Dispositivo e método para aferição de torque

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0803449-4 A2
  • Data do depósito:
  • 19/09/2008
  • Data da publicação:
  • 15/06/2010
Inventores:
  • Classificação:
  • G01L 3/10
    Medi??o de torque, trabalho, for?a mec?nica, ou efici?ncia mec?nica, em geral; / Dinam?metro de transmiss?o rotativa; / em que o elemento de transmiss?o do torque compreende um eixo flex?vel torcionado; / compreendendo meios el?tricos ou magn?ticos para indicação;
    ;

A presente invenção refere-se ao campo dos dispositivos destinados à aferição de torque. Em especial, o dispositivo da presente invenção é um torquímetro que compreende um dispositivo que permite a modulação do sentido do torque e um dispositivo digital capaz de aferir o torque aplicado. Especificamente, o torquimetro da presente invenção é um torquímetro utilizado na inserção/remoção de implantes ortopédicos.

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Documento

Relatório Descritivo de Patente de Invenção

Dispositivo e método para Aferição de Torque

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se aos dispositivos destinados à aferição de torque. Em especial, o dispositivo da presente invenção é um torquímetro compreendendo um dispositivo que permite a modulação do sentido do torque e um dispositivo digital capaz de aferir o torque aplicado. Especificamente, o torquímetro da presente invenção é um torquímetro utilizado na inserção ou remoção de implantes ortopédicos. A presente invenção se situa no campo da engenharia.

Antecedentes da Invenção

Torquímetros

Em física, um torque, também conhecido como momento, é um vetor que mede a tendência de uma força girar um objeto em determinado eixo. Os torquímetros são dispositivos capazes de aferir o torque. Exemplos de uso dos mesmos podem ser notados em diversas áreas, como no âmbito da especialidade em Ortopedia e Traumatologia. Nesse caso, é freqüente o uso de implantes para realização da estabilização dos ossos ou articulações que compõem o sistema locomotor. Durante os procedimentos cirúrgicos os implantes são submetidos a esforços mecânicos, podendo ocasionar complicações imediatas ou tardias. As imediatas são atribuídas à falha do implante, propiciadas principalmente pelos excessivos esforços de torção ocasionando o rompimento do implante por cisalhamento. As tardias são atribuídas ao excessivo torque aplicado durante a inserção dos implantes, que pode provocar fraturas do tecido ósseo e/ou reabsorção tecidual conduzindo a falha da osteossíntese. Estas ocorrências poderíam ser evitadas se houvesse um efetivo monitoramento do torque durante os procedimentos cirúrgicos. Para isso, o “torquímetro digital com catraca” será um instrumento eficaz no monitoramento do torque prevenindo as futuras complicações ortopédicas.

Existem no mercado torquímetros mecânicos ou eletromecânicos para uso geral. Para cirurgia ortopédica existem alguns dispositivos mecânicos que avaliam o torque, no entanto, não apresentam precisão adequada aos procedimentos. Ainda existem outros dispositivos que têm apenas a função de limitar o torque de inserção, não permitindo a análise do torque durante o procedimento de inserção e/ou retirada dos implantes.

A invenção consiste de um torquímetro digital com catraca a ser utilizado na cirurgia para inserção e/ou remoção de implantes ortopédicos, dotado de sistemas mecânico e eletro-eletrônico com programa de análise, que permite o monitoramento do torque de inserção e/ou retirada dos implantes ortopédicos.

A busca na literatura patentária apresentou alguns documentos relevantes que serão descritos a seguir.

O documento EP 0 270 122 relata um transdutor de torque de propriedades magnetoelásticas que prevê um sinal elétrico indicativo do torque, o qual é transmitido a materiais ferromagnéticos e magnetorrestritivos. A presente invenção difere deste documento pelo fato de não compreender materiais ferromagnéticos ou magneto-restritivos.

O documento US 4,616,512 relata um dispositivo para aferição de torque que compreende uma bobina anular sensível ao torque. Especificamente, o dispositivo descrito neste documento compreende um tubo fixado coaxialmente ao eixo, uma bobina de excitação e uma bobina de um material magneto-restritivo. A presente invenção difere deste documento pelo fato de não compreender bobinas.

O documento US 4,555,956 relata um torquímetro que compreende um meio para girar, um meio de direção, um meio para transferência de sinal, um meio de percepção de torque conectado ao meio de transferência de sinal. Especificamente o meio para a montagem de percepção do torque é externo ao meio de giro. A presente invenção difere deste documento pelo dispositivo de percepção do torque ser interno ao meio de giro e pelo fato de compreender um sistema de modulação do sentido de rotação do torque.

O documento US 4,602,515 relata um torquímetro que compreende pelo menos um par de rodas dentadas, anexadas a um eixo com mobilidade rotacional com uma pluralidade de dentes dimensionados dispostos na roda em determinado padrão espacial representando, pelo menos em parte a elasticidade rotacional. Opcionalmente, o torquímetro deste documento pode compreender meios para o processamento de sinais. Especificamente, a presente invenção difere deste documento pelo fato de compreender meios para a modulação do sentido rotacional do torque.

O documento US 4,651,573 relata um torquímetro de eixo para aplicações de baixa velocidade que compreende uma bobina anular disposta coaxialmente com um eixo, uma segunda bobina coaxialmente ao eixo anular, da primeira bobina, meios para montar estas bobinas coaxialmente ao eixo. Este torquímetro compreende ainda um meio para transmitir energia elétrica a essas bobinas e um sistema de acoplamento/desacoplamento das bobinas respectivamente na presença e na ausência do torque. A presente invenção difere deste documento pelo fato de não compreender bobinas e pelo fato de compreender meios para a modulação do sentido rotacional do torque.

O documento US 5,723,794 relata um sensor de torque opto-mecânico que compreende um detector polimérico fotoelástico, uma fonte de luz, um sensor de imagem fotoelástica, uma réde de inteligência artificial e um algoritmo. A presente invenção difere deste documento por não compreender o uso de um feixe de luz, ou de um detector polimérico, mas de compreender um dispositivo que compreende um meio para modulação da direção do torque.

Portanto, não foi encontrado na literatura nenhum documento que antecipe ou sequer sugira as particularidades da presente invenção.

Sumário da Invenção

É um objeto da presente invenção um dispositivo para aferição de torque que compreende:

a)    eixo torcional;

b)    meios para aplicação da força torcional;

c)    meios para neutralização de outros esforços;

d)    meios para a modulação do sentido rotacional do torque;

e)    meios de acoplamento a uma superfície;

f)    meios para aquisição e análise de sinal elétrico que

5    compreende:

i)    extensor;

ii)    meios para transmissão do sinal elétrico gerado pelo extensor;

ii) analisador do sinal elétrico transmitido.

10    Opcionalmente, o dispositivo da presente invenção compreende uma

capa de proteção.

Opcionalmente, o meio para aquisição de sinal elétrico é um meio que não compreende fiação.

Especificamente, o dispositivo da presente invenção destina-se à 15 inserção e/ou remoção de implantes. Numa configuração preferencial, o dispositivo é utilizado na aplicação e/ou instalação de implantes ortopédicos.

É ainda um objeto da presente invenção um método de aferição do torque que compreende as etapas de:

a) encaixar o dispositivo na superfície do implante;

20    b) determinar a força a ser atingida pelo dispositivo;

c)    girar o meio para aplicação da força torcional em determinado sentido; e

d)    encerrar o giro quando a força desejada for obtida.

Os versados na arte saberão valorizar as informações aqui descritas à 25 luz da Descrição das Figuras, da Descrição Detalhada e dos Exemplos mostrados a seguir.

Breve Descrição das Figuras

A Figura 1 apresenta uma vista geral esquemática do torquímetro 30 ortopédico digital.

A Figura 2 apresenta a vista explodida das partes principais do torquímetro: 1- haste; 2- eixo torcional; 3- capa de proteção; 4-bucha; 5-dispositivo de acoplamento e proteção; 6-catraca; 7- dispositivo de acoplamento dos implantes.

Descrição Detalhada da Invenção

Os exemplos mostrados a seguir não têm a intenção de limitar o escopo da invenção, mas apenas de mostrar uma das formas de concretização dentre as várias possíveis.

Materiais

Todas as peças estruturais do dispositivo da presente invenção são feitas de material rígido e resistente à ruptura. Exemplos de matérias adequados incluem, sem contudo limitar, ligas metálicas, aço, titânio, alumínio e combinações dos mesmos.

Eixo torcional

O eixo torcional é um eixo ao qual são acoplados os meios para aplicação da força torcional, os meios para neutralização de outros esforços e os meios para mudança no sentido de rotação do torque. O eixo torcional compreende um material rígido e resistente à ruptura e compreendem meios para o acoplamento das demais partes tais como roscas, furos, encaixes, dentre outros possíveis.

Meios para aplicação da forca torcional

Os meios para aplicação da força torcional são meios escolhidos dentre os meios já descritos no estado da técnica como hastes, manivelas, manoplas, dentre outros possíveis.

Especificamente, o meio para aplicação da força torcional utilizado na presente invenção é a haste.

Meios para neutralização de outros esforços

Os meios para neutralização de outros esforços compreendem meios que dissipam a energia da realização de outros esforços simultaneamente e

são escolhidos do grupo que compreende rolamentos, buchas, dentre outros possíveis.

Especificamente, a presente invenção utiliza rolamentos e buchas.

Meios para a modulação do sentido rotacional do torque

Os meios para a mudança do sentido rotacional do torque possibilitam a utilização do mesmo, tanto para a colocação de estruturas, quanto para a remoção das mesmas; e são meios escolhidos do grupo que compreende catracas, pinos, botões, dentre outros meios possíveis. Especificamente, o meio para a modulação permite rotação firme em um sentido e rotação livre no sentido oposto.

Especificamente, o meio utilizado na presente invenção é uma catraca.

Meios de acoplamento a uma superfície

Os meios de acoplamento à superfície são meios de encaixe à estrutura à qual será aplicado o torque e compreendem encaixes para pinos, parafusos, porcas, dentre outros encaixes possíveis.

Especificamente, o meio de acoplamento à superfície é encaixado no meio para a mudança do sentido rotacional do torque.

Meios para aquisição e interpretação de sinal elétrico

O meio para aquisição de sinal elétrico é um meio que capta o torque empreendido no aparelho e o transfere para um dispositivo de análise do sinal captado e compreende:

a)    um extensor elétrico

b)    meios para a transmissão do sinal elétrico

c)    um aquisitor/analisador de sinal elétrico

Extensor

O extensor é um dispositivo que converte a força mecânica em sinal elétrico e está diretamente vinculado ao movimento de rotação gerado pelo meio de aplicação da força torcional. Especificamente, o extensor da presente invenção localiza-se internamente ao dispositivo de acoplamento, proteção, diretamente sob o eixo torcional.

Meios para a transmissão do sinal elétrico

Os meios para a transmissão do sinal elétrico compreendem meios como: fiação, um dispositivo sem fio, dentre outros possíveis.

Especificamente, o meio para a transmissão do sinal elétrico da presente invenção é um fio elétrico.

5    Meios para aquisição/análise do sinal elétrico gerado

Os meios para aquisição/análise do sinal elétrico gerado compreendem um algoritmo de interpretação e manipulação dos dados convertidos pelo extensor. O parâmetro do torque que é analisado é a intensidade da força.

Especificamente, o algoritmo de interpretação e manipulação dos dados 10 captados é gerenciado por um software que trata dados de força mecânica. Qualquer software que realize análise de força mecânica pode ser utilizado na presente invenção.

Em uma realização opcional, os dados podem passar por uma etapa de tratamento para remoção de ruídos e/ou outros artefatos que podem 15 comprometer a análise.

A presente invenção utiliza um software que avalia e compara o valor da força mecânica desenvolvida.

Método de aferição de torque

O método de aferição de torque da presente invenção compreende as 20 etapas de:

a)    encaixar o dispositivo na superfície do implante;

b)    determinar a força a ser atingida pelo dispositivo;

c)    girar o meio para aplicação da força torcional em determinado

sentido; e

25    d) encerrar o giro quando a força desejada for obtida.

Opcionalmente, os dados convertidos pelo extensor podem passar por uma etapa prévia de tratamento para remoção de ruídos e/ou outros artefatos a fim de não comprometer a análise.

Exemplo 1. Torquímetro digital

De acordo com as figuras o torquímetro ortopédico digital com catraca, para monitoramento do torque de inserção, é composto por sete partes principais (Figura 2). As partes estão descritas a seguir:

(1)    Haste ou manipulo: permite a aplicação da força torcional para realização da inserção e/ou remoção dos implantes ortopédicos;

(2)    Eixo torcional: no qual são colados os extensômetros elétricos;

(3)    Capa de proteção: utilizada para proteger o eixo torcional;

(4)    Rolamento ou bucha: para neutralização de outros esforços, senão o de torção.

(5)    Dispositivo de acoplamento e proteção: permite a realização do acoplamento ou desacoplamento com a catraca. É utilizado para proteger os extensômetros elétricos e facilitar a realização da manutenção.

(6)    Catraca: permite a mudança do sentido de realização do torque. Com isso, pode ser utilizado para realizar a inserção ou retirada dos implantes;

(7)    Dispositivo de acoplamento dos implantes: permite o acoplamento de parafusos com qualquer desenho da cabeça, inclusive haste e pino de diferentes medidas.

Exemplo 2. Torquímetro digital para uso ortopédico.

O torquímetro permite a realização de medidas dos torques para inserção dos implantes fazendo girar no sentido horário, na quantidade que se quiser, pois a catraca bloqueia o movimento em um sentido e deixando livre em outro. Se quiser medir o torque no sentido anti-horário, há necessidade de realizar um leve giro no mecanismo da catraca e este bloqueará o movimento no sentido desejado e deixando livre no outro, fazendo com que a sua utilização seja a mesma, por exemplo, para realizar a inserção ou remoção do implante.

Para realizar as medições das forças envolvidas no torquímetro, há necessidade de se utilizar um aquisitor ou analisador de sinal elétrico que tem ligação com os extensômetros elétricos. Este aquisitor tem a função de codificar, filtrar e digitalizar os sinais elétricos provenientes dos extensômetros elétricos. A leitura e o armazenamento dos dados dos torques aplicados são realizados por um programa desenvolvido para este torquímetro. O computador é ligado ao aquisitor de sinal elétrico.

Há um sistema de catraca que regula a utilização para a inserção ou remoção do parafuso ou pino. O registro dos torques é realizado digitalmente 5 no computador. Um fio liga o torquímetro ao analisador, isto facilita o manuseio na prática clinica.

As inovações deste invento podem ser caracterizadas por este aparelho inovador no que concerne à melhoria e adaptação de mecanismos importantes para ser utilizado na clínica e cirurgia. É um aparelho eletro-mecânico, em que 10 pode ser utilizado para inserir ou retirar parafusos ou pinos, realizando o monitoramento do torque, simplesmente posicionando o sentido de utilização. Os resultados dos torques podem ser observados no analisador e podem ser gravados no computador.

No aparelho pode estar acoplado o sistema digital. A interface entre o 15 torquímetro e o analisador pode ser realizada por um sistema de telemetria.

Reivindicações