ES2858332T3 - Dispositivo para la separación de partículas de gas de escape en la laparoscopia - Google Patents

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Abstract

Dispositivo para la separación de partículas de gas de escape, gotículas de líquido y humedad de gases quirúrgicos succionados en el marco de intervenciones laparoscópicas presentando los gases una velocidad de flujo de 3-20 l/min, caracterizado por un tubo de longitud I de 10-50 mm, presentando el tubo un diámetro interno di de 4-20 mm, un cuerpo de flujo situado axialmente K, que presenta una sección transversal de armazón de 0,5-6 mm, por de dos a seis álabes de direccionamiento L, que se encuentran entre el cuerpo de flujo situado axialmente K y la pared interna del tubo y están unidos de manera rígida con los mismos, estando dispuestos los álabes de direccionamiento L en forma de hélice, de modo que proporcionan al gas que fluye a través del mismo una componente de movimiento radial.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo para la separación de partículas de gas de escape en la laparoscopia
El objeto de la presente invención es un dispositivo para la separación de partículas de gas de escape, gotículas de líquido y humedad durante la succión de gases quirúrgicos en el marco de intervenciones laparoscópicas.
Las técnicas de operación mínimamente invasivas gozan de una popularidad creciente. En el caso de la utilización intraoperatoria de escalpelos láser o de otros instrumentos quirúrgicos eléctricos y ultrasónicos en el marco de intervenciones mínimamente invasivas, por ejemplo, en la laparoscopia, con frecuencia se desprenden gases de escape dentro del cuerpo del paciente. Tales gases de escape contienen una mezcla compleja de componentes en forma de partículas, de gotículas y gaseosos. Ya por motivos de seguridad, tales gases de escape no pueden evacuarse sin filtrar a la sala de operaciones. Los insufladores modernos presentan con frecuencia tubos flexibles de aire de escape correspondientes y dispositivos de filtrado asociados, con los que pueden filtrarse los gases de escape generados en el cuerpo del paciente. A este respecto se trata por regla general de filtros de fibras o membranas, que filtran gotículas y partículas. Tales filtros tienen diferentes desventajas: las membranas se obturan de manera relativamente fácil, los filtros de fibras requieren una velocidad de flujo reducida, para poder filtrar de manera óptima. Por tanto, existe la necesidad de desarrollar un dispositivo, que retenga de manera eficaz gotículas, humedad y partículas de gases de escape generados de manera intraoperatoria, sin estar afectado por las desventajas descritas. Del estado de la técnica se conocen en este contexto las siguientes publicaciones:
1. US 2011/041468 A1
2. US 2014/165842 A1
3. US 6592543 B1
4. US 5968032 A
5. US 6524307 B1
6. US 5460602 A
7. DE 2947737 A1
De instalaciones a gran escala se conocen además los denominados separadores ciclónicos, que tienen el objetivo de separar gotas o partículas más grandes de corrientes de gas. Ejemplos de estos se describen en las publicaciones US 4.255.174, US 2013/0152525 A1, US 2005/0172589 y EP2832449A1.
La presente invención pone a disposición un dispositivo que, a pesar de su sencillez, soluciona los problemas mencionados anteriormente. A este respecto se trata de una unidad diseñada esencialmente en forma de tubo que, por ejemplo, puede estar dispuesta a modo de un conector entre dos partes de tubo flexible. El dispositivo en forma de tubo presenta en su interior álabes de direccionamiento, que proporcionan a una corriente de gas que se conduce a través del mismo una componente de movimiento radial. Una corriente de gas esencialmente laminar o turbulenta, conducida a través del dispositivo según la invención, se sigue conduciendo tras pasar por el dispositivo en forma de hélice o de espiral. Mediante las fuerzas centrífugas generadas se guían gotículas y partículas a la pared de tubo flexible, donde se depositan debido a fuerzas de adhesión. Adicionalmente, al fluir a través del dispositivo tiene lugar una caída de presión, que conduce a una condensación de líquidos disueltos en el gas y por consiguiente a una formación de condensado.
Por tanto, el objeto de la invención es un dispositivo para la separación de partículas de gas de escape, gotículas de líquido y humedad de gases quirúrgicos succionados en el marco de intervenciones laparoscópicas,
presentando los gases una una velocidad de flujo de 3-20 l/min,
con un tubo de longitud I de 10-50 mm, presentando el tubo un diámetro interno d i de 4-20 mm,
caracterizado por
un cuerpo de flujo situado axialmente K, que presenta una sección transversal de armazón de 0,5-6 mm,
con de dos a seis álabes de direccionamiento L, que se encuentran entre el cuerpo de flujo situado axialmente K y la pared interna del tubo y están unidos de manera rígida con los mismos, estando dispuestos los álabes de direccionamiento L en forma de hélice, de modo que proporcionan al gas que fluye a través del mismo una componente de movimiento radial.
La figura 1 muestra dos ejemplos de dispositivos según la invención. En ambos casos, el dispositivo está diseñado de tal manera que en el interior del dispositivo en forma de tubo está dispuesto un cuerpo de flujo axial con 5 (representación superior) o 4 (representación inferior) álabes de direccionamiento. Tanto el eje como los álabes de direccionamiento son rígidos, los últimos están unidos con el cilindro externo. Al conducir gases de escape a través del dispositivo según la invención se produce una separación de líquido y partículas en el siguiente tubo flexible (véase la figura 4). La figura 4 muestra también el patrón de separación en forma de hélice típico en el tubo flexible. Dado que el arremolinamiento en forma de espiral y por consiguiente las fuerzas centrífugas generadas disminuyen con una distancia creciente desde el dispositivo, la mayor parte de la separación se produce cerca del dispositivo. Una separación parcial se produce ya en la abertura de salida del dispositivo (véase la figura 5).
La figura 3 (arriba) muestra una sección transversal de un dispositivo según la invención. El número y la geometría del dispositivo según la invención son muy variables. En general, el diámetro interno d i del dispositivo según la invención se encontrará en el intervalo de desde 4 hasta 20 mm. El diámetro del cuerpo de flujo axial (dK) puede encontrarse en el intervalo de 0,5 - 6 mm, preferiblemente 1-4 mm. Según la experiencia, se consiguen resultados de separación buenos en el caso de utilizar 3 - 6 álabes de direccionamiento. Sin embargo, también es concebible una configuración con solo dos álabes de direccionamiento en forma de hélice o con más de 6 álabes. El ángulo de salida p de los álabes de direccionamiento debería encontrarse entre 15 y 30 grados. A este respecto debería mencionarse que el ángulo de salida p no tiene que ser constante por todo el radio, sino que puede ser variable: así, por ejemplo, puede ser de 30 grados al aproximarse al cuerpo de flujo interno y caer en el recorrido radial hasta 20 grados al chocar contra la pared interna del tubo.
La figura 3 (abajo) muestra la denominada área de entrada de álabe Fe y el área de salida de álabe Fa , que desempeñan un papel para la separación: la relación S de las áreas Fe :Fa debería encontrarse entre 1 y 8, preferiblemente entre 2 y 5. Se prefiere especialmente una relación de áreas de desde 2,7 hasta 3,3.
En formas de realización especiales puede ser suficiente también solo un único álabe de direccionamiento, para posibilitar una separación. En este caso se separa el flujo de gas mediante el dispositivo en forma de tubo mediante una pared de separación, que está dispuesta en forma de hélice en el tubo. Para garantizar las fuerzas radiales necesarias, la pared de separación en forma de hélice tiene que presentar un giro de al menos 180°, preferiblemente al menos 270°, de manera especialmente preferible al menos 360°.
También para la unión de los álabes de direccionamiento con el cuerpo de flujo dispuesto axialmente existen diferentes geometrías: la unión puede ser ortogonal o en forma de secante, como se representa en la figura 2 en el ejemplo de en cada caso 4 álabes de direccionamiento dispuestos. En el caso de una disposición en forma de secante se produce adicionalmente a la fuerza (Fs) que actúa en perpendicular a los álabes de direccionamiento un vector de fuerza radial adicional (Fr), de modo que se obtiene como resultado un rendimiento de separación mejorado.
Para formas de realización preferidas de la invención es válido:
1. El número de los álabes debería encontrarse entre 3 y 5.
2. La relación de la longitud lk con respecto a la sección transversal de armazón dk del cuerpo axial debería encontrarse entre 2 y 3.
3. La relación de la longitud detrás de los álabes de direccionamiento hasta la salida de gas la con respecto a la sección transversal de armazón dk debería encontrarse entre 2 y 4.
4. La relación S del área de entrada de álabe Fe con respecto al área de salida de álabe Fa (véase la figura 2) debería encontrarse entre 2,7 y 3,3.
En este punto debería destacarse una vez más que el dispositivo según la invención no presenta ninguna parte móvil y por tanto puede producirse de manera sencilla. La producción puede tener lugar, por ejemplo, mediante moldeo por inyección o impresión 3D. En una forma de realización de los álabes sin destalonamiento, la producción por moldeo por inyección puede tener lugar con una herramienta de apertura-cierre sencilla y económica. Se consigue un rendimiento de separación mejorado adicionalmente cuando los álabes presentan un destalonamiento. Para la producción de tales dispositivos con un destalonamiento de los álabes tiene que trabajarse durante la producción por moldeo por inyección con un inserto de husillo.
Durante la producción, en el transcurso de la impresión 3D, pueden implementarse todas las formas de realización sin dificultades particulares.
El dispositivo según la invención también puede estar integrado en otros componentes de dispositivos de la técnica médica como, por ejemplo, en una carcasa de filtro, un adaptador de tubo flexible o similar. El dispositivo según la invención puede combinarse en caso de que se desee también con otros dispositivos de filtrado. Así, la corriente de gas de escape puede guiarse, por ejemplo, en primer lugar, a través de un dispositivo según la invención y a continuación a través de filtros de otro tipo (filtros de fibras, filtros de membrana, filtros de carbón activo o similares).
El grado de separación se ve influido también por la rugosidad de pared de los tubos y tubos flexibles situados aguas abajo. Cuanto mayor sea la rugosidad del material, mejor será habitualmente la separación. El experto en la técnica conoce que la rugosidad puede modificarse mediante el uso de materiales correspondientes, la adaptación del diseño superficial de la herramienta de moldeo por inyección o mediante recubrimientos superficiales. Los recubrimientos y materiales hidrófilos mejoran por su naturaleza en particular la separación de componentes de gas de escape líquidos (en forma de gotículas).
La figura 6 (extraída de: Farrugia, M.; Hussain, S. Y. etal. (2009): Particulate Matter Generated During Monopolar and Bipolar Hysteroscopic Human Uterine Tissue Vaporization, en: Journal of Minimally Invasive Gynecology, año 16, n° 4, págs. 458-464) muestra la distribución de tamaño de partícula en gases de escape típicos en forma del porcentaje en volumen: puede verse claramente que la parte predominante de las partículas presenta un tamaño de entre 2 y 2000 micrómetros.
La figura 7 muestra curvas de separación de los dispositivos representados en la figura 1 con diferentes corrientes de gas. Puede verse que el grado de separación aumenta claramente con el diámetro de partícula y el flujo volumétrico de gas. Las partículas > 1 micrómetro se separa en corrientes de gas de entre 6 y 12 litros por minuto, tal como son habituales para tales dispositivos de la técnica médica, ya en un 10 a un 30 por ciento. A diámetros de partícula de desde 2000 hasta 3000 nanómetros (correspondientes a de 2 a 3 micrómetros) tiene lugar una separación en las mismas condiciones de más del 80 por ciento. Según el diseño del dispositivo y la velocidad de flujo también pueden separarse partículas con tamaños de entre 100 y 400 nm, que solo se separan muy difícilmente por filtros de fibras. Con corrientes de gas por debajo de 6 l/min se separan partículas solo ya de manera muy limitada. Igualmente, el dispositivo según la invención también puede utilizarse con corrientes de gas de 3 - 6 l/min para la separación de humedad.
Como ya se ha expuesto anteriormente, la forma de realización probablemente más sencilla consiste en diseñar el dispositivo según la invención como conector de tubos flexibles. Una posibilidad para una configuración de este tipo se indica en la figura 4. Alternativamente, como se representa en la figura 8, el dispositivo según la invención está dimensionado en el lado de entrada de tal manera que pueda insertarse fácilmente un tubo flexible. A este respecto, la carcasa (2) puede terminar de manera ligeramente cónica por fuera, para posibilitar una inserción más sencilla. Dado el caso, el tubo flexible puede asegurarse mediante una abrazadera de tubo flexible. La carcasa puede estar equipada con una protuberancia central (3). El cuerpo axial (K) con álabes de direccionamiento se encuentra en el interior del dispositivo. En el lado de salida del dispositivo se inserta un segundo tubo flexible y dado el caso se asegura igualmente mediante una abrazadera de tubo flexible. En cualquier caso, la corriente de gas que sale del dispositivo de succión médico (por ejemplo, un dispositivo de laparoscopia con bomba de succión) se suministra a través de un primer tubo flexible al dispositivo según la invención. Al poner en marcha la bomba se guía la corriente de gas a través del primer tubo flexible al interior del dispositivo y se guía de nuevo hacia fuera a través del segundo tubo flexible. La corriente de gas tiene lugar en el sentido de la flecha (1, 5). Las partículas y la humedad arrastradas en la corriente de gas se depositan en el segundo tubo flexible en zonas en forma de hélice características. A este respecto, el segundo tubo flexible puede estar fabricado de un material distinto al primer tubo flexible, por ejemplo, presentar una mayor rugosidad o una superficie más hidrófila, para favorecer la separación.
Otra posibilidad consiste en integrar el dispositivo según la invención en un portafiltro (figura 9). En este se inserta o se introduce a presión, por ejemplo, un filtro (5) en una carcasa, por ejemplo, con elementos de apriete correspondientes (6). La carcasa está compuesta, por ejemplo, por dos partes cónicas (9, 10), estando unidos entre sí los dos fondos de cono, por ejemplo, mediante un cierre de bayoneta. El filtro puede estar compuesto por dos capas, pudiendo estar previsto adicionalmente al filtro de fibras además un filtro de carbón activo. Este puede estar unido por toda la superficie con el filtro de fibras o estar integrado en forma de tubo en la salida de carcasa (no representado). En la entrada de la carcasa, el dispositivo según la invención está integrado con el cuerpo axial (K) con álabes de direccionamiento conformados. La tubuladura de salida del dispositivo es al mismo tiempo la entrada de la corriente de gas a la primera cámara (3). Tras fluir a través del filtro (5), la corriente de gas se suministra a la salida de carcasa (7). En esta forma de realización, el tamaño de filtro es de manera habitual considerablemente mayor que el diámetro de la tubuladura de salida, para evitar una obturación del filtro. En el caso de un diámetro de la tubuladura de salida de 20 mm, se recomienda prever un área de filtro de 30-100 cm2, siendo secundario si el área de filtro está diseñada de manera redonda, cuadrada, rectangular o en otra geometría.
En una posible forma de realización adicional de la invención (figura 10), el dispositivo según la invención está integrado en una carcasa de filtro, que también contiene un separador de agua. La carcasa (10) contiene una primera cámara (3) en la que desemboca la tubuladura de salida del dispositivo según la invención (2) con cuerpo axial (K) y álabes de direccionamiento y por consiguiente forma la entrada de gas a la primera cámara. La primera cámara (3) contiene una salida de gas (7). La salida de gas (7) puede encontrarse en una línea con la entrada de gas. Como se representa en la figura 10, en formas de realización particulares, la salida de gas también puede estar dispuesta desplazada axialmente con respecto a la entrada de gas. Para posibilitar la separación de agua deseada sin entrada de agua en la segunda cámara (4), se recomienda disponer en este caso la salida en forma de tubuladura más alta que la entrada. La corriente de gas que sale del dispositivo según la invención choca de esta manera contra la pared trasera de la cámara (5), sobre la que pueden depositarse gotas de humedad. A este respecto, el fondo de la primera cámara puede estar diseñado con material que absorbe humedad (6) (por ejemplo, superabsorbente). La tubuladura de salida (7) integrada en la pared trasera conduce a una segunda cámara (4), que está dotada de una disposición de filtros (11). La disposición de filtros (11) puede estar compuesta, por ejemplo, por un filtro de fibras para la separación de partículas residuales que se encuentren eventualmente todavía en la corriente de gas y un filtro de carbón activo para la separación de gases (por ejemplo, HCN, CO, SO2). También en este caso se recomienda una disposición de filtros de gran superficie para evitar una obturación de los filtros. La corriente de gas filtrada a través de esta disposición total abandona la segunda cámara a través de una tubuladura de salida (12). La corriente de gas a través del dispositivo total tiene lugar en el sentido de las flechas (1,8, 9).
En total, con la invención se ha conseguido poner a disposición un dispositivo sencillo, que puede producirse de manera económica, puede integrarse fácilmente en instalaciones médicas existentes, por ejemplo, aparatos de insuflación médicos con dispositivo de succión, y posibilita igualmente una separación eficiente de partículas y gotículas de líquido de gases de escape. La producción económica permite el uso para un único empleo, de modo que pueden evitarse procesos de limpieza y esterilización laboriosos, tal como son típicos para aplicaciones quirúrgicas.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1 Dispositivo para la separación de partículas de gas de escape, gotículas de líquido y humedad de gases quirúrgicos succionados en el marco de intervenciones laparoscópicas
    presentando los gases una velocidad de flujo de 3-20 l/min, caracterizado
    por un tubo de longitud I de 10-50 mm, presentando el tubo un diámetro interno di de 4-20 mm, un cuerpo de flujo situado axialmente K, que presenta una sección transversal de armazón de 0,5-6 mm,
    por de dos a seis álabes de direccionamiento L, que se encuentran entre el cuerpo de flujo situado axialmente K y la pared interna del tubo y están unidos de manera rígida con los mismos,
    estando dispuestos los álabes de direccionamiento L en forma de hélice, de modo que proporcionan al gas que fluye a través del mismo una componente de movimiento radial.
  2. 2. - Dispositivo según la reivindicación 1, con 3-5 álabes de direccionamiento L.
  3. 3. - Dispositivo según la reivindicación 1, presentando los álabes de direccionamiento un ángulo de salida p entre el cuerpo de flujo situado axialmente K y la sección transversal de tubo de 20-30°.
  4. 4. - Dispositivo según la reivindicación 1, encontrándose la relación de la la longitud lk del cuerpo de flujo axial con respecto a la sección transversal de armazón del cuerpo de flujo axial dK entre 2 y 3.
  5. 5. - Dispositivo según la reivindicación 1, encontrándose la relación de la la longitud la entre el último canto en el sentido de flujo del álabe de direccionamiento y la salida de tubo con respecto a la sección transversal de armazón del cuerpo de flujo axial dK entre 2 y 4.
  6. 6. - Dispositivo según la reivindicación 1, siendo la unión entre el cuerpo de flujo axial y el álabe de direccionamiento ortogonal o en forma de secante.
  7. 7. - Dispositivo según la reivindicación 1, estando integrado el tubo con cuerpo de flujo y álabes de direccionamiento en una carcasa, conteniendo la carcasa además dispositivos adicionales para la separación de partículas, líquidos y/o gases.
  8. 8. - Dispositivo según la reivindicación 7, separándose partículas mediante un filtro de fibras, agua mediante un superabsorbente y/o gases mediante carbón activo.
  9. 9. - Uso de un dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 -8 en dispositivos de la técnica médica para la separación de partículas de gas de escape, gotículas de líquido y humedad de gases quirúrgicos succionados en el marco de intervenciones laparoscópicas.
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