ES2348811T3 - Arbol hueco flexible. - Google Patents
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Abstract
Árbol hueco flexible compuesto de un tubo de accio- namiento (2), como mínimo un tubo central (3) y un tubo de evacuación (4), siendo el tubo de accionamiento (2), el tubo central (3) y el tubo de evacuación (4) piezas individuales separadas una de las otras, caracterizado porque las dife- rentes partes tubo de accionamiento (2), todos los elementos de tubo central (30) y el tubo de evacuación (4) están co- nectadas por medio de contretes (21), quebrando dichos con- tretes (21) con la aplicación de una fuerza reducida, de mo- do que el tubo de accionamiento (2), los elementos tubulares centrales (30) y el tubo de evacuación (4) son piezas inde- pendientes gracias a la primera rotación del árbol hueco (1) en el tubo de guía (5) curvado.
Description
La presente invención se refiere a un árbol hueco flexi
ble de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1.
Un árbol hueco flexible de este tipo se muestra en el
documento US 4,706,659 A. Con ello, mediante secciones en
forma de cola de milano se componen entre sí con huelgo pie
zas individuales del árbol hueco, para conseguir una curva
tura del árbol hueco y un momento de torsión necesario.
Los árboles huecos como árboles de accionamiento pueden
ser deseables por diversas razones. Por un lado, en compara
ción con un árbol macizo del mismo diámetro, un árbol hueco
ofrece, aproximadamente, las mismas posibilidades para la
transmisión de momentos de torsión, con un peso ostensible
mente menor. Otro motivo existe en el hecho de que puede
evacuarse material por medio del cuerpo hueco. Ello permite
que sea posible taladrar agujeros realmente largos. El mate
rial de taladrado es flotado desde la herramienta en la pun
ta del tubo hacia arriba a través del árbol hueco, por ejem
plo mediante agua de enjuague. También son aplicaciones tí
picas de este tipo los taladros profundos para agua o petró
leo. El material de taladrado es evacuado a través del cen
tro del tubo, en cuya punta se encuentra la herramienta de
taladrar, por medio de líquido introducido desde arriba.
Una aplicación completamente diferente para los árboles
huecos se encuentra, a escala completamente diferente, en la
técnica quirúrgica artroscópica. Instrumentos quirúrgicos de
corte, tales como se muestran en el documento WO 00/45713 ó
en el documento DE 44 22 426, están montados en un extremo
de dos tubos de paredes delgadas funcionando uno dentro del otro. Los dispositivos de este tipo se aplican con buen resultado en artroscopía, puesto que en función de la aplicación y uso pueden ser dotadas de diferentes cabezales de corte, cantos de corte y orificios. Su popularidad en la aplicación se debe al hecho de que en articulaciones pueden realizarse correcciones de cambios inducidos por patologías
o accidentes, con un mínimo de intervensión quirurgica y de modo delicado, sin causar lesiones serias en tejidos y músculos. Un instrumento típico de esta clase se presenta en el documento DE 44 22 426.
La configuración de cabezales de corte y geometrías de corte se ha ilustrado y descrito detalladamente en muchos escritos. Estos instrumentos de corte quirúrgicos siempre se basan en la técnica de evacuar el material removido a través del tubo.
En tanto dichos tubos son rectos, ello no ofrece problemas demasiado grandes tanto en los taladros de fondo como en los taladros de uso mucho más delicado en artroscopía. Con las técnicas y materiales actuales, la producción de tubos de pared delgada en el intervalo de pocos milímetros de diámetro no es problemática. Sin embargo, ahora se ha manifestado el requerimiento de tener no sólo instrumentos rectos, sino también curvos con los que se pueda trabajar "a la vuelta de la esquina". Por ejemplo, en el documento EP 0 445 918 se encuentran ideas para este tipo de realización de instrumentos cortantes curvos para cirugía. Una posibilidad en este sentido para perforaciones del suelo ya se ha indicado en 1947 en el documento US 2.515.365. El inconveniente del diseño según el documento EP 0 445 918 debe buscarse en el hecho de que, entre las rendijas que en realidad son las que permiten una curvatura flexible, el instrumento presenta un gran número de "puentes" que durante cada revolución son curvados y enderezados en el rango elástico. Con las elevadas velocidades rotacionales de mucho más de 1000 rpm/min para árboles huecos empleados en cirugía, las cargas alternativas de flexión sobre los puentes son enormes. El resultado es, frecuentemente, la rotura del árbol. Por lo tanto, los dispositivos fabricados de conformidad con dicho principio no son fiables. La rotura de los "puentes" descritos anteriormente se producirá, precisamente, cuando la herramienta propulsada por el árbol hueco flexible debiera taladrar o cortar con mayor fuerza.
Una posibilidad de mantener dichas cargas sobre los puentes dentro de margenes razonables es, por supuesto, mantener lo más pequeño posible el ángulo en el que se produce la curvatura. Ello tiene por consecuencia que el radio de la curvatura que puede realizar un instrumento equipado con un árbol hueco de este tipo debe ser relativamente grande. Ello significa, por otra parte, que la longitud del árbol hueco se torna tanto mayor cuanto más grande debe ser el ángulo deseado que el árbol hueco debe describir entre el tubo de accionamiento y el tubo de evacuación. Los radios estrechos por medio de los que puede entrarse en nichos no pueden, consecuentemente, conseguirse con diseños de este tipo.
Ello fue reconocido por el solicitante del documento EP 0445 918 y, en consecuencia, hizo una nueva solicitud EP 0 840 572, que muestra un tipo nuevo de diseño. Para el uso en instrumentos quirúrgicos de corte utilizó el principio empleado en el campo de las perforaciones de tierra y conocido desde 1947 por el documento US 2.515.365 de Zublin. Se seleccionó una disposición de las rendijas extendida de forma espiralada semejante a la cola de milano. Sin embargo, en la práctica continúa habiendo problemas. Si bien se ha reducido, ostensiblemente, la cantidad de "puentes" sometidos a la carga alternativa de flexión, no han podido eliminarse. El radio mínimo realizable continúa siendo relativamente grande. Para un árbol hueco flexible de este diseño permite una angulación de 30º, aproximadamente, si se quiere obtener una longitud razonable del dispositivo.
Otro problema es la resistencia de dispositivos de este tipo. La captación de fuerzas de esta construcción compleja es muy complicada. Debido a la disposición en forma de cola de milano y espiralada de las rendijas, no queda claro donde en la estructura se encuentran los puntos sometidos, principalmente, a carga. Por lo tanto, es difícil configurar el diseño en los puntos correctos en función de las fuerzas presentadas. Ello resulta en una incertidumbre en la aplicación de dicho árbol hueco flexible. Es sabido que los árboles huecos flexibles configurados de este modo se han quebrado durante el uso.
Estos árboles huecos flexibles son accionados a velocidades de rotación de mucho más de 1000 rpm. Giran en el interior de tubos envolventes. Ello significa, para los "puentes" fijos, mucho más de 1000 alternaciones de carga por minuto. Un uso demora, frecuentemente, 10 a 20 minutos, de modo que hasta 50.000 alternaciones de carga fatigan el material. En la zona elástica, los metales sólo pueden soportar las curvaturas de este tipo en medida muy limitada.
La presente invención tiene, de aquí en más, el objetivo de construir un árbol hueco flexible en el que, con radios de pocos centímetros, pueden realizarse curvaturas de más de 90º, sin con ello exponer el material a una carga de flexión alternante. Dicho objetivo también debe cumplirse cuando los instrumentos son usados con oscilaciones de 1000 a 8000 cambios de sentido y con velocidades rotacionales hacia adelante y atrás de 1000 a 16000 rpm. Los diseños de árboles huecos conocidos hasta ahora no ofrecen dicha posibilidad.
Dicho objetivo es conseguido mediante el presente árbol hueco flexible con las características de la reivindicación
1. Otras características de conformidad con la invención resultan de las reivindicaciones secundarias y sus ventajas se explican en la memoria descriptiva siguiente.
En el dibujo muestran:
La figura 1, un árbol flexible con un elemento tubular central;
la figura 2, un elemento tubular central,
la figura 3, un instrumento quirúrgico de corte con un árbol hueco flexible;
la figura 4, una disposición de las conexiones en forma de cola de milano;
la figura 5, un árbol hueco flexible con una pluralidad de elementos tubulares centrales;
la figura 6, un árbol hueco flexible con una pluralidad de elementos tubulares centrales conectados por medio de contretes.
Las figuras presentan, a modo de ejemplo, propuestas de realización que se explican en la descripción siguiente. La figura 1 muestra un árbol hueco flexible 1 con un tubo de accionamiento 2, un tubo central 3 y un tubo de evacuación 4, así como un tubo de guía 5 envolvente de dichos elementos. Dichas piezas no tienen, fundamentalmente, conexiones recíprocas fijas, y están configuradas como piezas independientes entre sí y separadas.
El tubo de accionamiento 2 presenta en un extremo una terminación 202 en forma de cola de milano. En el otro extremo, por ejemplo en el caso de un instrumento quirurgico de corte, se encuentra una pieza de conexión a una unidad de accionamiento que, mediante accionamiento a turbina genera velocidades rotacionales de mucho más de 1000 rpm. Si se usa un árbol hueco del tipo de la invención, por ejemplo, en taladros profundos, las velocidades rotacionales presentarán números de revoluciones mucho menores.
El tubo de evacuación 4 presenta en un extremo una terminación 201 en forma de cola de milano. Por ejemplo, una herramienta se encuentra montada en su otro extremo como una parte accionada del árbol hueco flexible 1. En instrumentos quirurgicos de corte se trata, por ejemplo, de cuchillas finas, tal como se muestra en la figura 3. Las herramientas para taladrados profundos están equipadas de cabezales de taladrado, tales como son habituales en este campo.
Los ensayos han demostrado que puede prescindirse del tubo central 3. De este modo, el tubo de accionamiento 2 y el tubo de evacuación 4 están en engrane directo con sus terminaciones 202 o bien 201 ajustadas, recíprocamente, en unión positiva, y el ángulo alcanzable β corresponde al ángulo alcanzable α que puede alcanzarse por medio de una separación.
Sin embargo, por regla general, un tubo central 3 compuesto, como mínimo, de un elemento tubular central 30 está insertado entre el tubo de accionamiento 2 y el tubo de evacuación 4. Los elementos de tubo central 30 (figura 2) presentan en un extremo una terminación 201 en forma de cola de milano y en el otro extremo una terminación 202 en forma de cola de milano. Cada terminación en forma de cola de milano 201 se ajusta en su forma a una terminación en forma de cola de milano 202, produciendo una unión positiva bruta con huelgo 11, a través de la cual puede transmitirse un momento de torsión.
Las terminaciones en forma de cola de milano 202 y 201 se forman alrededor de un punto teórico de separación 10. Las líneas de separación presentes virtualmente se enrollan en forma de cola de milano a lo largo de la circunferencia de los tubos y alrededor de dicho punto teórico de separación
10. Dependiendo de los requerimientos dados, un huelgo 11 de 0,01 y 0,5 mm se dispone entre los puntos de separación prácticos, las terminaciones en forma de cola de milano 202 y 201. Ello permite que los ejes longitudinales de los diferentes elementos, tubo de accionamiento 2, tubo central 3 y tubo de evacuación 4 puedan estar en un ángulo α uno con el otro. Cuando, entonces, gira el árbol hueco, el huelgo 11 "migra" a lo largo de la circunferencia de las terminaciones en forma de cola de milano 202 y 201 y, de este modo, permite que los ejes giren uno respecto de otro en un ángulo α, mientras que se garantiza la transmisión de fuerza entre los elementos. No es una elasticidad o, quizás, una deformación del metal, sino el huelgo 11 "migrante" a lo largo de la circunferencia en la separación de las terminaciones en forma de cola de milano 202 y 201 del punto teórico de separación 10 el que permite la "curvatura flexible" del árbol hueco 1 por medio del tubo central 3 y asegura la transmisión de fuerza deseada.
Para que sean guiados los diferentes elementos, todos los elementos del árbol hueco flexible 1 son sujetados, soportados y guiados por el tubo de guiado 5. Toda la unidad 40 (figura 3) compuesta del árbol hueco flexible 1 y tubo de guía 5 está curvada en un ángulo fijo β. Dicho ángulo β, que describe el instrumento después de su terminación, es fijo y no flexible. Sin embargo, el árbol hueco flexible 1 conducido dentro del tubo de guía 5 permite la transmisión de un momento de torsión "en la curva". La figura 3 muestra el uso de un instrumento quirurgico de corte 40. El árbol hueco flexible 1 del tipo presentado puede puentear ángulos de hasta 90º con radios pequeños 12 de, por ejemplo, 5 – 10 cm y números de revoluciones de mucho más de 1000 rpm.
Ello es un rendimiento que sólo puede ser alcanzado por medio del diseño presentado de un árbol hueco flexible. Se consigue gracias a la adaptación de la longitud 31 (Fig. 2) de los elementos tubulares centrales 30 con la altura 32 de las terminaciones con forma de cola de milano 20. Pueden conseguirse radios 12 pequeños por medio de una pluralidad de elementos tubulares centrales cortos 30 que presentan pequeñas alturas 32 de las terminaciones con forma de cola de milano 20. Por razones mecánicas, no obstante, el tamaño mínimo de un elemento tubular central 30 está limitado en función del diámetro 13 del árbol hueco flexible 1 (figura 2). También debe tenerse en cuenta que el orden de magnitud del ángulo β a puentear depende del número de los elementos tubulares centrales usados. Cuanto más elementos tubulares centrales 30 se usen, tanto más grande se torna el ángulo β, debido a que se compone de los diferentes ángulos α entre los diferentes elementos.
La disposición de las formas de cola de milano por sobre la circunferencia del árbol hueco es en lo posible aleatoria. Sin embargo, existe la condición de que siempre una terminación 201 debe ajustarse a una terminación 202, estando las terminaciones 201 del tubo de evacuación 4 y 202 del tubo de accionamiento 2 diseñadas, en cada caso, como 201 o bien 202 y deben ajustarse a las terminaciones 202 o bien 201 de los elementos tubulares centrales 30 inmediatamente posteriores.
La figura 4 muestra una posibilidad de la disposición de las terminaciones en forma de cola de milano 201 y 202. El esquema muestra un desarrollo de los diferentes elementos tubulares centrales 30 sobre el perímetro 14 que corresponde a 3,14 veces el diámetro de los tubos. Las disposiciones pueden ser arbitrarias. Una necesidad consiste en que las terminaciones 201 y 202 deben, en cada caso, ajustarse entre sí de a pares. Justamente, en dicha ilustración se ilustra cómo el huelgo 11 entre los diferentes elementos tubulares centrales 30 se forma en las terminaciones de a pares 201 y
202. Las terminaciones 201 o bien 202 del tubo de evacuación 4 o bien tubo de accionamiento 2 forman, conforme al sentido, un par con las terminaciones 201 o bien 202 de los elementos tubulares centrales 30 subsiguientes.
En la figura 5 se muestra, en forma ensamblada, el árbol hueco flexible 1 con el tubo central 3 compuesto de una pluralidad de elementos tubulares centrales 30, el tubo de accionamiento 2 y el tubo de evacuación 4. Para conseguir una marcha más tranquila durante el uso del árbol hueco flexible 1, las líneas de separación en forma de cola de milano 20 de los elementos tubulares centrales 30 no están distribuidas, como se muestra en la figura 4, uniformemente sobre la circunferencia, sino de forma aleatoria, como se muestra en la figura 5.
Un huelgo 11 óptimo entre el tubo de accionamiento 2, tubo de evacuación 4 y los elementos tubulares centrales 30 se consigue mediante el hecho de permitir que el árbol hueco marche en un tubo de guía 5 especialmente previsto para dicho propósito. Los ensayos han demostrado que mediante dicho modo de marcha disminuye considerablemente el ruido que produce el árbol hueco flexible 1 durante el funcionamiento. Al mismo tiempo, el huelgo 11 entre todas las terminaciones 201
o bien 202 que están en contacto de a pares también se ajustarán a la situación.
El árbol hueco 1 presentado hasta ahora presenta un huelgo 11 de 0,01 a 0,5 mm entre los elementos tubulares centrales 30 o bien entre elementos tubulares centrales 30, tubo de accionamiento 2 y tubo de evacuación. Sólo dicho huelgo 11 posibilita el giro del árbol hueco 1 en el tubo de guía 5. Sin embargo, resulta la desventaja de que el retroenjuague conseguido por medio de la succión a través del árbol hueco 1 por medio del que mediante el huelgo 11 en el diámetro exterior del arco en posición curvada se producen orificios que, como mínimo, dificultan, si es que no impiden, la succión. Para eliminar esta circunstancia existen diferentes métodos, que han sido probados y realizados técnicamente mediante ensayos.
Antes de la introducción en el tubo de guía 5 puede sumergirse el árbol hueco flexible 1 en una masa plástica, de modo que partes del árbol hueco 1 son revestidas de una capa flexible plástica. Debido a que en los huelgos 11 se trata de orificios en el intervalo de décimas de milímetro, puede usarse para este propósito un material elástico en promedio, adherido al material del árbol hueco. Otra posibilidad consiste en que en el árbol hueco 1 se introduce y fuerza a través de una herramienta de expansión una manguera de material elástico, de modo que el material de la manguera se adhiere al material del árbol hueco. La herramienta de expansión puede ser un dispositivo inflable a modo de balón, similar al que se usa para la expansión de vasos coronarios estrechados.
El método quizás más sencillo consiste en colocar una manguera alrededor del árbol hueco y, a continuación, envolverla por medio del encogimiento alrededor del diámetro exterior del árbol hueco . La ventaja de dicho método es que el material encogido de este modo adhiere sobre el árbol hueco mediante su elasticidad inherente, independientemente de la selección del material de la manguera y del árbol hueco. El árbol hueco 1 puede ser sellado de forma efectiva por medio de cualesquiera de las medidas descritas anteriormente.
Para la fabricación del árbol hueco 1 puede usarse un procedimiento especial, que simplifica el proceso de fabricación y, ante todo, el manejo del árbol hueco durante el proceso de fabricación. Como representado en la figura 4, se han instalado contretes 21 entre las diferentes partes del árbol hueco 1. Estos están diseñadas para que se quiebren en la primera curvatura del árbol hueco 1 que debe producirse en el tubo de guía 5, sin que en las partes del árbol hueco 1 queden rastros. En la figura 6 se muestra como permanecen en las partes del árbol hueco los restos de los contretes 21 quebrados. La aplicación de este procedimiento ofrece la ventaja de que en el proceso de producción se puede trabajar, sin excepción, con árboles huecos 1 rectos y cilíndricos. De este modo, por ejemplo, los tratamientos superficiales de las partes ya separadas pueden ser realizadas de forma más sencilla, porque el árbol hueco 1 tiene una forma recta y estable. Si la piezas 2, 30 y 4 ya fuesen independientes una de otra en esta etapa, la mecanización de estas piezas 2, 30 y 4 sueltas una dentro de otra sería dificultosa. Especialmente, la introducción o revestimiento del árbol hueco 1 por medio de una manguera flexible y elástica sería mucho más dificultosa.
La introducción del árbol hueco 1 en el tubo de guía 5 se realiza, en este caso, en la forma del árbol hueco 1 mantenida por los contretes 21. En cuanto se produzca una curvatura del árbol hueco 1, se quebrarán los puntos de rotura controlada. Sin embargo, se quebrarán lo más tarde cuando el árbol hueco 1 usado como árbol de accionamiento comienza a rotar a un elevado número de revoluciones en el tubo de guía 5 curvado.
Con las técnicas de fabricación actuales, la fabricación de contretes 21 de este tipo como puntos de rotura controlada no representa ningún problema. Todos los procedimientos de fabricación, como corte por laser, erosionado o grabado, permiten que los contretes 21 no sólo se mantengan, sino que también se los lleve a la dimensión necesaria para su uso como puntos de rotura controlada.
Claims (15)
- REIVINDICACIONES
- 1.
- Árbol hueco flexible compuesto de un tubo de accionamiento (2), como mínimo un tubo central (3) y un tubo de evacuación (4), siendo el tubo de accionamiento (2), el tubo central (3) y el tubo de evacuación (4) piezas individuales separadas una de las otras, caracterizado porque las diferentes partes tubo de accionamiento (2), todos los elementos de tubo central (30) y el tubo de evacuación (4) están conectadas por medio de contretes (21), quebrando dichos contretes (21) con la aplicación de una fuerza reducida, de modo que el tubo de accionamiento (2), los elementos tubulares centrales (30) y el tubo de evacuación (4) son piezas independientes gracias a la primera rotación del árbol hueco (1) en el tubo de guía (5) curvado.
-
- 2.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo central (3) se compone, como mínimo, de un elemento tubular central (30).
-
- 3.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 2, caracterizado porque los distintos elementos tubulares centrales (30) son piezas independientes una de las otras.
-
- 4.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo de accionamiento (2), el tubo central (3) y el tubo de evacuación (4) son mantenidos y conducidos en el tubo de guía (5).
-
- 5.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos tubulares centrales (30) presentan en un extremo, sobre una línea de separación teórica (10), extendida sobre la circunferencia y perpendicular respecto del eje, una terminación periférica con forma de cola de milano (20n1) y en el otro extremo extendida una
terminación (20n2) ajustada a la primera terminación con forma de cola de milano (20n1) de un elemento tubular central (30) subsiguiente. -
- 6.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 5, caracterizado porque las terminaciones con forma de cola de milano (201) están conectadas en unión positiva con las terminaciones con forma de cola de milano (202).
-
- 7.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo de accionamiento (2) forma, en el lado de cara al tubo central (3), sobre una línea de separación teórica (10) extendida sobre la circunferencia y perpendicular respecto del eje, una terminación con forma de cola de milano (202) que envuelve esta línea de separación teórica (10).
-
- 8.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo de evacuación (4) forma, en el lado de cara al tubo central (3), sobre una línea de separación teórica(10) extendida sobre la circunferencia y perpendicular respecto del eje, una terminación con forma de cola de milano (201) que envuelve esta línea de separación teórica (10).
-
- 9.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 7, caracterizado porque la terminación con forma de cola de milano (202) del tubo de accionamiento (2) se ajusta idéntica en forma a la primera terminación con forma de cola de milano (20n1) de un primer elemento tubular central (30).
-
- 10.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 8, caracterizado porque la terminación con forma de cola de milano (201) del tubo de evacuación (4) se ajusta idéntica en
forma a la segunda terminación con forma de cola de milano (20n2) de un último elemento tubular central (30). -
- 11.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 2, caracterizado porque la segunda terminación con forma de cola de milano (20n2) de un tubo central (30) se ajusta idéntica en forma a la primera terminación con forma de cola de milano (20n1) de un elemento tubular central (30) subsiguiente.
-
- 12.
- Árbol hueco flexible según una de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque existe, en cada caso, un huelgo (11) de 0,01 a 0,5 mm entre todas las terminaciones con forma de cola de milano (202) del tubo de accionamiento
(2) que engranan una en la otra, las terminaciones (20n1 , 20n2) de los elementos tubulares centrales (30) y la terminación (201) del tubo de evacuación (4). -
- 13.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 1, caracterizado porque el árbol hueco flexible (1) presenta un revestimiento plástico que cubre el tubo de accionamiento (2), los elementos tubulares centrales (30) y el tubo de evacuación (4) y conecta dichas piezas.
-
- 14.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 1, caracterizado porque en el árbol hueco flexible (1), o sea en el tubo de accionamiento (2), en el tubo central (3) y en el tubo de evacuación (4) se ajusta en unión positiva una manguera delgada de plástico que atraviesa todas dichas partes a través del diámetro interno.
-
- 15.
- Árbol hueco flexible según la reivindicación 12, caracterizado porque sobre el árbol hueco flexible (1), o sea sobre el tubo de accionamiento (2), sobre el tubo central (3) y sobre el tubo de evacuación (4), se encuentra deslizada una manguera plástica que envuelve todas dichas
partes y que se encuentra dispuesta entre las partes del árbol hueco (1) y el tubo de guía (5) y está conectada fijamente con la partes del árbol hueco (1).
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