ES2217094T3 - Procedimiento para calcular la capacidad de un transductor para determinar la temperatura del mismo. - Google Patents
Procedimiento para calcular la capacidad de un transductor para determinar la temperatura del mismo.Info
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Abstract
Un procedimiento para determinar la temperatura de un transductor de una empuñadura ultrasónica; comprendiendo las etapas de: determinar una capacitancia en derivación del transductor; calcular la temperatura del transductor en base a la capacitancia en derivación del transductor; y suministrar un aviso al usuario de la empuñadura si una de entre la temperatura del transductor y la velocidad de cambio de la temperatura son excesivas.
Description
Procedimiento para calcular la capacidad de un
transductor para determinar la temperatura del mismo.
La presente invención se refiere generalmente a
sistemas quirúrgicos ultrasónicos y, de manera más particular, a un
procedimiento para determinar la temperatura de un transductor
ultrasónico.
Se sabe que los bisturíes eléctricos y los
láseres se pueden usar como instrumentos quirúrgicos para realizar
la función doble de efectuar de manera simultánea la incisión y la
hemostasia del tejido blando por medio de la cauterización de
tejidos y vasos sanguíneos. Sin embargo, dichos instrumentos emplean
temperaturas muy altas con el fin de conseguir la coagulación,
provocando vaporización y humos, así como salpicaduras. De manera
adicional, el uso de dichos instrumentos a menudo resulta en un daño
térmico del tejido en zonas relativamente amplias.
También son bien conocidos el corte y la
cauterización del tejido por medio de cuchillas quirúrgicas a las
que se hace vibrar a altas velocidades por medio de mecanismos de
excitación ultrasónicos. Uno de los problemas asociados con dichos
instrumentos ultrasónicos de corte son las vibraciones incontroladas
y no amortiguadas y el calor, así como la fatiga del material que
resulta de éstas últimas. En un entorno de sala de operaciones, se
han hecho intentos para controlar este problema del calor por medio
de la inclusión de sistemas de refrigeración con intercambiadores de
calor para enfriar la cuchilla. En un sistema conocido, por ejemplo,
el sistema de corte ultrasónico y de fragmentación de tejidos
requiere un sistema de refrigeración aumentado con una cubierta de
circulación de agua y un medio para la irrigación y la aspiración
del sitio del corte. Otro sistema conocido requiere la aplicación de
fluidos criogénicos a la cuchilla.
Se sabe que limitar la corriente entregada al
transductor es un medio para limitar el calor generado en el mismo.
Sin embargo, esto podría dar como resultado una potencia
insuficiente suministrada a la cuchilla en el momento en el que se
necesite para el tratamiento más efectivo del paciente. La patente
de los Estados Unidos número 5.026.387 de Thomas, describe un
sistema para controlar el calor en un sistema de corte quirúrgico
ultrasónico y de hemostasia sin el uso de un refrigerante, por medio
del control de la energía de excitación suministrada a la cuchilla.
En el sistema de acuerdo con esta patente, se proporciona un
generador ultrasónico que produce una señal eléctrica de una
tensión, corriente y frecuencia particulares, por ejemplo, 55.500
ciclos por segundo. El generador está conectado por medio de un
cable a una empuñadura que contiene elementos piezocerámicos que
forman un transductor ultrasónico. En respuesta a un conmutador que
se encuentra sobre una empuñadura o un conmutador de pie conectado
al generador por medio de otro cable, se aplica la señal de
generador al transductor, lo que provoca una vibración longitudinal
de sus elementos. Una estructura conecta el transductor a una
cuchilla quirúrgica, a la que se hace vibrar de este modo a
frecuencias de ultrasonidos cuando se aplica la señal del generador
al transductor. La estructura está diseñada para que resuene a la
frecuencia seleccionada, amplificando de esta forma el movimiento
iniciado por el transductor.
La señal proporcionada al transductor está
controlada para proporcionar potencia bajo petición al transductor
en respuesta a la detección continua o periódica de la condición de
carga (contacto con el tejido o retirada del mismo) de la cuchilla.
Como resultado, el dispositivo pasa de un estado de desocupado a una
potencia baja a un estado de corte a una potencia alta seleccionable
dependiendo de si el bisturí está o no en contacto con el tejido. Un
tercer modo de coagulación de alta potencia es seleccionable de
manera manual con retorno automático a un nivel de potencia de
desocupado cuando la cuchilla no se encuentra en contacto con el
tejido. Como la potencia de ultrasonidos no se aplica de manera
continua a la cuchilla, genera menos calor ambiente pero imparte
energía suficiente al tejido para hacer incisiones y cauterizar
cuando es necesario.
El sistema de control en la patente de
Thomas es de tipo analógico. Un circuito de sincronización de
fase (que incluye un oscilador controlado por tensión, un divisor de
frecuencia, un conmutador de potencia, una red de adaptación y un
detector de fase), estabiliza la frecuencia aplicada a la
empuñadura. Un microprocesador controla la cantidad de potencia
muestreando la frecuencia, la corriente y la tensión aplicadas a la
empuñadura, ya que estos parámetros cambian con la carga aplicada a
la cuchilla.
La curva de la potencia frente a la carga en un
generador en un sistema quirúrgico por ultrasonidos típico, tal como
el que se describe en la patente de Thomas, tiene dos
segmentos. El primer segmento tiene una pendiente positiva de
potencia creciente a medida que se incrementa la carga, lo que
indica una entrega constante de corriente. El segundo segmento tiene
una pendiente negativa de potencia decreciente a medida que la carga
se incrementa, lo que indica una tensión de salida constante o
saturada. La corriente regulada para el primer segmento es fijada
por el diseño de los componentes electrónicos, y la tensión del
segundo segmento está limitada por la tensión de salida máxima del
diseño. Esta disposición es inflexible ya que la característica de
la salida de potencia frente a la carga de dicho sistema no puede
ser optimizada a varios tipos de transductores de empuñadura y
cuchillas ultrasónicas. El funcionamiento de los sistemas de
potencia ultrasónicos analógicos tradicionales para instrumentos
quirúrgicos se ve afectado por las tolerancias de los componentes y
su variabilidad en la electrónica del generador debido a los cambios
en la temperatura operativa. En particular, los cambios de
temperatura pueden causar amplias variaciones en los parámetros
clave del sistema tales como el margen de enganche de frecuencia, el
nivel de señal de excitación y otras medidas de funcionamiento del
sistema.
Con el fin de hacer funcionar un sistema
quirúrgico ultrasónico de una manera eficiente, durante el arranque,
la frecuencia de la señal suministrada al transductor de la
empuñadura es barrida sobre un intervalo para localizar la
frecuencia de resonancia. Una vez que se encuentra, el circuito de
sincronización de fase del generador se engancha a la frecuencia de
resonancia, continúa para supervisar la corriente del transductor
con el ángulo de fase de la tensión, y mantiene en resonancia al
transductor controlándolo a la frecuencia de resonancia. Una función
clave de dicho sistema es mantener al transductor resonando a través
de los cambios en la carga y en la temperatura que varían con la
frecuencia de resonancia. Sin embargo, estos sistemas tradicionales
de excitación ultrasónica tienen pequeña o ninguna flexibilidad con
respecto al control adaptativo de frecuencia. Dicha flexibilidad es
clave para la capacidad del sistema para discriminar resonancias no
deseadas. En particular, estos sistemas pueden buscar sólo
resonancia en una dirección, es decir, con las frecuencias
crecientes o decrecientes y su patrón de búsqueda es fijo. El
sistema no puede: (i) saltar sobre otros modos de resonancia o tomar
ninguna decisión heurística, tal como qué resonancia obviar o sobre
qué resonancia engancharse, y (ii) asegurar la entrega de potencia
sólo cuando se logre el enganche a la frecuencia apropiada.
Los sistemas de generador ultrasónico de la
técnica anterior tienen también muy poca flexibilidad con relación
al control de amplitud, lo que podría permitir al sistema emplear
algoritmos de control adaptativo y toma de decisiones. Por ejemplo,
estos sistemas fijos carecen de la capacidad de tomar decisiones
heurísticas con relación a la excitación a la salida, por ejemplo,
la corriente o la frecuencia, en base a la carga sobre la cuchilla
y/o el ángulo de fase de corriente respecto de la tensión. También
limita la capacidad del sistema para fijar los niveles óptimos de
señal de excitación del transductor para un funcionamiento eficiente
consistente, que incrementaría la vida útil del transductor y
aseguraría condiciones de funcionamiento seguras para la cuchilla.
Además, la carencia de control sobre el control de amplitud y de
frecuencia reduce la capacidad del sistema para realizar pruebas de
diagnóstico sobre el sistema de transductor / cuchilla y para
soportar la resolución de problemas en general.
Cuando se usan generadores quirúrgicos
ultrasónicos, el acceso a la temperatura del transductor es de
particular importancia. La temperatura del transductor se puede usar
para optimizar el funcionamiento global del sistema quirúrgico
ultrasónico, así como para mejorar la seguridad global del sistema
durante su uso, tal como para determinar si es seguro manipular o
agarrar la empuñadura. Por ejemplo, durante el uso del sistema
quirúrgico ultrasónico, tal como en la realización de cirugía, la
impedancia del transductor se puede incrementar de forma que las
pérdidas eléctricas dentro del transductor se incrementen lo que
puede llevar a temperaturas excesivas en la empuñadura. Por lo tanto
es ventajoso conocer la temperatura del transductor para evitar
efectos no deseados, tales como heridas a una persona que lo maneje
como resultado de coger una empuñadura caliente, o para evitar
heridas a un paciente como resultado de la exposición a superficies
de la pieza a mano descubierta.
La medida de la temperatura del transductor es
relativamente sencilla. De manera tradicional, se usan termopares,
termistores y otros sensores clásicos de temperatura para medir la
temperatura del transductor para propósitos de control y de
seguridad. Sin embargo, estos procedimientos incrementan el coste de
la empuñadura, y añaden hilos y conexiones adicionales que podrían
reducir de manera potencial la fiabilidad del sistema quirúrgico
ultrasónico. Otra forma de determinar la temperatura del transductor
es medir la capacitancia en derivación del transductor (C_{0}) y
usarla para calcular la temperatura del transductor.
Un transductor con o sin una cuchilla, siempre
poseerá frecuencias no resonantes a las que se pueda medir la
C_{0} del transductor. Sin embargo, las frecuencias no resonantes
particulares variarán dependiendo de sobre qué cuchilla esté
conectado y del tipo de transductor en uso. Dada una frecuencia no
resonante conocida de una cuchilla, la medida de C_{0} es
relativamente sencilla y rápida de realizar. Sin embargo, si las
frecuencias resonantes de la cuchilla deben ser identificadas
primero y después medir C_{0} a frecuencias no resonantes, se
consumirá una cantidad de esfuerzo y de tiempo considerable. En tal
caso, la determinación de C_{0} es difícil de hacer, ya que la
frecuencia a la que se mide C_{0} reside de manera preferible a
una frecuencia no resonante. Típicamente, las frecuencias no
resonantes particulares usadas para medir C_{0} están casi siempre
presentes en la cuchilla. Sin embargo, si se cambia el diseño de la
cuchilla, no se asegura la detección de estas frecuencias no
resonantes particulares. De acuerdo con esto, hay una necesidad de
un procedimiento para asegurar el aislamiento de C_{0} de las
resonancias o una resonancia cercana para determinar la temperatura
del transductor / cuchilla.
La invención es un procedimiento para calcular la
capacitancia de un transductor (C_{0}) sin conocer la frecuencia
de resonancia exacta de una combinación transductor / cuchilla. La
invención comprende también un procedimiento para determinar la
temperatura del transductor sin el uso de un sensor de temperatura,
o similar. El procedimiento de la invención se consigue por medio
del barrido a través de un amplio margen de frecuencia que contiene
frecuencias resonantes y no resonantes en las que se puede medir
C_{0}. Se fija un margen de frecuencias predefinido de manera
independiente de la frecuencia de resonancia de una combinación
específica de transductor / cuchilla. Se mide la C_{0} del
transductor / cuchilla a varias frecuencias diferentes dentro del
margen de frecuencias predefinido para asegurar que se descartan
medidas no válidas de C_{0}, y la temperatura del transductor se
calcula en base a las medidas válidas de C_{0}.
El procedimiento de acuerdo con la invención es
adaptativo, en que C_{0} es identificada con independencia de
cualquier varianza que pueda ocurrir en las frecuencias de
resonancia de la cuchilla. De esta manera, el procedimiento
proporciona una libertad de diseño mayor para futuros diseños de
transductor o de cuchilla, ya que no se requiere la localización de
una zona de no resonancia "quieta" dentro de un margen de
frecuencias específico. Por medio del uso de promediado selectivo de
C_{0} y las medidas a diferentes frecuencias, la presente
invención consigue medidas de C_{0} que son más precisas que las
obtenidas por medio de una sola medida de C_{0}. Además,
eliminando las medidas de C_{0} que aparecen alteradas por las
resonancias a frecuencias específicas y centrándose sólo sobre
valores de C_{0} potencialmente válidos, se puede conseguir un
cálculo rápido y una identificación precisa de la capacitancia en
derivación. De acuerdo con la invención, durante la fabricación de
la empuñadura, la capacitancia medida a una frecuencia fuera de la
resonancia (es decir, C_{0} a una frecuencia distinta de la de
resonancia) es almacenada en una memoria no volátil situada en la
empuñadura (es decir, en una memoria de circuito integrado dentro
del conector, cable o cuerpo de la empuñadura).
En una realización de la invención, se mide la
empuñadura para determinar su impedancia Z_{HP}. Se hace una
comparación para determinar si la fase de la empuñadura está dentro
de límites aceptables. Si el valor absoluto de la fase de la
empuñadura es menor que un valor predeterminado, entonces el nivel
de la frecuencia de excitación se incrementa en una cantidad fija.
Si, por otra parte, el valor absoluto de la fase de la empuñadura es
mayor que el valor predeterminado, entonces se mide varias veces la
Z_{HP} de la empuñadura.
Se calcula un valor promedio C_{0} en cada
nivel de frecuencia de excitación del generador para cada frecuencia
no resonante. La frecuencia de excitación se incrementa, y se
comprueba que está hecha para determinar si la frecuencia de
excitación es mayor que una frecuencia máxima o si el número total
de medidas Z_{HP} es mayor que un número predeterminado. Si se
cumple cualquiera de estas condiciones, entonces se calcula el valor
promedio de los valores de C_{0} medidos en cada frecuencia de
excitación. Si, por el contrario, la frecuencia de excitación es
menor que la frecuencia máxima o el número total de medidas de
Z_{HP} es menor que el número predeterminado, entonces se
determinan valores adicionales de C_{0}. En la realización
preferida, la frecuencia máxima es de 44,5 kHz.
Para determinar si la temperatura del transductor
se encuentra dentro de límites aceptables, se realiza un cálculo
para determinar un valor calculado de C_{0}. El valor calculado se
compara con un valor C_{0} almacenado en una memoria no volátil
durante la fabricación de la empuñadura. Si el valor calculado para
C_{0} es mayor que un umbral predeterminado por encima del valor
de C_{0} almacenado en la memoria no volátil, entonces la
temperatura del transductor es excesiva y se da un aviso al usuario.
En la realización preferida, se retira la potencia a la empuñadura
hasta el momento en el que la capacitancia en derivación caiga por
debajo de un umbral determinado.
En la realización preferida de la invención, la
empuñadura es medida a intervalos fijos de frecuencia para
determinar su impedancia Z_{HP} en cada intervalo de frecuencia.
Usando los puntos de datos obtenidos durante la realización de la
medida de la impedancia, se realiza un ajuste de curva para obtener
una ecuación que se ajuste con la curva.
Esta ecuación se resuelve en un número de valores
de frecuencia equiespaciados para llegar a un grupo de valores de
impedancia distintos. La capacitancia en derivación se calcula para
cada uno de los valores de impedancia distintos. Se descartan el
valor de la capacitancia máxima calculada y el valor de la
capacitancia mínima calculada. Se calcula entonces un promedio de
los restantes valores para de esta forma "suavizar" los valores
altos y bajos, y llegar a un valor final de capacitancia en
derivación.
Si la capacitancia en derivación es mayor que un
umbral predeterminado en base a una relación C_{0} / temperatura,
entonces la temperatura del transductor es excesiva y se da un aviso
al usuario. De manera alternativa, se retira la potencia a la
empuñadura hasta el momento en que la capacitancia en derivación
caiga por debajo de un umbral predeterminado. En la realización
preferida, el umbral predeterminado es una cantidad fija por encima
de la capacitancia de la empuñadura / cuchilla a la temperatura
ambiente, y la cantidad fijada es de 462 pF.
En otra realización de la invención, la velocidad
de cambio de la capacitancia en derivación medida (C_{0}) del
transductor es medida y comparada con un umbral predeterminado. Si
la velocidad de cambio es mayor que el umbral predeterminado, el
transductor / cuchilla está en el límite del sobrecalentamiento, o
lo estará en el futuro. La C_{0} del transductor es medida cuando
el cirujano activa primeramente la empuñadura usando el interruptor
de pie del generador ultrasónico o el encendido de la empuñadura. Se
realiza una segunda medida cuando se suelta o cuando se desconecta
por parte del cirujano. Se calcula la diferencia entre las dos
medidas y se divide por una diferencia de tiempo para llegar a un
valor que sea representativo de la velocidad de cambio de la
capacitancia. Aquí, la diferencia de tiempo es el tiempo entre la
activación y liberación del interruptor de pie por parte del
cirujano. Si el valor de la velocidad de cambio para la capacitancia
en derivación sobrepasa un umbral predeterminado almacenado en
memoria, se le da un aviso al cirujano antes de que la temperatura
del transductor pase a ser excesiva y por lo tanto presente un
peligro de lesión al cirujano o al paciente.
En una realización adicional de la invención, la
temperatura del transductor se determina sin el uso de sensores de
temperatura. Esto se lleva a cabo usando una memoria no volátil que
está incorporada dentro de la empuñadura para mejorar el
funcionamiento global y la seguridad del sistema. La capacitancia
medida a una frecuencia fuera de la resonancia (es decir, la
capacitancia en derivación (C_{0}) a una frecuencia distinta de la
frecuencia de resonancia) es almacenada en la memoria no volátil. El
análisis de los valores de regresión lineal de la capacitancia del
transductor, mientras cambian con la temperatura y el uso de la
empuñadura, se almacenan también en la memoria no volátil en el
generador.
Antes de y/o durante la activación de la
empuñadura, el generador realiza una "lectura" de los datos de
capacidad de temperatura de la sala desde la empuñadura. La
capacitancia real de la empuñadura se mide entonces de acuerdo con
la invención, y la temperatura del transductor real se calcula
usando una curva polinómica almacenada en la memoria no volátil del
generador. Los datos de temperatura se usan entonces para determinar
si es seguro activar la empuñadura, así como para determinar qué
niveles de parámetros esperar durante las medidas de diagnóstico. De
esta manera, se consigue un medio para medir de manera indirecta la
temperatura del transductor. Además, se elimina la necesidad de
sensores de temperatura, hilos y terminales de conectores para
realizar las medidas de temperatura.
Usando el procedimiento de la invención, se
consigue una libertad mayor para el diseño para futuros
transductores y diseños de cuchilla, ya que no se requiere la
localización de una zona no resonante "quieta" dentro de un
margen predeterminado de frecuencia. Por medio de la eliminación de
la necesidad de medir las frecuencias de resonancia, la invención
incrementa y mejora en gran medida la velocidad a la que se
determina C_{0}. Usando el promediado selectivo de C_{0} y las
medidas a diferentes frecuencias, la presente invención consigue
medidas de C_{0} que son más precisas que las obtenidas por una
sola medida de C_{0}. Eliminando las medidas de C_{0} que
aparezcan alteradas por resonancias a frecuencias específicas y
centrándose solamente sobre valores de C_{0} distintos
potencialmente válidos, se puede conseguir un cálculo rápido y una
identificación precisa de la capacitancia en derivación. Además, se
mejora el "proceso de muestreo" debido a que se evitan las
resonancias y/o las zonas de resonancia que se encuentran situadas
adyacentes a las frecuencias a las que se realizan las medidas de
C_{0}. Además, el procedimiento proporciona la medida indirecta de
la temperatura del transductor, y se eliminan las necesidades de
sensores de temperatura, hilos y terminales de conectores para
realizar las medidas de temperatura.
Las anteriores ventajas y otras ventajas y
características de la invención serán más aparentes a partir de la
descripción detallada de las realizaciones preferidas de la
invención dadas más adelante haciendo referencia a los dibujos que
las acompañan en los que:
La figura 1 es una ilustración de una consola
para un sistema de corte y hemostasia quirúrgico ultrasónico, así
como una empuñadura y un interruptor de pie en los que se implementa
el procedimiento de la presente invención;
La figura 2 es una vista esquemática de una
sección de cruce a través de la empuñadura del bisturí ultrasónico
del sistema de la figura 1;
Las figuras 3(a) y 3(b) son
diagramas de bloque que ilustran un generador ultrasónico para
implementar el procedimiento de la invención;
La figura 4 es una ilustración esquemática de una
circuitería de excitación del transductor de un transformador de
potencia de la figura 3(b).
La figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra
una realización de un procedimiento de la invención;
La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra
otra realización del procedimiento de la invención;
La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra
otra realización del procedimiento de la invención;
Las figuras 8(a) y 8(b) son
diagramas de flujo que ilustran una realización preferida del
procedimiento de la invención; y
La figura 9 es un gráfico de la capacitancia
frente a la temperatura para una empuñadura instalada con una punta
de prueba.
La figura 1 es una ilustración de un sistema para
implementar el procedimiento de acuerdo con la invención. Por medio
de un primer conjunto de hilos del cable 26, la energía eléctrica,
es decir, la corriente de excitación, es enviada desde la consola 10
a una empuñadura 30 en la que comunica un movimiento longitudinal
ultrasónico a un dispositivo quirúrgico, tal como una cuchilla
afilada de bisturí 32. Esta cuchilla se puede usar para el corte y
la cauterización simultánea de los tejidos. La alimentación de
corriente ultrasónica a la empuñadura 30 puede estar bajo el control
de un interruptor 34 situado en la empuñadura, que es conectada al
generador en la consola 10 a través de los hilos del cable 26. El
generador puede ser controlado también por medio de un interruptor
de pie 40, que está conectado a la consola 10 por medio de otro
cable 50. De esta forma, durante el uso, un cirujano puede aplicar
una señal eléctrica ultrasónica a la empuñadura, causando la
vibración longitudinal de la cuchilla a una frecuencia de
resonancia, operando el interruptor 34 de la empuñadura con su dedo,
u operando el interruptor de pie 40 con su pie.
La consola de generador 10 incluye un dispositivo
de pantalla de cristal líquido 12, que se puede usar para indicar el
nivel seleccionado de potencia de corte de varias maneras, tales
como el porcentaje de potencia de corte máxima o los niveles
numéricos de potencia asociados con la potencia de corte. El
dispositivo de pantalla de cristal líquido 12 se puede utilizar
también para visualizar otros parámetros del sistema. El interruptor
de alimentación 11 se usa para encender la unidad. Mientras está en
calentamiento, la luz de "en espera" 13 está encendida. Cuando
está listo para su operación, se ilumina el indicador "listo"
14 y la luz del estado en espera se apaga. Si la unidad está
suministrando máxima potencia, se ilumina el indicador MAX. Si se
selecciona una potencia más baja, se ilumina el indicador MIN. El
nivel de potencia cuando MIN está activo es fijado por medio del
botón 16.
Si se va a realizar una prueba de diagnóstico,
ésta es iniciada por medio del botón "prueba" 19. Por razones
de seguridad, por ejemplo, para asegurarse de que una prueba no
comienza mientras que la cuchilla esté tocando al cirujano o a otro
personal, se puede soltar el botón 19 junto con el interruptor de la
empuñadura 34 o el interruptor de pie 40. También, si el conmutador
de mano 34 es el que va a estar operativo en lugar del interruptor
de pie 40, se debe seleccionar el botón "activación de mano" 18
en el panel frontal o debe ser habilitado usando el botón 18.
Cuando se aplica potencia a la empuñadura
ultrasónica actuando sobre cualquiera de los interruptores 34 ó 40,
el montaje causará que el bisturí quirúrgico o la cuchilla
quirúrgica vibre longitudinalmente a aproximadamente 55,5 kHz, y la
cantidad de movimiento longitudinal variará de manera proporcional
con la cantidad de potencia de excitación (corriente) aplicada,
seleccionada de manera ajustable por el usuario. Cuando se aplique
una potencia de corte relativamente alta, la cuchilla está diseñada
para moverse de manera longitudinal en el intervalo de 40 a 100
micras a la velocidad de vibración ultrasónica. Dicha vibración
ultrasónica de la cuchilla generará calor mientras la cuchilla hace
contacto con el tejido, es decir, la aceleración de la cuchilla a
través del tejido convierte la energía mecánica de la cuchilla en
movimiento en energía térmica en un área muy estrecha y localizada.
Este calor localizado crea una zona estrecha de coagulación, lo que
reducirá o eliminará el sangrado de pequeños vasos sanguíneos, tales
como aquéllos de menos de un milímetro de diámetro. La eficiencia
del corte de la cuchilla, así como el grado de hemostasia variará
con el nivel de potencia de excitación aplicada, la velocidad de
corte del cirujano, la naturaleza del tipo de tejido y la
vascularidad del tejido.
Como se ilustra con más detalle en la figura 2,
la empuñadura ultrasónica 30 alberga un transductor piezoeléctrico
36 para convertir la energía eléctrica en energía mecánica que
resulta en el movimiento longitudinal de vibración de los extremos
del transductor. El transductor 36 es en forma de una pila de
elementos cerámicos piezoeléctricos con un punto de nulo de
movimiento situado en algún punto a lo largo de la pila. La pila del
transductor está montada entre dos cilindros 31 y 33. Además, un
cilindro 35 está unido al cilindro 33, que está montado a la carcasa
en otro punto de nulo de movimiento 37. También hay unida una trompa
38 al punto de nulo en uno de los lados y a un acoplador 39 en el
otro lado. La cuchilla 32 está fijada al acoplador 39. Como
resultado, la cuchilla 32 vibrará en la dirección longitudinal a una
frecuencia ultrasónica con el transductor 36. Los extremos del
transductor consiguen un movimiento máximo con una parte de la pila
constituyendo un nodo carente de movimiento, cuando el transductor
esté excitado con una corriente máxima a la frecuencia de resonancia
de los transductores. Sin embargo, la corriente que proporciona el
movimiento máximo variará con cada empuñadura y es un valor
almacenado en la memoria no volátil de la empuñadura de forma que el
sistema pueda usarlo.
Las piezas de la empuñadura están diseñadas de
forma que la combinación oscilará a la misma frecuencia de
resonancia. En particular, los elementos están sintonizados de forma
que la longitud resultante de cada uno de dichos elementos sea de
media longitud de onda. El movimiento longitudinal hacia adelante y
hacia atrás es amplificado a medida que el diámetro más próximo a la
cuchilla 32 de la trompa de montaje acústico 38 disminuye. De esta
manera, a la trompa 38 así como a la cuchilla / al acoplador se les
da una forma y se dimensionan de manera que se amplifique el
movimiento de la cuchilla y proporcione la vibración armónica en
resonancia con el resto del sistema acústico, lo que produce el
máximo movimiento hacia atrás y hacia adelante del extremo de la
trompa de montaje acústico 38 cercano a la cuchilla 32. Un
movimiento en la pila del transductor es amplificado por la trompa
38 en un movimiento de 20 a 25 micrómetros. Un movimiento en el
acoplador 39 es amplificado por la cuchilla 32 en un movimiento de
cuchilla de 40 a 100 micrómetros.
El las figuras 3(a) y 3(b) se
ilustra el sistema que crea la señal eléctrica ultrasónica para
excitar el transductor en la empuñadura. Este sistema de excitación
es flexible y puede crear una señal de excitación a una frecuencia
deseada y configuración de nivel de potencia deseado. Un DSP 60 o
microprocesador en el sistema se usa para supervisar los parámetros
de potencia apropiados y frecuencia de vibración así como para
causar el que se suministre el nivel de potencia apropiado tanto en
el modo de funcionamiento máximo como en el modo de funcionamiento
mínimo. El DSP 60 o el microprocesador almacena también programas de
ordenador que se usan para realizar pruebas de diagnósticos sobre
los componentes del sistema, tal como el transductor / la
cuchilla.
Por ejemplo, bajo el control de un programa
almacenado en el DSP o microprocesador 60, tal como un algoritmo de
corrección de fase, la frecuencia durante el arranque se puede fijar
en un valor particular, por ejemplo, 50 kHz. Puede que sea causado
para el barrido a una velocidad particular hasta que se detecte un
cambio en la impedancia, indicando la aproximación a la resonancia.
Después se puede reducir la velocidad de barrido de forma que el
sistema no sobrepase la frecuencia de resonancia, por ejemplo, 55
kHz. La velocidad de barrido puede conseguirse teniendo los cambios
de frecuencia en incrementos, por ejemplo, 50 ciclos. Si se desea
una velocidad más lenta, el programa puede disminuir el incremento,
por ejemplo, a 25 ciclos sobre el que se pueden basar de manera
adaptativa tanto la magnitud y la fase de la impedancia medida del
transductor. Por supuesto, se puede conseguir una velocidad más
rápida incrementando el tamaño del incremento. Además, la velocidad
del barrido se puede cambiar por medio del cambio de la velocidad a
la que se actualiza el incremento de la frecuencia.
Si se sabe que hay un modo de resonancia no
deseado, por ejemplo, digamos a 51 kHz, el programa puede provocar
que la frecuencia haga un barrido hacia abajo, por ejemplo, desde 60
kHz para encontrar la resonancia. También, el sistema puede hacer un
barrido hacia arriba desde 50 kHz y saltar sobre 51 kHz donde está
situada la resonancia no deseada. En cualquier caso, el sistema
tiene un alto grado de flexibilidad.
En funcionamiento, el usuario fija un nivel de
potencia particular que va a ser usado con el instrumento
quirúrgico. Esto se hace con el interruptor de selección de nivel de
potencia 16 del panel frontal de la consola. El interruptor genera
señales 150 que son aplicadas al DSP 60. El DSP 60 visualiza
entonces el nivel de potencia seleccionado enviando una señal sobre
la línea 152 (Figura 3(b)) a la pantalla del panel frontal de
la consola 12. Además, el DSP o el microprocesador 60 genera una
señal de nivel de corriente digital 148 que es convertida a una
señal analógica por medio de un conversor digital a analógico (DAC)
130. Se aplica una señal que representa la corriente de salida media
del circuito 120 a la entrada negativa del nodo 132. La salida del
nodo 132 es una señal de error de corriente o una señal de control
de amplitud que se aplica a un circuito de síntesis digital directa
(DDS) 128 para ajustar la amplitud de su salida, en oposición a la
frecuencia de su salida, que está controlada por medio de la señal
sobre la línea 146 desde el DSP o desde el microprocesador 60. El
montaje de la señal de nivel de corriente 148, el DAC 130, el nodo
de suma 130, y la señal suministrada por la tensión de salida
promedio 122 permite al DSP o al microprocesador 60 ajustar la
corriente de salida de forma que pueda generar una potencia deseada
frente a la curva de carga cuando no esté en el modo de corriente
constante.
Para causar realmente la vibración de la cuchilla
quirúrgica, el usuario activa el interruptor de pie 40 o el
interruptor de la empuñadura 34. Esta activación pone una señal
sobre la línea 154 en la figura 3(a). Esta señal es efectiva
para causar que la potencia vaya a ser entregada desde el
amplificador equilibrado 78 al transductor 36. Cuando el DSP o el
microprocesador 60 ha conseguido el enganche a la frecuencia de
resonancia del transductor de la empuñadura y la potencia ha sido
aplicada de manera exitosa al transductor de la empuñadura, una
señal de excitación de audio se pone sobre la línea 156. Esto causa
el que suene en el sistema una indicación de audio, lo que comunica
al usuario que la potencia se está entregando a la empuñadura y que
el bisturí está activo y operacional.
La figura 4 es una ilustración esquemática de una
circuitería de excitación del transductor de un transformador de
potencia de la figura 3(b). El transductor está representado
por un circuito eléctrico equivalente con los componentes C_{0},
L_{s}, C_{s} y R_{s} formando un circuito equivalente del
transductor T_{equiv}, donde C_{0} es la capacitancia en
derivación y representa la capacitancia eléctrica de los elementos
piezoeléctricos del transductor piezoeléctrico 36 mostrado en la
figura 2.
L_{s}, C_{s} y R_{s} son un equivalente
eléctrico del sistema mecánico global y representan de manera
colectiva la ramificación mecánica. L_{s} es la masa efectiva del
sistema, C_{s} es la deformación efectiva y R_{s} representa las
pérdidas mecánicas asociadas con la fricción, la disipación del
material interno y/o la potencia entregada al tejido.
La bobina L_{t} está adaptada a la capacitancia
en derivación C_{0} a la resonancia del sistema ultrasónico, tal
como aproximadamente 55,5 kHz. De esta forma, L_{t} y C_{0} se
cancelan de manera eléctrica una con la otra a la frecuencia de
resonancia. Como resultado, toda la corriente de excitación fluirá a
través de la ramificación mecánica. Esto ayuda a asegurar que la
excursión ultrasónica del transductor es primariamente proporcional
a la corriente de excitación.
Las dos resistencias R_{p}/2 se suman en serie
a una resistencia de R_{p}. Esta resistencia ayuda a establecer un
límite superior de la impedancia global del circuito de salida, y
también establece un límite superior para la tensión de excitación.
En las realizaciones preferidas, R_{p} es una resistencia
relativamente grande. En la resonancia, la combinación en paralelo
de R_{p} y de R_{s} es efectivamente R_{s}, ya que R_{s} es
mucho más pequeña que R_{p}, incluso cuando se produce la
coagulación y el corte de tejidos.
La combinación en serie de los condensadores
C_{v1} y C_{v2} forma un divisor de tensión. Juntos, estos
condensadores reducen la alta tensión que típicamente excita al
transductor a un nivel que es el apropiado para el procesado de la
señal por parte de los circuitos integrados (no mostrados). Un
transformador V_{t} acopla la tensión reducida a la circuitería de
realimentación (sentido de la tensión 92 de la figura 3(b)) y
proporciona también el aislamiento entre la circuitería de
excitación y la otra circuitería del generador.
Se proporciona una pequeña caída de tensión a
través de la combinación en serie de las resistencias R_{3} y
R_{4}. En la realización preferida, la combinación en serie es una
resistencia relativamente baja en el orden de los ohmios. La caída
de la tensión a través de R_{3} y R_{4} es proporcional a la
corriente de excitación. Esta tensión es proporcionada a una
circuitería de realimentación (sentido de la corriente 88 en la
figura 3(b)) a través de un transformador I_{T}, que aísla
también la circuitería de excitación del resto de la circuitería del
generador. Esta señal representa la corriente en los algoritmos de
control implementados en el generador.
R_{1} y R_{2} se usan para establecer un
nivel mínimo de impedancia a la circuitería de control para uso en
los algoritmos de control. La resistencia se divide entre los dos
brazos de salida V_{out1}, V_{out2} del transformador de
potencia para ayudar a mitigar la radiación electromagnética y la
corriente de fugas.
La figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra
una realización del procedimiento de la invención. Bajo el control
del programa almacenado en el DSP o en el microprocesador 60
mostrado en las figuras 3(a) y 3(b), el procedimiento
de la invención es implementado aplicando una señal ultrasónica al
transductor 36 para excitar al transductor / cuchilla a través de un
intervalo de frecuencias predefinido, tal como desde 34 kHz a 36 kHz
como se indica en la etapa 500. El intervalo de frecuencias
predefinido se fija de tal manera que contendrá frecuencias no
resonantes donde se mida C_{0}, y se fija de manera independiente
de una combinación específica de transductor / cuchilla. La
determinación de la frecuencia de resonancia no se hace durante el
intento inicial para medir C_{0}. En lugar de esto, C_{0} se
mide a varias frecuencias diferentes (preferiblemente al menos cinco
frecuencias) dentro de un intervalo de frecuencias predefinido y
espaciadas a lo largo del mismo, como se indica en la etapa 510.
A continuación, los valores de C_{0} medidos
son comparados, como se indica en la etapa 520. En la etapa 530, se
toma una determinación de si cualquiera de los valores de C_{0}
medidos varían de cualquiera de los otros en más de un diez por
ciento. Los valores de C_{0} que sustancialmente varíen de una
mayoría de los valores de C_{0} medidos son considerados como no
válidos y descartados, y los valores de C_{0} que pasen esta
prueba son considerados como válidos, como se indica en la etapa
532. Este "filtrado" ayuda a eliminar valores de C_{0} no
válidos, tales como los valores de C_{0} que hayan sido
influenciados de manera adversa por una resonancia o cerca de la
resonancia.
A continuación, se toma una determinación de si
hay suficientes valores válidos de C_{0} restantes para asegurar
una validez estadística, como se indica en la etapa 534. En la
realización preferida, el número de valores restantes es al menos
tres. Si existe un número insuficiente de valores de C_{0} válidos
restantes, se produce un retorno a la etapa 510. El procedimiento de
la invención continúa con el bucle y midiendo valores adicionales de
C_{0} hasta que se midan suficientes valores restantes de C_{0}
para asegurar la validez estadística. Una vez que se haya obtenido
un conjunto estadísticamente válido de valores de C_{0}, los
valores válidos de C_{0} son promediados para obtener un valor de
C_{0} derivado para el transductor que se usa para determinar si
la temperatura real del transductor es excesiva, como se indica en
la etapa 540.
Para determinar si la temperatura del transductor
está dentro de límites aceptables, se realiza un cálculo de acuerdo
con la siguiente relación:
Ecuación 1\Delta C_{0} =
C_{s} -
C_{0},
donde C_{s} es la capacitancia a una frecuencia
fuera de la resonancia que es almacenada en una memoria no volátil
situada en la empuñadura a temperatura
ambiente.
Si \DeltaC_{0} es mayor que un umbral
predeterminado en base a la relación C_{0}/Temp mostrada en la
figura 8, entonces la temperatura del transductor es excesiva y se
da un aviso al usuario. De manera alternativa, se retira la potencia
a la empuñadura hasta el momento en el que la capacitancia en
derivación caiga por debajo de un umbral predeterminado. En la
realización preferida, el umbral predeterminado es una cantidad fija
por encima de la capacitancia de la empuñadura / cuchilla a la
temperatura de la sala, y la cantidad fijada es de 462 pF.
La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra
otra realización del procedimiento de la invención. Durante la
fabricación de la empuñadura, la capacitancia medida a una
frecuencia fuera de la resonancia a temperatura ambiente (es decir,
C_{0} a una frecuencia distinta de la frecuencia de resonancia) es
almacenada en una memoria no volátil situada en la empuñadura (es
decir, en una memoria de circuito integrado dentro del conector,
cable o cuerpo de la empuñadura). Bajo el control del programa
almacenado en el DSP o en el microprocesador 60 mostrado en las
figuras 3(a) y 3(b), el procedimiento es llevado a la
práctica aplicando una señal ultrasónica al transductor 36 para
excitar el transductor / la cuchilla a través de un intervalo de
frecuencias predefinido, tal como desde 34 kHz hasta 44 kHz, como se
indica en la etapa 600.
Se mide la empuñadura para determinar su
impedancia Z_{HP} como se indica en la etapa 610. Se hace una
comparación para determinar si el valor absoluto de la diferencia de
fase entre la tensión y la corriente de la señal de excitación de la
empuñadura es mayor de 89,5º, como se indica en la etapa 620. Si el
valor absoluto de la diferencia de fase de la señal de excitación de
la empuñadura es menor de 89,5º, entonces la frecuencia de
excitación se incrementa en 25 kHz, como se indica en la etapa 625.
Si, por otra parte, el valor absoluto de la diferencia de fase de la
señal de excitación de la empuñadura es menor de 89,5º, entonces
Z_{HP} de la empuñadura es medida varias veces, como se indica en
la etapa 630. En la realización preferida, la impedancia se mide
diez veces.
Se calcula un promedio de C_{0} a la frecuencia
de excitación de acuerdo con la relación:
Ecuación
2C_{0}=\frac{1}{2\pi
f|Z_{HP}|},
donde f es la frecuencia de excitación del
generador.
La frecuencia de excitación es incrementada en 25
kHz, como se indica en la etapa 650. Se hace una comprobación para
determinar si la frecuencia de excitación es mayor de 44,5 kHz o si
el número de medidas de Z_{HP} es mayor de 100, como se indica en
la etapa 660. Si la respuesta a cualquiera de las pruebas es
afirmativa, entonces se calcula el valor promedio de los valores de
C_{0} medidos en cada frecuencia de excitación, como se indica en
la etapa 670. Si la frecuencia de excitación es menor que 44,5 kHz y
el número de medidas de Z_{HP} es menor de 100, se produce un
retorno a la etapa 610.
Para determinar si la temperatura del transductor
está dentro de límites aceptables, se realiza un cálculo de acuerdo
con la siguiente relación:
Ecuación 3\Delta C_{0} =
C_{s} -
C_{0},
donde C_{s} es la capacitancia a una frecuencia
fuera de la de resonancia a temperatura ambiente que está almacenada
en la memoria no volátil situada en la
empuñadura.
Si \DeltaC_{0} es mayor que un umbral
predeterminado basado en la relación C_{0}/Temp mostrada en la
figura 8, entonces la temperatura del transductor es excesiva y se
le da un aviso al usuario. De manera alternativa, se retira la
potencia a la empuñadura hasta el momento en el que la capacitancia
en derivación caiga por debajo de un umbral predeterminado. En la
realización preferida, el umbral predeterminado es una cantidad fija
por encima de la capacitancia de la empuñadura / cuchilla a la
temperatura ambiente, y la cantidad fijada es de 462 pF.
La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra
una realización alternativa del procedimiento de la invención. Aquí,
la velocidad de cambio medida de la capacitancia en derivación
(C_{0}) del transductor se compara con un umbral predeterminado
por encima del valor de la velocidad de cambio de C_{0} almacenado
en la memoria no volátil. Durante la fabricación de la empuñadura,
la capacitancia medida a una frecuencia fuera de la frecuencia de
resonancia a temperatura ambiente es almacenada en una memoria no
volátil situada en la empuñadura. Bajo el control de un programa
almacenado en el DSP o en el microprocesador 60 mostrado en las
figuras 3(a) y 3(b), el procedimiento es llevado a la
práctica aplicando una señal ultrasónica al transductor 36 para
excitar al transductor / cuchilla a través del intervalo predefinido
de frecuencias, tal como desde 34 kHz hasta 36 kHz, como se indica
en la etapa
700.
700.
Se mide primero la C_{0} del transductor cuando
un cirujano activa primero la empuñadura usando el interruptor de
pie del generador ultrasónico o el interruptor de la empuñadura,
como se indica en la etapa 710. Se realiza una segunda medida al
soltar cualquiera de los interruptores por parte del cirujano, como
se indica en la etapa 720. No se realizan medidas durante el uso
real del sistema quirúrgico ultrasónico debido al tiempo requerido
de procesado de cada medida de la capacitancia.
A continuación, se calcula la diferencia entre la
primera y la segunda medidas y se divide por la diferencia en el
tiempo entre los momentos en los que se obtuvieron la primera y la
segunda medidas para llegar a un valor que sea representativo de la
velocidad de cambio de la capacitancia, como se indica en la etapa
730.
Se hace una comprobación para determinar si el
valor de la velocidad de cambio para la capacitancia en derivación
sobrepasa un umbral predeterminado por encima de la velocidad de
cambio de C_{0} almacenada en la memoria no volátil, como se
indica en 740. Si el valor de la velocidad de cambio para la
capacitancia en derivación sobrepasa el umbral predeterminado, se le
da un aviso al cirujano antes de que la temperatura del transductor
comience a ser excesiva, y por lo tanto presente un peligro de
lesión al cirujano o al paciente, como se indica en la etapa 745.
Por otra parte, si la velocidad de cambio es menor que el valor
predeterminado, la prueba es finalizada, como se indica en la etapa
750. El valor de la velocidad de cambio para la capacitancia en
derivación está directamente relacionado con la velocidad de la
subida de la temperatura del transductor, (véase la figura 8). En la
realización preferida, el umbral predeterminado es de 120
pF/minuto.
Las figuras 8(a) y 8(b) son
diagramas de flujo que ilustran una realización preferida del
procedimiento de la invención. Bajo el control del programa
almacenado en el DSP o en el microprocesador 60 mostrado en las
figuras 3(a) y 3(b), el procedimiento es llevado a la
práctica aplicando una señal ultrasónica al transductor 36 para
excitar el transductor / la cuchilla a través de un intervalo
predefinido de frecuencias, tal como desde 34,5 kHz a 44,5 kHz, como
se indica en la etapa 800.
La empuñadura se mide a intervalos de frecuencia
fijos para determinar su impedancia Z_{HP} en cada intervalo de
frecuencia, como se indica en la etapa 810. En la realización
preferida, el intervalo de frecuencia fijado es de 50 Hz. De manera
típica, las resonancias para cuchillas conocidas no se encuentran en
el intervalo de frecuencias predefinido. Sin embargo, C_{0} puede
estar influenciada por las resonancias que están situadas
ligeramente por encima o por debajo del intervalo de barrido.
Dependiendo de si la medida se realiza por encima o por debajo de la
frecuencia de resonancia donde se mide Z_{HP}, las resonancias en
la vecindad de la frecuencia tienden a cambiar el valor de la
impedancia medida de forma que C_{0} es desplazada por encima o
por debajo del valor de C_{0} verdadero. El efecto de estas
resonancias es provocar errores en la medida de la capacitancia en
derivación (C_{0}) cuando se realizan medidas discretas.
De acuerdo con la invención, este efecto es
mitigado usando puntos de datos obtenidos en la etapa 810 para
realizar un ajuste de la curva, como se indica en la etapa 820. En
realizaciones preferidas, el ajuste de la curva es un ajuste de
curva por mínimos cuadrados que se realiza de acuerdo con la
siguiente relación:
Ecuación 4Z_{HP} =
af_{0}{}^{2} + bf_{0}
+c,
Donde a, b y c son constantes que se calculan a
través del ajuste de la curva y f_{0} es una frecuencia fija a la
que se mide la impedancia de la empuñadura.
La relación de la ecuación 4 se resuelve a un
número de valores de frecuencia equiespaciadas para llegar a un
grupo de valores de impedancia distintos, como se indica en la etapa
830. En la realización preferida, se evalúan un total de once
frecuencias equiespaciadas a través del intervalo de barrido (es
decir, 34,5 kHz, 35,5 kHz, ..., 44,5 kHz) y el intervalo de
frecuencia fijo es de 1000 Hz.
C_{0} es calculada para cada uno de los
distintos valores de impedancia, como se indica en la etapa 840. En
las realizaciones preferidas, el cálculo de C_{0} se realiza de
acuerdo con la siguiente relación:
Ecuación 5C_{0} = -
(1/f_{0})\ \text{*} \ (Z_{HP}{}^{2} - 1/R_{P}{}^{2})^{1/2} - (C_{v1}
\ \text{*} \ C_{v2})/ (C_{v1} + C_{v2}) +1/(f_{0}{}^{2} \ \text{*}
\ L_{t})- C_{c} -
C_{pcb},
donde, C_{0} es la capacitancia en derivación,
f_{0} es una frecuencia fija a la que se mide la impedancia de la
empuñadura, Z_{HP} es la impedancia calculada a la frecuencia fija
f_{0}, R_{P} es un valor de una resistencia de limitación,
C_{v1} y C_{v2} son valores de los condensadores divisores de
tensión, L_{t} es un valor almacenado en la memoria del generador
que representa una bobina de sintonización del transductor,
C_{pcb} es la contribución de la capacitancia de una placa de
circuito impreso en el generador y C_{c} es la capacitancia del
cable de la
empuñadura.
El valor de la capacitancia en derivación máximo
calculado y el valor de la capacitancia en derivación mínimo
calculado se descartan, como se indica en la etapa 850. Se calcula
entonces un promedio de los restantes valores para de esta forma
"suavizar" los valores alto y bajo, y llegar a un valor final
de capacitancia en derivación, como se indica en la etapa 860.
Si C_{0} es mayor que un umbral predeterminado
basado en la relación C_{0} / Temp mostrada en la figura 9,
entonces, la temperatura del transductor es excesiva y se le da un
aviso al usuario, como se indica en la etapa 870. De manera
alternativa, se retira la potencia a la empuñadura hasta el momento
en el que la capacitancia en derivación caiga por debajo de un
umbral predeterminado. En la realización preferida, el umbral
predeterminado es una cantidad fija por encima de la capacitancia de
la empuñadura / cuchilla a temperatura ambiente, y la cantidad fija
es de 462 pF.
Realizando el ajuste de la curva, las
fluctuaciones hacia adelante y hacia atrás de las medidas de la
impedancia creadas por las resonancias son "suavizadas" de
manera que su efecto (con independencia de su localización relativa
al intervalo de barrido) se ve reducido de manera significativa. El
cálculo, descarte de los valores alto y bajo de la capacitancia en
derivación, y el promediado posterior de los restantes valores de
capacitancia en derivación ayuda adicionalmente a "suavizar"
los datos. Como resultado, los errores de la medida se ven también
reducidos.
Si se produce una resonancia en el medio del
intervalo de barrido, el ajuste de la curva reduce de manera
significativa la influencia de las resonancias sobre la capacitancia
en derivación medida. En las realizaciones contempladas, se usan
ajustes lineales (es decir, ecuación de primer orden) y de curva
cuadrática (es decir, ecuaciones de segundo orden). Sin embargo, se
puede usar cualquier ajuste de curva con tal de que la ecuación
suavice los datos, en contraposición a seguirlos de manera precisa.
Por ejemplo, un ajuste de curva que siga a los datos medidos de
manera exacta no es beneficioso, ya que no se produciría ninguna
suavización de los datos.
En otra realización de la invención, durante la
fabricación de la empuñadura, la capacitancia medida a una
frecuencia fuera de la resonancia (es decir, la capacitancia en
derivación (C_{0}) a una frecuencia distinta de la frecuencia de
resonancia) es almacenada en una memoria no volátil situada en la
empuñadura (es decir, en una memoria de circuito integrado dentro
del conector, cable o cuerpo de la empuñadura). También se almacena
en la memoria no volátil situada en el generador el análisis de
regresión lineal de los valores de la capacitancia del transductor,
a medida que cambia con la temperatura y el uso de la
empuñadura.
Antes de y/o durante la activación de la
empuñadura, el generador realiza una "lectura" de los datos de
capacitancia a temperatura ambiente de la empuñadura. La
capacitancia real de la empuñadura es medida entonces de acuerdo con
la invención, y la temperatura real del transductor se calcula
usando una curva polinómica (véase la figura 8, por ejemplo)
almacenada en la memoria no volátil del generador.
Los datos de la temperatura se usan entonces para
determinar si es seguro activar la empuñadura, así como para
determinar qué niveles de parámetros esperar durante las medidas de
diagnóstico. Se apreciará que la medida de la temperatura real se
puede utilizar para otros propósitos, tales como determinar si la
empuñadura está funcionando en condiciones óptimas y para predecir
cambios en la frecuencia de resonancia de la empuñadura.
En realizaciones alternativas, el ajuste de la
curva se realiza como un suplemento a los casos en los que la
magnitud de la diferencia de fase entre la tensión y la corriente
aplicada a la empuñadura / cuchilla se usa para filtrar los datos
antes del cálculo de la capacitancia en derivación.
Usando el procedimiento de la invención, se
elimina la necesidad de obtener un conocimiento anterior de la
resonancia del transductor, y de esta manera, se mejora en gran
medida la velocidad a la que se determina C_{0}. Promediando de
manera selectiva la medida de C_{0} obtenida a diferentes
frecuencias, se obtiene una medida de C_{0} altamente precisa.
Además, eliminando las medidas de C_{0} que aparecen alteradas por
las resonancias y centrándose solamente en los valores de C_{0}
potencialmente válidos, se puede conseguir un cálculo y una
identificación más rápidos de los valores de C_{0} altamente
precisos. Como resultado, se consigue un indicador de problemas
antes de que la temperatura de la empuñadura comience a ser
excesiva.
Claims (32)
1. Un procedimiento para determinar la
temperatura de un transductor de una empuñadura ultrasónica;
comprendiendo las etapas de:
determinar una capacitancia en derivación del
transductor;
calcular la temperatura del transductor en base a
la capacitancia en derivación del transductor; y
suministrar un aviso al usuario de la empuñadura
si una de entre la temperatura del transductor y la velocidad de
cambio de la temperatura son excesivas.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el
que dicha etapa de determinación comprende las etapas de:
aplicar una señal de excitación ultrasónica al
transductor a través de un intervalo de frecuencias predefinido;
medir las capacitancias en derivación del
transductor a frecuencias a través del margen de temperaturas
predefinido;
comparar las capacitancias en derivación
medidas;
determinar si cualquier capacitancia en
derivación medida varía en más de un valor predeterminado para todas
las capacitancias en derivación medidas; y
promediar las capacitancias en derivación medidas
y cálculo de la temperatura del transductor.
3. El procedimiento de la reivindicación 2,
comprendiendo además la etapa de:
filtrar las capacitancias en derivación
medidas.
4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el
que dicho filtrado comprende las etapas de:
descartar los valores de capacitancia en
derivación medidos no válidos que varíen en más de un valor
predeterminado; y
determinar si un número de los restantes valores
de capacitancia en derivación medidos es mayor que un número
predefinido; y
volver a la etapa de medida de las capacitancias
en derivación del transductor, si el número de restantes valores de
capacitancia en derivación medidos es menor que un número
predefinido.
5. El procedimiento de la reivindicación 4, en el
que el número predefinido es 3.
6. El procedimiento de la reivindicación 2, en el
que el intervalo de frecuencias predeterminado va desde 34 kHz a 44
kHz aproximadamente.
7. El procedimiento de la reivindicación 2, en el
que el intervalo de frecuencias predeterminado se fija de forma que
las frecuencias no resonantes estén situadas en el intervalo de
frecuencias predefinido.
8. El procedimiento de la reivindicación 2, en el
que dicha etapa de medida comprende la etapa de:
medir las capacitancias en derivación a varias
frecuencias diferentes dentro del intervalo predefinido de
frecuencias y espaciadas a lo largo del mismo.
9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el
que las capacitancias en derivación son medidas a cinco frecuencias
diferentes.
10. El procedimiento de la reivindicación 2, en
el que el valor predeterminado es aproximadamente el diez por
ciento.
11. El procedimiento de la reivindicación 2, en
el que el cálculo se realiza de acuerdo con la siguiente
relación:
\Delta C_{0} = C_{s} -
C_{0},
donde C_{s} es la capacitancia a una frecuencia
fuera de la resonancia que está almacenada en memoria y C_{0} es
la capacitancia en
derivación.
12. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que dicha etapa de determinación comprende las etapas de:
aplicar una señal de excitación ultrasónica al
transductor a través de un intervalo predefinido de frecuencias;
medir la impedancia de la empuñadura;
determinar si la diferencia de fase de la
empuñadura es menor que un valor predeterminado;
medir la impedancia de la empuñadura en unos
tiempos preestablecidos;
calcular una capacitancia en derivación promedio
de la empuñadura;
incrementar la señal de excitación en un valor de
frecuencia fijado;
determinar si una de la frecuencia de excitación
es mayor que una frecuencia prefijada y un número de las medidas de
impedancia es menor que un número predefinido; y
calcular un valor de capacitancia en derivación
promedio en cada frecuencia de excitación.
13. El procedimiento de la reivindicación 12,
comprendiendo además la etapa de:
incrementar la señal de excitación en el valor de
frecuencia fijado, si el valor absoluto de la diferencia de fase de
la empuñadura es mayor que un valor predeterminado;
y
volver a la etapa de medida de la impedancia de
la empuñadura.
14. El procedimiento de la reivindicación 13, en
el que el valor de frecuencia fijado es de 25 Hz y el valor
predeterminado es de 89,5º.
15. El procedimiento de la reivindicación 12, en
el que el intervalo predeterminado de frecuencias va desde 34 kHz a
44 kHz aproximadamente.
16. El procedimiento de la reivindicación 12,
comprendiendo además la etapa de:
realizar un cálculo para determinar si la
empuñadura está dentro de límites aceptables de temperatura; y
proporcionar un aviso, si la temperatura del
transductor no se encuentra dentro de los límites aceptables.
17. El procedimiento de la reivindicación 16, en
el que el cálculo se realiza de acuerdo con la siguiente
relación:
\Delta C_{0} = C_{s} -
C_{0},
donde C_{s} es la capacitancia a una frecuencia
fuera de la resonancia que está almacenada en memoria y C_{0} es
la capacitancia en
derivación.
18. El procedimiento de la reivindicación 12, en
el que el número preestablecido es el diez por ciento.
19. El procedimiento de la reivindicación 12, en
el que la capacitancia en derivación promedio es calculada de
acuerdo con la siguiente relación:
C_{0}=\frac{1}{2\pi
f|Z_{HP}|},
donde f es la frecuencia de excitación del
generador, y Z_{HP} es la impedancia de la
empuñadura.
20. El procedimiento de la reivindicación 12, en
el que la frecuencia prefijada es 44,5 kHz y el número predefinido
es 100.
21. El procedimiento de la reivindicación 1, en
el que dicha etapa de determinación comprende las etapas de:
aplicar una señal de excitación ultrasónica a la
empuñadura / cuchilla a través de un intervalo de frecuencias
predefinido;
medir una primera capacitancia en derivación de
la empuñadura cuando un usuario active por primera vez la empuñadura
/ cuchilla;
medir una segunda capacitancia en derivación de
la empuñadura / cuchilla cuando el cirujano desactive la empuñadura
/ cuchilla;
calcular la diferencia de tiempo entre el momento
en que se activó la empuñadura / cuchilla y el momento en que se
desactivó usando un momento de cuando se obtuvo la primera
capacitancia en derivación medida de la empuñadura / cuchilla y un
momento de cuando se obtuvo la segunda capacitancia en derivación
medida de la empuñadura / cuchilla;
calcular un valor de velocidad de cambio de la
capacitancia en derivación de la empuñadura / cuchilla usando la
diferencia de tiempo calculada;
determinar si el valor de la velocidad de cambio
de la capacitancia en derivación de la empuñadura / cuchilla es
mayor que un umbral predeterminado por encima de un valor almacenado
en la memoria; y
proporcionar un aviso al usuario, si el valor de
la velocidad de cambio de la capacitancia en derivación de la
empuñadura / cuchilla es mayor que un umbral predeterminado por
encima del valor almacenado en la memoria.
22. El procedimiento de la reivindicación 21, en
el que el intervalo predefinido de frecuencias va aproximadamente
desde 34 kHz hasta 44 kHz.
23. El procedimiento de la reivindicación 21, en
el que dicha etapa de cálculo comprende la etapa de:
dividir una diferencia entre la primera
capacitancia en derivación medida de la empuñadura / cuchilla y la
segunda capacitancia en derivación medida de la empuñadura /
cuchilla por una diferencia en el tiempo entre el momento en el que
se obtuvo la primera medida de la capacitancia en derivación de la
empuñadura / cuchilla y el momento en el que se obtuvo la segunda
capacitancia en derivación de la empuñadura / cuchilla.
24. El procedimiento de la reivindicación 21, en
el que el umbral predeterminado es un valor de velocidad de cambio
de la capacitancia en derivación almacenado en memoria.
25. El procedimiento de la reivindicación 24 en
el que el umbral predeterminado es 120 pF/minuto.
26. El procedimiento de la reivindicación 1 en el
que dicha etapa de determinación comprende las etapas de:
aplicar una señal de excitación ultrasónica al
transductor a través de un intervalo predefinido de frecuencias;
medir la impedancia de la empuñadura a intervalos
fijos de frecuencia para obtener una impedancia medida a cada
intervalo de frecuencia;
realizar un ajuste de la curva basado en cada
impedancia medida en cada intervalo de frecuencia para obtener una
ecuación de ajuste de la curva;
resolver la ecuación de ajuste de la curva en
valores equiespaciados de frecuencia para obtener un grupo de
valores de impedancia distintos;
calcular una capacitancia en derivación en base a
cada valor de impedancia distinto;
descartar un valor máximo y un valor mínimo
calculados de la capacitancia en derivación para obtener un grupo
residual de capacitancias en derivación y
promediar el grupo residual de las capacitancias
en derivación para obtener un valor final de la capacitancia en
derivación de la empuñadura.
27. El procedimiento de la reivindicación 26, en
el que el ajuste de la curva se realiza de acuerdo con la siguiente
relación:
Z_{HP} = af_{0}{}^{2} +
bf_{0}
+c,
donde a, b y c son constantes que se calculan a
través del ajuste de la curva, y f_{0} es la frecuencia fija a la
que se mide la impedancia de la
empuñadura.
28. El procedimiento de la reivindicación 22, en
el que el intervalo de frecuencias predefinido va aproximadamente
desde 34,5 kHz a 44,5 kHz.
29. El procedimiento de la reivindicación 26, en
el que el intervalo de frecuencia fijo es de 50 Hz.
30. El procedimiento de la reivindicación 26, en
el que la capacitancia en derivación se calcula de acuerdo con la
siguiente relación:
C_{0} = - (1/f_{0})\
\text{*} \ (Z_{HP}{}^{2} - 1/R_{P}{}^{2})^{1/2} - (C_{v1} \
\text{*} \ C_{v2})/ (C_{v1} + C_{v2}) +1/(f_{0}{}^{2} \ \text{*} \
L_{t})- C_{c} -
C_{pcb},
donde, C_{0} es la capacitancia en derivación,
f_{0} es una frecuencia fija a la que se mide la impedancia de la
empuñadura, Z_{HP} es la impedancia de la empuñadura a la
frecuencia fija f_{0}, R_{P} es un valor de una resistencia de
limitación, C_{v1} y C_{v2} son valores de los condensadores
divisores de tensión, L_{t} es un valor almacenado en la memoria
del generador que representa una bobina de sintonización del
transductor, C_{pcb} es la contribución de la capacitancia de una
placa de circuito impreso en el
generador.
31. El procedimiento de la reivindicación 26 en
el que el grupo de valores de impedancia distintos comprende once
valores de impedancia.
32. El procedimiento de la reivindicación 26, en
el que los valores de frecuencia equiespaciados están separados
unos de otros a intervalos de 1000 Hz.
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