichos brazos de barrido de dichos al menos dos potenciómetros se posiciona para conectarse a su respectivo elemento resistivo a lo largo de dicha longitud arqueada correspondiente a cada una de dichas posibles posiciones rotacionales de dicho punto de referencia (146a) de dicho engranaje conforme dicho engranaje rota 360 grados alrededor de dicho eje de engranaje.

6. El taladro quirúrgico (60) de la reivindicación 5, que comprende además un controlador acoplado a cada uno de dichos potenciómetros (500, 501) y configurado para recibir cada una de dichas señales de salida generadas de forma independiente y, sobre la base de cada una de dichas señales de salida generadas de forma independiente, determinar la profundidad del orificio en el tejido formado por la broca (66).

7. El taladro quirúrgico (60) de cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, en donde dicha longitud arqueada de dicho elemento resistivo en dicha parte de cuerpo de cada uno de dichos potenciómetros (500, 501) es menor o igual a 11 nr/6, donde r es la longitud radial de cada respectivo de dichos al menos dos brazos de barrido.

8. El taladro quirúrgico (60) de cualquiera de las reivindicaciones 5, 6 y 7, en donde dicha parte de cuerpo de uno de dichos al menos dos potenciómetros (500, 501) rota alrededor de dicho eje de engranaje desde más de 0 grados hasta menos de 360 grados. grados relativos a dicha parte de cuerpo de otro de dichos al menos dos potenciómetros; y/o

en donde dicha parte de cuerpo de uno de dichos al menos dos potenciómetros (500, 501) rota alrededor de dicho eje de engranaje de 30 a 330 grados con respecto a dicha parte de cuerpo de otro de dichos al menos dos potenciómetros; y/o

en donde dicha parte de cuerpo de uno de dichos al menos dos potenciómetros (500, 501) rota alrededor de dicho eje de engranaje 180 grados con respecto a dicha parte de cuerpo de otro de dichos al menos dos potenciómetros.

9. El taladro quirúrgico (60) de cualquiera de las reivindicaciones 5, 6, 7 y 8, en donde al menos dos de dichos al menos dos brazos de barrido se posicionan para conectarse eléctricamente con su respectivo elemento resistivo, al menos uno de dichas posiciones rotacionales de dicho punto de referencia (146a) de dicho engranaje (146).

10. El taladro quirúrgico (60) de la reivindicación 6, en donde al menos dos de dichos al menos dos brazos de barrido se posicionan para conectarse eléctricamente con su respectivo elemento resistivo al menos una de dichas posiciones rotacionales de dicho punto de referencia (146a) de dicho engranaje (146),

en donde cada uno de dichos brazos de barrido conectados genera una señal de salida respectiva correspondiente a su posicionamiento relativo a lo largo de dicha longitud arqueada de dicho elemento resistivo respectivo y escalado con respecto a dicha primera señal de referencia recibida, y

en donde dicho controlador se configura para recibir y combinar dichas señales de salida respectivas generadas y, sobre la base de cada una de dichas señales de salida respectivas generadas combinadas y recibidas, determinar una cantidad de movimiento de dicha sonda con respecto a dicho alojamiento (130).

11. El taladro quirúrgico (60) de la reivindicación 10, en donde cada uno de dichos brazos de barrido conectados genera una señal de salida respectiva correspondiente a su posicionamiento relativo a lo largo de dicha longitud arqueada de dicho elemento resistivo respectivo y correspondiente a dicha primera señal de referencia recibida, y

en donde dicho controlador se configura para recibir dichas señales de salida generadas y seleccionar una de dichas señales de salida generadas y, en función de dicha señal de salida generada, determinar una cantidad de movimiento de dicha sonda con respecto a dicho alojamiento (130).

12. El taladro quirúrgico (60) de la reivindicación 6, en donde dicho brazo de barrido de uno solo de dichos al menos dos potenciómetros (500, 501) se posiciona para conectarse con su respectivo elemento resistivo, dicho controlador se configura para recibir dicha señal de tensión de salida correspondiente generada desde dicho único de dichos al menos dos potenciómetros y, sobre la base a dicha señal de salida correspondiente generada, determinar una cantidad de movimiento de dicha sonda con respecto a dicho alojamiento (130).

13. El taladro quirúrgico (60) de la reivindicación 3, en donde dicho controlador se configura además para determinar un número de revoluciones completas de dicho engranaje (146) que rota en dicho sentido de rotación alrededor de dicho eje de engranaje, correspondiendo cada revolución completa a una cantidad predefinida de movimiento de dicha sonda con respecto a dicho alojamiento (130) y, sobre la base a cada una de dichas señales de salida correspondientes generadas y cada una de dichas señales interrumpidas generadas y dicho número determinado de revoluciones completas, determinar la cantidad total de movimiento de dicha sonda con respecto a dicho alojamiento.

14. El taladro quirúrgico (60) de la reivindicación 6, en donde dicho controlador también se configura para determinar un número de revoluciones completas de dicho engranaje (146) que rota en dicho sentido de rotación alrededor de dicho eje de engranaje, correspondiendo cada revolución completa a una cantidad predefinida de movimiento de dicha sonda con respecto a dicho alojamiento (130) y, sobre la base de cada una de dichas señales de salida correspondientes generadas y cada una de dichas señales interrumpidas generadas y dicho número determinado de revoluciones completas, determinar la cantidad total de movimiento de dicha sonda con respecto a dicho alojamiento.

15. El taladro quirúrgico (60) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un conjunto de acoplamiento dispuesto dentro de dicho alojamiento (130) adaptado para acoplar de forma liberable la broca (66).