ES2327907T3 - Cuchilla de corte iltrasonico larga formada por cuchillas mas pequeñas estratificadas. - Google Patents

Cuchilla de corte iltrasonico larga formada por cuchillas mas pequeñas estratificadas. Download PDF

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Abstract

Un instrumento quirúrgico ultrasónico (12) que comprende: una estructura manipulable (18); un transductor (32); una parte de cuerpo (20) conectada operativamente a la estructura manipulable y que tiene un extremo distal; y un efector final (22) soportado sobre el extremo distal de la parte de cuerpo, incluyendo el efector final: una pluralidad de miembros resonantes (28(1)), estando cada miembro resonante conectado operativamente al transductor para efectuar vibraciones a lo largo de la longitud del miembro resonante, incluyendo cada miembro resonante una superficie operativa (42) configurada para efectuar disección, corte, coagulación, ligadura y/o hemostasis de tejidos; caracterizado el instrumento por estar una curva de desplazamiento asociada con las vibraciones de un primero de la pluralidad de miembros resonantes desfasada con relación a la curva de desplazamiento asociada con las vibraciones de un segundo de la pluralidad de miembros resonantes.

Description

Cuchilla de corte ultrasónico larga formada por cuchillas más pequeñas estratificadas.
Antecedentes 1. Campo técnico
La presente descripción se refiere en general a instrumentos quirúrgicos ultrasónicos. Más específicamente, la presente descripción se refiere a instrumentos quirúrgicos ultrasónicos que tienen un efector final configurado para efectuar disección, corte, coagulación, ligadura y/o hemostasis de tejidos, cuyo instrumento puede ser usado en procedimientos quirúrgicos abiertos así como laparoscópicos o endoscópicos.
2. Antecedentes de la técnica relacionada
El uso de instrumentos ultrasónicos para procedimientos quirúrgicos incluyendo disección, corte, ligadura, coagulación, y/o hemostasis en tejidos y los beneficios asociados con ellos son bien conocidos. Por ejemplo, el uso de un generador ultrasónico en unión con un escalpelo o bisturí quirúrgico facilita el corte más rápido y más fácil de tejido orgánico. Además, el calor generado por el contacto de fricción entre la cuchilla del escalpelo y el tejido del cuerpo, ya que la cuchilla del escalpelo es hecha vibrar a una frecuencia elevada, acelera la coagulación del vaso sanguíneo en el área del corte, es decir, acelera la coagulación. La velocidad de generación de calor es controlada por dos factores, en particular la frecuencia de las oscilaciones generadas por el sistema, (determinada por el fabricante), y la amplitud o distancia de movimiento de las oscilaciones cuando la cuchilla es movida (determinada por el usuario).
Ventajas asociadas con instrumentos quirúrgicos ultrasónicos incluyen un daño térmico lateral mínimo, velocidad, ausencia de creación de un circuito eléctrico a través del paciente, y ausencia de productos indeseados tales como humo. Los instrumentos quirúrgicos ultrasónicos son adecuados para procedimientos quirúrgicos abiertos tradicionales y son particularmente adecuados para cirugía mínimamente invasiva tal como cirugía laparoscópica y endoscópica.
Un instrumento quirúrgico ultrasónico incluye típicamente una estructura manipulable, tal como una pieza de mano, que tiene un transductor ultrasónico conectado a un efector final, tal como una cuchilla de corte/coagulación, mediante un acoplador de vibración que conduce las vibraciones longitudinales de frecuencia ultrasónica desde el transductor ultrasónico al efector final.
Los desplazamientos ultrasónicos, es decir, amplitud de las vibraciones transmitidas desde el transductor al efector final son sinusoidales por naturaleza. El movimiento sinusoidal de las vibraciones de la cuchilla es un factor delimitador que constriñe la longitud efectiva de la cuchilla. En los puntos situados a lo largo de la curva sinusoidal en los que la amplitud es igual a cero, hay un movimiento cero de la cuchilla. Para evitar áreas de movimiento cero a lo largo de la cuchilla, se usa una cuchilla más corta que la mitad (1/2) de la longitud de onda de las oscilaciones. Comúnmente la longitud máxima de la cuchilla de una cuchilla sin áreas de movimiento cero es aproximadamente de 6,4 mm.
Alternativamente, se usa una cuchilla mayor con áreas de movimiento máximo, así como áreas sin movimiento a lo largo de la longitud de la cuchilla que vibra. Las áreas sin movimiento disminuyen la longitud efectiva de la cuchilla, disminuyendo la eficiencia de la cuchilla, y aumentando así indeseablemente el tiempo necesario para completar el procedimiento quirúrgico.
Además, hay grandes variaciones en amplitud a lo largo de la longitud de la cuchilla debido a la naturaleza sinusoidal de las oscilaciones, dando como resultado un comportamiento inconsistente de la cuchilla, y una falta de resultados operativos uniformes a lo largo de la longitud de la cuchilla. La uniformidad es deseable para una frecuencia de corte y coagulación uniformes, que permiten al cirujano proseguir con el procedimiento de corte a una velocidad uniforme y proporcionan al cirujano la capacidad de predecir de modo fiable los resultados de la operación del dispositivo quirúrgico.
El documento US 5.630.420 describe un instrumento quirúrgico ultrasónico que tiene una o más secciones piezoeléctricas rodeadas por al menos una primera sección resonadora y una segunda sección resonadora. La punta quirúrgica del instrumento es accionada a una primera frecuencia y a una segunda frecuencia simultáneamente. El preámbulo de la reivindicación 1ª está basado en este documento.
Consiguientemente, existe la necesidad de una disminución del tiempo operativo aumentando la eficiencia del efector final aumentando la longitud efectiva del efector final reduciendo puntos cero a lo largo de la curva de amplitud sinusoidal. Además, existe la necesidad de una consistencia incrementada del comportamiento del efector final para obtener resultados operativos uniformes a lo largo de la longitud del efector final. Finalmente, existe la necesidad de un instrumento quirúrgico ultrasónico configurado usando tecnología de Sistemas Micro- Electromecánicos (MEMS) en los que el instrumento es reducido en tamaño y peso al tiempo que se aumenta la longitud efectivas y la consistencia del comportamiento del efector final.
Sumario
Se ha proporcionado un instrumento quirúrgico ultrasónico, teniendo el instrumento quirúrgico ultrasónico una estructura manipulable, una parte de cuerpo conectada operativamente a la estructura manipulable y que tiene un extremo distal, una pluralidad de transductores, y un efector final que está soportado sobre el extremo distal de la parte de cuerpo, incluyendo el efector final una pluralidad de miembros resonantes, cada miembro resonante conectado operativamente a un transductor de la pluralidad de transductores para efectuar vibraciones a lo largo de la longitud del miembro resonante, e incluyendo una superficie operativa configurada para efectuar disección, corte, coagulación, ligadura y/o hemostasis de tejidos, en que una curva de desplazamiento asociada con las vibraciones de un primero de la pluralidad de miembros resonantes está desfasada con relación a la curva de desplazamiento asociada con las vibraciones de un segundo de la pluralidad de miembros resonantes.
En una realización preferida, la pluralidad de miembro resonantes es un estratificado, en que el estratificado proporciona preferiblemente una unión flexible, con el primer miembro resonante escalonado longitudinalmente con relación al segundo miembro resonante. Preferiblemente, el transductor incluye un primer y segundo transductores conectados operativamente al primer y segundo miembros resonantes, respectivamente.
En otra realización preferida, cada miembro resonante incluye un bastidor y una estructura resonante, en que el transductor está conectado operativamente a la estructura resonante, y la estructura resonante incluye la superficie operativa, en que el extremo proximal de la estructura resonante del primer miembro resonante está preferiblemente escalonado con relación al extremo proximal del segundo miembro resonante. Preferiblemente, el primer miembro resonante incluye además un transductor de la pluralidad de transductores, y el otro transductor incluido está posicionado en contacto con la estructura resonante del primer miembro resonante.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos adjuntos, que están incorporados y constituyen una parte de esta memoria, ilustran realizaciones del invento y, junto con una descripción general del invento dada anteriormente, y la descripción de las realizaciones dada a continuación, sirven para explicar los principios del invento.
La fig. 1A es una representación esquemática de una realización del sistema quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente que incluye un instrumento quirúrgico para cortar, disecar, ligar, coagular y/o efectuar hemostasis en tejidos;
La fig. 1B es una representación esquemática de otra realización del sistema quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente;
La fig. 2 es una representación esquemática superior o lateral de una realización preferida de una pluralidad de miembros resonantes del instrumento quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente;
La fig. 3 es un gráfico de una curva de desplazamiento de un miembro resonante vibratorio del miembro ultrasónico del instrumento quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente;
La fig. 4 es un gráfico de una curva de desplazamiento de múltiples miembros resonantes vibratorios del miembro ultrasónico del instrumento quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente;
La fig. 5A es una vista lateral de una realización alternativa preferida del miembro resonante del instrumento quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente;
La fig. 5B es una vista lateral de otra realización alternativa preferida del miembro resonante del instrumento quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente;
La fig. 5C es una vista lateral de otra realización alternativa preferida del miembro resonante de instrumento quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente;
La fig. 5D es una vista en sección trasversal tomada a lo largo de las líneas de sección X-X de la fig. 5C;
La fig. 5E es una vista en sección trasversal de una realización alternativa del miembro ultrasónico mostrado en la fig. 5D como se vería a lo largo de la línea de sección X-X de la fig. 5C;
La fig. 5F es una vista en sección trasversal de una realización alternativa del miembro ultrasónico mostrado en la fig. 5D como se vería a lo largo de la línea de sección X-X de la fig. 5C;
La fig. 5G es una vista en sección trasversal de una realización alternativa del miembro ultrasónico mostrado en la fig. 5D como se vería a lo largo de la línea de sección X-X de la fig. 5C;
La fig. 5H es una vista superior de otra realización alternativa del miembro ultrasónico descrito inmediatamente;
La fig. 5I es una vista en perspectiva lateral de otra realización del miembro ultrasónico descrito inmediatamente;
La fig. 5J es una vista en perspectiva lateral de otra realización del miembro ultrasónico descrito inmediatamente;
La fig. 5K es una vista lateral de otra realización del miembro ultrasónico descrito inmediatamente; y
La fig. 6 es una representación esquemática superior o lateral de una realización preferida del miembro ultrasónico del instrumento quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente.
Descripción detallada
Se ha proporcionado un instrumento quirúrgico ultrasónico para efectuar un procedimiento quirúrgico en un efector final, en el que el efector final incluye una agrupación o disposición de elementos escalonados, donde el escalonamiento está configurado de modo que las curvas de desplazamiento asociadas con el desplazamiento de cada elemento están desfasadas unas con respecto a otras para maximizar colectivamente el funcionamiento efectivo y la consistencia de funcionamiento de la agrupación de elementos.
A continuación se describirán realizaciones preferidas del instrumento quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente en detalle con referencia a los dibujos, en que números de referencia similares designan elementos idénticos o correspondientes en cada una de las distintas vistas. Las figs. 1A y 1B ilustran vistas esquemáticas de primera y segunda realizaciones, respectivamente, de un sistema quirúrgico ultrasónico ejemplar mostrado en general como 10. El sistema 10 incluye un instrumento ultrasónico 12, un módulo de control 14 y un cable conductor 16 que interconecta el instrumento ultrasónico 12 al módulo de control 14. El instrumento ultrasónico 12 puede estar configurado para procedimientos quirúrgicos abiertos, endoscópicos o laparoscópicos e incluye un cuerpo alargado 20, un efector final 22, y una estructura manipulable 18 conectada operativamente al cuerpo 20 y/o al efector final 22 para manipular el cuerpo y/o el efector final 22. La estructura manipulable 18 mostrada en la fig. 1A es un conjunto de mano 18a que tiene una configuración de culata de pistola, aunque se pueden considerar otras configuraciones de mano, por ejemplo empuñadura en línea, agarres de lápiz, agarres de tijeras normales, nuevos agarres diseñados ergonómicamente, etc. El botón de rotación 13 puede estar previsto para facilitar la rotación del cuerpo alargado 20 de una manera conocida.
La estructura manipulable 18 mostrada en la fig. 1B es un sistema robótico 18b que manipula el cuerpo y/o el efector final 22 de acuerdo con señales de control recibidas a través del cable 16. Preferiblemente, el sistema robótico 18b incluye un módulo de control y un módulo de manipulación (no mostrado), donde el módulo de control recibe las señales de control y controla al módulo de manipulación para efectuar las manipulaciones deseadas de acuerdo con las señales de control. Al menos uno de entre el módulo de control y el módulo de manipulación pueden estar situados remotamente del resto del instrumento ultrasónico 12.
En otra realización (no mostrada) el cuerpo 20 está omitido del instrumento ultrasónico 12 y de la estructura manipulable 18, y el efector final 22 está montado en la estructura manipulable 18. En una realización diferente, (no mostrada) el cuerpo 20 aloja la estructura manipulable 18. Aun en otra realización, al menos una parte de la estructura manipulable está situada en o sobre un módulo situado remotamente del instrumento ultrasónico 12. Aún en una realización diferente (no mostrada), el cuerpo 20 incluye un miembro flexible alargado que se extiende distalmente desde el módulo situado remotamente al efector final 22.
El efector final 22 incluye una pluralidad de miembros resonantes escalonados 28(x), preferiblemente formada en una agrupación 28, donde x = (1 a n), y n es el número de miembros resonantes 28(x), y preferiblemente incluye además un miembro 24 de fijación móvil, por ejemplo pivotable. Preferiblemente, la pluralidad de miembros resonantes 28(x) es un estratificado hecho por un procedimiento conocido. Por ejemplo cada miembro resonante 28(x) puede ser estratificado por un proceso de estratificación a un miembro resonante adyacente 28(x). El estratificado es preferiblemente una unión flexible que permite el movimiento de un miembro resonante 28(x) con relación a un miembro resonante adyacente 28(x). El estratificado preferiblemente tienen múltiples capas.
Como se ha ilustrado, el módulo de control 14 puede incluir un cable de corriente 15 para aplicación con un enchufe eléctrico (no mostrado). Alternativamente, el módulo de control 14 puede estar destinado a recibir energía desde un paquete de baterías o desde un generador de corriente alterna. Se ha considerado también que un generador u otra fuente de corriente puede estar incorporado en el módulo de control 14.
El módulo de control 14 incluye un generador electrónico de señal (no mostrado) y preferiblemente circuitos de control electrónicos para accionar un transductor (no mostrado) y posicionado en el instrumento 12 a una o más frecuencias ultrasónicas. Hay circuitos protectores preferiblemente previstos para impedir daños a un paciente, un cirujano o a un hardware del sistema. El módulo de control 14 incluye también circuitos de presentación y hardware (no mostrado) para proporcionar información a un usuario y aceptar información del mismo. Esta información puede ser obtenida a partir de sensores (no mostrados) posicionados sobre el efector final del instrumento. Los sensores pueden estar previstos para vigilar la temperatura, densidad, o impedancia ultrasónica o eléctrica, del tejido que está siendo operado.
Puede haber previstos circuitos de realimentación para interactuar con cualesquiera sensores previstos para proporcionar más ligadura, corte, disección, coagulación, efectivos, etc. Por ejemplo, los circuitos de realimentación pueden terminar la operación del sistema si un sensor indica que la temperatura, densidad o impedancia ultrasónica o eléctrica del tejido han excedido de un máximo predeterminado. La impedancia ultrasónica aumenta cuando el tejido se endurece debido a temperaturas crecientes. Similarmente, la impedancia eléctrica se reduce cuando el nivel de agua del tejido es disminuido debido a un sobrecalentamiento. Los circuitos de realimentación pueden ser activados y desactivados selectivamente y/o controlados o vigilados por un cirujano para proporcionar a un cirujano más flexibilidad en el funcionamiento del instrumento. Además, el módulo de control 14 puede incluir circuitos de diagnóstico para ayudar en las pruebas y/o depuración del instrumento 12 o de su hardware.
Se ha considerado que el funcionamiento del instrumento ultrasónico 12 puede ser controlado automáticamente mediante el uso de un ordenador. En una realización alternativa preferida del sistema descrito inmediatamente, un ordenador 21 recibe datos de sensores posicionados en el efector final del instrumento ultrasónico. Como se ha descrito antes, puede haber previstos sensores para vigilar diferentes características del tejido que está siendo operado incluyendo, entre otras cosas, temperatura y/o impedancia ultrasónica o eléctrica. El ordenador 21 incluye preferiblemente circuitos para procesar una señal analógica recibida desde el sensor o sensores y para convertir la señal analógica a una señal digital. Estos circuitos pueden incluir medios para amplificar y filtrar la señal analógica. Después de ello, la señal digital puede ser evaluada y el funcionamiento del instrumento ultrasónico puede ser modificado para conseguir el efecto deseado en o sobre el tejido e impedir daño al tejido circundante. El ordenador 21 puede estar incorporado en el módulo de control 14 o unido al módulo de control 14 para efectuar la modificación deseada o apropiada del funcionamiento del instrumento 12.
La fig. 2 muestra tres miembros resonantes ejemplares 28(1-3). El instrumento 12 puede estar configurado con una agrupación 28 que tiene un número diferente de miembros resonantes 28(x). Los miembros resonantes 28(1-3) pueden estar posicionados lado a lado de modo que están próximos transversalmente entre sí. Miembros resonantes 28(x) están unidos entre sí y montados como una unidad dentro del cuerpo alargado 20 del instrumento ultrasónico 12, o alternativamente, los miembros resonantes 28(x) están separados entre sí y montados individualmente dentro del cuerpo 20 del instrumento ultrasónico 12.
Extremos proximales de los miembros resonantes 28(x) están escalonados con relación a miembros resonantes
28(x), y preferiblemente la distancia de escalonamiento d es uniforme para cada par de miembros resonantes adyacentes 28(x), donde la distancia d es determinada por el número de miembros resonantes 28(x) en la agrupación 28, y la longitud de onda de las curvas de desplazamiento de los miembros resonantes 28(x) como se ha descrito a continuación con respecto a la fig. 4. Los transductores 32 (se ha mostrado uno) pueden estar idénticamente situados en cada elemento 28(x) de miembro ultrasónico respectivo. Alternativamente, el posicionamiento del transductor 32 en cada miembro resonante 28(x) puede estar escalonado en una distancia d. Las longitudes de los miembros resonantes 28(x) pueden ser uniformes o pueden ser variables. Así, los extremos distales de los miembros resonantes 28(x) pueden estar a la par entre sí, o pueden estar escalonados. Se ha considerado que los miembros resonantes 28(x), respectivamente, pueden tener una variedad de formas.
Los miembros resonantes 28(x) forman preferiblemente un estratificado. El estratificado es formado por cualquier proceso conocido, tal como estratificación, algún tipo de unión, extrusión, inyección, moldeo o combinación de los mismos. Preferiblemente los miembros resonantes 28(x) están unidos entre sí por un material flexible que permite el movimiento de un miembro resonante 28(x) con relación a otro miembro resonante 28(x), siendo el movimiento relativo típicamente del orden de micras. El posicionamiento del material de unión para unir miembros resonantes adyacentes 28(x) puede variar con respecto a las consideraciones de diseño, y así el porcentaje de áreas superficiales enfrentadas de miembros resonantes adyacentes 28(x) con material de unión aplicado a ellos puede variar.
Los miembros resonantes 28(1-3) del instrumento 12 están configurados preferiblemente usando tecnología de Sistemas Micro-Electromecánicos (MEMS). Los miembros resonantes 28(1-3) incluyen cada uno una parte de cuerpo 30 y una estructura resonante 31. En la configuración de MEMS mostrada, un transductor 32, está soportado en, o situado entre, o unido a o dentro de la parte del cuerpo 30 de cada miembro resonante 28(1-3). El transductor 32 asociado con cada miembro resonante respectivo 28 puede ser una agrupación de transductores.
El transductor 32 puede estar posicionado en, dentro o junto al miembro resonante 28(1) para efectuar la vibración a lo largo de cualquier eje, por ejemplo el eje x, el eje y, el eje z o cualquier eje entre los ejes x, y y z. El miembro resonante 28(1) incluye una superficie operativa generalmente designada con 42 configurada para efectuar disección, corte, coagulación, ligadura y/o efectuar hemostasis de tejidos. Alternativamente, el miembro resonante 28(1) puede incluir multitud de superficies operativas para realizar diferentes tareas, por ejemplo, corte y coagulación. El sistema 10, incluyendo el instrumento 12, puede ser usado en una variedad de aplicaciones quirúrgicas incluyendo procedimientos generales y procedimientos quirúrgicos, ginecológicos, urológicos, torácicos, cardíacos. El instrumento 12 puede estar configurado para realizar tanto procedimientos quirúrgicos endoscópicos como abiertos y puede ser accionado mediante un interruptor de dedo o un pedal de pie de una manera conocida. El dispositivo de accionamiento puede incluir circuitos de transmisión inalámbricos para efectuar el accionamiento del instrumento 12.
Cada transductor 32 recibe una señal eléctrica procedente del generador electrónico de señales (no mostrado) en el módulo de control 14, haciendo que cada transductor 32 (tal como mediante elementos piezoeléctricos o magnetoestrictivos) sea excitado eléctricamente. Cada transductor 32 convierte en la señal eléctrica en energía mecánica dando como resultado un movimiento vibratorio de una frecuencia ultrasónica del transductor 32 y miembro resonante 28(1). El miembro ultrasónico 28(1) puede ser hecho vibrar en márgenes de frecuencia tanto alta como baja. En el margen de frecuencia baja, aproximadamente 20-100 KHz, el instrumento causará cavitación en el tejido para efectuar el corte del tejido. En el margen de frecuencia alta, mayor que 1 MHz, el instrumento puede ser usado para calentamiento y coagulación de tejido. El accionamiento a frecuencia alta y baja puede ocurrir simultáneamente por un amplificador de potencia electrónico, capaz de generar ambas frecuencias. El movimiento vibratorio es preferiblemente de modo fundamental en una dirección longitudinal. Se ha considerado que el movimiento vibratorio es un movimiento transversal, tal como en las vibraciones de Balamuth.
La fig. 3 muestra un gráfico de una curva de desplazamiento a lo largo de un miembro resonante vibratorio 28(1). El eje y es el desplazamiento/amplitud de las vibraciones, y el eje x es la longitud del miembro resonante 28(1). El gráfico es sinusoidal por naturaleza con respecto a la amplitud de las vibraciones, y la cantidad de movimiento del miembro resonante 28(1) varía a lo largo de la longitud del miembro resonante 28(1). La amplitud de la curva corresponde a la magnitud de desplazamiento del miembro resonante vibratorio 28(1). Los puntos A, B y C del miembro resonante 28(1) son puntos de movimiento máximo (también conocidos como anti-nodos), y los puntos D, E y F del miembro resonante 28(1) son puntos sustancialmente sin movimiento donde la amplitud de la curva es cero (también conocidos como nodos).
Preferiblemente los transductores 32 son transductores piezoeléctricos. Alternativamente, otros mecanismos de transducción, distintos de los piezoeléctricos, pueden ser usados incluyendo mecanismos de accionamiento por tensión térmica, electroestricción, magnetoestricción u óptica. Los transductores 32 están conectados al generador electrónico de señal y al módulo de control 14 por un conector eléctrico, preferiblemente cables 34. Los cables 34 pueden ser empalmados con el cable 16. Los cables 34 pueden extenderse proximalmente desde los transductores 32 a través del cuerpo 20 del instrumento 12 (fig. 1) y salir del instrumento 12 a través de una abertura (no mostrada) en el conjunto de mano 18 del instrumento para conectar al generador electrónico de señal. Como se ha mostrado en la fig. 3, hay previsto un cable para cada transductor 32, con un primer extremo conectado al generador electrónico de señal, y un segundo extremo conectado a un transductor respectivo 32. En otra realización está previsto un cable 34, que está conectado al generador electrónico de señal en un primer extremo y en un segundo extremo se deriva en una pluralidad de derivaciones de cables 34a, con cada derivación 34a de cable conectada a un transductor 32 de la matriz la agrupación de transductores.
La fig. 4 muestra un gráfico de curvas de desplazamiento 40(1-3) a lo largo de miembros resonantes vibratorios 28(1-3), respectivamente, donde el desfase relativo de las curvas 40(1-3) es causado por el escalonamiento de los miembros resonantes 28(1-3) respectivamente entre sí a lo largo del eje longitudinal. Las curvas 40 (1-3) están desfasadas entre sí de tal modo que los puntos máximos A, B, C de cada curva están desfasados de los puntos máximos A, B, C de las otras curvas respectivamente, y de modo similar para los puntos mínimos D, E, F.
A lo largo de la longitud de la agrupación 28, las curvas 40(1-3) de desplazamiento combinado (es decir sumado) no tienen ningún nodo en el que la amplitud combinada = 0, y por ello el desplazamiento neto de la agrupación vibratoria 28 nunca es cero. Así, a lo largo de la longitud total de la agrupación 28 hay un movimiento vibratorio neto, que aumenta la longitud efectiva de la agrupación 28 con relación al miembro ultrasónico tradicional que tiene sólo un elemento vibratorio. La longitud la agrupación 28 puede ser extendida indefinidamente de tal modo que hay movimiento vibratorio neto a lo largo de toda longitud de la agrupación 28 sin ninguna región de movimiento cero.
Además, a lo largo de la longitud de la agrupación 28, las curvas 40(1-3) de desplazamiento combinado tienen mucha menos variación de amplitud que una única curva de desplazamiento combinado, y por ello el movimiento neto a lo largo de la agrupación vibratoria es relativamente consistente con respecto a un miembro ultrasónico que tiene sólo un elemento vibratorio.
El desfase entre curvas de desplazamiento que tienen longitud de onda \lambda de n miembros resonantes es preferiblemente \lambda/n. Así, la distancia d en la fig. 2 es \lambda/3. De modo similar, para una agrupación que tiene n miembros resonantes 28(x), el desfase de distancia d es preferiblemente \lambda/n. En otra realización, la distancia d puede ser seleccionada para que sea distinta de \lambda/n, y el desfase de las curvas de desplazamiento de los n miembros resonantes vibratorios 28(x) puede ser diferente de \lambda/n.
En otra realización, las curvas de desplazamiento para diferentes miembros resonantes 28(x) tienes diferentes longitudes de onda y/o diferentes amplitudes. Un miembro ultrasónico 28(x) obligado a vibrar a más de una frecuencia puede tener más de una curva de desplazamiento, teniendo las curvas de desplazamiento diferentes longitudes de onda. Por ejemplo, los diferentes transductores 32 de la agrupación de transductores pueden generar vibraciones con frecuencias diferentes, tal como mediante la alteración de la entrada al transductor, o con transductores configurados de modo diferente. Alternativamente los circuitos pueden estar previstos para alterar la frecuencia, la forma de onda o la amplitud, superponiendo más de una frecuencia o una combinación de las mismas de las vibraciones generadas por los transductores 32. Consiguientemente, la vibración de los miembros resonantes 28(x) puede ser distinta de sinusoidal.
Se ha considerado que pueda haber previstos otros medios para desfasar las curvas de desplazamiento de los miembros resonantes 28(x) relativamente entre sí, en vez de escalonar los miembros resonantes 28(x) longitudinalmente. Por ejemplo, puede haber previstos circuitos de retardo en al menos una de las líneas que proporciona entrada o salida a los transductores 32 o dentro del transductor. En otra realización hay prevista una unidad de control para controlar el funcionamiento del transductor y/o de los circuitos de retardo para efectuar desfases de las curvas de desplazamiento.
En instrumentos tradicionales el transductor está tradicionalmente unido al extremo proximal de la pieza de mano y conectado al efector final del instrumento a través de un acoplador de vibración alargado. Se ha considerado que la agrupación de transductores del presente invento puede ser posicionada similarmente al transductor de los instrumentos tradicionales, y que un acoplador de vibración está previsto para conectar cada transductor de la agrupación a un miembro resonante respectivo 28(x) montado en el extremo distal del instrumento 12.
Para configuraciones de MEMS en las que los transductores 32 están posicionados sobre, entre, o en los miembros resonantes 28(x) junto a la punta distal del instrumento, pueden conseguirse los siguientes beneficios: a) la necesidad de un acoplador de vibración alargado formado de titanio es obviada sustancialmente reduciendo el coste del instrumento; b) La longitud de la parte de cuerpo del instrumento puede ser cambiada, por ejemplo, acortada o alargada, sin cambio de consecuencias virtualmente en las prestaciones o rendimiento del instrumento, por ejemplo ya que el acoplador de vibración del instrumento ha sido reemplazado por un conductor eléctrico, el instrumento no necesita ser vuelto a sintonizar, con un gasto considerable, después de cambios en la longitud del cuerpo; c) la energía ultrasónica puede ser transferida a un paciente más eficientemente, reduciendo así los requisitos de energía; d) la parte del instrumento que es desechable puede ser fácilmente variada y puede comprender sólo la punta del instrumento con una empuñadura de reutilización limitada, el instrumento completo o cualquier grado de desechabilidad entre ellos; e) debido a que el conjunto de mano no soporta el transductor, el conjunto de mano puede ser eliminado o configurado más ergonómicamente; y f) el uso de un pequeño transductor sobre, en o junto al extremo distal del instrumento en lugar de un gran transductor en el extremo proximal del instrumento reduce sustancialmente el peso del instrumento y le hace fácil de manejar especialmente durante procedimientos quirúrgicos delicados.
La estructura resonante 31 de cada uno de los miembros resonantes 28(x) está formada preferiblemente de una estructura resonante de silicio o metal o un compuesto de silicio/metal.
Alternativamente, materiales tales como titanio u otros metales pueden ser unidos de alguna manera al silicio para mejorar la resistencia a la fractura. Se ha considerado que materiales distintos del silicio que son adecuados para uso ultrasónico pueden ser usados para formar la estructura resonante 31.
La estructura resonante 31 puede ser formada utilizando un procedimiento de grabado químico, por ejemplo grabado químico isotrópico, grabado químico por ión reactivo en profundidad, etc. Procesos de grabado químico adecuados están descritos en la patente norteamericana nº 5.728.089 presentada el 31 de octubre de 1994. Alternativamente, pueden usarse otros medios conocidos para formar el miembro ultrasónico incluyendo una variedad de procesos mecánicos diferentes.
La estructura resonante 31 está mostrada como una cuchilla lineal que tienen una superficie operativa 44 (fig. 2). Las figs. 5A-K muestran configuraciones alternativas de la estructura resonante 31 de miembros resonantes 28(x), incluyendo entre otros, gancho en J (fig. 5A), gancho en L (fig. 5B), cizallas (fig. 5C) que tienen una variedad de diferentes formas en sección trasversal (figs. 5D-5G), espátula (fig. 5H), arqueada (figs. 5I y 5J) y rectangular (fig. 5K). El efector final puede también estar configurado para obtener una cuchilla curvada tal como la cuchilla descrita en la patente norteamericana nº 6.024.750, presentada el 14 de agosto de 1997 y/o una cuchilla inclinada, tal como la descrita en la patente norteamericana nº 6.036.667, presentada el 4 de octubre de 1996.
Cada uno de los miembros resonantes 28(x), o agrupación 28 como una unidad integral, puede estar unido a una parte distal del instrumento 12 de cualquier manera conocida. Por ejemplo, cada uno de los miembros resonantes 28(x) o la agrupación integral 28 puede estar asegurado a un sustrato o árbol o miembro de montaje (no mostrado) soportado dentro de un extremo distal del cuerpo 20 del instrumento 12 tal como mediante una conexión de ajuste por salto elástico, un tornillo de ajuste o recalcado o estampación. Un vástago roscado 40 u otra estructura de unión formada o dispuesta sobre o en un extremo proximal de cada uno de los miembros resonantes 28(x) o agrupación integral 28 puede estar previsto para unión de los miembros resonantes 28(x) o agrupación 28 al extremo distal del instrumento 12.
La fig. 6 ilustra una realización preferida de miembro resonante 28(1) configurado en la configuración de MEMS y adecuado para usar en el instrumento quirúrgico ultrasónico descrito inmediatamente del sistema 10 quirúrgico ultrasónico. Preferiblemente miembros resonantes 28(2-n) (no mostrados) tienen realizaciones similares. El miembro resonante 28(1) es preferiblemente una estructura estratificada piezoeléctrica que incluye un cuerpo 30 que tiene un bastidor 102, una estructura resonante 31, y un transductor 32. El transductor 32 incluye preferiblemente un par de cristales PZT 108 separados por una placa de silicio 110. Alternativamente se ha considerado que cristales distintos de los cristales PZT pueden ser usados para convertir la energía eléctrica a vibración efectomecánica. Un agente o proceso de unión apropiado, por ejemplo, unión por soldadura, unión por difusión, adhesivos, etc., es usado para sujetar los cristales 108 a la placa 110.
La estructura resonante 31 incluye preferiblemente en su extremo distal un primer y segundo miembros resonantes 104a y 104b. El extremo proximal de los miembros resonantes 104a y 104b juntos define una cavidad para recibir el transductor 32. Alternativamente, la estructura resonante 31 puede estar formada monolíticamente a partir de una única pieza de material. Las superficies correspondientes de los cristales PZT 108 y de los miembros resonantes 104a y 104b son sujetas juntas usando un agente de unión o proceso de unión flexible apropiado, por ejemplo, pegado de vidrio, adhesivos, etc.
El bastidor 102 incluye un cuerpo 112 que está preferiblemente formado a partir material rígido que incluye metales, cerámica, etc., e incluye una cavidad 114 dimensionada y configurada para recibir la estructura resonante 31 y el conjunto de transductor 32. Una capa o capas de unión 118, preferiblemente formadas de un material conductor, están posicionadas entre la parte proximal de los miembros resonantes 104a y 104b y el bastidor 102 para unir el transductor 32, que es móvil, al bastidor 102, que es estacionario. El extremo proximal del bastidor 102 incluye un ánima pasante 120 que está dimensionada para permitir el paso de un conductor eléctrico 122, por ejemplo, un alambre o cable coaxial, para proporcionar energía al transductor 32. El conductor eléctrico es preferiblemente un cable con aislamiento de Teflón de alta frecuencia de alta tensión, aunque se ha considerado el uso de otros conductores. El extremo distal del conductor 122 está conectado a la placa 110 por un hilo conductor flexible 124 que no restringe el movimiento relativo entre el bastidor 102 y el transductor 32.
Como se ha descrito antes, la forma de la estructura resonante 31 puede ser diferente de la mostrada en la fig. 6. Más específicamente, la superficie operativa distal 126 de la estructura resonante 31 puede asumir cualquiera de las configuraciones mostradas en las figs. 5A-5K o cualquier otra configuración no mostrada aquí que puede ser ventajosa para realizar un procedimiento quirúrgico particular. Además, puede haber prevista una grapa para facilitar la sujeción del tejido.
En la realización preferida, los extremos proximales de los miembros resonantes 104a y 104b de un primer miembro resonante 28(1) de una agrupación 28 de miembros resonantes 28(x) están escalonados con relación a los extremos proximales de un segundo miembro resonante para efectuar un desfase en las curvas de desplazamiento de los miembros resonantes respectivos.
Se comprenderá que pueden hacerse distintas modificaciones en las realizaciones descritas aquí. Por ejemplo, la configuración del miembro ultrasónico del efector final no necesita ser como se ha mostrado aquí sino que en vez de ello puede ser cualquiera que sea adecuado para la aplicación quirúrgica particular. Además, el transductor puede ser montado proximalmente en el miembro ultrasónico del efector final en el extremo distal del instrumento y no necesita ser montado directamente en el miembro ultrasónico. Por ello, la anterior descripción debería ser construida como simplemente ejemplificaciones de realizaciones preferidas. Los expertos en la técnica considerarán otras modificaciones dentro del marco de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (24)

1. Un instrumento quirúrgico ultrasónico (12) que comprende: una estructura manipulable (18); un transductor (32); una parte de cuerpo (20) conectada operativamente a la estructura manipulable y que tiene un extremo distal; y un efector final (22) soportado sobre el extremo distal de la parte de cuerpo, incluyendo el efector final: una pluralidad de miembros resonantes (28(1)), estando cada miembro resonante conectado operativamente al transductor para efectuar vibraciones a lo largo de la longitud del miembro resonante, incluyendo cada miembro resonante una superficie operativa (42) configurada para efectuar disección, corte, coagulación, ligadura y/o hemostasis de tejidos; caracterizado el instrumento por estar una curva de desplazamiento asociada con las vibraciones de un primero de la pluralidad de miembros resonantes desfasada con relación a la curva de desplazamiento asociada con las vibraciones de un segundo de la pluralidad de miembros resonantes.
2. El instrumento quirúrgico ultrasónico según la reivindicación 1ª, en el que las vibraciones son longitudinales.
3. El instrumento quirúrgico ultrasónico según la reivindicación 1ª, en el que las vibraciones son transversales.
4. El instrumento quirúrgico ultrasónico según la reivindicación 1ª, 2ª o 3ª, en el que el primer miembro resonante está escalonado longitudinalmente con relación al segundo miembro resonante.
5. El instrumento quirúrgico ultrasónico según la reivindicación 1ª, 2ª, 3ª o 4ª, en el que el primer miembro resonante está unido al segundo miembro resonante mediante una unión flexible.
6. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 5ª, en el que el primer y segundo miembros resonantes están estratificados juntos por un proceso de estratificación.
7. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 5ª, en el que la pluralidad de miembros resonantes tienen forma de un estratificado.
8. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 5ª, en el que la pluralidad de miembros resonantes están estratificados juntos.
9. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el transductor incluye una pluralidad de transductores.
10. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la estructura manipulable es una empuñadura.
11. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 9ª, en el que la estructura manipulable esta situada sobre un módulo (14) situado remotamente del instrumento.
12. El instrumento quirúrgico ultrasónico según La reivindicación 11ª, en el que la parte de cuerpo incluye un miembro flexible alargado que se extiende distalmente desde el módulo al efector final.
13. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el transductor incluye una pluralidad de transductores escalonados.
14. El instrumento quirúrgico ultrasónico según la reivindicación 13ª en el que transductores de la pluralidad de transductores están escalonados, pero miembros resonantes de la pluralidad de miembros resonantes no están escalonados.
15. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el transductor incluye un primer y segundo transductores conectados operativamente al primer y segundo miembros resonantes, respectivamente.
16. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el efector final incluye el transductor.
17. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada miembro resonante de la pluralidad de miembros resonantes incluye un bastidor (102) y una estructura resonante (31), el transductor está operativamente conectado a la estructura resonante, y la estructura resonante incluye la superficie operativa.
18. El instrumento quirúrgico ultrasónico según la reivindicación 17ª, en el que cada estructura resonante tiene un extremo proximal, y el extremo proximal de la estructura resonante del primer miembro resonante está escalonado al extremo proximal del segundo miembro resonante.
\newpage
19. El instrumento quirúrgico ultrasónico según la reivindicación 17ª o 18ª, en el que el transductor incluye una pluralidad de transductores, y en el que el primer miembro resonante incluye además un transductor de la pluralidad de transductores, en el que el transductor adicional incluido está posicionado en contacto con la estructura resonante del primer miembro resonante.
20. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye además un conductor eléctrico (122) posicionado dentro del instrumento ultrasónico, y que tiene un extremo distal asociado operativamente con el transductor y un extremo proximal que comunica con una fuente de corriente.
21. El instrumento quirúrgico ultrasónico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 16ª, en el que cada miembro resonante incluye una parte de cuerpo (30) y una estructura resonante (31), en el que un transductor respectivo está soportado sobre la parte de cuerpo de cada miembro resonante.
22. El instrumento quirúrgico ultrasónico de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las curvas de desplazamiento de cada miembro resonante están desfasadas entre sí de tal modo que los puntos máximos (A, B, C) de cada curva están desfasados de los puntos máximos de las otras curvas, respectivamente, y de modo similar para los puntos mínimos (D, E, F).
23. El instrumento quirúrgico ultrasónico de la reivindicación 22ª, en el que las curvas son tales que hay un movimiento vibratorio distinto de cero, neto, a lo largo de toda la longitud de la pluralidad de miembros resonantes.
24. El instrumento quirúrgico ultrasónico de la reivindicación 22ª o 23ª, en el que el desfase entre las curvas de desplazamiento, cada una con una longitud de onda \lambda es \lambda/n para n miembros resonantes.
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