ES2314680T3 - Dispositivo auto-extensible. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo auto-extensible que comprende: un primer cuerpo (2) provisto de un taladro axial (AB) en él, un miembro tubular alargado (4) que tiene un extremo proximal (PE), un extremo distal (DE), al menos una ranura axial (34) que se extiende desde el extremo distal (DE), un taladro interno (IB), y una rosca externa (ES), y estando el extremo proximal (PE) recibido de manera deslizable en el taladro axial (AB) del primer cuerpo (2), una guía lineal (21) de apoyo que tiene una porción (PP) que se extiende a través de la al menos una ranura axial (34) adentro del taladro interno (IB), un segundo cuerpo (3) recibido de manera deslizable en el miembro tubular alargado (4) entre la guía lineal (21) de apoyo y el primer cuerpo (2) y conectado a la guía lineal (21) de apoyo, un primer anillo (40) de engranaje dispuesto en el miembro tubular alargado (4) entre el primer cuerpo (2) y el segundo cuerpo (3), teniendo el primer anillo (40) de engranaje una primera rosca interna (FI) aplicada de manera roscada a la rosca externa (ES) en el miembro tubular alargado (4) y teniendo unos primeros dientes periféricos (FP) de engranaje, un primer motor (42) dispuesto para accionar un primer engranaje cilíndrico (45) que tiene unos primeros dientes (FS) de engranaje cilíndrico en aplicación con los primeros dientes periféricos (FP) de engranaje, un segundo anillo (41) de engranaje dispuesto en el miembro tubular alargado (4) entre el segundo cuerpo (3) y la guía lineal (21) de apoyo, teniendo el segundo anillo (41) de engranaje una segunda rosca interna (SI) aplicada de manera roscada a la rosca externa (ES) en el miembro tubular alargado (4) y teniendo unos segundos dientes periféricos (SG) de engranaje, un segundo motor (46) dispuesto para accionar un segundo engranaje cilíndrico (49) que tiene unos segundos dientes (SS) de engranaje cilíndrico aplicados a los segundos dientes periféricos (SG) de engranaje, medios electro-restrictivos (50) montados dentro del miembro tubular alargado (4) y que tienen un extremo proximal (51) situado con respecto al primer cuerpo (2) y que tienen un extremo distal (53) adaptado para apoyar contra la guía lineal (21) de apoyo, y medios de generación de voltaje conectados eléctricamente a los medios electro-restrictivos (50) para aplicar un voltaje a los mismos como para hacer que los medios electro-restrictivos (50) aumenten de longitud una cantidad incremental predeterminada; mediante el cual, en un ciclo de funcionamiento, al actuar los medios de generación de voltaje en un primer paso como para aplicar un voltaje predeterminado a los medios electro-restrictivos (50), los medios electro-restrictivos (50) aumentan de longitud una cantidad incremental y mueven la guía lineal (21) de apoyo, el segundo cuerpo (3), el miembro tubular alargado (4), y los anillos primero y segundo (40, 41) de engranaje una cantidad incremental alejándose en sentido distal del primer cuerpo (2) como para formar un primer hueco (A) entre el primer miembro (2) de cuerpo y el segundo cuerpo (3) así como un segundo hueco (B) entre el primer anillo (40) de engranaje y una cara distal del primer cuerpo (2), y después, al actuar el primer motor (42) en un segundo paso, el primer engranaje cilíndrico (45) rota el primer anillo (40) de engranaje y lo acciona a lo largo de la rosca externa (ET) en el miembro tubular alargado (4), hacia el extremo proximal (PE) del mismo, una distancia sustancialmente igual a la cantidad incremental hasta que topa con el primer cuerpo (2), para cerrar mediante ello el segundo hueco (B), y después, en un tercer paso, los medios de generación de voltaje dejan de aplicar voltaje a los medios electro-restrictivos (50) como para hacer que los medios electro-restrictivos (50) disminuyan de longitud para cerrar por ello el primer hueco (A) y producir un tercer hueco (C) entre el segundo anillo (41) de engranaje y una superficie distal del segundo cuerpo (3), y después de ello, al actuar subsiguientemente el segundo motor (46) en un cuarto paso, el segundo engranaje cilíndrico (49) rota el segundo anillo (41) de engranaje y lo acciona a lo largo de la rosca externa (ET) en el miembro tubular alargado (4) hacia el extremo proximal (PE) del mismo una distancia sustancialmente igual a la cantidad incremental hasta que topa con el segundo cuerpo (2) y cierra el tercer hueco (C) en preparación para un subsiguiente ciclo de funcionamiento.
Description
Dispositivo auto-extensible.
La presente invención se refiere a un
dispositivo auto-extensible, más particularmente a
un dispositivo auto-extensible que es susceptible
de ser extendido en longitud en cantidades controladas de manera
precisa, por ejemplo cantidades controladas de manera precisa en el
intervalo de aproximadamente 40 \mum a aproximadamente 120 \mum.
tal dispositivo auto-extensible encuentra utilidad
en el campo de la medicina, por ejemplo en el campo de los
distractores temporales, tales como los dispositivos de alargamiento
de huesos o de enderezamiento de huesos, así como en el campo de
naves espaciales tripuladas o no tripuladas.
La invención tiene aplicación de este modo en un
cierto número de campos, incluyendo la medicina y las naves
espaciales militares o civiles.
Ilizarov descubrió que el hueso y el tejido
blando nuevos se regeneran bajo el efecto de una distracción lenta
y gradual que normalmente se efectúa con ayuda de una fijación
externa. Esta técnica se ha utilizado en el tratamiento de diversas
afecciones óseas. Las diferencias de longitud de extremidades
resultantes de causas congénitas, de desarrollo,
post-traumáticas o post-operatorias
se pueden tratar de esta manera. El procedimiento también se presta
al tratamiento de deformidades congénitas, deformidades óseas
post-traumáticas, fracturas que no se curan, y
pérdida ósea por tumor, trauma o infección.
Tradicionalmente se ha usado un fijador óseo
externo que comprende un armazón de anillos de metal conectados por
vástagos, mediante el cual cada anillo está conectado al hueso por
una pluralidad de alambres en tensión o por pasadores. Se pueden
usar pasadores de titanio para soportar el hueso. Actualmente, una
amplia variedad de diseños de fijador están disponibles y son
adecuados para aguantar las fuerzas impuestas por todo el peso del
paciente. Un ejemplo es el divulgado en la memoria descriptiva de
patente de Estados Unidos nº 4.615.338. Otros están divulgados en
los certificados de invención de la U.R.S.S. n^{os} 848.011 y
865.284. Diseños adicionales de dispositivo de fijación se han de
encontrar en las memorias descriptivas de patente de Estados Unidos
n^{os} 5.971.984, 4.889.111, 5.062.844, 5.095.919, y
6.129.727.
En el alargamiento quirúrgico de extremidades,
el hueso es sometido a osteotomía como para seccionarlo en dos o
más partes antes de que el fijador se una a las partes seccionadas
del hueso. En el transcurso de la operación, el cirujano unirá al
menos un par de pasadores a cada una de las partes seccionadas del
hueso y después empalmará los pasadores externamente con relación a
la extremidad del paciente por medio de uno o más vástagos.
Generalmente, hay al menos un vástago a cada lado de la extremidad.
Sólo unos pocos días después de la cirugía, el paciente es instado
a reanudar el uso normal de la extremidad con el fin de mantener la
flexibilidad de la articulación y de facilitar que el crecimiento
muscular coincida con la osteogénesis.
Aproximadamente una semana después de la cirugía
para encajar el fijador, se comienzan los ajustes manuales con el
fin de alargar los vástagos de igual manera como para separar los
extremos seccionados del hueso a un ritmo de aproximadamente 1 mm
por día. Un aumento de más de aproximadamente 1 mm por día da como
resultado una deceleración de la osteogénesis y un aumento de menos
de aproximadamente 1 mm por día puede dar como resultado una
consolidación prematura.
En el alargamiento quirúrgico de extremidades,
el hueso se puede seccionar completa o parcialmente. Si el hueso se
secciona completamente, entonces el o los vástagos a un lado de la
extremidad se pueden alargar a un ritmo más alto que el o los
vástagos al otro lado del mismo. Alternativamente, el hueso se puede
seccionar parcialmente de acuerdo con una técnica conocida como
osteotomía de cuña abierta, en cuyo caso el cirujano hace un corte
solamente en un lado del hueso y después se puede necesitar un
fijador óseo sólo en ese lado del hueso en el que se ha hecho el
corte por parte del cirujano.
Se ha encontrado adicionalmente que la
osteogénesis prosigue más satisfactoriamente si se hacen ajustes
pequeños frecuentes mediante distracción, en lugar de ajustes
mayores, menos frecuentes, de la longitud del hueso. Por
consiguiente, se recomiendan ajustes de aproximadamente 0,25 mm cada
6 horas. Esto coloca una carga sobre el paciente y el cuidador para
cumplir una rutina que puede ser muy perturbador para la vida
diaria.
Es muy común que los pacientes experimenten una
gran cantidad de dolor cada vez que el fijador se alarga
incrementalmente. Esto puede hacer del procedimiento de
alargamiento de cuatro veces al día una experiencia traumática tanto
para el paciente como para el cuidador del paciente,
particularmente si el paciente es un niño pequeño. Puesto que todo
el proceso de alargamiento o de enderezamiento de huesos puede durar
de tres a seis meses, esto puede imponer una tensión enorme
continuada no sólo al paciente sino también a los que cuidan del
paciente. Además, este procedimiento tiende a llevar a tasas de
complicaciones muy altas de manera que no es anormal que la tasa de
complicaciones sea tan alta como de aproximadamente el 200%, lo que
significa que cada paciente experimenta de media durante un curso
de tratamiento de alargamiento o de enderezamiento de huesos al
menos dos incidentes que requieren una vuelta al hospital,
posiblemente para cirugía adicional.
Otro problema con los fijadores óseos externos
es que hay un riesgo significativo de que aparezca infección en el
lugar de cada pasador o alambre.
Se ha propuesto utilizar distracción
monitorizada gradual en la que un procedimiento típico puede
implicar aplicar un alargamiento incremental muy pequeño más de
1000 veces al día consiguiendo aún un ritmo medio de alargamiento
óseo de aproximadamente 1 mm al día.
En la publicación de patente europea nº 1240873
A3, se divulga un mecanismo para dar potencia a un distractor
tisular auto-extensible, tal como un fijador óseo,
en el que se hace que un dispositivo móvil se mueva en pequeños
pasos incrementales de unos pocos micrómetros cada uno a lo largo de
un miembro alargado hacia su extremo distal bajo la influencia de
uno o más actuadores piezoeléctricos.
La memoria descriptiva de patente de Estados
Unidos nº 5180380 describe un sistema ortopédico que incluye una
pluralidad de miembros de soporte, una pluralidad de vástagos que
interconectan los miembros de soporte, una pluralidad de pasadores
unidos a los miembros de soporte para pasar a través de los huesos
de un paciente, y un dispositivo automático de accionador para
controlar un mecanismo de ajuste de los vástagos para alterar las
posiciones relativas de los miembros de soporte. En este sistema, el
dispositivo de accionador incluye al menos un motor para ajustar
incrementalmente el mecanismo de ajuste de al menos uno de los
vástagos y un dispositivo de controlador para proporcionar impulsos
al motor y para almacenar información relativa al número de ajustes
escalonados de la longitud del vástago por el motor.
La patente de Estados Unidos nº 5626579 divulga
un aparato de cable, implantable quirúrgicamente, para el
transporte óseo in vivo de un segmento de hueso entre un
primer segmento de hueso y un segundo segmento de hueso por medio
de un cable unido por un extremo al segmento de hueso, estando
conectado el otro extremo del cable a un actuador implantable.
En la patente de Estados Unidos nº 5626581 se
describe un aparato implantable de alargamiento de huesos que
incluye una bomba hidráulica que recibe potencia de un material con
memoria de forma, un mecanismo de trinquete que recibe potencia de
un material con memoria de forma, un mecanismo de pistón de culata
permeable y un mecanismo de extensión de fuelle.
La patente de Estados Unidos nº 5961553 divulga
un dispositivo para alargar huesos largos que incluye un clavo
intramedular con un manguito tubular y una extensión deslizable
axialmente en el manguito con un motor eléctrico dispuesto dentro
del manguito enlazado a un reductor de velocidad que acciona un
montaje de tornillo/tuerca para mover la extensión con relación al
manguito. El dispositivo también incluye medios para suministrar
potencia al motor eléctrico y controlar automáticamente el valor y
la dirección del movimiento impartido al manguito por el montaje de
tornillo/tuerca accionado por el motor eléctrico.
Un sistema para el tratamiento terapéutico de un
hueso se describe en la patente de Estados Unidos nº 6022349. Este
sistema incluye una fuente de energía para estimular el hueso, un
bucle de retroalimentación para recibir información de respuesta
desde el hueso generado por estimulación, y un dispositivo de ajuste
para ajustar la fuente de energía de acuerdo con criterios
predeterminados.
En la patente de Estados Unidos nº 6033412 se
describe un distractor implantable que incluye un actuador que
recibe potencia por un flujo de corriente eléctrica intermitente a
través de un componente de actuación de efecto de memoria de
forma.
La patente de Estados Unidos nº 6383185 B1
enseña un clavo intramedular para la distracción ósea que tiene un
accionador de motor eléctrico que está situado en su interior y está
conectado con una antena de recepción para alimentar energía
eléctrica por mediación de una conexión eléctrica. El clavo tiene un
orificio que mira hacia la antena de recepción y permite la
alimentación de energía.
Otro campo en el que un dispositivo
auto-extensible puede encontrar aceptación es en el
campo de las naves espaciales, ya sean con propósitos militares o
civiles.
Hay muchos satélites artificiales de
comunicaciones en órbita alrededor de la tierra. Típicamente
proporcionan comunicaciones usando frecuencias de radio o
frecuencias de microonda. Además, hay telescopios en satélites
extraterrestres que requieren ser dirigidos de manera extremadamente
exacta. Lo que es más, las sondas espaciales interplanetarias
llevan equipo cuya orientación a menudo necesita ser controlada de
manera muy precisa desde la estación de control de la misión.
A menudo se desea, particularmente con satélites
militares de comunicaciones, poder ajustar la posición de antenas
de frecuencia de radio o de frecuencia de microonda con relación al
cuerpo del satélite de manera muy precisa de manera que una señal
transmitida desde una estación de tierra pueda ser reflejada o
retransmitida de vuelta a la tierra con una huella muy
estrechamente controlada de manera que la señal reflejada o
retransmitida pueda ser recibida sólo por receptores posicionados
dentro de esa huella. De manera similar, los telescopios en el
espacio requieren un mecanismo de dirección para posibilitar que el
telescopio se haga apuntar de manera muy precisa en una dirección
deseada. Además, los artículos de equipo en sondas espaciales
interplanetarias a menudo requieren un control muy preciso desde la
estación de control de la misión.
\newpage
Con el fin de conseguir la precisión necesaria
de posicionamiento de una huella para una señal retransmitida o
reflejada de frecuencia de radio o de frecuencia de microonda, se
necesita un control muy preciso de la antena en el satélite
extraterrestre. Tales antenas están montadas típicamente en el
satélite de comunicaciones por medio de tres montantes de soporte,
al menos uno de los cuales, y preferiblemente la totalidad de los
cuales, se pueden alterar en longitud bajo control desde una
estación de control en tierra. Con el fin de conseguir la precisión
requerida del control de la huella de la señal retransmitida o
reflejada de frecuencia de radio o de frecuencia de microonda,
puede ser necesario cambiar la longitud de uno de los montantes de
soporte como mucho unos pocos micrómetros. Un sistema similar de
soporte se puede usar para soportar telescopios de todas las
clases, incluyendo radiotelescopios, telescopios de luz, y
telescopios de infrarrojos, así como otro equipo dirigible, en
satélites extraterrestres y sondas interplanetarias.
Puesto que el coste por kilogramo de poner
equipo en órbita alrededor de la tierra es considerable, sería
deseable proporcionar un dispositivo auto-extensible
de peso ligero que pueda ser controlad a distancia e incorporado en
un montante de soporte para una antena de frecuencia de radio o de
frecuencia de microonda, un telescopio, u otro artículo de equipo
en entornos del espacio exterior.
Existe de acuerdo con ello la necesidad de un
dispositivo auto-extensible para uso en dispositivos
médicos tales como dispositivos de alargamiento o de enderezamiento
de huesos que obvie la necesidad de ajuste manual de las longitudes
de los vástagos que proporcionan soporte para el hueso seccionado
quirúrgicamente, ya sea que el hueso se haya seccionado totalmente
o se haya seccionado parcialmente, y posibilite que se consiga tal
ajuste sin que se experimente un dolor significativo por parte del
paciente.
Existe la necesidad adicional de un dispositivo
auto-extensible de peso ligero para uso en entornos
del espacio exterior cuya longitud pueda ser controlada de manera
exacta de manera extremadamente precisa desde una estación de
control de tierra.
La presente invención persigue de acuerdo con
ello proporcionar una forma novedosa de dispositivo
auto-extensible que puede estar incorporado en un
fijador óseo u otra forma de dispositivo médico, tal como un
dispositivo de alargamiento o de enderezamiento de huesos, mediante
el cual la longitud del dispositivo médico se puede aumentar
imperceptiblemente de una manera tal que el paciente que sufre un
tratamiento de alargamiento o de enderezamiento de huesos no
experimenta un dolor significativo como resultado del alargamiento
del dispositivo. Persigue adicionalmente proporcionar un
dispositivo auto-extensible de peso ligero para uso
extraterrestre cuya longitud se puede controlar de manera muy
precisa desde una estación de control de tierra.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un dispositivo auto-extensible que
comprende:
un primer cuerpo provisto de un taladro axial en
él;
un miembro tubular alargado que tiene un extremo
proximal, un extremo distal, al menos una ranura axial que se
extiende desde el extremo distal, un taladro interno, y una rosca
externa, y estando el extremo proximal recibido de manera
deslizable en el taladro axial del primer cuerpo;
una guía lineal de apoyo que tiene una porción
que se extiende a través de la al menos una ranura axial adentro
del taladro interno;
un segundo cuerpo recibido de manera deslizable
en el miembro tubular alargado entre la guía lineal de apoyo y el
primer cuerpo y conectado a la guía lineal de apoyo;
un primer anillo de engranaje dispuesto en el
miembro tubular alargado entre el primer cuerpo y el segundo
cuerpo, teniendo el primer anillo de engranaje una primera rosca
interna aplicada de manera roscada a la rosca externa en el miembro
tubular alargado y teniendo unos primeros dientes periféricos de
engranaje;
un primer motor dispuesto para accionar un
primer engranaje cilíndrico que tiene unos primeros dientes de
engranaje cilíndrico en aplicación con los primeros dientes
periféricos de engranaje;
un segundo anillo de engranaje dispuesto en el
miembro tubular alargado entre el segundo cuerpo y la guía lineal
de apoyo, teniendo el segundo anillo de engranaje una segunda rosca
interna aplicada de manera roscada a la rosca externa en el miembro
tubular alargado y teniendo unos segundos dientes periféricos de
engranaje;
un segundo motor dispuesto para accionar un
segundo engranaje cilíndrico que tiene unos segundos dientes de
engranaje cilíndrico aplicados a los segundos dientes periféricos de
engranaje;
medios electro-restrictivos
montados dentro del miembro tubular alargado y que tienen un extremo
proximal situado con respecto al primer cuerpo y que tienen un
extremo distal adaptado para apoyar contra la guía lineal de apoyo;
y
medios de generación de voltaje conectados
eléctricamente a los medios electro-restrictivos
para aplicar un voltaje a los mismos como para hacer que los medios
electro-restrictivos aumenten de longitud una
cantidad incremental predeterminada.
En un ciclo de funcionamiento, al actuar los
medios de generación de voltaje en un primer paso como para aplicar
un voltaje predeterminado a los medios
electro-restrictivos, los medios
electro-restrictivos aumentan de longitud una
cantidad incremental y mueven la guía lineal de apoyo, el segundo
cuerpo, el miembro tubular alargado, y los anillos primero y
segundo de engranaje una cantidad incremental alejándose en sentido
distal del primer cuerpo como para formar un primer hueco entre el
primer miembro de cuerpo y el segundo cuerpo así como un segundo
hueco entre el primer anillo de engranaje y una cara distal del
primer cuerpo, y después, al actuar el primer motor en un segundo
paso, el primer engranaje cilíndrico rota el primer anillo de
engranaje y lo acciona a lo largo de la rosca externa en el miembro
tubular alargado, hacia el extremo proximal del mismo, una
distancia sustancialmente igual a la cantidad incremental hasta que
topa con el primer cuerpo, para cerrar mediante ello el segundo
hueco, y después, en un tercer paso, los medios de generación de
voltaje dejan de aplicar voltaje a los medios
electro-restrictivos como para hacer que los medios
electro-restrictivos disminuyan de longitud para
cerrar por ello el primer hueco y producir un tercer hueco entre el
segundo anillo de engranaje y una superficie distal del segundo
cuerpo, y después de ello, al actuar subsiguientemente el segundo
motor en un cuarto paso, el segundo engranaje cilíndrico rota el
segundo anillo de engranaje y lo acciona a lo largo de la rosca
externa en el miembro tubular alargado hacia el extremo proximal del
mismo una distancia sustancialmente igual a la cantidad incremental
hasta que topa con el segundo cuerpo y cierra el tercer hueco en
preparación para un subsiguiente ciclo de funcionamiento.
Convenientemente, el primer motor está montado
en el primer cuerpo. También es conveniente disponer que el segundo
motor esté montado en el segundo cuerpo.
Preferiblemente, el miembro tubular alargado
está provisto de un par de ranuras longitudinales, diametralmente
opuestas, cada una para el paso de una correspondiente porción de la
guía lineal de apoyo.
Habitualmente se preferirá que el segundo cuerpo
se sostenga preso en el primer cuerpo.
Los medios de retenedor pueden comprender una
pluralidad de pernos o tornillos que están dispuestos para comprimir
unos respectivos anillos de compresión a medida que el segundo
cuerpo se mueve en sentido distal a lo largo del miembro tubular
alargado con relación al primer cuerpo.
En una construcción preferida, la guía lineal de
apoyo está asegurada al segundo cuerpo por medio de una pluralidad
de tornillos o pernos.
En tal dispositivo, el primer motor puede estar
dispuesto para accionar el primer engranaje cilíndrico a través de
una primera caja de engranajes planetarios. De manera similar, el
segundo motor puede estar dispuesto para accionar el segundo
engranaje cilíndrico a través de una segunda caja de engranajes
planetarios.
Una célula de carga puede estar posicionada como
para ser capaz de medir la carga impuesta sobre el dispositivo.
Preferiblemente, se proporciona una articulación
de cojinete de bolas entre el extremo distal de los medios
electro-restrictivos y la guía lineal de apoyo.
Típicamente, los medios electro-restrictivos
comprenden un actuador piezoeléctrico.
Preferiblemente se proporciona circuitería de
control que está adaptada como para interrumpir el suministro de
voltaje a los medios electro-restrictivos en el caso
de que la carga a través del dispositivo supere un valor
predeterminado. Además, se puede proporcionar circuitería de control
que esté adaptada a apagar el primer motor cuando éste se cala. En
este caso, también se preferirá habitualmente que se proporcione
circuitería de control que esté adaptada a apagar el segundo motor
cuando éste se cala.
En otro aspecto, la invención también
proporciona un fijador óseo que incluye un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con la invención.
Todavía en otro aspecto de la invención, se
proporciona una nave espacial que comprende un accesorio fijado a
ella por medio de una pluralidad de soportes, en la que al menos uno
de los soportes comprende un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con la invención. En tal
nave espacial, el accesorio puede ser una antena de frecuencia de
radio o una antena de frecuencia de microonda, y la antena puede
estar asegurada a la nave espacial por medio de tres soportes, en
este caso uno de los soportes, o cada uno de los soportes, puede
estar provisto de un dispositivo auto-extensible de
acuerdo con la invención.
Con el fin de que la invención se pueda entender
claramente y llevar a efecto fácilmente, ahora se describirá una
realización preferida de ella, a modo de ejemplo solamente, con
referencia a los dibujos que se acompañan, en los
que:
que:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un
dispositivo de alargamiento de huesos que incorpora un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con la invención en una
condición contraída;
la figura 2 es una vista del extremo izquierdo
desde la izquierda del dispositivo de alargamiento de huesos de la
figura 1;
la figura 3 es una correspondiente vista del
extremo derecho del dispositivo de alargamiento de huesos de la
figura 1 en una condición contraída del mismo;
las figuras 4 a 9 son cortes transversales
semi-esquemáticos de un dispositivo
auto-extensible que forma parte de un dispositivo
de alargamiento de huesos que es similar al de las figuras 1 a 3 que
muestran diversas etapas durante el funcionamiento del dispositivo;
y
la figura 10 es un diagrama circuital de bloques
del dispositivo auto-extensible de las figuras 4 a
9.
Haciendo referencia a las figuras 1 a 3 de los
dibujos, un fijador óseo auto-extensible 1 comprende
un primer miembro 2 de cuerpo y un segundo miembro 3 de cuerpo,
cada uno de los cuales tiene un taladro axial (no mostrado en las
figuras 1 a 3) formado en ellos que recibe un miembro alargado 4
generalmente tubular (véase la figura 2). El fijador 1 es adecuado
para uso en procedimientos de alargamiento de huesos o de
enderezamiento de huesos.
Aunque una porción trasera 5 de extremo del
primer miembro 2 de cuerpo es de sección cilíndrica, una porción
delantera 6 de extremo de ella está formada con una protuberancia o
prominencia 7 que recibe un primer motor (no mostrado tampoco en
las figuras 1 a 3) con un árbol accionador que se extiende paralelo
al eje del taladro en el primer miembro 2 de cuerpo. Un collar
partido 8 está unido al extremo trasero del primer miembro 2 de
cuerpo. El collar 8 está formado con una brida 9 que está provista
de tres hendiduras arqueadas transversales 10. Una placa 11 de
enclavamiento con correspondientes hendiduras transversales 12 está
sostenida presa en la brida 10 por medio de tornillos o pernos 13
que pasan a través de correspondientes agujeros en la placa 11 de
enclavamiento y están recibidos en correspondientes taladros en la
brida 9. Las hendiduras 10 y 12 forman aberturas para la recepción
de uno o más pasadores o alambres (no mostrados) que se han
implantado quirúrgicamente en una porción del hueso que se ha de
alargar o enderezar, por ejemplo un fémur o una tibia, durante una
operación quirúrgica ortopédica llevada a cabo por un cirujano
ortopédico como para seccionar el hueso total o parcialmente.
Apretando los tornillos o pernos 13, la placa 11 de enclavamiento se
puede arrastrar hacia la brida 9 de modo que el o los pasadores (o
el o los cables) se pueden inmovilizar de manera segura al fijador
1.
En su extremo delantero, el primer miembro 2 de
cuerpo está provisto de una porción agrandada 14 de brida.
El segundo miembro 3 de cuerpo tiene una
correspondiente brida 15 en su extremo trasero. Como con el primer
miembro 2 de cuerpo, una porción trasera 15 de extremo del segundo
miembro 3 de cuerpo es de sección cilíndrica mientras que una
porción delantera de extremo tiene una protuberancia o prominencia
16 que aloja un segundo motor (no mostrado tampoco en las figuras 1
a 3) con un árbol accionador que se extiende sustancialmente
paralelo al eje del taladro cilíndrico en el segundo miembro 3 de
cuerpo. Un extremo delantero del segundo miembro 3 de cuerpo tiene
una brida 17 por medio de la cual está unido a un cuerpo frontal 18
que lleva una brida posterior 19. Unos tornillos 20 (véase la
figura 3) pasan a través de unos correspondientes agujeros en la
brida 19 adentro de unos respectivos taladros ciegos formados en la
brida 17 como para fijar el cuerpo frontal 18 al segundo miembro 3
de cuerpo.
Un extremo delantero del cuerpo frontal 18 apoya
sobre una guía lineal 21 de apoyo que a su vez está conectada a un
anillo 22 de inmovilización que lleva una brida 23, que es
generalmente similar a la brida 9. La brida 23 tiene tres
hendiduras arqueadas transversales 24 que miran hacia unas
correspondientes hendiduras transversales arqueadas 25 en una placa
26 de enclavamiento. Unos tornillos o pernos 27 sostienen la placa
26 de enclavamiento presa en la brida 24, pasando a través de unos
correspondientes agujeros en la placa 26 de enclavamiento adentro
de unos taladros en la brida 24. Las hendiduras 24 y 25 juntas
definen aberturas para la recepción de uno o más pasadores o
alambres implantados dentro de la otra porción del hueso seccionado
quirúrgicamente que se ha de alargar o enderezar. Apretando los
tornillos o pernos 27, tales pasadores o alambres se pueden enclavar
firmemente en la guía lineal 21 de apoyo.
El segundo miembro 3 de cuerpo está sostenido
preso de forma suelta en el primer miembro 2 de cuerpo por medio de
unos pernos 28 (véase la figura 2) cuyos extremos roscados están
recibidos en unos correspondientes taladros ciegos en la brida 15.
Unos anillos de compresión están posicionados sobre el fuste de cada
perno 28 entre su cabeza y la brida 15 de modo que, como se
ilustra, el segundo miembro 3 de cuerpo se empuja hacia la
izquierda, como se ilustra, hacia el primer miembro 2 de cuerpo en
la dirección proximal mediante estos anillos de compresión.
En la figura 2, está visible un pasador
transversal 29 que se extiende a través de una ranura longitudinal
30 en el miembro tubular 4, que se extiende desde el extremo
proximal del miembro tubular 4 solamente una parte del camino hacia
su extremo distal. El número de referencia 31 indica una tapa
ajustable de extremo, mientras que el número de referencia 32
muestra una tuerca de extremo que retiene una célula 33 de carga en
posición.
La figura 4 muestra un corte longitudinal a
través de un dispositivo auto-extensible similar al
del fijador óseo de las figuras 1 a 3. Una diferencia entre el
dispositivo de la figura 4 y el del fijador óseo 1 de las figuras 1
a 3 es que, en el dispositivo de la figura 4, el pasador 29 se
proyecta a un ángulo de 90º con respecto a la dirección en la que
el pasador 29 se proyecta en la figura 2.
El primer miembro 2 de cuerpo tiene un taladro
axial AB formado en él que recibe un extremo proximal PE del
miembro tubular 4. El miembro tubular 4 tiene un extremo proximal
PE, un extremo distal DE, un par de ranuras axiales (no mostradas)
que se extienden desde el extremo distal DE, un taladro interno IB,
y una rosca externa ES. El extremo proximal PE del miembro tubular
4 está recibido de manera deslizable en el taladro axial AB del
primer miembro 2 de cuerpo.
Las ranuras en el miembro tubular 4 mencionadas
anteriormente son para el paso de los extremos de la guía lineal 21
de apoyo. Los extremos proximales de estas ranuras están indicados
por medio de los números de referencia 34. Una porción PP de la
guía lineal 21 de apoyo está recibida de este modo dentro del
miembro tubular 4.
El miembro tubular 4 lleva un primer anillo 40
de engranaje y un segundo anillo 41 de engranaje. El primer anillo
40 de engranaje tiene una rosca interna FI, por medio de la cual
está aplicado de manera roscada a la rosca externa ES en el miembro
tubular 4. De manera similar, el segundo anillo 41 de engranaje
tiene una rosca interna SI por medio de la cual está aplicado a la
rosca externa ES en el miembro tubular 4.
Un primer motor eléctrico 42 está alojado dentro
de la prominencia 7 y está dispuesto para accionar, a través de una
primera caja 43 de engranajes planetarios, un árbol accionador 44
cuyo eje se extiende paralelo al eje longitudinal del miembro
tubular 4. El árbol accionador 44 lleva un primer engranaje
cilíndrico 45 cuyos dientes FS de engranaje se aplican a unos
dientes periféricos FP de engranaje del primer anillo 40 de
engranaje. Por razones que aparecerán más adelante, los dientes del
primer engranaje cilíndrico 45 y el primer anillo 40 de engranaje
se pueden deslizar unos con relación a otros en la dirección axial
del miembro tubular 4.
La prominencia 16 aloja un segundo motor
eléctrico 46. Éste acciona, a través de una segunda caja 47 de
engranajes planetarios, un segundo árbol accionador 48, cuyo eje
está sustancialmente alineado con el del primer árbol accionador
44. Este segundo árbol accionador 48 lleva un segundo engranaje
cilíndrico 49 cuyos dientes SS de engranaje se aplican a unos
dientes periféricos de engranaje en el segundo anillo 41 de
engranaje. Por razones que aparecerán más adelante, el segundo
engranaje cilíndrico 49 y el segundo anillo 41 de engranaje se
pueden deslizar unos con relación a otros en la dirección axial del
miembro tubular 4.
Debido a la interacción entre el miembro tubular
4 y el pasador 29, y entre el miembro tubular 4 y la guía lineal 21
de apoyo, se impide que el miembro tubular 4 gire alrededor de su
eje. En su lugar, sólo se puede mover longitudinalmente con
relación al primer miembro 2 de cuerpo y el segundo miembro 3 de
cuerpo.
Un actuador piezoeléctrico 50 está montado, de
manera deslizable, coaxialmente dentro del primer miembro 2 de
cuerpo y también dentro del miembro tubular 4. Su extremo proximal
51 está recibido dentro del primer miembro 2 de cuerpo y apoya
contra una pieza proximal 52 de guía que también recibe un extremo
de la célula 33 de carga, mientras que su extremo distal 53 apoya,
a través de un cojinete 54 de bolas, contra la guía lineal 21 de
apoyo. El cojinete 54 de bolas actúa de este modo como un cojinete
esférico como para garantizar que el actuador piezoeléctrico 50 no
experimenta ninguna flexión.
El actuador piezoeléctrico 50 comprende una pila
de cristales piezoeléctricos. Un material típico para los cristales
piezoeléctricos es el titanato zirconato de plomo. Los cristales
piezoeléctricos individuales están entremetidos cada uno entre un
respectivo par de electrodos a los que se puede aplicar un potencial
eléctrico. Además, cada cristal piezoeléctrico está aislado de sus
vecinos. Con la aplicación de un potencial eléctrico de
aproximadamente 100 voltios a aproximadamente 1000 voltios a través
de cada uno de los cristales del actuador 50, toda la pila se
extiende una pequeña cantidad, por ejemplo hasta aproximadamente 120
\mum, en una dirección paralela al eje longitudinal del primer
miembro 2 de cuerpo. En tal carrera del actuador piezoeléctrico 50,
ejerce una fuerza de hasta 3000 N.
El modo de funcionamiento del mecanismo
auto-extensible de la figura 4 se describirá ahora
adicionalmente con referencia también a las figuras 5 a 9. Como se
puede ver en la figura 4, en la posición de "inicio", el lado
izquierdo (según se representa) del primer anillo 40 de engranaje y
también el del segundo anillo 41 de engranaje están topando contra
la parte adyacente del primer miembro 2 de cuerpo y el segundo
miembro 3 de cuerpo respectivamente. Al aplicar un voltaje adecuado
a través de los cristales piezoeléctricos del actuador 50 a un
ritmo controlado de aumento del voltaje, éste se extiende en
longitud y se hace que la guía 21 de apoyo, el cuerpo frontal 18 y
el segundo miembro 3 de cuerpo se muevan en sentido distal con
respecto al primer cuerpo 2 a lo largo de una distancia que
corresponde a la carrera del actuador piezoeléctrico 50 de hasta
120 \mum hasta la posición mostrada en la figura 5 (en cada una de
las figuras 5 a 9, las distancias a lo largo de las cuales se
mueven los diversos artículos y los huecos entre diferentes
artículos se han exagerado enormemente en cada caso, en aras de la
claridad de comprensión). En el transcurso de este movimiento del
segundo miembro 3 de cuerpo, los anillos de compresión en los
árboles de los pernos 28 quedan comprimidos. Además, el segundo
miembro 3 de cuerpo también hace que el segundo anillo 41 de
engranaje se mueva en sentido distal una correspondiente distancia
y por consiguiente también se hace que el miembro tubular 4 se mueva
en sentido distal con relación al primer miembro 2 de cuerpo a lo
largo de una distancia similar de hasta 120 \mum. El miembro
tubular 4 también hace que el primer anillo 40 de engranaje se mueva
en sentido distal a lo largo de una distancia similar con relación
al primer miembro 2 de cuerpo y hace que aparezca un hueco A entre
el extremo distal del primer miembro 2 de cuerpo y el extremo
proximal del segundo miembro 3 de cuerpo. A medida que se produce
este movimiento, los dientes SS del primer engranaje cilíndrico 45
también se deslizan axialmente con relación a los dientes FP del
primer anillo 40 de engranaje y se abre otro hueco B entre el
primer anillo 40 de engranaje y la parte adyacente del primer
miembro 2 de cuerpo. Ambos huecos A y B se pueden ver en la figura
5.
\newpage
Como resultado de esta extensión del actuador
piezoeléctrico 50, el collar partido 8 y el anillo 22 (véase la
figura 1) se apartan a la fuerza una correspondiente cantidad de
hasta 120 \mum y así las respectivas porciones de hueso
conectadas al collar partido 8 y al anillo 22 también se apartan a
la fuerza la misma distancia.
El ritmo de movimiento se puede controlar
mediante el control del ritmo al que se suministro voltaje a través
de los cristales piezoeléctricos individuales del actuador
piezoeléctrico 50. La célula 33 de carga permite que la carga que
se está transmitiendo entre el collar partido y el anillo 22 sea
monitorizada como para garantizar que no se aplica ninguna cantidad
indebida de fuerza al hueso que se está tratando. La circuitería de
control está dispuesta de modo que, si la célula 33 de carga
detecta, durante el aumento del voltaje aplicado al actuador
piezoeléctrico 50, que la fuerza aplicada por el actuador
piezoeléctrico 50 está a punto de superar un valor predeterminado,
entonces el aumento de voltaje se detiene inmediatamente hasta que
la carga 33 indica que es seguro continuar aumentando el voltaje
que se está aplicando.
Mientras se mantiene el voltaje a través de los
cristales individuales del actuador piezoeléctrico 50 que
corresponde al aumento deseado de longitud del actuador
piezoeléctrico 50, el primer motor 42 se actúa entonces como para
rotar el primer engranaje cilíndrico 45 y por consiguiente rotar el
primer anillo 40 de engranaje alrededor del miembro tubular 4 y
hacer que se mueva en la dirección proximal a lo largo del miembro
tubular 4 y que se cierre el hueco B hasta que el primer anillo 40
de engranaje topa contra la parte adyacente del primer miembro 2 de
cuerpo, como se muestra en la figura 6. En el transcurso de este
movimiento, los dientes FS del primer engranaje cilíndrico 45 se
deslizan axialmente con respecto a los dientes FP del primer anillo
40 de engranaje. Como se explicará adicionalmente más adelante, se
puede proporcionar circuitería adecuada de control para detectar
cuándo se cala el motor 42, tras lo cual el motor 40 se apaga
inmediatamente.
El actuador piezoeléctrico 50 se desactiva
entonces apagando el voltaje aplicado a través de sus cristales
individuales de manera que vuelve a su longitud original y su
extremo distal 53 se desaplica de la guía lineal 21 de apoyo. Esto
crea un hueco C entre el anillo 41 de engranaje y la porción
proximal adyacente de extremo del segundo miembro 3 de cuerpo, como
se muestra en la figura 7.
En el paso final del ciclo de funcionamiento, el
segundo motor 46 es actuado como para rotar el segundo engranaje
cilíndrico 49 y hacer que el anillo 41 de engranaje se mueva en la
dirección proximal como para cerrar el hueco C. Durante este
movimiento, los dientes SS del segundo engranaje cilíndrico 49 se
deslizan axialmente con relación a los dientes externos SG del
segundo anillo 41 de engranaje. A medida que el segundo anillo 41
de engranaje topa con el extremo distal del segundo miembro 3 de
cuerpo, el segundo motor 46 se cala y la circuitería de control
apaga el segundo motor 46. Al final de este paso, la posición es
como se indica en la figura 8. Ésta es esencialmente la misma que
la posición ilustrada en la figura 4 excepto que el miembro tubular
4 se ha movido en sentido distal con respecto al primer miembro 2 de
cuerpo una distancia que corresponde a la carrera del actuador
piezoeléctrico 50.
El ciclo de operaciones se puede entonces
repetir.
La figura 9 muestra la posición al final del
primer paso del siguiente ciclo, habiéndose hecho que el actuador
piezoeléctrico 50 se extienda una distancia de aproximadamente 120
\mum como para hacer que el miembro tubular 4 se mueva en sentido
distal con respecto al primer miembro 2 de cuerpo una distancia
adicional que corresponde a la carrera del actuador piezoeléctrico
50. Los otros pasos se ejecutan entonces como se describen con
referencia a las figuras 6 a 8.
La secuencia de cuatro pasos descrita en
relación a las figuras 5 a 8 proporciona una técnica "inchworm"
por medio de la cual el dispositivo auto-extensible
ilustrado puede sufrir un movimiento del miembro tubular alargado 4
en la dirección distal con respecto al primer miembro 2 de cuerpo en
pasos incrementales. Tal técnica puede proporcionar de este modo un
alargamiento sustancialmente continuo del fijador óseo 1 a lo largo
de las horas de vigilia del paciente (y posiblemente también
durante sus horas de sueño), sin causar niveles significativos de
dolor al paciente.
Si se desea, se puede superponer una señal
oscilatoria de baja amplitud, por ejemplo que tiene una frecuencia
de aproximadamente 5 Hz a aproximadamente 2 kHz, a los potenciales
de voltaje aplicados a los cristales del actuador piezoeléctrico
50, con vistas a proporcionar un perfeccionamiento en el proceso de
osteogénesis.
Preferiblemente, la extensión causada por la
aplicación del potencial seleccionado de voltaje al actuador
piezoeléctrico 50 y el número de ciclos por día en los cuales se
repite este procedimiento se seleccionan como para dar un ritmo de
movimiento del miembro tubular alargado 4 con relación al primer
miembro 2 de cuerpo de aproximadamente 1 mm por día.
Si se desea, se puede aplicar una señal
oscilatoria en algún punto durante la carrera en tanto que la
amplitud de la señal de alta frecuencia sea menor que la extensión
ya causada por el potencial de voltaje en el mismo momento que se
aplica la señal oscilatoria. Convenientemente, la señal oscilatoria
se aplica después de que se ha conseguido la extensión completa.
Sin embargo, se puede aplicar antes de que se haya conseguido la
extensión completa, si se desea. Tal señal oscilatoria puede ser,
por ejemplo, una frecuencia, típicamente una frecuencia de onda
sinusoidal, de aproximadamente 5 Hz a aproximadamente 1 kHz, que
tiene una amplitud de no más de aproximadamente 10 \mum y se
aplica preferiblemente después de que se ha conseguido la extensión
de pico causada por el potencial de voltaje, por ejemplo después de
que la extensión del actuador piezoeléctrico 50 ha alcanzado 40
\mum de su extensión permitida máxima de aproximadamente 120
\mum, pero antes de que se haga funcionar el primer motor 42. En
cualquier caso, con el fin de no causar daños al actuador
piezoeléctrico 50, la amplitud de cualquier señal oscilatoria no
debe superar la extensión causada por el potencial de voltaje de cc
sobre la que se superpone la señal oscilatoria.
Por supuesto no es necesario aplicar siempre el
potencial máximo posible de voltaje de funcionamiento seguro al
actuador piezoeléctrico 50. De este modo, por ejemplo, incluso si la
extensión permitida máxima que se puede conseguir por el actuador
piezoeléctrico 50 es de aproximadamente 120 \mum, el diseñador del
fijador óseo, o el cirujano ortopédico que supervisa su uso, pueden
decidir que el miembro tubular 4 se mueva en cada carrera
solamente, por ejemplo, aproximadamente 40 \mum. Esto tiene la
ventaja de que se pueden usar potenciales de voltaje de pico más
bajos, reduciendo de este modo el riesgo de que el aislamiento
externo del fijador óseo 1 se rompa y se permita que el paciente
padezca descargas eléctricas. Por ejemplo, el cirujano puede
decidir que la aplicación de 25 ciclos por día, cada uno de
aproximadamente 40 \mum, proporcionará el ritmo deseado de
distracción de aproximadamente 1 mm por día, incluso aunque la
extensión permitida segura máxima del actuador piezoeléctrico puede
ser de aproximadamente 120 \mum.
La figura 10 es un diagrama electrónico de
bloques del fijador óseo 1. El corazón del circuito es un
microprocesador 61 que recibe entradas desde la célula 33 de carga
de bobina, que consiste en un puente de extensímetro. También
recibe entradas desde dos sensores 62, 63 de distancia, y
retroalimentación desde los motores 18 y 29 así como desde el
actuador 41, un reloj temporizador 64, y un reloj 65 de procesador.
Los sensores 62, 63 de distancia comprenden respectivos contadores
que usan unos LED sobre los dientes de engranaje de los engranajes
cilíndricos primero y segundo 45, 49 para determinar el
alargamiento global, así como respectivos sensores capacitivos de
distancia. La combinación de técnicas proporcionada por los dos
sensores 62, 63 de distancia permite una determinación de
conformidad exacta del lugar óseo cargado. El reloj temporizador 64
es un oscilador programable de baja frecuencia usado para despertar
del sueño al microprocesador 61 con el fin de ahorrar potencia. Se
proporciona un puerto 66 de comunicaciones RS232 para posibilitar
que el doctor, el cirujano u otro personal médico que inspecciona
el tratamiento programen parámetros de ajuste y lean datos
almacenados en una memoria 67 de anotación de datos que han sido
reunidos tras el procedimiento clínico.
El microprocesador 61 es un circuito integrado
conectado a un reloj de microprocesador. Típicamente, es un
resonador cerámico de 4 MHz, mientras que el reloj temporizador 64
es un cristal de reloj de 32 kHz con su circuito integrado de reloj
asociado que incorpora el circuito de oscilador y un divisor de
frecuencia para proporcionar una salida de 1 Hz.
En el hospital o la clínica, o en las salas de
consulta del cirujano, los parámetros requeridos para controlar el
ritmo de extensión del fijador 1 se pueden meter en el
microprocesador 61 desde un dispositivo de entrada, tal como un
ordenador personal. Tales parámetros pueden incluir el ritmo de
inclinación del voltaje aplicado al actuador piezoeléctrico 50.
Aunque el fijador óseo 1 se usará a menudo como
un dispositivo externo encajado en pasadores o alambres que se
extienden a través de la piel del paciente hasta la respectiva
porción de hueso a la que están unidos quirúrgicamente, el fijador
óseo 1 se puede implantar dentro del cuerpo del paciente, bien
internamente con relación al hueso del paciente o bien sino
externamente con relación a él. En este caso, la circuitería
electrónica de control incluirá una interfaz inalámbrica o una
interfaz similar de manera que el cirujano pueda interrogar a la
memoria y programar la circuitería para efectuar cambios en lo más
de la acción del fijador óseo 1. Además, también se puede
incorporar una batería en el fijador óseo 1 para proporcionar
potencia para los motores 42 y 46 y para proporcionar, por medio de
circuitería adecuada, el voltaje necesario para el funcionamiento
del actuador piezoeléctrico 50.
Los distractores tisulares provistos de un
dispositivo auto-extensible de acuerdo con la
invención también pueden encontrar otros usos en cirugía. Por
ejemplo, en casos en los que la forma de la espina dorsal requiere
ser corregida, se pueden encajar distractores tisulares uno a cada
lado de la columna vertebral del paciente, estando conectados cada
uno a al menos dos vértebras. Extendiendo entonces un distractor a
un ritmo más alto que el otro, se puede intentar remediar
malformaciones y desalineaciones de la columna vertebral. Otros usos
que se pueden prever para distractores tisulares de acuerdo con la
invención incluyen la cirugía estética, por ejemplo para cambiar la
forma de la nariz, el pómulo o la mandíbula inferior de un
paciente.
Usos adicionales de un distractor tisular de
acuerdo con la invención serán fácilmente evidentes para los
expertos en la técnica.
También está claro para los expertos en la
técnica que el mecanismo auto-extensible ilustrado
en las figuras 4 a 9 tiene muchas otras aplicaciones, por ejemplo
en naves espaciales tripuladas o no tripuladas en las que se puede
usar como uno de una pluralidad de dispositivos de soporte para una
antena de radio o dispositivo similar, de manera que, ajustando la
longitud del dispositivo auto-extensible, se puede
ajustar la orientación precisa de una antena de radio con relación
a la nave espacial. Por ejemplo, una antena parabólica de radio
puede estar montada en una nave espacial militar o civil sobre tres
dispositivos de soporte, que incorporan cada uno un dispositivo
auto-extensible del tipo ilustrado en las figuras 4
a 9. Alargando apropiadamente uno seleccionado de los tres
dispositivos de soporte, se puede ajustar de manera muy precisa la
orientación de la antena parabólica de radio u otro artículo de
equipo. Tal ajuste se puede usar, por ejemplo, para mover la huella
de una señal de frecuencia de radio transmitida a la nave espacial
desde una estación de tierra y reflejada desde la antena parabólica
de radio u otra antena de radio, montada en la nave espacial, sobre
la superficie de la tierra, como para limitar la recepción de la
señal de frecuencia de radio solamente a personas situadas dentro
de esa huella.
En algunas circunstancias, por ejemplo en
entornos extraterrestres, puede ser deseable posibilitar que el
dispositivo auto-extensible 1 ilustrado se acorte en
longitud desde una condición ya extendida. Esto se puede conseguir
proporcionando al menos una conexión de muelle entre el primer
miembro 2 de cuerpo y la guía lineal 21 de apoyo que actúa en una
dirección proximal con respecto al primer miembro 2 de cuerpo. En
este caso, el actuador piezoeléctrico 50, durante la extensión del
dispositivo auto-extensible 1, actúa
contra la o las conexiones de muelle con una fuerza mayor que la
fuerza de retorno proporcionada por la o las conexiones de muelle.
Durante el acortamiento del dispositivo
auto-extensible 1, el actuador piezoeléctrico 50 no
se usa. Se hacen ajustes apropiados a la circuitería de control y
al ciclo de funcionamiento para facilitar la
auto-contracción del dispositivo 1, en este
caso.
También se prevé que, en un entorno
extraterrestre, el dispositivo auto-extensible 1 se
puede usar para amortiguar cualesquiera vibraciones que se pueden
establecer en un montante de soporte que incluye el dispositivo 1
utilizando el actuador piezoeléctrico 50 para amortiguar las
vibraciones sin intentar cambiar las posiciones relativas del
primer miembro 2 de cuerpo y la guía lineal 21 de apoyo.
Claims (18)
1. Un dispositivo
auto-extensible que comprende:
un primer cuerpo (2) provisto de un taladro
axial (AB) en él,
un miembro tubular alargado (4) que tiene un
extremo proximal (PE), un extremo distal (DE), al menos una ranura
axial (34) que se extiende desde el extremo distal (DE), un taladro
interno (IB), y una rosca externa (ES), y estando el extremo
proximal (PE) recibido de manera deslizable en el taladro axial (AB)
del primer cuerpo (2),
una guía lineal (21) de apoyo que tiene una
porción (PP) que se extiende a través de la al menos una ranura
axial (34) adentro del taladro interno (IB),
un segundo cuerpo (3) recibido de manera
deslizable en el miembro tubular alargado (4) entre la guía lineal
(21) de apoyo y el primer cuerpo (2) y conectado a la guía lineal
(21) de apoyo,
un primer anillo (40) de engranaje dispuesto en
el miembro tubular alargado (4) entre el primer cuerpo (2) y el
segundo cuerpo (3), teniendo el primer anillo (40) de engranaje una
primera rosca interna (FI) aplicada de manera roscada a la rosca
externa (ES) en el miembro tubular alargado (4) y teniendo unos
primeros dientes periféricos (FP) de engranaje,
un primer motor (42) dispuesto para accionar un
primer engranaje cilíndrico (45) que tiene unos primeros dientes
(FS) de engranaje cilíndrico en aplicación con los primeros dientes
periféricos (FP) de engranaje,
un segundo anillo (41) de engranaje dispuesto en
el miembro tubular alargado (4) entre el segundo cuerpo (3) y la
guía lineal (21) de apoyo, teniendo el segundo anillo (41) de
engranaje una segunda rosca interna (SI) aplicada de manera roscada
a la rosca externa (ES) en el miembro tubular alargado (4) y
teniendo unos segundos dientes periféricos (SG) de engranaje,
un segundo motor (46) dispuesto para accionar un
segundo engranaje cilíndrico (49) que tiene unos segundos dientes
(SS) de engranaje cilíndrico aplicados a los segundos dientes
periféricos (SG) de engranaje,
medios electro-restrictivos (50)
montados dentro del miembro tubular alargado (4) y que tienen un
extremo proximal (51) situado con respecto al primer cuerpo (2) y
que tienen un extremo distal (53) adaptado para apoyar contra la
guía lineal (21) de apoyo, y
medios de generación de voltaje conectados
eléctricamente a los medios electro-restrictivos
(50) para aplicar un voltaje a los mismos como para hacer que los
medios electro-restrictivos (50) aumenten de
longitud una cantidad incremental predeterminada;
mediante el cual, en un ciclo de funcionamiento,
al actuar los medios de generación de voltaje en un primer paso
como para aplicar un voltaje predeterminado a los medios
electro-restrictivos (50), los medios
electro-restrictivos (50) aumentan de longitud una
cantidad incremental y mueven la guía lineal (21) de apoyo, el
segundo cuerpo (3), el miembro tubular alargado (4), y los anillos
primero y segundo (40, 41) de engranaje una cantidad incremental
alejándose en sentido distal del primer cuerpo (2) como para formar
un primer hueco (A) entre el primer miembro (2) de cuerpo y el
segundo cuerpo (3) así como un segundo hueco (B) entre el primer
anillo (40) de engranaje y una cara distal del primer cuerpo (2), y
después, al actuar el primer motor (42) en un segundo paso, el
primer engranaje cilíndrico (45) rota el primer anillo (40) de
engranaje y lo acciona a lo largo de la rosca externa (ET) en el
miembro tubular alargado (4), hacia el extremo proximal (PE) del
mismo, una distancia sustancialmente igual a la cantidad
incremental hasta que topa con el primer cuerpo (2), para cerrar
mediante ello el segundo hueco (B), y después, en un tercer paso,
los medios de generación de voltaje dejan de aplicar voltaje a los
medios electro-restrictivos (50) como para hacer que
los medios electro-restrictivos (50) disminuyan de
longitud para cerrar por ello el primer hueco (A) y producir un
tercer hueco (C) entre el segundo anillo (41) de engranaje y una
superficie distal del segundo cuerpo (3), y después de ello, al
actuar subsiguientemente el segundo motor (46) en un cuarto paso,
el segundo engranaje cilíndrico (49) rota el segundo anillo (41) de
engranaje y lo acciona a lo largo de la rosca externa (ET) en el
miembro tubular alargado (4) hacia el extremo proximal (PE) del
mismo una distancia sustancialmente igual a la cantidad incremental
hasta que topa
con el segundo cuerpo (2) y cierra el tercer hueco (C) en preparación para un subsiguiente ciclo de funcionamiento.
con el segundo cuerpo (2) y cierra el tercer hueco (C) en preparación para un subsiguiente ciclo de funcionamiento.
2. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el primer motor (42) está montado en el primer cuerpo
(2).
3. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con la reivindicación 1 o
la reivindicación 2, en el que el segundo motor (46) está montado
en el segundo cuerpo (3).
4. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el miembro tubular alargado (4)
está provisto de un par de ranuras longitudinales, diametralmente
opuestas, cada una para el paso de una correspondiente porción de
la guía lineal (21) de apoyo.
5. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que el segundo cuerpo (3) se sostiene
preso en el primer cuerpo (2).
6. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con la reivindicación 5,
en el que los medios (25) de retenedor comprenden una pluralidad de
pernos o tornillos (28) que están dispuestos para comprimir unos
respectivos anillos de compresión a medida que el segundo cuerpo
(3) se mueve en sentido distal a lo largo del miembro tubular
alargado (4) con relación al primer cuerpo (2).
7. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que la guía lineal (21) de apoyo está
asegurada al segundo cuerpo (3) por medio de una pluralidad de
tornillos o pernos (20).
8. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que el primer motor (42) está
dispuesto para accionar el primer engranaje cilíndrico (45) a través
de una primera caja (43) de engranajes planetarios.
9. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que el segundo motor (46) está
dispuesto para accionar el segundo engranaje cilíndrico (49) a
través de una segunda caja (47) de engranajes planetarios.
10. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que una célula (33) de carga está
posicionada como para ser capaz de medir la carga impuesta sobre el
dispositivo.
11. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que se proporciona una articulación
(54) de cojinete de bolas entre el extremo distal (53) de los medios
electro-restrictivos (50) y la guía lineal (21) de
apoyo.
12. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que los medios
electro-restrictivos (50) comprenden un actuador
piezoeléctrico.
13. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, en el que se proporciona circuitería de
control que está adaptada como para interrumpir el suministro de
voltaje a los medios electro-restrictivos (50) en
el caso de que la carga a través del dispositivo supere un valor
predeterminado.
14. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, en el que se proporciona circuitería de
control que está adaptada a apagar el primer motor (42) cuando éste
se cala.
15. Un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 14, en el que se proporciona circuitería de
control que está adaptada a apagar el segundo motor (46) cuando éste
se cala.
16. Un fijador óseo que incluye un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 15.
17. Una nave espacial que comprende un accesorio
fijado a ella por medio de una pluralidad de soportes, en la que al
menos uno de los soportes comprende un dispositivo
auto-extensible de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 15.
18. Una nave espacial de acuerdo con la
reivindicación 17, en la que el accesorio es una antena de
frecuencia de radio o una antena de frecuencia de microonda y en la
que la antena está asegurada a la nave espacial por medio de tres
soportes.
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