ES2253333T3 - Control del desplazamiento de salida de un instrumento manual quirurgico ultrasonico usando el margen de fase. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para operar un instrumento manual quirúrgico ultrasónico para guardar un valor de corriente de accionamiento en memoria, comprendiendo el procedimiento las etapas de: medir una frecuencia de resonancia del instrumento manual; medir una frecuencia de antirresonancia del instrumento manual; calcular un margen de fase que es la diferencia entre la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia; correlacionar el margen de fase con un desplazamiento de salida; calcular una corriente de accionamiento a partir de la correlación del margen de fase con el desplazamiento de salida; y guardar la corriente de accionamiento en memoria.

Description

Control de desplazamiento de salida de un instrumento manual quirúrgico ultrasónico usando el margen de fase.

Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a sistemas quirúrgicos ultrasónicos y más específicamente a controlar el desplazamiento de salida de un instrumento manual quirúrgico ultrasónico usando el "margen de fase", que es la diferencia entre la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia.

2. Descripción de la técnica relacionada

Se sabe que los bisturís eléctricos y de láser pueden usarse como instrumentos quirúrgicos para realizar la doble función simultánea de abrir una incisión y realizar la hemostasis del tejido blando mediante la cauterización de los tejidos y vasos sanguíneos. Sin embargo, dichos instrumentos usan temperaturas muy altas para lograr la coagulación, lo que produce evaporación y humos además de salpicaduras, y esto aumenta el riesgo de extender enfermedades infecciosas al personal de la sala de operaciones. Además, el uso de dichos instrumentos a menudo produce zonas relativamente extensas de daño de los tejidos por temperatura.

También se conoce ampliamente el corte y cauterización de tejido con cuchillas quirúrgicas que vibran a altas velocidades por medio de mecanismos de accionamiento ultrasónicos. Uno de los problemas relacionados con dichos instrumentos de corte ultrasónicos son las vibraciones descontroladas o no amortiguadas y el calor, así como la fatiga del material que resulta de ellos. En el campo de las salas de operaciones se han hecho intentos de controlar el problema del calentamiento mediante la inclusión de sistemas de enfriamiento con intercambiadores de calor para enfriar la cuchilla. En un sistema conocido, por ejemplo, el sistema de corte ultrasónico y fragmentación de tejido requiere un sistema de enfriamiento aumentado con una camisa por la que circula agua y medios de irrigación y aspiración del sitio de corte. Otro sistema conocido requiere el suministro de fluidos criogénicos a la cuchilla cortante.

Se conoce un sistema que limita la corriente suministrada al transductor para limitar el calor que se genera en él. Sin embargo, esto podría producir una falta de energía en la cuchilla en un momento en que se necesita para el tratamiento más efectivo al paciente. La patente de EE.UU. Nº 5.026.387 de Thomas, cedida al cesionario de la presente solicitud, desvela un sistema para controlar el calor en un sistema de corte y hemostasis quirúrgico ultrasónico sin usar un refrigerante mediante el control de la energía suministrada a la cuchilla. En el sistema según esta patente, se provee un generador ultrasónico que produce una señal eléctrica de una tensión, corriente y frecuencia específicas, por ejemplo 55.500 ciclos por segundo. El generador se conecta por cable a un instrumento manual que contiene elementos piezocerámicos que forman un transductor ultrasónico. Como respuesta a un interruptor en el instrumento manual o un interruptor que se activa con el pie conectado al generador por otro cable, se aplica la señal del generador al transductor, lo que causa una vibración longitudinal de sus elementos. Una estructura conecta el transductor con una cuchilla quirúrgica, que entonces vibra a frecuencias ultrasónicas cuando la señal del generador se aplica al transductor. La estructura está diseñada para resonar a la frecuencia seleccionada, y así amplifica el movimiento iniciado por el transductor.

La señal enviada al transductor se controla de modo que se suministra energía a demanda del transductor en respuesta a la detección continua o periódica de la carga (contacto con el tejido o separación de él) de la cuchilla. Como resultado, el dispositivo pasa de un estado de energía baja y reposo a un estado seleccionable de energía alta y corte, de manera automática, dependiendo de que el bisturí esté o no en contacto con el tejido. Un tercer modo de coagulación, de alta energía, puede seleccionarse manualmente con un retorno automático a un nivel de energía de reposo cuando la cuchilla ya no está en contacto con el tejido. Dado que la energía ultrasónica no se suministra continuamente a la cuchilla, genera menos calor ambiental, pero imparte suficiente energía al tejido para las incisiones y cauterización cuando se necesita.

El sistema de control en la patente de Thomas es análogo. Un bucle de enganche de fase que incluye un oscilador de tensión controlado, un divisor de frecuencia, un interruptor de energía, un circuito comparador y un detector de fase estabilizan la frecuencia aplicada al instrumento manual. Un microprocesador controla la cantidad de energía tomando muestras de la frecuencia, corriente y tensión aplicada al instrumento manual, porque estos parámetros cambian con la carga sobre la cuchilla.

La curva de energía versus carga en un generador de un sistema quirúrgico ultrasónico típico, como el descrito en la patente de Thomas, tiene dos segmentos. El primer segmento tiene una pendiente positiva de energía en aumento, a medida que aumenta la carga, lo que indica un suministro de corriente constante. El segundo segmento tiene una pendiente negativa de energía decreciente, a medida que la carga aumenta, lo que indica una salida de tensión constante o saturada. La corriente regulada del primer segmento es fijada por el diseño de los componentes electrónicos y la tensión del segundo segmento está limitada por la tensión máxima de salida del diseño. Esta disposición es inflexible porque las características de energía versus carga de la salida de dicho sistema no pueden optimizarse para diferentes tipos de transductores de mano y cuchillas ultrasónicas. El rendimiento de sistemas tradicionales análogos de energía ultrasónica para instrumentos quirúrgicos se ve afectado por las tolerancias de los componentes y su variabilidad en la electrónica del generador, debida a cambios en la temperatura de operación. En particular, los cambios de temperatura pueden causar amplias variaciones en parámetros esenciales del sistema como la gama de frecuencias, el nivel de señal de accionamiento y otras medidas del rendimiento del sistema.

Para operar un sistema quirúrgico ultrasónico de manera eficiente, durante la puesta en marcha la frecuencia de la señal suministrada al transductor de mano hace un barrido de una gama para localizar la frecuencia de resonancia. Cuando la encuentra, el bucle de enganche de fase del generador se engancha a la frecuencia de resonancia, continúa observando el ángulo de la fase de corriente a tensión del transductor y mantiene la resonancia del transductor al accionarlo a la frecuencia de resonancia. Una función esencial de estos sistemas es mantener la resonancia del transductor a pesar de los cambios de carga y temperatura que varían la frecuencia de resonancia. Un dispositivo de este tipo se desvela en el documento US 5.001. 649.

Los sistemas generadores ultrasónicos de la técnica anterior tienen poca flexibilidad con respecto al control de amplitud, que permitiría al sistema emplear algoritmos de control y toma de decisiones adaptativos. Por ejemplo, estos sistemas fijos carecen de la capacidad de tomar decisiones heurísticas con respecto al accionamiento de salida, como por ejemplo la corriente o la frecuencia, a partir de la carga de la cuchilla y/o el ángulo de fase de corriente a tensión. También limita la capacidad del sistema el definir niveles de señales de accionamiento del transductor óptimas para un rendimiento eficiente constante, lo que aumentaría la vida útil del transductor y garantizaría condiciones de operación seguras para la cuchilla. Además, la falta de control de la amplitud y frecuencia reduce la capacidad del sistema de realizar pruebas de diagnóstico sobre el sistema de transductor/cuchilla y de contribuir a la solución de problemas en general.

Además, el uso de diferentes instrumentos manuales con un sistema quirúrgico ultrasónico podría causar problemas de rendimiento. Los instrumentos manuales diferentes de diseño similar presentan variaciones en el desplazamiento de salida dentro de una cierta gama de corriente de entrada al instrumento manual. Un desplazamiento excesivo o inadecuado puede producir que se desechen instrumentos manuales por un rendimiento bajo o daño de las cuchillas.

Además, con el tiempo, el rendimiento del instrumento manual puede variar por el envejecimiento, exposición ambiental, la cantidad de usos y similares.

Por lo tanto, hay una necesidad general en la técnica de un sistema y procedimiento mejorados para controlar el desplazamiento de salida de un instrumento manual quirúrgico ultrasónico que supere estas y otras desventajas de la técnica anterior.

Resumen de la invención

La correlación del margen de fase con el desplazamiento de salida de un instrumento manual ultrasónico se usa para definir la corriente de salida de un instrumento manual específico para lograr el desplazamiento deseado del instrumento manual.

En una realización ilustrativa de la invención, se hace un barrido de frecuencias para encontrar la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia para el instrumento manual. La frecuencia de resonancia se mide en un punto durante el barrido de frecuencias en el que la impedancia del instrumento manual es mínima. La frecuencia de antirresonancia se mide en un punto durante el barrido de frecuencias en el que la impedancia del instrumento manual es máxima. Se calcula el margen de fase, que es la diferencia entre la frecuencia de resonancia y la de antirresonancia. Usando un desplazamiento de salida objetivo o específico, se calcula una corriente de accionamiento a partir del margen de fase que se guarda en el instrumento manual. Durante la operación del instrumento manual, el instrumento manual se acciona para que mantenga este desplazamiento mediante el control de la salida de corriente de la consola del generador para accionar el instrumento manual.

Según una realización adicional de la invención, el instrumento manual y el generador ultrasónico pasan por un proceso de calibración para definir la corriente de accionamiento a partir de la correlación del margen de fase con el desplazamiento de salida. Durante el proceso de calibración, se realiza un barrido de frecuencias para encontrar la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia del instrumento manual. Entonces se calcula el margen de fase. Usando un desplazamiento de salida específico u objetivo, se calcula una corriente de accionamiento a partir del margen de fase y se guarda en el instrumento manual. Durante la operación del instrumento manual, se accede a la memoria del instrumento manual y se selecciona una corriente de accionamiento específica para accionar el instrumento manual a partir de la correlación entre el desplazamiento de salida y el margen de fase. El instrumento manual se acciona con el desplazamiento de salida, controlando de manera concordante la salida de corriente de la consola del generador para accionar el instrumento manual.

Breve descripción de los dibujos

Las ventajas y características precedentes y otras de la invención se verán con más claridad a partir de la descripción detallada de las realizaciones preferidas de la invención ofrecidas a continuación con referencia a las figuras adjuntas (que no necesariamente están a escala) en las que:

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La figura 1 es una ilustración de una consola de un sistema de corte y hemostasis quirúrgico ultrasónico, así como un instrumento manual e interruptor de pie en la que se implementa el procedimiento de la presente invención;

La figura 2 es una vista en esquema de una sección transversal del instrumento manual del bisturí ultrasónico del sistema de la figura 1;

Las figuras 3A y 3B son diagramas de bloque que ilustran la consola ultrasónica según una realización de la presente invención;

La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra en general el procedimiento según la invención para determinar la corriente de accionamiento del instrumento manual quirúrgico ultrasónico a partir del margen de fase;

La figura 5 es una tabla de ejemplos de la correlación entre el margen de fase y el desplazamiento para una corriente de accionamiento de salida específica de un instrumento manual quirúrgico ultrasónico según la invención; y

La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra una calibración ejemplar del instrumento manual quirúrgico ultrasónico según una realización adicional de la invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La figura 1 es una ilustración de un sistema según la invención. Por medio de un primer conjunto de hilos del cable 26, la energía eléctrica, es decir, la corriente de accionamiento, se envía de la consola 10 a un instrumento manual 30 en la que se imparte un movimiento longitudinal ultrasónico a un dispositivo quirúrgico, como la cuchilla afilada de un bisturí 32. Esta cuchilla puede usarse para disecar y cauterizar simultáneamente el tejido. El suministro de corriente ultrasónica al instrumento manual 30 puede estar bajo control de un interruptor 34 ubicado en el instrumento manual, que está conectado al generador de la consola 10 por medio de hilos del cable 26. El generador puede también controlarse con un interruptor de pie 40, que se conecta a la consola 10 por otro cable 50. Así, durante el uso el cirujano puede aplicar una señal eléctrica ultrasónica al instrumento manual, lo que causa que la cuchilla vibre longitudinalmente a una frecuencia ultrasónica, mediante la operación del interruptor 34 en el instrumento manual con el dedo, o la operación del interruptor de pie 40 con el pie.

La consola del generador 10 incluye una pantalla de cristal líquido 12, que puede usarse para indicar el nivel de energía de corte seleccionado de varias maneras, por ejemplo como un porcentaje sobre la energía de corte máxima, o niveles de energía numéricos asociados con la energía de corte. La pantalla de cristal líquido 12 puede también usarse para mostrar otros parámetros del sistema. El interruptor de energía 11 se usa para encender la unidad. Se realizan pruebas al poner en marcha el dispositivo. Cuando se terminan las pruebas de puesta en marcha e inicialización, se ilumina la luz de "standby" 13 (modo de espera). Si la unidad está suministrando la energía máxima, se ilumina la luz MAX 15. Si se está suministrando un nivel de energía inferior al máximo, la luz MIN 17 se ilumina. El nivel de energía cuando MIN está encendida se define con el botón 16.

Cuando se aplica energía al instrumento manual ultrasónico por la operación del interruptor 34 ó 40, el aparato causa que el bisturí o cuchilla quirúrgica vibre longitudinalmente a aproximadamente 55,5 kHz, y la cantidad de movimiento longitudinal variará en proporción a la cantidad de energía de accionamiento (corriente) aplicada, según la selecciona el usuario con posibilidad de ajustarla. Cuando se aplica una energía de corte relativamente alta, la cuchilla está diseñada para moverse longitudinalmente en una amplitud de unos 40 a 100 micrómetros a la velocidad de vibración ultrasónica. Dicha vibración ultrasónica de la cuchilla genera calor cuando la cuchilla entra en contacto con tejido, es decir, la aceleración de la cuchilla al atravesar el tejido convierte la energía mecánica de movimiento de la cuchilla en energía térmica en un área muy pequeña y localizada. Este calor localizado crea una zona angosta de coagulación, que reduce o elimina el sangrado de vasos pequeños, como los que tienen menos de un milímetro de diámetro. La eficiencia de corte de la cuchilla, así como el grado de hemostasis, variarán con el nivel de energía de accionamiento aplicada, la velocidad de corte del cirujano, la naturaleza del tejido y la vascularidad del tejido.

Como se ilustra con más detalle en la figura 2, el instrumento manual ultrasónico 30 contiene un transductor piezoeléctrico 36 para convertir energía eléctrica en energía mecánica, lo que produce un movimiento de vibración longitudinal de los extremos del transductor. El transductor 36 tiene forma de una pila de elementos cerámicos piezoeléctricos con un punto de movimiento nulo ubicado en un punto en la pila. La pila del transductor está montada entre dos cilindros 31 y 33. Además, un cilindro 35 se encuentra adherido al cilindro 33, que a su vez está montado en el contenedor en otro punto de movimiento nulo 37. Un cuerno 38 está también adherido al punto nulo por un lado y a un acoplador de cuchilla 39 por el otro. La cuchilla 32 está asegurada al acoplador 39. Como resultado, la cuchilla 32 vibra en sentido longitudinal a una velocidad de frecuencia ultrasónica con el transductor 36. Los extremos del transductor alcanzan el movimiento máximo y una porción de la pila constituye un nodo inmóvil cuando el transductor se acciona con una corriente de unos 380 mA RMS a la frecuencia de resonancia del transductor. Sin embargo, la corriente que produce el movimiento máximo variará con cada instrumento manual y es un valor guardado en la memoria no volátil del instrumento manual, para que el sistema pueda usarla.

Las partes del instrumento manual están diseñadas de modo que su combinación oscila a la misma frecuencia de resonancia. En particular, los elementos se ajustan de manera que la longitud resultante de cada uno de esos elementos sea de media longitud de onda. El movimiento longitudinal adelante y atrás se amplifica a medida que se reduce el diámetro más cercano a la cuchilla 32 del cuerno 38 montado acústicamente. Así, el cuerno 38 y el acoplador de la cuchilla 39 tienen forma y dimensiones tales que amplifican el movimiento de la cuchilla y proveen una vibración armónica en resonancia con el resto del sistema acústico, lo que produce el máximo movimiento adelante y atrás del extremo del cuerno 38 montado acústicamente cerca de la cuchilla 32. Un movimiento en la pila del transductor se amplifica con el cuerno 38 en un movimiento de unos 20 a 25 micrómetros. Un movimiento en el acoplador 39 se amplifica con la cuchilla 32 en un movimiento de cuchilla de unos 40 a 100 micrómetros.

El sistema que crea la señal eléctrica ultrasónica para accionar al transductor del instrumento manual se ilustra en las figuras 3A y 3B. Este sistema de accionamiento es flexible y puede crear una señal de accionamiento a una frecuencia y nivel de energía deseados. Un DSP 60 o microprocesador del sistema se usa para controlar los parámetros adecuados de energía y frecuencia vibratoria así como para controlar que se suministre un nivel suficiente de energía en los modos de operación de corte o coagulación. El DSP 60 o microprocesador también guarda programas de ordenador que se usan para realizar pruebas de diagnóstico en los componentes del sistema, como el transductor o la cuchilla.

Por ejemplo, con el control de un programa almacenado en el DSP o microprocesador, se puede fijar la frecuencia durante la puesta en marcha en un valor específico, por ejemplo 50 kHz. Después se puede hacer un barrido a una velocidad determinada hasta que se detecte un cambio en la impedancia que indique el acercamiento a la resonancia. Luego se puede reducir la velocidad de barrido para que el sistema no sobrepase la frecuencia de resonancia, por ejemplo 55 kHz. La velocidad de barrido puede alcanzarse haciendo cambiar la frecuencia en incrementos graduales, por ejemplo de 50 ciclos. Si se desea una velocidad más lenta, el programa puede reducir el incremento gradual, por ejemplo, a 25 ciclos, que puede estar basado de manera adaptativa sobre la magnitud y fase de impedancia medida del transductor. Además, la velocidad de barrido puede modificarse cambiando la velocidad con la que se actualiza el incremento de frecuencia.

Si se sabe que hay un modo de resonancia no deseado, por ejemplo a 51 kHz, el programa puede causar que la frecuencia barra en sentido contrario, por ejemplo a partir de 60 kHz, para buscar la resonancia. Además, el sistema puede barrer a partir de los 50 kHz y saltarse los 51 kHz donde se encuentra la resonancia no deseada. En cualquier caso, el sistema tiene un alto grado de flexibilidad.

Durante la operación, el usuario determina un nivel de energía específico para usar con el instrumento quirúrgico. Esto se hace mediante el interruptor de selección de nivel de energía 16 en el panel frontal de la consola. El interruptor genera señales 150 que se aplican al DSP 60. El DSP 60 entonces muestra el nivel de energía seleccionado enviando una señal en la línea 152 (figura 3B) al panel frontal de la consola 12.

Para hacer que la cuchilla quirúrgica vibre, el usuario activa el interruptor de pie 40 o el interruptor del instrumento manual 34. Esta activación introduce una señal en la línea 85 de la figura 3B. Esta señal causa que se suministre energía del amplificador en contrafase 78 al transductor 36. Cuando el DSP o el microprocesador 60 se han enganchado a la frecuencia de resonancia del transductor del instrumento manual y se ha aplicado energía al transductor del instrumento manual, una señal de accionamiento de audio se introduce en la línea 156. Esto causa que suene una indicación audible en el sistema, que comunica al usuario que se está suministrando energía al instrumento manual y que el bisturí está activo y operativo.

Como se describe en la presente con respecto a las figuras 2, 3A y 3B y como se describe en la solicitud de patente europea Nº 01308901-6 (publicación Nº EP1199047) (que reivindica prioridad del documento USSN 09/693621) presentada simultáneamente con la presente, las partes del instrumento manual 30 en modo operativo están diseñadas, como un todo, para oscilar en general a la misma frecuencia de resonancia, en la que los elementos del instrumento manual 30 están ajustados de modo que la longitud resultante de cada uno de esos elementos es de media longitud de onda o un múltiplo de esta longitud. El microprocesador o DSP 60, con un algoritmo de corrección, controla la frecuencia a la que oscilan las partes del instrumento manual 30. Al accionar el instrumento manual 30, la frecuencia de oscilación se fija en un valor de arranque o una frecuencia de resonancia predeterminada como por ejemplo 50 kHz, que está guardada en memoria. El barrido de una gama de frecuencias entre un punto de barrido inicial y un punto de barrido final se realiza bajo el control del DSP 60 hasta que se detecta un cambio en la impedancia que indica el acercamiento a la frecuencia de resonancia. El cambio de impedancia se refiere a la impedancia del instrumento manual y de cualquier cuchilla adherida, que puede modelarse con un circuito paralelo equivalente para modelar matemáticamente el algoritmo para controlar la operación del instrumento manual 30 como se describe en la patente europea No. 01308901-6 (publicación Nº EP1199047) (que reivindica prioridad del documento USSN 09/693621) presentada simultáneamente con la presente. La frecuencia de resonancia es la frecuencia en un punto durante el barrido de frecuencias en que la impedancia del circuito equivalente está en su valor mínimo y la frecuencia de antirresonancia es la frecuencia en la que la impedancia está en su valor máximo. El margen de fase es la diferencia entre la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia. Existe una correlación entre el margen de fase y el desplazamiento de salida del instrumento manual 30 que puede usarse de manera ventajosa para controlar el desplazamiento y lograr que el instrumento manual 30 funcione en el nivel de rendimiento óptimo.

Para obtener las mediciones de impedancia y mediciones de fase se usa el DSP 60 y los otros elementos del circuito de las figuras 3A y 3B. En particular, el amplificador en contrafase 78 suministra la señal ultrasónica a un transformador de energía 86, que a su vez suministra la señal por una línea 85 del cable 26 a los transductores piezoeléctricos 36 del instrumento manual. La corriente en la línea 85 y la tensión en dicha línea se detectan con el circuito sensor de corriente 88 y el circuito sensor de tensión 92. Las señales de los sensores de tensión y corriente se envían a un circuito de tensión promedio 122 y al circuito de corriente promedio 120, respectivamente, que toman los valores promedio de estas señales. La tensión promedio se convierte con el conversor de analógico a digital (ADC) 126 en un código digital que se envía al DSP 60. Del mismo modo, la señal del promedio de corriente se convierte con el conversor de analógico a digital (ADC) 124 en un código digital que se envía al DSP 60. En el DSP, la relación entre tensión y corriente se calcula continuamente para producir valores de impedancia actualizados a medida que cambia la frecuencia. Un cambio importante de impedancia ocurre cuando se aproxima la resonancia.

Las señales del sensor de corriente 88 y del sensor de tensión 92 también se aplican a los detectores de cruce por cero respectivos 100 y 102. Estos producen un impulso cada vez que la señal respectiva cruza por cero. El impulso del detector 100 se aplica al circuito lógico de detección de fase 104, que puede incluir un contador que se inicia con esa señal. El impulso del detector 102 se aplica del mismo modo al circuito lógico 104 y puede usarse para detener el contador. Como resultado, la cuenta que alcanza el contador es un código digital en la línea 140, que representa la diferencia de fase entre la corriente y la tensión. El tamaño de esta diferencia de fase también es una indicación de la cercanía a la frecuencia de resonancia con la que el sistema opera. Estas señales pueden usarse como parte de un bucle de enganche de fase que causa que la frecuencia del generador se enganche a la resonancia, por ejemplo mediante la comparación de la fase delta con un punto fijo de fase en el DSP para generar una señal de frecuencia a un circuito de síntesis digital directa (DDS) 128 que acciona el amplificador en contrafase 78.

Además, los valores de impedancia y fase pueden usarse como se indica arriba en una fase de diagnóstico de la operación para detectar si la cuchilla está suelta. En tal caso el DSP no intenta establecer un enganche de fase en la resonancia, sino que acciona el instrumento manual a frecuencias específicas y mide la impedancia y la fase para determinar si la cuchilla está apretada.

La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra en general el procedimiento según la invención para determinar la corriente de accionamiento del instrumento manual quirúrgico ultrasónico a partir del margen de fase. Se realiza un barrido de frecuencias en el instrumento manual 30 para encontrar la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia para el instrumento manual 30 (etapa 403). La frecuencia de resonancia se mide en un punto durante el barrido de frecuencias en el que la impedancia del instrumento manual 30 está en su valor mínimo (etapa 405). La frecuencia de antirresonancia se mide en un punto durante el barrido de frecuencia en el que la impedancia del instrumento manual 30 está en su valor máximo (etapa 407). En la etapa 409, el margen de fase se calcula como la diferencia entre la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia. Usando un desplazamiento de salida objetivo o específico, se calcula una corriente de accionamiento a partir del margen de fase (etapa 411). En la etapa 413, la corriente de accionamiento se guarda en el instrumento manual 30. El instrumento manual 30 se acciona para mantener el desplazamiento de salida, controlando de manera concordante la salida de corriente de la consola 10. El procedimiento de la figura 4 puede también realizarse con una cuchilla conocida adherida.

Puede implementarse una realización del procedimiento según la invención mientas se está fabricando el instrumento manual en la fábrica. El margen de fase para un instrumento manual nueva se mide con el analizador de impedancia (tal como un HP 4192A comercializado por Hewlett Packard^{TM}). El analizador de impedancia se programa para encontrar las frecuencias de resonancia y antirresonancia para calcular el margen de fase. Estos datos se transfieren a un ordenador personal (PC) conectado al analizador que usa el margen de fase para calcular una corriente de accionamiento para accionar el instrumento manual que produce el desplazamiento deseado en el instrumento manual (por ejemplo, 22 micrómetros). El instrumento manual contiene una memoria, por ejemplo una EEPROM. El instrumento manual se conecta al puerto de serie del PC a través de un interfaz que se corresponde con el conector del instrumento manual. El PC descarga el valor de la corriente de accionamiento computada según el cálculo del margen de fase a una localización de memoria específica en la EEPROM. Durante la operación, la consola del generador usa este valor de corriente de accionamiento para controlar la salida de corriente del generador al instrumento manual.

La figura 5 es una tabla de ejemplos de la correlación entre el margen de fase y el desplazamiento para una corriente de accionamiento de salida específica de un instrumento manual quirúrgico ultrasónico según la invención. Los datos en la tabla pueden guardarse en memoria (en equipos de prueba para el instrumento manual en una fábrica durante la fabricación, o en una consola del generador para el instrumento manual en campo). Incluye datos de frecuencia de resonancia (la primera columna F_{1}), la frecuencia de antirresonancia (la segunda columna F_{2}), el margen de fase que es la diferencia entre la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia (tercera columna) y el desplazamiento de salida del instrumento manual 30 en micrómetros para una corriente de accionamiento específica (cuarta columna). Durante la operación real, se accede a la tabla guardada en memoria y la consola 10 acciona el instrumento manual 30 con una corriente de accionamiento calculada para lograr el desplazamiento deseado como se describirá más adelante.

En una realización específica según la invención, la correlación entre margen de fase y desplazamiento de salida para accionar el instrumento manual 30 se ha descubierto empíricamente que es:

(Ec. 1)Desplazamiento \ (\mu m)= 38,156 \ - \ 0,0751 \ x \ Margen \ de \ Fase \ (Hz)

Esta correlación específica puede también guardarse en la memoria de la consola 10. Se mide la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia. La consola 10 acciona el instrumento manual 30 con el desplazamiento de salida correlacionado con el margen de fase medido para ese instrumento manual específico a partir del cálculo según la correlación de la Ec. 1.

De manera equivalente a la ecuación 1, los términos se pueden reordenar para calcular cuánta corriente se necesita para accionar un instrumento manual particular a un desplazamiento deseado. Dado que en un transductor que funciona ajustado en el punto de resonancia, la corriente es proporcional al desplazamiento, por ejemplo

(Ec. 2)I \ \alpha \ D

entonces la relación entre un desplazamiento medido y un desplazamiento deseado es:

(Ec. 3)\frac{\text{Dmedido}}{\text{Ddeseado}} = \frac{\text{Imedido}}{\text{Ideseado}}

por lo tanto

(Ec. 3)\text{Ideseado} = \frac{\text{Ddeseado Imedido}}{\text{Dmedido}}

Así, si resulta conveniente almacenar la corriente deseada necesaria para accionar un instrumento manual particular con un desplazamiento deseado, las ecuaciones 1 y 5 pueden usarse para resolver un valor de I deseado para un instrumento manual dado.

Según una realización adicional de la invención, el instrumento manual 30 y la consola 10 pasan por un proceso de calibración para correlacionar el margen de fase con el desplazamiento de salida. El proceso de calibración es especialmente útil para la calibración de instrumentos manuales después de que el instrumento manual se ha usado en campo durante un período de tiempo que puede producir una variación o reducción del rendimiento del instrumento manual. La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra una calibración ejemplar del instrumento manual quirúrgico ultrasónico según la invención. Se implementa un proceso de calibración. En especial, se realiza un barrido de frecuencias para encontrar la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia para el instrumento manual 30 (etapa 603). La frecuencia de resonancia se mide en un punto durante el barrido de frecuencia en el que la impedancia del instrumento manual 30 está en su valor mínimo (etapa 605). La frecuencia de antirresonancia se mide en un punto durante el barrido de frecuencia en el que la impedancia del instrumento manual 30 está en su valor máximo (etapa 607). En la etapa 609, se calcula el margen de fase, que es la diferencia entre la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia. La corriente de accionamiento se calcula a partir del margen de fase (etapa 611) . En la etapa 613, la corriente de accionamiento se guarda en la memoria del instrumento manual 30 (como una EEPROM en el instrumento manual 30).

Se contempla que otras correlaciones entre el desplazamiento y los parámetros del modelo del instrumento manual puedan usarse para controlar el desplazamiento.

Aunque la invención se ha mostrado y descrito en detalle especialmente con referencia a las realizaciones preferidas, las realizaciones no deben interpretarse como exhaustivas o restrictivas de la invención a las formas exactas descritas en la presente. Los expertos en la técnica entenderán que pueden hacerse muchas modificaciones en la forma y los detalles sin desviarse del alcance de la invención. De manera semejante, cualquiera de las etapas del proceso descritas en la presente pueden intercambiarse con otras etapas para lograr esencialmente el mismo resultado. Todas estas modificaciones se entienden comprendidas en el alcance de la invención, que se define por las siguientes reivindicaciones.

Claims (19)

1. Un procedimiento para operar un instrumento manual quirúrgico ultrasónico para guardar un valor de corriente de accionamiento en memoria, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

medir una frecuencia de resonancia del instrumento manual;

medir una frecuencia de antirresonancia del instrumento manual;

calcular un margen de fase que es la diferencia entre la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia;

correlacionar el margen de fase con un desplazamiento de salida;

calcular una corriente de accionamiento a partir de la correlación del margen de fase con el desplazamiento de salida; y

guardar la corriente de accionamiento en memoria.

2. El procedimiento de la reivindicación 1 que además comprende la etapa de realizar un barrido de frecuencias para medir la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que el margen de fase y el desplazamiento de salida están correlacionados según una ecuación guardada en una consola del generador para el instrumento manual.

4. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que el margen de fase y el desplazamiento de salida están correlacionados según una ecuación guardada en un equipo de prueba para el instrumento manual durante su fabricación.

5. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que la etapa de correlación se implementa accediendo a la memoria con datos tabulados con respecto al margen de fase y la corriente de accionamiento.

6. El procedimiento de la reivindicación 5 en el que los datos tabulados se guardan en un equipo de prueba para el instrumento manual durante su fabricación.

7. El procedimiento de la reivindicación 5 en el que los datos tabulados se guardan en una consola del generador para el instrumento manual.

8. El procedimiento de la reivindicación 1 que además comprende una etapa de calibración, la etapa de calibración comprende las subetapas de:

(a) medir una frecuencia de resonancia para la calibración;

(b) medir una frecuencia de antirresonancia para la calibración;

(c) calcular un margen de fase para la calibración que es la diferencia entre la frecuencia de resonancia para la calibración y la frecuencia de antirresonancia para la calibración;

y

(d) hallar la correlación entre un margen de fase para la calibración y un desplazamiento de salida para la calibración.

9. El procedimiento de la reivindicación 8 en el que las subetapas (a), (b), (c) y (d) se implementan con una consola del generador para el instrumento manual.

10. El procedimiento de la reivindicación 8 en el que los desplazamientos de salida (\mum) en general son iguales a 38,156 menos 0,0751 multiplicado por el margen de fase (Hz).

11. Un sistema para operar un instrumento manual quirúrgico ultrasónico que comprende:

medios para medir una frecuencia de resonancia del instrumento manual;

medios para medir una frecuencia de antirresonancia del instrumento manual;

medios para calcular un margen de fase que es la diferencia entre la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia;

medios para hallar la correlación del margen de fase con el desplazamiento de salida;

medios para calcular una corriente de accionamiento a partir de la correlación del margen de fase con el desplazamiento de salida; y

medios para accionar el instrumento manual con la corriente de accionamiento.

12. El sistema de la reivindicación 11 que además comprende un medio para realizar un barrido de frecuencias para medir la frecuencia de resonancia y la frecuencia de antirresonancia.

13. El sistema de la reivindicación 11 que además comprende una consola del generador para el instrumento manual en el que el margen de fase y el desplazamiento de salida se correlacionan según una ecuación guardada en la consola del generador.

14. El sistema de la reivindicación 11 en el que el margen de fase y el desplazamiento de salida se correlacionan según una ecuación guardada en un equipo de prueba para el instrumento manual durante su fabricación.

15. El sistema de la reivindicación 11 en el que la correlación se implementa mediante el acceso a una memoria con datos tabulados con respecto al margen de fase y la corriente de accionamiento.

16. El sistema de la reivindicación 15 en el que los datos tabulados se guardan en un equipo de prueba para el instrumento manual durante su fabricación.

17. El sistema de la reivindicación 15 en el que los datos tabulados se guardan en una consola del generador para el instrumento manual.

18. El sistema de la reivindicación 11 en el que el desplazamiento de salida (\mum) es generalmente igual a 38,156 menos 0,0751 multiplicado por el margen de fase (Hz).

19. Un procedimiento para operar un instrumento manual quirúrgico ultrasónico con un transductor para guardar el valor de una corriente de accionamiento en memoria, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

hacer funcionar el transductor a la frecuencia de resonancia;

medir la corriente de accionamiento del instrumento manual;

medir el desplazamiento de salida del instrumento manual,

introducir un desplazamiento de salida deseado;

calcular una corriente de accionamiento deseada que generalmente es igual al desplazamiento de salida deseado multiplicado por la corriente de accionamiento medida y dividido por el desplazamiento de salida medido, y

guardar la corriente de accionamiento deseada en la memoria.