BR202016023699U2

BR202016023699U2 - Disposição construtiva em manipulador eletromecânico para cirurgias e guias cirúrgicos

Info

Publication number: BR202016023699U2
Application number: BR202016023699-7U
Authority: BR
Inventors: Alberto Heine Ricardo; Schaan Casagrande André; Tumelero Valente Vitor; Bordin Colpo Angélica
Original assignee: Biosthetics Reabilitação Buco Maxilofacial S/S Ltda
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-05-02
Also published as: WO2018068115A1

Abstract

a presente patente de invenção disposição construtiva em dispositivo manipulador eletromecânico para cirurgias e guias cirúrgicos? consiste em um sistema composto por manipulador eletromecânico baseado no mecanismo plataforma de stewart e um ou mais instrumentos cirúrgicos ou uma ou mais ferramentas de usinagem presas a uma base móvel ou a uma estrutura externa, controlados e acionados por um sistema eletrônico dedicado, que são aplicados em cirurgias em clínicas odontológicas, médicas, veterinárias, hospitais e laboratórios, sendo eles para procedimentos em humanos ou animais e na produção de guias cirúrgicos, aplicável diretamente na cirurgia ou procedimentos em humanos ou animais e na produção de guias para cirurgias odontológicas e médicas, podendo ser utilizado também para a fabricação de implantes, moldes, modelos e próteses. os sistemas mecânico, de cirurgia e eletrônico de controle juntos permitem operações precisas sem entrar em contato direto com o paciente, possibilitando que as cirurgias com todos os seis graus de liberdade sejam remotamente ou em ambiente isolado, livre de contaminações, através do uso de micro câmera e iluminação embutidas.

Description

(54) Título: DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM MANIPULADOR ELETROMECÂNICO PARA CIRURGIAS E GUIAS CIRÚRGICOS (51) Int. Cl.: A61C 3/04 (52) CPC: A61C 3/04 (73) Titular(es): BIOSTHETICS REABILITAÇÃO BUCO MAXILOFACIAL S/S LTDA (72) Inventor(es): RICARDO ALBERTO HEINE; ANDRÉ SCHAAN CASAGRANDE; VITOR TUMELERO VALENTE; ANGÉLICA BORDIN COLPO (74) Procurador(es): ODIVAM PAIM SIQUEIRA (57) Resumo: A presente patente de Invenção Disposição Construtiva em Dispositivo Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos? consiste em um sistema composto por manipulador eletromecânico baseado no mecanismo plataforma de Stewart e um ou mais instrumentos cirúrgicos ou uma ou mais ferramentas de usinagem presas a uma base móvel ou a uma estrutura externa, controlados e acionados por um sistema eletrônico dedicado, que são aplicados em cirurgias em clínicas odontológicas, médicas, veterinárias, hospitais e laboratórios, sendo eles para procedimentos em humanos ou animais e na produção de guias cirúrgicos, aplicável diretamente na cirurgia ou procedimentos em humanos ou animais e na produção de guias para cirurgias odontológicas e médicas, podendo ser utilizado também para a fabricação de implantes, moldes, modelos e próteses. Os sistemas mecânico, de cirurgia e eletrônico de controle juntos permitem operações precisas sem entrar em contato direto com o paciente, possibilitando que as cirurgias com todos os seis graus de liberdade sejam remotamente ou em ambiente isolado, livre de contaminações, através do uso de micro câmera e(...)

1/11 “DISPOSIÇÃO CONSTRUTIVA EM MANIPULADOR ELETROMECÂNICO PARA CIRURGIAS E GUIAS CIRÚRGICOS” [001] O presente Modelo de Utilidade Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos consiste em um sistema composto por manipulador eletromecânico baseado no mecanismo plataforma de Stewart e um ou mais instrumentos cirúrgicos ou uma ou mais ferramentas de usinagem presas a uma base móvel ou a uma estrutura externa, controlados e acionados por um sistema eletrônico dedicado, que são aplicados em cirurgias em clínicas odontológicas, médicas, veterinárias, hospitais e laboratórios, sendo eles para procedimentos em humanos ou animais e na produção de guias cirúrgicos.

[002] Campo de Aplicação: O presente Modelo de Utilidade Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos é aplicável diretamente na cirurgia ou procedimentos em humanos ou animais e na produção de guias para cirurgias odontológicas e médicas, podendo ser utilizado também para a fabricação de implantes, moldes, modelos e próteses.

[003] Estado da Técnica e Problemática: O estado da técnica de cirurgias remotas, motivo do presente patente, é que existem diversos mecanismos de manipulação de instrumentos cirúrgicos em cirurgias, como braços eletromecânicos e manipuladores

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2/11 eletromecânicos em geral, entretanto a aplicação de um mecanismo baseado na plataforma de Stewart diretamente na cirurgia, permitindo que a operação seja realizada diretamente pelo dispositivo com o acionamento por comando numérico, com a fixação da mesma na maxila ou mandíbula do paciente ou qualquer parte óssea para outras aplicações médicas, não foi encontrada em nenhuma aplicação, nacional nem internacional. [004] Os guias cirúrgicos têm por objetivo servir como gabarito em cirurgias, muito comum na inserção de implantes, garantindo exatidão no posicionamento conforme planejamento realizado previamente via software, cujo arquivo de entrada é geralmente a tomografia e o arquivo de saída varia de empresa para empresa. A prospecção de mercado de guias cirúrgicos confeccionados atualmente indica que estes moldes possuem um custo elevado, uma confecção demorada e complexa além de ser efetuado em várias etapas nem sempre executadas por um mesmo fornecedor. Os modelos de confecção de guias cirúrgicos para colocação de implantes são diversos. Por exemplo, podem ser obtidos a partir do arquivo de software que possui uma digitalização do modelo de gesso ou, ainda, a partir da imagem intraoral provenientes de um escâner. As imagens são enviadas pelo profissional para um laboratório dentro do Brasil ou no exterior. A partir da fabricação do guia, o próximo passo é a realização da cirurgia para colocação dos implantes. Alguns modelos de impressoras tridimensional de alta resolução podem ser utilizados para a confecção de guias, mas tanto a impressora quanto o impresso possuem um custo muito elevado. O uso de um mecanismo baseado na plataforma de Stewart com aplicação na área odontológica foi encontrado numa

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3/11 empresa alemã, mas tal utilização deste tipo de sistema não é encontrado no Brasil.

[005] Enquanto processo de confecção de guias cirúrgicos, o único no mercado que permite ao próprio profissional confeccionar seus guias é baseado em um sistema extremamente artesanal, trabalhoso e com um custo elevado para o processo e o produto final. O processo adotado atualmente no Brasil, em sua quase totalidade, é por meio de impressão tridimensional o qual inclui diferentes etapas. O uso de centros de usinagem já é realidade em alguns consultórios, porém, extremamente raro por possuírem um custo elevado, necessidade de infraestrutura específica e comportarem um grande volume.

[006] Conceito Inventivo: Tendo em vista tal problemática, o presente Modelo de Utilidade Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos apresenta as seguintes inovações e funcionalidades:

[007] O presente Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos e Cirurgias permite que um cirurgião utilize um sistema baseado no mecanismo plataforma de Stewart acrescido de um instrumento cirúrgico, como por exemplo um bisturi, uma broca cirúrgica ou outro qualquer, presos na própria base móvel ou ainda em uma haste, e um sistema eletrônico dedicado para controle e acionamento do manipulador. Os sistemas mecânico, de cirurgia e eletrônico de controle juntos permitem operações precisas sem entrar em contato direto com o paciente, possibilitando que as cirurgias com todos os seis graus de liberdade sejam remotamente

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4/11 ou em ambiente isolado, livre de contaminações, através do uso de micro câmera e iluminação embutidas. Através de um mecanismo acessório também baseado na plataforma de Stewart, utilizado como controle, pode-se transferir diretamente movimentos para o manipulador, que repetirá com precisão os movimentos executados pelo operador.

[008] Com esta aplicação, o presente Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos, também permite ao profissional simplificar a obtenção de modelos, guias e próteses, através de um manipulador acessório ou de um sistema CAD/CAM, com a confecção de peças no próprio consultório. Utiliza o sistema baseado no mecanismo plataforma de Stewart acrescido de uma ferramenta para usinagem, como por exemplo uma fresa, uma broca ou outra qualquer, a(s) qual(is) pode(m) estar fixa(s) na própria base móvel ou ainda em uma estrutura externa e um sistema eletrônico dedicado para controle e acionamento do manipulador. Os sistemas mecânico, de usinagem e eletrônico de controle juntos permitem a construção de um pequeno centro de usinagem, com todos os seis graus de liberdade, dentro das variações requisitadas para guias cirúrgicos.

[009] O presente Modelo de Utilidade Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos permite que a confecção não fique na dependência de um trabalho manual do dentista e sim de um técnico, já que após o planejamento da cirurgia, o dentista enviará o arquivo, e o sistema ao ser acionado fará a confecção/usinagem da peça, tal como acontece com uma impressora tridimensional simples.

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5/11 [010] Vantagens: O objeto Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos apresenta como vantagens:

[011] Aplicável diretamente para a realização da cirurgia reduzindo os custos;

[012] Garantindo precisão em operações delicadas ou perfeito posicionamento dos furos para implantes dentários;

[013] Possibilita execução remota ou em isolamento de procedimentos cirúrgicos;

[014] Possui um baixo custo e um volume pequeno, sendo extremamente interessante à aplicação odontológica e medicinal em clínica;

[015] Permite ao profissional a confecção do seu próprio guia cirúrgico em seu consultório de maneira simples e com baixo custo;

[016] Permite realizar todos os processos relacionados à produção de guias cirúrgicas em um único equipamento.

[017] Ilustrações: No intuito de facilitar a pesquisa e proporcionar entendimento do presente patente, conforme preconizado no relatório, segundo uma forma básica e preferencial de realização elaborada pelo requerente, faz-se referência à ilustração anexa, que integra e subsidia o presente relatório descritivo onde, a:

[018] Figura 1 - Desenho esquemático da Disposição

Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Guias Cirúrgicas e Cirurgias com ferramenta cirúrgica fixa no

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6/11 mecanismo baseado em plataforma de Stewart interno ao local a ser operado.

[019] Figura 2 - Desenho esquemático da Disposição

Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Guias Cirúrgicas e Cirurgias com ferramenta cirúrgica fixa no mecanismo baseado em plataforma de Stewart externo ao local a ser operado.

[020] Figura 3 - Desenho esquemático da Disposição

Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos com sistema de acionamento manual, em substituição ao acionamento por software.

[021] Figura 4 - Desenho esquemático da Disposição

Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos com ferramenta fixa a uma estrutura externa e bloco a ser usinado sobre a base móvel do manipulador [022] Figura 5 - Desenho esquemático da Disposição

Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos com ferramenta fixa a uma estrutura externa e bloco a ser usinado sobre a base móvel do manipulador sendo ambos na horizontal [023] Figura 6 - Desenho esquemático da Disposição

Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos com ferramenta para usinagem fixa a base móvel do manipulador, ambos na horizontal, e bloco a ser usinado fixado em estrutura fixa [024] Figura 7 - Desenho esquemático da Disposição

Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos com ferramenta para usinagem fixa a base

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7/11 móvel do manipulador e bloco a ser usinado fixado no centro da base fixa do mesmo manipulador [025] Figura 8 - Desenho esquemático da Disposição

Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos com ferramenta para usinagem fixa a base móvel do manipulador e bloco a ser usinado abaixo da base fixa do manipulador [026] Figura 9 - Desenho esquemático da Disposição

Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos com ferramenta fixa a uma estrutura externa e bloco a ser usinado sobre a base móvel do manipulador com os atuadores cruzados [027] Figura 10 - Desenho esquemático da Disposição

Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos com ferramenta fixa na base móvel do manipulador, invertido, presos a uma estrutura fixa, e bloco a ser usinado apoiado sobre uma base externa.

[028] A - Atuador linear eletromecânico [029] B1 - Base fixa [030] B2 - Base móvel [031] B - Bloco de material a ser usinado [03 2] E - Estrutura de fixação externa [033] F - Ferramenta para usinagem [034] H - haste de fixação [035] I - Instrumento cirúrgico [03 6] M - Mecanismo adicional

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8/11 [037] Descrição: O presente Modelo de Utilidade Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos apresenta um sistema composto por um manipulador eletromecânico baseado no mecanismo plataforma de Stewart, acrescido de instrumento cirúrgico (I), tipo bisturi, broca cirúrgica ou outro qualquer, ou uma ferramenta para usinagem (F) tipo fresa, ou broca ou outra qualquer, que podem estar fixos na base móvel (B2) do manipulador, como demonstrado nas Figuras 1, 2, 3, 6, 7, 8, e 10, ou ainda estarem fixos em uma estrutura de fixação externa (E), como demonstrado nas Figuras 4, 5 e 9. Este sistema é aplicável na execução de cirurgias remotas ou em ambientes de isolamento ou na confecção de guias cirúrgicas dentro da medicina e odontologia, para fabricação em clínicas através de software ou controle de repetição de movimento de um operador sobre um manipulador acessório, também de mecanismo baseado em plataforma de Stewart (Figuras 1 , 2 e 3). Ainda o sistema pode ser operado diretamente por meio de um sistema CAD/CAM, onde parte CAD está relacionada ao projeto assistido pelo computador, que já vem de softwares e do planejamento da cirurgia e a parte CAM é específica ao processamento por um equipamento para a confecção de uma peça. A plataforma de Stewart consiste em uma base fixa (B1 ) e uma base móvel (B2) conectadas através de seis atuadores lineares eletromecânicos (A) com deslocamento linear, ou seis atuadores eletromecânicos rotativos em conjunto com sistema mecânico que transforma o movimento rotacional em linear, ou ainda de outro tipo conveniente, que possuem variação no seu comprimento. A base móvel (B2) pode atingir movimentos

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9/11 nos seis graus de liberdade, ou seja, três translações e três rotações com relação ao próprio ponto central. As amplitudes dos movimentos dependem do raio das bases, das distâncias entre os pontos de apoio dos atuadores e do comprimento útil dos atuadores lineares eletromecânicos (A). Estes atuadores lineares eletromecânicos (A) estão conectados às bases em ambos os lados por juntas, que podem ser universais nos dois lados ou universais de um lado e esféricas de outro lado, ou ainda, esféricas em ambos os lados, ou de outra configuração possível. Tanto a base fixa (B1) quanto a base móvel (B2) podem ou não fazer parte da estrutura externa de sustentação do equipamento.

[038] Para a montagem da Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos a ser utilizada em cirurgias, o instrumento cirúrgico (I) pode estar preso à base móvel (B2) e a base fixa (B1 ) pode estar presa ao maxilar ou à cabeça ou a uma haste de fixação (H) presa em uma parede ou na própria cadeira ou mesa no consultório (Figura 1 ), ou o instrumento cirúrgico (I) pode estar preso a uma estrutura de fixação externa (E) presa à base móvel (B2) e a base fixa (B1 ) pode estar presa em uma parede ou na própria cadeira ou mesa no consultório (Figura 2).

[039] Para a montagem da Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias Guias e Cirúrgicos a ser utilizada em usinagem, o bloco de material a ser usinado (B) pode estar sobre a base móvel (B2), com a ferramenta para usinagem (F) fixa em uma estrutura de fixação externa (E), como nas Figuras 4, 5 e 9, ou o bloco a ser usinado (B) pode estar fixo numa posição definida e a base móvel (B2) se movimentar com a

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10/11 ferramenta para usinagem (F), como nas Figuras 6, 7, 8 e 10, ou a Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Guias Cirúrgicas e Cirurgias pode estar montado horizontalmente com a ferramenta para usinagem (F), fazendo o processo de retirada de material pela lateral do bloco a ser usinado (B), como na Figura 6 ou; o bloco de material a ser usinado (B) pode estar montado no Manipulador Eletromecânico para Guias Cirúrgicos e a ferramenta para usinagem (F) fazendo horizontalmente o processo de retirada de material pela lateral, como na Figura 5. Ou seja, é possível que a montagem seja direcionada para movimentação do bloco de material a ser usinado (B) mantendo a ferramenta para usinagem (F) fixa ou movimentando a ferramenta para usinagem (F) e mantendo o bloco de material a ser usinado (B) fixo. Ao final, apenas alguns acabamentos devem ser realizados nas peças antes da esterilização.

[040] No caso de a ferramenta ser comandada através da repetição do movimento efetuado em um segundo manipulador, passivo (Figura 3), a montagem está direcionada para movimentação da ferramenta (F) mantendo o bloco de material (B) a ser usinado fixo. A montagem ainda pode ser feita conforme as Figuras 7 e 8, com adição de um segundo mecanismo, em escala reduzida, cuja finalidade é gerar as referências de movimentação para a movimentação do sistema principal. Este segundo equipamento possui a forma de uma plataforma de Stewart, porém seus elos não são atuados sendo, portanto, dotado apenas de sensores lineares ou rotativos adaptados, de forma a se obter a posição da ferramenta e reproduzi-la no sistema principal.

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11/11 [041] Conclusão: Deste modo, o Modelo de Utilidade Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos é subsidiada por características técnicas e funcionais inéditas, como se pode verificar nas figuras anexas e compreender no relatório descritivo, merecendo, portanto, a proteção legal pleiteada.

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Claims

REIVINDICAÇÕES [001] “ Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos” é um sistema de manipulação eletromecânica de ferramentas cirúrgicas caracterizado por ser um sistema composto por um manipulador eletromecânico baseado no mecanismo plataforma de Stewart, acrescido de instrumento cirúrgico (I), tipo bisturi, broca cirúrgica ou outro qualquer, ou uma ferramenta para usinagem (F) tipo fresa, ou broca ou outra qualquer, que podem estar fixos na base móvel (B2) do manipulador, como demonstrado nas Figuras 1, 2, 3, 6, 7, 8, e 10, ou ainda estarem fixos em uma estrutura de fixação externa (E), como demonstrado nas Figuras 4, 5 e 9, sistema este aplicável na execução de cirurgias remotas ou em ambientes de isolamento ou na confecção de guias cirúrgicas dentro da medicina e odontologia, para fabricação em clínicas através de software ou controle de repetição de movimento de um operador sobre um manipulador acessório, também de mecanismo baseado em plataforma de Stewart (Figuras 1, 2 e 3), que consiste em uma base fixa (B1 ) e uma base móvel (B2) conectadas através de seis atuadores lineares eletromecânicos (A) com deslocamento linear, ou seis atuadores eletromecânicos rotativos em conjunto com sistema mecânico que transforma o movimento rotacional em linear, ou ainda de outro tipo conveniente, que possuem variação no seu comprimento, cuja dita base móvel (B2) pode atingir movimentos nos seis graus de liberdade, ou seja, três translações e três rotações com relação ao próprio ponto central, onde as amplitudes dos movimentos dependem do raio das bases, das distâncias entre os pontos de apoio dos atuadores e do comprimento útil dos atuadores lineares eletromecânicos (A) conectados às bases em ambos os lados por juntas, que podem ser universais nos dois lados ou universais de um lado e esféricas de outro lado, ou ainda, esféricas em ambos os lados, ou de outra configuração possível, podendo ou não a referida base fixa (B1) quanto a base móvel (B2) fazer parte da estrutura externa de sustentação do equipamento.

[002] “Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos” é um sistema de manipulação eletromecânica de ferramentas cirúrgicas conforme descrito em [001] cujo dito controle por software é caracterizado por operação direta por meio de um sistema CAD/CAM, onde parte CAD está

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2/2 relacionada ao projeto assistido pelo computador, que já vem de softwares e do planejamento da cirurgia e a parte CAM é específica ao processamento por um equipamento para a confecção de uma peça.

[003] “Disposição Construtiva em Manipulador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos” é um sistema de manipulação eletromecânica de ferramentas cirúrgicas conforme descrito em [001] e [002] cuja montagem a ser utilizada em cirurgias é caracterizada por o instrumento cirúrgico (I) poder estar preso à base móvel (B2) e a base fixa (B1 ) poder estar presa ao maxilar ou à cabeça ou a uma haste de fixação (H) presa em uma parede ou na própria cadeira ou mesa no consultório (Figura 1 ), ou o instrumento cirúrgico (I) poder estar preso a uma estrutura de fixação externa (E) presa à base móvel (B2) e a base fixa (B1) poder estar presa em uma parede ou na própria cadeira ou mesa no consultório (Figura 2). [004] “Disposição Construtiva em Manipul ador Eletromecânico para Cirurgias e Guias Cirúrgicos” é um sistema de manipulação eletromecânica de ferramentas cirúrgicas conforme descrito em [001] e [002] cuja montagem a ser utilizada em usinagem é caracterizada por o bloco de material a ser usinado (B) poder estar sobre a base móvel (B2), com a ferramenta para usinagem (F) fixa em uma estrutura de fixação externa (E), como nas Figuras 4, 5 e 9, ou o bloco a ser usinado (B) poder estar fixo numa posição definida e a base móvel (B2) se movimentar com a ferramenta para usinagem (F), como nas Figuras 6, 7, 8 e 10, ou o dito Manipulador Eletromecânico para Guias Cirúrgicos poder estar montado horizontalmente com a ferramenta para usinagem (F), fazendo o processo de retirada de material pela lateral do bloco a ser usinado (B), como na Figura 6 ou o bloco de material a ser usinado (B) poder estar montado no dito Manipulador Eletromecânico para Guias Cirúrgicos e a ferramenta para usinagem (F) fazendo horizontalmente o processo de retirada de material pela lateral, como na Figura 5, sendo possível que a montagem seja direcionada para movimentação do bloco de material a ser usinado (B) mantendo a ferramenta para usinagem (F) fixa ou movimentando a ferramenta para usinagem (F) e mantendo o bloco de material a ser usinado (B) fixo.

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