ES2327053T3 - Sistema para controlar un sistema quirurgico basado en flujo de irrigacion. - Google Patents

Abstract

Sistema quirúrgico (100) que presenta una pieza de mano de ultrasonidos (112), presentando la pieza de mano de ultrasonidos una punta de corte (113), comprendiendo el sistema unos medios de control para: establecer (700) una temperatura umbral; vigilar (710) una presión de irrigación en un conducto que corre hasta la pieza de mano de ultrasonidos; calcular (720) un caudal de fluido de irrigación; determinar (730) una capacidad de absorción de calor para el caudal calculado de fluido de irrigación; determinar (750) una temperatura de un ojo basándose en una comparación (740) de la capacidad de absorción de calor determinada y una cantidad de potencia que se suministra a la pieza de mano de ultrasonidos; comparar (760) la temperatura determinada del ojo con la temperatura umbral; y si fuera necesario, unos medios para ajustar (770) la cantidad de potencia suministrada a la punta de corte de la pieza de mano de ultrasonidos sobre la base de la comparación de las temperaturas determinada y umbral, caracterizado porque presenta unos medios para: determinar (410) una tasa de variación de la presión de irrigación (605); determinar (420) una etapa de oclusión sobre la base de la tasa de variación de la presión de irrigación; y si fuera necesario, unos medios para ajustar (430) una cantidad de potencia suministrada a la punta de corte de la pieza de mano de ultrasonidos sobre la base de la etapa determinada de oclusión y sobre la base de la comparación de las temperaturas determinada y umbral.

Description

Sistema para controlar un sistema quirúrgico basado en flujo de irrigación.

Campo de la invención

La presente invención se refiere generalmente al campo de la cirugía oftálmica y, más particularmente, a un sistema para controlar parámetros quirúrgicos de un sistema de facoemulsificación basado en determinaciones que implican presión de irrigación.

Antecedentes

El ojo humano funciona para proporcionar visión transmitiendo luz a través de una porción exterior transparente denominada la córnea y enfocando la imagen por medio del cristalino sobre la retina. La calidad de la imagen enfocada depende de muchos factores incluyendo el tamaño y la forma del ojo y la transparencia de la córnea y el cristalino. Cuando la edad o la enfermedad hacen que el cristalino sea menos transparente, la visión se deteriora debido a la luz disminuida que puede transmitirse a la retina. Esta deficiencia se conoce médicamente como catarata. Un tratamiento aceptado para cataratas es eliminar quirúrgicamente la catarata y sustituir el cristalino por una lente intraocular artificial (IOL). En Estados Unidos, la mayoría de los cristalinos con cataratas se eliminan utilizando una técnica quirúrgica denominada facoemulsificación. Durante esta intervención, se inserta una punta de corte delgada en el cristalino enfermo y se la hace vibrar ultrasónicamente. La punta de corte vibrante licúa o emulsiona el cristalino de modo que éste pueda ser aspirado fuera del ojo. El cristalino enfermo, una vez retirado, es sustituido por una IOL.

Un dispositivo quirúrgico ultrasónico típico adecuado para una intervención oftálmica incluye una pieza de mano accionada ultrasónicamente, una punta de corte anexa, una manga de irrigación y una consola de control electrónica. El conjunto de pieza de mano se sujeta a la consola de control por medio de un cable o conector eléctrico y tubos flexibles. Un cirujano controla la cantidad de potencia ultrasónica que es suministrada a la punta de corte de la pieza de mano y aplicada al tejido en cualquier momento dado presionando un pedal para solicitar potencia hasta la cantidad máxima de potencia ajustada en la consola. Los tubos flexibles suministran fluido de irrigación al ojo y extraen fluido de aspiración de éste a través del conjunto de pieza de mano.

La parte funcional de la pieza de mano es una barra o cuerno resonante hueco, situado en el centro, que está sujeto a un grupo de cristales piezoeléctricos. Los cristales son controlados por la consola y suministran vibraciones ultrasónicas que accionan tanto el cuerno como la punta de corte anexa durante la facoemulsificación. El conjunto de cristal/cuerno está suspendido dentro del cuerpo o caparazón hueco de la pieza de mano por medio de monturas flexibles. El cuerpo de la pieza de mano termina en una porción de diámetro reducido u ojiva en el extremo distal del cuerpo. La ojiva está roscada externamente para aceptar la manga de irrigación. Asimismo, el ánima del cuerno está internamente roscada en su extremo distal para recibir las roscas externas de la punta de corte. La manga de irrigación tiene también un ánima internamente roscada que se atornilla sobre las roscas externas de la ojiva. La punta de corte se ajusta de modo que ésta sobresalga solamente una cantidad predeterminada más allá del extremo abierto de la manga de irrigación.

Durante la utilización, los extremos de la punta de corte y la manga de irrigación se insertan en una pequeña incisión de anchura predeterminada practicada en la córnea, la esclerótica u otra ubicación. Una punta de corte conocida se hace vibrar ultrasónicamente a lo largo de su eje longitudinal dentro de la manga de irrigación por el cuerno ultrasónico activado por cristales, emulsificando así el tejido seleccionado in situ. El ánima hueca de la punta de corte comunica con el ánima del cuerno, que, a su vez, comunica con el conducto de aspiración que va de la pieza de mano a la consola. Otras puntas de corte adecuadas incluyen elementos piezoeléctricos que producen oscilaciones longitudinales y torsionales. Un ejemplo de tal punta de corte se describe en la patente US nº 6.402.769 (Boukhny).

Una fuente de presión reducida o vacío en la consola extrae o aspira el tejido emulsificado del ojo a través del extremo abierto de la punta de corte, las ánimas de la punta de corte y del cuerno y el conducto de aspiración y lo conduce hacia un dispositivo de recogida. La aspiración del tejido emulsificado es asistida por una solución salina u otro irrigante que se inyecta en el lugar quirúrgico a través del pequeño intersticio anular entre la superficie interior de la manga de irrigación y la punta de corte.

Una técnica quirúrgica conocida es realizar la incisión en la cámara anterior del ojo tan pequeña como sea posible con el fin de reducir el riesgo de astigmatismo inducido. Estas pequeñas incisiones dan como resultado heridas muy estrechas que aplastan fuertemente la manga de irrigación contra la punta de vibración. La fricción entre la manga de irrigación y la punta de vibración genera calor. El riesgo de que la punta se sobrecaliente y queme el tejido es reducido por el efecto de enfriamiento del fluido aspirado que fluye dentro de la punta.

Cuando la punta llega a ocluirse o atascarse con tejido emulsificado, el flujo de aspiración puede reducirse o eliminarse, permitiendo que la punta se caliente, reduciendo así el enfriamiento y dando como resultado un incremento de temperatura que puede quemar el tejido en la incisión. Además, durante la oclusión, puede acumularse un vacío mayor en el tubo de aspiración, de modo que cuando se rompe finalmente la oclusión, puede succionarse rápidamente una mayor cantidad de fluido desde el ojo, dando como resultado posiblemente el colapsamiento del globo u otro daño en el ojo.

Los dispositivos conocidos han utilizado sensores que detectan grandes aumentos en el vacío de aspiración y que detectan oclusiones basándose en un nivel de vacío particular predeterminado. Sobre la base de esta oclusión detectada, puede reducirse la potencia de la pieza de mano y/o pueden incrementarse los flujos de irrigación y aspiración. Véanse las patentes US nº 5.591.127, nº 5.700.240 y nº 5.766.146 (Barwick, Jr., et al.). Sin embargo, estos dispositivos utilizan un nivel de vacío de aspiración fijo para provocar una respuesta del sistema. El nivel fijo es un valor umbral basado en un porcentaje fijo del límite de vacío superior seleccionado. Sin embargo, la utilización y la efectividad de tales sistemas son limitados, puesto que no responden hasta que se alcanza el nivel de vacío preajustado. La patente US nº 6.179.808 de Boukhny et al. describe un sistema que reduce la amplitud de la señal y/o el ciclo de servicio cuando la temperatura excede un límite predeterminado calculado basándose en el flujo de irrigación medido o estimado.

El documento WO 01/97728A1 (Allergan sales, Inc.) describe un aparato de control para una pieza de mano de facoemulsificación ultrasónica que utiliza caudales y mediciones de temperatura, así como potencia proporcionada a una pieza de mano para calcular una matriz de combinaciones de ciclos de servicio y niveles de potencia que no generarían suficiente calor para crear una quemadura en el tejido del ojo e impedir el funcionamiento de la pieza de mano en la matriz o alertar a un cirujano de tal uso.

Los sistemas de detección de oclusión conocidos pueden así mejorarse, puesto que, en realidad, los niveles de vacío pueden variar a lo largo de un corto periodo de tiempo durante diferentes etapas de la oclusión. Un ajuste demasiado bajo de este límite de vacío preestablecido da como resultado que el sistema cambie prematuramente sus parámetros de funcionamiento y mantenga los parámetros después de que se ha despejado la oclusión. Un ajuste demasiado alto del límite puede dar como resultado que el sistema cambie su ajuste demasiado próximo al momento de aparición real de la oclusión y cambie de nuevo su ajuste volviendo al normal antes de que se despeje la oclusión. Además, la eficiencia de corte se maximiza cuando la punta de corte está ocluida, por lo que un incremento de la potencia cuando se detecta una condición ocluida maximiza la eficiencia de corte, pero incrementa el riesgo de sobrecalentamiento del tejido que rodea la punta.

Además, en el transcurso de la cirugía hay veces en las que la punta presionada contra el cristalino con el fin de emulsificar el tejido del cristalino, y hay veces en las que la punta no está en contacto con el cristalino. Sin embargo, la energía de ultrasonidos permanece conectada hasta que el cirujano libera el pedal, incluso durante momentos en que es aspirado el material del cristalino, el cirujano tira de la punta hacia fuera del cristalino, o el cristalino se mueve hacia fuera de la punta. La eficiencia de la cirugía disminuye y la energía desperdiciada puede provocar un calentamiento innecesario de la punta que puede aumentar la probabilidad de una quemadura indeseable del tejido en la incisión.

Por tanto, continúa existiendo una necesidad de un sistema de detección de oclusión que detecte con más precisión la aparición y el despeje de una oclusión en un sistema de aspiración quirúrgico. Esta información puede ser utilizada por el sistema de control para ajustar la potencia de manera correspondiente, por ejemplo incrementando la potencia durante una oclusión con el fin de mejorar la eficiencia de corte de la punta de ultrasonidos y/o reduciendo la potencia cuando la temperatura relativa alcanza un umbral predeterminado con el fin de impedir un calentamiento excesivo. La eficiencia de corte puede incrementarse además añadiendo un sistema de detección de carga que detecte el momento en que la punta ya no está en contacto con el material del cristalino y ajuste la potencia automáticamente.

Sumario

La presente invención proporciona un sistema para controlar un sistema quirúrgico que establece una temperatura umbral y vigila una presión de irrigación en un conducto de irrigación que discurre en una pieza de mano de ultrasonidos de acuerdo con las reivindicaciones que siguen. Se calculan un caudal de fluido de irrigación y una capacidad de absorción de calor para el flujo de fluido de irrigación. Se determina una temperatura del ojo comparando la capacidad de absorción del calor y la potencia suministrada a la pieza de mano de ultrasonidos para determinar la temperatura de un ojo, que se compara con la temperatura umbral. Basándose en la comparación, se ajusta, según sea necesario, la cantidad de potencia que se suministra a una punta de corte de una pieza de mano de ultrasonidos.

Según otra forma de realización, se establece una temperatura umbral y se vigila una presión de irrigación de la pieza de mano de ultrasonidos. Se calcula el caudal de fluido de irrigación y se determina una capacidad de absorción de calor para el caudal del fluido de irrigación. Se determina una temperatura de un ojo sobre la base de la capacidad de absorción de calor y se suministra potencia a una pieza de mano de ultrasonidos. La temperatura del ojo se compara con la temperatura umbral. Además, se determina una tasa de variación de presión de irrigación y se determina una etapa de oclusión sobre la base de la tasa de variación. La potencia suministrada a una punta de corte de una pieza de ultrasonidos se ajuste según sea necesario sobre la base de la etapa de oclusión y la comparación.

En una forma de realización alternativa adicional, un sistema para controlar un sistema quirúrgico incluye establecer una temperatura umbral, vigilar una presión de irrigación y calcular un caudal de fluido de irrigación, se determina una temperatura de un ojo basándose en la capacidad de absorción de calor para el caudal calculado de fluido de irrigación y la potencia suministrada a una pieza de mano de ultrasonidos. La temperatura del ojo se compara con la temperatura umbral. Además, se determina la tasa de variación de la presión de irrigación. Se determina una etapa de oclusión basándose en la tasa de variación y se ajusta la potencia suministrada a una punta de corte de una pieza de mano de ultrasonidos, según sea necesario, basándose en la etapa de oclusión y la comparación. Por ejemplo, puede reducirse la potencia suministrada a la pieza de mano si la temperatura determinada excede la temperatura umbral, mientras que
la potencia puede mantenerse o incrementarse si la temperatura determinada está por debajo de la temperatura umbral.

Según diversas formas de realización, puede ajustarse la potencia estableciendo un ciclo de servicio o fijando una carrera o amplitud de la salida de la pieza de mano de ultrasonidos.

Las etapas de oclusión que pueden identificarse incluyen un comienzo o indicación preliminar de oclusión, una condición de preoclusión, una oclusión completa, una ruptura de oclusión o una recuperación desde una ruptura de una oclusión.

Breve descripción de los dibujos

Haciendo referencia a continuación a los dibujos, en los que números de referencia similares representan partes correspondientes y en los que:

la figura 1 es una vista en perspectiva de un ejemplo de un sistema quirúrgico que puede usarse con diversas formas de realización;

la figura 2 es un diagrama de bloques que muestra los componentes de un sistema quirúrgico;

las figuras 3A-3B ilustran unos ejemplos de piezas de mano ultrasónicas que pueden usarse con diversas formas de realización;

la figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra una forma de realización de un procedimiento de ajuste de potencia suministrada a una pieza de mano, potencia que se basa en un patrón y una tasa de variación de uno o más parámetros de funcionamiento;

la figura 5 ilustra las etapas de oclusión que pueden utilizarse con las formas de realización de la presente invención;

la figura 6 ilustra unos patrones de vacío de aspiración y de presión de irrigación en diferentes etapas de una oclusión mostrada en la figura 5;

la figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra una realización de un procedimiento para ajustar potencia con el fin de impedir el sobrecalentamiento de una punta de transductor;

la figura 8 es un diagrama de flujo más detallada de una implementación de la realización mostrada en la figura 7;

las figuras 9a-9b ilustran unos ejemplos de impulsos en modo de ráfagas con amplitudes constantes y tiempos de desconexión diferentes, y siendo controlados los tiempos de desconexión diferentes por la depresión de un pe-
dal;

la figura 10 ilustra unos ejemplos de impulsos en modo de impulsos con ciclos de servicio diferentes y siendo controlados los ciclos de servicio por la depresión de un pedal;

la figura 11 ilustra unos niveles de Potencia de Detección no cero entre impulsos de corte según una realización;

la figura 12 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para ajustar la potencia basándose en un umbral de potencia y en cálculos de sensibilidad;

la figura 13 es un esquema de un sistema de suministro de pieza de mano que puede usarse con una forma de realización;

la figura 14 ilustra unos niveles de Potencia de Detección no cero que tienen duraciones que son más cortas que las duraciones de nivel de Potencia de Detección mostradas en la figura 11, según una forma de realización adicional;

la figura 15 ilustra unos niveles de Potencia de Detección no cero entre niveles de corte y que tienen duraciones que varían en el tiempo, según una forma de realización adicional;

la figura 16 ilustra unos niveles independientes de Potencia de Detección no cero entre impulsos de corte y siendo cero la potencia entre los impulsos de corte y de Potencia de Detección, según otra forma de realización;

la figura 17 ilustra unos impulsos de Potencia de Detección independientes entre impulsos de corte y siendo la duración de los impulsos de Potencia de Detección más corta que la duración de los impulsos de Potencia de Detección mostrados en la figura 16, según una forma de realización adicional;

la figura 18 ilustra unos impulsos de Potencia de Detección no cero independientes con duraciones que varían en el tiempo, según otra forma de realización;

la figura 19 ilustra unos impulsos de Potencia de Detección no cero inmediatamente antes de los impulsos de corte, según otra forma de realización;

la figura 20 ilustra unos impulsos de Potencia de Detección no cero inmediatamente después de los impulsos de corte, según otra forma de realización;

la figura 21 ilustra unos impulsos de Potencia de Detección independientes entre impulsos de corte y haciéndose las mediciones de Potencia de Detección sobre la base de un impulso de Potencia de Detección decreciente, según otra forma de realización;

la figura 22 ilustra unas mediciones tomadas con respecto a un impulso de Potencia de Detección decreciente más lentamente;

la figura 23 ilustra unas mediciones tomadas con respecto a un impulso de Potencia de Detección decreciente más rápidamente; y

la figura 24 ilustra unas mediciones de Detección que se toman con respecto a una tasa de decrecimiento de un impulso de corte después de que el impulso de corte es conmutado de un nivel alto a un nivel bajo, según otra forma de realización.

Descripción detallada de formas de realización ilustradas

La presente memoria describe unas formas de realización de un procedimiento para controlar un sistema quirúrgico para su utilización en, por ejemplo, cirugía por facoemulsificación. Las formas de realización proporcionan un sistema quirúrgico que sea capaz de detectar etapas de una evento quirúrgico, tal como una oclusión, por ejemplo el comienzo de una oclusión, una condición de preoclusión, una oclusión total, y cuando se rompe una oclusión, detectando cambios en los niveles de presión de un sistema de aspiración, un sistema de irrigación o una combinación de los mismos. Vigilando la forma en que varían los niveles de presión de aspiración o irrigación, pueden detectarse con precisión el comienzo y la rotura de una oclusión. Una vez que se detecta una oclusión, el sistema quirúrgico puede programarse para incrementar la potencia disponible en la pieza de mano, bien aumentando la carrera de la punta o bien incrementando el ciclo de servicio de la potencia de ultrasonidos pulsada.

Para ayudar a evitar el sobrecalentamiento de la punta, el sistema quirúrgico vigila el caudal de irrigación y reduce automáticamente la potencia en la pieza de mano si se predice una situación de sobrecalentamiento. De forma alternativa o adicional, puede vigilarse la cantidad de potencia extraída por la pieza de mano, lo que indica la carga de corte en la punta. Esta información puede usarse para ajustar automáticamente la potencia o carrera (desplazamiento) de la punta con el fin de compensar las variaciones de carga en la punta. En la siguiente descripción, se hace referencia a los dibujos adjuntos, que muestran a título ilustrativo, pero no limitativo, las formas de realización particulares que pueden utilizarse.

Las formas de realización pueden implementarse en sistemas o consolas quirúrgicos comercialmente disponibles por medio de controles de hardware y software apropiados. Un sistema adecuado 100 se ilustra generalmente en la figura 1 y representa el INFINITI Vision System disponible en Alcon Laboratories, Inc., 6201 South Freeway, Q-148, Fort Worth, Texas 76134.

La figura 2 ilustra un ejemplo de un sistema de control 100 con más detalle. El sistema de control 100 se usa para hacer funcionar una pieza de ultrasonidos 112 e incluye una consola de control 114 que tiene un módulo de control o CPU 116, una bomba de aspiración, de vacío o peristáltica 118, un suministro de potencia 120 de pieza de mano, un sensor de presión de irrigación 122 y una válvula 124. La consola 114 puede ser cualquier consola de control quirúrgica comercialmente disponible tal como el sistema quirúrgico ACCURUS, también disponible en Alcon Laboratories, Inc.

Pueden utilizarse diversas piezas de mano ultrasónicas 112 y puntas de corte incluyendo, pero sin limitación, piezas de mano y puntas descritas en las patentes US nº 3.589.363; nº 4.223.676; nº 4.246.902; nº 4.493.694; nº 4.515.583; nº 4.589.415; nº 4.609.368; nº 4.869.715; nº 4.922.902; nº 4.989.583; nº 5.154.694 y nº 5.359.996. En la figura 3A-B, se muestran ejemplos de piezas de mano a título explicativo, pero no limitativo.

Haciendo referencia de nuevo a la figura 2, la CPU 116 puede ser cualquier procesador, microcontrolador, ordenador o controlador lógico digital adecuado. La bomba 118 puede ser una bomba peristáltica, de diafragma, Venturi u otra adecuada. El suministro de potencia 120 puede ser cualquier inductor de ultrasonidos adecuado, tal como el incorporado en el sistema quirúrgico ACCURUS, también disponible en Alcon Laboratories, Inc. La válvula 124 puede ser cualquier válvula adecuada tal como una válvula de pinzado activada por solenoide. Puede proporcionarse una infusión de fluido de irrigación, tal como solución salina, por una fuente 126 de solución salina, que puede ser cualquier solución de irrigación comercialmente disponible proporcionada en botellas o bolsas.

Durante la utilización, el sensor de presión de irrigación 122 está conectado a la pieza de mano 112 y la fuente de fluido de infusión 126 a través de conductos de irrigación 130, 132 y 134. El sensor de presión de irrigación 122 mide la presión del fluido de irrigación enviado de la fuente 126 a la pieza de mano 112 y suministra esta información a la CPU 116 a través del cable 136. Los datos de presión del fluido de irrigación pueden ser utilizados por la CPU 116 para controlar los parámetros de funcionamiento de la consola 114 utilizando comandos de software. Por ejemplo, la CPU 116, a través de un cable 140, puede variar la salida del suministro de potencia 120 que se está enviando a la pieza de mano 112 y la punta 113 a través de un cable de potencia 142. La CPU 116 puede utilizar también datos suministrados por el sensor de presión de irrigación 122 para modificar el funcionamiento de la bomba 118 a través de un cable 144. La bomba 118 aspira fluido de la pieza de mano 112 a través de un conducto 146 y lo envía a un recipiente de recogida 128 a través del conducto 148. La CPU 116 puede utilizar también datos suministrados por el sensor de presión de irrigación 122 y la salida aplicada del suministro de potencia 120 para proporcionar tonos audibles al usuario. En las patentes US nº 6.179.808 (Boukhny et al.) y nº 6.261.283 (Morgan et al.) pueden encontrarse detalles adicionales concernientes a tales sistemas quirúrgicos.

En una forma de realización, la consola de control 114 puede controlar la cantidad de potencia que se suministra a la pieza de mano 112 basándose en la etapa de un evento de oclusión. Más particularmente, los ajustes de potencia se hacen sobre la base de cambios de un nivel de vacío de aspiración, un nivel de presión de irrigación o ambos niveles de vacío de aspiración y presión de irrigación. El cambio puede ser, por ejemplo, una tasa de variación del incremento o la reducción de vacío de aspiración y/o presión de irrigación.

Los ajustes a la cantidad de potencia suministrada a una pieza de mano pueden hacerse como se muestra en la figura 4. Inicialmente, en la etapa 400, se detecta un patrón de un parámetro de funcionamiento quirúrgico durante una oclusión u otro evento quirúrgico a lo largo de un periodo de tiempo. El parámetro de funcionamiento puede ser una presión de vacío y/o una presión de irrigación. Pueden detectarse también ambas presiones, pero se hace referencia principalmente a un único parámetro de funcionamiento para fines de explicación y no de limitación. En la etapa 410 pueden determinarse o calcularse los valores y/o la tasa de variación del parámetro de funcionamiento. Sobre la base de este cálculo, se determina una etapa de oclusión. En la etapa 430 puede ajustarse la cantidad de potencia que es suministrada a una punta de corte de la pieza de mano 112, según sea necesario, sobre la base de la etapa de oclusión.

Más específicamente, se ha determinado que los niveles del vacío de aspiración y la presión de irrigación siguen un patrón detectable antes, durante y después de una oclusión. Este patrón puede utilizarse para identificar una etapa de una oclusión y para ajustar la potencia suministrada a la pieza de mano 112 de manera correspondiente.

Como se muestra en la figura 5, un evento de oclusión típico tiene las siguientes etapas: comienzo de oclusión 500; preoclusión 510; oclusión completa 520; ruptura de oclusión 530; y recuperación 540. El término "comienzo" se utiliza generalmente para referirse a etapas muy tempranas o preliminares de una oclusión y "preoclusión" se utiliza generalmente para referirse al momento que sigue a un comienzo de oclusión y que precede a una oclusión completa. En otras palabras, "comienzo" se utiliza generalmente para referirse al principio del desarrollo de una oclusión y "preoclusión"
se utiliza generalmente para referirse a la etapa en la que una oclusión está madurando hacia una oclusión completa.

La figura 6 ilustra con más detalle patrones del vacío de aspiración y la presión de irrigación que se detectaron. Para cada etapa, el vacío de aspiración se muestra como (mmHg) en función del tiempo (t) y la presión de un fluido de irrigación o solución salina se muestra como (cm H_{2}O) en función del mismo tiempo (t). Estas etapas se exponen con mayor detalle a continuación.

Tal como se muestra en la figura 6, un evento o condición de comienzo de oclusión 500 se caracteriza por un rápido incremento 610 en el vacío de aspiración y un rápido incremento 615 en la presión de irrigación desde un estado de no oclusión durante el cual el vacío y las presiones de irrigación son relativamente estacionarios o constantes (600 y 605). En otras palabras, las tasas a las que se incrementan el vacío y las presiones de irrigación son >0. Como se muestra, el comienzo 500 se identifica por un incremento del vacío de aspiración y la presión de irrigación. La presión de irrigación puede reducirse entonces ligeramente (617) y nivelarse (618). No obstante, el nivel del vacío de aspiración se incrementa inicialmente y continúa aumentando, mientras que la presión de irrigación permanece estable.

Después del evento del comienzo de oclusión 500, la oclusión se desarrolla o madura hacia un evento o condición de preoclusión 510. Como se muestra en la figura 6, un evento de preoclusión 510 se caracteriza por una ralentización 620 de la tasa de incremento en el vacío de aspiración y una presión de irrigación 625 relativamente estabilizada. De este modo, la tasa de incremento del vacío de aspiración y la presión de irrigación se reduce gradualmente hasta una tasa de cero. En otras palabras, el vacío y las presiones de irrigación pasan a ser relativamente estables.

La condición de preoclusión 510 madura hacia una oclusión completa 520. Una oclusión completa está caracterizada por el límite máximo 630. Además, la presión de irrigación es estacionaria 635.

Después de la oclusión completa 520, la oclusión se rompe 530. Un evento de ruptura de oclusión 530 se caracteriza por una rápida reducción del vacío de aspiración 640 y de la presión de irrigación 645. Como se muestra en la figura 6, los niveles del vacío de aspiración y de la presión de irrigación disminuyen rápidamente (las tasas respectivas son <0) después de una rotura de la oclusión. A continuación de la rápida reducción, se reduce 642 la tasa de la disminución del nivel del vacío de aspiración y de la presión de irrigación, mientras que la presión del nivel de irrigación puede invertirse hacia arriba brevemente 647 y estabilizarse a continuación 648.

Después de la rotura de oclusión 520 sigue una etapa de recuperación de oclusión 530. Una etapa de recuperación 530 está caracterizada por una ralentización continuada de la tasa de reducción del vacío de aspiración 650 y la presión de irrigación 655, alcanzando por último un nivel sustancialmente constante. En otras palabras, las tasas de reducción del vacío y las presiones de irrigación se incrementan gradualmente desde un valor negativo hasta aproximadamente 0.

Sobre la base de los sistemas quirúrgicos probados, los patrones del vacío y las presiones de irrigación mostradas en la figura 6 son coincidentes de sistema quirúrgico a otro y pueden detectarse utilizando una variedad de procedimientos de procesamiento de señal digital conocidos. En una forma de realización, el vacío y las presiones de irrigación se detectan utilizando procedimientos de correlación. Por ejemplo, pueden detectarse las fases de una oclusión calculando una correlación lineal entre un patrón predefinido y las lecturas reales del sensor de vacío de aspiración o de presión de irrigación procedentes del sistema quirúrgico. El patrón predefinido del vacío de aspiración que define el comienzo de la oclusión puede ser, por ejemplo, cuatro puntos de la misma lectura de vacío seguidos por 12 puntos de lectura de vacío linealmente creciente.

Por ejemplo, la correlación lineal entre dos secuencias x_{i} e y_{i} es una medición de la exactitud en que una secuencia puede transformarse en la otra a través de una transformación lineal:

y_{i} = ax_{i} + b

en la que: a = coeficiente de correlación lineal, b = desplazamiento

\vskip1.000000\baselineskip

Dadas dos secuencias, la correlación lineal R se calcula como sigue:

1

en la que: N - longitud de correlación (es decir, número de puntos en las secuencias)

\vskip1.000000\baselineskip

El coeficiente de correlación lineal se calcula como sigue:

2

\vskip1.000000\baselineskip

Un procedimiento según una forma de realización implica calcular la correlación lineal entre un secuencia de muestra de las lecturas de sensor de vacío de aspiración y/o de presión de irrigación recogidas durante el uso del sistema quirúrgico y el patrón predefinido que representa los eventos de oclusión en cuestión. El valor de correlación calculado refleja la similitud entre la secuencia de muestra y el patrón predefinido, representando el valor más alto posible de 1,0 una coincidencia absoluta. El intervalo de valores que indica una correlación suficiente está preferentemente comprendido entre 0,80 y 0,99.

Una vez se establece una coincidencia o correlación aceptable, la certeza de algunos de los eventos quirúrgicos, tales como la preoclusión y la recuperación de la oclusión, es alta, y los parámetros quirúrgicos del sistema pueden ajustarse según sea necesario.

Para eventos tales como el comienzo de la oclusión y la rotura de la oclusión, la coincidencia del patrón deberá calificarse basándose en la tasa del cambio de los valores de ensayo. La tasa de variación del vacío y las presiones de irrigación puede evaluarse utilizando un coeficiente de correlación lineal, que refleja la relación de la pendiente de la secuencia de ensayo y el patrón predefinido, y que puede utilizarse de este modo para evaluar si la secuencia de muestra tiene una tasa de variación suficiente para un evento particular.

En una forma de realización, la tasa de variación es un cálculo directo de la derivada (\DeltaValor/\DeltaTiempo) o el cambio de un valor en un cierto tiempo. Los criterios para una tasa suficiente pueden establecer empíricamente para un sistema dado en diferentes ajustes (por ejemplo, diferentes tasas de bombeo de aspiración).

Para casos que requieren calificación de la coincidencia del patrón y la tasa de variación, se considera que se detecta el evento de oclusión cuando se satisfacen ambas condiciones. Una vez que se detecta el evento de oclusión, pueden ajustarse los parámetros quirúrgicos del sistema. El procedimiento descrito puede aplicarse para detectar todos los eventos en una secuencia de oclusión (comienzo de oclusión, preoclusión, oclusión, rotura de oclusión y recuperación). Detectando patrones de los niveles de vacío de aspiración y/o de presión de irrigación pueden determinarse con precisión el tiempo en que deberá ajustarse la potencia. De este modo, las formas de realización son más precisas que los sistemas conocidos que se basan en un umbral o niveles de vacío de aspiración predeterminados para identificar una oclusión completa.

En una forma de realización adicional, la coincidencia de patrones puede realizarse utilizando convolución en lugar de correlación. En consecuencia, los expertos ordinarios en la materia apreciarán que las técnicas de correlación, de derivada y de convolución expuestas en la presente memoria son ejemplos meramente ilustrativos y no están destinados a ser limitativos.

En una forma de realización adicional, puede regularse la cantidad de potencia suministrada a la pieza de mano para impedir un sobrecalentamiento de la punta 113 que puede llevar a daños en el tejido del ojo. Esta forma de realización se denomina Thermal Watch® y se ilustra generalmente en la figura 7.

En la etapa 700, se establece una temperatura umbral. En la etapa 710, se vigila una presión de una fuente de un fluido de irrigación 126, tal como solución salina. En la etapa 720, se hace un cálculo o determinación del caudal del fluido de irrigación procedente de la fuente de fluido de irrigación 126 que se está vigilando. En la etapa 730 se determina una capacidad del flujo de fluido de irrigación para absorber calor o la capacidad de absorción de calor del fluido de irrigación. En la etapa 740, se comparan o analizan la capacidad de absorción del calor determinada y la potencia suministrada a la pieza de mano 112. Sobre la base de esta comparación o análisis, en la etapa 750 se determina una temperatura del ojo u otro tejido.

Por ejemplo, puede determinarse una temperatura aproximada del ojo realizando un cálculo de temperatura en etapas de tiempo discretas en las que la temperatura estimada en el momento actual se encuentra multiplicando la estimación de temperatura previa por un coeficiente de enfriamiento (que es <1), sumando a continuación la potencia suministrada durante el intervalo de tiempo multiplicada por un coeficiente de potencia y restando el flujo durante el intervalo de tiempo multiplicado por un coeficiente de flujo.

En la etapa 760, se comparan la temperatura del ojo estimada y la temperatura umbral. Se ajusta la cantidad de potencia suministrada a la punta de corte 113 de la pieza de mano 112 de ultrasonidos, según sea necesario, en la etapa 770, sobre la base de si la temperatura estimada excede el umbral o excede el umbral en una cantidad predeterminada. Por ejemplo, la potencia suministrada a la pieza de mano puede reducirse aminorando la amplitud de la señal de ultrasonidos y/o disminuyendo el ciclo de servicio de la señal de ultrasonidos si la temperatura estimada excede el umbral, mientras que la potencia puede mantenerse o incrementarse si la temperatura estimada está por debajo del umbral.

La figura 8 ilustra una implementación del procedimiento mostrado en la figura 7. Haciendo referencia a la figura 8, en la etapa 800, se hace una determinación de si se habilita la característica Thermal Watch®. Si no se habilita Thermal Watch®, entonces en la etapa 805 el sistema funciona utilizando funciones de control de ultrasonidos lineales. En otras palabras, la potencia de ultrasonidos suministrada es controlada por los ajustes de la consola y la depresión del pedal por parte del cirujano.

Si se habilita Thermal Watch®, entonces en la etapa 810 se anota o se lee por el sistema un valor umbral ajustado por el cirujano. El valor umbral puede carecer de unidades y estar en cualquier número de etapas de "Desconexión" hasta "Máximo".

En la etapa 815, el sistema vigila la presión del fluido de irrigación (la "lectura IPS") y/o vigila la altura de la botella 126 de la fuente de fluido de irrigación en la etapa 820. Estos parámetros de presión del fluido de irrigación indican el caudal del fluido de irrigación, es decir, la cantidad de fluido de irrigación en un cierto tiempo, en la etapa 825. Conociendo el caudal de fluido de irrigación, puede aproximarse la capacidad de sofocar el calor para este caudal de fluido de irrigación (etapa 830). La función de flujo en el tiempo F(t) puede aproximarse a una función lineal de caída de presión a través de la línea fluídica: F(t) = R(P_{0}-P(t)), donde P_{0} es la presión de la fuente de irrigación (por ejemplo, la altura de la botella de irrigación), P(t) es la lectura del sensor de presión de irrigación y R es una resistencia de línea fluídica entre la fuente de presión y el sensor de presión de irrigación. La resistencia R se establece empíricamente para una configuración fluídica dada (es decir, consumible). La aproximación anterior produce resultados precisos para unas condiciones de flujo en estado estacionario. Para mejorar la precisión de la estimación de una respuesta transitoria, puede añadirse como sigue una corrección exponencialmente decreciente a la ecuación
anterior:

3

en la que \delta es el coeficiente transitorio y \tau_{0} es la constante de tiempo de la línea fluídica aproximada. Ambos valores pueden establecerse empíricamente para una configuración fluídica dada (es decir, una configuración consumible). Los valores de muestra establecidos para configuración consumible del sistema Alcon INFINITI® son: \delta=0,3, \tau_{0}=1,3 segundos. La ecuación anterior puede convertirse fácilmente en una forma discreta que permita la implementación práctica del procedimiento.

La cantidad de calor que es generada por la punta de corte ultrasónica 113 de la pieza de mano 112 (es decir, el Nivel de Potencia Ultrasónica o "Nivel de Potencia US") es vigilada también en la etapa 835. La aproximación de la capacidad de sofocamiento del calor para el flujo de fluido de irrigación se compara después con la cantidad de calor que es generada por la punta de corte ultrasónica 113 para determinar una temperatura aproximada del ojo en la etapa 840. Se hace una determinación de si la temperatura del ojo es mayor que un valor umbral preestablecido o está dentro de un cierto margen del umbral en la etapa 845. Por ejemplo, el margen puede ser de tres grados Fahrenheit (3ºF) dentro (por ejemplo debajo) del umbral, como se muestra en la figura 8. Los expertos en la materia apreciarán que pueden utilizarse asimismo otras cantidades o márgenes predeterminados dependiendo de la sensibilidad deseada del sistema.

Si la temperatura del ojo no está dentro del margen (por ejemplo, 3ºF) o no excede el umbral, entonces pueden usarse las funciones de control de ultrasonidos lineales (etapa 850). Sin embargo, si la temperatura del ojo está dentro del margen o excede el umbral, entonces el sistema utiliza un algoritmo para computar un ciclo de servicio apropiado en la etapa 855. El algoritmo de control puede ser, por ejemplo, un algoritmo de control lineal estándar tal como un algoritmo de control PI (proporcional-integral) o PID (proporcional-integral-derivado). El algoritmo de control puede ser asimismo un algoritmo de control no lineal, tal como un controlador bang-bang (punto por punto) con o sin histéresis. Los expertos en la materia apreciarán que pueden utilizarse diversos algoritmos en diferentes aplicaciones.

Por ejemplo, en la etapa 860, se hace inicialmente una determinación de si el sistema funciona actualmente en un modo continuo. En modo continuo, se aplica un suministro continuo de potencia a la pieza de mano sin interrupción. Si el sistema está en modo continuo, a continuación, en la etapa 865, el sistema conmuta el modo de funcionamiento de potencia ultrasónica continua a pulsada. Si el sistema no está en modo continuo, entonces se hace una determinación en la etapa 870 de si el sistema está funcionando en modo de ráfaga o de impulsos.

Haciendo referencia a las figuras 9a-9b, el modo de ráfaga proporciona una serie de impulsos periódicos 900, de anchura fija y amplitud constante, de potencia de ultrasonidos, cada uno de los cuales es seguido por un tiempo de "desconexión" 910. Los expertos en la materia apreciarán que, en la práctica, los impulsos mostrados en las figuras 9a-9b y otras figuras no son impulsos "perfectos". Más bien, los impulsos transicionan o forman rampa entre diferentes estados debido a, por ejemplo, capacitancia e inductancia. De este modo, los impulsos rectangulares ideales o modelo mostrados en las figuras 9a-9b y otras figuras se proporcionan para fines de explicación e ilustración cuando, en la práctica, los impulsos no tienen una forma rectangular perfecta.

El tiempo de desconexión 910 entre los impulsos 900 de anchura fija es controlado por la intervención del cirujano a través de, por ejemplo, la depresión del pedal. Dicho de otro modo, en modo de ráfaga, cada impulso 900 tiene un tiempo fijo de "conexión" y un tiempo variable de "desconexión". El tiempo de "desconexión" se varía ajustando la posición del pedal o del interruptor de pie.

Por ejemplo, las figuras 9a-9b ilustran un interruptor de pie en cuatro posiciones: el tiempo de desconexión 910 se reduce cuando el pedal está inicialmente en la posición 1 y se le deprime adicionalmente hasta la posición 2, y se reduce aún más cuando se deprime el pedal desde la posición 2 hasta la posición 3. Así, el número de impulsos de amplitud constante y anchura fija en un periodo de tiempo aumenta cuando se deprime adicionalmente el pedal. Cuando se deprime adicionalmente el pedal, el tiempo de desconexión se hace igual finalmente al tiempo de conexión. En este caso, la depresión adicional del pedal desde la posición 3 hasta la posición 4 da como resultado que se incremente la amplitud de los impulsos, mientras se mantiene el mismo tiempo de desconexión 910. En otras palabras, la amplitud de los impulsos puede hacerse después de que el tiempo de desconexión sea el mismo que el tiempo de conexión, incrementando así la potencia suministrada a la pieza de mano.

Haciendo referencia de nuevo a las figuras 8 y 9a-9b, si el sistema está en modo de ráfaga, en la etapa 875 puede ajustarse una serie de impulsos de potencia de ultrasonidos con la misma anchura de impulso por reducción del tiempo de "conexión" de potencia o incremento del tiempo de "desconexión" de potencia, proporcionando de este modo menos impulsos de anchura fija en un tiempo dado y menos potencia a la punta ultrasónica 113, con el fin de enfriar la punta 113. Si el sistema no está en modo de ráfaga, en la etapa 880, el sistema en un modo de impulsos.

Haciendo referencia a las figuras 8 y 10, si el sistema está en modo de impulsos, entonces la amplitud de los impulsos 1000 permanece constante y la potencia suministrada a la pieza de mano puede ajustarse en la etapa 885 ajustando el ciclo de servicio de los impulsos de potencia que se están suministrando a la pieza de mano 112. En un tren ideal de impulsos rectangulares 1000, la relación de la duración de impulso al periodo de impulso o la relación de la duración del nivel de impulso "alto" a la suma de las duraciones de los niveles "alto" y "bajo" (un periodo) es el ciclo de servicio representado como una fracción o porcentaje. De este modo, la duración de cada impulso de amplitud constante 1000 puede cambiarse (por ejemplo, hacerse más estrecha o más ancha) para modificar el ciclo de servicio y variar así la cantidad de potencia que se suministra a la pieza de mano.

Alternativamente, si el sistema está funcionando en un modo continuo (860) y la temperatura del ojo está por encima del umbral, entonces la potencia puede desconectarse hasta que la temperatura del ojo caiga por debajo del umbral. Además, si el sistema está funcionado en un modo de ráfaga o de impulsos y la temperatura del ojo está por encima del umbral, la potencia puede desconectarse durante el resto de un impulso y el siguiente impulso de potencia puede retrasarse, si fuera necesario, hasta que la temperatura del ojo caiga por debajo del umbral.

Los expertos en la materia apreciarán que la característica Thermal Watch puede usarse con diferentes tipos de impulsos, por ejemplo continuos, pulsados, en ráfaga e impulsos que tengan diferentes patrones, tales como los impulsos descritos posteriormente en esta memoria y mostrados en las figuras 14-24, puesto que Thermal Watch sirve como un director que determina periódicamente la cantidad de potencia suministrada, con independencia del tipo de impulso o patrón de impulsos y la forma en que esa cantidad determinada de potencia se compara con el umbral y la manera en que la cantidad de potencia se compara con el umbral, como se ha descrito previamente.

Pueden realizarse ajustes de potencia similares cuando se detecte un evento de oclusión. Por ejemplo, en una forma de realización, puede incrementarse la potencia suministrada a la punta 113 aumentando el tiempo de "conexión" o reduciendo el tiempo de "desconexión" de potencia en el ciclo de servicio de ultrasonidos para incrementar la eficiencia de corte de la pieza de mano 112. La temperatura del ojo puede vigilarse utilizando la características Thermal Watch® para reducir el tiempo de "conexión" de potencia o incrementar el tiempo de "desconexión" de potencia antes de que la punta 113 se sobrecaliente. En consecuencias, las formas de realización proporcionan una manera de incrementar efectivamente la potencia cuando sea necesario (por ejemplo, cuando ocurra un evento de oclusión), pero vigilando y reduciendo efectivamente la potencia, según sea necesario, con el fin de impedir el sobrecalentamiento de la punta 113 y el quemado o dañado del tejido del ojo.

Una forma de realización alternativa se dirige a un sistema y un procedimiento de detección de carga, denominados generalmente "Potencia bajo demanda", que pueden limitar o anular la cantidad de potencia que es requerida por un cirujano si se determina que se está solicitando demasiada potencia con el fin de impedir daños al tejido del ojo. El sistema puede detectar el momento en que la punta de corte 113 ya no está en contacto con el tejido del cristalino o está en contacto con diferentes secciones de un tejido de cristalino con dureza variable, y ajusta automáticamente la cantidad de potencia suministrada a la pieza de mano.

Como se expone previamente, uno o más cristales piezoeléctricos en la pieza de mano 112 son excitados por potencia que es proporcionada por un suministro de potencia. Los cristales vibran, lo que, a su vez, hace que una aguja de la pieza de mano vibre y emita energía de ultrasonidos. El cirujano posiciona la aguja de modo que la energía de ultrasonidos sea suministrada a un tejido de ojo, tal como un cristalino para, por ejemplo, deshacer cataratas. Se utiliza un sistema de aspiración independiente para retirar fragmentos de tejido. Un cirujano puede solicitar que se suministre a la punta 113 una cierta cantidad de potencia mediante, por ejemplo, la depresión de un interruptor de pie u otro activador de interruptor. Durante la intervención quirúrgica el sistema aplica un nivel bajo de voltaje a los cristales haciendo que estos emitan una pequeña cantidad de energía de ultrasonidos. A continuación, se miden el voltaje a través de los cristales y la corriente a través de los cristales en esta condición. Los valores de voltaje y de corriente se utilizan para calcular un valor de potencia es extraído por la pieza de mano. La pieza de mano de ultrasonidos 112 tiende a extraer más potencia con el fin de mantener una carrera dada (amplitud) cuando la punta 113 está en contacto con tejido o material más duro (tal como un cristalino cataratoso). Se ha encontrado que este incremento de potencia basándose en el contacto con material encontrado por la punta en una cirugía de cataratas típica es mensurable en ajustes de más baja potencia. En un modo pulsado modificado, se aplica una pequeña cantidad de potencia a la punta 112 entre los impulsos de potencia más alta utilizados para cortar el tejido. En otras palabras, se aplica una pequeña cantidad de potencia durante periodos de baja potencia.

Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 11, la seña de excitación del tipo de modo pulsado incluye intervalos alternos de potencia alta o de corte 1100 a-e (generalmente 1100) e intervalos alternos de potencia baja o de detección 1110 a-e (generalmente 1110) entre los intervalos de corte 1100. Sin embargo, la amplitud del intervalo de detección 1110 es mayor que cero. En otras palabras, la potencia de detección no se reduce a cero después de un intervalo de corte.

En la forma de realización ilustrada, la duración del intervalo de corte 1100 y el intervalo de detección 1110 es aproximadamente la misma. Las mediciones de voltaje y corriente se realizan durante los intervalos de detección con el fin de correlacionar una cantidad de potencia que es aspirada por la pieza de mano 112 durante el intervalo de detección con una carga 1130 en la punta 113. Puede producirse asimismo algún grado de corte, puesto que una pequeña cantidad de potencia se aplica todavía a la punta, pero el corte tiene lugar principalmente durante el intervalo de corte de mayor potencia. Así, aunque esta memoria se refiere a un intervalo de "detección", la detección y el corte pueden tener lugar durante este intervalo.

La cantidad de potencia extraída por una pieza de mano 112 determinada durante el intervalo de detección 1110 es utilizada a continuación para ajustar la potencia del intervalo de corte siguiente o subsiguiente 1110. La potencia se ajusta proporcionadamente sobre la base de la potencia detectada y la solicitud del cirujano. En otras palabras, si se detecta una carga más alta en la punta, una porción más alta de la potencia (posiblemente toda) requerida por un cirujano será suministrada en el siguiente intervalo de corte. Asimismo, si se detecta una carga inferior, una porción más pequeña (posiblemente ninguna) de la potencia solicitada por el cirujano se suministrará durante el siguiente intervalo de corte 1110.

Por ejemplo, la potencia detectada durante el intervalo de detección 1110a se utiliza para ajustar proporcionadamente el nivel de potencia del siguiente intervalo de corte 1100b. Análogamente, la potencia detectada durante el intervalo de detección 1110b se utiliza para ajustar proporcionadamente el siguiente intervalo de corte 1100c. De este modo, la potencia de corte 1100 se ajusta continuamente para compensar diferentes cargas 1130 en la punta ultrasónica 113 de la pieza de mano 112.

Como se muestra en la figura 11, el nivel de potencia del intervalo de detección 1110 es relativamente constante en el tiempo. Sin embargo, el intervalo de detección 1110 puede variar, pero no deberá ser cero ni tan baja que no pueda detectarse una carga en la punta. El nivel de potencia del intervalo de detección 1110 puede variar dependiendo de, por ejemplo, los parámetros del sistema y la sensibilidad del equipo de medición. En consecuencia, las formas de realización que utilizan periodos de detección no cero están en contraste con sistemas de excitación conocidos de "modo de impulsos" que utilizan típicamente impulsos alternos de alta potencia y potencia cero, es decir, conmutando entre "conexión" y "desconexión" en vez de conmutar entre potencia alta y potencia baja o entre "conexión" y "potencia baja".

Debido a la variación en las piezas de mano de ultrasonidos y las puntas de corte, la característica de detección de la carga 1130 deberá calibrarse al comienzo de cada cirugía. Por ejemplo, puede realizarse la calibración durante un "ciclo de sintonización", durante el cual se coloca la punta 113 de la pieza de mano en una cámara de ensayo llena de fluido de irrigación. En este momento, se aplica potencia de ultrasonido a la punta 113 en el ajuste de la potencia de detección. La cantidad de potencia extraída por la pieza de mano 112 en esta condición de línea de base es archivada en la memoria del sistema de control como un umbral o una condición "sin carga". Si fuera necesario, a medida que progresa la cirugía, el sistema de control 114 puede utilizar un ajuste de umbral automático para ajustar este valor umbral sobre la base de cargas 1130 que se miden durante la cirugía.

La característica de detección de carga permite también que el cirujano controle la sensibilidad de los ajustes hechos por el sistema de control 114. Más específicamente, un ajuste de sensibilidad es un ajuste lineal o de coeficiente que establece la ganancia de las reducciones de potencia hechas cuando se detecta menos que la carga completa. Una vez que se ajustan el umbral y la sensibilidad, puede ajustarse la potencia enviada a la pieza de mano 112 sobre la base de un algoritmo.

Las figuras 12 y 13 ilustran una forma de realización de un algoritmo y un sistema que funciona sobre la base del algoritmo para realizar estas variaciones de carrera o amplitud de potencia basándose en la carga de voltaje y corriente detectada 1130. Inicialmente, en la etapa 1200 se determina un valor umbral 1355. Como se expone previamente, la potencia umbral 1355 es un valor fijo que se determina después de hacer funcionar la pieza de mano ultrasónica 112 en una solución de irrigación o salina u otro entorno de referencia. En otras palabras, la potencia umbral 1355 representa una potencia de línea de base cuando no se está cortando tejido.

La potencia extraída por la punta de corte 113 es vigilada en la etapa 1210. Un suministro de potencia 120 está acoplado a la pieza de mano 112 y suministra potencia a la punta 113 a través de una línea de potencia 1302. Un sistema de control de potencia 1300 está conectado a las entradas y las salidas del suministro de potencia 120 por medio de conexiones 1303-1305. Los conectores 1304 y 1305 están acoplados a la salida del suministro de potencia 120 y el conector 1303 está acoplado a la entrada del suministro de potencia 120.

El sistema de control de potencia 1300 mostrado incluye realimentaciones 1310 y 1311 para voltaje y corriente. Los componentes de realimentación 1310 y 1311 están acoplados a los conectores 1304 y 1305. Las mediciones de voltaje y corriente obtenidas durante los intervalos de detección 1110 se basan en los esfuerzos aplicados a los cristales piezoeléctricos de la pieza de mano 112. Si la aguja o punta 113 encuentra tejido que es más resistente al corte (una carga alta), pueden aumentar las magnitudes del voltaje y/o la corriente, mientras que, si la aguja o punta 113 encuentra tejido que se corte más fácilmente (una carga baja), las magnitudes del voltaje y/o la corriente pueden reducirse. Los valores de voltaje y corriente obtenidos por las realimentaciones 1310 y 1311 durante cada intervalo de detección 1110 se proporcionan a los respectivos convertidores 1320 y 1321 de valor eficaz ("RMS").

Los convertidores RMS 1320 y 1321 determinan una magnitud de voltaje media y una magnitud de corriente media en un periodo de tiempo definido. Estos valores RMS se proporcionan a convertidores 1330 y 1331 de Analógico a Digital ("A/D") que proporcionan señales digitales, que representan los respectivos voltaje y corriente analógicos medidos, a un microprocesador 1340.

El microprocesador 1340 puede ser el mismo microprocesador 116 comentado anteriormente o un microprocesador o controlador independiente. Los valores de voltaje y corriente digitales son proporcionados por los convertidores A/D 1330 y 1331 al microprocesador 1340. El software del microprocesador 1340 calcula 1350 la potencia de "detección" 1352 percibida durante un intervalo de detección 1110 como Potencia ("P") = voltaje ("V") x Corriente ("I") sobre la base de los valores proporcionados por los convertidores A/D 1330 y 1331. Así, el cálculo implica un cálculo lineal sin la necesidad de tener en cuenta atributos no lineales, tales como fase y resonancia. La potencia de detección 1352 se compara a continuación con la potencia umbral o de línea de base 1355.

La potencia de detección calculada 1352 excede la potencia umbral o de base 1355 cuando la pieza de mano 112 necesita potencia para cortar tejido, es decir, cuando la pieza de mano 112 se aplica a algo diferente del material o líquido de base, tal como solución salina. La comparación de la potencia de detección 1352 y la potencia umbral 1355 se utiliza para determinar la forma en que deberá ajustarse, si es que se ajusta, la potencia que se ha de suministrar a la pieza de mano 112 durante el siguiente intervalo de corte en la etapa 1240 sobre la base de las características del tejido encontrado por la punta 113 de la pieza de mano 112. Esta comparación se multiplica por un coeficiente de escala 1356 que está almacenado en la pieza de mano o en el software y que relaciona la cantidad en la que la potencia de detección 1352 excede la potencia umbral 1355 con la fracción de carga total detectada 1357. El coeficiente de escala 1356 puede determinarse, por ejemplo, empíricamente sobre la base del funcionamiento anterior del sistema.

Además de esta comparación de umbral y el cálculo de la carga en porcentaje, se fija por el cirujano un ajuste o coeficiente de sensibilidad 1360 para indicar qué fracción de la potencia requerida por el cirujano deberá suministrarse a la punta durante el siguiente intervalo de corte sobre la base de una cantidad en la que la potencia de detección 1352 excede la potencia umbral 1355. El coeficiente de sensibilidad 1360 oscila de 0-1 o se representa generalmente de otra forma como un valor %, por ejemplo 20%, 50% u 85%. Estos valores pueden representarse ante el cirujano como desconexión, bajo, medio, alto o alguna otra escala o indicación. En la etapa 1250, los valores obtenidos por el cálculo de (voltaje de detección - umbral) x factor de escala se multiplican por el coeficiente de sensibilidad 1360. Se suministra una cantidad mayor de la potencia requerida 1370 (por ejemplo, como se indica por el nivel de un interruptor de pie 1375) a la pieza de mano 112 con coeficientes de sensibilidad más altos que con coeficientes de sensibilidad más bajos. Por ejemplo, si el cirujano solicita una cantidad "X" de potencia 1370 a través del pedal 1375, entonces algo, todo o nada de esta potencia "X" 1370 puede suministrarse a la pieza de mano 112 dependiendo del coeficiente de sensibilidad 1360.

De este modo, la potencia 1380 que es realmente suministrada a la pieza de mano 112 puede ser menor o igual que la cantidad de potencia 1370 solicitada por un cirujano, por la depresión del pedal 1375. En consecuencia, las formas de realización utilizan relaciones y cálculos lineales, determinaciones de umbral y cálculos lineales basados en coe-
ficientes de sensibilidad con el fin de ajustar la cantidad de potencia 1380 que se suministra a una pieza de mano 112.

La figura 11 ilustra un patrón de impulsos que incluye intervalos de corte y detección para uso con el sistema de Potencia bajo Demanda mostrado en las figuras 12 y 13. El patrón de impulsos mostrado en la figura 11 incluye intervalos de corte y detección que son relativamente constantes y de aproximadamente la misma duración. En formas de realización alternativas, pueden utilizarse diferentes patrones de impulsos con diferentes intervalos de corte y detección, como se muestra en las figuras 14-24. Con el fin de ilustrar los diferentes impulsos e intervalos de corte y detección, los impulsos se muestran sin una carga correspondiente, pero los expertos en la materia apreciarán que las amplitudes de los intervalos de corte pueden ajustarse según sea necesario dependiendo de la carga en la punta de la pieza de mano. Esta memoria se refiere a un "intervalo" y un "impulso". Un impulso es una señal que comienza desde la potencia cero y termina en la potencia cero, mientras que un intervalo puede considerarse que es parte de un impulso y así comienza o termina en la potencia cero. Sin embargo, para los fines de esta memoria, estos términos son intercambiables, puesto que ambos proporcionan duraciones de la potencia de detección y duraciones de la potencia de corte. En consecuencia, el "intervalo" está destinado a incluir un "impulso" y un "impulso" está destinado a incluir un "intervalo".

Haciendo referencia a la figura 14, en una forma de realización alternativa, las duraciones de los intervalos de detección 1110 son aproximadamente las mismas en el tiempo y más cortas que las duraciones de los intervalos de corte 1100. En una forma de realización adicional, mostrada en la figura 15, la duración de los intervalos de detección 1110 puede variar en el tiempo, de modo que son más cortos que los intervalos de corte, aproximadamente que estos de la misma duración o más largos que ellos. La duración de los intervalos de detección 1110 puede ajustarse para acomodar, por ejemplo, las relaciones Señal a Ruido (S/N) y la respuesta del sistema. Un intervalo de detección más largo 1110 puede proporcionar mejores relaciones S/N y una respuesta más retrasada. Así, puede seleccionarse la duración de los intervalos de detección 1110 para coordinarlos con los componentes y capacidades del sistema.

Haciendo referencia a la figura 16, en una forma de realización alternativa adicional, el intervalo de detección 1110 puede preceder inmediatamente al intervalo de corte independiente 1100. Por ejemplo, la potencia aumenta de un nivel cero a un nivel de potencia bajo durante el intervalo de detección 1110. Inmediatamente después del intervalo de detección 1100 sigue el intervalo de corte 1100. El intervalo de corte 1100 está a un nivel de potencia más alto que el intervalo de detección 1110. Después del intervalo de corte 1100, la potencia vuelve a cero y puede repetirse la secuencia de intervalos. La figura 17 ilustra una configuración similar excepto en que el impulso de corte 1100 de potencia alta sigue inmediatamente a un periodo de potencia cero. El intervalo de detección 1110 sigue inmediatamente al intervalo de corte 1100 de potencia más alta y es seguido a continuación por una potencia cero, lo que puede repetirse según sea necesario.

La figura 18 ilustra otra forma de realización en la que se disparan impulsos de detección 110 de potencia baja independientes entre impulsos de corte independientes 1100 de potencia más alta. En la forma de realización ilustrada, los impulsos de corte y detección 1100 y 1110 tienen aproximadamente la misma duración. La figura 19 ilustra otra forma de realización alternativa que utiliza impulsos de detección 1110 e impulsos de corte 1100 independientes, y en la que la duración del impulso de detección 1110 es más corta que la duración del impulso de corte 1100. La figura 20 ilustra una forma de realización adicional en la que impulsos de detección independientes 1110 tienen duraciones variables y están entre impulsos de corte 1100.

La figura 21 ilustra todavía una forma de realización alternativa adicional que incluye impulsos de detección 1110 e impulsos de corte 1100 independientes, y donde los datos de voltaje y corriente se obtienen durante el decrecimiento 2100 de un impulso de detección 1110. Esta forma de realización se ilustra con más detalle en las figuras 22 y 23. En vez de determinar la carga como se muestra en la figura 11, el sistema puede configurarse para determinar el tiempo que necesita un impulso de intervalo de detección 1110 para decrecer hasta un cierto nivel. La tasa de decrecimiento puede verse afectada por la carga en la punta. Por ejemplo, una carga mayor hará que el impulso de detección decrezca más rápidamente, mientras que una carga menor dará como resultado un decrecimiento más lento del impulso de detección. La figura 22 muestra un impulso de detección que tarda más en decrecer debido a una carga más pequeña y la figura 23 ilustra un impulso de detección que decrece más rápidamente debido a una carga mayor. Esta técnica de decrecimiento puede aplicarse también a otros patrones de impulsos, incluyendo intervalos de detección que siguen inmediatamente a un intervalo de corte, tales como los intervalos de detección mostrados en la figura 17.

El tiempo requerido para que un impulso o intervalo de detección decrezca hasta un cierto nivel puede correlacionarse con una carga en la punta. Esto puede hacerse utilizando, por ejemplo, una tabla de búsqueda que establezca referencias cruzadas entre la tasa de decrecimiento y una carga en la punta. Esta información de decrecimiento y de carga puede utilizarse a continuación para ajustar el nivel de potencia del siguiente impulso o intervalo de corte, si fuera necesario. Por ejemplo, aduciendo al Punto de referencia C en las figuras 22 y 23, la tasa de decrecimiento del impulso mostrado en la figura 23 es más rápida que la tasa de decrecimiento del impulso mostrado en la figura 22. Como resultado, la cantidad de potencia suministrada durante el siguiente impulso de corte que sigue al impulso de detección mostrado en la figura 22 puede ser menor que la cantidad de potencia suministrada durante el siguiente impulso de corte que sigue al impulso de detección mostrado en la figura 23, puesto que el impulso mostrado en la figura 23 decrece más rápidamente debido a una carga mayor en la punta. El análisis de la tasa de decrecimiento puede repetirse para ajustar continuamente la potencia suministrada a la punta durante el siguiente impulso o intervalo de corte.

Según una forma de realización adicional, los impulsos de corte y detección pueden estar a diferentes frecuencias. Por ejemplo, los impulsos de corte pueden aplicarse a una frecuencia particular y los impulsos de detección pueden aplicarse en uno de los armónicos de la frecuencia de los impulsos de corte. Por ejemplo, los impulsos de corte pueden aplicarse a alrededor de 40 kHz y los impulsos de detección pueden aplicarse en uno de los armónicos, tales como 80 kHz o 120 kHz.

Los expertos en la materia apreciarán que las figuras 11 y 14-23 se proporcionan como ejemplos de patrones de intervalos de detección y corte y no están destinados a ser limitativos, puesto que los intervalos de detección y corte pueden ajustarse según sea necesario para diferentes sistemas y aplicaciones. Además, los expertos en la material apreciarán que tanto la detección como algún grado de corte pueden tener lugar durante un intervalo de detección de potencia más baja, puesto que la detección ocurre a un nivel no cero y tiene lugar algo de corte, aunque la cantidad de corte es pequeña en comparación con el corte que se desarrolla durante un intervalo de corte de potencia más alta. Los expertos en la materia apreciarán también que la característica Thermal Watch puede usarse con estos patrones de impulsos diferentes, puesto que la Thermal Watch considera la cantidad de potencia suministrada y no depende de un patrón de impulsos particular.

Haciendo referencia a la figura 24, en una forma de realización alternativa adicional, la tasa de decrecimiento 2400 de un impulso de corte 1100 puede correlacionarse con una carga en la punta. Dependiendo de la amplitud del impulso de corte 1100, puede ser deseable muestrear el extremo de cola 2410 del impulso decreciente 2400, puesto que el nivel de potencia del impulso de corte decreciente puede ser demasiado alto al comienzo del periodo de decrecimiento, provocando de este modo interferencias con las mediciones de potencia y de corriente. El tiempo requerido para que un impulso de corte decrezca hasta un cierto nivel puede referenciarse de forma cruzada con una tabla de búsqueda, de modo que la tasa de decrecimiento pueda correlacionarse con una carga en la punta. Esta información de decrecimiento y carga puede usarse a continuación para ajustar el nivel de potencia del siguiente impulso de corte, si fuera necesario.

Aunque en la descripción anterior se han hecho referencias a diversas formas de realización, los expertos ordinarios en la materia reconocerán que pueden llevarse a cabo modificaciones, alteraciones y sustituciones sin importancia en las formas de realización descritas sin apartarse por ello del alcance de las formas de realización. Por ejemplo, los expertos ordinarios en la materia reconocerán que diversas posibilidades y formas de realización pueden hacerse funcionar individualmente o en combinación. Por ejemplo, en una realización alternativa, las formas de realización dirigidas a determinar cambios en el vacío de aspiración y/o la presión de irrigación pueden combinarse con las formas de realización "Thermal Watch" mostradas en las figuras 7 y 8 y/o con las formas de realización de "Potencia bajo Demanda" descritas y mostradas con referencia a las figuras 9-11. Análogamente, las formas de realización "Thermal Watch" descritas y mostradas con referencia a las figuras 7 y 8 pueden combinarse con las formas de realización de Potencia por Demanda descritas y mostradas haciendo referencia a las figuras 9-11. De este modo, las formas de realización pueden funcionar juntas o individualmente para proporcionar la funcionalidad deseada del sistema.

Claims (29)

1. Sistema quirúrgico (100) que presenta una pieza de mano de ultrasonidos (112), presentando la pieza de mano de ultrasonidos una punta de corte (113), comprendiendo el sistema unos medios de control para:

establecer (700) una temperatura umbral;

vigilar (710) una presión de irrigación en un conducto que corre hasta la pieza de mano de ultrasonidos;

calcular (720) un caudal de fluido de irrigación;

determinar (730) una capacidad de absorción de calor para el caudal calculado de fluido de irrigación;

determinar (750) una temperatura de un ojo basándose en una comparación (740) de la capacidad de absorción de calor determinada y una cantidad de potencia que se suministra a la pieza de mano de ultrasonidos;

comparar (760) la temperatura determinada del ojo con la temperatura umbral; y

si fuera necesario, unos medios para ajustar (770) la cantidad de potencia suministrada a la punta de corte de la pieza de mano de ultrasonidos sobre la base de la comparación de las temperaturas determinada y umbral,

caracterizado porque presenta unos medios para:

determinar (410) una tasa de variación de la presión de irrigación (605);

determinar (420) una etapa de oclusión sobre la base de la tasa de variación de la presión de irrigación; y

si fuera necesario, unos medios para ajustar (430) una cantidad de potencia suministrada a la punta de corte de la pieza de mano de ultrasonidos sobre la base de la etapa determinada de oclusión y sobre la base de la comparación de las temperaturas determinada y umbral.

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que los medios para ajustar (770) la cantidad de potencia comprenden unos medios para ajustar un ciclo de servicio de la salida de la pieza de mano de ultrasonidos.

3. Sistema según la reivindicación 1, en el que los medios para ajustar (770) la cantidad de potencia comprenden unos medios para ajustar una carrera o amplitud de la salida de la pieza de mano de ultrasonidos.

4. Sistema según la reivindicación 1, en el que los medios para ajustar (770) la potencia comprenden unos medios para reducir la potencia si la temperatura determinada excede la temperatura umbral.

5. Sistema según la reivindicación 1, en el que la potencia es mantenida o incrementada si la temperatura determinada está por debajo de la temperatura umbral.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende asimismo unos medios para detectar (400) un patrón de datos de la presión de irrigación.

7. Sistema según la reivindicación 6, en el que los medios para detectar (400) el patrón comprenden unos medios para determinar (805) una correlación lineal entre un patrón predefinidos y datos de la presión de irrigación durante el funcionamiento del sistema quirúrgico.

8. Sistema según la reivindicación 7, en el que los medios para determinar (805) la correlación lineal comprenden unos medios para realizar una transformación lineal.

9. Sistema según la reivindicación 6, en el que los medios para detectar (400) el patrón comprenden unos medios para calcular una derivada de datos de un primer parámetro de funcionamiento en el tiempo.

10. Sistema según la reivindicación 6, en el que los medios para detectar (400) el patrón comprenden medios para realizar una convolución de un patrón y datos predefinidos del primer parámetro de funcionamiento durante el funcionamiento del sistema quirúrgico.

11. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende asimismo unos medios para determinar (410) una tasa de variación de vacío de aspiración (600) de la pieza de mano de ultrasonidos.

12. Sistema según la reivindicación 11, en el que los medios para determinar la etapa de oclusión se basan en la determinación de la tasa de variación de la presión de irrigación (605) y del vacío de aspiración (600).

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13. Sistema según la reivindicación 12, en el que los medios para determinar (420) la etapa de oclusión comprenden unos medios para identificar un comienzo (500) o una indicación preliminar de oclusión.

14. Sistema según la reivindicación 13, en el que el comienzo (500) de la oclusión es identificado por un vacío de aspiración creciente (610).

15. Sistema según la reivindicación 14, en el que el comienzo (500) es identificado por una presión de irrigación creciente (615) y un vacío de aspiración creciente (610).

16. Sistema según la reivindicación 15, en el que el comienzo (500) es identificado por una presión de irrigación que aumenta a una tasa más rápida (615) que la tasa (610) de crecimiento del vacío de aspiración.

17. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, en el que los medios para determinar (420) la etapa de oclusión comprenden unos medios para identificar una condición de preoclusión (510).

18. Sistema según la reivindicación 17, en el que la condición de preoclusión (510) es identificada por una presión de irrigación (625) sustancialmente constante.

19. Sistema según la reivindicación 17, en el que la condición de preoclusión (510) es identificada por una presión de irrigación sustancialmente constante (625) y un vacío de aspiración creciente (620).

20. Sistema según la reivindicación 19, en el que los medios para determinar una tasa de variación de un vacío de aspiración determinan que el vacío de aspiración durante la condición de preoclusión (510) aumente a una tasa más lenta (620) que durante un periodo de tiempo (610) entre un comienzo (500) de oclusión y la condición de preoclusión (510).

21. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 20, en el que los medios para determinar (420) la etapa de oclusión comprenden unos medios para identificar una oclusión completa (520).

22. Sistema según la reivindicación 21, en el que la oclusión completa (520) es identificada por una presión de irrigación sustancialmente constante (635) y un vacío de aspiración sustancialmente constante (630).

23. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 22, en el que los medios para determinar (420) la etapa de oclusión comprenden la identificación de una rotura (530) de una oclusión.

24. Sistema según la reivindicación 23, en el que la rotura de oclusión (530) es identificada por una presión de irrigación decreciente (645).

25. Sistema según la reivindicación 23, en el que la rotura (530) de una oclusión es identificada por una presión de irrigación decreciente (645) y un vacío de aspiración decreciente (640).

26. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 25, en el que los medios para determinar (420) la etapa de oclusión comprenden unos medios para identificar una recuperación (540) desde una rotura de una oclusión.

27. Sistema según la reivindicación 26, en el que la recuperación (540) es identificada por una ralentización de una tasa (648) de disminución de la presión de irrigación.

28. Sistema según la reivindicación 27, en el que la recuperación (540) es identificada por una ralentización de una tasa (648) de reducción de la presión de irrigación y una ralentización de una tasa (642) de reducción del vacío de aspiración.

29. Sistema según la reivindicación 1, en el que los medios para determinar (420) la etapa de oclusión comprenden unos medios para determinar la identificación de un comienzo (500) de una oclusión, una condición de preoclusión (510) que sigue al comienzo, una oclusión completa (520) que sigue a la condición de preoclusión, una rotura (530) de la oclusión completa o una recuperación (540) que sigue a la rotura.