REFLECTORES MULTIFOCALES COMPUESTOS
PARA CONCENTRAR ONDAS DE CHOQUE
Campo de la Invención
La presente invención se refiere a reflectores multifocales compuestos hechos por segmentos cuya forma es la de sectores y/o anillos de elipsoides de revolución que pueden ser truncados a la misma o a diferentes alturas con las mismas o diferentes distancias entre focos, o bien, con las mismas o diferentes longitudes de los semiejes de cada uno de los segmentos que conforman a dichos reflectores, pudiéndose dar el caso de que con la unión de más de tres segmentos para formar al reflector, algunos segmentos sean iguales, o bien, que con la unión de más de dos segmentos, algunos provengan del mismo elipsoide de revolución. Obviamente, si el reflector está formado únicamente por segmentos anulares o anillos, el reflector multifocal compuesto resultante será simétrico con respecto al eje de simetría de los segmentos que lo componen. Dichos reflectores multifocales compuestos, sectoriales o anulares, sirven por ejemplo, para concentrar ondas de choque producidas por dispositivos que actualmente emplean reflectores con forma de elipsoides de revolución para concentrarlas, lo que posibilita, entre otras aplicaciones, la desintegración más eficiente de ciertos objetos frágiles, como por ejemplo los
cálculos renales, es decir, al usar los reflectores multifocales compuestos en los equipos clínicos de litotripsia extracorporal existentes, se podrían fracturar con un menor número de ondas de choque. Antecedentes de la Invención
En el año de 1980, en Munich, Alemania, se practicó la primera litotripsia extracorporal (también denominada litotricia extracorpórea) por ondas de choque, esto es, desintegración de cálculos renales con un método no invasivo. Actualmente existen varias compañías que ofrecen litotriptores (también denominados litotriptores) extracorporales, nombre que se da a los aparatos que pulverizan cálculos renales o biliares con ondas de choque. La idea fundamental es generar ondas de choque fuera del cuerpo humano, hacerlas pasar por él con un mínimo de pérdidas de energía y concentrarlas sobre el cálculo, creando con ello, una serie de esfuerzos que originan la ruptura del cálculo en varios fragmentos pequeños, que posteriormente puedan ser eliminados por el paciente. Hoy en día, hay en el mundo más de un millar de litotriptores extracorporales para desintegrar cálculos renales, biliares e incluso salivales. Existen litotriptores extracorporales que generan ondas de choque por diferentes métodos, como el electrohidráulico, el electroconductivo, el electromagnético, el piezoeléctrico y el de microexplosivos.
En los dispositivos electrohidráulicos y en los electroconductivos, por ejemplo, se generan descargas eléctricas de alto voltaje (decenas de miles de voltios)
entre dos electrodos sumergidos en agua u otro líquido adecuado, lo cual forma un pequeño canal de agua evaporada o de algún otro líquido también evaporado (plasma) que se expande súbitamente, comprimiendo el medio circundante en forma semejante a lo que ocurre en la explosión de una bomba. Esto genera una onda de compresión que después de propagarse unos cuantos centímetros en el agua se transforma en una onda de choque, que es una discontinuidad de presión que se propaga como onda esférica por el medio. Los litotriptores microexplosivos usan pequeñas cargas explosivas para producir el mismo efecto.
En los litotriptores electrohidráulicos, electroconductivos y microexplosivos, una componente importante es el reflector con geometría de elipsoide de revolución truncado. Este reflector puede estar hecho de latón o de algún otro material con propiedades mecánicas similares. Su función es concentrar en el segundo foco (F2) las ondas de choque generadas en el primer foco (Fl) del elipsoide de revolución, o sea en el foco más cercano al reflector, lo cual genera una región de máxima energía en la vecindad del segundo foco (F2) o sea en el foco más lejano a la superficie interna del reflector.
El segundo foco, en el que no se generan las ondas, deberá coincidir con el objeto que se desee desintegrar, como por ejemplo un cálculo renal. En los equipos clínicos de litotripsia extracorporal, la coincidencia del objeto con el segundo foco del elipsoide se logra por medio de un sistema de fluoroscopía y/o por medio de un equipo de ultrasonido.
A la fecha todos los litotriptores electrohidráulicos, los electroconductivos y los de microexplosivos usan reflectores en forma de elipsoides de revolución truncados en uno de sus extremos. La simetría de revolución de estos reflectores es con respecto al eje mayor del elipsoide.
Las patentes encontradas en la literatura se refieren a tecnologías de litotriptores con reflectores convencionales. Por mencionar algunas de ellas citamos las siguientes patentes:
Patente alemana número: 2,351,247. Patente estadounidense número: 4,610,249. Patente estadounidense número: 4,962,753. Patente estadounidense número: 5,195,508. Patente estadounidense número: 5,233,980.
En los reflectores convencionales con forma de elipsdoide de revolución, las ondas de choque generadas en el primer foco (Fl) , se concentran necesariamente en fase, temporal y espacial, en el segundo foco (F2) . Esto, como se verá, es una limitante.
Es por lo tanto objeto de la presente invención proporcionar un nuevo arreglo, llamado reflector multifocal compuesto, con la característica de que está formado por segmentos de elipsoides de revolución, con las mismas o diferentes longitudes de los semiejes y con las mismas o diferentes distancias focales de cada uno de los segmentos de elipsoides de revolución.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un arreglo novedoso en el que al generarse ondas de choque en el reflector multifocal compuesto, estas ondas se desfasan tanto en el espacio como en el tiempo, generando con ésto, torcas y esfuerzos en cualquier objeto colocado en el sitio indicado (F2, F2 ' , F2 '', ...) , con lo que se obtiene una mayor eficiencia para desintegrarlos. Descripción de los Dibujos
La Figura 1 es una vista que muestra dos sectores con forma de elipsoides de revolución diferentes, en la cual, uno de los sectores tiene semiejes más grandes que el otro, pero con la misma distancia focal, es decir, la distancia focal Fl a F2 de un sector es la misma distancia focal que Fl ' a F2 ' del otro sector. La Figura 2 es una vista en donde se muestra un reflector multifocal compuesto sectorial formado por los dos sectores que se muestran en la figura 1. En él se observa que los sectores están unidos y además están truncados a la misma altura y que la distancia focal Fl a F2 de uno de ellos coincide con la distancia focal Fl ' a F2 ' del otro. Los dos sectores se unieron de manera que sus focos Fl y Fl ' coincidieran. En la parte superior de este reflector multifocal compuesto sectorial se forman dos bordes en la unión entre los dos sectores. La Figura 3 es la vista del corte AA' de la figura
2, en la que se observa que en la parte de abajo del reflector multifocal compuesto sectorial, en la unión de los
dos sectores, se forma un escalón debido a que los vértices de los elipsoides no coinciden.
La Figura 4 es una vista en donde el reflector multifocal compuesto sectorial está formado por dos sectores similares a los que se muestran en la figura 1, pero truncados a diferentes alturas. En ella se observa que la distancia focal Fl a F2 de uno de ellos coincide con la distancia focal Fl ' a F2 ' del otro. Los dos sectores se unieron de manera que sus focos Fl y Fl ' coincidieran. En la parte de abajo del reflector (como en las figuras 2 y 3) , en la unión de los dos sectores de elipsoides de revolución, se forma un escalón debido a que los vértices de los elipsoides no coinciden y en la parte superior del mismo, donde se unen, se forman dos bordes, pero a diferencia de la figura 2, se observa un escalón debido a que los sectores están truncados a diferente altura.
La Figura 5 es una vista en donde se presentan dos sectores de elipsoides de revolución con semiejes diferentes y distancias focales diferentes, es decir, uno de los sectores tiene la distancia focal Fl a F2 diferente a la distancia focal Fl ' a F2 ' del otro sector.
La Figura 6 es una vista en donde se muestra el reflector multifocal compuesto sectorial formado por los dos sectores que aparecen en la figura 5. En ella se observa que los dos sectores se unieron de manera que sus focos Fl y Fl ' coincidieran.
La Figura 7 es una vista que corresponde al corte BB' del reflector multifocal compuesto sectorial mostrado en
la figura 6. En él se observa cómo los rayos que salen del foco Fl (o Fl') llegan a la vecindad de los focos F2 y F2 ' . Debido a esta geometría novedosa, la reflexión de dichos rayos se da de tal forma que la energía de las ondas se reparte. Los rayos muestran que la energía se concentra principalmente en los puntos F2 y F2 ' , lo que ilustra que la onda llega desfasada en el tiempo y en el espacio a la región F2 y F2 ' , en la cual se puede colocar el objeto que se desea fracturar. La Figura 8 es una vista en donde se observa un reflector multifocal compuesto sectorial formado por tres sectores de elipsoides de revolución con distancias focales diferentes para cada uno de ellos, es decir, la distancia focal Fl a F2 no coincide con las distancias focales Fl ' a F2 ' y Fl ' ' a F2 ' ' . En la parte inferior del reflector, donde se unen los sectores, de manera similar a las figuras 6 y 7, se forman dos escalones debido a que los tres vértices de los tres elipsoides de revolución no coinciden y en la parte superior, en donde se unen los sectores, se forman tres bordes respecto al sector con semiejes mayores. Los tres sectores se unieron de manera que sus focos Fl, Fl ' y Fl ' ' coincidieran.
La Figura 9 es una vista que muestra dos anillos con geometría de elipsoides de revolución diferentes, en la cual, uno de los anillos tiene semiejes más grandes que el otro, pero con la misma distancia focal, es decir, la distancia focal Fl a F2 de un anillo es la misma distancia focal que Fl' a F2 ' del otro anillo.
La Figura 10 es una vista que muestra un reflector multifocal compuesto anular, formado por dos anillos como los que se muestran en la figura 9. En ella se observa que los dos sectores se unieron de manera que sus focos Fl y Fl ' , así como F2 y F2 ' , coincidieran. Esto es posible siempre y cuando las distancias focales correspondientes a cada uno de los anillos sean iguales, esto es, cuando la distancia focal Fl a F2 es igual que la distancia focal Fl' a F2 ' .
La Figura 11 es una vista en donde se presentan dos anillos de elipsoides de revolución con semiejes diferentes y distancias focales diferentes, es decir, uno de los anillos tiene la distancia focal Fl a F2 diferente a la distancia focal Fl' a F2 ' del otro anillo.
La Figura 12 es una vista que muestra un reflector multifocal compuesto anular, formado por dos anillos como los que se muestran en la figura 11. En ella se observa que los dos sectores se unieron de manera que sus focos Fl y Fl ' coincidieran.
La Figura 13 es una vista que corresponde a un corte de un reflector multifocal compuesto anular, formado por tres anillos del elipsoides de revolución con distancias focales diferentes para cada uno de ellos, es decir, la distancia focal de Fl a F2 no coincide con las distancias focales de Fl' a F2 ' y de Fl ' ' a F2 ' ' . En la unión entre anillos se forman bordes debido a que los diámetros de los bordes no coinciden. Los tres anillos se unieron de manera que sus focos Fl, Fl' y Fl ' ' coincidieran. Para hacer más
evidente la estructura del reflector se muestra en la figura un corte por un plano que contiene al eje de simetría.
La Figura 14 corresponde a un corte similar al de la figura 7, en donde se observa una posible posición de los electrodos con respecto al reflector multifocal compuesto sectorial para la generación de la onda de choque. En este caso se muestra la posición del centro entre las puntas de los electrodos en el foco Fl o Fl ' . Como ejemplo se seleccionó el caso de un reflector multifocal compuesto sectorial; sin embargo, bien podría haberse tomado un reflector multifocal compuesto anular.
La Figura 15 corresponde a un corte similar al de la figura 7, en donde se observa una posible posición de los electrodos con respecto al reflector multifocal compuesto sectorial para la generación de la onda de choque. En este caso se muestra la posición del centro entre las puntas de los electrodos en el semieje mayor de los sectores pero fuera del foco Fl o Fl ' . Como ejemplo se seleccionó el caso de un reflector multifocal compuesto sectorial; sin embargo, bien podría haberse tomado un reflector multifocal compuesto anular.
La Figura 16 corresponde a un corte similar al de la figura 7, en donde se observa una posible posición de los electrodos con respecto al reflector multifocal compuesto sectorial para la generación de la onda de choque. En este caso se muestra la posición del centro entre las puntas de los electrodos fuera del foco Fl o Fl' y fuera del semieje mayor de los sectores. Como ejemplo se seleccionó el caso de
un reflector multifocal compuesto sectorial; sin embargo, bien podría haberse tomado un reflector multifocal compuesto anular. Descripción de la Invención
La invención se describe a continuación en forma más detallada y clara en cuanto a su estructura y función conforme a las figuras. Los tipos de reflectores inventados aquí se dividen en dos grupos: reflectores multifocales compuestos sectoriales y reflectores multifocales compuestos anulares.
Los reflectores multifocales compuestos sectoriales están formados por sectores de elipsoides de revolución, unidos entre sí y truncados a la misma o a diferentes alturas. En consecuencia, los reflectores multifocales compuestos sectoriales no son simétricos respecto al eje de revolución de los diferentes elipsoides que los forman. Este arreglo novedoso de unir sectores de elipsoides de revolución con diferentes semiejes y/o diferentes distancias focales para formar estos reflectores sectoriales, hace que las ondas de choque generadas por una fuente, se reflejen debido a las características del nuevo arreglo geométrico desfasándose tanto en el tiempo como en el espacio (figura 7) . Esto genera torcas y esfuerzos en cualquier objeto que se sitúe en la región que contiene a los focos F2, F2 ' , F2' ' , ... ,de cada sector, mejorando la eficiencia en cuanto a la desintegración del objeto (figura 7,5) . Así por ejemplo, la figura 1 muestra dos sectores de elipsoides de revolución con semiejes diferentes. En este caso particular la distancia entre los
focos de cada elipsoide es la misma, es decir, la distancia de Fl a F2 del primer sector es igual a la distancia de Fl' a F2 ' del segundo sector. Si estos dos sectores se unen de manera que los focos Fl y Fl ' coincidan, independientemente de las ecuaciones de las elipses que se utilicen, se obtiene un reflector multifocal compuesto sectorial (figura 2) . Debido a que uno de los sectores tiene semiejes más grandes que el otro, se forman dos bordes en la unión entre ambos sectores (figura 2,2) en la parte superior y un escalón en el fondo del reflector como se ilustra en las figuras 2,3 y 3,3. Las dimensiones de estos bordes así como la del escalón, pueden variar desde milímetros hasta decímetros y dependerán de los elipsoides de revolución seleccionados, derivados del diseño del reflector multifocal compuesto sectorial del que se trate. Por supuesto, también es posible la construcción de un reflector multifocal sectorial formado por más de dos sectores, con la misma distancia focal pero con diferentes longitudes de los semiejes.
En la figura 4, se muestra el mismo reflector multifocal compuesto sectorial que el de la figura 2, pero a manera de ilustración, se presentan en este caso particular, los sectores truncados a diferentes alturas, por lo que aparece en la parte superior un escalón (figura 4,2) que sobresale respecto del otro sector. En la figura 5 se muestran esquemáticamente dos sectores de otro de los posibles reflectores multifocales compuestos sectoriales que pueden formarse, variando el tamaño de los semiejes y la distancia focal de los elipsoides
de revolución y el modo de unir a los sectores de los elipsoides de revolución que lo forman. Para este caso, los focos F2 y F2 ' de los dos sectores no coinciden, ya que las distancias focales de ambos sectores son diferentes. El reflector multifocal compuesto sectorial que resulta de la unión de las secciones mostradas en la figura 5, se puede ver en la figura 6. Tomando en cuenta que los focos Fl y Fl ' coinciden, independientemente de las ecuaciones de las elipses usadas en los sectores y debido a que las distancias entre los focos de cada uno de los sectores no son iguales, los focos F2 y F2 ' de ambos sectores quedan separados. En la unión entre ambos sectores (figura 6,1) nuevamente se crean dos bordes respecto al otro sector. La onda reflejada en este tipo de reflector sectorial está formada por una parte que converge hacia la vecindad del foco F2 de uno de los sectores y otra que converge hacia la vecindad del foco F2 ' del otro sector del reflector (figura 7,4) . Como se mencionó, este arreglo novedoso hace que las ondas reflejadas estén desfasadas tanto en el tiempo como en el espacio, generando torcas y esfuerzos en un objeto generalmente frágil situado en la región que contenga a los focos F2 y F2' (figura 7,5), causando un efecto diferente al que produciría un reflector convencional.
Es claro que pueden usarse más de dos sectores elipsoidales, con distancias focales diferentes, para formar un reflector multifocal compuesto sectorial, obteniéndose entonces más de dos focos F2. En la figura 8 se muestra esquemáticamente el caso de tres sectores, los cuales se unen
de manera que los focos Fl, Fl' y Fl' ' coincidan, independientemente de las ecuaciones de las elipses que se utilizan para los sectores. La elección del número de sectores y de la geometría de los elipsoides de revolución, dependerá de la aplicación para la cual se diseñe el reflector multifocal compuesto sectorial. Para alguna aplicación particular también puede pensarse en un reflector multifocal compuesto sectorial formado por más de tres sectores de los cuales algunos poseen la misma distancia focal y otros no. Análogamente pueden diseñarse reflectores multifocales compuestos sectoriales formados por dos o más sectores elipsoidales con distancias focales iguales o diferentes entre sí y en el que los focos Fl, Fl ' , Fl' ' , ... de los sectores que lo forman, no coincidan. Los reflectores multifocales compuestos anulares están formados por anillos de elipsoides de revolución diferentes o iguales, unidos entre sí. Cada anillo es un segmento que se obtiene al cortar un elipsoide de revolución por planos perpendiculares al eje de simetría. En consecuencia estos reflectores anulares son simétricos respecto al eje de revolución de los diferentes elipsoides que los forman. Debe tomarse en cuenta que el segmento inferior de un reflector multifocal compuesto anular es, de hecho, un elipsoide de revolución truncado y no propiamente un anillo, aunque este término se use en general para todos los segmentos que forman un reflector de este tipo.
Al igual que en el caso de los reflectores sectoriales mencionados anteriormente, estos reflectores
multifocales compuestos anulares hacen que las ondas de choque generadas por una fuente, se reflejen debido a las características del arreglo geométrico desfasándose tanto en el tiempo como en el espacio, generando con ésto torcas y esfuerzos en algún objeto situado en la región que contiene a los focos F2, F2', F2' ' , ..., causando una desintegración más rápida del objeto, por ejemplo, de un cálculo renal. Así por ejemplo, la figura 9 muestra dos anillos de elipsoides de revolución con semiejes diferentes. En este caso particular la distancia entre los focos de cada elipsoide es la misma, es decir, la distancia focal de Fl a F2 del elipsoide del que forma parte el primer anillo es igual a la distancia focal de Fl ' a F2 ' correspondiente al segundo anillo. Si estos dos anillos se unen de manera que Fl y Fl ' coincidan, independientemente de las ecuaciones de las elipses que se utilicen, se obtiene el reflector multifocal compuesto mostrado en la figura 10. Debido a que uno de los dos anillos tiene semiejes más grandes que el otro, es posible que se formen bordes en la unión de ambos anillos (figura 10,6) . Las dimensiones de estos bordes pueden variar desde milímetros hasta decímetros y dependerán de los elipsoides de revolución seleccionados para los diferentes anillos. Por supuesto, también es posible la construcción de un reflector multifocal compuesto anular formado por más de dos anillos, con la misma distancia focal pero con diferentes longitudes de los semiejes.
En la figura 11, se muestran esquemáticamente dos anillos de otro de los posibles reflectores multifocales
anulares que pueden formarse, variando el tamaño de los semiejes y la distancia focal de los elipsoides de revolución y el modo de unir los anillos de los elipsoides de revolución que lo forman. Para este caso, los focos F2 y F2 ' de los anillos no coinciden, ya que las distancias focales de los elipsoides correspondientes a cada uno de los anillos son diferentes.
El reflector multifocal compuesto anular que resulta de la unión de los anillos mostrados en la figura 11, se puede ver en la figura 12. Tomando en cuenta que los focos Fl y Fl ' coinciden, independientemente de las ecuaciones de las elipses usadas en los anillos y debido a que las distancias entre los focos de cada uno de los anillos no son iguales, los focos F2 y F2 ' de los anillos quedan separados cierta distancia. En la unión entre ambos anillos, nuevamente se crean bordes (figura 12,6) . La onda reflejada en este tipo de reflector multifocal compuesto anular está formada por una parte que converge hacia la vecindad del foco F2 de uno de los anillos y otra que converge hacia la vecindad del foco F2 ' del otro anillo del reflector. Como ya se mencionó, este arreglo novedoso hace que las ondas reflejadas estén desfasadas tanto en el tiempo como en el espacio, generando torcas y esfuerzos en cualquier objeto situado en la región que contenga a los focos F2 y F2 ' , causando un efecto diferente al que produciría un reflector convencional.
Es claro que pueden usarse más de dos anillos elipsoidales para formar un reflector de este tipo, pudiendo obtenerse más de dos focos F2. En la figura 13 se muestra
esquemáticamente un corte a través de un reflector multifocal compuesto anular formado por tres anillos, los cuales se unen de manera que los focos Fl, Fl ' y Fl ' ' coincidan, independientemente de las ecuaciones de las elipses que se utilizan para los anillos. La elección del número de anillos y de la geometría específica de los elipsoides de revolución a partir de los cuales se forman estos anillos, dependerá de la aplicación para la cual se diseñe el reflector multifocal compuesto. Para alguna aplicación particular también puede pensarse en un reflector multifocal compuesto anular formado por más de dos anillos de los cuales algunos poseen la misma distancia focal y otros no. Análogamente pueden diseñarse reflectores multifocales compuestos anulares formados por dos o más anillos elipsoidales con distancias focales iguales o diferentes entre sí y en el que los focos Fl, Fl ' , Fl' ' , ..., de los anillos que lo forman, no coincidan.
En las figuras 14 a la 16, se ilustra la manera de cómo pueden colocarse los electrodos en el interior de los reflectores multifocales compuestos para la generación de las ondas de choque. Como ejemplo se seleccionó el caso de un reflector multifocal compuesto sectorial; sin embargo, bien podría haberse tomado un reflector multifocal compuesto anular. Así, en la figura 14 se pueden ver los electrodos colocados de manera que su centro coincide con los focos Fl y Fl ' del reflector multifocal compuesto sectorial, en la figura 15 se puede observar la colocación del centro de los electrodos fuera de los focos Fl y Fl ' pero sobre la línea que une a los focos Fl con los focos F2 y en la figura 16 se
muestra la posición del centro de los electrodos en cualquier región en el interior del reflector sin la coincidencia con los focos Fl y Fl' y fuera de la línea que une los focos Fl con los focos F2. Finalmente, puede diseñarse también un reflector multifocal compuesto, en el cual algunos segmentos son sectores y otros son anillos de elipsoides de revolución con distancias focales diferentes o iguales y semiejes diferentes o iguales . Nuevamente la geometría de cada segmento así como el tipo y el número de segmentos dependerá de la aplicación específica.
En el caso de la litotripsia extracorporal por ondas de choque, los reflectores multifocales compuestos, ya sean sectoriales o anulares, objeto de esta patente, pueden ser montados dentro de los litotriptores extracorporales en vez de y de manera similar a la de los reflectores convencionales con forma de elipsoide de revolución. La ventaja de estos nuevos reflectores multifocales compuestos consiste en que es posible pulverizar los objetos, ya sea con un número menor de ondas de choque o con una energía inicial menor que en el caso convencional, obteniéndose el mismo resultado.