ES2263254T3 - Generador ultrasonico con circuito de control de vigilancia. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo quirúrgico ultrasónico que comprende: un conjunto (82) de transductor adaptado para vibrar con una frecuencia ultrasónica como respuesta a la energía eléctrica, circuitería (130) que genera una señal de salida que tiene una frecuencia deseada para activar el conjunto de transductor en una condición resonante, proporcionando la circuitería una señal de restauración de la condición resonante al conjunto de transductor como respuesta a la detección de una condición no resonante del conjunto de transductor; una barra de transmisión (86) que tiene un primer extremo y un segundo extremo, estando adaptada la barra de transmisión para recibir la vibración ultrasónica del conjunto de transductor y transmitir las vibraciones ultrasónicas desde el primer extremo al segundo extremo de la barra de transmisión; y un efector final (88) que tiene un primer extremo y un segundo extremo, estando adaptado el efector final para recibir las vibraciones ultrasónicas de la barra de transmisión y transmitir las vibraciones desde el primer extremo al segundo extremo del efector final, estando acoplado el primer extremo del efector final al segundo extremo de la barra de transmisión, la circuitería (130) comprende, además: un oscilador (134) controlado por voltaje, de lazo cerrado, de frecuencia variable, con un puerto de entrada y un puerto de salida, en el que la señal de salida está generada en el puerto de entrada como respuesta a una señal eléctrica aplicada en el puerto de entrada; circuitería (132, 162) detectora, para detectar la pérdida de resonancia; y que se caracteriza por un circuito (160) de control que incluye una unidad de control (166) con un puerto de entrada acoplado a la circuitería (132, 162) detectora, siendo la unidad (166) de control para proporcionar una señal de control de anulación al oscilador (134) controlado por voltaje; en el que la señal de control de anulación es una señal de restauración de condición resonante incluyendo una frecuencia resonante almacenada más recientemente, proporcionando el oscilador (134) controlado por voltaje al conjunto (82) de transductor la señal deseada de activación.

Description

Generador ultrasónico con circuito de control de vigilancia.

Campo de la invención

La presente invención está relacionada con un dispositivo para generar señales ultrasónicas para su utilización en la energización de un conjunto de transductor con una frecuencia resonante. Más en particular, la invención está relacionada con un generador ultrasónico que incorpora un bucle de control de frecuencia de fijación de fase, y que además incorpora circuitería de supervisión para detectar automáticamente una condición no resonante y restablecer la resonancia.

Antecedentes de la invención

Son conocidos sistemas quirúrgicos ultrasónicos que se pueden utilizar con el propósito de realizar funciones quirúrgicas, tales como corte o coagulación. Tales sistemas normalmente incorporan un generador que produce señales eléctricas que excitan a un conjunto de transductor montado en un conjunto de pieza de mano.

El conjunto de transductor normalmente está acoplado a un componente de transmisión, tal como un efector final, para realizar una función deseada. El componente de transmisión acoplado al conjunto de transductor puede ser de distintas longitudes.

Puesto que el componente de transmisión se encuentra sometido a diferentes condiciones ambientales, las características de temperatura pueden variar, con el resultado de que un generador dado puede funcionar en condiciones de operación inferiores a las óptimas. Además, cuando se incrementa la longitud del componente de transmisión acoplado al transductor, se pueden producir nodos oscilatorios indeseables adicionales junto con el componente de la transmisión.

Continua habiendo una necesidad de generadores que funcionen cuando los componentes de transmisión se encuentren expuestos a características sustancialmente invariantes de temperatura en el tiempo y que también controlen el movimiento oscilatorio indeseable.

En el documento US-A-4.275.363 se muestra un dispositivo quirúrgico ultrasónico del tipo establecido en el preámbulo de la reivindicación 1 que se acompaña.

En el documento US-A-4.979.952 se muestra un dispositivo quirúrgico ultrasónico que tiene un detector para detectar la impedancia de un circuito oscilante en un vibrador ultrasónico en el momento de resonancia del circuito.

Sumario de la invención

Los dispositivos de acuerdo con la presente invención incrementan la eficiencia de los sistemas quirúrgicos ultrasónicos. Los dispositivos pueden activar componentes de transmisión ultrasónicos más largos y pueden activar componentes de transmisión que tienen distintas frecuencias fundamentales.

De acuerdo con la invención, se proporciona un dispositivo quirúrgico ultrasónico como se establece en la reivindicación 1 que se adjunta.

Aspectos preferentes adicionales se establecen en la reivindicación dependientes 2 - 8 que se acompañan.

Un dispositivo de acuerdo con la presente invención incluye un generador que incorpora un oscilador controlado por voltaje en combinación con un bucle de realimentación que controla la frecuencia de salida del oscilador en un modo de operación normal, junto con un circuito de control de supervisión. En una realización, el circuito de control de supervisión está adaptado para detectar un modo de operación indeseado y, como respuesta al mismo, aplicar una señal de control excluyente y de supervisión al oscilador con el propósito de restaurar una condición de fase predeterminada. Cuando el modo de operación normal ha sido restaurado, el circuito de control de supervisión se desconecta o se aísla de la circuitería restante, con lo cual permite que el bucle de realimentación vuelva a recobrar el control de la salida del oscilador.

Por ejemplo, cuando se pretende que el generador active un transductor ultrasónico a una frecuencia de resonancia, un modo de operación normal se correspondería al funcionamiento en una condición resonante. E este caso, una condición indeseable estaría indicada por una pérdida de resonancia.

En un aspecto de la presente invención, la circuitería de control de supervisión incluye un circuito sensor para detectar un parámetro eléctrico de la señal de realimentación, tal como, por ejemplo, la fase. El circuito sensor, a su vez, se encuentra acoplado a la circuitería de control. La circuitería de control incorpora una salida de permiso y una salida de magnitud.

Como respuesta a la detección de una pérdida de una condición de fase predeterminada en el oscilador, la unidad de control proporciona una señal de permiso. Esta señal, a su vez, acopla la salida de magnitud al oscilador controlado por voltaje. La salida de magnitud proporcionada por la circuitería de control de supervisión, a su vez, se sobrepone a las señales de realimentación del bucle de realimentación con valor o valores de control de supervisión.

El valor de control superimpuesto se puede utilizar para restablecer la resonancia. En una realización, la circuitería de control de supervisión puede establecer la magnitud del valor de control de salida a una que se corresponda con una señal de realimentación de la condición de frecuencia resonante más frecuente. La magnitud del valor de control entonces se puede variar para restablecer la resonancia.

Una vez se haya restablecido la resonancia, la circuitería de control se aísla automáticamente del bucle de control de realimentación, el cual, entonces, mantiene la frecuencia de salida del oscilador en el valor de resonancia.

La presente invención hace posible proporcionar señales eléctricas y activar transductores y sistemas mecánicos asociados sin bloquearse en modos de vibración no fundamentales indeseables. Además, el tiempo de adquisición para establecer la resonancia se puede reducir empezando desde las magnitudes de control de salida que se corresponden a una frecuencia de resonancia conocida, con lo cual se reduce el rango de frecuencias que se debe atravesar antes de que se puedan volver a establecer una condición resonante.

En otro aspecto, la circuitería de control puede incorporar un convertidor digital a analógico que proporciona señales de control analógicas. El convertidor digital a analógico se puede utilizar como una forma de un generador de frecuencia programable con el propósito de identificar sistemas acústicos con perfiles de resonancia únicos. Además, esta circuitería se puede utilizar como un generador de barrido para valorar la eficiencia del sistema acústico. Finalmente, la circuitería de control, incluyendo la circuitería del convertidor digital a analógico, se puede utilizar para proporcionar una forma de freno electrónico al sistema acústico asociado interrumpiendo la resonancia cuando sea necesario para reducir o parar inmediatamente el movimiento del transductor.

Numerosas otras ventajas y características de la presente invención serán fácilmente evidentes de la descripción detallada que sigue de la invención y de las realizaciones de la misma, a partir de las reivindicaciones y de los dibujos que se acompañan.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista fragmentaria y en sección transversal parcial de una realización de un sistema ultrasónico;

la figura 2 es un diagrama de bloques de un generador que se puede utilizar con el sistema de la figura 1;

la figura 3 es un diagrama de bloques de un generador que incorpora circuitería de control de supervisión;

la figura 3A es un diagrama esquemático de varios componentes del generador de la figura 3;

Las figuras 4A y 4B son diagramas esquemáticos de varios componentes del generador de la figura 3; y

la figura 5 es un diagrama de flujo de un procedimiento de control implantable por el generador de la figura 3.

Descripción detallada de las realizaciones preferentes

Aunque la presente invención es susceptible de realizaciones de muchas distintas formas, se muestran en los dibujos y se describirán en la presente memoria realizaciones específicas detalladas de la misma con el entendimiento de que la presente exposición se debe considerar como una ejemplarización de los principios de la invención, y no se pretende limitar la invención a las realizaciones específicas que se ilustran.

La figura 1 ilustra un sistema quirúrgico 10. El sistema quirúrgico 10 generalmente incluye un generador 30, un conjunto 50 de pieza de mano, y un conjunto 80 acústico o de transmisión. El generador 30 envía una señal eléctrica por medio de un cable 32 con una amplitud, frecuencia y fase seleccionadas determinadas por un sistema de control del generador 30. Como se describirá adicionalmente, la señal hace que uno o más elementos piezoeléctricos del conjunto acústico 80 se expanda y contraiga, con lo cual convierte la energía eléctrica en movimiento mecánico. El movimiento mecánico produce ondas de energía ultrasónica longitudinales que se propagan a través del conjunto acústico 80 en una onda acústica estacionaria para hacer vibrar el conjunto acústico 80 con una frecuencia y amplitud seleccionadas.

Un efector final 88 en el extremo distal del conjunto acústico 80 se coloca en contacto con el tejido del paciente para transferir la energía ultrasónica al tejido. Las células del tejido en contacto con el efector final 88 del conjunto acústico 80 se moverán con el efector final 88 y vibrarán.

Cuando el efector final 88 se acopla al tejido, se genera energía térmica o calor como resultado de la fricción celular interna en el interior del tejido. El calor es suficiente para romper los enlaces de hidrógeno de las proteínas, haciendo que la proteína altamente estructurada (es decir, colágeno y proteína muscular) se desnaturalice, (es decir, se haga menos organizada). Cuando las proteínas se desnaturalizan, se forma un coágulo pegajoso para sellar o coagular pequeños vasos sanguíneos cuando el coágulo se encuentra por debajo de 100ºC. La coagulación profunda de vasos sanguíneos mayores se produce cuando se prolonga el efecto.

La transferencia de la energía ultrasónica al tejido produce otros efectos, incluyendo el desgarro mecánico, corte, disolución de células por cavitación, y emulsiones. La cantidad de corte, así como el grado de coagulación obtenida, varía con la amplitud vibracional del efector final 88, la cantidad de presión aplicada por el usuario, y la agudeza del efector final 88. El efector final 88 del conjunto acústico 80 en el sistema quirúrgico 10 tiende a enfocar la energía de vibración del sistema 10 sobre el tejido en contacto con el efector final 88, intensificando y localizando el suministro de energía térmica y mecánica.

Como se ilustra en la figura 1, el generador 30 incluye un sistema de control entero con el generador 30, un conmutador 34 de energía, y un mecanismo de disparo 36. El conmutador 34 de energía controla la energía eléctrica del generador 30, y cuando se activa por el mecanismo de disparo 36, el generador 30 proporciona energía para activar el conjunto acústico 80 del sistema quirúrgico 10 a una frecuencia predeterminada y activar el efector final 88 a un nivel de amplitud de vibración predeterminado. El generador 30 puede activar o excitar el conjunto acústico 80 a cualquier frecuencia resonante adecuada del conjunto acústico 80.

Cuando se activa el generador 30 por medio del mecanismo de disparo 36, se aplica energía eléctrica continuamente por medio de un generador 30 a un conjunto 82 de transductor del conjunto acústico 80. Un bucle de fijación de fase en el sistema de control del generador 30 monitoriza la realimentación del conjunto acústico 80. El bucle de fijación de fase ajusta la frecuencia de la energía eléctrica enviada por el generador 30 para que se corresponda a una frecuencia armónica preseleccionada del conjunto acústico 80. Además, un segundo bucle de realimentación en el sistema de control mantiene la corriente eléctrica suministrada al conjunto acústico 80 en un nivel constante preseleccionado con el fin de alcanzar una amplitud de vibración sustancialmente constante en el efector final 88 del conjunto acústico 80.

La señal eléctrica suministrada al conjunto acústico 80 hará que el extremo distal vibre longitudinalmente en el rango de, por ejemplo, aproximadamente 20 kHz a 100 kHz y preferiblemente, en el rango de aproximadamente 54 kHz a 56 kHz, y de la manera más preferible, a aproximadamente 55,5 kHz. La amplitud de las vibraciones acústicas en el efector final 88 puede ser controlada, por ejemplo, controlando la amplitud de la señal eléctrica aplicada al conjunto 82 de transductor del conjunto acústico 80 por el generador 30.

Como se ha indicado más arriba, el mecanismo de disparo 36 del generador 30 permite que un usuario active el generador 30, de manera que se pueda suministrar continuamente la energía eléctrica al conjunto acústico 80. En una realización, el mecanismo de disparo 36 preferiblemente comprende un conmutador activado por pie que está acoplado o unido de manera desmontable al generador 30 por un cable o cuerda. En otra realización, se puede incorporar un conmutador manual en el conjunto 50 de pieza de mano para permitir que el generador 30 sea activado por un usuario.

El generador 30 también tiene una línea de energía 38 para que se inserte en una unidad electro quirúrgica o en un enchufe eléctrico convencional. Se contempla que el generador 30 también pueda ser activado por una fuente de corriente continua (CC), tal como una batería.

Haciendo todavía referencia a la figura 1, el conjunto 50 de pieza de mano incluye un alojamiento o envoltura exterior 52 de múltiples piezas, adaptado para aislar al operador de las vibraciones del conjunto acústico 80. El alojamiento 52 preferiblemente es de forma cilíndrica y está adaptado para ser sujetado por un usuario de una manera convencional, pero puede ser de cualquier forma y tamaño adecuados que permita que sea agarrado por el usuario. Aunque se ilustra un alojamiento 52 de piezas múltiples, el alojamiento 52 puede comprender un componente único o unitario.

El alojamiento 52 del conjunto 50 de pieza de mano preferiblemente está construido de un plástico duradero tal como Ultem® También se contempla que el alojamiento 52 pueda estar hecho de una variedad de materiales, incluyendo otros plásticos (por ejemplo, poliestireno de alto impacto o polipropileno). Un conjunto 50 de pieza de mano adecuado es el modelo número HP050, disponible en Ethicon Endo-Surgery, Inc.

El conjunto 50 de pieza de mano generalmente incluye un extremo proximal 54, un extremo distal 56, y una abertura o cavidad axial centralmente dispuesta 58 que se extiende longitudinalmente desde el mismo. El extremo distal 56 del conjunto 50 de pieza de mano incluye una abertura 60 configurada para permitir que el conjunto acústico 80 del sistema quirúrgico 10 se extienda a través del mismo, y el extremo proximal 54 del conjunto 50 de pieza de mano está acoplado al generador 30 por un cable 32. El cable 32 puede incluir conductos o venteos 62 para permitir que se introduzca aire en el conjunto 50 de pieza de mano para enfriar el conjunto 82 de transductor del conjunto acústico 80.

Haciendo todavía referencia a la figura 1, el conjunto acústico 80 generalmente incluye una pila o conjunto 82 de transductor y un componente de transmisión o miembro de trabajo. El componente de transmisión puede incluir un dispositivo de montaje 84, una barra de transmisión o guía de ondas 86, y un efector final o aplicador 88. El conjunto 82 de transductor, dispositivo de montaje 84, barra de transmisión 86 y el efector final 88 están sintonizados preferiblemente acústicamente, de manera que la longitud de cada componente es un número entero de longitudes de ondas de un medio sistema (n\lambda/2), en el que la longitud de onda del sistema \lambda es la longitud de onda de una frecuencia f de vibración longitudinal operativa o preseleccionada del conjunto acústico 80. También se contempla que el conjunto acústico 80 pueda incorporar cualquier disposición adecuada de elementos acústicos. Por ejemplo, el conjunto acústico 80 puede comprender un conjunto de transductor y un efector final (es decir, el conjunto acústico 80 puede estar configurado sin un dispositivo de montaje ni una barra de transmisión).

El conjunto 82 de transductor de conjunto acústico 80 convierte la señal eléctrica del generador 30 en energía mecánica que produce un movimiento vibratorio longitudinal del efector final 88 a frecuencias ultrasónicas. Cuando el conjunto acústico 80 se energiza, se genera una onda estacionaria de movimiento vibratorio en el conjunto acústico 80. La amplitud del movimiento vibratorio en cualquier punto a lo largo del conjunto acústico 80 depende de la posición a lo largo del conjunto acústico 80 en la cual se mide el movimiento vibratorio. Un cruce mínimo o cero en la onda estacionaria de movimiento vibratorio generalmente se denomina nodo (es decir, donde le movimiento axial normalmente es el mínimo y el movimiento radial normalmente es pequeño), y un valor absoluto máximo o pico en la onda estacionaria generalmente se denomina antinodo. La distancia entre un antinodo y su nodo más cercano es un cuarto de longitud de onda (\lambda/4).

Como se muestra en la figura 1, el conjunto 82 de transductor del conjunto acústico 80, que es conocido como una "pila de Langevin" incluye, generalmente, una porción 90 de transductor, un primer resonador 92 y un segundo resonador 94. El conjunto 82 de transductor preferiblemente es un número entero de longitudes de onda de un medio sistema (n\lambda/2) de longitud. Se debe entender que la presente invención puede estar configurada alternativamente para incluir un conjunto de transductor que comprende un transductor magneto restrictivo, electromagnético o electroestático.

El extremo distal del primer resonador 92 está conectado al extremo proximal de la sección de transducción 90, y el extremo proximal del segundo resonador 94 está conectado al extremo distal de la porción 90 de transducción. Los resonadores primero y segundo 92 y 94 preferiblemente están fabricados de titanio, aluminio, acero u otro material adecuado. Los resonadores primero y segundo 92 y 94 tienen una longitud determinada por un número de variables, incluyendo el grosor de la sección de transducción 90, la densidad y modulo de elasticidad del material utilizado en los resonadores 92 y 94, y la frecuencia fundamental del conjunto 82 de transductor. El segundo resonador 94 puede estar ahusado hacia dentro desde su extremo proximal a su extremo distal, para amplificar la amplitud de la vibración ultrasónica.

La porción de transducción 90 del conjunto 82 de transductor preferiblemente comprende una sección piezoeléctrica de electrodos positivos 96 que se alternan con electrodos negativos 98, alternándose los elementos piezoeléctricos 100 entre los electrodos 96 y 98. Los elementos piezoeléctricos 100 pueden estar fabricados de cualquier material adecuado, tal como, por ejemplo, circonatetitanato de plomo, meta novato de plomo, titanato de plomo u otro material cristalino cerámico. Cada uno de los electrodos positivos 96, electrodos negativos 98 y elementos piezoeléctricos 100 puede tener un orificio que se extiende a través del centro. Los electrodos positivo y negativo 96 y 98 están acoplados eléctricamente a un cable 102 y 104, respectivamente. Los cables 102 y 104 transmiten señal eléctrica del generador 30 a los electrodos 96 y 98.

Como se ilustra en la figura 1, los elementos piezoeléctricos 100 se mantienen en compresión entre los resonadores primero y segundo 92 y 94 por un perno 106. El perno 106 preferiblemente tiene una cabeza, un vástago y un extremo distal roscado. El perno 106 se inserta desde el extremo proximal del primer resonador 92 a través de los orificios del primer resonador 92, los electrodos 96 y 98, y los elementos piezoeléctricos 100. El extremo distal roscado del perno 106 se rosca en un orificio roscado en el extremo proximal del segundo resonador 94.

Los elementos piezoeléctricos 100 se energizan como respuesta a la señal eléctrica suministrada por el generador 30, para producir una onda estacionaria acústica en el conjunto acústico 80. La señal eléctrica produce perturbaciones en los elementos piezoeléctricos 100 en forma de desplazamientos pequeños repetidos, lo que produce grandes fuerzas de compresión en el interior del material. Los pequeños desplazamientos repetidos hacen que los elementos piezoeléctricos 100 se expandan y contraigan de una manera continua a lo largo del eje del gradiente del voltaje, produciendo ondas longitudinales de alta frecuencia de energía ultrasónica. La energía ultrasónica se transmite a través del conjunto acústico 80 al efector final 88.

El dispositivo 84 de montaje del conjunto acústico 80 tiene un extremo proximal, un extremo distal, y puede tener una longitud sustancialmente igual a un número entero de longitudes de onda de un medio sistema. El extremo proximal del dispositivo de montaje 84 está preferiblemente alineado axialmente y acoplado al extremo distal del segundo resonador 94 por una conexión roscada interna cerca de un antinodo. (Con los propósitos de esta exposición, el térmico "cercano" se define como "exactamente en" o "en cercana proximidad a"). También se contempla que el dispositivo de montaje 84 pueda estar unido al segundo resonador 94 por medios adecuados, y que el segundo resonador 94 y el dispositivo de montaje 84 puedan estar formados como un componente único o unitario.

El dispositivo de montaje 84 está acoplado al alojamiento 52 del conjunto 50 de pieza de mano cerca de un nodo. El dispositivo de montaje 84 también puede incluir un anillo integral 108 dispuesto alrededor de su periferia. El anillo integral 108 está preferiblemente dispuesto en una ranura anular 110 formada en el alojamiento 52 del conjunto 50 de pieza de mano para acoplar el dispositivo de montaje 84 al alojamiento 52. Un miembro o material cumplidor 112, tal como una pareja de juntas tóricas de silicato unidas por tramas, se puede colocar entre la ranura anular 110 del alojamiento 52 y el anillo integral 108 del dispositivo de montaje 84, para reducir o impedir que la vibración ultrasónica se transmita desde el dispositivo de montaje 84 al alojamiento 52.

El dispositivo de montaje 84 se puede asegurar en una posición axial predeterminada por medio de una pluralidad de espigas 114, preferiblemente cuatro. Las espigas 114 se disponen en una dirección longitudinal separadas noventa grados una de otra alrededor de la periferia exterior del dispositivo de montaje 84. Las espigas 114 se acoplan al alojamiento 52 del conjunto 50 de pieza de mano y están dispuestas a través de ranuras en el anillo entero 108 del dispositivo de montaje 84. Las espigas 114 preferiblemente están fabricadas de acero inoxidable.

El dispositivo de montaje 84 preferiblemente está configurado para amplificar la amplitud de la vibración ultrasónica que se transmite a través del conjunto acústico 80, al extremo distal del efector final 88. En una realización preferente, el dispositivo de montaje 84 comprende una bocina ahusada, sólida. Cuando se transmite energía ultrasónica a través del dispositivo de montaje 84, se amplifica la velocidad de la onda acústica transmitida a través del dispositivo de montaje 84. Se contempla que el dispositivo de montaje 84 pueda ser de cualquier forma adecuada, tal como, por ejemplo, una bocina escalonada, una bocina cónica, una bocina exponencial, una bocina de ganancia unitaria o similar.

El extremo distal del dispositivo de montaje 84 puede estar acoplado al extremo proximal de la barra de transmisión 86 por una conexión roscada interna. Se contempla que la barra de transmisión 86 esté unida al dispositivo de montaje 84 por cualquier medio adecuado. El dispositivo de montaje 84 preferiblemente se acopla a la barra de transmisión 86 cerca de un antinodo.

La barra de transmisión 86 puede tener, por ejemplo, una longitud sustancialmente igual a un número entero de longitudes de onda de un medio sistema (n\lambda/2). La barra de transmisión 86 preferiblemente está fabricada de un eje de núcleo sólido construido de un material que propague eficientemente la energía ultrasónica, tal como una aleación de titanio (es decir, Ti -6Al -4V), o una aleación de aluminio. Se contempla que la barra de transmisión 86 se pueda fabricar de cualquier otro material adecuado. La barra de transmisión 86 también puede amplificar las vibraciones mecánicas transmitidas a través de la barra de transmisión 86 al efector final 88, como es bien conocido en la técnica.

Como se ilustra en la figura 1, la barra de transmisión 86 incluye anillos de silicona estabilizantes o soportes cumplidores 116 situados en una pluralidad de nodos. Los anillos de silicona 116 amortiguan la vibración indeseable y aíslan la energía ultrasónica de un miembro tubular de una vaina retirable 120, asegurando el flujo de energía ultrasónica en una dirección longitudinal al extremo distal del efector final 88 con la máxima eficiencia.

Como se muestra en la figura 1, la vaina retirable 120 está acoplada al extremo distal 56 del conjunto de pieza de mano 50. La vaina 120 generalmente incluye un adaptador o cono de nariz 122 y un miembro tubular alargado 124. El miembro tubular 124 está unido al adaptador 122 y tiene una abertura que se extiende longitudinalmente a través del mismo. La vaina 120 puede ser roscada o encajada en el extremo distal del alojamiento 52. La barra de transmisión 86 del conjunto acústico 80 se extiende a través de la abertura del miembro tubular 124 y los anillos de silicona 116 aíslan la barra de transmisión 86 del miembro tubular 124. El adaptador 122 de la vaina 120 preferiblemente está construido de Ultem®, y el miembro tubular 124 está fabricado de acero inoxidable. Alternativamente, la barra de transmisión 86 puede tener material polimérico que rodea la barra de transmisión 86 para aislarla del contacto exterior.

El extremo distal de la barra de transmisión 86 puede estar acoplado al extremo proximal del efector final 88 por una conexión roscada interna, preferiblemente cerca de un antinodo. Se contempla que el efector final 88 pueda estar unido a la barra de transmisión 86 por cualquier medio adecuado, tal como una junta soldada o similar. Aunque el efector final 88 puede ser desmontable de la barra de transmisión 86, también se contempla que el efector final 88 y la barra de transmisión 86 puedan estar formados como una única unidad.

El efector final 88 puede tener una región distal 88b que tiene un área de sección transversal menor que una región proximal 88a del mismo, con lo cual forma una unión escalonada de amplitud vibracional. La unión escalonada actúa como un transformador de velocidad, como es conocido en la técnica, incrementando la magnitud de la vibración ultrasónica transmitida desde la región proximal 88a la región distal 88b del efector final 88.

El efector final 88 preferiblemente tiene una longitud sustancialmente igual a un múltiplo entero de longitudes de onda de un medio sistema (n\lambda/2). El efector final 88 está dispuesto en un antinodo con el fin de producir la máxima deflexión longitudinal del extremo distal. Cuando se energiza el conjunto 82 de transductor, el extremo distal del efector final 88 está configurado para moverse longitudinalmente en el rango de, por ejemplo, aproximadamente 10 a 50 micrómetros de pico a pico, y preferiblemente en el rango de aproximadamente 30 a 100 micrómetros con una frecuencia de vibración predeterminada, y más preferiblemente, de aproximadamente 90 micró-
metros.

El efector final 88 preferiblemente está hecho de un eje de núcleo sólido construido de un material que propague energía ultrasónica, tal como una aleación de titanio (por ejemplo, Ti -6l -4V) o una aleación de aluminio. Se contempla que el efector final 88 pueda estar fabricado de cualquier otro material adecuado. También se contempla que el efector final 88 pueda tener un tratamiento superficial para mejorar el suministro de energía y el efecto deseado sobre el tejido. Por ejemplo, el efector final 88 puede estar micro terminado, recubierto, chapado, grabado, chorreado, aumentado de rugosidad o rallado para mejorar la coagulación en el tejido o reducir la adherencia del tejido y la sangre al efector final. Adicionalmente, el efector final 88 puede ser aguzado o formado para mejorar sus características de transmisión de energía. Por ejemplo, el efector final 88 puede ser conformado como una hoja, conformado como un gancho o conformado como una bola.

El diagrama de bloques de la figura 2 ilustra un generador ejemplar 30 del sistema quirúrgico 10. El generador 30 incluye un procesador 30-1, tal como, por ejemplo, un microprocesador programado que puede ser, por ejemplo, un modelo de Motorola número 68HC11. El procesador 30-1 está programado para monitorizar los parámetros de energía apropiados y la frecuencia de vibración, así como para proporcionar un nivel de energía apropiado en los distintos modos de operación.

El generador del tipo ilustrado en el diagrama de bloques de la figura 2 se muestra y se describe en la patente Norteamericana número 5.026.387, titulada "Procedimiento y Aparato para el corte y hemostasis quirúrgicos ultrasónicos". La patente 5.026.387 está asignada al asignatario de la presente solicitud y se incorpora a la presente memoria descriptiva como referencia.

Los controles 30-2 operables manualmente están provistos con el propósito de permitir que un operador ajuste el nivel de potencia que se va a aplicar al conjunto de transductor al realizar la operación. Por lo tanto, el corte simultáneo y la coagulación de pequeños vasos sanguíneos de un nivel predeterminado se puede obtener cuando el efector final 88 se encuentre en contacto con el tejido.

El generador 30 incluye un conmutador 30-3 de salida de energía que, a su vez, se encuentra acoplado a una red de adaptación. En operación el conmutador 30-3 de energía, suministra energía eléctrica al conjunto 50 de pieza de mano por medio de una red de adaptación 30-4 y un transformador de aislamiento 30-4a. La realimentación del conjunto 50 de pieza de mano y el conjunto de transductor se acopla por medio del amplificador 30-5 a un detector de fases
30-6.

La salida del detector de fases 30-6 se alimenta a un puerto de entrada de un oscilador 30-7 controlado por voltaje. El oscilador 30-7 controlado por voltaje genera una señal de salida de frecuencia variable en la línea 30-8.

La señal en la línea 30-8 puede ser dividida en un divisor por un contador o red 30-9. A continuación, la señal de frecuencia variable dividida se suministra en la línea 30-10 como una entrada al conmutador de energía 30-3 que se ha discutido previamente. Un elemento de retraso 30-11 proporciona una señal retrasada al detector de fases 30-6. Una unidad 30-12 de control de potencia se acopla entre el procesador 30-1 y el conmutador 30-3 de potencia.

Una pantalla de cristal liquido 30-13 de salida también puede estar acoplada al procesador 30-1. La pantalla 30-13 pretende proporcionar información de estado al usuario o al operador.

La línea 30-15, que está acoplada a la entrada E2 del procesador 30-1, permite al procesador 30-1 monitorizar la corriente de activación ultrasónica detectada en la salida de la red 30-4. Esta línea incluye un medio de raíz cuadrada (RMS) al convertidor de CC 30-15a.

Un voltaje de salida del oscilador es detectado en la entrada E3 del procesador 30-1 mientras que una frecuencia de salida es detectada en A7 del procesador 30-1. El voltaje de salida es detectado en E1 del procesador 30-1. La salida B0 del procesador 30-1 proporcionad una señal al conmutador 30-3 de potencia.

El control de frecuencia para generar señales de salida del generador 30, que se corresponden a una frecuencia de resonancia del conjunto acústico 80 (transportado por el conjunto 50 de pieza de mano) es producido por medio del uso de un bucle de fijación de fase que incluye un detector de fases 30-6 y un oscilador 30-7. El detector de fases 30-6 compara la fase de la corriente de accionamiento de salida y las señales de voltaje con una señal de error obtenida del detector de fases utilizada para controlar el oscilador 30-7 controlado por voltaje, para producir de esta manera la frecuencia de salida deseada. Una salida en un línea 30-14 (entrada E3) del oscilador 30-7 controlado por voltaje es un voltaje que es proporcional a la frecuencia del generador. Se utiliza con el propósito de monitorización para determinar si la frecuencia se encuentra, o no, en un rango de operación adecuado. La señal de salida, de frecuencia variable real del oscilar 30-7 se acopla en una línea 30-8 al procesador 30-1 (entrada A7).

La figura 3 ilustra un diagrama de bloques de un generador 130 de acuerdo con la presente invención, para el uso con el sistema ultrasónico 10. El generador 130 incluye circuitería 132 de detección de fases que se acopla a un oscilador 134 controlado por voltaje. Los elementos 132 y 134 se pueden implantar en un único circuito integrado, tal como, por ejemplo, un circuito CD4046 que incorpora un lazo de control de frecuencia de fijación de fases.

Una salida del oscilador 134 en una línea 136 a su vez puede estar acoplada a un divisor 138 de frecuencia. El divisor 138 puede incluir una pluralidad de circuitos flip-flop configurados como un contador para producir la función de división de frecuencia.

La señal de salida dividida en un línea 140 se proporciona a un conmutador 142 de potencia y a un elemento 144 de realimentación de retardo. Entradas adicionales al conmutador 142 de potencia están provistas por un procesador o unidad 146 de control de supervisión y una unidad 149 de control de potencia. La unidad 146 de control proporciona control completo del generador 130. Las señales de salida del conmutador 142 de potencia están acopladas por una red 148 de adaptación a un transformador 152 de aislamien-
to.

La red 148 de adaptación convierte una onda cuadrada de salida del conmutador 142 de potencia en una onda sinusoidal para activar el conjunto 50 de pieza de mano. La salida de la red 148 de adaptación proporciona señales de realimentación por medio del convertidor 151 RMS a CCC, a la unidad de control 146 y por medio del comparador 150, a la circuitería 132 de detección de fases.

En un modo operacional normal, la circuitería 132 de detección de fases y el oscilador 134 controlado por voltaje funcionan con frecuencias de operación mínima y máxima establecidas. Las señales de salida del oscilador 134 en combinación con las señales de realimentación de la salida de la red de adaptación 148 establecen una condición resonante en el conjunto acústico de salida del conjunto 50 de pieza de mano.

Bajo ciertas circunstancias, el control proporcionado por la circuitería 132 de detección de fases y por el oscilador 134 controlado por voltaje puede no ser suficientes para responder a un ambiente cambiante. Por ejemplo, los cambios de voltaje y frecuencia que se producen con el calentamiento y las variaciones de las característica de los componentes ultrasónicos. Como resultado, pueden variar las frecuencias mínima y máxima.

Los sistemas ultrasónicos físicamente más largos, que pueden incluir mayor número de secciones de longitud de media onda, son susceptibles a la presencia de modos transversales de vibración y también pueden presentar modos no fundamentales de vibración. Por lo tanto, es deseable imponer controles adicionales de los valores de frecuencia permisible mínimo y máximo.

Con el fin de controlar los nodos transversales de vibración y los nodos de vibración no fundamentales del conjunto acústico, el generador 130 incluye un lazo 160 de realimentación de control. La circuitería 160 de control incluye circuitería 162 detectora que está acoplada a la circuitería 132 de detección de fases. La circuitería 162 detectora, detecta la presencia o ausencia de una condición de fijación de fase en la circuitería 132 de detección de fases y en el oscilador 134 controlado por voltaje. Un diagrama de circuito ejemplar de la circuitería 162 detectora se ilustra en la figura 3A.

La circuitería 162 detectora, en un línea 164, proporciona una indicación de la presencia o ausencia de fijación de fases a una unidad 166 de procesamiento de realimentación, tal como, por ejemplo, un procesador digital programable. Se debe entender que se puede utilizar una variedad de procesadores programables para procesar las señales en la línea 164 sin separarse del espíritu y el alcance de la presente invención. La unidad procesadora 166 también se puede incorporar en el procesador 146 (indicado por una línea 166a). Alternativamente, la unidad procesadora 166 se puede implantar como un sistema lógico conectado físicamente.

La unidad procesadora 166 tiene dos puertos de salida 168a y 168b. El puerto de salida 168a puede incluir una pluralidad de líneas de datos digitales paralelas (por ejemplo, 8 o 16 bits) que proporcionan señales de accionamiento de entrada digital a un convertidor 170 digital a analógico. El convertidor 170 envía una señal de voltaje en una línea 172 a una entrada de un conmutador analógico 174. El conmutador analógico 174 podría implantarse, por ejemplo como 333A (MAXIM). Un diagrama de circuito ejemplar del convertidor 170 y del conmutador analógico174 se ilustra en la figura 3A.

El segundo puerto 168b de salida de la unidad de proceso 166 proporciona una señal de control a una entrada de control de conmutador 174 con el propósito de hacer que el conmutador 174 exhiba un estado conductor o no conductor. Una salida del conmutador 174 en una línea 176 proporciona una señal de control de voltaje de anulación al puerto de entrada del oscilador 134 controlado por voltaje. La señal de control de voltaje de anulación en la línea 176 anula la señal del detector 132 de fases y proporciona una entrada al oscilador 134 controlado por voltaje que se corresponde a una condición deseada conocida.

En el caso en el que la circuitería 162 detectora indique una pérdida de fijación de fase por el generador 130, la señal de control de anulación en la línea 176 se puede utilizar para establecer la última frecuencia resonante conocida presentada por el sistema 10. Además, la unidad de proceso 166 puede barrer el valor de la señal de anulación en la línea 176, empezando por la última frecuencia resonante conocida, entre los valores de frecuencia permisibles mínimo y máximo del sistema, para restablecer rápidamente una condición resonante.

Una vez se haya restablecido la resonancia, el conmutador analógico 174 asume un estado abierto o no conductor, como respuesta a la señal de control del puerto de salida 168b. Este aislamiento a su vez permite que el sistema de lazo de fijación de fase (es decir, los elementos 132, 134) vuelva a asumir el control de operación normal del sistema acústico.

Incorporando la unidad 166 de proceso en el generador 130, se puede mantener un control más estricto sobre los valores de frecuencia permisibles mínimo y máximo. La unidad de proceso 166 establece efectivamente frecuencias en el dominio de frecuencias, las cuales a su vez minimizan los efectos de variación de voltaje.

Se puede proporcionar un enlace 166a de comunicaciones entre la unidad de proceso 166 y la unidad 146 de control de supervisión. A su vez, un enlace de este tipo hace posible que un operador, por medio de la pantalla 150b y las entradas 150c, establezca las frecuencias mínima y máxima, y por lo tanto, la anchura de banda, con el propósito de activar los sistemas acústicos con frecuencias fundamentales significativamente diferentes. Esto, a su vez, hace posible ajustar la frecuencia mínima de manera que active los sistemas acústicos que tienen las mayores variaciones de frecuencia térmica.

La unidad de proceso 166 hace posible activar el conjunto acústico del sistema quirúrgico 10 con una frecuencia fijada predeterminada para medir una propiedad del conjunto de transductor no resonante. Estas propiedades podrían incluir, por ejemplo, características de impedancia de los efectores finales 88.

El generador 130 puede proporcionar reducciones inmediatas en el movimiento longitudinal del conjunto acústico del sistema quirúrgico 10 cuando se desee, alterando la entrada del voltaje en la línea 176 al oscilador 134 controlado por voltaje. El voltaje en la línea 176 se puede alterar para activar a propósito el conjunto acústico a una condición no resonante, con lo cual produce una reducción inmediata del movimiento del efector final 88.

Ventajas adicionales proporcionadas por el generador 130 incluyen la reducción del tiempo necesario para establecer una condición resonante debido a que puede imponer un mayor control en las variaciones de frecuencia mínima y máxima. El tiempo de recuperación a una condición resonante se reduce al poder retirar la frecuencia asociada a una condición resonante con reciente éxito del almacenamiento. El valor almacenado, representativo de la frecuencia resonante, a su vez se puede utilizar como punto de inicio con los propósitos de variar la frecuencia de activación del sistema, al mismo tiempo que busca una condición resonante aceptable.

El voltaje de salida del convertidor 170 digital a analógico también se puede utilizar con el propósito de identificar sistemas acústicos con sistemas de resonancia únicos. Estos se pueden realizar activando el convertidor 170 como un generador de frecuencia programable. Finalmente, se pueden usar las mismas características operacionales para evaluar el funcionamiento de los sistemas acústicos.

Las figuras 4A y B son un diagrama esquemático de varios componentes del generador 130. Como se ilustra en la figura 4A, el sistema de lazo de fijación de fase, los elementos 132, 134 se pueden implantar por medio de un circuito integrado 4046. La circuitería 138 de divisor de frecuencia se puede implantar como dos series de circuitos flip-flop de tipo D acoplados.

El control 142 del conmutador de potencia (véase la figura 4B) incorpora conmutadores de efecto campo IR2110 Q5, Q6 que a su vez están acoplados a la red de adaptación 148. La red 148 incorpora un filtro LC para convertir impulsos desde el conmutador de potencia a una señal de salida en forma de onda sinusoidal. El retardo 144, como se ilustra en la figura 4A, se puede implantar por medio de un multivibrador monoestable. También se proporciona realimentación por medio del comparador 150, ilustrado en la figura 4B como un circuito integrado LM339.

La entrada a la circuitería 162 de detección de fijación de fases se puede obtener de una línea de salida de impulsos de fase, tal como la patilla 1 del circuito integrado 4046 en la línea 163. Los voltajes de salida del lazo de control 160 en la línea 176 se pueden acoplar al puerto de entrada de voltaje, patilla 9 del circuito integrado 4046.

El microprocesador 146 se puede implantar utilizando un microprocesador programable del tipo de Motorota 68HC11. Se pueden incorporar otros tipos de microprocesadores sin separarse del espíritu y del alcance de la presente invención.

La figura 5 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento de control del conjunto acústico del sistema quirúrgico para detectar condiciones operativas anormales y volver a una condición resonante. En una etapa inicial 200, se establece un rango de frecuencia de transductor especificado por F_{\text{mín}} y F_{máx} y se almacena. En un paso 202, se puede utilizar la circuitería 160 de supervisión para establecer un valor de voltaje de entrada inicial del oscilador 134 controlado por voltaje. En un paso 204, el oscilador 134 produce la frecuencia deseada, la cual, a su vez, se acopla al conjunto acústico del sistema quirúrgico.

En un paso 206, la circuitería de control 160 determina si el conjunto acústico 50 está siendo operado o no en una condición resonante. Si es así, en un paso 208 se desacopla la circuitería de control 160. En un paso 210, se almacena una representación de la frecuencia F_{RES} resonante actual y el sistema 132 de lazo de fijación de fase, 134, inicia el control de la salida al conjunto acústico.

En un paso 212, la circuitería 160 continúa monitorizando la presencia o ausencia de una condición resonante. Si el sistema 132, 134 de lazo de fijación de fase ha fallado en mantener una condición resonante en un paso 214, se puede retirar la representación almacenada más reciente de una frecuencia resonante F_{RES} de un elemento de almacenamiento por la unidad de proceso 166 y a continuación, utilizarla en el paso 202 para establecer una nueva entrada al oscilador 134 controlado por voltaje con el propósito de restablecer la resonancia. A continuación, la entrada puede ser barrida entre los valores de frecuencia permisibles mínima y máxima, en caso necesario, para encontrar una nueva condición resonante.

En el caso de que la resonancia no se consiga inicialmente en el paso 206, el valor de voltaje de entrada al oscilador 134 controlado por voltaje se puede ajustar en un paso 216. En un paso 218, se puede comprobar el valor ajustado para determinar que todavía se encuentra dentro del rango aceptable entre los valores de frecuencia preseleccionados mínimo y máximo. Si es así, entonces se puede utilizar para generar una frecuencia de salida nueva en el paso 204. En el caso de que la resonancia no se pueda conseguir con la anchura preestablecida de banda, se puede indicar una condición de error en el paso 220.

De lo que antecede se podrá observar que se pueden efectuar varias variaciones y modificaciones sin separarse del alcance de la invención. Se debe entender que no se pretende ni puede deducir ninguna limitación respecto al aparato especificado que se ilustra en la presente memoria descriptiva Por supuesto, se pretende cubrir con las reivindicaciones adjuntas todas estas modificaciones que se encuentran en el alcance de las reivindicaciones.

Claims (8)

1. Un dispositivo quirúrgico ultrasónico que comprende:

un conjunto (82) de transductor adaptado para vibrar con una frecuencia ultrasónica como respuesta a la energía eléctrica,

circuitería (130) que genera una señal de salida que tiene una frecuencia deseada para activar el conjunto de transductor en una condición resonante, proporcionando la circuitería una señal de restauración de la condición resonante al conjunto de transductor como respuesta a la detección de una condición no resonante del conjunto de transductor;

una barra de transmisión (86) que tiene un primer extremo y un segundo extremo, estando adaptada la barra de transmisión para recibir la vibración ultrasónica del conjunto de transductor y transmitir las vibraciones ultrasónicas desde el primer extremo al segundo extremo de la barra de transmisión; y

un efector final (88) que tiene un primer extremo y un segundo extremo, estando adaptado el efector final para recibir las vibraciones ultrasónicas de la barra de transmisión y transmitir las vibraciones desde el primer extremo al segundo extremo del efector final, estando acoplado el primer extremo del efector final al segundo extremo de la barra de transmisión, la circuitería (130) comprende, además:

un oscilador (134) controlado por voltaje, de lazo cerrado, de frecuencia variable, con un puerto de entrada y un puerto de salida, en el que la señal de salida está generada en el puerto de entrada como respuesta a una señal eléctrica aplicada en el puerto de entrada;

circuitería (132, 162) detectora, para detectar la pérdida de resonancia; y que se caracteriza por

un circuito (160) de control que incluye una unidad de control (166) con un puerto de entrada acoplado a la circuitería (132,162) detectora, siendo la unidad (166) de control para proporcionar una señal de control de anulación al oscilador (134) controlado por voltaje;

en el que la señal de control de anulación es una señal de restauración de condición resonante incluyendo una frecuencia resonante almacenada más recientemente, proporcionando el oscilador (134) controlado por voltaje al conjunto (82) de transductor la señal deseada de activación.

2. El dispositivo como en la reivindicación 1, en el que la unidad (166) de control incluye un procesador digital programable (146).

3. El dispositivo como en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, en el que la unidad (166) de control incluye puertos de salida primero y segundo (168a, 168b), en el que uno de los puertos de salida (168a) del controlador está acoplado a un convertidor (170) digital a analógico, estando una salida analógica (176) acoplada al puerto de entrada del oscilador (134).

4. El dispositivo como en la reivindicación 3 en el que el circuito (160) de control incluye un conmutador (174) de aislamiento de estado sólido acoplado entre la salida analógica (168a) y el puerto de entrada con una línea de control de conmutación acoplada al otro puerto de salida (168b) de la unidad de control.

5. El dispositivo como en la reivindicación 1, en el que el circuito (160) de control incluye un convertidor (170) digital a analógico acoplado entre el puerto de entrada del oscilador (134) y una salida de fase al oscilador.

6. El dispositivo como en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la circuitería (130) incluye un elemento de almacenamiento en el cual se almacena un valor representativo de una frecuencia resonante.

7. El dispositivo como en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la circuitería (130) incluye un elemento de almacenamiento para almacenar los valores de frecuencia de operación máximo y mínimo.

8. El dispositivo como en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la circuitería (130) incluye un elemento de almacenamiento para almacenar un parámetro de anchura de banda preseleccionado.