ITTO20130943A1

ITTO20130943A1 - Modulo distale di scansione, in particolare per controllare il puntamento e lo spostamento di un apparecchio ottico di un dispositivo medico, quale uno strumento diagnostico o chirurgico.

Info

Publication number: ITTO20130943A1
Application number: IT000943A
Authority: IT
Inventors: Darwin Caldwell; Mattos Leonardo De; Emidio Olivieri
Original assignee: Fond Istituto Italiano Di Tecnologia
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-05-21
Also published as: US20160287056A1; EP3073890A1; EP3073890B1; WO2015075628A1; US10045684B2

Description

“Modulo distale di scansione, in particolare per controllare il puntamento e lo spostamento di un apparecchio ottico di un dispositivo medico, quale uno strumento diagnostico o chirurgico”

DESCRIZIONE

Settore tecnico

La presente invenzione si riferisce a un modulo distale di scansione, in particolare per controllare il puntamento e lo spostamento di un apparecchio ottico di un dispositivo medico, quale uno strumento diagnostico o chirurgico.

Sfondo tecnologico

Nel settore medico – ed in particolare nella chirurgia laser di tipo endoscopico - la disposizione e il puntamento di un fascio laser vengono condotti con l’impiego di una fibra ottica spostata dal chirurgo, con o senza assistenza robotizzata. Dunque le ablazioni o tagli ottenuti mediante laser sono generalmente realizzati “punto a punto”, il che si traduce in una ridotta uniformità e precisione nel condurre tali operazioni.

Invece i sistemi chirurgici laser che offrono risultati di migliore qualità fanno uso tipicamente di una tecnologica di scansione, vale a dire il fascio laser è spostato in modo automatico lungo una traiettoria predefinita. Mediante l’impiego di tali dispositivi, l’uniformità e l’omogeneità dei tagli ottenuti con l’uso del laser risultano qualitativamente validi, con una ridotta carbonizzazione dei tessuti ed un conseguente esiguo danno termico. Chiaramente questi aspetti sono estremamente importanti e significativi nelle applicazioni di tipo chirurgico.

Tuttavia i sistemi che adottano la suddetta tecnologia di scansione laser sono azionati dall’esterno del corpo del paziente e dunque richiedono una linea visuale diretta dall’unità di azionamento verso il sito chirurgico, rendendoli dunque di per sé inadatti alla chirurgia di tipo endoscopico, senza l’adozione di opportuni accorgimenti.

Per questa ragione nel settore, in particolare in ambito endoscopico, sono stati adottati moduli distali associabili a dispositivi medici e progettati per condurre svariate operazioni di scansione in spazi esigui ed angusti, ed applicabili sia in ambito chirurgico oppure anche soltanto con finalità di carattere diagnostico. Ad esempio tali moduli distali di scansione possono essere equipaggiati in corrispondenza della punta di uno strumento endoscopico per la rilevazione di immagini oppure per il puntamento di un fascio laser in grado di realizzare una ablazione di tessuti.

In questo modo, negli interventi chirurgici, viene eliminata la necessità di prevedere una linea di visuale diretta, in quanto un siffatto modulo distale di scansione consente di rilevare in modo ottico zone o tratti della cavità corporea nella quale effettuare l’intervento. Pertanto viene esteso l’ambito di applicabilità del laser anche in ambito endoscopico, in quanto l’uso del modulo distale di scansione permette di ottenere un’azione molto precisa e minimamente invasiva.

Qui di seguito sono citati alcuni documenti di tecnica anteriore che fanno riferimento all’utilizzo di moduli distali di scansione.

La pubblicazione brevettuale WO 2010/042611 divulga un modulo distale di scansione avente le caratteristiche citate nel preambolo della rivendicazione principale della presente invenzione. In particolare tale documento descrive sistemi, dispositivi e metodi per prevedere una disposizione sensoristica robotica inseribile ed orientabile con piattaforma di manipolazione chirurgica del tipo cosiddetto “single port”. Tale disposizione presenta un dispositivo inseribile che fornisce un feedback visivo dopo l’inserimento e che implementa una struttura che ha una ossatura primaria e quattro ossature secondarie per ciascun braccio robotico. Inoltre tale disposizione implementa un meccanismo di espansione radiale che può separare i bracci robotici. Tutti questi elementi realizzano congiuntamente un dispositivo endoscopico antropomorfo.

La pubblicazione brevettuale EP 1 695 655 divulga una punta flessibile di un sistema endoscopico che controlla il grado di flessione e che può essere usato per l’ispezione e il trattamento medico. Tale punta comprende un tubo principale connesso all’estremità e la punta comprende un tubo di canalizzazione di lavoro connesso con il tubo principale. Vi è altresì un meccanismo di flessione per supportare e flettere il tubo di canalizzazione di lavoro e sono presenti uno o più pesi fissati alla superficie esterna del meccanismo di flessione, oltre ad un tubo di involucro esterno atto a coprire la superficie esterna del meccanismo di flessione congiuntamente ai pesi. Il meccanismo di flessione include una bobina che agisce come un attuatore a memoria di forma ed è disposta in direzione longitudinale del tubo di canalizzazione di lavoro. Grazie a questa struttura, è possibile orientare il tubo attivo comandando il meccanismo di flessione in corrispondenza dell’estremità del tubo attivo e piegandolo arbitrariamente secondo l’angolo e la direzione desiderata, per migliorare l’abilità di inserimento in ubicazioni difficili.

Sintesi dell’invenzione

Uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un modulo distale di scansione in grado di risolvere gli inconvenienti della tecnica nota.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un modulo distale di scansione che presenti una struttura di tipo semplificato e che nel contempo garantisca un funzionamento facile ed affidabile.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di prevedere un modulo distale di scansione che consenta una elevata precisione, accuratezza e velocità nel posizionamento dell’apparecchio ottico (in particolare, una guida d’onda oppure un sensore di immagini) ad esso associato.

Uno scopo addizionale della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un modulo distale di scansione che sia compatibile indifferentemente con un azionamento in maniera manuale od in modo motorizzato.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un modulo distale di scansione che possa essere controllabile indifferentemente in modo manuale oppure in maniera programmabile in modo assistito da un elaboratore.

Uno scopo aggiuntivo della presente invenzione è quello di creare un modulo distale di scansione che sia intrinsecamente sicuro, ad esempio che non preveda parti elettricamente conduttrici o componenti in movimento che siano potenzialmente a rischio di entrare a contatto con il corpo del paziente.

Secondo la presente invenzione, questi ed altri scopi vengono raggiunti mediante un modulo distale di scansione avente le caratteristiche tecniche citate nella annessa rivendicazione principale.

E’ da intendersi che le annesse rivendicazioni costituiscono parte integrante degli insegnamenti tecnici qui forniti nella descrizione dettagliata che segue in merito alla presente invenzione. In particolare, nelle annesse rivendicazioni dipendenti sono definite alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione che includono caratteristiche tecniche opzionali.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento in particolare ai disegni allegati, in cui:

- le figure da 1 a 3 sono viste piane laterali di un modulo distale di scansione realizzato secondo una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione, in cui tale modulo si trova in diverse configurazioni operative;

- la figura 4 è una vista prospettica del modulo distale di scansione realizzato secondo una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione;

- la figura 5 è una vista schematica relativa al funzionamento del modulo mostrato nelle figura 4 per evidenziare le sue capacità di orientamento rispetto al corpo di un paziente;

- le figure 6, 6a, 6b sono viste in proiezione ortogonale del modulo mostrato nella figura 4, nelle quali esso si trova in una configurazione di riposo;

- le figure 7, 7a, 7b sono viste in proiezione ortogonale nelle quali il modulo illustrato nelle figure da 4 in poi si trova in una condizione di lavoro;

- le figure 8, 8a, 8b sono viste in proiezione ortogonale nelle quali il modulo illustrato nelle figure da 4 in poi si trova in una ulteriore condizione di lavoro; e - le figure 9, 9a, 9b sono viste in proiezione ortogonale il modulo illustrato nelle figure da 4 in poi si trova in una ulteriore configurazione di lavoro.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

Con riferimento in particolare alle figure da 1 a 3, è indicato nel suo complesso con 10 un modulo distale di scansione realizzato secondo una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione. In particolare il modulo 10 è destinato a controllare il puntamento e lo spostamento di un apparecchio ottico di un dispositivo medico, quale uno strumento diagnostico o chirurgico. La suddetta forma di realizzazione è di tipo semplificato, in modo tale da rendere chiaro il principio su cui si fonda la presente invenzione.

Il modulo 10 comprende una struttura allungata 12 e un apparecchio ottico 14 associato alla struttura allungata 12 ed atto ad essere affacciato ad un tratto situato all’interno di una cavità corporea di un paziente; e un apparato di azionamento 16 predisposto per controllare la posizione della struttura allungata 12 in modo tale da orientare l’apparecchio ottico 14 nella cavità corporea. La struttura allungata 12 comprende una porzione prossimale 18 ed una porzione di estremità 20 è, almeno in una sua parte, deformabile in modo tale da tendere a rimanere e ritornare elasticamente in una condizione piegata (visibile nella figura 1) in cui la porzione di estremità 20 è normalmente flessa, in particolare trasversalmente verso l’esterno, rispetto alla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12. L’apparato di azionamento 16 comprende almeno un organo spingitore 22 mobile in modo guidato rispetto alla struttura allungata 12 e predisposto per insistere contro la porzione di estremità 20 in modo tale da spostare angolarmente la porzione di estremità 20 dalla condizione piegata verso una condizione sostanzialmente raddrizzata (visibile nella figura 3), in cui la porzione di estremità 20 viene portata verso una disposizione allineata alla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12.

Grazie alle suddette caratteristiche, il modulo 10 offre una struttura meccanicamente non complessa ed in grado di funzionare in modo facile ed affidabile. In particolare, il modulo 10 è in grado di spostare ed orientare l’associato apparecchio ottico 14 all’interno della cavità corporea secondo almeno un grado di libertà nello spazio. Nel contempo, il modulo 10 è indifferentemente compatibile con un azionamento di tipo manuale dell’organo spingitore 22, vale a dire ottenuto senza l’ausilio di energia (elettrica, idraulica o pneumatica) apportata da mezzi esterni per provocarne il movimento, oppure un azionamento di tipo motorizzato, vale a dire assistito da attuatori o motori che agiscono su tale organo spingitore 22 per causarne lo spostamento.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3, la struttura allungata 12 comprende un elemento a forma di trave, in particolare a sezione quadrangolare, in cui le dimensioni longitudinali prevalgono rispetto a quelle trasversali. In particolare, come citato in precedenza, la porzione di estremità 20 si trova normalmente nella condizione piegata visibile nella figura 1.

Preferibilmente, nella condizione piegata la porzione di estremità 20 e la direzione longitudinale X-X definita dalla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12 formano un angolo α, in particolare acuto, quale un angolo maggiore di 45° (ad esempio, 50°). Per un osservatore che guardi le figure da 1 a 3, la porzione di estremità 20 diverge dalla direzione longitudinale X-X in senso antiorario.

Nelle figure illustrate a titolo esemplificativo e nella presente descrizione, la convenzione dei segni assunti dagli angoli formati rispetto alla direzione longitudinale X-X è sostanzialmente la seguente:

- l’angolo è considerato positivo se vi è uno scostamento in senso antiorario rispetto alla direzione longitudinale X-X, e

- viceversa l’angolo è considerato negativo se vi è uno scostamento in senso orario rispetto alla direzione longitudinale X-X.

Nella forma di realizzazione illustrata, come visibile nella figura 3, nella condizione sostanzialmente raddrizzata la porzione di estremità 20 è allineata con la porzione prossimale 18, definendo sostanzialmente un'unica direzione (od asse) longitudinale X-X della struttura allungata 12. Tuttavia in ulteriori varianti di realizzazione, meno preferite, è concepibile che nella suddetta condizione sostanzialmente raddrizzata la porzione di estremità 20 formi ancora un angolo ridotto (o quantomeno inferiore a quello corrispondente alla condizione piegata) con la direzione longitudinale X-X della porzione prossimale 18 della struttura allungata 12.

Preferibilmente almeno la porzione di estremità 20 della struttura allungata 12 comprende un materiale dotato di proprietà superelastiche. In particolare, il suddetto materiale è di tipo a memoria di forma, più in particolare una lega di nichel e titanio (Nitinol). Generalmente, i materiali del tipo a memoria di forma presentano un modulo elastico compreso fra 40 e 80 GPa e sono in grado di presentare una resistenza a trazione maggiore di 1070 MPa e una elongazione complessiva maggiore del 10%. Ad esempio, con tali caratteristiche una struttura allungata 12 realizzata con un tubo di Nitinol avente una sezione con diametro pari a circa 2 mm può essere piegata con una curvatura fino a 30 mm senza influenzare negativamente la sua forma e le sue altre caratteristiche meccaniche.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 4, la struttura allungata 12 è realizzata interamente (quindi sia la porzione prossimale 18, sia la porzione di estremità 20) di materiale con proprietà di memoria di forma, in particolare della suddetta lega di nichel e titanio.

In ulteriori varianti di realizzazione, è concepibile che la struttura allungata 12 non sia realizzata monoliticamente con lo stesso materiale; più specificamente può essere fatto uso di un materiale che preveda un ritorno elastico soltanto per la porzione di estremità 20 (o addirittura soltanto per la parte di essa che è in adiacenza con la porzione prossimale 18 e su cui l’organo spingitore 22 è atto ad insistere per garantire strettamente il passaggio fra la condizione piegata e la condizione sostanzialmente raddrizzata), rendendola strutturalmente distinta dalla porzione prossimale 18.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3, l’apparecchio ottico 14 comprende una guida d’onda 24, ad esempio una fibra ottica, associata alla struttura allungata 12. Preferibilmente, la guida d’onda 24 attraversa la struttura allungata 12, in particolare in posizione eccentrica, estendendosi attraverso la porzione prossimale 18 e la porzione distale, o di estremità, 20. In altri termini, la guida d’onda 24 forma un nucleo interno intorno al quale si estende la struttura allungata 12.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3, la guida d’onda 24 termina, in corrispondenza della porzione di estremità 20, con un tratto otticamente divergente 24a rispetto alla direzione longitudinale Y-Y della porzione di estremità 20.

In particolare, il tratto divergente 24a è un tratto di guida d’onda 24 che è inclinato da parte opposta (in senso orario per chi osserva i disegni) rispetto a quella in cui la porzione di estremità 20 diverge dalla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12. Nella forma di realizzazione illustrata con particolare riferimento alle figure da 1 a 3, il tratto divergente 24a diverge otticamente – e particolarmente è inclinato - di un angolo ß (in questo caso, ad esempio pari a circa -20°) rispetto alla direzione longitudinale Y-Y. Più specificamente, tale angolo ß è di segno opposto rispetto al segno che l’angolo α presenta rispetto alla direzione longitudinale X-X.

Nelle figure esemplificative e nella presente descrizione, la convenzione dei segni assunti dagli angoli formati rispetto alla direzione longitudinale Y-Y è sostanzialmente analoga a quanto indicato per gli angoli formati rispetto alla direzione longitudinale X-X, vale a dire è la seguente:

- l’angolo è considerato positivo se vi è uno scostamento in senso antiorario rispetto alla direzione longitudinale Y-Y, e

- viceversa l’angolo è considerato negativo se vi è uno scostamento in senso orario rispetto alla direzione longitudinale Y-Y.

Come sarà evidente ad un tecnico del settore, le convenzioni di segno scelte per gli angoli formati rispetto alla direzione longitudinale X-X e quelli rispetto alla direzione longitudinale Y-Y sono da considerarsi come di tipo esplicativo e meramente finalizzate a rendere ancor più chiara la descrizione del principio della presente invenzione, con riferimento in particolare alle figure 1-3. In ogni caso, rimane dunque evidente che tali convenzioni non si intendono come limitative dell’ambito di tutela richiesto con la presente invenzione.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3, la guida d’onda 24 viene utilizzata per essere attraversata da un fascio luminoso L in modo tale che il suo spostamento ed orientamento nello spazio sia controllato mediante l’azione dell’organo spingitore 22, che agisce insistendo sulla porzione di estremità 20.

In particolare, il fascio luminoso L che attraversa la guida d’onda 24 può avere una funzione di carattere diagnostico e/o chirurgico. A titolo di esempio, il fascio luminoso L che attraversa la guida d’onda 24 può essere destinato a consentire una rilevazione (quale un’immagine proveniente dalla cavità corporea e diretta all’indietro dalla porzione di estremità 20 verso la porzione prossimale 18 della struttura allungata 12) e/o destinata a coadiuvare o consentire un intervento chirurgico (quale un fascio laser con funzione di puntamento oppure con funzione di ablazione).

Preferibilmente l’organo spingitore 22 è mobile in modo guidato rispetto alla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3, l'organo spingitore 22 è scorrevole lungo le pareti dell'elemento a forma di trave definito dalla struttura allungata 12, in particolare sulla porzione prossimale 18. Preferibilmente lo scorrimento dell’organo spingitore 22 avviene lungo una direzione rettilinea, in particolare parallela alla direzione longitudinale X-X definita dalla porzione prossimale 18, ma in altre varianti possono essere previsti anche altri tipi di movimentazione dell’organo spingitore 22 rispetto alla struttura allungata 12 (ad esempio, una rotazione od oscillazione).

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3, l'organo spingitore 22 è operativamente mobile fra una posizione retratta, in cui esso non è a contatto con (oppure, più generalmente, non esercita una pressione contro) la porzione di estremità 20 che si trova nella condizione piegata, e una posizione estesa, in cui esso insiste contro la porzione di estremità 20 portandola e mantenendola nella condizione sostanzialmente raddrizzata. Nelle posizioni intermedie fra la posizione retratta e la posizione estesa, l’organo spingitore 22 sospinge e mantiene - contro il suo ritorno elastico - la porzione di estremità 20 in una posizione angolare intermedia rispetto alla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12 fra la condizione piegata e la condizione sostanzialmente raddrizzata.

Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3, l’organo spingitore 22 è atto ad insistere operativamente soltanto contro una parte della porzione di estremità 20, in particolare soltanto in un tratto adiacente alla porzione prossimale 18.

Come sopra accennato, l’organo spingitore 22 può essere realizzato per essere spostabile manualmente da un utente, ad esempio intervenendo su uno stelo 26 collegato con esso (particolarmente da parte longitudinalmente opposta rispetto alla porzione di estremità 20) ed accessibile anche in posizione remota rispetto alla porzione di estremità 20. In alternativa, l’organo spingitore 22 può essere realizzato per essere spostabile in maniera controllata da un motore o attuatore (non illustrati nei disegni), ad esempio mediante un motore elettrico i cui componenti elettricamente conduttivi sono preferibilmente situati in una posizione remota rispetto al modulo 10 e alla sua porzione di estremità 20.

Nella forma di realizzazione illustrata, l’organo spingitore 22 è realizzato a forma di barra con almeno una delle facce laterali sostanzialmente piana (o quantomeno complementare con l’associata superficie di scorrimento della struttura allungata 12). In questo modo viene ottenuto uno scorrimento più agevole nel caso in cui la struttura allungata 12, in particolar modo in corrispondenza della porzione prossimale 18, abbia a sua volta una forma di trave. Ad esempio, la sezione trasversale della barra definita dall’organo spingitore 22 può essere rettangolare o quadrata.

Sarà qui di seguito descritta una modalità di funzionamento del modulo 10 associata alla forma di realizzazione rappresentata nelle figure da 1 a 3.

Come si può notare dalle figure da 1 a 3, il modulo 10 è predisposto per avere un solo grado di libertà, vale a dire è in grado di ruotare su un piano.

Nella figura 1 è illustrato il modulo 10 quando la porzione di estremità 20 si trova nella condizione piegata e l’organo spingitore 22 è nella propria posizione retratta. Quindi la guida d’onda 24, in particolare il tratto divergente 24a di quest’ultima, risulta essere inclinata di un angolo pari alla somma angolare γ considerata fra l’angolo α e l’angolo ß (ad esempio, di circa 30°) e riferita alla direzione longitudinale X-X definita dalla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12). In questa condizione, nel caso in cui il fascio luminoso L sia in uscita dalla guida d’onda 24 rispetto alla porzione di estremità 20, esso sarà emesso con un angolo di inclinazione pari alla somma angolare γ rispetto alla direzione longitudinale X-X individuata dalla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12. Questo orientamento nello spazio del modulo 10 e dei suoi componenti corrisponde ad una configurazione normale o di riposo, in cui l’organo spingitore 22 non è attivato (manualmente e/o da mezzi motori od attuatori) per insistere contro la porzione di estremità 20 e rimane dunque nella sua posizione retratta.

Si consideri ora un azionamento parziale dell’organo spingitore 22 dalla posizione retratta verso la posizione estratta, che è illustrato nella figura 2.

In questa situazione l’organo spingitore 22 insiste su una parte della porzione di estremità 20, che si trova nella condizione piegata, ed agisce contro la forza elastica opposta dalla porzione di estremità 20 stessa, in modo tale da allontanarla angolarmente dalla suddetta condizione piegata. Dunque la porzione di estremità 20 viene a trovarsi, in questa fase, in una condizione intermedia fra la condizione piegata (figura 1) e la condizione sostanzialmente raddrizzata (figura 3). Quindi la posizione assunta dalla guida d’onda 24, in particolare dal tratto divergente 24a di quest’ultima, riduce la propria inclinazione (relativa alla direzione longitudinale X-X definita dalla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12) rispetto al valore della somma angolare γ, ad esempio arrivando al valore nullo rappresentato specificamente nella figura 2. Conseguentemente, nella condizione mostrata nella figura 2, nel caso in cui il fascio luminoso L sia in uscita dalla guida d’onda 24 rispetto alla porzione di estremità 20, esso sarà sostanzialmente parallelo alla direzione longitudinale X-X individuata dalla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12. Questo orientamento nello spazio del modulo 10 e dei suoi componenti corrisponde ad una configurazione operativa o di lavoro, in cui l’organo spingitore 22 è attivato per insistere contro la porzione di estremità 20, trovandosi e permanendo in una posizione parzialmente estesa per trattenere la porzione di estremità 20 nella condizione intermedia desiderata contro la forza elastica di ritorno.

Si consideri ora che l’azionamento parziale dell’organo spingitore 22 dalla posizione retratta verso la posizione estratta, proceda oltre la posizione intermedia mostrata nella figura 2 e verso la posizione estesa, che è mostrata nella figura 3.

Come si può notare, la porzione di estremità 20 viene a trovarsi in una condizione in cui l’orientamento assunto dalla guida d’onda 24 (in particolare dal suo tratto divergente 24a) assume valori di inclinazione negativi relativamente alla direzione longitudinale X-X definita dalla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12. In questa forma di realizzazione il valore di inclinazione assunto (rispetto alla direzione longitudinale X-X) è in grado di raggiungere il valore dell’angolo ß (vale a dire, in questa forma di realizzazione pari a sostanzialmente -20°). Di conseguenza, nella condizione sostanzialmente raddrizzata (mostrata nella figura 3) della posizione di estremità 20, nel caso in cui il fascio luminoso L sia in uscita dalla guida d’onda 24 rispetto alla porzione di estremità 20, esso risulterà inclinato (rispetto alla direzione longitudinale X-X) di un valore corrispondentemente pari all’angolo ß. Questo orientamento nello spazio del modulo 10 e dei suoi componenti corrisponde ad una ulteriore configurazione operativa o di lavoro, in cui l’organo spingitore 22 è attivato per insistere contro la porzione di estremità 20, trovandosi e permanendo in una posizione completamente estesa per trattenere la porzione di estremità 20 nella condizione sostanzialmente raddrizzata.

Pertanto grazie a questi accorgimenti, la posizione del tratto divergente 24a della guida d’onda 24 è controllabile su un piano di giacitura in modo preciso e rapido, consentendo una escursione angolare rispetto alla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12 (e dunque rispetto alla direzione longitudinale X-X) in un intervallo compreso fra:

- un valore pari alla somma angolare γ (ad esempio, 30°) e

- un valore pari all’angolo ß (ad esempio, –20°).

Questa situazione è particolarmente apprezzabile e vantaggiosa quando la guida d’onda 24, ad esempio una fibra ottica, è destinata ad essere attraversata da un fascio laser L che agisca in modalità di “scansione”, sia esso destinato al puntamento oppure destinato all’ablazione.

Con riferimento alle figure da 4 a 9b, è illustrata una ulteriore forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione.

A particolari ed elementi simili - o aventi una funzione analoga - a quelli della forma di realizzazione precedentemente illustrata, sono associati i medesimi riferimenti alfanumerici. Per ragioni di concisione, la descrizione di tali particolari ed elementi non sarà nuovamente ripetuta qui di seguito, ma si farà riferimento a quanto esposto nella descrizione della forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3.

In particolare, l’apparato di azionamento 16 comprende una coppia di organi spingitori 22, 22’, ciascuno di essi essendo predisposto per sollecitare a flessione la porzione di estremità 20 su un rispettivo piano e determinare un rispettivo grado di libertà di spostamento angolare di detta porzione di estremità su tale piano. Nella forma di realizzazione illustrata i due piani su cui è sollecitabile a flessione la porzione di estremità 20 sono fra di loro perpendicolari.

Preferibilmente, il secondo organo spingitore 22’ è realizzato in maniera tale per cui esso presenta le medesime caratteristiche del primo organo spingitore 22 descritto in connessione con la forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3. Pertanto, con riferimento al secondo organo spingitore 22’ si rimanda a quanto sopra esposto per il primo organo spingitore 22.

In questo modo, diviene possibile controllare l’orientamento nello spazio della guida d’onda 24 secondo due gradi di libertà di spostamento. Dunque, la porzione di estremità 20 risulta flessibile su due differenti piani, su cui agiscono separatamente ed indipendentemente gli organi spingitori 22, 22’. In particolare, ciascuna direzione di scorrimento degli organi spingitori 22, 22’ giace su uno dei rispettivi piani su cui la porzione di estremità 20 è in grado di flettersi.

Come visibile nelle figura 5, a ciascuna azione individuale dei singoli organi spingitori 22, 22’ corrisponde una rotazione specifica della porzione di estremità 20 rispetto alla direzione longitudinale X-X definita dalla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12. In questo modo per l’orientamento del tratto divergente 24a della guida d’onda 24 situato in uscita dalla porzione di estremità 20 viene definito un angolo di beccheggio θx(“pitch angle”) ed un angolo di imbardata θy(“yaw angle”) aventi valori desiderati in un intervallo di escursione angolare prestabilito rispetto alla direzione longitudinale X-X. Come visibile in particolare nella figura 5, quando la guida d’onda 24 è predisposta per essere attraversata da un fascio luminoso L, tali rotazioni sono in grado di posizionare questo fascio luminoso L (particolarmente un fascio laser) in qualsiasi punto del campo di azione associato al modulo 10.

In maniera preferita, analogamente all’esempio di realizzazioni mono-dimensionale della forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3, i suddetti angoli θx, θypossono variare nel modo qui di seguito definito.

In particolare, rispetto alla direzione longitudinale X-X l’angolo di beccheggio θxè selezionabile nell’intervallo compreso fra

- un valore pari alla somma angolare γxfra un angolo αx(formato fra la porzione di estremità 20 e la direzione longitudinale X-X della porzione prossimale 18 della struttura allungata 12 nella condizione piegata, considerando un piano di inclinazione in beccheggio della porzione di estremità 20) e un angolo ßx(formato fra il tratto 24a della guida d’onda 24 in uscita e la direzione longitudinale Y-Y della porzione di estremità 20, considerando un piano di inclinazione in beccheggio della porzione di estremità 20), e

- un valore pari all’angolo ßx.

In particolare, rispetto alla direzione longitudinale X-X l’angolo di imbardata θyè selezionabile nell’intervallo compreso fra

- un valore pari alla somma angolare γyfra un angolo αy(formato fra la porzione di estremità 20 e la direzione longitudinale X-X della porzione prossimale 18 della struttura allungata 12 nella condizione piegata, considerando un piano di inclinazione in imbardata della porzione di estremità 20) e un angolo ßy(formato fra il tratto 24a della guida d’onda 24 in uscita e la direzione longitudinale Y-Y della porzione di estremità 20, considerando un piano di inclinazione in imbardata della porzione di estremità 20), e

- un valore pari all’angolo ßy.

In questa forma di realizzazione, ciascuno degli angoli di beccheggio e imbardata θx, θyè selezionabile nell’intervallo 30°, -20° rispetto alla direzione longitudinale X-X, in maniera indipendente l’uno dall’altro.

Particolarmente, in una configurazione di riposo del modulo 10 (in cui entrambi gli organi spingitori 22, 22’ sono in una posizione retratta) mostrata nelle figure 4, 6, 6a, 6b, la guida d’onda 24 è disposta secondo un orientamento definito da un angolo di beccheggio θxpari a γx(ad esempio, 30°), ed un angolo di imbardata θypari a γy(ad esempio, 30°).

Invece nella condizione di lavoro opposta del modulo 10 (in cui entrambi gli organi spingitori 22, 22’ sono in una posizione completamente estesa) mostrata nelle figure 9, 9a, 9b), la guida d’onda 24 è disposta secondo un orientamento definito da un angolo di beccheggio θxpari a ßx(ad esempio, -20°), ed un angolo di imbardata θypari a ßy(ad esempio, -20°).

Nelle figure 7, 7a, 7b, il modulo 10 è mostrato in una configurazione di lavoro in cui soltanto il primo organo spingitore 22 è portato nella posizione completamente estesa, mentre il secondo organo spingitore 22’ rimane nella sua posizione retratta. Questa configurazione di lavoro corrisponde ad un orientamento del tratto in uscita della guida d’onda 24 definito dall’angolo di beccheggio θx= ßx(ad esempio, -20°) mentre l’angolo di imbardata θy= γy(ad esempio, 30°).

Viceversa, nelle figure 8, 8a, 8b, il modulo 10 è mostrato in una configurazione di lavoro in cui soltanto il secondo organo spingitore 22’ è portato nella posizione completamente estesa, mentre il primo organo spingitore 22 rimane nella sua posizione retratta. Questa configurazione di lavoro corrisponde invece ad un orientamento del tratto in uscita della guida d’onda 24 definito dall’angolo di beccheggio θx= γx(ad esempio, 30°) mentre l’angolo di imbardata θy= ßy(ad esempio, -20°).

Con riferimento nuovamente in particolare alla figura 5, alla luce di quanto sopra, si può notare che se gli spostamenti degli organi spingitori 22, 22’ sono azionati da motori od attuatori (non illustrati nei disegni) a loro volta controllati da una unità di controllo (altresì non mostrata), è possibile definire un percorso ed una velocità prestabiliti di spostamento fra due punti P0e P1situati sul corpo B del paziente verso cui è orientabile la guida d’onda 24. In questo modo, particolarmente nel caso di utilizzo di un fascio laser L atto a svolgere una ablazione selettiva soltanto su una regione particolare del corpo B del paziente, è possibile ottenere una estrema precisione ed efficacia nell’attività chirurgica. In effetti, secondo questo approccio, un utente può inizialmente fornire all’unità di controllo informazioni indicative della zona effettivamente da sottoporre ad ablazione. Dopodiché l’unità di controllo può elaborare parametri indicativi del percorso e della velocità di spostamento (ed eventualmente l’intensità) del fascio luminoso L, comandando in funzione di tali parametri lo spostamento degli organi spingitori 22, 22’ (e eventualmente l’attivazione di una sorgente laser associata alla guida d’onda 24). Di conseguenza gli organi spingitori 22, 22’ orientano il fascio luminoso L uscente dalla guida d’onda 24 in modo tale da colpire soltanto la zona desiderata da sottoporre ad ablazione, evitando anche che la parte del corpo B su cui si interviene sia assoggettata ad una esposizione eccessiva a detto fascio luminoso L.

In questa forma di realizzazione, la porzione di estremità 20 presenta una regione o apice 20a rastremato rispetto alla porzione prossimale 18 della struttura allungata 12.

Vantaggiosamente ma non necessariamente, gli organi spingitori 22, 22’ sono atti ad insistere operativamente contro la porzione di estremità 20 in una regione o base 20b di quest’ultima. Particolarmente, la regione o base 20b è adiacente alla porzione prossimale 18 e situata a monte della regione o apice 20a rastremato che è realizzata sulla medesima porzione di estremità 20.

Naturalmente, fermo restando il principio dell’invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

In particolare, come sopra accennato e come può comprendere un tecnico del settore alla luce della descrizione, il modulo distale di scansione è idoneo all’utilizzo sia in applicazioni diagnostiche, sia in applicazioni di carattere chirurgico. Entrambe le applicazioni sono particolarmente vantaggiose nel settore endoscopico o laparoscopico, tuttavia ciò non deve essere inteso come limitativo dell’ambito della presente invenzione a tali settori.

Nelle forme di realizzazione descritte ed illustrate si è definito che la guida d’onda, in particolare la fibra ottica, presenta un tratto divergente in uscita dalla porzione di estremità. Tuttavia in ulteriori varianti realizzative la guida d’onda può anche terminare nella porzione di estremità senza la presenza del tratto divergente. In alternativa il tratto divergente può anche essere eventualmente realizzato da una lente divergente situata sulla punta della porzione di estremità della struttura allungata e su cui confluisce la guida d’onda in uscita; in questo modo tale lente divergente è in grado di ottenere un effetto ottico analogo a quello ottenuto con il tratto divergente citato per le forme di realizzazione illustrate nei disegni.

Oltre a quanto precedentemente descritto ed illustrato, l’apparecchio ottico può comprendere un sensore di immagine associato alla porzione di estremità, in particolare laddove sia previsto un utilizzo del modulo nell’ambito della diagnostica per immagini di tipo endoscopico. Ad esempio, può essere previsto un sensore ottico o di immagini. Secondo una variante, il sensore ottico può essere collegato a monte della guida d’onda (e dunque situato in posizione remota rispetto alla porzione di estremità della struttura allungata) in grado di percepire l’immagine veicolata attraverso la guida d’onda. In alternativa a tale variante, il sensore ottico può essere associato all’apice della porzione di estremità della struttura allungata e dunque sostituire la guida d’onda; in questo caso il sensore può essere preferibilmente di tipo CCD.

Ulteriormente, qualora il modulo sia concepito per funzionare in un contesto senza che vi sia un contatto fra la punta della porzione di estremità e il materiale/tessuto bersaglio da sottoporre a trattamento, viene opzionalmente previsto l’uso di una lente di tipo GRIN (vale a dire del cosiddetto tipo Gradient Refractive INdex). In questo caso, la lente di tipo GRIN viene installata sull’apice della porzione di estremità della struttura allungata (a valle della guida d’onda) ed è dunque in grado di mettere a fuoco il fascio luminoso, particolarmente il fascio laser. A seconda della lente usata, la messa a fuoco avviene ad una distanza specifica dall’apice della porzione di estremità. Dunque questo accorgimento consente la realizzazione ed il convogliamento di un fascio luminoso in maniera più concentrata e puntiforme possibile sul bersaglio, migliorandone la precisione.

Come accennato in precedenza, in ulteriori varianti di realizzazione, è anche possibile prevedere che soltanto la porzione di estremità (od una parte di essa) sia realizzata con un materiale idoneo a garantire un ritorno elastico adeguato nella condizione piegata, prevedendo l’uso di un materiale differente per la porzione prossimale.

Le caratteristiche tecniche che differenziano fra loro le diverse varianti e forme di realizzazione descritte ed illustrate sono liberamente scambiabili fra loro, laddove compatibili. Ad esempio, la rastremazione presente nella forma di realizzazione illustrata con riferimento alle figure da 4 a 9c può anche essere adottata nella forma di realizzazione illustrata nelle figure da 1 a 3.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Modulo distale di scansione (10), in particolare per controllare il puntamento e lo spostamento di un apparecchio ottico di un dispositivo medico, quale uno strumento diagnostico o chirurgico; detto modulo (10) comprendendo: - una struttura allungata (12); e - un apparecchio ottico (14) associato a detta struttura allungata (12) ed atto ad essere affacciato ad un tratto situato all’interno di una cavità corporea di un paziente; - un apparato di azionamento (16) predisposto per controllare la posizione di detta struttura allungata (12) in modo tale da orientare detto apparecchio ottico (14) in detta cavità corporea; detto modulo essendo caratterizzato dal fatto che: - detta struttura allungata (12) presenta una porzione prossimale (18) ed una porzione di estremità (20) che è, almeno in una sua parte, deformabile in modo tale da tendere a rimanere e ritornare elasticamente in una condizione piegata in cui detta porzione di estremità (20) è normalmente flessa rispetto a detta porzione prossimale (18); e - detto apparato di azionamento (16) comprende almeno un organo spingitore mobile (22; 22’) in modo guidato rispetto a detta struttura allungata (12) e predisposto per insistere contro detta porzione di estremità (20) in modo tale da spostare angolarmente detta porzione di estremità (20) da detta condizione piegata verso una condizione sostanzialmente raddrizzata, in cui detta porzione di estremità (20) viene portata verso una disposizione allineata a detta porzione prossimale (18).
2. Modulo secondo la rivendicazione 1, in cui detto apparato di azionamento comprende una coppia di detti organi spingitori, ciascuno di essi essendo predisposto per sollecitare a flessione detta porzione di estremità su un rispettivo piano e determinare un rispettivo grado di libertà di spostamento angolare di detta porzione di estremità su detto piano.
3. Modulo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui nella condizione piegata detta porzione di estremità (20) e la direzione longitudinale (X-X) definita da detta porzione prossimale (18) formano un angolo α, in particolare un angolo acuto.
4. Modulo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno detta porzione di estremità (20) di detta struttura allungata (12) comprende un materiale dotato di proprietà superelastiche.
5. Modulo secondo la rivendicazione 4, in cui detto materiale è di tipo a memoria di forma, in particolare una lega di nichel e titanio.
6. Modulo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un organo spingitore (22; 22’) è spostabile manualmente da un utente.
7. Modulo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un organo spingitore (22; 22’) è spostabile in maniera controllata da un motore o attuatore.
8. Modulo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto apparecchio ottico (14) comprende una guida d’onda (24) associata a detta struttura allungata (12).
9. Modulo secondo la rivendicazione 8, in cui la guida d’onda (24) termina, in corrispondenza di detta porzione di estremità (20), con un tratto otticamente divergente (24a) rispetto alla direzione longitudinale (Y-Y) di detta porzione di estremità (20); preferibilmente detto tratto otticamente divergente (24a) essendo inclinato in senso opposto a quello in cui detta porzione di estremità (20) è inclinata, rispetto alla direzione longitudinale (X-X) definita da detta porzione prossimale (18), quando detta porzione di estremità (20) si trova nella condizione piegata.
10. Modulo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto apparecchio ottico (14) comprende un sensore di immagini.