專利名稱：通過驅(qū)動閥占空比校準(zhǔn)進(jìn)行的氣動壓力輸出控制的制作方法
通過驅(qū)動閥占空比校準(zhǔn)進(jìn)行的氣動壓力輸出控制
優(yōu)先權(quán)聲明
本申請要求發(fā)明人周建生、Kurt Leukanech和Dan Teodorescu于2009年8月 31 日提交的題為"Pneumatic Pressure Output Control ByDrive Valve Duty Cycle Calibration"的美國臨時專利申請序列號No. 61/238，431的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，該臨時申請通過引用被全文結(jié)合于此，如同其完整詳盡地在本文中闡述那樣。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明一般地涉及校準(zhǔn)。更為具體但非限制地，本發(fā)明涉及對氣動手術(shù)系統(tǒng)的校準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
玻璃體視網(wǎng)膜程序包括被執(zhí)行用以恢復(fù)、維持和增強視力的多種手術(shù)程序。玻璃體視網(wǎng)膜程序適用于治療眼后部的多種嚴(yán)重病況。玻璃體視網(wǎng)膜程序治療多種病況，諸如老年黃斑性退化(AMD)、糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病玻璃體積血、黃斑裂孔、視網(wǎng)膜脫離、視網(wǎng)膜外膜、CMV視網(wǎng)膜炎和許多其他眼科病況。
玻璃體是填充眼睛中心的通常呈透明凝膠狀的物質(zhì)。它占據(jù)了眼睛約2/3的體積，并且在出生前就賦予眼睛成形形狀。一些影響眼后部的問題可能需要玻璃體切除術(shù)，或者手術(shù)移除玻璃體。
玻璃體切除術(shù)可被執(zhí)行用于從眼睛中清除血液和碎片，移除瘢痕組織，或者減輕對視網(wǎng)膜的牽引。血液、炎癥細(xì)胞、碎片、瘢痕組織對通過眼睛到達(dá)視網(wǎng)膜的光產(chǎn)生阻礙，從而導(dǎo)致視力模糊。玻璃體還會在它將視網(wǎng)膜拉離或拽離其正常位置的情況下被移除。需要玻璃體切除術(shù)的常見眼部病況的一部分包括糖尿病視網(wǎng)膜病變的并發(fā)癥，諸如視網(wǎng)膜脫離或出血、黃斑裂孔、視網(wǎng)膜脫離、視網(wǎng)膜前膜纖維化、眼內(nèi)出血(玻璃體積血)、受傷或感染以及與之前的眼部手術(shù)相關(guān)的某些問題。玻璃體切除術(shù)可以在眼前部或后部進(jìn)行。雖然前部玻璃體切除術(shù)可以是在諸如外傷性白內(nèi)障移除或輔助IOL(眼內(nèi)透鏡)放置的設(shè)定中執(zhí)行的計劃程序，但是前部玻璃體切除術(shù)更常見的是在后囊破裂之后玻璃體不利地脫垂進(jìn)入前段的情況下對白內(nèi)障手術(shù)的計劃外的附加程序。
視網(wǎng)膜手術(shù)是使用顯微鏡以及被設(shè)計用于提供眼后部清晰圖像的特定透鏡來執(zhí)行的。在鞏膜上做出若干個僅幾毫米的微小切口。視網(wǎng)膜外科醫(yī)生將微型手術(shù)器械通過切口插入，諸如用于照亮眼內(nèi)部的光纖光源、在手術(shù)期間維持眼睛形狀的灌注線、以及用于切割和移除玻璃體的器械。
在玻璃體切除術(shù)中，外科醫(yī)生在眼內(nèi)切出三個微小切口以分別用于三種器械。這些切口被置于眼睫狀體平坦部(緊接在虹膜之后但在視網(wǎng)膜之前)內(nèi)。通過這些切口的器械包括光管、灌注口以及玻璃體切除術(shù)切割設(shè)備。光管等效于眼內(nèi)使用的微型高強度閃光燈。需要灌注口用以代替眼內(nèi)流體并維持眼內(nèi)的合適壓力。玻璃體切除器或切割設(shè)備像小型切斷機那樣工作，并使用擺動的微型切割器以受控方式移除玻璃體凝膠。這防止在移除玻璃狀液期間對視網(wǎng)膜的顯著牽引。
用于對眼前部和/或后部執(zhí)行玻璃體切除術(shù)和其他手術(shù)的手術(shù)機非常復(fù)雜。典型地，這類眼科手術(shù)機包括附有各種不同工具的主操作臺。主操作臺為所附工具提供動力并控制其操作。主操作臺還可用于執(zhí)行其他眼科程序，諸如超聲乳化白內(nèi)障吸除術(shù)。
所附工具典型地包括探針、剪刀、鑷子、照明器、玻璃體切除器和灌輸線。這些工具中的每一個都典型地附至主手術(shù)操作臺。主手術(shù)操作臺內(nèi)的計算機監(jiān)視并控制這些工具的操作。這些工具還從主手術(shù)操作臺獲取其動力。這些工具中的一部分是電動的，而其他則是氣動的。
為了向各種工具提供空氣動力，主手術(shù)操作臺具有氣動或空氣分配模塊。該氣動模塊調(diào)節(jié)并供應(yīng)壓縮空氣或氣體，從而為工具提供動力。典型地，氣動模塊被連接至裝有壓縮氣體的氣缸。氣動模塊可以提供合適的氣體壓力以適當(dāng)?shù)夭僮魉焦ぞ?。發(fā)明內(nèi)容
在各種實施例中，手術(shù)操作臺可以包括具有至少兩個端口的氣動閥(例如，四向電磁閥(solenoid valve))，該至少兩個端口能夠用于交替提供加壓氣體以驅(qū)動耦接至該手術(shù)操作臺的氣動工具(諸如玻璃體切除術(shù)探針)。手術(shù)操作臺還可以包括可操作以根據(jù)閥占空比(valve dutycycle)來控制和調(diào)節(jié)閥打開/關(guān)閉時間的控制器。閥可以在端口之間切換(用于第一端口的閥打開時間和用于第二端口的閥關(guān)閉時間)，以使得總閥時間可以近似等于閥打開時間加上閥關(guān)閉時間。閥占空比可以指示出控制器用信號通知閥打開占總閥時間的百分比(例如，50%)。
因為不同的閥打開/關(guān)閉定時可以造成操作壓力的損失，所以可以對閥占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使得用于打開和/或關(guān)閉閥位置的信號定時將會導(dǎo)致高于預(yù)定義閾值的打開和關(guān)閉操作壓力。例如，經(jīng)調(diào)節(jié)的閥占空比可以近似等于在前閥占空比+(((abs(打開壓力)-abs (關(guān)閉壓力))/2)女(閥占空比Δ/差額壓力變化Δ))，其中在前閥占空比是測試期間的閥占空比，打開壓力和關(guān)閉壓力是閥的一個循環(huán)內(nèi)分別在打開和關(guān)閉時間用于端口的差額壓力，以及閥占空比Δ/差額壓力變化Δ是閥占空比變化與作為結(jié)果的差額壓力變化之比(例如，在閥打開壓力內(nèi))。為了計算新的閥占空比，可以在氣動系統(tǒng)的最低性能點期間得到端口的打開壓力和關(guān)閉壓力(例如，當(dāng)打開壓力和關(guān)閉壓力之間的絕對壓力差別最低以使得(abs (打開壓力)+abs (關(guān)閉壓力))處于所測壓力數(shù)據(jù)的最小值時)。一旦確定，閥占空比就可以被存儲在控制器可訪問的存儲器中供將來使用。
在某些實施例中，閥占空比可以通過一系列DIP開關(guān)設(shè)置而被輸入系統(tǒng)。例如，手術(shù)操作臺可以包括DIP開關(guān)和耦接在一起的電阻器，使得DIP開關(guān)可配置以組合電阻器網(wǎng)絡(luò)中的一個或多個電阻器。DIP開關(guān)可被設(shè)置以使得在向電阻器網(wǎng)絡(luò)施加一輸入電壓時，電阻器網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓成為閥占空比的指示。在某些實施例中，手術(shù)操作臺可以包括能夠?qū)⑤敵鲭妷恨D(zhuǎn)換成數(shù)字值的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中在手術(shù)操作臺上執(zhí)行的軟件可以使用該數(shù)字值來確定閥占空比(例如，通過使用將數(shù)字值與關(guān)聯(lián)的閥占空比相關(guān)聯(lián)的查找表)。


為了更完整地理解本發(fā)明，結(jié)合附圖對接下來的描述做出參考，其中
圖1例示了根據(jù)一個實施例的手術(shù)操作臺；
圖2例示了根據(jù)一個實施例的氣動系統(tǒng)的圖示；
圖3例示了根據(jù)一個實施例的氣動閥的控制器；
圖4例示了氣動工具的一個實施例的圖示；
圖例示了 DIP開關(guān)和電阻器網(wǎng)絡(luò)的不同實施例；
圖7例示了根據(jù)一個實施例的用于校準(zhǔn)氣動系統(tǒng)的方法的流程圖8a_8b例示了根據(jù)一個實施例的氣動閥的壓力數(shù)據(jù)；以及
圖9例示了根據(jù)一個實施例的校準(zhǔn)表。
應(yīng)當(dāng)理解，之前的概述和隨后的詳細(xì)描述都只是示例和說明性的，并且旨在為要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。
具體實施方式
由 Denis Turner、Robert Palino、Argelio Olivera 禾口 Mark Hopkins 于 2006 年 12月21日提交的題為“Pneumatic System for a Vitrector”的美國專利申請公開(公開號No. 20080149197，序列號No. 11/614,678)通過引用被全文結(jié)合于此，如同其完整詳盡地在本文中闡述那樣。
圖1例示了用于氣動動力眼科手術(shù)機的手術(shù)操作臺101的實施例。手術(shù)操作臺101 可以操作以輔助外科醫(yī)生執(zhí)行各種眼科手術(shù)程序，諸如超聲乳化白內(nèi)障吸除術(shù)和玻璃體切除術(shù)。手術(shù)操作臺101可以包括內(nèi)部監(jiān)視系統(tǒng)、一個或多個控制器(例如，比例控制器)以及工具(其可以包括超聲乳化白內(nèi)障吸除術(shù)工具和/或氣動工具10；3)。氣動工具103例如可以包括剪刀、玻璃體切除器、鑷子以及注射或抽取模塊。也可以使用其他工具103。諸如氮氣的壓縮氣體可以為氣動工具103提供動力。壓縮氣體可以通過氣體壓力監(jiān)視系統(tǒng)、通過一個或多個歧管(manifold)到達(dá)一個或多個比例控制器，并且通過另外的歧管和/或管道到達(dá)工具103。
圖2是根據(jù)一個實施例用于氣動動力玻璃體切除術(shù)機的氣動系統(tǒng)的示意圖。在圖 2中，氣動系統(tǒng)可以包括泵排氣閥205、輸出閥210、消音器225、230、251、253、歧管235以及用于為氣動工具103提供動力的氣動通道的相應(yīng)輸出端口 A和B(例如，參見圖4)。
在某些實施例中，泵排氣閥205可以是四向閥。閥205可以包括螺線管 (solenoid)，其操作以將所述閥移動到至少兩個位置中的一個。在一個位置，加壓氣體可以通過泵排氣閥205并從消音器230排出。在另一個位置，泵排氣閥205可以允許加壓氣體通過泵排氣閥205，從而為工具103提供動力。泵排氣閥205可以由控制器(例如，如圖3 所示的控制器300)控制。
在某些實施例中，輸出閥210可以是四向閥。閥210可以包括螺線管，其操作以將閥移動到至少兩個位置中的一個。在一個位置，閥210可將加壓氣體提供至輸出端口 A并將加壓氣體從輸出端口 B排出(即，“關(guān)閉”位置)。在該位置，加壓氣體能夠通過輸出閥210 到達(dá)輸出端口 A，加壓氣體經(jīng)此為工具103提供氣動動力。加壓氣體還可以通過輸出閥210 和消音器225并從消音器225被排入大氣。在另一個位置(即，“打開”位置)，輸出閥210 允許加壓氣體通過閥265到達(dá)輸出端口 B，加壓氣體經(jīng)此為工具103提供氣動動力。加壓氣體還可以通過輸出閥210到達(dá)消音器225并從這里排入大氣。輸出閥210也可由控制器300控制。在某些實施例中，在關(guān)閉位置期間控制器300可以用信號通知電磁閥關(guān)閉(螺線管可用于移動閥以使空氣轉(zhuǎn)向通過端口 A)，并且當(dāng)信號停止(或者發(fā)送打開信號)時，彈簧 (或其他致動機構(gòu))可使閥返回到打開位置(其中，閥處于使空氣轉(zhuǎn)向至端口 B的位置)。 在50%閥占空比期間，控制器可以施加關(guān)閉信號的時間量與信號停止(打開位置)或施加打開信號的時間量大致相同。
在某些實施例中，歧管組件235可以由金屬(諸如鋁)或塑料加工得到。同樣可以考慮其他材料。歧管組件235可以是氣密的，包括各種接頭和耦接器，并且可被設(shè)計為能承受相對高的氣體壓力。歧管組件235可被制造為若干個體部件的集合，或者可被制造為單個部件。例如，歧管組件235可由單個鋁部件制成。消音器225、230、251和253可以抑制由排出的氣體造成的噪音。
圖3根據(jù)一個實施例例示了用于氣動動力玻璃體切除術(shù)機的控制器300以及閥 205、210、沈1、263和沈5。在某些實施例中，控制器300可以經(jīng)由將閥耦接至控制器的接口將控制信號發(fā)送至閥205、210、261、263和沈5。接口可以包括諸如導(dǎo)線、總線、跡線等等的電導(dǎo)體?？刂破?00可以是能執(zhí)行邏輯功能的集成電路?？刂破?00可以包括具有電源、 輸入和輸出引腳的集成電路封裝。在各種實施例中，控制器300可以是閥控制器或目標(biāo)設(shè)備控制器。在這種情況下，控制器300可以執(zhí)行針對具體設(shè)備(例如閥)的具體控制功能。 在某些實施例中，控制器300可以是微處理器。控制器300可以是可編程的，從而能夠用于控制閥以及機器的其他部件。在某些實施例中，控制器300可以是被配置為控制執(zhí)行不同功能的不同閥的專用控制器。
圖4例示了可附至輸出端口 A和B以用作切割器件的工具103(例如玻璃體切除器)的實施例。切割器403可由氣缸移動，而氣缸又由加壓氣體移動。氣缸可以隨著加壓氣體被交替導(dǎo)向至輸出端口 A和B而擺動。這類玻璃體切除術(shù)設(shè)備可被設(shè)計為在各種切割速率(例如，每分鐘1000次切割、每分鐘2500次切割、每分鐘5000次切割等)下操作。同樣可以考慮其他切割速率。端口 A和端口 B可以提供分開的氣動通道(以及兩通道間的差額壓力)用以驅(qū)動工具103。交替的壓力脈沖可由在兩通道之間循環(huán)壓力輸出的四向電磁閥 (例如，玻璃體切除術(shù)切割器控制閥210)生成。如圖4所示，壓力差額可以在工具103(例如，探針)內(nèi)部來回地移動隔片401，從而移動工具103上連接的探針切割器403。在兩個氣動通道內(nèi)的壓力偏差(例如，在閥的打開或關(guān)閉位置之一形成更高的壓力差額)可能影響工具103的功能和/或性能。因為各種因素(例如，閥間變化以及操作臺之間兩通道內(nèi)流限/流阻的變化)，壓力差額可能在不同操作臺101中的不同閥210之間變化，從而導(dǎo)致難以提供一致的操作壓力差額。為了控制兩個氣動通道輸出的壓力差額，可以使用軟件控制電磁閥210的打開/關(guān)閉定時(也被稱為閥占空比)。閥占空比可以通過校準(zhǔn)而被調(diào)節(jié)， 以便在閥的打開/關(guān)閉位置期間都更好地平衡差額壓力。通過調(diào)節(jié)閥占空比，可以延長或縮短在閥打開/關(guān)閉循環(huán)內(nèi)向每個氣動通道傳送加壓空氣的時間，從而實現(xiàn)在整個閥循環(huán)內(nèi)更為一致的差額壓力以使得工具操作更為平滑。
例如，以每分鐘2500次切割的探針?biāo)俾剩y210可以以每循環(huán)約的速率交替地向端口 A和端口 B提供加壓空氣。為了獲得每分鐘2500次切割的切割速率，兩個氣動通道可以每就循環(huán)開/關(guān)一次(2500次切割/分鐘或1分鐘/2500次切割女60秒/1分鐘=0. OM秒/切割=2%is/切割)，即，可以向每個通道打開Urns。在某些實施例中，實際打開和關(guān)閉通道的過渡時間可能占用部分循環(huán)時間。例如，氣動通道1 (即，經(jīng)由控制閥210 的端口 A)可能需要^is打開(同時氣動通道2在關(guān)閉)并且需要2ms關(guān)閉(同時氣動通道2在打開)，由此在每個的循環(huán)中存在6ms的總過渡時間。同樣可以考慮其他過渡時間。因為過渡時間，當(dāng)閥向通道2關(guān)閉時可能實際上僅向通道1打開了 Sms(Iaiis-^is)， 并且在向通道2打開時可能向通道1關(guān)閉了 10mS(iaiiS-aiiS)。向通道1和通道2提供加壓空氣的這一 8ms相對于IOms的閥定時差別可導(dǎo)致兩通道之間不平衡的壓力差額。在某些實施例中，可能期望兩通道的打開持續(xù)時間大致相同(例如，在2500切割/分鐘的情況下，實際打開大約0^is-6ms)/2 = 9ms)。如果過渡時間對所有閥210恒定，則軟件控制可以調(diào)節(jié)閥占空比以實現(xiàn)兩通道大致相等的實際打開持續(xù)時間。在該例中，軟件可以將通道1的標(biāo)稱打開時間調(diào)節(jié)為Urns，并將通道2的調(diào)節(jié)為11ms。因此，對于該例，排除了過渡時間的通道1的實際打開時間可以是i:3ms-^is = 9ms，而通道2的實際打開時間則可以是llms-2ms =9ms (類似于通道1)。然而，因為各種閥210(例如，歸因于閥210的制造差異)之間的過渡時間可能有差異，固定的定時偏移也許不能成功克服這一不平衡。例如，一個不同的閥可能需要3ms (而非^is)打開通道1 (同時氣動通道2在關(guān)閉)并且需要2ms關(guān)閉通道1 (同時氣動通道2在打開)。如果應(yīng)用相同的軟件控制閥占空比(例如，用于通道1的13ms標(biāo)稱打開時間以及用于通道2的Ilms標(biāo)稱打開時間)，那么氣動通道1的實際打開時間可能是13ms-3ms = 10ms，而通道2的實際打開時間則可能是llms-2ms = 9ms。因此，在此例中，氣動通道1仍然會比氣動通道2多打開Ims或11%。這一差別會導(dǎo)致兩氣動通道之間不均勻的動力平衡，而后者則可能導(dǎo)致較低的有效切割速率/功率。類似地，固定的定時偏移也可能無法成功克服由操作臺間兩通道內(nèi)的流限/流阻變化而引起的不平衡。
在某些實施例中，可以針對各個不同的閥和/或操作臺(例如，為了補償各種閥的不同過渡時間以及各種操作臺的流限/流阻差)來調(diào)節(jié)閥占空比。通過把調(diào)節(jié)后的閥占空比應(yīng)用于氣動通道的循環(huán)時間，氣動通道可以在總循環(huán)時間期間開動以具有大致相等的實際打開時間。如上所述，50%閥占空比可以對應(yīng)于施加關(guān)閉閥的信號與未施加該信號(對應(yīng)于打開位置)大致相同的時間量。的調(diào)節(jié)可導(dǎo)致51%閥占空比，其對應(yīng)于施加關(guān)閉閥的信號長達(dá)總循環(huán)時間的約51% (并且總循環(huán)時間的49%不施加該信號(或施加打開信號)以打開該閥)。較長的51%閥占空比于是可以對例如關(guān)閉比打開需要更長時間的閥和 /或在連接到該閥的關(guān)閉位置的通道內(nèi)具有較高流限/流阻的操作臺進(jìn)行補償。
在某些實施例中，閥210的閥占空比值可被存儲在操作臺101或工具103上的存儲器303內(nèi)。存儲器303可以包括DIP開關(guān)(雙列直插封裝開關(guān))、可變電阻器、數(shù)字電位計或者EEPR0M(電可擦除可編程只讀存儲器)。在某些實施例中，閥占空比可以通過反復(fù)嘗試確定，并且可被編程或?qū)懭氪鎯ζ?03(例如，在制造時)或者可以例如通過用戶與操作臺101的交互而被接收(例如，一值被輸入操作臺101的圖形用戶界面107中)。閥占空比隨后可由手術(shù)操作臺101(例如，手術(shù)操作臺101內(nèi)的控制器300)用來控制閥210的打開 /關(guān)閉時間。
如圖所示，一個或多個DIP開關(guān)Si、S2、S3等可被連接至電阻器網(wǎng)絡(luò)(每個電阻器可以具有不同的電阻)。圖fe和5c例示了具有5個DIP開關(guān)的實施例，而圖恥和 6則例示了具有6個DIP開關(guān)的實施例。圖5d例示了具有η個DIP開關(guān)的實施例。每個 DIP開關(guān)可用1或0(開或關(guān))編程以允許電流流經(jīng)其相應(yīng)的電阻器或是阻止電流流經(jīng)其相應(yīng)的電阻器。電阻器網(wǎng)絡(luò)和DIP開關(guān)可以具有基于DIP開關(guān)設(shè)置的總電阻。例如，對于6 個DIP開關(guān)(每個開關(guān)具有一個相應(yīng)的電阻器)，電阻器網(wǎng)絡(luò)可被配置為具有從2~6 = 64 種可能電阻中選出的一個電阻。DIP開關(guān)設(shè)置的組合因此可以產(chǎn)生電阻器網(wǎng)絡(luò)的不同電阻值。例如，圖中的每個電阻器之上是示例的電阻倍數(shù)(例如，以千歐計)(其他電阻也是可能的)。如圖fe所示，示例的網(wǎng)絡(luò)電阻基于5個DIP開關(guān)的設(shè)置可以是1、2、3、4、5、6、 7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20 (在示出的配置中，32種DIP開關(guān)組合可以以1為增量產(chǎn)生20種網(wǎng)絡(luò)電阻值，并帶有12個重復(fù)值)。其他配置也是可能的(例如，不同的電阻值，不同的DIP開關(guān)布置等)。在圖恥所示的實施例中，64種DIP開關(guān)組合可以以0.5為增量產(chǎn)生40種網(wǎng)絡(luò)電阻值，并帶有M個重復(fù)值(例如，網(wǎng)絡(luò)電阻值1、1. 5、2、2.5、 3,3. 5、4、4· 5、5、5· 5、6、6· 5、7、7· 5、8、8· 5、9、9. 5,10,10. 5、11、11. 5,12,12. 5,13,13. 5、14、 14. 5,15,15. 5,16,16. 5,17,17. 5,18,18. 5,19,19. 5、20 和 20. 5)。在圖 5c 所示的實施例中， 5個DIP開關(guān)的電阻器網(wǎng)絡(luò)可以包括32種DIP開關(guān)組合，從而以1為增量產(chǎn)生32種網(wǎng)絡(luò)電阻值，并且不帶有重復(fù)(例如，電阻值 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、 19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31 和 32)。如圖 5d 所示，η 個 DIP 開關(guān)的電阻器網(wǎng)絡(luò)可以包括2"種DIP開關(guān)組合，從而以R為增量產(chǎn)生2n種網(wǎng)絡(luò)電阻值，并且不帶有重復(fù)(例如，電阻值R、2R、3R、4R、5R.....2nR) 0可以向電阻器網(wǎng)絡(luò)(例如，通過電壓源501)施加已知電壓(例如，5伏)，并且可以通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器509將結(jié)果電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字計數(shù)511。 在手術(shù)操作臺上執(zhí)行的軟件可以使用數(shù)字計數(shù)511來確定相應(yīng)的閥占空比。例如，可以對該數(shù)字計數(shù)執(zhí)行查找表以確定相應(yīng)的閥占空比值。在某些實施例中，具有數(shù)字計數(shù)和相應(yīng)的閥占空比值的校準(zhǔn)表901 (例如，參見圖9)可被存儲在操作臺上。
如上所述，DIP開關(guān)(例如，在DIP開關(guān)組503中)可以被編程為處于不同開/關(guān) (1/0)位置以組合電阻器網(wǎng)絡(luò)505中所選的電阻。電阻器網(wǎng)絡(luò)可以用作分壓器，以作為向網(wǎng)絡(luò)施加第一電壓的結(jié)果輸出第二電壓。ADC 509可將第二電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字計數(shù)511。例如，電壓2可以形成值為447的數(shù)字計數(shù)(例如，對應(yīng)于2. 183伏的電壓)。在手術(shù)操作臺上執(zhí)行的軟件可以使用值為447的該數(shù)字計數(shù)來確定相應(yīng)的閥占空比(在此情況下為 49.5%)。例如，如圖9所示，可以訪問查找表以確定對應(yīng)于該數(shù)字計數(shù)的閥占空比。在某些實施例中，閥占空比可以被確定并存儲在可寫存儲器(例如，EEPR0M)內(nèi)。在手術(shù)操作臺的后續(xù)使用期間，可以讀取該EEPR0M，而非通過使用DIP開關(guān)確定閥占空比。使用EEPROM 以供后續(xù)使用使得可以更快地確定閥占空比。使用EEPROM還可以防止與由未經(jīng)授權(quán)的人員不經(jīng)意地開關(guān)或觸碰或設(shè)置的DIP開關(guān)相關(guān)聯(lián)的偽值。在某些實施例中，當(dāng)手術(shù)操作臺接收到一個新值正被確定的指示時(例如，用戶可以在用戶界面上輸入密碼來驗證該用戶并設(shè)置操作臺用以接收一個新的閥占空比，或者用戶可以設(shè)置DIP開關(guān)附近的開關(guān)或按壓其附近的按鈕來指示手術(shù)操作臺檢測一個新的閥占空比并將其存儲在EEPROM中(例如，根據(jù)DIP開關(guān)確定的))，可以將新的閥占空比讀入EEPR0M。
圖7例示了用于確定校準(zhǔn)閥210的閥占空比的方法。在流程圖中提供的要素僅是示例性的?？梢允÷运峁┑亩喾N要素，可以添加額外的要素，和/或可以按與下述不同的次序執(zhí)行各要素。
在701，要被校準(zhǔn)的閥210的氣動端口可以耦接至一個或多個壓力傳感器，所述壓力傳感器用于在閥210操作期間確定每個端口的壓力(或端口之間的差額壓力)。例如，每個端口(A和B)可以耦接有單獨的壓力傳感器或者一個差額壓力傳感器可耦接至端口 A 和B兩者。如果在每個端口使用單獨的壓力傳感器，則可以使用來自每個端口的壓力數(shù)據(jù)計算差額壓力。如圖1所示，工具103可以是具有通過端口 105耦接至A和/或B端口的一個或多個壓力傳感器的壓力變換器盒。在某些實施例中，閥210可以在耦接至手術(shù)操作臺時被測試(例如，壓力傳感器可被耦接至手術(shù)操作臺101的輸出氣動端口 10 。在某些實施例中，可以為閥設(shè)定每分鐘切割次數(shù)的設(shè)置(例如，每分鐘2500次切割)。
在703，可將氣動系統(tǒng)閥占空比設(shè)為默認(rèn)值(例如，校準(zhǔn)DIP開關(guān)可被設(shè)為50%閥占空比，這可能導(dǎo)致不對打開/關(guān)閉閥定時施加偏移)?？梢允褂脤IP開關(guān)設(shè)置與閥占空比相關(guān)的校準(zhǔn)表901來設(shè)置DIP開關(guān)設(shè)置。
在705，氣動系統(tǒng)(包括閥210)可以被操作一段給定的時間量(例如，10秒)。在氣動系統(tǒng)操作期間，可以通過壓力傳感器檢測用于運轉(zhuǎn)的壓力數(shù)據(jù)。在某些實施例中，可以壓下腳踏開關(guān)踏板來啟動氣動系統(tǒng)。在某些實施例中，氣動系統(tǒng)可以被操作一段延長的時間(例如，1至2小時)，尤其是在氣動系統(tǒng)和/或操作臺是新的的情況下。在校準(zhǔn)之前的延長的操作可以允許系統(tǒng)和/或操作臺去除歸因于制造、摩擦點和其他部件交互點(例如， 隨著新零件與其他零件交互長達(dá)經(jīng)延長的時期，新零件上的初始摩擦可以被摩掉)的初始閥差異。在某些實施例中，氣動系統(tǒng)可以在初始運轉(zhuǎn)之后停止，并在隨后被再次操作達(dá)另一設(shè)定時間量(例如，5至10秒)后才獲取壓力數(shù)據(jù)。在某些實施例中，可以在氣動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)之間應(yīng)用一等待時間(例如，5至10秒)。
在707，可以確定打開/關(guān)閉閥位置之間的壓力差額和壓力范圍。圖8a例示了用于氣動系統(tǒng)的可能的壓力差額相對于時間的繪圖。如圖8a所示，在循環(huán)間隔時刻⑴，壓力差額在打開/關(guān)閉位置可以是+10和-13psi (導(dǎo)致約23psi的壓力范圍801，psi 磅每平方英寸)。最低性能點可以是在壓力打開和壓力關(guān)閉之間的差額壓力差別最小時(即，當(dāng) (abs (壓力打開)+abs (壓力關(guān)閉))處于壓力數(shù)據(jù)的最小值時)的循環(huán)間隔時刻。在圖8a 所示的情況下，在循環(huán)間隔時刻(T)針對打開和關(guān)閉位置存在值得注意的壓力降低。
在709，可以確定用于補償壓力偏差的閥占空比。在圖8a所示的壓力數(shù)據(jù)中，在循環(huán)間隔時刻(T)，壓力偏差看上去約為3psi (與超過讀數(shù)+IOpsi的讀數(shù)_13psi相關(guān)聯(lián))。 將會導(dǎo)致大致居中的壓力差額的閥占空比(例如，以在循環(huán)間隔時刻(T)獲取約+11.5psi 和-11.5psi的打開/關(guān)閉壓力值為目標(biāo))可以被確定。確定閥占空比以使得壓力差額在氣動系統(tǒng)的最低性能點處居中可以確保氣動系統(tǒng)在其最低性能點處仍具有足夠的壓力以在打開和關(guān)閉位置兩者中操作(閥占空比還可以使在氣動系統(tǒng)的其他操作點處的性能得到改善)。雖然此處的若干示例確定了最低性能點附近的閥占空比，但是也可以使用壓力數(shù)據(jù)內(nèi)的其他點來確定閥占空比。對閥占空比的確定可以如下計算
新的閥占空比=在前閥占空比+(((abs(打開壓力)_abs(關(guān)閉壓力))/2)女(閥占空比Δ /差額壓力變化Δ))
其中打開壓力和關(guān)閉壓力是在氣動系統(tǒng)的最低性能時刻(即，當(dāng)前例中的時刻Τ) 得到的，并且其中abs()表示絕對值。在某些實施例中，閥占空比與壓力差額調(diào)節(jié)之比可以以數(shù)學(xué)的方式或通過反復(fù)嘗試來確定。例如，該比可以是(閥占空比Δ)與0. 86psi(差額壓力變化Δ)之比。
在當(dāng)前例中
新的閥占空比=50%+(((13psi-10psi)/2)* (1% /0. 86psi))
新的閥占空比=50%+(1. 5psi * (1% /0. 86psi))
新的閥占空比=50%+1. 744%= 51. 744%
因此，在新的閥占空比為51. 744%的情況下，在關(guān)閉側(cè)的壓力(當(dāng)前的+IOpsi) 可增加至 11. 5psi(10psi+l. 744 % * (0. 86psi/l % ) = 11. 5psi)，而打開側(cè)則可以移 M-11. 5psi(-13psi+l. 744% * (0. 86psi/l% ) = -11. 5psi)。在某些實施例中，閥占空比可被四舍五入至最接近的增量(例如，如果四舍五入到最接近的增量0.5%，則被四舍五入到 51. 5% )。
在711，可以用新的閥占空比對氣動系統(tǒng)進(jìn)行編程。例如，可以以將要產(chǎn)生對應(yīng)于所確定的閥占空比的電壓的開/關(guān)序列來設(shè)置DIP開關(guān)(可以是具有開/關(guān)或1/0選項的物理可訪問開關(guān))。在某些實施例中，新的閥占空比可由手術(shù)操作臺計算和/或被輸入到手術(shù)操作臺的圖形用戶界面。
在713，可以再次操作該氣動系統(tǒng)(例如，5至10秒)。在氣動系統(tǒng)操作期間，可以通過壓力傳感器檢測用于運轉(zhuǎn)的壓力數(shù)據(jù)。在某些實施例中，氣動系統(tǒng)可以在初始運轉(zhuǎn)之后停止，并在隨后再次運轉(zhuǎn)達(dá)另一設(shè)定時間量(例如，5至10秒)后才獲取壓力數(shù)據(jù)。在某些實施例中，可以在氣動系統(tǒng)運轉(zhuǎn)之間應(yīng)用一等待時間(例如，5至10秒)。
在715，可以再次確定打開/關(guān)閉閥位置之間的壓力差額和壓力范圍。圖8b例示了在應(yīng)用新的閥占空比之后可能的壓力數(shù)據(jù)繪圖。如圖8b所示，壓力差額現(xiàn)在大致以O(shè)psi 為中點，使得關(guān)閉位置中的壓力差額在針對關(guān)閉位置的最低性能點處為近似11. 5psi，而在針對打開位置的最低性能點處為近似-11. 5psi。
在717，可以將壓力差額、壓力范圍和/或壓力偏差與可接受的界值相比較。在某些實施例中，壓力差額(例如，如圖8b所示，在經(jīng)校正的情況下差額約為+11.5psi 和-11. 5psi)可以與用于操作的預(yù)定義閾值相比較(例如，差額的絕對值可以與約為IOpsi 的閾值相比較)。在如圖8b所示的經(jīng)校正的情況下，差額壓力(用于比較的絕對值)大于 IOpsi的閾值。在某些實施例中，還可以確定壓力偏差(兩個通道之間的壓力差別)并將其與預(yù)定義的可接受界值相比較。例如，該壓力偏差可以等于abs (關(guān)閉壓力)_abs(打開壓力)。在校準(zhǔn)之后，可以使用Ipsi的預(yù)定義的可接受的壓力偏差(取決于氣動系統(tǒng)校準(zhǔn)還可以使用其他的壓力偏差)。作為另一個示例，可以將總壓力范圍(abs (打開壓力)+abs (關(guān)閉壓力))與預(yù)定義的可接受界值(例如，最小值為21. 6psi的范圍)相比較。在某些實施例中，在氣動系統(tǒng)的最低性能點處的總壓力范圍可以與可接受的總壓力范圍相比較，以確定該氣動系統(tǒng)是否有泄漏或約束。例如，如果總壓力范圍< 21.6psi，則系統(tǒng)內(nèi)可能存在泄漏或約束。也可以使用其他的總壓力范圍(不同的氣動系統(tǒng)配置可以在不同的壓力和壓力范圍下操作)。如果在最低性能點處的總壓力范圍不滿足最低可接受界值，則可以替換閥和 /或可以檢查該氣動系統(tǒng)。同樣地，如果壓力波形的邊緣不平滑，而是呈波狀或具有移位，或是在最小性能點之后沒有向兩側(cè)擴散，則可能需要替換該閥。
在719，如果總壓力范圍或壓力偏差位于可接受范圍之外，則可以使用一個新的閥占空比。在某些實施例中，新的閥占空比可以被重新計算。例如
新的閥占空比=在前閥占空比+(((abs(打開壓力)_abs(關(guān)閉壓力))/2)女(閥占空比Δ /差額壓力變化Δ))
其中，打開壓力和關(guān)閉壓力可以是氣動系統(tǒng)的最低性能時刻的差額壓力。在某些實施例中，并不使用該等式，而是可以嘗試高于或低于在前閥占空比一個增量的閥占空比。 如果在前的關(guān)閉壓力需要被增加(以降低朝向打開位置的壓力偏差)，則可以將該閥占空比增加至下一增量(例如，從51%到51.5%)或者反之亦然。在某些實施例中，新的閥占空比可由手術(shù)操作臺確定和/或被輸入到手術(shù)操作臺的圖形用戶界面。在某些實施例中， DIP開關(guān)可被設(shè)為與新確定的閥占空比相對應(yīng)。隨后可測試該新的閥占空比(例如，通過執(zhí)行要素713至719)。
在721，如果閥已被測試超過一個設(shè)定的次數(shù)(例如，兩次)并且總壓力范圍或壓力偏差仍然位于可接受范圍之外，則可以安裝不同的閥/模塊。在某些實施例中，可能要執(zhí)行確定新的閥占空比(或者可以移動DIP開關(guān)以對應(yīng)高于或低于在前閥占空比的另一個閥占空比)的額外的幾輪。
在723，如果來自717的總壓力范圍和壓力偏差位于可接受范圍內(nèi)，則可以結(jié)束校準(zhǔn)過程。手術(shù)操作臺可以使用所確定的閥占空比。在某些實施例中，DIP開關(guān)和電阻網(wǎng)絡(luò)可以在操作期間將期望的閥占空比(通過特征電壓)中繼給系統(tǒng)操作臺。例如，來自電阻器網(wǎng)絡(luò)的電壓可以通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器509轉(zhuǎn)化成數(shù)字計數(shù)。數(shù)字計數(shù)可由手術(shù)操作臺上執(zhí)行的軟件處理，并且相應(yīng)的閥占空比可被確定并用于修改閥性能。在某些實施例中，校準(zhǔn)過程可被多次執(zhí)行以確保具有所確定的閥占空比的校準(zhǔn)結(jié)果有可重復(fù)性。
在某些實施例中，玻璃體切除術(shù)系統(tǒng)可以包括一個或多個處理器(例如，控制器 300)?？刂破?00可以包括單個處理設(shè)備或者多個處理設(shè)備。這類處理設(shè)備可以是微處理器、控制器(可以是微控制器)、數(shù)字信號處理器、微型計算機、中央處理單元、現(xiàn)場可編程門陣列、可編程邏輯器件、狀態(tài)機、邏輯電路、控制電路、模擬電路、數(shù)字電路和/或基于操作指令操縱信號(模擬和/或數(shù)字)的任何設(shè)備。耦接至和/或嵌入處理器的存儲器可以是單個存儲器設(shè)備或是多個存儲器件。這類存儲器件可以是只讀存儲器、隨機存取存儲器、 易失性存儲器、非易失性存儲器、靜態(tài)存儲器、動態(tài)存儲器、閃速存儲器、高速緩沖存儲器和 /或存儲數(shù)字信息的任何設(shè)備。注意到當(dāng)處理器經(jīng)由狀態(tài)機、模擬電路、數(shù)字電路和/或邏輯電路執(zhí)行其功能的一個或多個時，存儲相應(yīng)操作指令的存儲器可以嵌入或外連至包括所述狀態(tài)機、模擬電路、數(shù)字電路和/或邏輯電路的電路。與例如關(guān)聯(lián)于圖7示例和描述的要素的至少一部分相對應(yīng)的操作指令可由所述存儲器存儲，并可由所述存儲器執(zhí)行。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以對本申請中的實施例做出各種修改。本說明及其示例旨在被認(rèn)為僅是由所附權(quán)利要求及其等同方案指明的本發(fā)明真實范圍和精神的說明。
權(quán)利要求
1.一種手術(shù)操作臺，包括閥；耦接至所述閥的至少第一端口和第二端口，其中所述閥被配置為交替地向第一端口和第二端口中的每個端口提供加壓氣體，以驅(qū)動耦接至所述手術(shù)操作臺的氣動工具；耦接至所述閥的控制器，其中所述控制器能夠控制閥打開和關(guān)閉時間，其中閥打開時間對應(yīng)于打開第一端口的時間，并且閥關(guān)閉時間對應(yīng)于關(guān)閉第一端口的時間，其中關(guān)閉第一端口與打開第二端口相重合，使得加壓氣體由所述閥引導(dǎo)通過第一端口及第二端口二者之一；其中，所述控制器被配置為根據(jù)閥占空比調(diào)節(jié)閥打開/關(guān)閉時間；其中所述閥占空比對應(yīng)于調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)通過分析打開和關(guān)閉閥位置的操作壓力數(shù)據(jù)以及確定將導(dǎo)致高于預(yù)定義閾值的打開和關(guān)閉操作差額壓力的對于閥打開時間和閥關(guān)閉時間中的至少一個所做的調(diào)節(jié)而確定。
2.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)操作臺，其中所述閥是四向電磁閥。
3.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)操作臺，還包括耦接至所述手術(shù)操作臺的氣動工具，其中所述氣動工具是玻璃體切除術(shù)切割器。
4.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)操作臺，其中所述閥占空比被存儲在所述控制器能訪問的存儲器上。
5.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)操作臺，其中總閥時間近似等于一個閥循環(huán)內(nèi)的閥打開時間加上閥關(guān)閉時間，并且所述閥占空比是所述控制器通知所述閥引導(dǎo)氣體通過第一端口的時間占所述總閥時間的百分比。
6.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)操作臺，其中在測試所述手術(shù)操作臺期間使用壓力數(shù)據(jù)確定新的閥占空比，其中所述新的閥占空比近似等于在前閥占空比+(((abs(打開壓力)-abs(關(guān)閉壓力))/2)女(閥占空比Δ/差額壓力變化Δ))，其中，所述在前閥占空比是測試期間的閥占空比，打開壓力和關(guān)閉壓力是所述閥的一個循環(huán)內(nèi)用于端口的差額壓力，并且所述閥占空比Δ/差額壓力變化Δ是閥占空比變化與產(chǎn)生的差額壓力變化之比。
7.如權(quán)利要求6所述的手術(shù)操作臺，其中在氣動系統(tǒng)的最低性能點期間得到用于端口的打開壓力和關(guān)閉壓力。
8.如權(quán)利要求7所述的手術(shù)操作臺，其中所述最低性能點是當(dāng)所述打開壓力和關(guān)閉壓力之間的絕對差額壓力差別最低以使得(abs (壓力打開)+abs (壓力關(guān)閉))處于所測壓力數(shù)據(jù)的最小值時的點。
9.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)操作臺，還包括多個DIP開關(guān)和多個電阻器，其中所述DIP 開關(guān)可配置地組合電阻器網(wǎng)絡(luò)中的多個電阻器中的一個或多個，使得在向所述電阻器網(wǎng)絡(luò)施加輸入電壓時，所述電阻器網(wǎng)絡(luò)的輸出電壓成為閥占空比的指示。
10.如權(quán)利要求9所述的手術(shù)操作臺，還包括用于將所述輸出電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中在所述手術(shù)操作臺上執(zhí)行的軟件能夠通過查找表確定對應(yīng)于所述數(shù)字計數(shù)的閥占空比。
11.一種校準(zhǔn)手術(shù)氣動系統(tǒng)的方法，包括操作包括被配置為在打開位置和關(guān)閉位置之間循環(huán)的氣動閥的氣動系統(tǒng)，其中加壓氣體在所述閥處于打開位置時被引導(dǎo)到第一端口處，并且其中加壓氣體在所述閥處于關(guān)閉位置時被引導(dǎo)到第二端口處；測量所述氣動閥輸出的壓力，其中測得的壓力數(shù)據(jù)包括對應(yīng)于在所述打開位置期間在第一端口和第二端口之間的差額壓力的打開差額壓力，以及對應(yīng)于在所述關(guān)閉位置期間在第一端口和第二端口之間的差額壓力的關(guān)閉差額壓力；以及計算新的閥占空比，其中所述新的閥占空比近似等于在前閥占空比+(((abs(打開壓力)-abs (關(guān)閉壓力))/2)女(閥占空比Δ/壓力差額變化Δ))，其中，所述在前閥占空比是在所述氣動系統(tǒng)操作期間測量壓力時的閥占空比，打開壓力和關(guān)閉壓力是在所述閥的一個循環(huán)的相應(yīng)打開位置和關(guān)閉位置期間用于端口的所測差額壓力，并且所述閥占空比Δ/ 壓力差額變化Δ是閥占空比變化與產(chǎn)生的差額壓力變化之比。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述氣動系統(tǒng)測定的壓力期間的最低性能點期間得到用于端口的打開壓力和關(guān)閉壓力。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括使用所述新的閥占空比修改閥打開位置定時。
14.如權(quán)利要求3所述的方法，還包括操作所述氣動系統(tǒng)并且測量所述氣動閥輸出的壓力；計算總壓力范圍，其中所述總壓力范圍近似等于打開壓力和關(guān)閉壓力的絕對值之和；以及確定所述總壓力范圍是否大于預(yù)定義的總壓力范圍界值。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括操作所述氣動系統(tǒng)并且測量所述氣動閥輸出的壓力；計算壓力偏差，其中所述壓力偏差近似等于abs (關(guān)閉壓力)_abs (打開壓力)； 確定所述壓力偏差是否小于預(yù)定義的壓力偏差界值。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中打開壓力和關(guān)閉壓力是在壓力測量期間的最低性能點期間的差額壓力。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述最低性能點是當(dāng)所述打開壓力和關(guān)閉壓力之間的壓力差別最低以使得(abs (壓力打開)+abs (壓力關(guān)閉))處于所測壓力數(shù)據(jù)的最小值時的點。
全文摘要
在不同實施例中，一種手術(shù)操作臺可以包括用于驅(qū)動耦接至手術(shù)操作臺的氣動工具的氣動閥。操作臺還可以包括能夠根據(jù)閥占空比來控制和調(diào)節(jié)閥打開/關(guān)閉時間的控制器。閥可以在端口之間切換(用于第一端口的閥打開時間和用于第二端口的閥關(guān)閉時間)，使得總閥時間可以大致等于閥打開時間加上閥關(guān)閉時間。閥占空比可以指示出控制器用信號通知閥打開的時間占總閥時間的百分比，并且可以包括與將會導(dǎo)致高于預(yù)定義閾值的打開和關(guān)閉操作壓力的打開和/或關(guān)閉閥位置的信號定時相對應(yīng)的調(diào)節(jié)。
文檔編號A61F9/007GK102497841SQ201080038468
公開日2012年6月13日 申請日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者D·特多里西尤, K·勒卡尼徹, 周建生 申請人:愛爾康研究有限公司