ES2237900T3 - Procedimiento para optimizar un accionador piezoelectrico, en particular para un aparato de facoemulsificacion, a traves de la deteccion dinamica de sus caracteristicas electromecanicas y aparato asociado. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACION PARA ACTIVAR UN ACCIONADOR PIEZOELECTRICO POR DETECCION DINAMICA DE SUS CARACTERISTICAS ELECTROMECANICAS, ASI COMO A UN DISPOSITIVO, EN PARTICULAR UN FACOEMULSIFICADOR BASADO EN DICHO PROCEDIMIENTO, INCLUYENDO EL CITADO ACCIONADOR PIEZOELECTRICO UN TRANSDUCTOR PIEZOELECTRICO (1), DE DOS TERMINALES (1A) ACTIVADAS POR LA TENSION, CARACTERIZANDOSE DICHO PROCEDIMIENTO PORQUE, PARA LA DETECCION DE SUS CARACTERISTICAS ELECTROMECANICAS, EL ACCIONAMIENTO DE DICHO TRANSDUCTOR (1) SE SUSPENDE CICLICAMENTE A FIN DE DETECTAR LOS PARAMETROS CARACTERISTICOS DE SU MOVIMIENTO LIBRE POR DETECCION DE LOS PARAMETROS DE LA SEÑAL GENERADA POR EL CITADO TRANSDUCTOR (1) EN LOS EXTREMOS DE LOS DOS TERMINALES CITADOS (1A).

Description

Procedimiento para optimizar un accionador piezoeléctrico, en particular para un aparato de facoemulsificación, a través de la detección dinámica de sus características electromecánicas y aparato asociado.

Esta invención se refiere en sentido amplio a un método para controlar un accionador piezoeléctrico detectando dinámicamente sus características electromecánicas así como a un dispositivo, en particular un facoemulsificador, incluyendo un accionador piezoeléctrico controlado por medio de dicho método.

Más en concreto, esta invención se refiere a un método para uso en un dispositivo incluyendo un accionador piezoeléctrico, que permite optimizar las características de excitación eléctrica de dicho accionador durante su operación, garantizando por ello el control de la amplitud de sus oscilaciones mecánicas y maximizando la eficiencia de este dispositivo bajo condiciones de carga y entorno variables.

Es sabido que los instrumentos provistos de accionadores piezoeléctricos son sumamente populares en varios campos médico-quirúrgicos. Una lista no exhaustiva de tales campos de aplicación también incluye la cirugía oftálmica, en la que dichos instrumentos se emplean para operaciones de extracción de catarata; la neurocirugía, para operaciones de extracción de tumores, así como odontoiatría.

Solamente a modo de ilustración y a modo de limitación, se hará referencia en la descripción siguiente a la utilización de tales instrumentos, conocidos bajo el nombre de dispositivos facoemulsificadores, en el campo de la cirugía oftálmica para operaciones de extracción de catarata.

La extracción de catarata es una de las intervenciones más frecuentes en el campo de la cirugía oftálmica y, entre las posibles técnicas para llevar a cabo tales intervenciones, la facoemulsificación se está haciendo cada vez más popular.

La denominada técnica de facoemulsificación permite introducir una aguja mediante una pequeña incisión para alcanzar el área del cristalino y para triturar la catarata en pequeños fragmentos, por medio de una acción mecánica de la aguja que oscila a frecuencia ultrasónica y con amplitud de algunas decenas de micras. Tales piezas pequeñas son extraídas después del ojo del paciente por medio de un sistema aspirador conectado a la misma aguja oscilante.

Los volúmenes de material quitado son sustituidos simultáneamente por una solución salina fisiológica que se administra mediante un conducto coaxial a la aguja, formado en general por un manguito de silicona dispuesto hacia fuera de dicha aguja, que también tiene la función importante de evitar un contacto directo entre dicha aguja oscilante y los tejidos oculares, tal como la córnea o esclerótica, evitando por ello el sobrecalentamiento de los tejidos locales, lo que podría originar sus efectos de necrosis.

Los dispositivos facoemulsificadores convencionales incluyen un elemento accionador compuesto de una pila de dos o más materiales piezoeléctricos cerámicos, que están dispuestos en relación en serie desde un punto de vista mecánico y en relación en paralelo desde un punto de vista eléctrico. Dicha pila cerámica está acoplada mecánicamente a un par de masas metálicas, generalmente de titanio o acero, de las que una, a su vez, está acoplada a dicha aguja. Estos elementos cerámicos son excitados por un voltaje sinusoidal y, por efecto piezoeléctrico inverso, modifican correspondientemente sus propias geometrías y generan deformaciones mecánicas oscilantes que están acopladas a dicho par de masas metálicas, que, a su vez, transmiten un desplazamiento axial oscilante a la punta de la aguja que actúa en la catarata en cuestión.

El sistema incluyendo dicha cerámica, el par de masas metálicas y la aguja hace de un oscilador que resuena axialmente a su frecuencia característica propia, determinada por la geometría y por la masa del sistema. En particular, ondas estacionarias se establecen en dicho sistema y las ondas estacionarias así generadas tienen un punto de desplazamiento máximo o "antinodo" coincidente con el vértice del punto y un punto estático o "nodo" coincidente con el punto central de la pila cerámica.

La circuitería que genera la señal sinusoidal para excitación del sistema deberá adaptarse para controlar la frecuencia y la amplitud de la señal de excitación. En particular, la frecuencia de excitación siempre deberá ser coincidente con la frecuencia mecánica intrínseca del sistema, mientras que la amplitud de la señal determina la potencia transferida al sistema. Como norma general, la amplitud de la señal de excitación la regula el cirujano, quien la recorta en base a la dureza de la catarata en cuestión así como a otras condiciones operatorias.

A este respecto, todos los dispositivos facoemulsificadores convencionales tienen varios problemas debidos a las dificultades encontradas al controlar eficientemente la frecuencia y la amplitud de la señal de excitación.

De hecho, uno de los problemas relacionados con tales dispositivos facoemulsificadores se debe al hecho de que la catarata ejerce un efecto de carga en el sistema mecánico que incluye dicha aguja oscilante: cuando la punta de la aguja contacta la catarata, no sólo varía la frecuencia mecánica característica del sistema, sino que también la amplitud de oscilación toma un comportamiento decreciente y en consecuencia también disminuye el efecto emulsionante.

Como una práctica común, en un intento de obtener, durante la fase de contacto entre la punta de la aguja y la catarata, una amplitud de oscilación suficiente para generar en cualquier caso el efecto emulsionante deseado, la circuitería de generación de excitación transfiere una potencia más alta al sistema mecánico implicado. Sin embargo, puesto que dicha circuitería no detecta en general las variaciones dinámicas del sistema mecánico, esto comporta una amplitud de oscilación sumamente grande cuando la punta de la aguja no está en relación de contacto con la catarata.

Dicha oscilación de amplitud excesiva produce varios inconvenientes.

En primer lugar, se producen fenómenos de cavitación y estos fenómenos producen, por una parte, la formación de pequeñas burbujas de aire y acciones de ebullición local que limitan considerablemente el campo de visión del cirujano, obligándole por ello a interrumpir repetidas veces la acción emulsionante en el cristalino para aspirar las burbujas propiamente dichas y, por otra parte, reducen la duración de los componentes del dispositivo facoemulsificador implicado en la cavitación.

Además, en el caso de oscilaciones de amplitud especialmente grande, el rozamiento entre la punta oscilante y el manguito coaxial de silicona pueden hacer que dicho recalentamiento local dañe los tejidos oculares en contacto con el manguito propiamente dicho.

Por último, cuando la oscilación del sistema mecánico tiene amplitudes excesivas grandes, producen esfuerzos mecánicos excesivamente altos en los componentes cerámicos. Esto, a su vez, puede producir su rotura o su recalentamiento a temperaturas cerca del punto de despolarización de Curie, degradando por lo tanto sus propiedades piezoeléctricas.

Se han estudiado varias soluciones para minimizar las consecuencias de la carga mecánica inducida por la catarata en dicho oscilador piezoeléctrico y/o para limitar las oscilaciones del sistema mecánico cuando no interactúa con la catarata.

La primera solución es una solución completamente mecánica y se basa en la utilización de masas oscilante de dimensiones considerables, caracterizada por un alto momento de inercia, de manera que sea menos sensible a la carga mecánica proporcionada por la catarata considerada. Sin embargo, tal solución no resuelve completamente el problema y añade más inconvenientes. De hecho, el mayor peso y las grandes dimensiones degradan las características de controlabilidad manual del dispositivo facoemulsificador por parte del cirujano. Además, se necesita una mayor cantidad de potencia para mantener estas masas en condiciones oscilantes y, como consecuencia de esto, se generan mayores cantidades de calor.

La segunda solución se basa en la medición de la elongación del sistema oscilante durante la excitación, por introducción de un sensor de desplazamiento y/o un sensor de aceleración en el sistema, tal como una o varias cerámicas piezoeléctricas adicionales que, al ser presionadas por las masas oscilantes, generan una señal proporcional a la elongación propiamente dicha, por efecto piezoeléctrico directo.

Una circuitería analógica o digital utiliza dicha señal para producir una señal de realimentación destinada a controlar la amplitud de la oscilación de excitación, para estabilizar la amplitud de la oscilación mecánica y así hacerla independiente de la carga aplicada. De cualquier forma, también esta solución tiene algunos inconvenientes. Ante todo, tiene el inconveniente de que aumenta la complejidad de construcción del dispositivo facoemulsificador y en consecuencia disminuye su duración a fallo. En el segundo lugar, las cerámicas pasivas utilizadas como sensores hacen de componentes adicionales del sistema mecánico oscilante, degradando por lo tanto su eficiencia y duración a fallo. Debido a estos inconvenientes, la segunda solución anterior no se adopta en los dispositivos facoemulsificadores comercializados.

Una tercera solución propuesta destinada a controlar las oscilaciones del sistema mecánico en cuestión se describió en la Patente de Estados Unidos número 4.223.676. Tal solución permite efectuar una detección indirecta del valor de la carga mecánica que actúa en la punta de la aguja, en base a una medición de la variación de la frecuencia de resonancia del sistema inducida por la carga. Esta última solución, sin embargo, no parece ser muy fiable porque las variaciones de la frecuencia de resonancia de los sistemas son inducidas no sólo por la presencia de una carga mecánica, sino también por los cambios de las condiciones ambientales, tal como, por ejemplo, un aumento de la temperatura que produce una expansión del oscilador. La Patente de Estados Unidos número US 5447051 describe un método y aparato de comprobación para averiguar que un transductor piezoeléctrico, utilizado como un detector de fuerza, es funcional para su finalidad prevista sobre todo después de su instalación y uso, o uso previsto, en un sistema.

En este contexto, la presente invención propone una solución nueva que permite controlar efectivamente la frecuencia y la amplitud de la señal de excitación de un accionador piezoeléctrico para resolver simultáneamente todos los problemas antes indicados.

Por lo tanto, es objeto de esta invención optimizar de forma simple y fiable las características de excitación eléctrica de un accionador piezoeléctrico durante su operación, asegurando además el control de su amplitud de oscilación mecánica y maximizando la eficiencia del dispositivo bajo condiciones de carga y entorno variables.

En vista de lo anterior, la materia específica de esta invención es un método para optimizar la función de accionamiento de un accionador piezoeléctrico incluyendo un transductor piezoeléctrico, accionado por señales de voltaje, preferiblemente por una señal sinusoidal, más preferiblemente una señal sinusoidal de frecuencia ultrasónica, teniendo dicho transductor piezoeléctrico dos terminales, caracterizándose dicho método porque, para la detección de las características electromecánicas del accionador piezoeléctrico, la acción de accionamiento de dicho transductor es interrumpida cíclicamente para detectar los parámetros característicos de su libre movimiento por detección preferiblemente de la frecuencia y de la amplitud de la señal generada por dicho transductor, en los extremos de dichos dos terminales.

Según esta invención, también el comportamiento de amplitud de la señal generada en los extremos de dichos dos terminales puede ser detectado durante las interrupciones de dicha acción de accionamiento.

De nuevo según esta invención, la duración de las interrupciones de la acción de accionamiento se puede variar desde un valor mínimo, igual a la suma del intervalo de extinción de la fase transitoria, que se extiende entre la interrupción de la acción de accionamiento y el desarrollo de oscilaciones libres del transductor, y del período de un solo ciclo de oscilación libre, preferiblemente igual a un solo ciclo sinusoidal, y un valor máximo igual al tiempo necesario para la amplitud de la señal generada en los extremos de dichos dos terminales para disminuir a -40 dB del valor tomado al comienzo de la interrupción de la acción de accionamiento.

Preferiblemente según la invención, la frecuencia de repetición de dichas interrupciones varía de 2 Hz a 1000 Hz, la señal de excitación tiene una frecuencia igual a 40 kHz y la duración de las interrupciones varía de un valor mínimo de 50 microsegundos a un valor máximo de 2 milisegundos.

Otro objeto específico de esta invención es realizar un dispositivo, preferiblemente un dispositivo facoemulsificador, para llevar a cabo dicho método, caracterizado porque incluye un transductor piezoeléctrico, accionado por un voltaje alterno, acoplado mecánicamente a una aguja y que tiene dos terminales así como componentes electrónicos para llevar a cabo todas las operaciones necesarias para llevar a la práctica dicho método, como se describirá a continuación.

Esta invención se describirá ahora a modo de ilustración, pero no a modo de limitación, en conexión con un dispositivo facoemulsificador, según una realización preferida, con referencia especial al dibujo anexo, en el que

La figura 1 muestra un diagrama de circuito electrónico para controlar y excitar un transductor piezoeléctrico, que actúa como un accionador, según esta invención.

La figura 2 muestra la forma de onda de una señal de voltaje que aparece en los extremos del transductor piezoeléctrico de la figura 1.

Con referencia ahora a la figura 1, se puede observar que la pieza de mano del dispositivo facoemulsificador según esta invención incluye, como todos los dispositivos facoemulsificadores convencionales, un transductor piezoeléctrico 1 acoplado mecánicamente a una aguja 2, por medio de un par de masas metálicas, no representadas, preferiblemente de titanio o acero. El transductor 1, que es accionado por voltaje, tiene dos terminales, de los que uno puede estar cortocircuitado a la tierra del circuito, designado por el número de referencia 1a, y está formado por uno o varios materiales cerámicos piezoeléctricos, dispuestos mecánicamente en serie y dispuestos eléctricamente en paralelo. El acoplamiento mecánico entre el transductor 1 y la aguja 2 es tal que cualquier deformación de dicha cerámica produzca un desplazamiento axial de dicha aguja 2.

El transductor 1 está conectado, por medio de dichos terminales 2a, a un circuito excitador 3, a un detector de potencia (o amplitud) 4, a un detector de frecuencia 5 y a un detector de comportamiento de amplitud 6.

Dicho circuito excitador 3 incluye un primer terminal de entrada 3a, un segundo terminal de entrada 3b, un tercer terminal de entrada 3c y un terminal de salida 3d, que está conectado a los terminales 1a de dicho transductor 1 y se puede conmutar a un estado de alta impedancia. En particular, dicho circuito excitador 3 amplifica, a una cantidad controlada por una señal que aparece en dicho primer terminal de entrada 3a, una señal sinusoidal que aparece en el segundo terminal de entrada 3b y proporciona al terminal de salida 3d, cuando no está en su estado de alta impedancia, una señal sinusoidal para activar dicho transductor 1 que actúa como un accionador. Una señal adecuada que aparece en dicho tercer terminal de entrada 3c preestablece dicho terminal de salida 3d en su estado de impedancia alta o baja.

Se puede implementar una realización diferente del dispositivo facoemulsificador según esta invención de manera que incluya un circuito electrónico de conmutación para desacoplar el circuito excitador 3 del transductor 1.

La señal sinusoidal que aparece en el segundo terminal de entrada 3b llega del terminal de salida 7b de un sintetizador de frecuencia 7. Dicho sintetizador 7 recibe en su terminal de entrada 7a una señal destinada a controlar la frecuencia de la señal sinusoidal a generar. La exactitud y la estabilidad de dicho sintetizador dependen de la banda de paso del transductor piezoeléctrico 1. En la realización preferida del dispositivo facoemulsificador según esta invención, el sintetizador opera a frecuencias en el rango de 38 kHz a 42 kHz, con una resolución de 10 Hz.

El detector de potencia 4 incluye un primer terminal de entrada 4a, conectado a los terminales 1a de transductor 1, un segundo terminal de entrada 4b y un terminal de salida 4c. Dicho detector 4 detecta la amplitud de la señal de voltaje oscilante que aparece en el primer terminal de entrada 4a y proporciona una señal correspondiente que representa su valor en dicho terminal de salida 4c. En particular, una señal adecuada en el segundo terminal de entrada 4b habilita o inhabilita dicha detección.

El detector de frecuencia 5 incluye un primer terminal de entrada 5a, conectado a los terminales 1a de transductor 1, un segundo terminal de entrada 5b y un terminal de salida 5c. El detector 5 detecta la frecuencia de la señal de voltaje oscilante que aparece en su primer terminal de entrada 5a y proporciona una señal correspondiente que la representa, en el terminal de salida 5c. En particular, una señal adecuada en el segundo terminal de entrada 5b habilita o inhabilita dicha detección.

El detector de comportamiento de amplitud 6 incluye un primer terminal de entrada 6a, conectado a los terminales 1a del transductor 1, un segundo terminal de entrada 6b y un terminal de salida 6c. El detector 6 detecta el comportamiento de la amplitud, en particular la velocidad de amortiguamiento, de la señal de voltaje oscilante que aparece en su primer terminal de entrada 6a y proporciona una señal correspondiente que la representa, en el terminal de salida 6c. En particular, una señal adecuada en el segundo terminal de entrada 6b habilita o inhabilita dicha detección, determinando el intervalo de tiempo en el que se considera el comportamiento de amplitud de la señal que aparece en el primer terminal de entrada.

Preferiblemente, el circuito excitador 3, los detectores 4, 5 y 6 y el sintetizador 7 están conectados digitalmente, al menos en lo que se refiere a las señales de control. Por lo tanto, las señales que aparecen en los terminales de entrada primero y tercero 3a y 3c, respectivamente, del circuito excitador 3, en el segundo terminal de entrada 4b y en el terminal de salida 4c de dicho detector 4, en el segundo terminal de entrada 5b y en el terminal de salida 5c de dicho detector 5, en el segundo terminal de entrada 6b y en el terminal de salida 6c de dicho detector 6 y en el terminal de entrada 7a de dicho sintetizador 7 son señales digitales.

El dispositivo facoemulsificador según la invención incluye además una unidad de control y procesado 8, que consta de un microprocesador o un procesador de señal digital (DSP). Dicha unidad de control y procesado 8 genera todas las señales digitales de control a aplicar a los componentes antes descritos y las modifica según la acción de procesado realizada en las señales digitales recibidas de dichos detectores 4, 5 y 6. En particular, la unidad 8 incluye:

un primer terminal de entrada 8a, conectado al terminal de salida 4c del detector de potencia 4,

un segundo terminal de entrada 8b, conectado al terminal de salida 5c del detector de frecuencia 5,

un tercer terminal de entrada 8c, conectado al terminal de salida 6c del detector de comportamiento de amplitud 6,

un primer terminal de salida 8d, conectado al segundo terminal de entrada 4b, al segundo terminal de entrada 5b y al segundo terminal de entrada 6b, respectivamente, del detector de potencia 4, del detector de frecuencia 5 y del detector de comportamiento de amplitud 6,

un segundo terminal de salida 8e, conectado al primer terminal de entrada del circuito excitador 3,

un tercer terminal de salida 8f, conectado al terminal de entrada 7a de dicho sintetizador 7, y

un cuarto terminal de salida 8g, conectado al tercer terminal de entrada 3c del circuito excitador 3 (en particular, la señal que aparece en el cuarto terminal de salida 8g puede ser coincidente con la señal que aparece en el primer terminal de salida 8d).

El dispositivo facoemulsificador según la invención permite medir la amplitud de oscilación, la frecuencia de resonancia mecánica y la eficiencia del transductor piezoeléctrico 1, operando como un accionador que proporciona potencia motriz a la aguja 2, durante su operación y en todas las condiciones de carga mecánica, por utilización de dicho transductor piezoeléctrico 1 como un detector de las características electromecánicas del sistema compuesto del transductor 1 propiamente dicho, de la aguja 2 y también por la carga mecánica inducida por la catarata. Dicha unidad de control y procesado 8 se programa para llevar a la práctica el método de la presente invención, según que dicho transductor 1 opere exclusivamente como un accionador, en una primera fase de operación designada modo de transmisión o modo TX, o exclusivamente como un sensor, en una segunda fase de operación designada un modo de recepción o modo RX.

Durante el modo TX, dicha unidad 8 transmite señales adecuadas a dicho circuito excitador 3 y a dicho sintetizador 7 para que el circuito excitador 3 proporcione un voltaje de accionamiento a frecuencia ultrasónica a dicho transductor piezoeléctrico 1, suficiente para accionar dicha cerámica piezoeléctrica a oscilación por efecto piezoeléctrico inverso.

Dicha unidad 8, modificando la señal que aparece en el cuarto terminal de salida 8g, conmuta cíclicamente el circuito excitador 3 con su terminal de salida 3d al estado de alta impedancia, interrumpiendo por lo tanto en consecuencia el voltaje de excitación del transductor 1 que conmuta al modo operativo RX.

Durante el funcionamiento en modo RX, el sistema mecánico compuesto del transductor 1, la aguja 2 y posiblemente la carga mecánica inducida por la catarata en cuestión continúa oscilando libremente a su frecuencia característica propia. Las oscilaciones de dicho transductor 1 generan en los extremos de los terminales 1a, por efecto piezoeléctrico directo, un voltaje que tiene una frecuencia igual a la frecuencia de resonancia libre del sistema mecánico y una amplitud proporcional a la amplitud de las oscilaciones mecánicas. Por lo tanto, durante el funcionamiento en modo RX, dicho transductor 1 opera como un sensor. Será evidente a los expertos en la materia que dicho voltaje oscilante que aparece en los extremos de terminales 1a tiene una amplitud que disminuye en función del tiempo.

Durante el funcionamiento en modo RX, la señal de voltaje oscilante que aparece en los extremos de los terminales 1a es analizada por los detectores 4, 5 y 6, adecuadamente habilitados por la señal que llega del primer terminal de salida 8d de la unidad 8. En particular, los detectores 4 y 5 detectan la amplitud y la frecuencia de dicha señal, mientras que el detector 6 mide la decadencia de amplitud de las oscilaciones libres amortiguadas del sistema mecánico compuesto del transductor 1, de la aguja 2 y posiblemente de la carga mecánica inducida por la catarata, proporcionando por lo tanto una medida de la eficiencia de todo el sistema. Al final del período de tiempo en el que dicho transductor opera en modo RX, dicha unidad 8 modifica adecuadamente la señal que aparece en el primer terminal de salida 8d y toda la información relativa a la amplitud o a la potencia y a la frecuencia de la señal, así como a la eficiencia del sistema mecánico antes mencionado se transmite a dichos detectores 4, 5 y 6, respectivamente, al primer terminal de entrada 8a, al segundo terminal de entrada 8b y al tercer terminal de entrada 8c de dicha unidad 8.

La unidad 8 procesa la información recibida para establecer la frecuencia de la señal de excitación de dicho transductor 1, modificando la señal aplicada al tercer terminal de salida 8f para accionar la pieza de mano a la frecuencia de resonancia correcta, para optimizar sus rendimientos así como su eficiencia, y para estabilizar la amplitud de las oscilaciones en función de la carga mecánica de la pieza de mano, variando adecuadamente la amplitud de la señal sinusoidal de accionamiento por medio de una variación correspondiente de la señal transmitida al segundo terminal de salida 8e. Además, dicha unidad 8 estabiliza la amplitud de desplazamiento de la aguja 2 de la pieza de mano, resistiendo también por lo tanto las variaciones a largo y medio plazo de las características de la pieza de mano.

Al final del período de tiempo en el que el transductor opera en modo RX, dicha unidad 8 modifica la señal que aparece en el cuarto terminal de salida 8g para accionar dicho transductor piezoeléctrico 1 para operar de nuevo en modo TX como un accionador.

Como se describirá a continuación, la duración de modo operativo RX es preferiblemente despreciable con respecto al período de repetición de las interrupciones, para no disminuir considerablemente la potencia suministrada al transductor 1.

El dispositivo facoemulsificador según esta invención puede estar dispuesto de manera que el detector 4 pueda detectar la amplitud de la señal aplicada al transductor 1 también durante el funcionamiento en modo TX y que la información relacionada se pueda comunicar a la unidad 8. Puesto que el transductor 1 utilizado como un sensor en modo RX es el mismo transductor 1 utilizado como un accionador en modo TX, la relación V_{Rx}/V_{Tx} entre la amplitud V_{RX} de la señal de voltaje generada por las oscilaciones libres del sistema, medida en modo RX, y la amplitud V_{TX} de la señal de voltaje utilizado para excitar el transductor 1, medida en modo TX, puede ser procesada por la unidad 8 para obtener una evaluación de la eficiencia del sistema, soportando por lo tanto los datos obtenidos por dicho detector 6 o eliminando completamente dicho detector 6.

Igualmente, el dispositivo facoemulsificador según esta invención puede estar dispuesto de manera que el detector 5 pueda detectar la frecuencia de la señal aplicada al transductor 1 también durante el funcionamiento en modo TX y que la información relacionada puede ser comunicada a la unidad 8. En particular, si el sintetizador 7 antes mencionado es de un tipo de bloqueo de frecuencia, el valor de frecuencia medido de la señal de excitación se puede utilizar para controlar el sintetizador propiamente dicho.

Además, la unidad de control y proceso 8 puede determinar cualquier condición de degradación de la eficiencia electromecánica o cualquier fallo en la pieza de mano, evaluando la relación entre el voltaje medido y el voltaje aplicado y/o analizando la decadencia de las oscilaciones libres de dicho transductor 1 en estado no excitado, y/o puede reconocer condiciones de uso anormal de la pieza de mano, tal como su operación en el aire, indicándolas y/o limitándolas y/o impidiéndolas.

Con referencia ahora a la figura 2, es posible observar la forma de onda de la señal de voltaje que aparece en los terminales del transductor piezoeléctrico 1 de la figura 1 durante las dos fases de operación en modo RX y en modo TX. En particular, la forma de onda referente al modo TX se designa con el número de referencia 10, mientras que la forma de onda referente al modo RX se designa con el número de referencia 11.

La duración mínima en modo operativo RX deberá permitir la terminación del intercalo de transición de conmutación, que podría ascender a un período de oscilación de dicho transductor 1 excitado a una frecuencia ultrasónica, así como para la detección de al menos dos ciclos de la oscilación amortiguada. La duración máxima del modo operativo RX depende de las características de construcción de la pieza de mano y no deberá superar el tiempo necesario para que la amplitud de la señal que aparece en los extremos de terminales 1a, generada por oscilaciones libres del sistema mecánico, decaiga a valores menores que el valor mínimo que los detectores 4, 5 y 6 pueden detectar. De hecho, todo el rango de decadencia de hasta -40 dB del valor inicial puede ser útil para el sistema de control. A modo de ilustración, cuando la frecuencia de excitación es igual a 40 kHz, la duración de la operación en modo RX puede variar ventajosamente de 1 a 80 períodos de oscilación libre del transductor 1, correspondientes a un intervalo de 25 a 2000 microsegundos.

Preferiblemente, la duración de la operación en modo RX es de longitud despreciable con respecto al período de repetición de las interrupciones, para no reducir considerablemente la potencia suministrada al oscilador. En particular, la frecuencia de repetición de la fase de operación en modo RX puede estar en el rango de 2 a 1000 Hz, dependiendo de la aplicación específica.

Es evidente a los expertos en la materia que el período de repetición así como la duración de las interrupciones (modo RX) se puede determinar según los requisitos conectados con la velocidad de respuesta del sistema de control.

La pieza de mano incluyendo dicho transductor 1 también puede incluir en o dentro del conector de introducción utilizado para conexión con dicho dispositivo facoemulsificador, un dispositivo de memoria no volátil, tal como un dispositivo de memoria no volátil electrónicamente programable y borrable (EEPROM: Memoria de lectura solamente programable borrable electrónicamente), al que dicha unidad de control y procesado 8 accede en operaciones de escritura y lectura. Dicho dispositivo de memoria está adaptado para almacenar una serie de datos que caracterizan las propiedades electromecánicas de la pieza de mano así como del circuito electrónico de control y excitación de la pieza de mano.

En particular, dicho dispositivo de memoria se puede programar durante su procedimiento de verificación para almacenar el valor original de la relación V_{RX}/V_{TX} entre la amplitud V_{RX} de la señal medida en los extremos de los terminales 1a en modo operativo RX y la amplitud V_{TX} de la señal medida en los extremos de los terminales 1a en modo operativo TX para una elongación de referencia preestablecida E_{O}. Dicho valor original puede ser utilizado por la unidad 8 durante la duración de operación del dispositivo facoemulsificador para verificar la constancia de la relación V_{RX}/V_{TX} y para indicar la necesidad de mantener o sustituir la pieza de mano en cuestión cuando la desviación de dicha relación del valor medido durante la etapa de fabricación es más alto que una cantidad umbral.

Dicho dispositivo de memoria también puede ser programado para almacenar la constante de proporcionalidad K_{O} entre una cierta elongación de referencia E_{O} y la amplitud correspondiente V_{RX} de la señal medida en modo operativo RX. En particular, los expertos en la materia conocen que dicha constante de proporcionalidad K_{O} toma valores diferentes en piezas de mano diferentes, porque es una función de muchas variables de construcción. En base a leer la constante de proporcionalidad K_{O} almacenada en dicho dispositivo de memoria, la unidad 8 permite al cirujano establecer directamente la amplitud de las oscilaciones de la aguja 2 en unidades micrométricas.

Dicho dispositivo de memoria también puede ser programado por dicha unidad 8 al final de cada operación de la pieza de mano para almacenar el tiempo de utilización acumulado efectivo de la pieza de mano propiamente dicha. En tal caso, la unidad 8 también podría indicar la necesidad de intervenciones de mantenimiento periódico o la sustitución de la pieza de mano en cuestión.

Según la realización preferida del dispositivo de esta invención, el circuito electrónico para controlar y excitar el transductor piezoeléctrico 1 también se puede implementar en tecnología digital. Se deberá entender, sin embargo, que dicho circuito también puede ser realizado totalmente con componentes analógicos, sin apartarse de la cobertura de esta invención.

Además, el dispositivo según esta invención se ha descrito con referencia especial a dispositivos facoemulsificadores. Se deberá entender que dicho dispositivo también puede ser cualquier dispositivo incluyendo un accionador piezoeléctrico, sin apartarse por ello del alcance de la presente invención.

Se han descrito las realizaciones preferidas de esta invención y se han propuesto varias variaciones, pero se deberá entender expresamente que los expertos en la materia pueden hacer otras variaciones y cambios, sin apartarse por ello de su alcance, definido en las reivindicaciones anexas.

Claims (12)

1. Un método de optimización de la frecuencia o amplitud de una señal de excitación que mueve un accionador piezoeléctrico por detección dinámica de su características electromecánicas, incluyendo dicho accionador piezoeléctrico un transductor piezoeléctrico (1) de dos terminales (1a) accionado por voltaje, caracterizándose dicho método porque, para la detección de las características electromecánicas del accionador piezoeléctrico, el accionamiento de dicho transductor (1) es interrumpido cíclicamente para detectar los parámetros característicos de su libre movimiento por detección de los parámetros de la señal generada por dicho transductor (1) en los extremos de dichos dos terminales (1a).

2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho transductor (1) es excitado por una señal periódica y porque los parámetros característicos de las oscilaciones libres de dicho transductor (1) son detectados durante las interrupciones de la acción de accionamiento detectando la frecuencia y la amplitud de la señal generada en los extremos de dichos dos terminales (1a).

3. Un método según la reivindicación 2, caracterizado porque también el comportamiento de amplitud de la señal generada en los extremos de dichos dos terminales (1a) se detecta durante las interrupciones de dicha acción de accionamiento.

4. Un método según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque la duración de las interrupciones de la acción de accionamiento se varía desde un valor mínimo, igual a la suma del intervalo de extinción de la fase transitoria, que se extiende entre la interrupción de la acción de accionamiento y el desarrollo de oscilaciones libres del transductor (1), y del período de un solo ciclo de oscilación libre, y un valor máximo igual al tiempo necesario para la amplitud de la señal generada en los extremos de dichos dos terminales (1a) para disminuir a -40 dB del valor tomado al comienzo de la interrupción de la acción de accionamiento.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 2-4, caracterizado porque dicha señal periódica que mueve dicho transductor (1) es una señal sinusoidal.

6. Un método según la reivindicación 5, caracterizado porque la señal sinusoidal de excitación tiene una frecuencia ultrasónica.

7. Un método según la reivindicación 6, caracterizado porque la frecuencia de repetición de las interrupciones varía en el rango de 2 Hz a 1000 Hz.

8. Un método según la reivindicación 7, caracterizado porque la señal sinusoidal de accionamiento tiene una frecuencia de 40 kHz y la duración de las interrupciones varía desde un valor mínimo de 50 microsegundos a un valor máximo de 2 milisegundos.

9. Un dispositivo para llevar a la práctica el método según cualquiera de las reivindicaciones 28, caracterizado porque incluye un transductor piezoeléctrico (1), accionado por señales de voltajes y que tiene dos terminales (1a), un circuito excitador (3), un detector de amplitud (4), un detector de frecuencia (5), un sintetizador de frecuencia (7) y una unidad de control y procesado (8), siendo realizado dicho transductor (1) por uno o varios materiales cerámicos piezoeléctricos, estando dispuesto en relación en serie desde un punto de vista mecánico y en relación en paralelo desde un punto de vista eléctrico; estando también conectado dicho transductor (1), por medio de dichos terminales (1a), a dicho circuito excitador (3), a dicho detector de amplitud (4) y a dicho detector de frecuencia (5); amplificando dicho circuito excitador (3) una señal periódica que llega de dicho sintetizador (7); incluyendo dicha unidad de control y procesado (8) un microprocesador o un procesador de señal digital (DSP) y recibiendo la señal correspondiente a las detecciones realizadas por dicho detector de amplitud (4) y por dicho detector de frecuencia (5); generando dicha unidad de control y procesado (8) una señal de control para controlar dicho circuito excitador (3), una señal para habilitar la conexión entre dicho circuito excitador (3) y el transductor (1), una señal para controlar la frecuencia del sintetizador (7), una señal para habilitar la operación de dicho detector de amplitud (4) y una señal para habilitar la operación de dicho detector de frecuencia (5).

10. Un dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho transductor (1) se incluye en una pieza de mano que incluye además un dispositivo de memoria no volátil al que dicha unidad de control y procesado (8) accede en operaciones de lectura y escritura.

11. Un dispositivo según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque también incluye un detector de comportamiento de amplitud (6) conectado a dicho transductor (1) por medio de dichos terminales (1a), porque dicha unidad de control y procesado (8) recibe la señal correspondiente a la detección del comportamiento de amplitud realizada por dicho detector de comportamiento de amplitud (6) y genera una señal para habilitar la detección del comportamiento de amplitud por dicho detector de comportamiento de amplitud (6).

12. Un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 9-11, caracterizado porque es un dispositivo facoemulsificador y dicho transductor piezoeléctrico (1) está acoplado mecánicamente, por medio de un par de masas metálicas, preferiblemente de titanio o acero, a una aguja (2), siendo tal dicho acoplamiento mecánico que cualquier deformación de dicho transductor (1) genera un desplazamiento axial de dicha aguja (2).