MEJORAS EN O RELATIVAS A UN APARATO Y PROCEDIMIENTOS DE PERFORACIÓN.

Mejoras en o relativas a un aparato y procedimientos de perforación La presente invención se refiere a un sistema de perforación y a procedimientos de perforación mejorados que permiten una penetración controlada de piezas de trabajo, especialmente de piezas de trabajo elásticas. En particular, la invención se refiere a un sistema de microperforación desarrollado para detectar la penetración y la ruptura y para controlar el nivel de resalte de una broca de taladro a través de una pieza de trabajo elástica. La invención encuentra aplicación en el campo de la perforación quirúrgica así como en los campos de perforación de otros materiales generales tal como plásticos, metal, madera, materiales laminados, roca, etc. El sistema se presta a sí mismo bien a la perforación de materiales no rígidos y/o elásticos puesto que la herramienta autorreferenciarse a la pieza de trabajo y en ese sentido puede tener en cuenta y compensar el movimiento y/o el desvío de la pieza de trabajo. Para los procedimientos quirúrgicos, esto anula la necesidad de datos de exploración previos al funcionamiento que normalmente se requieren para definir la trayectoria de herramienta. En lo que sigue, el término `penetración se usa para hacer referencia al proceso global de perforación de una pieza de trabajo. El término `ruptura se usa para hacer referencia al punto en el que el lado más alejado de una pieza de trabajo se fisura para iniciar la formación de un orificio a través de todo el espesor de la pieza de trabajo. Debe observarse que el proceso de penetración puede o puede no finalizar con la ruptura de la pieza de trabajo. En otras palabras, el procedimiento y sistema actuales pueden usarse para formar unos orificios pasantes en piezas de trabajo y también orificios cerrados que tienen una sección delgada de material de pieza de trabajo restante en el lado más alejado de la pieza de trabajo. Cuando se perforan muchas sustancias, es deseable ser capaz de controlar el proceso de penetración global y en particular, cómo una broca de taladro rompe el lado más alejado de una pieza de trabajo. Por ejemplo, cuando se perforan materiales laminados o cerámicos delgados puede producirse un astillamiento en el momento de la ruptura. Asimismo, la broca de taladro puede hacerse progresar significativamente más allá del lado más alejado de la pieza de trabajo lo que conduce a un daño en las estructuras colindantes. Un área de particular interés es la perforación de estructuras durante la cirugía. Un problema particular en el campo de la cirugía, si bien también se encuentra en otros campos, es que la pieza de trabajo que está perforándose es a menudo elástica. En otras palabras, la pieza de trabajo se flexionará durante el proceso de perforación. Hay muchas aplicaciones clínicas en las que se requiere una perforación a través de regiones de hueso delicadas. Cuando se perfora en tales regiones es necesario ejercer una precaución extrema al aproximarse a las superficies de contacto de tejido para evitar un daño a las estructuras sensibles que pueden encontrarse más allá. La mayoría de técnicas de detección de penetración convencionales se basan en un proceso mecánico que interrumpe la rotación del taladro inmediatamente después de que haya tenido lugar la ruptura. Tales dispositivos se han aplicado en aplicaciones de neurocirugía, la alimentación a la perforación herramienta se corta automáticamente como resultado de la pérdida del par motor de corte que se produce después de la rotura. Aunque efectivas, estas herramientas no pueden detectar el inicio del proceso de ruptura y en ese sentido no pueden controlar el resalte de herramienta más allá de la superficie intermedia. El implante coclear es uno de los más grandes avances en los últimos años para las personas con problemas de audición, es actualmente el único tratamiento disponible para la sordera neurosensorial. El implante en sí mismo consiste en una unidad de receptor y de amplificador que se implanta detrás del oído, conectada a un electrodo que pasa a través del mastoideo al interior del oído medio por el que se introduce en la cóclea. Una unidad de micrófono y de procesamiento de señal externa se porta de forma externa por el paciente. El transmisor se coloca sobre el receptor implantado y se sujeta en su lugar mediante un imán, el sonido se transfiere entonces a la vía del implante y al lazo inductivo. La cirugía de implante coclear es ahora un procedimiento normalizado que consiste en las siguientes etapas quirúrgicas: (1) Incisión en la parte posterior del oído, (2) Mastoideoctomía completa, (3) Timpanotomía posterior, (4) Cocleostomía, (5) Perforación del pocillo del implante, (6) Inserción del implante y de la disposición del electrodo, (7) Cierre de la incisión en la parte posterior del oído. La cocleostomía es un pequeño orificio (de aproximadamente 1,0 mm de diámetro) que se perfora a través de la pared de la cóclea justo por encima de la ventana redonda, anterior a la ventana oval y en serie con el proceso largo del yunque. El uso de estos `puntos de referencia anatómicos permite que el orificio se perfore en el interior la espira basal de la cóclea, abriéndose al interior de la escala del tímpano. A través de este orificio se inserta el electrodo del implante coclear. 2 ES 2 367 819 T3 Debido a la naturaleza densa del hueso temporal y a la ubicación de la cóclea, las exploraciones detalladas son difíciles de realizar y los datos disponibles están muy limitados, lo que hace imposible la determinación previa del espesor de la pared y de la rigidez de la cóclea. El hueso de la cóclea es único, es mucho más duro y más quebradizo que el de otros tejidos óseos. La cóclea está formada completamente en el nacimiento y en ese sentido no puede sanarse de la misma forma que se sana el tejido óseo normal, más bien un crecimiento fibroso se forma sobre cualquier fractura. Esto puede causar complicaciones graves puesto que el crecimiento fibroso puede invadir el tejido sano, lo que cambia permanentemente las propiedades acústicas de la cóclea y daña también cualquier célula nerviosa restante. Esto da como resultado la pérdida permanente de cualquier capacidad de audición residual y puede afectar adversamente al funcionamiento del implante. La cóclea está ubicada profundamente en el interior del cráneo, rodeada por el hueso temporal. El acceso a la cóclea se realiza a través de una mastoideoctomía completa seguida por una timpanotomía posterior para exponer la cavidad del oído medio. El receso facial se abre adicionalmente para exponer la ubicación de la cocleostomía que está colocada por encima de la ventana redonda, anterior a la ventana oval. El acceso a esta área es limitado y no se presta a sí mismo bien a un posicionamiento de cocleostomía preciso. El tamaño de la zona de trabajo y de la anatomía colindante puede variar en gran medida de una persona a otra. Ha de tenerse un gran cuidado para evitar las estructuras sensibles, por ejemplo, el nervio facial y los canales semicirculares, puesto que es vital evitar el daño a estas estructuras. La ubicación de la cocleostomía es muy importante en un implante con éxito para asegurar que el electrodo se inserta sin provocar lesiones y que permanece en la posición correcta. Para una máquina, estos factores y este nivel de incertidumbre son un desafío considerable y requieren de un procedimiento de detección sencillo y fiable combinado con un control de posición preciso. En la práctica, la herramienta ha de usarse también junto con un microscopio quirúrgico binocular, y es necesario que esté ubicado en la trayectoria apropiada por el médico. Allotta y col. (`Study on a mechatronic tool for drilling in the osteosynthesis of large bones: tool/bone interaction, modelling and experiments. Mechatronics, 6(4), págs. 447 a 459, 1996) desarrolló con éxito una técnica para detectar y controlar la penetración cuando se perforan huesos rígidos usando transitorios de fuerza. El sistema de perforación de Allotta detecta la penetración final del tejido óseo cuando se produce la misma. Controlar la ruptura significa que se detiene la misma. Éste no controla la ruptura. El sistema de Allotta no detecta el estado cambiante de la estructura inmediatamente antes de que la punta de la herramienta alcance la superficie de contacto de tejido y como resultado no puede controlar el grado de ruptura ni puede usarse para posibilitar que la punta de la herramienta alcance la superficie de contacto de tejido mientras que se evita del todo cualquier ruptura a través de esta capa flexible. En la práctica, el tema se complica por la presencia de elasticidad y/o inconsistencias en la estructura ósea. Otros sistemas automáticos para controlar la penetración de herramienta de diversas herramientas a través de unas superficies... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de perforación de un orificio en una pieza de trabajo elástica con el fin de controlar la penetración de la pieza de trabajo que comprende las etapas de: a) iniciar un contacto entre una broca de taladro (10) de una unidad de taladro (1) y la pieza de trabajo (5); b) hacer funcionar la unidad de taladro para hacer girar la broca de taladro para perforar la pieza de trabajo; c) medir, durante la perforación de la pieza de trabajo, la fuerza, F, y el par motor, T, que experimenta la broca de taladro; caracterizado por las etapas de: d) calcular una variable F, basada en la fuerza medida, F, que representa la tasa de variación de F; e) calcular una variable, T, basada en el par motor medido, T, que representa la tasa de variación de T; F) calcular una variable F que representa la tasa de variación de F; g) calcular una variable T que representa la tasa de variación de T; h) detectar el inicio de la ruptura de la pieza de trabajo mediante el uso de las variables F, F, T y T; i) controlar de este modo la velocidad de rotación de la broca de taladro (10) durante la penetración de la pieza de trabajo (5) para controlar el grado de ruptura de la broca de taladro (10) con respecto a la pieza de trabajo (5). 2. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que el inicio de la ruptura de la pieza de trabajo (5) se detecta cuando ambos de los siguientes criterios se satisfacen: Fn < Flim Y Fn 0 Tn > Tn Y Tn 0 en los que Flim y Tn son unos umbrales predeterminados que se basan en la profundidad de orificio, mínimo nivel de resalte y las propiedades del material de la pieza de trabajo deseados. 3. El procedimiento de la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que F y T son, respectivamente, las magnitudes de la desviación media de F y T. 4. El procedimiento de la reivindicación 3 en el que variables F y T se calculan, respectivamente, usando valores filtrados de F y T, en el que F y T se filtran usando un filtro de media móvil de n muestras no recursivo para producir unas variables y . 5. El procedimiento de la reivindicación 4 en el que la magnitud de la desviación media de F se representa por: 6. El procedimiento de la reivindicación 4 en el que la magnitud de la desviación media de T se representa por: 7. El procedimiento de la reivindicación 5 o la reivindicación 6 en el que F se representa por: 8. El procedimiento de la reivindicación 5 o la reivindicación 6 en el que T se representa por: 9. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior que además incluye la etapa de medir el desplazamiento lineal de la broca de taladro (10). 10. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior en el que cuando se produce la detección del inicio de la ruptura de la pieza de trabajo (5), la broca de taladro (10) se retrae hasta que F es igual a cero. 16 ES 2 367 819 T3 11. El procedimiento de la reivindicación 10 en el que la perforación de la pieza de trabajo se reanuda posteriormente y la broca de taladro (10) se hace progresar una distancia lineal fija con el fin de completar el orificio a una profundidad o a un porcentaje de terminación del orificio deseados. 12. El procedimiento de la reivindicación 11 en el que la distancia lineal fija se calcula como una proporción de una dimensión característica de la broca de taladro (10). 13. El procedimiento de la reivindicación 12 en el que la distancia lineal fija es igual al radio de un buril (11) de la broca de taladro (10) en el que el buril es sustancialmente semiesférico o esférico. 14. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior en el que inmediatamente después de la etapa a) la broca de taladro (10) se retrae hasta que F es más pequeña que o igual a 0,01 N para asegurar que, de este modo, la broca de taladro está colocada con precisión en la superficie de la pieza de trabajo. 15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 en el que inmediatamente después de la etapa a) la broca de taladro (10) se hace progresar una distancia fija y se detecta la fuerza que experimenta la broca de taladro con el fin de calcular la elasticidad de la pieza de trabajo. 16. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior en el que se implementa una estrategia de control híbrida en el que la broca de taladro (10) se ha hecho progresar inicialmente a una velocidad de avance constante hasta que o bien se detecta el inicio de la ruptura o bien se experimenta una fuerza umbral máxima predeterminada por la broca de taladro; cuando la fuerza umbral máxima predeterminada se experimenta por la broca de taladro la broca de taladro se hace progresar a partir de ahí a una fuerza de avance constante. 17. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior en el que se detiene la perforación del orificio sin ruptura. 18. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 en el que la perforación del orificio se detiene después de que se forme un orificio pasante parcial o completo. 19. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior en el que la unidad de taladro (1) es portátil. 20. Un sistema de perforación adaptado para perforar un orificio en una pieza de trabajo elástica, que comprende una unidad de taladro (1) y un controlador (30); comprendiendo la unidad de taladro (1): i) una broca de taladro (10), ii) un sensor de fuerza para detectar una fuerza, F, que experimenta la broca de taladro; y iii) un sensor de par motor para detectar un par motor, T, que experimenta la broca de taladro; caracterizado porque el controlador (30) comprende: a) medios de procesamiento (33) programados para calcular una variable de fuerza, F, basada en la tasa de variación de la fuerza detectada, F, una variable de par motor, T, basada en la tasa de variación del par motor detectado, T, una variable, F, basada en la tasa de variación de F, y una variable, T, basada en la tasa de variación de T; b) medios de control de velocidad (34) para controlar la velocidad de rotación de la broca de taladro que depende de las variables F, F, Ty T. 21. Un sistema de perforación tal como se reivindica en la reivindicación 20 en el que la unidad de taladro (1) comprende un actuador lineal (62) para proporcionar un movimiento lineal controlado de la unidad de taladro (1) cuando la unidad de taladro está montada en un soporte (4). 22. Un sistema de perforación tal como se reivindica en la reivindicación 20 o la reivindicación 21 en el que el sistema de perforación es un sistema de perforación portátil. 23. Un sistema de perforación tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22 en el que el sensor de fuerza comprende un sensor de desvío sin contacto (65). 24. Un sistema de perforación tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23 en el que el sensor de par motor comprende unos medios para detectar la velocidad del motor y la corriente del motor. 25. Un sistema de perforación tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 20 a 24 en el que la broca de taladro (10) es una broca de microtaladro quirúrgico para la perforación de hueso. 26. Un sistema de perforación tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 20 a 24 en el que la broca de taladro (10) es una aguja u otro elemento giratorio que puede hacerse girar para taladrar un orificio. 17 ES 2 367 819 T3 18 ES 2 367 819 T3 19 ES 2 367 819 T3 ES 2 367 819 T3 21 ES 2 367 819 T3 22 ES 2 367 819 T3 23 ES 2 367 819 T3 24 ES 2 367 819 T3 ES 2 367 819 T3 26 ES 2 367 819 T3 27 ES 2 367 819 T3 28 ES 2 367 819 T3 29 ES 2 367 819 T3 ES 2 367 819 T3 31