ITBO20120479A1 - Dispositivo retrattore sensorizzato per tessuti in interventi chirurgici - Google Patents

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ITBO20120479A1
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Rossella Grosso
Paolo Guerra
Giuseppe Sala
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Description

DISPOSITIVO RETRATTORE SENSORIZZATO PER TESSUTI IN INTERVENTI CHIRURGICI
DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE
La presente invenzione si inquadra nel settore degli strumenti per interventi chirurgici ed in particolare si riferisce ad un dispositivo retrattore sensorizzato per tessuti in interventi chirurgici.
Durante gli interventi chirurgici il chirurgo e i suoi assistenti spesso devono poter accedere a porzioni di tessuti interni e difficilmente raggiungibili direttamente e per far ciò devono crearsi uno o più varchi tra i tessuti circostanti spostandoli. Nel caso degli interventi di neurochirurgia per accedere alle porzioni più interne della corteccia cerebrale il neurochirurgo deve spostare delle circonvoluzioni encefaliche per creare detto varco.
Nel caso degli interventi neurochirurgici l'operazione di spostamento delle circonvoluzioni avviene per mezzo di dispositivi retrattori che generalmente sono costituiti da una o più mezzi a spatola tenuti in posizione mediante mezzi di supporto.
L'operazione di retrazione delle circonvoluzioni à ̈ molto delicata in quanto un'eccessiva pressione sui tessuti cerebrali può limitare parzialmente o totalmente la corretta perfusione sanguigna nei tessuti interessati con possibili gravi conseguenze sul paziente, specialmente se tale operazione avviene senza interruzioni e per un tempo prolungato.
Al fine di limitare i possibili danni ai tessuti, il chirurgo può intervenire sia sul tempo di retrazione dei tessuti sia sulla pressione che esercita sugli stessi con il dispositivo retrattore. Se la verifica del tempo di retrazione può risultare abbastanza semplice da eseguire ciò non vale per la valutazione della pressione esercitata dal dispositivo retrattore.
Sono noti dei dispositivi retrattori dotati di un mezzo a spatola, che agisce sui tessuti, vincolato ad un mezzo di supporto che lo mantiene in posizione e che à ̈ dotato alla sua base di un mezzo sensore.
Detto mezzo sensore solitamente rileva il carico agente sulla base del mezzo di supporto e da quest'ultimo valore si cerca di stimare la pressione agente sui tessuti.
Lo svantaggio principale dei dispositivi noti concerne l'impossibilità di valutare con precisione la pressione locale esercitata dal dispositivo stesso direttamente sui tessuti interessati.
Un ulteriore svantaggio concerne l'impossibilità di valutare contemporaneamente oltre alla pressione anche altri dati fisiologici importanti quali la percentuale di ossigeno nei tessuti e l'attività elettrica degli stessi, utilizzando sempre il medesimo dispositivo.
Lo scopo principale della presente invenzione à ̈ quello di proporre un dispositivo retrattore sensorizzato che permetta di valutare con precisione la pressione locale esercitata sui tessuti.
Ulteriore scopo à ̈ quello di proporre un dispositivo capace di rilevare ulteriori dati fisiologici, oltre alla pressione esercitata, utili al chirurgo per evitare di arrecare eventuali danni ai tessuti e/o agli organi durante l'operazione chirurgica.
Altro scopo à ̈ quello di proporre un dispositivo che sia compatibile e interscambiabile con gli attuali dispositivi retrattori noti e che fornisca in maniera immediatamente visibile al chirurgo informazioni riguardanti eventuali situazioni di pericolo.
Le caratteristiche dell'invenzione sono nel seguito evidenziate con particolare riferimento agli uniti disegni nei quali:
- la figura 1 illustra una vista frontale del dispositivo;
- la figura 2 illustra una vista posteriore del dispositivo;
- la figura 3 illustra una vista frontale del dispositivo in cui sono state asportate delle parti per meglio evidenziarne altre;
- la figura 4 illustra una vista ingrandita frontale di un particolare del dispositivo;
- la figura 5 illustra una vista schematica e non in scala del dispositivo in una condizione operati-a;
- la figura 6 illustra una vista prospettica del dispositivo vincolato ad un mezzo di supporto.
Con riferimento alle figure da 1 a 6, con 1 viene indicato un dispositivo retrattore sensorizzato per tessuti in interventi neurochirurgici.
Nella preferita forma di realizzazione il dispositivo 1 comprende un mezzo a base 3 piatto, di forma allungata rettangolare, all’occorrenza deformabile permanentemente, di spessore limitato e con dimensioni comparabili con i dispositivi retrattori solitamente utilizzati negli interventi neurochirurgici.
Ad un’estremità di detto mezzo a base 3 à ̈ vincolato un mezzo a puntale 2 avente due superfici tra loro pressoché complanari e raccordate da un bordo arrotondato.
Una delle due superfici pressoché complanari costituisce la superficie di appoggio del dispositivo sul tessuto interessato dall’operazione di retrazione.
Il mezzo a puntale 2 ospita un mezzo sensore di pressione 30 ed un mezzo sensore di temperatura 35 entrambi realizzati mediante una fibra ottica 31 recante una prima porzione 32 sensibile alle deformazioni ed una seconda porzione 36 sensibile alla temperatura.
Il mezzo sensore di pressione 30 comprende una fibra ottica dotata di una prima porzione sensibile 32 che à ̈ inglobata all'interno di un elemento deformabile, iper-elastico ed incomprimibile 33, realizzato con un materiale elastomerico ed alloggiato in una prima cavità del mezzo a puntale 2.
La prima cavità si estende tra le due superfici complanari e forma una sorta di foro passante tra le stesse in modo tale da risultare perpendicolare alla superficie di appoggio.
Il mezzo sensore di temperatura 35 à ̈ costituito da una seconda porzione sensibile 36 alloggiata liberamente in una seconda cavità del mezzo a puntale 2 interna allo stesso.
Per poter misurare correttamente la temperatura e le sue variazioni à ̈ fondamentale che la seconda porzione sensibile 36 non sia soggetta ad alcuna sollecitazione di tipo meccanico. Per tale motivo la secondo porzione sensibile 36 à ̈ ad esempio liberamente alloggiata all’interno di un tubo capillare.
Le porzioni sensibili prima 31 e seconda 36 hanno caratteristiche geometriche o proprietà ottiche leggermente differenti per poter identificarle correttamente. Il dispositivo 1 à ̈ collegato ad almeno un mezzo di elaborazione 11 attraverso mezzi di collegamento ottici 10.
Il mezzo di elaborazione 11 comprende una sorgente luminosa ad ampia banda e diversi elementi ottici per poter guidare ed iniettare un fascio luminoso nella fibra ottica 31 diretto verso le porzioni sensibili prima 32 e seconda 36.. Il mezzo di elaborazione 11 comprende inoltre dei mezzi foto rilevatori per rilevare le caratteristiche dello spettro luminoso modificato da parte delle porzioni sensibili 32 e 36 e trasformarlo in un segnale digitale visualizzabile su mezzi visori, costituiti da monitor 12 di tipo tradizionale e/o a visori personali indossabili, i cosiddetti “head up display†, e/o mezzi visori collegabili ai microscopi operatori utilizzati dal chirurgo o dai sui assistenti.
Il mezzo di elaborazione 11 comprende anche una pluralità di istruzioni che permettono di selezionare delle soglie di attenzione e/o di pericolo associate alle grandezze misurate, cui corrispondono rispettivi segnali di allarme visivi e/o sonori.
Il dispositivo 1 comprendere un elemento di afferraggio 5 vincolato al mezzo a base 3 in corrispondenza dell’estremità opposta a quella cui à ̈ vincolato il mezzo a puntale 2.
L’elemento di afferraggio 5 à ̈ destinato ad accoppiarsi ad un mezzo di supporto 15 dotato di un mezzo di vincolo 17 fissabile ad esempio ad un supporto fisso del campo operatorio.
Un mezzo a braccio 16 mobile à ̈ collegato a detto mezzo di vincolo 17 ed à ̈ atto a muoversi nello spazio e mantenere una determinata posizione, scelta dal chirurgo.
Il mezzo a braccio reca alla sua estremità libera un mezzo di afferraggio 18, preferibilmente del tipo a pinza, che permette l’accoppiamento con l’elemento di afferraggio 5 del dispositivo 1.
Il dispositivo 1 à ̈ infine ricoperto con un rivestimento protettivo 5 di tipo stagno e sterilizzabile. Detto rivestimento protettivo 5 à ̈ costituito da una pellicola sottile applicata alle superfici esterne del dispositivo e la sua finitura superficiale può essere scelta, quando viene applicato al dispositivo 1, in funzione del desiderato grado di aderenza ai tessuti.
Il dispositivo 1 à ̈ di tipo monouso ed à ̈ certificato per poter essere utilizzato in sala operatoria a contatto con i tessuti del paziente.
Inoltre il dispositivo 1 rispetta i requisiti di non interferenza con le altre apparecchiature e gli altri dispositivi elettrici e/o elettronici eventualmente presenti nella sala operatoria.
In una prima variante del dispositivo 1 le porzioni sensibili prima 32 e seconda 36 sono costituite dai cosiddetti reticoli di Bragg (Fiber Bragg Grating o FBG) inscritti o foto incisi nella fibra stessa. Detti reticoli di Bragg sono costituiti da variazioni locali dell’indice di rifrazione del nucleo della fibra ottica stessa e solitamente dette variazioni sono di tipo periodico, ma possono anche essere linearmente variabili rispetto alla lunghezza della porzione sensibile o possono avere qualsiasi altro andamento geometrico opportunamente scelto dalla persona esperta del ramo.
Una seconda variante del dispositivo 1 comprende inoltre un mezzo sensore ossimetrico 40 alloggiato nel mezzo a puntale 2 e costituito da una seconda fibra ottica 41 che termina in almeno un mezzo prismatico 42 trasparente.
Il mezzo a puntale 2 Ã ̈ realizzato con un materiale trasparente per permettere la diffusione del fascio luminoso diffratto dal mezzo prismatico 42 nel tessuto interessato dalla condizione di retrazione.
Una terza variante del dispositivo 1 comprende inoltre un mezzo sensore di attività elettrica del cervello 45 costituito da un mezzo a pellicola 46 conduttrice di corrente applicata alla superficie di appoggio del mezzo a puntale 2.
Il funzionamento della preferita forma di realizzazione del dispositivo retrattore sensorizzato 1 prevede che il chirurgo od un suo assistente posizioni la superficie di appoggio del dispositivo in corrispondenza della porzione di tessuto che deve essere spostata e applichi su quest’ultima un’idonea pressione per ottenere lo spostamento desiderato.
Eventualmente il chirurgo può anche deformare il dispositivo piegandolo per poterlo meglio adattare alla particolare conformazione dei tessuti trovata durante l’operazione.
Una volta raggiunto il grado di spostamento desiderato il chirurgo vincola il dispositivo 1 al mezzo di supporto 15 applicando il mezzo di afferraggio 18 di quest’ultimo all’elemento di presa 5 del dispositivo 1 per mantenere quest’ultimo nella posizione desiderata.
Quando la superficie di appoggio del dispositivo 1 esercita una pressione sul tessuto interessato l’elemento elastico 33 viene sollecitato in una direzione normale alla superficie di appoggio deformandolo.
La prima porzione sensibile 31 solidale con l’elemento elastico 33 varia la sua lunghezza a seguito di tale deformazione fuori dal piano dell’elemento elastico 33 e modifica la lunghezza d’onda del fascio luminoso che lo attraversa. Mediante un’opportuna curva di calibrazione à ̈ possibile creare una correlazione biunivoca tra la variazione di lunghezza della prima porzione sensibile 31 e la pressione esercitata dal dispositivo 1.
Anche la seconda porzione sensibile 36 modifica la lunghezza d’onda del fascio luminoso che lo attraversa e mediante un’opportuna curva di calibrazione à ̈ possibile creare una correlazione biunivoca tra la temperatura della seconda porzione sensibile 36 e la temperatura del tessuto assoggettato al dispositivo 1.
Risulta fondamentale effettuare la misura della temperatura mediante un reticolo non soggetto ad alcuna deformazione meccanica in modo da effettuare una rilevazione di questa sola grandezza.
Detta misura della temperatura permette di depurare la misura della pressione ottenuta mediante la prima porzione sensibile 32, che invece à ̈ soggetta sia a deformazioni meccaniche che a variazioni di temperatura e quindi non può fornire in modo diretto la lettura della grandezza desiderata.
Il chirurgo o il suo assistente può leggere le informazioni rilevate mediante i mezzi sensori di pressione 30 di temperatura 35 e opportunamente rielaborate su mezzi visori idonei.
Detti mezzi visori sono costituiti da monitor 12 del tipo tradizionale frequentemente utilizzato in sala operatoria.
In alternativa i monitor tradizionali possono essere supportati o anche sostituiti da visori personali indossabili da parte del chirurgo e/o dai suoi assistenti. Detti visori personali indossabili sono solitamente indicati anche con il termine “head up display†.
Per semplificare il lavoro del chirurgo à ̈ anche possibile impostare delle soglie di allarme e di attenzione delle grandezze misurate in modo tale da avvertirlo immediatamente mediante allarmi sonori e/o visivi di eventuali condizioni di pericolo per il paziente.
Sempre al fine di semplificare il lavoro del chirurgo à ̈ possibile inviare al suo visore personale indossabile solo le informazioni sullo stato dei tessuti in forma sintetica e semplificata, ad esempio mediante un semplice sistema a luci colorate od a icone semplificate, mentre un suo assistente può leggere su un monitor 12 tutti i parametri rilevati mediante il dispositivo 1.
Ulteriore alternativa ai monitor tradizionali à ̈ offerta da mezzi visori collegabili ai microscopi operatori solitamente utilizzati dai chirurghi, in modo tale che questi ultimi possano essere costantemente informati dei parametri monitorati senza dover distogliere l’attenzione dal campo operatorio.
La persona esperta del ramo può facilmente combinare tra loro diversi mezzi visori, ognuno dei quali può visualizzare tutte o solo una parte delle informazioni a seconda della persona che interagisce con quest’ultimo.
Il funzionamento della prima variante del dispositivo 1 à ̈ analogo al funzionamento della preferita forma di realizzazione e prevede l’utilizzo dei reticoli di Bragg.
Il reticolo di Bragg à ̈ un sensore intrinseco a modulazione spettrale capace di misurare diverse grandezze fisiche tra cui deformazione e temperatura che interagiscono direttamente con le modalità di trasmissione e riflessione della fibra ottica stessa modificando alcune caratteristiche dello spettro luminoso iniettato nella fibra ottica stessa. Acquisendo lo spettro luminoso modificato dal reticolo di Bragg e individuando alcune sue caratteristiche ottiche quali la variazione della lunghezza d’onda di picco e la larghezza dello spettro à ̈ possibile risalire alla misura della grandezza fisica desiderata mediante un’opportuna correlazione biunivoca ottenuta tramite un’opportuna calibrazione preliminare.
Il funzionamento della seconda variante del dispositivo 1 prevede inoltre che il tessuto assoggettato al dispositivo 1 sia illuminato da un fascio luminoso portato dalla seconda fibra ottica 41 e diffratto dal mezzo prismatico 42. Attraverso detto mezzo prismatico 42 à ̈ quindi possibile rilevare la quantità di luce assorbita dal tessuto e correlare detta quantità alla percentuale di ossigeno presente nel tessuto, in quanto l’ossigeno modifica le proprietà di assorbimento della luce di un tessuto.
Mediante un’opportuna curva di calibrazione à ̈ quindi possibile correlare bi univocamente l’assorbimento del fascio luminoso con la percentuale di ossigeno presente nel tessuto.
Il funzionamento della terza variante del dispositivo 1 prevede anche che il mezzo sensore di attività elettrica 45 rilevi le differenze di potenziale elettrico in punti differenti del tessuto in corrispondenza della superficie di appoggio del dispositivo 1.
Il vantaggio principale della presente invenzione à ̈ quello di fornire un dispositivo retrattore sensorizzato che permetta di valutare con precisione la pressione locale esercitata sui tessuti.
Ulteriore vantaggio à ̈ quello di fornire un dispositivo capace di rilevare ulteriori dati fisiologici, oltre alla pressione esercitata, utili al chirurgo per evitare di arrecare eventuali danni ai tessuti e/o agli organi durante l'operazione chirurgica.
Altro vantaggio à ̈ quello di fornire un dispositivo che sia compatibile e interscambiabile con gli attuali dispositivi retrattori noti e che fornisca in maniera immediatamente visibile al chirurgo informazioni riguardanti eventuali situazioni di pericolo.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo retrattore sensorizzato per tessuti in interventi chirurgici comprendente almeno un mezzo a base (3) allungato ad una cui estremità à ̈ vincolato un mezzo a puntale (2) che ospita un mezzo sensore di pressione (30) e un mezzo sensore di temperatura (35), essendo detto dispositivo (1) caratterizzato dal fatto che il mezzo sensore di pressione (30) ed il mezzo di temperatura (35) sono realizzati con almeno una fibra ottica (31) recante almeno una porzione sensibile a deformazioni e temperatura.
  2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che l’almeno una porzione sensibile (32, 36) à ̈ ottenuta mediante una variazione locale delle caratteristiche ottiche della fibra ottica.
  3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detta variazione locale delle caratteristiche ottiche à ̈ costituita da una variazione predefinita dell'indice di rifrazione del nucleo della fibra ottica che corrisponde ad almeno un reticolo di Bragg.
  4. 4) Dispositivo secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che il mezzo sensore di pressione (30) comprende una prima porzione sensibile (32) inglobata all'interno di un elemento elastico (33), quest’ultimo à ̈ alloggiato in una prima cavità del mezzo a puntale (3) e si deforma quando il dispositivo (1) esercita una pressione su un tessuto.
  5. 5) Dispositivo secondo la rivendicazione 4 caratterizzato dal fatto che l'elemento elastico (33) Ã ̈ realizzato con un materiale elastomerico.
  6. 6) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 3 alla 5 caratterizzato dal fatto che il mezzo sensore di temperatura (35) à ̈ costituito da una seconda porzione sensibile (36) liberamente alloggiata in una seconda cavità del mezzo a puntale (2) e non soggetta a deformazioni meccaniche.
  7. 7) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un sensore ossimetrico (40) alloggiato nel mezzo a puntale (2) e realizzato mediante un’ulteriore fibra ottica (41) che termina in almeno un mezzo prismatico (42) trasparente.
  8. 8) Dispositivo secondo la rivendicazione 7 caratterizzato dal fatto che tutto il mezzo a puntale (2) Ã ̈ realizzato con un materiale trasparente.
  9. 9) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un sensore di attività elettrica (45) realizzato mediante un mezzo a pellicola (46) conduttrice di corrente applicata ad una superficie esterna del mezzo a puntale (2).
  10. 10) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che à ̈ connesso mediante almeno un mezzo di collegamento ottico (9) ad un mezzo di elaborazione (11) che comprende almeno una sorgente luminosa ed almeno un mezzo foto-rilevatore ed à ̈ atto a trasformare i segnali ottici, provenienti dai mezzi sensori di pressione (30) e di temperatura (35), in segnali digitali visualizzabili su almeno un mezzo visore.
  11. 11) Dispositivo secondo la rivendicazione 10 caratterizzato dal fatto che l’almeno un mezzo visore à ̈ costituito da un monitor (12) o da un visore personale indossabile, del tipo head up display, o un microscopio operatorio.
  12. 12) Dispositivo secondo la rivendicazione 10 o la rivendicazione 11 caratterizzato dal fatto che il mezzo di elaborazione (11) comprende almeno unità logiche e di memorizzazione destinate a confrontare i valori delle grandezze rilevate dai sensori (30, 35, 40, 45) con dei valori di riferimento predefiniti e ad azionare corrispondenti segnali di attenzione e/o di allarme al superamento dei valori di riferimento predefiniti.
  13. 13) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere un elemento di presa (5), posizionato ad una seconda estremità del mezzo a base (3), destinato ad accoppiarsi ad un mezzo di supporto (15) dotato di un mezzo di vincolo (17) al quale à ̈ collegato un mezzo a braccio (16), capace sia di muoversi nello spazio che di mantenere una posizione scelta dal chirurgo o da un suo assistente, e recante alla sua estremità libera un mezzo di afferraggio (18).
  14. 14) Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il dispositivo comprende un rivestimento protettivo (5) esterno di tipo stagno e sterilizzabile e che il dispositivo à ̈ di tipo monouso.
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