專利名稱：用于超聲乳化白內(nèi)障吸除系統(tǒng)的熱管理算法的制作方法
用于超聲乳化白內(nèi)障吸除系統(tǒng)的熱管理算法優(yōu)先權(quán)聲明本申請要求享有2009年12月9日提交的美國專利申請序列號No. 12/634283的權(quán)益。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及超聲乳化白內(nèi)障吸除手術(shù)，尤其涉及一種其中施加至超聲乳化白內(nèi)障吸除機(jī)頭的能量幅度該與溫度呈比例改變的熱管理算法。人眼是通過透射光通過被稱為角膜的透明外部并且借助于晶狀體將像聚焦在視網(wǎng)膜上而起到提供視力的作用的。所聚焦的像的質(zhì)量取決于許多因素，包括眼部的尺寸和形狀，以及角膜和晶狀體的透明度。當(dāng)年齡或疾病使得晶狀體變得不那么透明時，視力會由于能透射至視網(wǎng)膜的光的減少而劣化。眼晶狀體內(nèi)的這一缺陷在醫(yī)學(xué)上稱為白內(nèi)障。針對該病況的可接受療法是手術(shù)移除晶狀體并用人工晶體(IOL)替換晶狀體的功能。在美國，大部分的白內(nèi)障晶狀體是通過被稱為超聲乳化白內(nèi)障吸除術(shù)的手術(shù)技術(shù)而移除的。適用于超聲乳化白內(nèi)障吸除程序的典型手術(shù)機(jī)頭包括超聲驅(qū)動的超聲乳化白內(nèi)障吸除機(jī)頭、由沖洗套筒包圍的附連的中空切割針，以及電子控制臺。機(jī)頭組件通過電纜和撓性管附連至控制臺。通過電纜，控制臺改變由機(jī)頭傳遞至附連的切割針的能級。撓性管將沖洗流體提供至手術(shù)部位，并且通過機(jī)頭組件從眼內(nèi)抽出吸入流體。典型機(jī)頭內(nèi)的手術(shù)零件是中心定位的中空共振桿或者觸角，其直接附連至一組壓電晶體。該晶體在超聲乳化白內(nèi)障吸除術(shù)期間提供驅(qū)動觸角以附連的切割針兩者所需的超聲振動，并且由控制臺控制。晶體/觸角組件通過撓性底座而在懸掛在機(jī)頭的中空主體或外殼內(nèi)。機(jī)頭主體以直徑減少的部分或者位于主體遠(yuǎn)端的頭錐體為結(jié)束。典型地，頭錐體具有外螺紋以接納中空沖洗套筒，后者圍繞切割針的大部分長度。類似地，觸角孔在其遠(yuǎn)端具有內(nèi)螺紋，以接納切割尖端的外螺紋。沖洗套筒還具有內(nèi)螺紋孔，其在頭錐體的外螺紋上擰緊。調(diào)整切割針，從而其尖端僅超過沖洗套筒開口端突出預(yù)定量。在超聲乳化白內(nèi)障吸除程序期間，切割針的尖端和沖洗套筒的末端通過眼外部組織中的切口插入眼前囊。外科醫(yī)生使切割針的尖端接觸眼晶狀體，從而振動尖端使晶狀體碎裂。所得的碎片隨在程序期間提供至眼部的沖洗溶液一起通過切割針的內(nèi)部孔而被抽吸出眼外，并進(jìn)入廢物容器。貫穿該程序，沖洗流體被泵入眼內(nèi)，在沖洗套筒和切割針之間通過，并且在沖洗套筒的尖端和/或從沖洗套筒末端處切開的一個或多個端口或開口離開而進(jìn)入眼部。沖洗流體保護(hù)眼組織免受超聲切割針振動所產(chǎn)生的熱量的影響。此外，沖洗流體懸浮乳化的晶狀體的碎片以將其從眼內(nèi)吸出。向機(jī)頭提供功率以振動切割針。通常，針移動(或振動)的幅度與所提供的功率成比例。在常規(guī)的超聲乳化白內(nèi)障吸除系統(tǒng)中，針來回振動以產(chǎn)生縱向針沖程。在改進(jìn)的系統(tǒng)中，可以使得針以扭曲或扭轉(zhuǎn)運(yùn)動振動。不考慮振動的類型，振動的幅度(或者針沖程的幅度)隨所施加的功率而改變。在程序期間可能出現(xiàn)的一種并發(fā)癥是在切口部位處的角膜燒傷。這些角膜燒傷由在角膜切口處加熱針(以及周圍的套筒)而引起。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該熱量取決于三個基本因素施加至機(jī)頭的功率的量(其則確定針振動的量值和針沖程的幅度)；流經(jīng)眼部的流體的量(因?yàn)榱黧w帶走熱量)；以及在該切口處針和周圍套筒之間的摩擦的量(正如會認(rèn)識到的，套筒和針之間的配合越緊密，隨著針振動而產(chǎn)生的摩擦和熱就越多)。換句話說，熱量隨著切割針摩擦周圍的沖洗套筒而在角膜切口處產(chǎn)生。該熱量通常通過流體流經(jīng)沖洗套筒、流入眼前房并且通過吸出腔而流出眼部而消散。在角膜切口部位處切割針和套筒之間的摩擦?xí)Q于切口的特征而改變。一般地，較小的切口(這從手術(shù)的觀點(diǎn)來看是期望的)會導(dǎo)致針與套筒之間更大的摩擦力，這是因?yàn)榍锌诘谋谑固淄矇嚎酷?。在此情況下，熱量在針振動時產(chǎn)生。如果流經(jīng)眼部的流體不足(或者如果產(chǎn)生了過多的熱量)，那么導(dǎo)致形成角膜燒傷。角膜燒傷由于會扭曲角膜而導(dǎo)致扭曲的視覺，應(yīng)而是成問題的。由于白內(nèi)障手術(shù)已經(jīng)趨于越來越小的切口，角膜燒傷的風(fēng)險(xiǎn)看起來會增加
發(fā)明內(nèi)容

在與本發(fā)明原理相符的一個實(shí)施例中，本發(fā)明是一種用于管理提供至超聲乳化白內(nèi)障吸除機(jī)頭的功率的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括沖洗壓力傳感器、將功率提供至機(jī)頭的電源、以及控制電源的控制器?？刂破骰跊_洗壓力和功率水平而計(jì)算熱值，并且當(dāng)算出的熱值超過閾值熱值時，與算出的熱值成比例地降低功率水平。在與本發(fā)明原理相符的另一實(shí)施例中，本發(fā)明是一種用于管理提供至超聲乳化白內(nèi)障吸除機(jī)頭的功率的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)包括將功率提供至機(jī)頭的電源、以及控制電源的控制器?？刂破骰跊_洗流體流量而計(jì)算熱值，并且當(dāng)算出的熱值超過閾值熱值時，與算出的熱值成比例地降低功率水平。沖洗流體流量可以從沖洗壓力算出。應(yīng)當(dāng)理解的是，前述的一般描述和隨后的詳細(xì)描述均僅是示意且解釋性的，并且旨在提供對所聲明的本發(fā)明的進(jìn)一步說明。下列描述以及對本發(fā)明的實(shí)踐闡明并且建議了本發(fā)明的附加優(yōu)點(diǎn)和目的。


并入本說明書并構(gòu)成其一部分的附圖例示了本發(fā)明的若干實(shí)施例，并且與描述一并用于解釋本發(fā)明的原理。圖I是超聲乳化白內(nèi)障吸除系統(tǒng)的流體路徑中的部件的圖示。圖2是超聲乳化白內(nèi)障吸除針和沖洗套筒的遠(yuǎn)端的透視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明原理的局部系統(tǒng)的視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的控制系統(tǒng)的一個實(shí)施例的框圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明原理的控制系統(tǒng)的另一實(shí)施例的框圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明原理的熱管理算法在持續(xù)模式中的示例性操作的圖表。圖7是描繪了根據(jù)本發(fā)明原理的熱管理算法在脈沖模式中的示例性操作的圖表。圖8是描繪了根據(jù)本發(fā)明原理的熱管理算法在脈沖模式中的示例性操作的圖表。圖9是描繪了根據(jù)本發(fā)明原理的熱管理算法在突發(fā)串模式中的示例性操作的圖表。圖10是描繪了根據(jù)本發(fā)明原理的熱管理算法在突發(fā)串模式中的示例性操作的圖表。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在詳細(xì)參考本發(fā)明示例性實(shí)施例，在附圖中示出了其示例。只要可能，貫穿附圖使用相同的參考標(biāo)記來指代相同或類似部分。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，圖I是超聲乳化白內(nèi)障吸除系統(tǒng)的流體路徑中部件的圖示。圖I描繪了在白內(nèi)障手術(shù)期間通過眼1145的流體通路。部件包括沖洗流體源1105、沖洗壓力傳感器1130、沖洗閥1135、沖洗線1140、機(jī)頭 1150、抽吸線1155、抽吸壓力傳感器1160、通氣閥1165、泵1170、儲液器1175和排液袋1180。沖洗線1140在白內(nèi)障手術(shù)期間向眼1145提供沖洗流體。抽吸線1155在白內(nèi)障手術(shù)期間從眼部移除流體和乳化的晶狀體微粒。當(dāng)沖洗流體離開沖洗流體源1105時，其行進(jìn)通過沖洗線1140并進(jìn)入眼1145內(nèi)。沖洗壓力傳感器1130測量沖洗線1140內(nèi)的沖洗流體壓力。還可以提供可選的沖洗閥1135，用于對沖洗進(jìn)行開/關(guān)控制。沖洗壓力傳感器1130通過任意數(shù)量的商業(yè)可獲得流體壓力傳感器而實(shí)現(xiàn)，并且其可以位于沖洗流體路徑中的任意位置處(沖洗源1105和眼1145之間的任意位置)。在超聲乳化白內(nèi)障吸除程序期間，機(jī)頭1150位于眼1145內(nèi)。機(jī)頭1150具有中空針(如圖2中所見)，其可在眼內(nèi)超聲振動，以打碎患病的晶狀體。位于針周圍的套筒提供來自沖洗線1140的沖洗流體。沖洗流體通過針外側(cè)和套筒內(nèi)側(cè)之間的空間(如圖12和13中更清楚示出的)。流體和晶狀體微粒通過中空針被抽吸。以此方式，中空針的內(nèi)部通道流體耦合至抽吸線1155。泵1170從眼1145抽出所抽吸的流體。抽吸壓力傳感器1150測量抽吸線中的壓力。可以使用可任選的通氣閥以排放由泵1170創(chuàng)建的真空。所抽吸的流體通過儲液器1175進(jìn)入排液袋1180。圖2是現(xiàn)有技術(shù)超聲乳化白內(nèi)障吸除機(jī)頭的遠(yuǎn)端的透視圖。在圖2中，超聲乳化白內(nèi)障吸除針1210被沖洗套筒1230圍繞。超聲乳化白內(nèi)障吸除針1210具有開口端1220，在白內(nèi)障手術(shù)期間，晶狀體微粒通過該開口端從眼中抽出。抽吸套管1230具有可任選的開口 1240，沖洗流體通過該開口流入眼內(nèi)。在白內(nèi)障手術(shù)期間，針1210和套筒1230均插入眼前房。當(dāng)向機(jī)頭施加功率時，針1210超聲振動。針1210和套筒1230之間的摩擦?xí)馃崃康漠a(chǎn)生——尤其在切口部位。張緊的切口使套筒1230壓靠針1210，這會導(dǎo)致加熱及潛在的角膜燒傷。圖3是根據(jù)本發(fā)明原理的局部系統(tǒng)的圖示。在圖3中，沖洗流體源向機(jī)頭1150提供沖洗流體。沖洗壓力傳感器測量沖洗流體的壓力。電源120向機(jī)頭1150提供功率。如前所述，電源120向振動超聲乳化白內(nèi)障吸除針的機(jī)頭1150提供超聲功率。圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的控制系統(tǒng)的一個實(shí)施例的框圖。在圖4中，CPU 116耦合至電源120和沖洗壓力傳感器1130。以此方式，CPU 116接收來自沖洗壓力傳感器1130的壓力信息。CPU 116還與電源對接并控制其操作——由此控制發(fā)送至機(jī)頭的功率。如前所述，CPU 116可以是任何合適的控制器。如前所述，當(dāng)向機(jī)頭施加的功率過多并且流經(jīng)眼部的沖洗流體過少時，會在切口部位出現(xiàn)不想要的發(fā)熱。由于沖洗流體帶走熱量，當(dāng)沖洗流體的流經(jīng)減少時(例如，當(dāng)發(fā)生堵塞時)，會出現(xiàn)發(fā)熱。一般地，產(chǎn)生的熱量是施加至機(jī)頭的功率量以及流經(jīng)眼部的沖洗流體量的函數(shù)。沖洗套筒和超聲乳化白內(nèi)障吸除針之間的摩擦是主要熱源。在針摩擦套筒時會產(chǎn)生熱量。施加至機(jī)頭的功率量與針的沖程(或針行進(jìn)的距離)線性相關(guān)。施加的功率越多，針的行進(jìn)也越大(而針摩擦套筒越多)。數(shù)學(xué)上，如果A T是熱值的增量，則A T=T-TO,(其中TO是眼部的熱值，而T是作為時間函數(shù)的針周圍實(shí)際熱值。假設(shè)熱響應(yīng)于在時間t = 0時發(fā)生的超聲脈沖，那么總能量A由下列公式給出A T (t) =AG ⑴其中G(t)是系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)。則作為熱值增量的AT如下由在時間Q(t)內(nèi)的熱生成給出
權(quán)利要求
1.一種用于管理施加至超聲乳化白內(nèi)障吸除機(jī)頭的功率的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括 沖洗壓カ傳感器，用于測量沖洗壓力； 電源，用于將超聲功率提供至機(jī)頭；以及 控制器，用于控制電源； 其中控制器基于沖洗壓カ和功率水平來計(jì)算熱值，并且在算出的熱值超過閾值熱值吋，與算出的熱值成比例地降低功率水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中算出的熱值是控制器的輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中控制器操作以使得功率水平跟隨算出的熱值超過閾值熱值的部分的倒數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中控制器平滑地減少功率水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中控制器還基于表示沖洗套筒和超聲乳化白內(nèi)障吸除針之間的摩擦的值來計(jì)算所述熱值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中控制器還將算出的熱值與閾值熱值比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中當(dāng)控制器與算出的熱值成比例地降低功率水平時，控制器不考慮外科醫(yī)生對電源的控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中當(dāng)控制器與算出的熱值成比例地降低功率水平時，控制器不將功率水平降至零。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中電源向機(jī)頭提供脈沖功率，并且當(dāng)控制器與算出的熱值成比例地降低功率水平時，控制器降低脈沖幅度。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的控制系統(tǒng)，其中當(dāng)算出的熱值小于閾值熱值時，恢復(fù)外科醫(yī)生對電源的控制。
11.一種用于管理施加至超聲乳化白內(nèi)障吸除機(jī)頭的功率的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括 電源，用于將功率提供至機(jī)頭；以及 控制器，用于控制電源； 其中控制器基于沖洗流體流量和功率水平來計(jì)算熱值，并且在算出的熱值超過閾值熱值時，與算出的熱值成比例地降低功率水平。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中算出的熱值是控制器的輸入。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中控制器操作以使得功率水平跟隨算出的熱值超過閾值熱值的部分的倒數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中控制器平滑地減少功率水平。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中控制器還基于表示沖洗套筒和超聲乳化白內(nèi)障吸除針之間的摩擦的值來計(jì)算所述熱值。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中控制器還將算出的熱值與閾值熱值比較。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，還包括 沖洗壓カ傳感器，用于測量由控制器使用以計(jì)算沖洗流體流量的沖洗壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中當(dāng)控制器與算出的熱值成比例地降低功率水平時，控制器不考慮外科醫(yī)生對電源的控制。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中當(dāng)控制器與算出的熱值成比例地降低功率水平時，控制器不將功率水平降至零。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中電源向機(jī)頭提供脈沖功率，并且當(dāng)控制器與算出的熱值成比例地降低功率水平時，控制器降低脈沖幅度。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制系統(tǒng)，其中當(dāng)算出的熱值小于閾值熱值時，恢復(fù)外科醫(yī)生對電源的控制。
全文摘要
一種用于管理施加至超聲乳化白內(nèi)障吸除機(jī)頭的功率的控制系統(tǒng)，包括向機(jī)頭提供功率的電源，以及控制電源的控制器。該控制器基于沖洗流體流量和功率水平而計(jì)算熱值，并且當(dāng)算出的熱值超過閾值熱值時，與算出的熱值成比例地減少功率水平。可以根據(jù)沖洗流體壓力計(jì)算沖洗流體流量。
文檔編號A61F9/007GK102652005SQ201080055619
公開日2012年8月29日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者A·薩勒西, D·特奧多雷斯庫, K·D·巴辛格爾, M·D·莫甘, M·布克赫尼 申請人:愛爾康研究有限公司