BR112016007472B1 - Fórceps eletrocirúrgico - Google Patents

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Abstract

fórceps eletrocirúrgico. fórceps eletrocirúrgico para a distribuição de energia em micro-ondas no tecido biológico a partir de uma estrutura de linha de transmissão de perda desbalanceada não ressonante dentro de ou formada pelas mandíbulas do fórceps. a estrutura de linha de transmissão pode ser formada através da lacuna entre o elemento de mandíbula por elementos condutores opostos, os quais estão respectivamente ligados eletricamente aos condutores internos e externos de um cabo coaxial. alternativamente, cada elemento de mandíbula pode compreender a sua própria linha de transmissão de perda, em que um divisor de potência é utilizado para dividir a energia em micro-ondas a partir do cabo coaxial. os fórceps podem ser utilizados por via endoscópica no trato gastrointestinal ou por laparoscopia ou na cirurgia aberta.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[0001] A invenção se refere a um fórceps eletrocirúrgico para agarrar tecido biológico e para distribuir de energia de frequência de micro-onda no tecido agarrado para coagular ou cauterizar ou selar o tecido. Em particular, o fórceps pode ser usado para selar vasos sanguíneos. O fórceps pode ser inserido para baixo do canal de instrumento de um endoscópio ou um gastroscópio, ou pode ser usado em cirurgia laparoscópica ou cirurgia aberta.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[0002] Fórceps capazes de distribuir energia térmica em tecido biológico agarrado são conhecidos. A energia térmica pode cauterizar o tecido agarrado e facilitar a coagulação ou vedação de vaso.
[0003] US 6.585.735 descreve um fórceps bipolar endoscópico no qual as mandíbulas do fórceps são dispostos de modo a conduzir a energia bipolar através do tecido mantido entre as mesmas.
[0004] EP 2 233 098 descreve um fórceps de micro-ondas para a selagem de tecidos em que as superfícies de vedação das mandíbulas incluem uma ou mais antenas de micro-ondas para irradiar a energia de frequência de micro-ondas no tecido agarrado entre as mandíbulas do fórceps.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0005] Na sua forma mais geral, a presente invenção provê um fórceps eletrocirúrgicos em que a energia em micro-ondas é distribuído para o tecido biológico a partir de uma estrutura de linha de transmissão de perda desbalanceada não-ressonante localizada dentro ou formada pelas mandíbulas do fórceps. Os fórceps podem ser utilizados por via endoscópica no trato gastrointestinal ou por laparoscopia ou na cirurgia aberta.
[0006] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, foi provido um fórceps eletrocirúrgicos compreendendo: um par de elementos de mandíbula pivotante em relação uma a outra para abrir e fechar uma lacuna no entremeio; um primeiro elemento condutor montado em um do par de elementos de mandíbula adjacentes à lacuna; um segundo elemento condutor montado no outro do par de elementos de mandíbula adjacentes à lacuna em oposição ao primeiro elemento condutor; um cabo coaxial para transmitir a energia em micro-ondas; e uma porção da transição de sinal em uma extremidade do cabo coaxial, a porção de transição de sinal sendo arranjada para conectar o primeiro elemento condutor a um condutor externo do cabo coaxial e para conectar o segundo elemento condutor a um condutor interno do cabo coaxial, em que o primeiro elemento condutor e o segundo elemento condutor formam uma linha de transmissão de perda desbalanceadas não uniforme para suportar a energia em micro-ondas como uma onda em curso, e em que o primeiro elemento condutor e o segundo elemento condutor são não ressonantes para a energia em micro-ondas ao longo da onda em curso.
[0007] Aqui o termo "não ressonante" pode significar que o comprimento elétrico da linha de transmissão (ao longo da onda em curso de energia em micro-ondas) é definido para inibir múltiplas reflexões da onda em curso, ou seja, para prevenir ou inibir a criação de uma onda estacionária irradiante. Na prática, isto pode significar que o comprimento eléctrico da linha de transmissão é substancialmente diferente de um múltiplo de um quarto de comprimento de onda da energia em micro-ondas (um número ímpar ou mesmo múltiplos devem ser evitados, dependendo se a extremidade distal da linha de transmissão é um circuito aberto ou um circuito curto). É particularmente desejável que a linha de transmissão a ser não ressonante quando há tecido biológico no intervalo, ou seja, em contato com os elementos de mandíbula. Assim, o comprimento elétrico da linha de transmissão pode ser ajustado para evitar um múltiplo de um quarto de comprimento de onda da energia em micro-ondas quando a linha de transmissão é carregada pelo tecido biológico desta forma. De preferência, a extremidade distal da linha de transmissão é um circuito aberto, na medida em que pode permitir que o dispositivo opere com energia de radiofrequência (RF), bem como com energia em micro-ondas.
[0008] Formar uma linha de transmissão não ressonante pode impedir o dispositivo de radiar. A energia em micro-ondas é, por conseguinte, entregue no tecido por meio de vazamento a partir da estrutura de linha de transmissão. Ao definir o comprimento da linha de transmissão com o conhecimento do nível de perda no tecido biológico na frequência da energia em micro-ondas, os fórceps eletrocirúrgicos da invenção podem ser arranjados para distribuir substancialmente toda a potência recebida na extremidade proximal da linha de transmissão em um único curso da onda em curso ao longo da linha de transmissão.
[0009] Em outras palavras, a geometria da linha de transmissão é selecionada, por exemplo, sobre a base de simulações ou semelhante, de tal modo que exibe uma elevada perda de tecido biológico à frequência da energia em micro-ondas. Do mesmo modo, a geometria da linha de transmissão pode garantir que muito menos energia é perdida quando não houver tecido na abertura, mas em vez de ar. Por exemplo, o dispositivo pode exibir cerca de 1 dB de perda de retorno, ou seja, 80% da energia refletida de volta para o gerador, em comparação com 20% quando há tecido lá. Assim, quatro vezes mais energia pode ser distribuída quando o tecido está presente na lacuna. Tecido biológico é perda, ou seja, é um bom absorvedor de energia em micro-ondas.
[0010] A magnitude do campo eléctrico produzido pelos fórceps da invenção pode ser consideravelmente mais baixa do que a produzida por um fórceps de RF bipolar convencional. O campo elétrico de frequência de micro-ondas usado no tecido de dano da invenção em uma forma fundamentalmente diferente de energia de RF, ou seja, ao desnaturação do tecido ao invés de ruptura celular. O potencial para danos extremos localizados acidentalmente é, portanto, muito menor do que com dispositivos de RF que podem gerar um plasma ou arco e queimar. Além disso, a voltagem de pico necessária para produzir aquecimento dielétrico eficaz com a energia em micro-ondas pode ser inferior a 50 V, que é um fator 10 vezes mais baixo do que o necessário para dispositivos de RF bipolares e um fator de 100 a menos do que o requerido para os dispositivos de RF monopolares. Neste último, a passagem para a corrente de RF fluir é através do corpo por meio de uma placa de retorno colocada na superfície da pele do paciente. Isto representa um risco para o paciente em termos do requisito de alta voltagem e também a falta de controle devido à corrente sempre querendo tomar o caminho de menor resistência. Ele também poderia fazer com que uma explosão ocorra dentro do corpo devido a um acúmulo de gases sendo inflamado devido a uma faísca, arco, micro plasma ou colapso que ocorre por causa dos níveis de alta voltagem associados à energia de RF monopolar, por exemplo, 4.500 V de pico, ou energia de RF bipolar, por exemplo, pico de 500 V ou superior. As altas voltagens associadas com instrumentos de RF bipolares ou monopolares se apresentam como risco de explosão. Em comparação, as voltagens associadas com coagulação de micro-ondas podem estar entre 5 V e 70 V de pico. O dispositivo é, portanto, mais seguro para o paciente quando em uso no ambiente encontrado no interior do corpo do paciente.
[0011] A magnitude do campo pode ser controlada, por exemplo, ao controlar a potência distribuída aos fórceps com base no tamanho da lacuna. Este controlo pode permitir que a magnitude do campo elétrico seja independente do tamanho do vaso, ou a espessura do tecido localizado na lacuna. Isso pode representar uma vantagem sobre os fórceps de RF bipolares convencionais.
[0012] Aqui, "frequência da micro-onda" pode ser usada de forma ampla para indicar uma faixa de frequência de 400 MHz a 100 GHz, mas preferencialmente na faixa de 1 GHz a 60 GHz, mais preferencialmente de 2,45 GHz a 30 GHz ou 5 GHz a 30 GHz. Frequências específicas que foram consideradas são: 915 MHz, 2,45 GHz, 3,3 GHz, 5,8 GHz, 10 GHz, 14,5 GHz e 24 GHz.
[0013] Os fórceps eletrocirúrgicos da invenção podem ser configurados para inserção em um canal de instrumento de um endoscópio, ou pode ser arranjados para utilização em cirurgia laparoscópica ou em um procedimento de NOTAS ou em um procedimento aberto geral.
[0014] Aqui, o termo linha de transmissão "não uniforme"é utilizado para designar um arranjo em que os elementos condutores em superfícies opostas das mandíbulas não estão em uma relação espacial uniforme umas com as outras ao longo do comprimento do par de elementos de mandíbula. Por exemplo, os elementos condutores podem compreender uma primeira placa condutora montada em um do par de elementos de mandíbula e uma segunda placa condutora montada no outro do par de elementos de mandíbulas, em que a porção de transição de sinal está disposta para conectar a primeira placa a um condutor externo do cabo coaxial e para conectar a segunda placa condutora a um condutor interno do cabo coaxial. As placas condutoras podem, cada uma, incluir uma superfície plana em ou alinhadas com a superfície de um dos elementos de mandíbula voltados para a lacuna. Esta configuração pode assegurar uma densidade de potência otimizada na lacuna entre as placas, para assegurar que a energia é distribuída em tecido biológico presente na lacuna.
[0015] A linha de transmissão pode formar uma linha de transmissão paralela ou na linha de transmissão de placas paralelas quando as superfícies opostas das placas condutoras são paralelas. No entanto, isto não é essencial. Mais de uma ampla faixa de ângulos entre as mandíbulas, por exemplo, ± 20° ou mais, a energia estará em curso entre as maxilas. As mandíbulas podem não estar paralelas a um certo número de razões, tais como, pelo fato de que elas são pivotadas em uma extremidade, ou porque o tecido mantido entre eles não é de espessura uniforme.
[0016] Cada placa condutora pode ter uma estrutura alongada plana, por exemplo, tendo uma largura de 1 a 6 mm e um comprimento de 3 a 12 mm. Para uso endoscópico, cada placa pode ter uma largura de 1 a 3 mm e um comprimento de 3 a 6 mm. Preferencialmente, cada placa tem dimensões idênticas. As dimensões preferidas pode depender da frequência de micro-ondas. Quando for utilizada a energia de 5,8 GHz, as placas podem ter uma largura de 2 mm e um comprimento de 4 mm. As placas condutoras podem ter extremidades distais curvadas. Remover pontas afiadas pode reduzir o risco de perfuração de parede de intestino quando operando no trato GI, e podem impedir concentrações desnecessárias de energia em micro-ondas. As placas condutoras podem ter as extremidades proximais curvadas, por exemplo, no ponto em que se ligam à porção de transição de sinal. A espessura das placas pode ser ou menos de 0,5 mm ou menos.
[0017] A porção de transição de sinal pode incluir um elemento de ligação que se estende a partir de uma extremidade distal do cabo coaxial, o elemento de ligação compreendendo uma extensão do condutor interno do cabo coaxial rodeado por uma cobertura dielétrica, em que uma extremidade distal da extensão do condutor interno do cabo coaxial é conectado à segunda placa condutora. O membro de ligação pode ter um comprimento de 3 mm ou mais. O elemento de ligação em si pode formar uma linha de transmissão não uniforme.
[0018] A porção de transição de sinal pode incluir um conector exterior que se estende a partir do condutor externo do cabo coaxial e conecta eletricamente o condutor externo do cabo coaxial à primeira placa condutora. A extremidade proximal do conector externo pode ser curvada para envolver o condutor externo do cabo coaxial. O conector externo pode diminuir (ou seja, diminuir em largura), uma vez que se prolonga para fora a partir do condutor externo do cabo coaxial.
[0019] Em um outro aspecto da invenção, cada elemento de mandíbula pode compreender a sua própria linha de transmissão de perda. Neste arranjo, um divisor de potência pode ser usado para dividir a energia entre um par de linhas de transmissão em cada elemento de mandíbula. Assim, de acordo com um segundo aspecto da invenção, foi provido um fórceps eletrocirúrgico compreendendo: um par de elementos de mandíbula pivotante em relação um ao outro para abrir e fechar uma lacuna no entremeio; uma primeira estrutura de linha de transmissão montada em um do par de elementos de mandíbula adjacentes à lacuna; uma segunda estrutura de linha de transmissão montada no outro do par de elementos de mandíbula adjacentes à lacuna em oposição à primeira estrutura de linha de transmissão; um cabo coaxial para transmitir energia de frequência de micro-ondas; e um divisor de potência em uma extremidade do cabo coaxial, o divisor de potência sendo arranjado para dividir a energia de frequência de micro-ondas transmitida pelo cabo coaxial entre a primeira estrutura de linha de transmissão e a segunda linha de transmissão de estrutura, em que cada uma da primeira estrutura de linha de transmissão e da segunda estrutura de linha de transmissão consiste em uma linha de transmissão de perda desequilibrada para suportar a energia em micro ondas como uma onda em curso, e em que cada uma da primeira estrutura de linha de transmissão e a segunda estrutura de linha de transmissão tem um comprimento elétrico ao longo da onda em curso que é não ressonante para a energia em micro-ondas.
[0020] Cada uma da primeira estrutura de linha de transmissão e da segunda estrutura de linha de transmissão é uma linha de transmissão em paralelo ou uma linha de transmissão coaxial. O divisor de energia pode compreender um arranjo de linhas de transmissão de microfita flexível ou linhas de transmissão coaxial. Por exemplo, a transição de sinal pode compreender qualquer de um divisor de potência de Wilkinson, um arranjo de dois transformadores de quarto de comprimento de onda, um divisor de potência 3 dB ou semelhantes. Se um divisor de potência Wilkinson é utilizado para dividir a potência disponível na extremidade distal do cabo coaxial em duas partes iguais, então, a transição de sinal pode compreender duas seções semicirculares ou retas que são, cada, um quarto de comprimento de onda longo na frequência de operação, ou seja, o comprimento geral do divisor é metade de comprimento de onda para a frequência de operação. Neste arranjo, a impedância das linhas de transmissão que formam as duas seções semicirculares ou retas é definida como:
Figure img0001
em que Zw é a impedância da linha que forma o divisor de potência Wilkinson e Z0 é a impedância característica do cabo coaxial. Em uma modalidade preferencial, a impedância do cabo coaxial é definida para ser a mesma que a linha de transmissão no interior das mandíbulas que, por sua, vez é definido para ser o mesmo que o tecido biológico a ser tratado.
[0021] Em um arranjo em que dois transformadores de quarto de comprimento de onda são utilizados, uma impedância virtual existe na extremidade proximal de cada um dos braços de quarto de comprimento de onda que tem um valor que é duas vezes a impedância da impedância característica da linha de transmissão que alimenta este ponto, isto é, a impedância 'vista' no final da linha de transmissão é igual a metade do valor da impedância virtual. Isto assume que duas seções de quarto de transformador de onda são a mesmas impedância, a impedância da linha de transmissão dentro de cada uma das duas mandíbulas da mesma, e que cada mandíbula faz bom contato com o tecido biológico, que é homogêneo e tem um valor de impedância que é o mesmo ou próximo ao da impedância das linhas de transmissão no interior das duas mandíbulas.
[0022] Um arranjo adicional poderia utilizar um cabo de linha de transmissão com uma impedância característica de Z0 que alimenta um divisor de potência Wilkinson, cujas linhas têm uma impedância de 2Z-, em que cada braço é conectado a um transformador de quarto de comprimento de onda, cuja impedância corresponde à impedância característica Z0 à impedância das linhas de transmissão dentro das mandíbulas, o que é compatível à impedância do tecido Zt.
[0023] O par de elementos de mandíbulas pode ser desviado para além, por exemplo, utilizando molas ou semelhantes. As molas podem ser feitas de plástico ou outro material adequado que não interfira com a maneira em que a energia de frequência de micro-onda é perdido entre as placas condutoras. De maneira alternativa, os elementos de mandíbulas também podem ser totais ou parcialmente feitos a partir de metal de memória, por exemplo, fio de nitinol, e ser aberto e fechado com base na aplicação de calor aplicada à estrutura (fio). Este calor pode ser gerado utilizando uma fonte de energia DC (aquecimento por resistência), que pode envolver a utilização de linhas de alimentação adicionais, ou geradas quando o campo de micro-ondas é aplicado às mandíbulas. Para este último, pode ser desejável incluir, por exemplo, tinta ou depósito, uma seção de material de perda dentro das mandíbulas ou nas mandíbulas de tal forma que alguns dos campos de micro-ondas sejam absorvidos pelo material de perda para produzir calor local, o que faz com que as mandíbulas fechem (ou abram).
[0024] Os fórceps podem ser montados em um revestimento cilíndrica, ou seja, uma delimitação para o cabo coaxial e o par de elementos de mandíbula. O revestimento pode ser retrátil para expor o par de elementos de mandíbula. O revestimento pode atuar como uma cobertura de proteção para facilitar a inserção do fórceps através do canal de instrumento de um endoscópio. O diâmetro do revestimento cilíndrico pode ser inferior a 2,8 mm.
[0025] O fórceps pode incluir um mecanismo de fechamento da mandíbula em comunicação mecânica com o par de elementos de mandíbula. Por exemplo, o mecanismo de fechamento da mandíbula pode incluir uma pega e gatilho em comunicação com o par de elementos de mandíbula por meio de um ou mais cabos de pega. Os fios de pega podem se estender ao lado do cabo coaxial através do revestimento se os fórceps são inseridos através de um endoscópio. Em uma modalidade, o mecanismo de fechamento da mandíbula pode incluir um pantógrafo disposto para assegurar que os elementos de mandíbula se fechem juntamente, de tal maneira que as suas superfícies se encontrem simultaneamente ao longo do seu comprimento.
[0026] O par de elementos de mandíbulas pode ser rodado, por exemplo, por rotação do revestimento.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0027] Modalidades da invenção são discutidas abaixo com referência às figuras anexas, nas quais:
[0028] FIG. 1 é uma estrutura modelada por um fórceps eletrocirúrgico que é uma modalidade da invenção;
[0029] Fig. 2 é um gráfico que mostra a perda de retorno para um exemplo modelado de um fórceps eletrocirúrgico que é uma modalidade da invenção;
[0030] Fig. 3 é uma vista lateral da estrutura modelada apresentada na Fig. 1 mostrando densidade de perda de potência simulada no sangue;
[0031] Fig. 4 é um gráfico que mostra a perda de retorno para um outro exemplo modelado de um fórceps eletrocirúrgico que é uma modalidade da invenção;
[0032] Fig. 5 é uma vista lateral da estrutura modelada da Fig. 3, que mostra a densidade de perda de potência simulada no sangue com um espaçamento menor entre os elementos de mandíbula; e
[0033] Fig. 6 é uma figura esquemática de um fórceps eletrocirúrgico que é uma modalidade da invenção;
[0034] Fig. 7 é um desenho esquemático de um fórceps endoscópicos de micro-ondas que é uma modalidade da invenção;
[0035] Fig. 8A mostra um disposição de divisor de potência Wilkinson que pode ser realizado utilizando a linha de transmissão flexível de microfita;
[0036] Fig. 8B mostra um arranjo de arranjo de divisor de potência Wilkinson que pode ser realizado utilizando linhas de transmissão coaxial;
[0037] Fig. 9A mostra um primeiro projeto para um fórceps eletrocirúrgico que usa um divisor de poder Wilkinson realizado utilizando linhas de transmissão;
[0038] Fig. 9B mostra um segundo projeto para fórceps eletrocirúrgicos que usa um divisor de poder Wilkinson realizado utilizando linhas de transmissão; e
[0039] Fig. 9C mostra um terceiro projeto para um fórceps eletrocirúrgico que usa um divisor de poder Wilkinson realizado utilizando linhas de transmissão.
DESCRIÇÃO DETALHADA; OPÇÕES ADICIONAIS E PREFERÊNCIAS
[0040] A presente invenção provê um fórceps de coagulação de micro-ondas que podem ser operados através do canal de um endoscópio. O diâmetro do canal no endoscópio pode ser de 2,2 mm, 2,8 milímetros ou 3,2 mm. O objetivo do fórceps é agarrar uma seção fina de tecido de tecido e coagular ou cauterizar a porção mantida entre o fórceps usando energia em micro-ondas, por exemplo, em uma frequência de 5,8 GHz ou mais.
[0041] Ao contrário dos fórceps de micro-ondas conhecidos, a presente invenção não está projeto para radiar energia em micro-ondas. Em vez disso, uma ou preferencialmente ambas as mandíbulas do fórceps são projetadas para atuar como linhas de transmissão desbalanceadas de perda. Esta função pode surgir a partir da geometria selecionada das mandíbulas.
[0042] Uma vantagem da estrutura de linha de transmissão de perda é que a distribuição de energia no tecido pode ser focalizada mais precisamente nas áreas de contato com o tecido. Nos dispositivos de irradiação conhecidos, a funcionalidade de antena eficiente pode se basear em contato entre toda a estrutura de antena e do tecido, pelo que a ausência de contato com o tecido ao longo de todo o comprimento da antena pode impedir que a antena funcione de forma eficiente, que por sua vez, afeta a quantidade de energia que é distribuída (e refletida de volta para o instrumento). Neste projeto, o poder será distribuído para a parte que é realizada nos elementos de mandíbula, mesmo que só ocupando (toques) parte dos elementos da mandíbula. A maioria da energia restante será refletida de volta para o gerador ao invés de ser irradiada para o paciente. Esta estrutura também oferece benefícios clínicos em termos da energia em micro-ondas refletida sendo refletida de volta ao longo das mandíbulas do instrumento poder ser utilizada para produzir coagulação do tecido aprimorada, uma vez que retorna ao longo de um caminho de volta para o gerador. Na extremidade distal da linha de transmissão formada pelas duas mandíbulas em contato com o tecido, uma incompatibilidade total ocorre devido ao fato de que a linha está tanto no ar ou algum outro meio incompatível nesse ponto, portanto, o coeficiente de reflexão é a unidade ou perto da unidade, ou seja, toda a onda começa a viajar de volta ao longo das mandíbulas de volta para a fonte. A estrutura de linha de transmissão funciona com base no coeficiente de reflexão ou compatibilidade de impedância, pelo que, se a impedância do tecido de contato estiver bem compatível com a impedância da linha de transmissão (o coeficiente de reflexão zero ou próximo de zero). Idealmente, toda a energia é absorvida pelo tecido biológico que faz contato com as mandíbulas e, assim, toda a energia é dissipada no momento em que atinge a extremidade distal das mandíbulas, por conseguinte, nenhuma energia é refletida de volta ao longo da estrutura de linha de transmissão dentro as mandíbulas de volta para o gerador. Uma vez que nenhuma ressonância é necessária para a energia ser distribuída, o comprimento elétrico da linha de transmissão no elemento de mandíbula não é limitado na mesma maneira como seria, por exemplo, para uma antena. Por conseguinte, o comprimento elétrico das linhas de transmissão utilizado na presente invenção pode ser não ressonante na frequência da energia em micro-ondas (quando a linha de transmissão é carregada pelo tecido biológico), ou seja, não é um múltiplo de um quarto de comprimento de onda carregado da energia em micro-ondas.
[0043] A potência distribuída ao tecido biológico em qualquer ponto é dada por:
Figure img0002
em que Pt é a energia transmitida para o tecido em um determinado ponto, P; é a energia incidente no ponto em que a linha de transmissão faz contato com a carga de tecido, e] é o coeficiente de reflexão nesse ponto, que está relacionado com a impedância da linha de transmissão (Z0) e a impedância da carga de tecido (ZL) por:
Figure img0003
[0044] A presente invenção pode encontrar utilização particular nos procedimentos de polipectomia no trato gastrointestinal (GI), em que a haste de um pólipo deve ser selada e cortada. Em tais situações, a haste do pólipo não pode contatar todas as mandíbulas dos fórceps.
[0045] Fig. 1 mostra um projeto representativo de base para um fórceps de coagulação de micro-ondas, que é uma modalidade da invenção. O projeto é um modelo criado utilizando CST Microwave Studio®, que foi, então, usado para simular o desempenho na medida em que várias modificações foram feitas na estrutura para otimizar a perda de retorno e a densidade de potência no tecido biológico.
[0046] Embora os exemplos que se seguem discutam a utilização dos fórceps em um endoscópio, a presente invenção não necessita ser limitada deste modo. Pode ser aplicável às técnicas de laparoscopia ou utilizadas na cirurgia aberta.
[0047] Fig. 1 mostra um par de fórceps de coagulação de micro ondas 100 que é uma modalidade da invenção. Os fórceps 100 compreendem um cabo coaxial 102 para transmitir energia em micro-ondas a partir de um gerador adequado (não mostrado) para baixo, em um canal de instrumento endoscópio para um par de elementos de mandíbulas 104, 106. O gerador pode ser qualquer dispositivo capaz de distribuir um sinal de micro-ondas controlável e estável. Por exemplo, o aparelho divulgado no documento WO 2012/076844 pode ser usado.
[0048] O cabo coaxial 102 pode ser de cerca de 1,2 mm ou 2,2 milímetros de diâmetro, a fim de permitir espaço para um mecanismo de operação da mandíbula no canal de instrumento do endoscópio. Sucoform 47 feito por Huber+Suhner é um cabo apropriado que é de 1,2 mm de diâmetro e é suficientemente flexível para permitir a manipulação completa do endoscópio com o cabo dentro do seu canal.
[0049] Nesta modalidade, os elementos de mandíbula 104, 106 do fórceps são modelados como duas (por exemplo, metal) placas condutoras de 0,5 mm de espessura e 2 mm de largura com extremidades frontais e traseiras curvadas. Um primeiro elemento de mandíbula 104 é conectado eletricamente ao condutor externo 108 do cabo coaxial 102 através de um conector em ângulo cônico 110. Um segundo elemento de mandíbula 106 é conectado eletricamente ao condutor interno (não mostrado) do cabo coaxial por um elemento de ligação 112, que é uma extensão do condutor interno e o dielétrico 114 que rodeia para além da extremidade do condutor externo 108.
[0050] Os elementos de mandíbula 104, 106 são móveis em relação uma à outra para abrir e fechar a lacuna entre eles. Por exemplo, os elementos de mandíbula 104, 106 podem ser conectados a uma dobradiça ou pivô (não mostrado). O fórceps 100 pode, assim, incluir um mecanismo de operação de mandíbula, o que proveu a comunicação mecânica entre os elementos da mandíbula e a extremidade distal do dispositivo. Por exemplo, o mecanismo de operação da mandíbula pode compreender um ou mais fios de puxar se estendendo ao longo do cabo coaxial 102 através do canal de instrumento do endoscópio. Tais mecanismos de operação de mandíbula são bem conhecidos. Em outras modalidades, um arranjo de pantógrafo pode ser usado para abrir e fechar os elementos de mandíbula, de tal maneira que as suas superfícies se encontram simultaneamente em todo o caminho ao longo do seu comprimento.
[0051] Os elementos de mandíbula 104, 106 podem ter uma separação máxima de 2 mm, por exemplo, definido por um batente na dobradiça. Quando pressionados em conjunto, os elementos de mandíbula 104, 106 apresentaram uma seção transversal de área distal que mede de 2,23 mm através da diagonal. Isto é suficientemente pequeno para um revestimento exterior (não representado) para se encaixar em torno dos elementos de mandíbula e ainda permitir a passagem através do canal de instrumento do endoscópio. O revestimento pode agir para proteger o fórceps (por exemplo, de danos ou contaminação), uma vez que é inserido para baixo do canal de instrumento do endoscópio, ou para parar esbarrando ou, com outros danos, na medida em que a ferramenta é manipulada na posição no interior do paciente. O revestimento pode ser estável ao torque para ajudar a rotação do fórceps. O revestimento pode ser retrátil para expor os elementos de mandíbulas quando os fórceps estão na posição de utilização. Alternativamente, os fórceps podem ser extensíveis para sobressair para além da extremidade do revestimento. Na prática, é possível que as placas condutoras que formam os elementos de mandíbulas sejam mais finas, por exemplo, 0,4 milímetros ou menos, na medida em que eles mantêm a rigidez suficiente para impedir a flexão indesejável em uso.
[0052] De acordo com a invenção, a função das placas condutoras é como linhas de transmissão de perda desbalanceada, pelo que a energia de frequência de micro-ondas distribuída às fugas de elemento de mandíbula no ambiente circundante. Para otimizar a geometria das lâminas, a perda de retorno da estrutura modelada foi simulada enquanto variando um certo número de parâmetros, como mostrado na Tabela 1.
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Tabela 1. Simulações variadas de parâmetros
[0053] O comprimento do fio de parâmetro corresponde ao comprimento ao comprimento do fio unindo o cabo coaxial às placas condutoras, por exemplo, o comprimento do conector 110 e membro ligante 112. Na prática, é desejável que os fios tenham um comprimento semelhante. Qualquer diferença de comprimento deve ser uma pequena parte, por exemplo, menor do que um oitavo de um comprimento de onda na frequência de micro-ondas operacional. Verificou-se que com 3 milímetros de comprimento do fio e 4 mm de comprimento de lâmina, a perda de retorno era melhor do que 7 dB em 5,8 GHz, como se mostra na Fig. 2. Isto significa que menos do que 20% da energia é refletida de volta para o gerador, e ainda 80% está disponível para uso nas placas condutoras. Esta é a eficiência razoável, como quaisquer melhorias só poderia aumentar a potência disponível para as placas por pelo menos 25%.
[0054] Fig. 3 mostra os resultados de simulação de absorção de energia na região entre os elementos de mandíbulas para um comprimento de fio de 3 mm e um comprimento de 4 milímetros de comprimento de placa quando o tecido biológico (neste caso do sangue) está presente nessa região. A densidade de perda de potência difere entre as regiões de extremidade 116 nas extremidades distais e proximais das placas e uma região central 114.
[0055] Na região central 114 a densidade de perda de energia é de cerca de 65 dBW/m3 para a potência de entrada de 1 W. Na prática, é esperado que o dispositivo seja utilizado com uma potência de entrada de 10 W, pelo que a densidade de perda de energia (potência de aquecimento) nesta região seria 15 dBW/cm3. Isso é cerca de 30 W/cm3 que é suficiente para elevar a temperatura do sangue em cerca de 7 Ks-1, assumindo que a capacidade de calor específico do tecido é de cerca de 4,2 J/g/K, e que a densidade do tecido é de cerca de 1 g/cm3 de modo que a capacidade de calor do tecido é de cerca de 4,2 J/cm3/K.
[0056] Nas regiões de extremidade 116, a taxa de aquecimento será de cerca de três vezes este, ou seja, 20 Ks-1.
[0057] Neste exemplo, o volume da região entre as placas é de 4 mm de comprimento por 2 mm de largura e 2 mm de altura, ou seja, 16 mm3. A densidade média de energia é de cerca de 90 W/cm3, de modo que a energia total absorvida nesta região seja de cerca de 1,5 W. É esperado que o sangue ou tecido que se introduzem na lacuna triangular em que o conector 110 e o membro de ligação 112 irrompem no sentido das placas também sejam aquecidos.
[0058] Fig. 4 mostra a perda de retorno quando a separação das placas é reduzida a 1 mm. A perda de retorno em 5,8 GHz altera a partir de apenas mais de 7 dB para pouco mais de 6 dB. Mas, apesar desta alteração, mais de 75% da energia incidente está disponível para aquecer o tecido.
[0059] Fig. 5 mostra os resultados de simulação de absorção de energia na região entre os elementos de mandíbulas para o espaçamento entre as placas mais pequenos, e pode ser visto que a densidade de perda de energia é mais elevado, o que poderia ser esperado porque a potência total ligeiramente menor é concentrada em metade da espessura de tecido. A densidade de potência indicada em uma região central 118 da lacuna para 1 W de potência incidente é cerca de 66 dBW/m3, O que corresponde a cerca de 38 W/cm3 para 10 W de energia incidente, o que corresponde a um aumento de temperatura de cerca de 9 Ks-1.
[0060] Em um dispositivo prático, os elementos de mandíbulas podem ser desviados para além, por exemplo, utilizando molas ou semelhantes. Tais molas pode ser feitas a partir de plástico, o que não afetará os resultados das simulações discutidas acima.
[0061] O formato do conector 110 pode ser otimizado para melhorar a transferência de energia em micro-ondas para os elementos de mandíbulas 104, 106. Em particular, é desejável escavar a extremidade proximal do conector 110 no cabo coaxial 112 de modo que se curve em torno do dielétrico 112. Esta geometria melhora a perda de retorno ao tornar mais gradual a alteração a partir da linha de transmissão coaxial do cabo coaxial 112 para as linhas de transmissão gêmeas dos elementos de mandíbulas 104, 106.
[0062] Fig. 6 mostra uma vista esquemática de um fórceps de micro-ondasendoscópico 300 que é uma modalidade da invenção. O fórceps 300 compreende um corpo 308 que tem um cabo de alimentação flexível 306 que se estende a partir dele. O cabo de alimentação 306 não está desenhado à escala; que tem um comprimento e diâmetro adequados para inserção para baixo no canal de instrumento de um endoscópio (não mostrado). Este cabo pode ser inferior a 2,8 mm de diâmetro total para permitir que seja introduzido para baixo no canal de instrumento de um endoscópio ou um gastroscópio. O cabo de alimentação 306 compreende uma manga exterior que contém o mecanismo de abertura de mandíbula e cabo coaxial discutido acima. A uma extremidade distal do cabo 306 está um par de elementos de mandíbulas 302, 304, que são articuláveis em relação uma à outra sobre uma dobradiça 305 para abrir e fechar um espaço entre as superfícies opostas do mesmo sob o controle do mecanismo de abertura da mandíbula.
[0063] O corpo 308 inclui uma pega 310 e gatilho 312 que operam o mecanismo de fechamento da mandíbula de uma forma convencional. O gatilho 312 pode alternativamente ser um deslizador mecânico ou qualquer outro mecanismo adequado que permita que as mandíbulas sejam abertas e fechadas. O corpo 308 está ligado a um gerador de sinal de micro-ondas (não mostrado) através de um cabo adequado 314.
[0064] A geometria dos elementos de mandíbulas 302, 304 é selecionada de modo a que eles funcionem como linhas de transmissão com perdas tal como discutido acima.
[0065] Fig. 7 mostra uma outra modalidade da invenção, em que os fórceps de micro-ondas são inseridos através do canal de instrumento 402 de um endoscópio 400. A extremidade proximal do cabo de alimentação 404 termina em uma pega 406, que inclui um gatilho 408 para operar o mecanismo de mandíbula, como discutido acima. A pega 410 é apertada sobre o cabo de alimentação para prover um meio de rotação do cabo, e por conseguinte, controlar a orientação das mandíbulas 412 na extremidade distal do cabo. A manga exterior do cabo de alimentação pode incluir tranças internas que provêm estabilidade de torque, isto é, resistem à torção da manga em relação ao cabo coaxial. Idealmente, a tradução entre a rotação da pega na extremidade proximal do dispositivo e o movimento circular das mandíbulas na extremidade distal vai ser de 1:1, mas menores proporções de translação, por exemplo, 1:2 pode ser suficiente.
[0066] Fig. 8A mostra uma primeira configuração de um divisor de potência Wilkinson 500, que funciona para dividir uma potência de entrada P1 em duas partes iguais (P2 e P3) utilizando braços ou linhas semicirculares de quarto de comprimento de onda. Cada braço também pode funcionar como um transformador de impedância. Assim, o comprimento físico completo da estrutura é uma metade do comprimento de onda eléctrica com uma frequência de operação. A fim de que o seu projeto de divisão de potência seja usado na prática, pode ser preferível que a estrutura seja fabricada sobre um substrato flexível de micro-ondas, em que as faixas podem ser impressas ou gravadas foto. A fim de equilibrar as duas portas de saída (P2 e P3), é preferível incluir uma resistência de equilíbrio 502; o valor da impedância desta resistência de equilíbrio deve ser de preferência duas vezes a impedância característica.
[0067] A Figura 8B apresenta uma segunda configuração de um divisor de potência Wilkinson 600. Nesta configuração, as linhas coaxiais 602, 604 são utilizadas para realizar o divisor. Se o cabo coaxial padrão de 75 Q é usado para as seções de quarto de comprimento de onda 602, 604, o divisor irá prover uma compatibilidade razoável para as portas de entrada e saída de 50 Q il. Idealmente, se as portas de entrada e de saída são 50 Q, então, a impedância de cada um dos braços quarto de comprimento de onda é 70,71 Q (= 2 x 50). Na prática, o transformador de impedância coaxial deve ser tão pequeno e tão flexível quanto possível, a fim de se encaixar no endoscópio.
[0068] Fig. 9A mostra um contorno esquemático para um primeiro exemplo de dispositivo de fórceps de micro-ondas 700 que utiliza um divisor de potência 702 Wilkinson, em que a impedância Zt do tecido biológico 704 em uma frequência de operação é a mesma que a impedância da linha de transmissão 706 dentro das mandíbulas, também é a mesma que a impedância do cabo coaxial 708 que conecta o gerador de energia em micro-ondas ao dispositivo. Na Fig. 9A um transformador de quarto de onda 710 é usado na extremidade proximal, entre a saída do gerador 712 e o cabo coaxial 708 para corresponder a impedância de saída Zs do gerador 712 à impedância do cabo coaxial 708 (que nesta modalidade é também a impedância do tecido biológico 704 e a impedância da linha de transmissão 706 dentro das mandíbulas). A impedância do transformador de quarto de comprimento de onda 710 é definida como , z, x Z.. Normalmente, a impedância de saída do gerador de energia em micro-ondas 712 será de 50 Q e, se presume-se que a impedância do sangue é de 25 Q na frequência de operação preferencial, então, a impedância do transformador de quarto de comprimento de onda 710 terá de ser 35,36 Q. Este transformador poderia ser realizado na prática usando uma linha de transmissão coaxial de 50Q padrão com o diâmetro do condutor interior aumentado, o diâmetro interno do condutor externo reduzido, o valor de permissividade relativa (constante dielétrica) do material que separa o condutor externo e interno aumentado, ou variando uma combinação destes parâmetros. Seria relativamente simples a fabricação de linha de transmissão coaxial de 25Q.
[0069] Fig. 9B mostra um contorno esquemático de um dispositivo segundo exemplo de um fórceps de micro-ondas 800 que utiliza um divisor de potência 802 Wilkinson, em que a impedância Z0 do cabo coaxial 808, que conecta o gerador 812 ao instrumento, é a mesma que a impedância de saída Zs do gerador, que é nominalmente 50 Q. Na Fig. 9B há um transformador de quarto de comprimento de onda 810, 811 localizado entre a extremidade distal de cada braço do divisor de potência Wilkinson 802 e a extremidade proximal de uma respectiva linha de transmissão 806 que acopla ao tecido biológico 804. Neste exemplo, se for assumido que a impedância Zt do tecido biológico é bem adaptada para a impedância das linhas de transmissão 806 no interior das mandíbulas, então, a impedância do quarto de comprimento de onda correspondendo aos transformadores 810 é .TTZ.
[0070] Fig. 9C mostra um contorno esquemático de um terceiro exemplo de dispositivo de fórceps de micro-ondas 900 que utiliza um par de seções de transformador de linha de transmissão de quarto de comprimento de onda 902, 903 para coincidir com a impedância do tecido biológico 904 para a impedância do cabo coaxial 908 e o gerador de energia em micro-ondas 912 para assegurar uma transferência eficiente de energia entre o gerador e a carga do tecido. Mais uma vez, nesta configuração, assume-se que a impedância da linha de transmissão 906 dentro das mandíbulas está bem adaptado para a impedância do tecido biológico Zt . Neste arranjo, cada transformador 902, 903 transforma a impedância "vista" pelo mandíbulas para uma impedância virtual que tem um valor igual a duas vezes a impedância característica do cabo coaxial 908, de tal modo que a extremidade proximal dos dois braços dos transformadores são conectados em paralelo para se obter uma impedância que é igual à impedância característica do cabo de alimentação (linha de transmissão de micro-ondas). A impedância Z0 do cabo coaxial 908 pode ser a mesma que a impedância de saída Zs do gerador 912, e assim a função dos dois transformadores de impedância de quarto de comprimento de onda deve corresponder Z0 a Zt. Também pode ser observado que os dois transformadores estão conectados em paralelo a este ponto, por conseguinte, a impedância vista na extremidade proximal de cada um dos transformadores de impedância de quarto de comprimento de onda é 2Z0. Deste modo, a impedância das seções de correspondência de quarto de comprimento de onda 902, 903 é , 1Z; :<Z:.

Claims (15)

1. Fórceps eletrocirúrgico (100), caracterizado pelo fato de que compreende: um par de elementos de mandíbula (104, 106) articuláveis em relação uma à outra para abrir e fechar uma lacuna no entremeio; um primeiro elemento condutor montado em um do par de elementos de mandíbula (104, 106) adjacentes à lacuna; um segundo elemento condutor montado no outro do par de elementos de mandíbulas (104, 106) adjacentes à lacuna em oposição ao primeiro elemento condutor; um cabo coaxial (102) para transmitir energia em micro-ondas com uma frequência específica; e uma porção de transição de sinal em uma extremidade distal do cabo coaxial (102), a porção de transição de sinal disposta de modo a conectar o primeiro elemento condutor a um condutor externo do cabo coaxial (102) e para conectar o segundo elemento condutor a um condutor interno do cabo coaxial (102), em que o primeiro elemento condutor e o segundo elemento condutor e a lacuna entre o par de mandíbulas constituem uma linha de transmissão para suportar a energia em micro-ondas como uma onda em curso, em que os elementos condutores nas superfícies opostas do par de elementos de mandíbulas (104, 106) não estão em uma relação espacial uniforme entre si ao longo do comprimento do par de elementos de mandíbula (104, 106), em que a linha de transmissão formada pelo primeiro elemento condutor e pelo segundo elemento condutor é projetada para acoplar energia elétrica em tecido biológico na lacuna entre os elementos de par de mandíbulas (104, 106) pra evitar reflexos múltiplos da onda em curso, em que a linha de transmissão não é ressonante para a energia em micro-ondas ao longo da onda em curso na presença do tecido biológico, e em que a linha de transmissão tem uma geometria selecionada para apresentar uma elevada perda na frequência específica da energia em micro-ondas quando o tecido biológico estiver presente na lacuna, em que a energia recebida na extremidade proximal da linha de transmissão é distribuída de forma eficiente no tecido biológico na lacuna durante um único curso da onda em curso ao longo da linha de transmissão.
2. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que quando o tecido biológico estiver presente na lacuna, 80% da energia recebida na extremidade proximal da linha de transmissão é distribuída no tecido biológico durante um único curso da onda em curso ao longo da linha de transmissão.
3. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada um do primeiro elemento condutor e do segundo elemento condutor compreende uma placa condutora plana tendo uma extremidade distal curvada e/ou uma extremidade proximal curvada.
4. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a porção de transição de sinal inclui um membro de ligação (112) que se estende a partir de uma extremidade distal do cabo coaxial (102), o membro de ligação (112) compreendendo uma extensão do condutor interno do cabo coaxial (102) rodeado por uma cobertura dielétrica (114), em que uma extremidade distal da extensão do condutor interno do cabo coaxial (102) é conectada ao segundo elemento condutor, e em que a porção de transição de sinal inclui um conector externo (110) que se estende a partir do condutor externo (108) do cabo coaxial (102) e conecta eletricamente o condutor externo (108) do cabo coaxial (102) ao primeiro elemento condutor.
5. Fórceps eletrocirúrgico (100), caracterizado pelo fato de que compreende: um par de elementos de mandíbula (104, 106) articuláveis em relação uma à outra para abrir e fechar uma lacuna no entremeio; uma primeira estrutura de linha de transmissão montada em um do par de elementos de mandíbula (104, 106) adjacentes à lacuna; uma segunda estrutura de linha de transmissão montada no outro do par de elementos de mandíbula (104, 106) adjacentes à lacuna em oposição à primeira estrutura de linha de transmissão; um cabo coaxial (102) para transmitir energia de micro-ondas com frequência específica; e um divisor de energia em uma extremidade distal do cabo coaxial (102), o divisor de energia sendo arranjado de modo a dividir a energia de frequência de micro-ondas transmitida pelo cabo coaxial (102) entre a primeira estrutura de linha de transmissão e a segunda estrutura de linha de transmissão, em que cada uma da primeira estrutura de linha de transmissão e da segunda estrutura de linha de transmissão consiste em uma linha de transmissão arranjada para suportar a energia em micro-ondas como uma onda em curso, em que a linha de transmissão de cada uma dentre a primeira estrutura de linha de transmissão e a segunda estrutura de linha de transmissão é projetada para acoplar energia elétrica dentro de um tecido biológico na lacuna entre o par de elementos de mandíbula (104, 106) para evitar reflexos múltiplo da onda em curso, em que a linha de transmissão não é ressonante para a energia em micro-ondas na presença de tecido biológico, e em que a linha de transmissão tem uma geometria selecionada para apresentar uma elevada perda na frequência específica da energia em micro-ondas quando o tecido biológico estiver presente na lacuna, em que a energia recebida na extremidade proximal da linha de transmissão é distribuída de forma eficiente no tecido biológico na lacuna durante um único curso da onda em curso ao longo da linha de transmissão.
6. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que quando o tecido biológico estiver presente na lacuna, 80% da energia recebida na extremidade proximal da linha de transmissão é distribuída no tecido biológico durante um único curso da onda em curso ao longo da linha de transmissão.
7. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a geometria da linha de transmissão é selecionada para apresentar uma perda de retorno de 1dB na frequência específica da energia em micro-ondas quando ar estiver presente na lacuna.
8. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a frequência específica é qualquer uma dentre 915 MHz, 2.45 GHz, 3.3 GHz, 5.8 GHz, 10 GHz, 14.5 GHz e 24 GHz.
9. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 8 caracterizado pelo fato de que a linha de transmissão de cada uma da primeira estrutura de linha de transmissão e da segunda estrutura de linha de transmissão é uma linha de transmissão em paralelo ou uma linha de transmissão coaxial.
10. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizado pelo fato de que o divisor de energia compreende um par de linhas de transmissão de quarto de comprimento de onda arranjado para coincidir a impedância do cabo coaxial (102) com a impedância da primeira estrutura de linha de transmissão e segunda estrutura de linha de transmissão.
11. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que inclui um transformador de impedância de quarto de comprimento de onda na extremidade proximal do cabo coaxial (102), o transformador de impedância de quarto de comprimento de onda sendo arranjado para coincidir a impedância do cabo coaxial (102) a um gerador para distribuir a energia de frequência de micro-ondas no cabo coaxial (102).
12. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o par de elementos de mandíbulas (104, 106) é induzido afastado.
13. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que inclui um revestimento para envolver o cabo coaxial (102) e o par de elementos de mandíbulas (104, 106), em que o revestimento é retrátil para expor o par de elementos de mandíbula (104, 106).
14. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o revestimento é cilíndrico e tem um diâmetro inferior a 2,8 mm.
15. Fórceps eletrocirúrgico (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que inclui um mecanismo de fechamento de mandíbulas em comunicação mecânica com o par de elementos de mandíbula (104, 106), em que o mecanismo de fechamento de mandíbulas inclui um pantógrafo arranjado para assegurar que os elementos de mandíbula (104, 106) fechem juntos de tal maneira que as suas superfícies se encontrem simultaneamente ao longo de seu comprimento.
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