ES2263265T3

ES2263265T3 - Herramienta ultrasonica de corte.

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Publication number: ES2263265T3
Application number: ES99901738T
Authority: ES
Inventors: Michael John Radley Young; Stephen Michael Radley Young
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-19
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2006-12-01
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: DE69930499D1; ATE320765T1; GB2333709A; JP2002508988A; AU2174399A; PT1049411E; EP1049411B1; EP1049411A1; GB2333709B; WO1999035982A1; US6425906B1; JP4343434B2; GB9901069D0; DE69930499T2; DK1049411T3

Abstract

Instrumento quirúrgico que comprende medios (1, 2) para generar vibraciones ultrasónicas en modo de torsión, una guía (4) de ondas que tiene un extremo proximal conectado a dichos medios de generación y que se extiende a una distancia desde los mismos de nT/2, en el que T es la longitud de onda de la vibración ultrasónica en el material de la guía de ondas, hasta un extremo distal provisto de medios de corte y coagulación, comprendiendo dichos medios de corte y coagulación al menos una cara (14, 41) funcional que es sustancialmente normal con respecto a la dirección local de dichas vibraciones de torsión.

Description

Herramienta ultrasónica de corte.

La presente invención se refiere a una herramienta de corte por ultrasonidos. Más particularmente, Pero no exclusivamente, se refiere a una herramienta para cortar material, especialmente material blando tal como carne. Puede ser útil en un sistema de corte laparoscópico, particularmente para corte hemostático.

Se sabe cómo cortar tejido mediante bisturís o escalpelos que vibran por ultrasonidos. Cuando un escalpelo corta tejido, su eficacia está indicada por la fuerza del corte. Ésta se deriva de la presión requerida para separar la estructura y de la resistencia de rozamiento cuando la cuchilla se desliza entre las secciones de corte. La vibración de la cuchilla puede reducir la fricción y también puede reducir la fuerza de adherencia del tejido. Ambos objetivos podrían lograrse aplicando vibraciones a la cuchilla de corte tanto en el modo longitudinal como en el de torsión.

Sin embargo, hasta ahora se han utilizado sistemas de oscilación en modo axial. Estos pueden producir condiciones apropiadas para el corte de tejido blando, la coagulación controlada y la disección aspirada. Las ondas de compresión longitudinales se acoplan más eficazmente para lograr la transmisión eficaz, pero se cree que es incorrecto suponer que este modo se utiliza óptimamente para una amplia variedad de aplicaciones quirúrgicas. Deben tenerse precaución cuando se aplican ultrasonidos a intensidades del orden de cientos de vatios por cm^{2}.

Ahora se conoce bien que las vibraciones en modo longitudinal pueden aplicarse de manera segura en intervenciones quirúrgicas ortopédicas específicas que impliquen la eliminación de cemento óseo. En tales casos, resulta apropiado utilizar modos de vibración longitudinales, puesto que las propiedades acústicas del cemento protésico y el tejido óseo garantizan la transmisión mínima desde el sitio de operación. Sin embargo, esta situación es inusual y generalmente es necesario tener precauciones especiales cuando se utilizan ultrasonidos de alta intensidad para realizar la extracción de tejido en regiones potencialmente vulnerables de la anatomía.

A frecuencias en el intervalo de kHz bajo, las ondas de presión y desplazamiento se transmiten en profundidad en el tejido humano, puesto que las velocidades de absorción a estas frecuencias relativamente bajas son bastante bajas. Sin embargo, debido a la impredecible trayectoria de la transmisión, pueden producirse ondas estacionarias que conducen al aumento local de la absorción y el calentamiento. A los niveles de energía aplicados en los cortes de tejido, hay un riesgo significativo de crear lesión celular en zonas alejadas del sitio de la operación. La energía de los ultrasonidos se absorbe de tres formas, mediante calentamiento por fricción debido al movimiento cíclico relativo en la interfaz instrumento - tejido, mediante la absorción directa en la estructura molecular del tejido excitado y mediante cavitación. La transmisión de fricción produce calentamiento local adyacente a la superficie activada del instrumento y es intrínsecamente segura. Sin embargo, la cavitación y la absorción molecular directa pueden conducir a efectos perjudiciales, que en casos extremos podrían ser nocivos.

La transmisión de fuerza mecánica se define como el producto de las amplitudes de la velocidad oscilatoria y la fuerza oscilatoria, y en el caso del sistema en modo longitudinal cargado en una dirección normal con respecto al eje de vibración, es decir, un desplazamiento paralelo a la interfaz de transmisión, dada ésta por:

(1)P_{L} = {^{1}/_{2}} \ F_{f} \ d\xi_{L}/dt

en la que, P_{L} es la potencia r.m.s. (valor cuadrático medio), F_{f} es la amplitud de la fuerza de fricción y \xi_{L} es la amplitud del desplazamiento de la partícula normal con respecto a la fuerza de fijación entre la cuchilla y el tejido. La fuerza de fricción actúa en una dirección paralela a la vibración longitudinal, pero es una función de la fuerza de fijación y un término que define la resistencia de rozamiento entre la cuchilla y el tejido en la interfaz de transmisión. Este término puede variar en el tiempo (correlacionado con la vibración longitudinal) entre los valores de 0 y 1, representando el acoplamiento cero o completo entre cuchilla y tejido.

Para modo de torsión, es decir, el desplazamiento normal con respecto a la interfaz de transmisión, la transmisión de potencia viene dada por:

(2)P_{T} = \ ^{1}/_{2} \ F_{T} \ d\xi_{T}/dt

en la que, P_{T} es la potencia r.m.s., F_{T} es la amplitud de la fuerza oscilatoria y \xi_{T} es la amplitud del desplazamiento de torsión.

En el caso de que se presione una cuchilla pulida normalmente sobre el tejido, es razonable suponer que la fuerza de fijación normal es pequeña en comparación con la amplitud de la fuerza directa F_{T}. Si la fuerza de fricción es F_{f} = 0,1 F_{T}, por ejemplo, entonces a partir de las ecuaciones (1) y (2):

P_{\tau} = 10 \ P_{L}

suponiendo condiciones de carga de tejido similares (impedancia cuchilla - tejido), y d\xi_{L}/dt = d\xi_{T}/dt.

Por tanto, es evidente que la transmisión de energía puede ser de un orden de magnitud superior en el caso de un cabezal de corte de torsión diseñado de manera apropiada con respecto a un sistema en modo longitudinal correspondiente.

Las características de transmisión cualitativas pueden demostrarse de manera simple sumergiendo el cabezal en agua. Si un sistema en modo longitudinal se sumerge en agua, pero con el extremo distal justo por encima de la superficie y en el aire, se observa una alteración mínima en el agua. En contraposición, un sistema en modo de torsión ranurada, que proporciona dos superficies en modo normal expuestas, muestra transmisión enfocada perpendicularmente fuera de la ranura. En ausencia de tales superficies, de modo que sólo esté presente el acoplamiento de fricción en modo cizalla equivalente al sistema longitudinal, prácticamente no se observa transmi-
sión.

En contraposición, la transmisión desde la cara de extremo distal sumergido de un sistema longitudinal demuestra el campo de cavitación de alta intensidad anticipado con considerable posibilidad de lesión colateral.

La importancia de la interacción en modo normal entre el sistema excitado y el tejido se describe en las patentes de los EE.UU. 3.636.943 y 3.862.630 concedidas a Balamuth, en las que se describe una vibración en modo longitudinal que se está utilizando junto con una abrazadera, que actúa en paralelo a la dirección de propagación de la energía, para sujetar el tejido y presionarlo en la pieza de trabajo vibratoria, lo que permite en acoplamiento entre las dos. El aparato descrito en las patentes hacía esto en la cara terminal de la pieza de trabajo.

La patente de los EE.UU. 5.322.055 concedida a Ultracision, sigue el principio de fijación, pero el sistema descrito acciona la abrazadera de manera perpendicular a la dirección de la propagación de la energía. Tal como se describió anteriormente, sólo se utiliza la interacción en modo de cizalla y esto requiere una alta presión de fijación. La presente invención aplica una fijación paralela a la dirección de la propagación de la energía, pero lo hace a través de una ranura a lo largo del lado distal de la pieza de trabajo.

La patente de los EE.UU. número 3.565.062 concedida a Kuris, emplea una combinación de vibraciones ultrasónicas en modo longitudinal y de torsión en una herramienta para limpiar depósitos de colesterol de vasos sanguíneos. La herramienta quirúrgica comprende medios para generar vibraciones de torsión ultrasónicas, y una guía de ondas que tiene en su extremo distal un gancho que tiene una cara de funcionamiento que es sustancialmente normal a la dirección local de las vibraciones de torsión.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un sistema oscilatorio, de modo que el cabezal de corte activado vibre en un modo de torsión con una transmisión de onda de compresión mínima más allá de la extremidad distal.

Aunque se logran menos fácilmente dentro de las limitaciones necesarias asociadas con las aplicaciones quirúrgicas, se conseguirán claras ventajas del uso de la radiación en modo de torsión. El uso de las vibraciones en modo de torsión es más eficaz, puesto que puede lograrse el acoplamiento máximo mediante la transmisión al tejido en una dirección normal al eje del instrumento. En el caso de las vibraciones en modo longitudinal, la transmisión en modo normal se produce a lo largo de la longitud del instrumento únicamente en virtud de efectos de fricción (véase anteriormente).

El uso de vibraciones en modo de torsión también es más seguro, puesto que se absorbe energía en el tejido diana y no se transmite a lo largo de un eje de sonda en regiones alejadas.

Además, un transductor en modo de torsión se adapta más fácilmente dentro de la empuñadura de unas tijeras (tal como prefieren los cirujanos). Por tanto, proporciona ventajas de diseño ergonómico, y es un objeto adicional de la invención proporcionar un dispositivo de corte que tiene una acción de tipo tijeras.

La mayor eficacia en el corte requerirá menos entrada de potencia eléctrica, lo que permite conversores de energía más pequeños y no necesita sistemas de enfriamiento.

Según la presente invención, se proporciona una herramienta quirúrgica según la reivindicación 1.

El medio de corte puede comprender un elemento que puede vibrar en torsión conectado a dicha guía de ondas en combinación con un elemento estático.

Preferiblemente, los medios para generar vibraciones ultrasónicas en modo de torsión comprenden una estructura de conversión ("conversión horn") y al menos un accionador en modo axial montado sustancialmente de manera tangencial al mismo.

Ventajosamente, se proporciona un recubrimiento para rodear y aislar la guía de ondas a lo largo de al menos una parte de su longitud.

En este caso, dicho elemento estático del medio de corte pueden montarse a dicho recubrimiento, por lo que se aísla de dichas vibraciones de torsión.

Preferiblemente, dicho medio de corte tiene una cara de corte entre dichos elementos estático y de vibración, que es normal con respecto a la dirección general de dichas vibraciones de torsión.

Pueden proporcionarse un par de caras de corte normales a la dirección de dichas vibraciones de torsión, cortando dicho par de caras en o siendo adyacentes a un eje de dicha guía de ondas.

El medio de corte puede comprender una pluralidad de caras de corte, siendo al menos una de las cuales sustancialmente normal a la dirección general de dichas vibraciones de torsión.

Alternativa o adicionalmente el medio de corte puede comprender una pluralidad de caras de corte, siendo al menos una de las cuales sustancialmente paralela a la dirección general de dichas vibraciones de torsión.

Alternativa o adicionalmente, al menos una cara de corte puede formar un ángulo con respecto a la dirección general de dichas vibraciones de torsión, por lo que actúa sobre ambas componentes, normal y paralela, de las mismas.

En cualquiera de los aspectos primero o segundo, dicho medio de corte puede aspirarse mediante un conducto que se extiende a lo largo o paralelo a la guía de ondas hasta una fuente de vacío.

Ahora se describirán más particularmente las realizaciones de la presente invención, a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra esquemáticamente una herramienta de corte por ultrasonidos accionada por vibraciones en modo de torsión;

la figura 1B es un alzado desde un extremo del aparato de la figura 1;

las figuras 2A y 2B muestran respectivamente una vista lateral y un alzado desde un extremo de un generador en modo de torsión alternativo;

las figuras 3A y 3B muestran respectivamente una vista lateral y un alzado desde un extremo de un generador en modo de torsión alternativo adicional que tiene accionadores gemelos;

las figuras 4A y 4B muestran respectivamente vistas en planta y laterales de una fuente alternativa de vibración por ultrasonidos que incluye dos transductores en modo de cizalla que actúan sobre un concentrador para proporcionar vibraciones de torsión;

las figuras 5A y 5B muestran respectivamente vistas en planta y laterales de una fuente adicional de vibraciones ultrasónicas que incluye dos transductores de piezocerámica que pueden vibrar axialmente dispuestos para proporcionar vibraciones de torsión en un cuerpo cilíndrico;

la figura 6 muestra un extremo distal de una herramienta que tiene dos superficies normales con respecto al movimiento que coactúa con una cuchilla estática de ajuste que se puede mover hacia dentro y hacia fuera del engranaje con la cuchilla vibratoria;

la figura 7 muestra un extremo distal que tiene una superficie normal con respecto al movimiento para disminuir la intensidad de corte/coagulación con respecto a una gran zona;

la figura 8 muestra un extremo distal adaptado del mostrado en la figura 7, adaptado para ponerse en contacto alrededor de una zona de eje en la que el movimiento es cero o pequeño;

la figura 9 muestra un extremo distal que incorpora un análogo de torsión de los dispositivos de movimiento paralelos de fricción convencionales;

las figuras 10 y 10A muestran en vista en perspectiva y transversal un extremo distal que incorpora una combinación de los mostrados en las figuras 8 y 9;

las figuras 11 y 11A muestran en vista en perspectiva y transversal un extremo distal adaptado del mostrado en la figura 10 que produce un movimiento normal en las caras de borde y ambas componentes normal y paralela del movimiento en dos caras planas desplazadas con respecto al eje;

la figura 14 muestra esquemáticamente y como una vista parcial un extremo distal del aparato;

la figura 15 muestra esquemáticamente y en sección transversal un extremo distal adaptado particularmente para producir coagulación;

la figura 16 muestra una vista en perspectiva de un extremo distal de una herramienta de coagulación del tipo indicado en la figura 15;

la figura 17 muestra esquemáticamente y en sección transversal un extremo distal adaptado para el corte;

la figura 18 es una vista en perspectiva de un extremo distal de una herramienta de corte tal como se indica en la figura 17;

la figura 19 muestra en sección transversal una combinación de extremo distal adaptado para cortar y coagular;

la figura 20 muestra una vista en perspectiva de otra realización de herramienta de corte por ultrasonidos;

la figura 20A indica esquemáticamente un extremo distal de la herramienta;

la figura 21 muestra en sección transversal longitudinal, un extremo proximal de la herramienta de la figura 20, que incluye un transductor y asas de agarre;

la figura 22 muestra, en perspectiva y en estado separado, un mecanismo de funcionamiento en un extremo proximal de la herramienta que incluye un par de asas de agarre;

la figura 23 es una vista en planta del mecanismo de funcionamiento que incluye asas de agarre;

la figura 24 muestra el mecanismo de funcionamiento de las figuras 22 y 23 en sección transversal longitudinal;

la figura 25 es una vista a una escala ampliada de la parte central de la figura 24;

La figura 26 es una vista en sección transversal del extremo distal de una herramienta de corte, de la que el extremo proximal incorpora un mecanismo de funcionamiento tal como se muestra en las figuras 22 a 25;

las figuras 26A, 26B y 26C son vistas en sección transversal tomadas respectivamente a lo largo de las líneas A-A', B-B' y C-C' de la figura 26;

la figura 27 es una vista en sección transversal de un extremo distal de una realización alternativa adicional de la herramienta de corte a la mostrada en la figura 26; y

las figuras 27A, 27B y 27C son vistas en sección transversal tomadas a lo largo de las líneas A-A', B-B' y C-C' de la figura 27.

En referencia ahora a los dibujos, en las figuras 1 y 1B se muestra una herramienta de corte por ultrasonidos en la que un accionador 2 en modo axial está montado tangencialmente con respecto a una estructura 1 escalonada para producir la vibración en modo de torsión del mismo. El accionador 2 se impulsa por medio de transductores 3 cerámicos piezoeléctricos.

Una guía 4 de ondas alargada está conectada funcionalmente en un extremo proximal a la estructura 1 escalonada y en su extremo distal puede tener un dispositivo de corte tal como se describe más adelante. La longitud de la guía 4 de ondas es n\lambda_{T}/2 (en el que \lambda_{T} es tal como se definió anteriormente).

Las figuras 2A y 2B muestran un sistema alternativo para convertir la vibración longitudinal de un transductor 2 de accionamiento axial en una vibración de torsión en una estructura 1 de conversión. El eje del transductor 2 axial está desplazado con respecto al eje de la estructura de conversión, pero el eje de la estructura 1 de conversión es normal con respecto al eje del accionador 2. La disposición induce a un par de torsión de la estructura alrededor de su propio eje.

La vibración transmitida a la estructura 1 por el accionador 2, hará circular la estructura 1. La combinación resuena (en el modo fundamental) cuando una media circunferencia de la estructura 1 es igual a la longitud de onda del modo axial generado por el transductor 2.

Se proporciona la amplificación de la amplitud mediante una curva 1a exponencial (de ganancia inferior) hacia el extremo 4 de salida de la estructura, al que puede conectarse una guía 4 de ondas.

Las figuras 3A y 3B muestran un sistema alternativo para convertir la vibración longitudinal de dos transductores 2 y 2a de accionamiento axial en una vibración de torsión en una estructura 1 de conversión. Los ejes de los transductores 2 y 2a axiales están desplazados simétricamente alrededor del eje de la estructura de conversión, pero paralelos entre sí. El eje de la estructura de conversión es normal con respecto a los ejes de los accionadores 2 y 2a que se disponen en direcciones opuestas. La disposición induce un par de torsión sobre la estructura alrededor de su propio eje, de la misma manera que la descrita anteriormente, pero con la ventaja de que cada transductor 2 y 2a axiales pueden accionarse con menos potencia que el único de las figuras 2A y 2B.

Para compensar el desfase entre los movimientos de los dos transductores axiales alrededor de la estructura, es decir, equivalente a \lambda/2, la tensión suministrada a los accionadores 2 y 2a axiales se deriva de un generador de suministro dual que controla un desfase entre las dos tensiones.

En referencia ahora a las figuras 4A y 4B, se muestra un transductor en modo de torsión en el que están montados dos pares opuestos de cristales 30 cerámicos piezoeléctricos que vibran en modo de cizalla entre dos mitades de un cuerpo 31 anular para poder producir el desplazamiento relativo de las dos mitades del cuerpo 31 anular en un plano perpendicular a la lámina, tal como se muestra en la figura 4B, produciendo vibraciones de torsión en el cuerpo. La dirección de polarización de cada cristal debe colocarse en la misma dirección, que es normal con respecto a la dirección del desplazamiento. Los cristales 30 en modo de cizalla, de los que puede haber dos o más, se disponen de una manera radial alrededor de una circunferencia de un diámetro de paso.

En referencia ahora a las figuras 5A y 5B, se muestra una forma adicional de transductor en modo de torsión, en el que dos pares opuestos de dispositivos 32 piezocerámicos que vibran axialmente están montados entre dos mitades de piezas 33 de carcasa cilíndricas. Las piezas 33 de carcasa están sujetas juntas mediante un perno 34 de retención para formar un transductor cilíndrico. Cada par de dispositivos piezocerámicos está accionado exactamente fuera de la fase de los otros, creando así un desplazamiento que es tangencial a la carcasa cilíndrica, dando lugar la combinación de efectos a la vibración en modo de torsión.

En cualquiera de las realizaciones de transductor mostradas en las figuras 4 y 5, la disposición del transductor puede unirse a la guía de ondas o puede integrarse con ella. Tales transductores pueden utilizarse junto con cualquiera de las realizaciones de herramienta de corte descritas en el presente documento. Las figuras 6 a 11 muestran diversas realizaciones de los sistemas de corte (y cauterización) del extremo distal.

En general, el extremo (distal) de corte o cauterización comprende un par de cuchillas que juntas son generalmente cónicas para facilitar la inserción dentro y entre las hebras de tejido.

Una cuchilla 13 estática (es decir, que no vibra) del par está articulada mediante la articulación 16 o, en cualquier caso, está conectada a un extremo distal del manguito 17 de aislamiento sobre la guía 4 de ondas para formar un elemento estático de un par de cuchillas tipo tijeras. Pueden proporcionarse medios para abrir las tijeras, por los que el usuario puede separar el tejido justo como con los instrumentos laparoscópicos actuales, y puede moverlo para sujetar tejido o vasos sanguíneos.

La vibración en modo de torsión proporciona un movimiento concéntrico alrededor del eje de la guía 4 de ondas y la cuchilla 12 vibratoria. Las secciones de la cuchilla no paralelas con el movimiento proporcionan caras 14 vibratorias que pueden transmitir energía directamente al tejido traído para soportar sobre tal cara, en lugar de producir fricción como en los dispositivos convencionales de movimiento en paralelo. La cara puede ser normal con respecto al movimiento o en un ángulo intermedio al mismo, es decir, cualquier ángulo entre 1º - 179º, aunque se prefiere 60º - 120º, y 90º puede ser lo más ventajoso.

El tejido queda atrapado entre las cuchillas de cierre y la velocidad y la facilidad del corte y la coagulación sanguínea dependerán del modo y la amplitud de la vibración y de la geometría de las cuchillas, diseñadas para utilizar modo de torsión de la cuchilla vibratoria.

En general, a las cuchillas se les da forma de manera que una tenga una sección transversal con forma de sector y la otra tenga una sección transversal de un círculo que más o menos ha perdido el sector correspondiente, de manera que las dos cuchillas se encuentran en forma de V.

Cuando las cuchillas van a utilizarse para cortar, se prefiere que la cuchilla "macho" sea un sector que incluya un ángulo inferior que el ángulo entre las caras de la cuchilla "hembra". Cuando las cuchillas van a utilizarse para cauterizar, se prefiere que el ángulo incluido de la cuchilla "macho" sea superior al ángulo entre las caras de la cuchilla "hembra".

En la figura 6, el extremo de corte comprende una cuchilla 12 que puede vibrar y una cuchilla 13 estática. La cuchilla 12 que puede vibrar tiene dos cortes radiales en la cuchilla 12 vibratoria separadas angularmente en 1º - 120º, o tal como se muestra, en aproximadamente 90º, para proporcionar dos superficies 14 normales con respecto al movimiento. (Incluso podrían concebirse superficies separadas en un ángulo de hasta 179º). La cuchilla 13 estática de ajuste atrapa el tejido entre ambas caras. Las caras se encuentran a lo largo de un borde 15 recto que es paralelo al eje de la guía 4 de ondas. La cuchilla 13 estática está provista de una extensión 16 mediante la cual puede unirse sobre pivote al recubrimiento 17.

La figura 7 muestra un extremo de corte con una sección plana única a través del eje que separa el extremo de corte en las cuchillas 12 que puede vibrar y 13 estática que coactúan sobre una gran superficie 14 normal con respecto al movimiento para disminuir la intensidad de corte/coagulación sobre una gran zona.

La figura 8 muestra un extremo de corte que es una adaptación de la realización anterior de la figura 7, pero que elimina el contacto sobre el área alrededor de eje en el que el movimiento es cero o pequeño. La velocidad de corte/coagulación será inversamente proporcional al área superficial de las caras de borde plano.

La figura 9 muestra un análogo de torsión de los dispositivos de movimiento paralelo convencionales. Una cuchilla 18 estática cilíndrica de radio r_{1} atrapa tejido contra una superficie 19 interna cilíndrica de radio r_{1} de una cuchilla 12 vibratoria que tiene un radio externo de r_{2}. El contacto de fricción paralelo al movimiento de torsión se produce a una intensidad determinada por el radio de la cuchilla 18 cilíndrica. La vibración sobre esta superficie es a amplitud de torsión constante. Se aplica calentamiento por fricción a una zona determinada por el radio r_{1}.

La figura 10 muestra un sistema que combina los mostrados en las figuras 8 y 9. El movimiento normal sobre las caras de borde y el movimiento en paralelo alrededor de la cara cilíndrica de radio fijo se producen por tanto maximizando el contacto del tejido con las caras vibratorias fuera del eje. La vista transversal, en la figura 10A, a través de la cuchilla vibratoria muestra ambos movimientos de la cara.

La figura 1 muestra una adaptación de la figura 10 que proporciona el movimiento normal en las caras 14 de borde y ambas componentes normal y paralela del movimiento en dos caras planas desplazadas con respecto al eje. Al igual que en la figura 10, el tejido está en contacto con una cara en movimiento fuera del eje, pero se mejora el efecto de fricción pura que surge del movimiento paralelo mediante una componente del movimiento normal. Esto se muestra mediante la vista transversal de la figura 11A.

La figura 14 muestra generalmente una disposición en un extremo distal de una herramienta. Un yunque 13 estático (es decir, un elemento que no vibra) está conectado de forma articulada en 16 a un manguito 17 que rodea a la guía 4 de ondas (guía de ondas que puede conectarse a una herramienta apropiada en B, cooperando dicha herramienta con el yunque 13).

Las figuras 15 y 16 muestran un sistema de coagulación o cauterización en el que la cuchilla 12 vibratoria tiene una superficie 26 interna curvada con una forma tal que es aproximadamente normal con respecto al movimiento sobre una parte principal de su área. Por tanto, la vibración en modo de torsión está adaptada para proporcionar cooperación óptima con la cuchilla 13 estática. Esta cuchilla 13 tiene una forma para formar una superficie de yunque curvada suavemente para ayudar a la coagulación o la cauterización.

Con referencia a las figuras 26 y 27, se muestra una variación en la que la cuchilla 13 estática comprende una superficie 44 conformada de PTFE (politetrafluoroetileno) o material similar, unida a un soporte y articulación de otro material. Se determina la forma de la cuchilla 13 estática para proporcionar una gran área superficial sobre la que puede producirse la coagulación, con una coagulación máxima en el radio máximo del yunque
13.

Las figuras 17 y 18 muestran un sistema de corte. Las vibraciones de torsión están centradas alrededor de un eje 20 y la magnitud de la vibración dependerá de la distancia del punto de vibración con respecto al eje 20. En una herramienta tal como se muestra en las figuras 17 y 18, los bordes 21 y 22, que pueden conformarse de manera igual o diferente, tienen una gran amplitud de vibración y también comprende una masa de vibración relativamente grande. Por tanto, cualquiera de esos bordes (si se desea, pueden invertirse) está adaptado para coactuar con una superficie 24 conformada del yunque 13 para un corte óptimo.

Un tercer borde 23 saliente, más delgado y más flexible que los bordes 21 y 22 de corte, está adaptado para el corte libre.

En referencia a la figura 19, se muestra una herramienta de combinación que tiene dos bordes 29 de corte, posiblemente diferentes, uno de los cuales está adaptado en cualquier momento para cooperar con el yunque 13. Pueden adaptarse otras superficies 25 de la herramienta para proporcionar bordes de coagulación o cauterización, utilizados posiblemente junto con un yunque conformado alternativamente.

En referencia ahora a las figuras 20, 20A y 21, se muestra una realización adicional de la herramienta de corte. En este caso, un accionador 2 en modo axial impulsado mediante transductores 3 cerámicos piezoeléctricos está conectado a un convertidor 1 en modo de torsión conectado funcionalmente a la guía 4 de ondas alargada (preferiblemente una varilla de titanio o aleación de titanio).

La guía 4 de ondas se aloja dentro de un recubrimiento 17 alargado y está separado de él mediante discos 27 separadores de PTFE o material similar. Una varilla 26 de funcionamiento también pasa a lo largo del recubrimiento y a través de los discos 27 separadores. En su extremo distal, la varilla 26 está conectada al yunque 13 y en su extremo proximal, la varilla 26 puede accionarse, para que se mueva longitudinalmente, mediante el funcionamiento de un par de asas 28 de agarre. Las asas 28 están dispuestas para que se puedan mover sobre pivote la una con respecto a la otra. A medida que se juntan, en la forma de asas de tijeras, la varilla 26 se mueve hacia delante, es decir, hacia el extremo distal, y actúa para cerrar el yunque 13 contra la parte terminal de la guía 4 de ondas.

Esto se muestra más claramente en las figuras 22 a 25. En ellas, se muestra que cada asa 28 está conectada y pivotada alrededor de un engranaje 40 de piñón. Ambos engranajes 40 de piñón están adaptados para cooperar con una cremallera 45 que transfiere el movimiento de las asas 28 en un movimiento longitudinal.

Tal como se muestra en la figura 26, este movimiento longitudinal puede transferirse mediante un manguito 42a interno octagonal o multiangular. Al ser multiangular, el manguito 42a tiene un contacto de fricción relativamente bajo con el manguito cilíndrico. Está pivotado en el punto 43 con respecto al yunque 13, de manera que el movimiento longitudinal del manguito 42 hará que el yunque 13 pivote alrededor del punto 49.

En la figura 27 se muestra una disposición alternativa en la que el movimiento longitudinal se lleva a cabo mediante un segmento 42b del manguito 17.

En ambos casos, el accionador longitudinal está destinado a moverse con una fricción mínima dentro o como parte del manguito, o bien en virtud del contacto mínimo entre un accionador de sección multiangular y un manguito cilíndrico, o en virtud de un segmento de perfil mínimo del manguito.

Puesto que la amplitud de la vibración de torsión aumenta desde cero cerca del eje hasta un máximo a lo largo de la circunferencia, hay una variación en el calentamiento por fricción que puede reducir la carbonización del tejido en algunas zonas.

El tejido queda atrapado entre las cuchillas de cierre y la velocidad y la facilidad del corte y la coagulación sanguínea dependerán del modo y de la amplitud de la vibración y de la geometría de las cuchillas, diseñadas para utilizar el modo de torsión de la cuchilla vibratoria.

Tal como se estableció anteriormente, en las realizaciones de ambas figuras 26 y 27, la cuchilla 13 estática comprende una superficie 44 conformada de PTFE o material similar, unida a un soporte y articulación de otro material. Se determina la forma de la cuchilla 13 estática para proporcionar una gran área superficial sobre la que puede producirse la coagulación, con una coagulación máxima en el radio máximo del yunque 13.

El sistema de modo de torsión utilizado para generar patrones de desplazamiento mostrado en las figuras 6 a 11, establece que en todos los ejemplos se produce el desplazamiento normal con respecto a la cara de transmisión. Esto garantiza la transmisión máxima en el tejido diana y contrasta con el desplazamiento paralelo asociado con el sistema equivalente en modo longitudinal con un elemento pasivo, que genera calentamiento por fricción mediante el movimiento oscilatorio relativo entre la cuchilla excitada y el tejido.

El análisis teórico de las características de transmisión y excitación en modo de torsión indica que la ganancia de amplitud rotacional es proporcional a la cuarta parte de la potencia de la razón de diámetro de la guía de ondas, en una interfaz escalonada. Hay una buena correlación con las mediciones experimentales que confirman que la transmisión de la energía a lo largo de las guía de ondas estrechas puede lograrse de manera más eficaz con la excitación en modo de torsión que con un sistema equivalente en modo longitudinal.

Claims

1. Instrumento quirúrgico que comprende medios (1, 2) para generar vibraciones ultrasónicas en modo de torsión, una guía (4) de ondas que tiene un extremo proximal conectado a dichos medios de generación y que se extiende a una distancia desde los mismos de n\lambda_{T}/2, en el que \lambda_{T} es la longitud de onda de la vibración ultrasónica en el material de la guía de ondas, hasta un extremo distal provisto de medios de corte y coagulación, comprendiendo dichos medios de corte y coagulación al menos una cara (14, 41) funcional que es sustancialmente normal con respecto a la dirección local de dichas vibraciones de torsión.

2. Instrumento quirúrgico según la reivindicación 1, que comprende además un recubrimiento (17) para rodear y aislar la guía (4) de ondas a lo largo de al menos una parte de su longitud.

3. Instrumento quirúrgico según cualquiera de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dichos medios para generar vibraciones ultrasónicas en modo de torsión comprenden una estructura (1) de conversión (1) y al menos un accionador (2) en modo axial montado sustancialmente de manera tangencial a ella.

4. Instrumento quirúrgico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de corte y coagulación comprenden un elemento (12) que puede vibrar en torsión conectado a dicha guía (4) de ondas en combinación con un elemento (13) estático que no vibra.

5. Instrumento quirúrgico según la reivindicación 4, en el que dicho elemento (13) estático que no vibra de los medios de corte está montado en dicho recubrimiento (17) de manera que esté aislado de dichas vibraciones de torsión.

6. Instrumento quirúrgico según cualquiera de la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en el que el elemento (12) de vibración de dichos medios de corte y coagulación tiene una cara (14) funcional dirigida hacia dicho elemento (13) estático que es sustancialmente normal con respecto a la dirección local de dichas vibraciones de torsión.

7. Instrumento quirúrgico según la reivindicación 6, en el que el elemento de vibración está provisto de un par de caras (14) funcionales, siendo cada una sustancialmente normal con respecto a la dirección local de dichas vibraciones de torsión, cortando dicho par de caras en o siendo adyacente al eje longitudinal de dicha guía (4) de ondas.

8. Instrumento quirúrgico según una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que dicho elemento (13) estático que no vibra está montado para engranar selectivamente dicho elemento (12) de vibración en torsión, comprendiendo preferiblemente los medios para engranar dichos elementos un medio (26) de varilla de accionamiento conectada en su extremo distal a dicho elemento (13) estático de manera que produzca un movimiento de pivote del mismo hacia dentro y hacia fuera del engranaje con dicho elemento (12) que vibra.

9. Instrumento quirúrgico según la reivindicación 8, en el que dichos medios para engranar dichos elementos comprenden un medio (26) de varilla de accionamiento conectado en su extremo proximal a un medio (28) que se puede hacer funcionar manualmente.

10. Instrumento quirúrgico según la reivindicación 9, en el que dicho medio (28) que se puede hacer funcionar manualmente comprende un par de agarres de tipo tijeras conectados mediante medios (40, 45) de cremallera y piñón a dicho medio (26) de varilla de accionamiento.

11. Instrumento quirúrgico según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que dicho medio (26) de varilla de accionamiento comprende un elemento tubular que rodea a dicha guía de ondas, siendo dicho elemento (42a) tubular preferiblemente poligonal en su sección transversal y estando adaptado para entrar en contacto con una superficie interna de dicho manguito sólo en los vértices de dicho polígono.