專利名稱：基于沖洗流控制外科系統(tǒng)的方法
基于沖洗流控制外科系統(tǒng)的方法 相關(guān)申請的交叉引用本申請是2004年4月5日提交的共同未決美國專利申請序號 10/818,314的部分繼續(xù)申請，在35U.S.C.gl20下要求其優(yōu)先權(quán)，該共 同未決美國專利申請在35 U.S.C, §119下，要求2004年3月22日提 交的美國臨時申請序號60/552,240的優(yōu)先權(quán)。本申請還在35 U.S.C. §119下，要求2004年7月14日提交的、U.S,臨時申請序號60/587， 693的優(yōu)先權(quán)。技術(shù)領(lǐng)域本申請一般涉及眼科手術(shù)領(lǐng)域，以及更具體地說，涉及基于包含 沖洗壓力的確定結(jié)果，控制晶狀體乳化系統(tǒng)的外科參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
人眼用來通過稱為角膜的清澈外部分透射光，以及通過晶狀體， 將圖像聚焦在視網(wǎng)膜上，提供視力。聚焦圖像的質(zhì)量由許多因素，包 括眼睛的大小和形狀，以及角膜和晶狀體的透明度而定。當(dāng)年齡或疾 病導(dǎo)致晶狀體變得不太透明時，由于能透射到視網(wǎng)膜的光減少，導(dǎo)致 視力降低。這種缺陷醫(yī)學(xué)上稱為白內(nèi)障。用于白內(nèi)障的可接受的治療 是手術(shù)去除白內(nèi)障以及將晶狀體替換為人造晶狀體(IOL)。在美國， 使用稱為晶狀體乳化法的外科技術(shù)，去除大多數(shù)白內(nèi)障晶狀體。在該 過程期間，將薄的切割沖頭插入患病的晶狀體中并超聲波振動。振動 切割沖頭液化或乳化晶狀體以便使晶狀體吸出眼睛。患病的晶狀體一 旦移出，由IOL替代。適合于眼科過程的典型的超聲波外科設(shè)備包括超聲波驅(qū)動的機(jī) 頭、附加的切割沖頭、沖洗套管以及電控臺。機(jī)頭組件通過電纜或連
接器以及柔性管連接到控制臺。外科醫(yī)生通過按壓踏板請求達(dá)到在控 制臺上設(shè)定的電力的最大量的電力，在任何指定時間控制輸送到機(jī)頭 的切割沖頭并施加在組織上的超聲電量。柔性管通過機(jī)頭組件輸送沖 洗流體并從眼睛汲取抽吸流體。機(jī)頭的操作部是連接到壓電晶體組的中央定位的、空的諧振棒或 操作桿。晶體受操作臺控制并在晶狀體乳化期間，輸送驅(qū)動操作桿和 所附切割沖頭的超聲振動。通過柔性固定件，在機(jī)頭的空體或外殼內(nèi) 懸掛晶體/操作桿組件。機(jī)頭體端接在本體的遠(yuǎn)端處的縮小直徑部或錐 頭中。外部擰上錐頭以便容納沖洗套管。同樣地，在其遠(yuǎn)端內(nèi)部地擰 上操作桿膛以便容納切割沖頭的外部螺紋。沖洗套管還具有擰在錐頭 的外螺紋上的內(nèi)螺紋膛。調(diào)整切割沖頭以便沖頭僅凸出沖洗套管的開 口端預(yù)定量。在使用中，切割沖頭和沖洗套管的末端插入到角膜、鞏膜或其他 位置中的預(yù)定寬度的小切口中。通過晶體驅(qū)動的超聲操作桿，在沖洗 套管內(nèi)，沿其縱向軸超聲振動一種已知的切割沖頭，從而就地乳化所選組織。切割沖頭的空膛與操作桿中的膛連通，操作桿中的膛又與從 機(jī)頭到操作臺的抽吸管道連通。其他適當(dāng)?shù)那懈顩_頭包括產(chǎn)生縱向和 扭轉(zhuǎn)振蕩的壓電元件。這種切割沖頭的一個例子在美國專利號6，402，769 ( Boukhny)中描述過，其內(nèi)容在此引入以供參考。操作臺中的降低的壓力或真空源通過切割沖頭的開口端、切割沖 頭和操作桿膛以及抽吸管道，將乳化組織從眼睛汲取或抽吸到收集設(shè)備中。通過沖洗套管的內(nèi)表面和切割沖頭間的小的環(huán)形隙，注入手術(shù) 位置中的鹽溶液或其他沖洗劑，幫助抽吸乳化組織。一種已知的外科技術(shù)是盡可以少地使切口進(jìn)入眼睛的前房以便 降低誘發(fā)散光的風(fēng)險。這些小的切口導(dǎo)致將沖洗套管與振動沖頭緊緊 地擠壓的非?？嚲o的傷口。沖洗套管和振動沖頭間的摩擦產(chǎn)生熱。通 過流入沖頭內(nèi)的抽吸流體的冷卻效果，降低沖頭過熱和燒傷組織的風(fēng) 險。當(dāng)沖頭由于乳化組織變得阻塞或堵塞時，會降低或消除抽吸流，
使沖頭加熱，從而降低冷卻以及導(dǎo)致溫度增加，這可能會燒傷切口處 的組織。另外，在阻塞期間，更大真空能在抽吸管中形成以致當(dāng)切口 最終破裂時，能從眼睛快速地抽吸更多流體，可能導(dǎo)致眼球塌陷或眼 睛的其他損壞。已知設(shè)備已經(jīng)使用檢測抽吸真空的大的堦加，以及基于特定預(yù)定 真空級，檢測堵塞的傳感器?；谠摍z測堵塞，可以降低機(jī)頭的電力和/或能增加沖洗或抽吸流。見U.S.專利序號5,591,127， 5,700,240和 5，766，146 (Barwick， Jr.等人)，其全部內(nèi)容在此引入以供參考。然而， 這些設(shè)備使用固定的抽吸真空級來觸發(fā)系統(tǒng)響應(yīng)。該固定級是基于被 選真空上限的固定百分比的閾值。然而，由于它們直到達(dá)到預(yù)定真空 級時才響應(yīng)，限制這些系統(tǒng)的使用和效率。Boukhny等人的美國專利 6,179,808描述了當(dāng)溫度超出基于測量或估計的沖洗流計算出的預(yù)定 極限時，降低信號振幅和/或占空比的系統(tǒng)，其全部內(nèi)容在此引入以供 參考。由于實際上，在不同堵塞階段期間，真空級會在短的時間周期中 改變，由此能改進(jìn)已知堵塞檢測系統(tǒng)。將該預(yù)定真空極限設(shè)置太低導(dǎo) 致系統(tǒng)過早改變其操作參數(shù)，以及在消除堵塞后，保持那些參數(shù)。將 極限設(shè)置太高會導(dǎo)致系統(tǒng)將其設(shè)定值改變成太接近堵塞的實際具體 值，以及在清除堵塞前，將其設(shè)定值改變回額定值。另外，當(dāng)堵塞切 割沖頭時，最大化切割效率，因此當(dāng)檢測到堵塞狀況時增加電力最大 化切割效率，但增加使沖頭周圍的組織過熱的風(fēng)險。另外，在整個手術(shù)中，有時沖頭壓向晶狀體以便乳化晶狀體組織， 以及有時沖頭不與晶狀體接觸。然而，超聲能量仍然存在直到外科醫(yī) 生釋放踏板為止，即使在當(dāng)抽吸晶狀體物質(zhì)，外科醫(yī)生使沖頭拉離晶 狀體，或晶狀體移離沖頭時也是這樣。手術(shù)效率降低，以及浪費(fèi)的能 量會導(dǎo)致沖頭的不必要加熱，這可能增加不期望地?zé)齻锌谔幍慕M織 的可能性。因此，仍然需要存在一種堵塞檢測系統(tǒng)，能更精確地檢測外科抽 吸系統(tǒng)中堵塞的出現(xiàn)和清除。能由控制系統(tǒng)使用該信息來相應(yīng)地調(diào)整
電力，例如在堵塞期間增加電力以便改進(jìn)超聲沖頭的切割效率和/或當(dāng) 相對溫度達(dá)到預(yù)定閾值時，降低電力以便防止過分加熱。通過增加檢 測沖頭何時不再與晶狀體物質(zhì)接觸以及自動地調(diào)整電力的負(fù)載檢測系 統(tǒng)，能進(jìn)一步增加切割效率。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個實施例， 一種通過建立閾值溫度和監(jiān)視延伸到超聲機(jī)頭 的沖洗管道中的沖洗壓力，控制外科系統(tǒng)的方法。計算沖洗流體的流 率和用于沖洗流體流的吸熱量。通過為了確定眼睛的溫度比較或分析 吸熱量和提供給超聲機(jī)頭的電力，來確定眼睛的溫度，將其與閾值溫 度比較?；诒容^，根據(jù)需要調(diào)整輸送到超聲機(jī)頭的切割沖頭的電量。
根據(jù)另 一 實施例，建立閾值溫度以及監(jiān)視超聲機(jī)頭的沖洗壓力。 計算沖洗流體流率以及確定用于沖洗流體流率的吸熱量?；谖鼰崃?和提供給超聲機(jī)頭的電力，確定眼睛的溫度。將眼睛溫度與閾值溫度 進(jìn)行比較。另外，確定沖洗壓力的變化率，以及基于變化率，確定堵 塞級。基于堵塞級和比較，根據(jù)需要調(diào)整輸送到超聲機(jī)頭的切割沖頭 的電力。
在另一實施例中，控制外科系統(tǒng)的方法包括建立閾值溫度，監(jiān)視 沖洗壓力和計算沖洗流體的流率，基于用于所計算的沖洗流體流率的 吸熱量和提供給超聲機(jī)頭的電力，確定眼睛的溫度。將眼睛溫度與閾 值溫度進(jìn)行比較。另外，確定沖洗壓力的變化率?；谧兓?，確定 堵塞級，以及基于堵塞級和比較，根據(jù)需要調(diào)整輸送到超聲機(jī)頭的切 割沖頭的電力。例如，如果所確定的溫度超出閾值溫度，能降低輸送 到機(jī)頭的電力，而如果確定溫度低于閾值溫度，能保持或增加電力。
根據(jù)各個實施例，通過調(diào)整占空比或調(diào)整超聲機(jī)頭的機(jī)頭輸出的 沖程或振幅，能調(diào)整電力。能識別的堵塞級包括堵塞的開始或初步指 征、堵塞前期情形、完全堵塞、堵塞解除或從堵塞解除恢復(fù)。


現(xiàn)在參考附圖，其中，相同的參考標(biāo)記表示相應(yīng)的部件，其中
圖1是可以由各個實施例使用的示例性外科系統(tǒng)的立體圖2是表示外科系統(tǒng)的部件的框圖3A-B示例說明由各個實施例使用的示例性超聲機(jī)頭；
圖4是示例說明基于模型和一個或多個操作參數(shù)的變化率，調(diào)整輸送到機(jī)頭的電力的方法的一個實施例的流程圖5示例說明能由本發(fā)明的實施例使用的堵塞級；
圖6示例說明在圖5所示的不同堵塞級，抽吸真空和沖洗壓力圖7是示例說明用于調(diào)整電力以便防止傳感器沖頭過熱的方法的一個實施例的流程圖8是圖7所示的實施例的一種實現(xiàn)的更詳細(xì)流程圖9a-9b示例說明具有恒定振幅和不同斷開時間的示例突發(fā)模式脈沖，由踏板的下壓控制不同斷開時間；
圖10示例說明具有不同占空比的示例性脈沖模式脈沖，占空比受踏板下壓控制；
圖11示例說明根據(jù)一個實施例的切割脈沖間的非零檢測電力級； 圖12是示例說明基于電力、閾值和靈敏度計算，調(diào)整電力的方法的流程圖13是可以由一個實施例使用的機(jī)頭電源系統(tǒng)的示意圖； 圖14示例說明根據(jù)另一實施例，具有短于圖ll所示的檢測電力 級持續(xù)時間的持續(xù)時間的非零檢測電力級；
圖15示例說明根據(jù)另一實施例，切割級間的具有隨時間改變的 持續(xù)時間的非零檢測電力級；
圖16示例說明根據(jù)另一實施例，切割脈沖間的單獨(dú)的非零檢測 電力脈沖，以及在切割和檢測電力脈沖間的為零的電力；
圖17根據(jù)另一實施例，示例說明切割脈沖間的單獨(dú)的檢測電力 脈沖，以及比在圖16中所示的檢測電力脈沖的持續(xù)時間更短的檢測電 力脈沖的持續(xù)時間；
圖18根據(jù)另一實施例，示例說明具有隨時間改變的持續(xù)時間的
單獨(dú)的非零檢測電力脈沖；圖19根據(jù)另一實施例，示例說明正好在切割脈沖前的非零檢測 電力脈沖；圖20根據(jù)另一實施例，示例說明正好在切割脈沖后的非零檢測 電力脈沖；圖21根據(jù)另一實施例，示例說明切割脈沖間的單獨(dú)的檢測電力 脈沖和基于衰減的檢測電力脈沖所進(jìn)行的檢測電力測量；圖22示例說明相對于更慢衰減檢測電力脈沖所進(jìn)行的測量； 圖23示例說明相對于更快衰減檢測電力脈沖所進(jìn)行的測量；以及圖24根據(jù)另一實施例，示例說明在切割脈沖從高電平轉(zhuǎn)變到低 電平后，相對于切割脈沖的衰減率所進(jìn)行的檢測測量。
具體實施方式
本說明書描述用于控制用在例如晶狀體乳化手術(shù)中的外科系統(tǒng) 的方法的實施例。實施例提供能通過檢測抽吸系統(tǒng)、沖洗系統(tǒng)或其組 合的壓力級的變化，檢測外科事件(諸如堵塞)的階段，例如在堵塞 開始、堵塞前期情形、完全堵塞，以及何時堵塞解除的外科系統(tǒng)。通 過監(jiān)視抽吸或沖洗壓力級如何改變，能精確地檢測堵塞的開始和結(jié)束。 只要檢測到堵塞，能編程外科系統(tǒng)來通過增加沖頭的沖程或通過增加 脈沖超聲電力的占空比，增加可用于機(jī)頭的電力。為幫助避免沖頭過熱，外科系統(tǒng)監(jiān)視沖洗流率以及如果預(yù)測過熱 情形，自動地降低到機(jī)頭的電力。代替地，或者另外，能監(jiān)視由機(jī)頭 汲取的電量，其表示沖頭上的切削負(fù)載。能使用該信息來自動地調(diào)整 沖頭的電力或沖程(位移)以便補(bǔ)償沖頭上的負(fù)載變化。在下述描述 中，參考附圖，附圖通過示例，但不是限制，表示能利用的具體實施 例。通過適當(dāng)?shù)挠布蜍浖刂?，能在商業(yè)上可獲得的外科系統(tǒng)或控 制臺上實現(xiàn)實施例。在圖1中總體上示例說明一個適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)100以
及其表示可從Akon Laboratories, Inc., 6201 South Freeway, Q-148, Fort Worth, Texas 76134獲得的INFINITI逸視覺系統(tǒng)。圖2進(jìn)一步詳細(xì)地示例說明一個示例性控制系統(tǒng)100?？刂葡到y(tǒng) 100用來操作超聲機(jī)頭112以及包括控制臺114，該控制臺包括控制模 塊或CPU116，抽吸、真空或蠕動泵118，機(jī)頭電源120，沖洗壓力傳 感器122和閥124?？刂婆_114可以是商業(yè)上可獲得的外科控制臺， 諸如ACCURUS⑧外科系統(tǒng)，也可以從Alcon Laboratories, Inc.獲得。能利用各種超聲機(jī)頭112和切割沖頭，包括但不限于在美國專利 序號3，589，363; 4,223,676; 4，246，卯2; 4，493，694; 4，515，583; 4,589,415; 4，609，368; 4，869，715; 4，922，902; 4，989，583; 5，154，694和5，359，996 中所述的機(jī)頭和沖頭，其全部內(nèi)容在此引入以供參考。為說明目的， 在圖3A-B中示出了示例性機(jī)頭，但不是限制。再參考圖2， CPU116可以是任何適當(dāng)?shù)奈⑻幚砥?、微控制器?計算機(jī)或數(shù)字邏輯控制器。泵118可以是蠕動、隔板、文杜里管或其 他適當(dāng)?shù)谋?。電?20可以是任何適當(dāng)?shù)某曭?qū)動器，諸如集成在 ACCURUS⑧外科系統(tǒng)中，也可以從Alcon Laboratories, Inc.獲得。閥 124可以是任何適當(dāng)?shù)拈y，諸如螺線管激活的夾管閥?？梢酝ㄟ^可以 作為在瓶或袋中提供的任何商業(yè)上可獲得的沖洗溶液的鹽源126，提 供沖洗流體，諸如鹽的注入。使用中，沖洗壓力傳感器122通過沖洗管線130， 132和134,連 接到機(jī)頭112以及注入流體源126。沖洗壓力傳感器122測量從源126 至機(jī)頭112的沖洗流體的壓力，以及通過電纜136,將該信息傳送到 CPU116?？梢杂蒀PU116使用沖洗流體壓力數(shù)據(jù)，使用軟件命令，控 制該控制臺114的操作參數(shù)。例如，CPU116可以通過電纜140，改變 通過電力電纜142發(fā)送到才幾頭112和沖頭113的電源120的輸出。 CPU116也可以使用由沖洗壓力傳感器122提供的數(shù)據(jù)來通過電纜 144，改變泵118的操作。泵118通過管線146，從機(jī)頭112抽吸流體， 并通過管線148，注入收集容器128中。CPU116也可以使用由沖洗壓 力傳感器122提供的數(shù)據(jù)和電源120的應(yīng)用輸出以便將可聽音提供給
用戶。能在美國專利序號6，179，808 (Boukhny等人)和6，261，283 (Morgan等人)中找到有關(guān)這些外科系統(tǒng)的另外的細(xì)節(jié)，其全部內(nèi) 容在此引入以供參考。在一個實施例中，控制臺114能基于堵塞事件的階段，控制輸送 到機(jī)頭112的電量。更具體地說，基于抽吸真空級、沖洗壓力級，或 抽吸真空和沖洗壓力級兩者的變化，進(jìn)行電力調(diào)整。變化能是例如抽 吸真空和/或沖洗壓力的增加或減少的變化率。如圖4所示，能進(jìn)行輸送到機(jī)頭的電量的調(diào)整。初始地，在步驟 400，在一定時間周期上，檢測在堵塞或其他外科事件期間，外科操作 參數(shù)圖。操作參數(shù)能是真空壓力和/或沖洗壓力。也能檢測兩種壓力， 然而，為說明目的而不是限制，主要參考一種操作參數(shù)。在步驟410， 能確定或計算操作參數(shù)的值和/或變化率?；谠撚嬎?，確定堵塞程度。 在步驟430，基于堵塞階段，根據(jù)需要，能調(diào)整輸送到機(jī)頭112的切 割沖頭的電量。更具體地說，在堵塞前、期間和后，已經(jīng)確定抽吸真空和沖洗壓 力級遵循可檢測圖。能使用該圖來識別堵塞程度以及相應(yīng)地調(diào)整輸送 到;f幾頭112的電力。如圖5所示，典型的堵塞事件具有下述階段堵塞開始500、堵 塞前期510、完全堵塞520、堵塞解除530和恢復(fù)540。術(shù)語"開始"通 常用來指堵塞的剛剛開始或初始階段，以及"堵塞前期，，通常用來指在 堵塞開始后以及完全堵塞前的時間。換句話說，"開始，，通常用來指堵 塞的發(fā)展的開始，以及"堵塞前期，，通常用來指堵塞正轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆氯?的階段。圖6更詳細(xì)地示例說明被檢測的抽吸真空和沖洗壓力的圖。對每 一階段，在時間(t)上，抽吸真空表示為(mmHg)，以及在相同時 間(t)上，沖洗流體或鹽的壓力表示為(cmH20)。這些階段在下文 更詳細(xì)地描述。如圖6所示，堵塞開始事件或情形500特征在于從真空或沖洗壓 力相對穩(wěn)定或恒定的無堵塞狀態(tài)(600和605 )抽吸真空快速增加610
以及沖洗壓力快速增加615。換句話說，真空和沖洗壓力增加的速率 >0。如所示，通過增加抽吸真空和沖洗壓力，標(biāo)識開始500。然后， 沖洗壓力可能稍微減小(617)以及穩(wěn)定(618)，然而，抽吸真空級 初始地增加，以及當(dāng)沖洗壓力保持穩(wěn)定時持續(xù)增加。在堵塞開始事件500后，堵塞發(fā)展或轉(zhuǎn)變?yōu)槎氯捌谑录蚯樾?510。如圖6所示，堵塞前期事件510的特征在于抽吸真空的增加率的 減緩620，以及相對穩(wěn)定的沖洗壓力625。因此，抽吸真空和沖洗壓力 的增加率逐步地減小到零。換句話說，真空和沖洗壓力變得相對穩(wěn)定。堵塞前期情形510轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆氯?20。完全堵塞的特征在于最 大極限630。另外，沖洗壓力穩(wěn)定635。在完全堵塞520后，堵塞解除530。堵塞解除事件530的特征在 于抽吸真空640和沖洗壓力645的快速減小。如圖6所示，在堵塞解 除后，抽吸真空和沖洗壓力級快速地減小(分別速率為<0)。在快速 減小后，抽吸真空和沖洗壓力級的下降率減小642，而沖洗級壓力可 能相反地短暫上升647,然后穩(wěn)定648。在堵塞解除520后為堵塞恢復(fù)階段530?；謴?fù)階段530的特征在 于抽吸真空650和沖洗壓力655的減小率的持續(xù)減緩，最終達(dá)到基本 上恒定的水平。換句話說，真空和沖洗壓力的下降率從負(fù)值逐漸地增 加到接近O?；谒鶞y試的外科系統(tǒng)，圖6所示的真空和沖洗壓力圖從一個外 科系統(tǒng)到另 一外科系統(tǒng)是兼容的，以及能使用各種已知的數(shù)字信號處 理方法檢測。在一個實施例中，使用相關(guān)方法，檢測真空和沖洗壓力。 例如，通過計算預(yù)定圖和來自外科系統(tǒng)的實際抽吸真空或沖洗壓力傳 感器讀數(shù)間的線性關(guān)聯(lián)，能檢測堵塞的階段。定義堵塞開始的抽吸真 空的預(yù)定圖可以是例如四點(diǎn)相同真空讀數(shù)后面跟著12點(diǎn)線性增加真 空讀數(shù)。例如，兩個序列Xj和yi間的線性關(guān)聯(lián)是經(jīng)線性變換，能將一個序 列如何接近地變換成另 一個序列的度量其中a-線性相關(guān)系數(shù)，b-偏差。 假定兩個序列，線性相關(guān)R計算如下其中N-相關(guān)長度(即序列中點(diǎn)的數(shù)量) 線性相關(guān)系數(shù)計算如下E々,根據(jù)一個實施例的方法包含計算在使用外科系統(tǒng)期間收集的抽 吸真空和/或沖洗壓力傳感器讀數(shù)的樣本序列和表示所述堵塞事件的 預(yù)定圖間的線性關(guān)聯(lián)。所計算的關(guān)聯(lián)值反映樣本序列和預(yù)定圖間的類 似性，最高可能值l.O表示絕對匹配。表示足夠關(guān)聯(lián)的值的范圍優(yōu)選 在0.8和0.99間。只要確定匹配或可接受關(guān)聯(lián)， 一些外科事件，諸如堵塞前期和堵 塞恢復(fù)的可信度為高，以及能根據(jù)需要調(diào)整系統(tǒng)的外科參數(shù)。對諸如堵塞開始和堵塞解除的事件，應(yīng)當(dāng)基于測試值的變化率， 限定圖匹配。使用反映測試序列和預(yù)定圖的斜率的線性相關(guān)系數(shù)，能 估計真空和沖洗壓力的變化率，該變化率由此能用來估計樣本序列是 否具有用于特定事件的足夠變化率。在一個實施例中，變化率是導(dǎo)數(shù)(AValue/ATime )，或在某段時 間上的值的變化的直接計算。以不同設(shè)定值(例如不同抽吸泵率)， 對指定系統(tǒng)，能經(jīng)驗地建立用于足夠率的標(biāo)準(zhǔn)。對要求對圖匹配和變化率限定的情形，當(dāng)滿足兩個條件時，視為 檢測到堵塞事件。只要檢測到堵塞事件，能調(diào)整系統(tǒng)的外科參數(shù)。能 應(yīng)用所述方法來檢測堵塞序列中的所有事件(堵塞開始、堵塞前期、
堵塞、堵塞解除以及恢復(fù))。通過檢測抽吸真空和/或沖洗壓力級的圖， 能精確地確定何時應(yīng)當(dāng)調(diào)整電力的定時。因此，實施例能比依賴于識 別完全堵塞的閾值或預(yù)先確定的抽吸真空級的已知系統(tǒng)更精確。在另一實施例中，使用巻積而不是關(guān)聯(lián)來完成圖的匹配。因此， 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到在此所述的關(guān)聯(lián)、導(dǎo)數(shù)和巻積技術(shù)僅 是示例性例子，以及不打算限定。在另一實施例中，能調(diào)節(jié)輸送到機(jī)頭的電量以便防止沖頭113過 熱，其會導(dǎo)致?lián)p壞眼睛組織。該實施例稱為Thermal Watch 以及總 體上在圖7中示例說明。在步驟700中，建立閾值溫度。在步驟710，監(jiān)視沖洗流體126 的源，諸如鹽的壓力。在步驟720，計算或確定來自被監(jiān)視的沖洗流 體源126的沖洗流體的流率。在步驟730中確定吸熱的沖洗流體的流 量或沖洗流體的吸熱量。在步驟740，分析或比較輸送到機(jī)頭112的 所確定的吸熱量和電力?；谠摫容^或分析，在步驟750中確定眼睛 或其他組織的溫度。例如，通過在離散的時間步驟執(zhí)行溫度計算可計算出眼睛的近似 溫度，在離散的時間步驟中，通過將在前溫度估計乘以冷卻系數(shù)(<1 )， 然后加上在該時間間隔期間輸送的電力乘以電力系數(shù)的結(jié)果以及減去 該時間間隔期間的流量乘以流量系數(shù)的結(jié)果，找到不同時間的估計溫 度。在步驟760，比較所估計的眼睛溫度和閾值溫度?；谒烙嫷?溫度是否超出閾值或超出該閾值預(yù)定量，在步驟770,根據(jù)需要，調(diào) 整輸送到超聲機(jī)頭112的切割沖頭113的電量。例如，如果所估計的 溫度超出閾值，通過降低超聲信號的振幅和/或減小超聲信號的占空 比，可以降低輸送到機(jī)頭的電力，而如果所估計的溫度低于閾值，可 以維持或增加電力。圖8示例說明圖7所示的過程的一種實現(xiàn)。參考圖8，在步驟800， 確定是否允許Thermal Watch 特性。如果不允許Thermal Watch , 那么，在步驟805,系統(tǒng)使用線性超聲控制功能操作。換句話說，由
控制臺設(shè)定值和外科醫(yī)生下壓踏板，控制所輸送的超聲電力。
如果允許Thermal WatchTM，那么，在步驟810，由系統(tǒng)記錄或 讀取由外科醫(yī)生設(shè)定的閾值。閾值可以無單位及可以是從"關(guān)，，到"最大 值，，之間的任意數(shù)量的階。
在步驟815中，系統(tǒng)監(jiān)視沖洗流體的壓力("IPS讀數(shù)")和/或步 驟820中沖洗流體源瓶126的高度。在步驟825中，這些沖洗流體壓 力參數(shù)表示沖洗流體的流率，即在某段時間上沖洗流體的數(shù)量。已知 沖洗流體流率，能近似用于沖洗流體流率的熱淬火量(步驟830)。 時間的流量函數(shù)F(O能近似射流管線上壓降的線性函數(shù) F(/) = / (/>。- ))，其中，戶。是沖洗源壓力(例如沖洗瓶高)， )是沖 洗壓力傳感器讀數(shù)，以及R是壓力源和沖洗壓力傳感器間的射流管線 電阻。對指定射流(即一次性)結(jié)構(gòu)，經(jīng)驗地確定電阻R。上迷近似 產(chǎn)生用于穩(wěn)定狀態(tài)流量狀況的精確結(jié)果。為提高用于瞬時響應(yīng)的估計 精度，能將指數(shù)衰減校正加到上述等式，如下
<formula>formula see original document page 19</formula>其中，&是瞬變系數(shù)，以及t。是近似射流管線的時間常數(shù)。對指
定射流(即一次性結(jié)構(gòu))，經(jīng)驗地建立兩個值。對可消耗的Alcon INFINITI⑧系統(tǒng)一次性所建立的樣本值為8 = 0.3， t。==1.3秒。上述等 式能容易地轉(zhuǎn)換成允許方法的具體實現(xiàn)的離散形式。
在步驟835中，還監(jiān)視由機(jī)頭112的超聲切割沖頭113所產(chǎn)生的 熱量(即超聲或"US電力級，，)。然后，在步驟840，將用于沖洗流體 流的熱淬火量的近似值與由超聲切割沖頭113生成的熱量進(jìn)行比較， 以便確定眼睛的近似溫度。在步驟845中，確定眼睛的溫度是否高于 預(yù)定閾值或在閾值的某一余量內(nèi)。例如，該余量可以是閾值內(nèi)(例如 低于)三度華氏溫度(3。F)，如圖8所示。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識 到根據(jù)所需系統(tǒng)靈敏度，還能利用其他預(yù)定量或余量。
如果眼睛的溫度不在余量(例如3°F)內(nèi)或不超出閾值，那么能 使用線性超聲控制函數(shù)(步驟850)。然而，如果眼睛的溫度在余量
內(nèi)或超出閾值，那么在步驟855中，系統(tǒng)利用算法來計算近似占空比。 控制算法可以是例如標(biāo)準(zhǔn)線性控制算法，諸如PI (比例積分)或PID (比例-積分-導(dǎo)數(shù))控制算法?？刂扑惴ㄒ部梢允欠蔷€性控制算法， 諸如具有或不具有磁滯的開關(guān)式控制器。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到 各種算法能用在不同應(yīng)用中。
例如，在步驟860中，初始確定系統(tǒng)當(dāng)前是否在連續(xù)模式中操作。 在連續(xù)模式中，將連續(xù)電源施加到機(jī)頭而不中斷。如果系統(tǒng)在連續(xù)模 式中，那么在步驟865,系統(tǒng)將操作模式從連續(xù)開關(guān)到脈沖超聲電力。 如果系統(tǒng)不在連續(xù)模式中，那么在步驟870中確定系統(tǒng)在突發(fā)還是脈 沖模式中操作。
參考圖9a-9b，突發(fā)模式提供超聲電力的一系列周期性、固定寬 度的恒定振幅脈沖卯0，這些脈沖分別在"斷開"時間910后。本領(lǐng)域 的技術(shù)人員將意識到在實際中，在圖9a-9b和其他圖中所示的脈沖不 是"理想"脈沖。相反，由于例如電容和電感而發(fā)生不同狀態(tài)間的脈沖 轉(zhuǎn)變或傾斜。因此，為說明和例示目的，提供圖9a-9b和其他圖中所 示的理想或模型矩形脈沖，而實際上，脈沖不具有理想的矩形形狀。
固定寬度脈沖900間的斷開時間910受經(jīng)例如下壓踏板的外科醫(yī) 生輸入控制。換句話說，在突發(fā)模式中，每一脈沖900具有固定的"接 通"時間，以及變量"斷開"時間。通過調(diào)整踏板或腳踏開關(guān)的位置，改 變"斷開"時間。
例如，圖9a-9b示例說明在四個位置中的腳踏開關(guān)。當(dāng)踏板初始 位于位置1并進(jìn)一步下壓到位置2時，斷開時間910減小，以及當(dāng)踏 板從位置2下壓到位置3時，進(jìn)一步減小。因此，隨著進(jìn)一步下壓踏 板，在一定時間周期中，固定寬度、恒定振幅脈沖的數(shù)量增加。隨著 進(jìn)一步下壓踏板，斷開時間最終等于接通時間。在這種情況下，將踏 板從位置3進(jìn)一步下壓到位置4導(dǎo)致脈沖振幅增加，同時維持相同的 斷開時間910。換句話說，在斷開時間與接通時間相同后，能產(chǎn)生脈 沖振幅，從而增加輸送到機(jī)頭的電力。
再參考圖8和9a-9b，如果系統(tǒng)在突發(fā)模式中，在步驟875中，
通過減小電源"開"時間或增加電源"關(guān)"時間，能調(diào)整具有相同脈沖寬 度的超聲電力的多個脈沖，從而在指定時間中提供更少固定寬度脈沖，
以及將更少電力提供給超聲沖頭113，以便冷卻沖頭113。如果系統(tǒng)不 在突發(fā)模式中，在步驟880，系統(tǒng)在脈沖模式中。
參考圖8和10，如果系統(tǒng)在脈沖模式中，那么脈沖1000的振幅 保持恒定，以及通過調(diào)整輸送到機(jī)頭112的電力脈沖的占空比，在步 驟885中，能調(diào)整輸送到機(jī)頭的電力。在矩形脈沖IOOO的理想序列中， 脈沖持續(xù)時間與脈沖周期之比或"高"脈沖電平的持續(xù)時間與"高"和 "低"電平的持續(xù)時間的總和(一個周期)的比為占空比，表示為小數(shù) 或百分比。因此，能改變每一恒定振幅脈沖1000的持續(xù)時間(例如變 得更窄或更寬)以便改變占空比，由此改變輸送到機(jī)頭的電量。
另外，如果系統(tǒng)在連續(xù)模式中操作(860)，以及眼睛的溫度高 于閾值，那么能斷開電源直到眼睛溫度下降低于閾值為止。另外，如 果系統(tǒng)在突發(fā)或脈沖模式中操作，以及眼睛的溫度高于閾值，對剩余 脈沖，可以斷開電源，以及如果必要，能延遲下一電力脈沖，直到眼 睛溫度下降低于閾值為止。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到能與各種脈沖(例如連續(xù)型、脈沖型、 突發(fā)型)和具有不同圖(諸如在本說明書中稍后所述并如圖14-24所 示)的脈沖一起使用Thermal Watch特征，因為Thermal Watch充當(dāng) 周期性地確定所輸送的電量的調(diào)節(jié)器，而與脈沖類型或脈沖圖，以及 與如何將所確定的電量與閾值進(jìn)行比較，以及如何將電量與閾值比較 (如前所述)無關(guān)。
當(dāng)檢測到堵塞事件時，能進(jìn)行類似的電力調(diào)整。例如，在一個實 施例中，通過超聲占空比中增加"接通"時間或減少電源"斷開"時間， 能增加輸送到?jīng)_頭113的電力，以便增加機(jī)頭112的切割效率。使用 Thermal Watch 特征，能監(jiān)視眼睛溫度以便在沖頭113變得過熱前， 減小電源"接通，，時間，或增加電源"斷開"時間。因此，實施例提供必 要時(例如堵塞事件發(fā)生時)有效增加電力，而且當(dāng)必要時，有效地 監(jiān)視和降低電力，以便防止沖頭113過熱和燒傷或損壞眼睛組織的方式。
另一實施例針對負(fù)載檢測系統(tǒng)和方法，通常稱為"按需供電"，如 果確定請求太多電力，能限制或管理外科醫(yī)生請求的電量以便防止損
壞眼睛組織。系統(tǒng)能利用變化的硬度檢測切割沖頭113何時不再與晶 狀體組織接觸，或與晶狀體組織的不同部分接觸，以及自動地調(diào)整輸 送到機(jī)頭的電量。
如前所述，由電源提供的電力驅(qū)動機(jī)頭112中的一個或多個壓電 晶體。晶體振蕩，又使機(jī)頭中的針振動和發(fā)出超聲能量。外科醫(yī)生放 置針以便將超聲能量傳送到眼睛組織，諸如晶狀體，以便例如分解白 內(nèi)障。單獨(dú)的抽吸系統(tǒng)用來去除組織碎片。外科醫(yī)生可以通過例如下 壓腳踏開關(guān)或其他開關(guān)致動器，請求將一定量的電力輸送到?jīng)_頭113。 在手術(shù)過程期間，系統(tǒng)將低電壓電平施加到晶體上，使它們發(fā)出少量 超聲能量。然后測量在這種情況下晶體兩端的電壓和通過晶體的電流。 使用電壓和電流值來計算由機(jī)頭耗費(fèi)的電力值。當(dāng)沖頭113與更硬組 織或物質(zhì)(諸如白內(nèi)障晶狀體)接觸時，超聲機(jī)頭112傾向于耗費(fèi)更 多電力以便維持指定沖程(振幅)。在較低電力設(shè)定值，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可 測量基于由典型的白內(nèi)障手術(shù)中與沖頭所遇到的物質(zhì)的接觸的該電力 增加。在改進(jìn)的脈沖模式中，將少量電力施加到用來切割組織的更高 電力脈沖間的沖頭112。換句話說，在低電力周期期間，施加少量電 力。
例如，如圖11所示，脈沖模式型驅(qū)動信號包括高或切割電力 110a-e(通常1100)的交變間隔，以及在切割間隔1100間的低或檢測 電力1110a-e (通常1110)的交變間隔。然后，檢測間隔1110的振幅 大于零。換句話說，在切割間隔后，檢測電力不減小到零。
在所示實施例中，切割間隔1100和檢測間隔1110的持續(xù)時間近 似相同。在檢測間隔期間執(zhí)行電壓和電流測量以便將在檢測間隔期間， 機(jī)頭112所耗費(fèi)的電量與沖頭113的負(fù)載1130關(guān)聯(lián)。由于少量電力仍 然施加到?jīng)_頭上，某種程度的切割也會發(fā)生，然而，切割主要發(fā)生在 較高電力切割間隔期間。因此，盡管本說明書引用"檢測"間隔，但在
該間隔期間，檢測和切割均會發(fā)生。
然后，使用在檢測間隔1110期間確定的、由機(jī)頭112耗費(fèi)的電 量來調(diào)整下一或后續(xù)切割間隔1100的電力。基于所檢測的電力和外科 醫(yī)生請求，成比例地調(diào)整電力。換句話說，如果在沖頭檢測到較高負(fù) 載，在下一切割間隔，將輸送由外科醫(yī)生所請求的較大部分(可能全 部)電力。同樣地，如果檢測到較低負(fù)載，在下一切割間隔1110期間， 將輸送由外科醫(yī)生請求的少部分(可能沒有)電力。
例如，在檢測間隔1110a期間檢測的電力將用來成比例地調(diào)整下 一切割間隔1100b的電力電平。類似地，在檢測間隔1110b期間檢測 的電力用來成比例地調(diào)整下一切割間隔1100c。因此，持續(xù)地調(diào)整切 割電力1100以便補(bǔ)償機(jī)頭112的超聲沖頭113上的不同負(fù)載1130。
如圖11所示，檢測間隔1110的電力電平隨時間相對恒定。然而， 檢測間隔1110可能改變，但應(yīng)當(dāng)不為零或太低以致檢測不到?jīng)_頭上的 負(fù)載。檢測間隔1110的電力電平能根據(jù)例如系統(tǒng)參數(shù)和測量裝置的靈 敏度改變。因此，使用非零檢測周期的實施例與典型地使用交變高電 力和零電力脈沖，即在"開"和"關(guān)"間開關(guān)，而不是在高電力和低電力 間開關(guān)或在"開，，和"低電力，，間開關(guān)的已知"脈沖模式"驅(qū)動系統(tǒng)形成對 比。
由于超聲機(jī)頭和切割沖頭的變化，負(fù)載1130檢測特征將會在每 一手術(shù)開始時校準(zhǔn)。例如，在"調(diào)諧周期"期間，執(zhí)行校準(zhǔn)，在該期間， 將機(jī)頭沖頭113放在充滿沖洗流體的測試室中。此時，在檢測電力設(shè) 定時，將超聲電力施加到?jīng)_頭113。將在該基準(zhǔn)情形下，由機(jī)頭112 耗費(fèi)的電量保存在控制系統(tǒng)存儲器中，作為閾值或"無負(fù)載"情形。如 果需要，當(dāng)手術(shù)進(jìn)行時，控制系統(tǒng)114可以使用自動閾值調(diào)整來基于 在手術(shù)期間測量的負(fù)載1130，調(diào)整該閾值。
負(fù)載檢測特征也允許外科醫(yī)生控制由控制系統(tǒng)114進(jìn)行的調(diào)整的 靈敏度。更具體地說，靈敏度調(diào)整是設(shè)置當(dāng)檢測到低于全負(fù)載時所進(jìn) 行的電力降低的增益的線性或系數(shù)調(diào)整。只要設(shè)置閾值和靈敏度，可 以基于算法，調(diào)整機(jī)頭112的電力。
圖12和13示例說明用于基于所檢測的電壓和電流負(fù)載U30，執(zhí) 行這些電力沖程或振幅變化的算法和基于該算法操作的系統(tǒng)的一個實 施例。初始地，在步驟1200中確定閾值1355。如前所述，閾值電力 1355是在沖洗液或鹽或其他參考環(huán)境中，操作超聲機(jī)頭112后確定的 固定值。換句話說，閾值電力1355表示當(dāng)未切割組織時的基準(zhǔn)電力。
在步驟1210中監(jiān)視切割沖頭113所耗費(fèi)的電力。電源120耦合 到機(jī)頭112，并經(jīng)電力管線1302，將電力輸送到?jīng)_頭113。電力控制 系統(tǒng)1300經(jīng)連接器1303-1305，連接到電源120的輸入和輸出。連接 器1304和1305耦合到電源120的輸出，以及連接器1303耦合到電源 120的輸入。
所示的電源控制系統(tǒng)1300包括用于電壓和電流的反饋1310和 1311。反饋元件1310和1311耦合到連接器1304和1305。在檢測間 隔1110期間獲得的電壓和電流測量值基于機(jī)頭112中的壓電晶體上的 應(yīng)力。如果針或沖頭113遇到更耐切割(高負(fù)載)的組織，電壓和/ 或電流的大小可能增加，而如果針或沖頭113遇到更容易切割(低負(fù) 載)的組織，電壓和/或電流的大小可能降低。將在每一檢測間隔1110 期間，由反饋1310和1311獲得的電壓和電流值提供給各個均方根 ("RMS")轉(zhuǎn)換器1320和1321。
RMS轉(zhuǎn)換器1320和1321確定在預(yù)定時間周期上的平均電壓大 小和平均電流大小。這些RMS值提供給模數(shù)("A/D")轉(zhuǎn)換器1330 和1331，其將表示各個測量模擬電壓和電流的數(shù)字信號提供給微處理 器1340。
微處理器1340能是與上述相同的微處理器116或單獨(dú)的微處理 器或控制器。數(shù)字電壓和電流值由A/D轉(zhuǎn)換器1330和1331提供給微 處理器1340。微處理器1340中的軟件基于由A/D轉(zhuǎn)換器1330和1331 提供的值，將在檢測間隔1110期間檢測的"檢測"電力1352計算1350 為電力("P，，)=電壓("V") x電流("I")。因此，計算包含線性計 算，而不必考慮非線性屬性，諸如相位和共振。檢測電力1352然后與 閾值或基準(zhǔn)電力1355進(jìn)行比較。
當(dāng)機(jī)頭112需要電力來切割組織時，即當(dāng)機(jī)頭112被施加除基本 材料或流體，諸如鹽外的東西時，所計算的檢測電力1352超出閾值或 基本電力1355?；跈C(jī)頭112的沖頭113所遇到的組織的特性，在步 驟1240中，不管在下一切割間隔期間的哪一點(diǎn)上，使用檢測電力1352 和閾值電力1355的比較來確定應(yīng)當(dāng)如何調(diào)整將輸送到機(jī)頭112的電 力。將該比較乘以在機(jī)頭或軟件中存儲的比例系數(shù)1356，其將檢測電 力1352超出閾值電力1355的量與所檢測的完全負(fù)載1357的部分進(jìn)行 關(guān)聯(lián)。比例系數(shù)可以是例如基于系統(tǒng)的先前操作經(jīng)驗確定的。除該閾值比較和百分比負(fù)載計算外，由外科醫(yī)生基于檢測電力 1352超出閾值電力1355的量設(shè)置靈敏度調(diào)整或系數(shù)1360以便表示在 下 一切割間隔期間，應(yīng)當(dāng)將由外科醫(yī)生所請求的哪一部分傳送到?jīng)_頭。 靈敏度系數(shù)1360范圍從0-1或者通常表示為3%值，例如20%、 50% 或85%。這些值可以向外科醫(yī)生表示為關(guān)、低、中、高或一些其他比 例或表示。在步驟1250中，由(檢測電壓-閾值)x比例因子計算獲 得的值乘以靈敏度系數(shù)1360。以比較低靈敏度系數(shù)更高的靈敏度系 數(shù)，將更大量請求電力1370 (例如由腳踏開關(guān)1375的程度表示)輸 送到機(jī)頭112。例如，如果外科醫(yī)生經(jīng)踏板1375請求"X，，量電力1370, 那么根據(jù)靈敏度系數(shù)1360，可以將一些、全部或無"X"電力1370傳送 到才幾頭112。因此，實際輸送到機(jī)頭112的電力1380可以低于或等于由外科 醫(yī)生1370通過下壓踏板1375所請求的電量。因此，實施例使用基于 靈敏度系數(shù)的線性關(guān)系和計算、閣值確定和線性計算，以便調(diào)整輸送 到才幾頭112的電力1380的量。圖11示例說明包括與如圖12和13所示的按需供電系統(tǒng)一起使 用的切割和檢測間隔的一個脈沖圖。圖11所示的脈沖圖包括相對恒定 和近似相同持續(xù)時間的切割和檢測間隔。在另外的實施例中，對于不 同切割和檢測間隔，可以使用不同脈沖圖，如圖14-24所示。為示例 說明不同切割和檢測脈沖和間隔，所示脈沖不具有相應(yīng)的負(fù)載，然而， 本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到根據(jù)機(jī)頭的沖頭上的負(fù)載，根據(jù)需要，可
以調(diào)整切割間隔的大小。本說明書引用"間隔"和"脈沖"。脈沖是從零 電力開始和結(jié)束的信號，而間隔可以:視為脈沖的一部分，由此以零電 力開始或結(jié)束。然而，為說明目的，這些術(shù)語可互換，因為它們均提 供檢測電力的持續(xù)時間和切割電力的持續(xù)時間。因此，打算使"間隔" 包括"脈沖，，以及打算使"脈沖，，包括"間隔，，，參考圖14，在另一實施例中，檢測間隔1110的持續(xù)時間隨時間 近似相同并短于切割間隔1100的持續(xù)時間。在另一實施例中，如圖 15所示，檢測間隔1110的持續(xù)時間隨時間改變，以致短于、約等于 或長于切割間隔。能調(diào)整檢測間隔1110的持續(xù)時間以便調(diào)節(jié)例如信噪 (S/N)比和系統(tǒng)響應(yīng)。較長檢測間隔1110可以提供更好S/N比和更 衰減的響應(yīng)。因此，能選擇檢測間隔1110的持續(xù)時間以便與系統(tǒng)部件 和性能協(xié)調(diào)。參考圖16，在另外的實施例中，檢測間隔1110能剛好先于單獨(dú) 的切割間隔IIOO。例如，在檢測間隔1110期間，電力從零電平增加 到低電力電平。剛好在檢測間隔1100后為切割間隔1100。切割間隔 IIOO處于比檢測間隔1110更高的電力電平。在切割間隔1100后，電 力返回到零，以及能重復(fù)間隔順序。圖17示例說明除高電力切割脈沖 1100剛好在零電力周期后外的類似的結(jié)構(gòu)。檢測間隔1110剛好在較 高電力電平切割間隔IIOO后，然后，緊跟零電力，根據(jù)需要可重復(fù)這 一過程。圖18示例說明在單獨(dú)的較高電力切割脈沖1100間，觸發(fā)單獨(dú)的 低電力、檢測脈沖110的另一實施例。在所示的實施例中，切割和檢 測脈沖IIOO和1110具有約相同的持續(xù)時間。圖19示例說明利用單獨(dú) 的檢測脈沖1110和切割脈沖IIOO且其中檢測脈沖1110的持續(xù)時間短 于切割脈沖1100的持續(xù)時間的另一實施例。圖20示例說明單獨(dú)的檢 測脈沖1110具有變動持續(xù)時間且在切割脈沖1100間的另一實施例。圖21示例說明包括單獨(dú)的檢測脈沖1110和切割脈沖1100且在 檢測脈沖1110的衰減2100期間獲得電壓和電流數(shù)據(jù)的另 一實施例。 在圖22和23中進(jìn)一步示例說明該實施例。代替如圖11所示確定負(fù)栽， 系統(tǒng)能配置成確定檢測間隔脈沖1110衰減到某 一 電平所用的時間。在沖頭上的負(fù)載能影響衰變率。例如，較大負(fù)載將使檢測脈沖更快地衰減，而較小負(fù)載將導(dǎo)致檢測脈沖更慢地衰減。圖22表示由于較小負(fù)載， 花費(fèi)較長衰減時間的檢測脈沖，以及圖23示例說明由于較大負(fù)載，更 快速地衰減的檢測脈沖。該衰減技術(shù)能施加到其他脈沖圖，包括剛好 在切割間隔后的檢測間隔，諸如圖17所示的檢測間隔。檢測脈沖或間隔衰減到某一電平所需的時間能與沖頭的負(fù)載關(guān) 聯(lián)。這能使用例如將衰減率與沖頭處的負(fù)載交叉關(guān)聯(lián)的查找表實現(xiàn)。 然后，如果需要，使用該衰減和負(fù)載信息來調(diào)整下一切割脈沖或間隔 的電力電平。例如，參見圖22和23中的參考點(diǎn)C，圖23所示的脈沖 的衰減率快于圖22所示的脈沖的衰減率。結(jié)果，在圖22所示的檢測 脈沖后的下一切割脈沖期間輸送的電量可以小于在圖23所示的檢測 脈沖后的下一切割脈沖期間輸送的電量，因為圖23所示的脈沖由于沖 頭處的較大負(fù)載衰減更快。能重復(fù)衰減率分析以便連續(xù)地調(diào)整在下一 切割脈沖或間隔期間，輸送到?jīng)_頭處的電力。根據(jù)另一實施例，切割和檢測脈沖能處于不同頻率。例如，能以 特定脈沖施加切割脈沖，以及能以切割脈沖頻率的諧波的一個施加檢 測脈沖。例如，可以以約40kHz施加切割脈沖，以及能以諧波的一個， 諸如80kHz或120kHz，施加檢測脈沖。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到圖11和14-23提供為示例性檢測和 切割間隔圖，以及不打算限制，因為檢測和切割間隔能根據(jù)不同系統(tǒng) 和應(yīng)用的需要調(diào)整。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到在較低電力檢 測間隔期間，檢測和某種程度的切割可以發(fā)生，因為檢測發(fā)生在非零 電平，以及某些切割會發(fā)生，盡管與在較高電力切割間隔期間發(fā)生的 切割相比，切割量較小。本領(lǐng)域的技術(shù)人員也將意識到Thermal Watch 特征可用于這些不同脈沖圖，因為Thermal Watch考慮所輸送的電量 以及不取決于特定脈沖圖。參考圖24,在另一實施例中，將切割脈沖1100的衰減率2400 與沖頭處的負(fù)載關(guān)聯(lián)。根據(jù)切割脈沖1100的振幅，期望采樣衰減脈沖 2400的末端2410,因為在衰減周期開始時，衰減切割脈沖的電力電平 可能太高，從而導(dǎo)致與電力和電流測量干擾。能以查找表交叉參考切 割脈沖衰減到某一電平所需的時間以便能將衰減率與沖頭處的負(fù)載關(guān) 聯(lián)。然后如果需要，使用該衰減和負(fù)載信息來調(diào)整下一切割脈沖的電 力電平。盡管在上迷描述中參考各種實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到在不背離實施例的范圍的情況下，可以對所述實施例做出非實質(zhì)改進(jìn)、改變和替代。例如，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到能單獨(dú)或 結(jié)合操作各個性能和實施例。例如，在另一實施例中，旨在確定抽吸真空和/或沖洗壓力的改變的實施例能與圖7和8所示的"Thermal Watch"實施例和/或參考圖9-11所述和所示的"按需供電，，實施例結(jié) 合。類似地，參考圖7和8所述和所示的"Thermal Watch，，實施例能 與參考圖9-11所述和所示的按需供電實施例結(jié)合。因此，實施例能一 起或單獨(dú)地操作以便提供所需系統(tǒng)功能性。
權(quán)利要求
1. 一種控制外科系統(tǒng)的方法，所述外科系統(tǒng)具有超聲機(jī)頭，所述超聲機(jī)頭具有切割沖頭，所述方法包括步驟 建立閾值溫度；監(jiān)視在延伸到所述超聲機(jī)頭的管線中的沖洗壓力； 計算沖洗流體的流率；確定用于所計算的沖洗流體的流率的吸熱量； 基于所確定的吸熱量和提供給所述超聲機(jī)頭的電量，確定眼睛的溫度；將所確定的眼睛溫度與閾值溫度進(jìn)行比較；以及 基于確定溫度和閾值溫度的比較，如果必要，調(diào)整輸送到所述超 聲機(jī)頭的切割沖頭的電量。
2. 如權(quán)利要求1所迷的方法，調(diào)整電量的步驟包括調(diào)整所迷超 聲機(jī)頭的輸出的占空比。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，調(diào)整電力的步驟包括調(diào)整所述超 聲機(jī)頭的輸出的沖程或振幅。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，調(diào)整電力的步驟包括如果所確定 的溫度超出閾值溫度，降低電力。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，如果所確定的溫度低于閾 值溫度，維持或增加電力。
6. —種控制外科系統(tǒng)的方法，所述外科系統(tǒng)具有超聲機(jī)頭，所 述超聲機(jī)頭具有切割沖頭，所述方法包括步驟建立閾值溫度；監(jiān)視在延伸到所述超聲機(jī)頭的管線中的沖洗壓力； 計算沖洗流體的流率；確定用于所計算的沖洗流體的流率的吸熱量； 基于所確定的吸熱量和提供給所述超聲機(jī)頭的電量，確定眼睛的溫度； 將所確定的眼睛溫度與閾值溫度進(jìn)行比較；以及 確定沖洗壓力的變化率； 基于沖洗流體的變化率，確定堵塞階段；以及 基于所確定的堵塞階段和基于所確定的溫度和閾值溫度的比較， 如果必要，調(diào)整輸送到所述超聲機(jī)頭的切割沖頭的電量。
7. 如權(quán)利要求6所迷的方法，調(diào)整電量的步驟包括調(diào)整所迷超 聲機(jī)頭的輸出的占空比。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，調(diào)整電力的步驟包括調(diào)整所述超 聲機(jī)頭的輸出的沖程或振幅。
9. 如權(quán)利要求6所述的方法，調(diào)整電力的步驟包括如果所確定 的溫度超出閾值溫度，降低電力。
10. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，如果所確定的溫度低于閾 值溫度，維持或增加電力。
11. 如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括檢測沖洗壓力的數(shù)據(jù)圖。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，檢測圖的步驟包括確定在外科 系統(tǒng)操作期間預(yù)定圖和沖洗壓力數(shù)據(jù)間的線性關(guān)聯(lián)。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，確定線性關(guān)聯(lián)的步驟包括執(zhí)行 線性變換。
14. 如權(quán)利要求11所述的方法，檢測圖的步驟包括計算第一操 作參數(shù)的數(shù)據(jù)隨時間的導(dǎo)數(shù)。
15. 如權(quán)利要求11所述的方法，檢測圖的步驟包括在外科系統(tǒng) 操作期間，執(zhí)行預(yù)定圖和第一操作參數(shù)的數(shù)據(jù)的巻積。
16. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括確定所述超聲機(jī)頭的 抽吸真空的變化率。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，確定堵塞階段的步驟基于沖洗 壓力和抽吸真空的變化率。
18. 如權(quán)利要求6所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括識別堵 塞的開始或初步指征。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，所述開始通過正在增加的抽吸 真空來識別。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括確定抽吸真空的變 化率，所述開始通過日益增加的沖洗壓力和抽吸真空來識別。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，沖洗壓力以比抽吸真空更快的 速率增加。
22. 如權(quán)利要求6所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括識別堵 塞前期狀況。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，堵塞前期狀況通過基本上恒定 的沖洗壓力來識別。
24. 如權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括確定抽吸真空的變 化率，所述堵塞前期狀況通過基本上恒定的沖洗壓力和正在增加的抽 吸真空來識別。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，在堵塞前期狀況下的抽吸真空 以比在堵塞開始和堵塞前期狀況間的時間周期期間更慢的速率增加。
26. 如權(quán)利要求6所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括識別完 全堵塞。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，進(jìn)一步包括確定抽吸真空的變 化率，通過基本上恒定的沖洗壓力和抽吸真空來識別所述完全堵塞。
28. 如權(quán)利要求6所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括識別堵 塞解除。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，第一操作參數(shù)包括沖洗壓力， 通過正在減小的沖洗壓力來識別所述解除。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，進(jìn)一步包括確定抽吸真空的變 化率，通過正在減小的沖洗壓力和抽吸真空來識別所述堵塞解除。
31. 如權(quán)利要求6所述的方法，確定堵塞級的步驟包括識別從堵 塞解除恢復(fù)。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，所述恢復(fù)通過沖洗壓力的減小 速率的減慢來識別。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，進(jìn)一步包括確定抽吸真空的變 化率，所述恢復(fù)通過沖洗壓力的減小速率的減慢和抽吸真空的減小速 率的減慢來識別。
34. 如權(quán)利要求6所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括確定識 別以下內(nèi)容堵塞開始，在開始后的堵塞前期狀況， 在堵塞前期狀況后的完全堵塞， 完全堵塞解除；或 在解除后恢復(fù)。
35. —種控制外科系統(tǒng)的方法，所述外科系統(tǒng)具有超聲機(jī)頭，所 述超聲機(jī)頭具有切割沖頭，所述方法包括步驟建立閾值溫度；監(jiān)視在延伸到所述超聲機(jī)頭的管線中的沖洗壓力； 計算沖洗流體的流率；確定用于所計算的沖洗流體的流率的吸熱量； 基于所確定的吸熱量和提供給所述超聲機(jī)頭的電量，確定眼睛的溫度；將所確定的眼睛溫度與閾值溫度進(jìn)行比較；以及確定沖洗壓力的變化率；基于沖洗流體的變化率，確定堵塞階段；以及基于所確定的堵塞階段和基于所確定的溫度和閾值溫度的比較， 如果必要，調(diào)整輸送到所述超聲機(jī)頭的切割沖頭的電量；如果所確定的溫度超出閾值溫度，降低輸送到所述機(jī)頭的電力， 以及如果預(yù)定溫度低于閾值溫度，維持或增加輸送到所述機(jī)頭的電力。
36. 如權(quán)利要求35所述的方法，調(diào)整電量的步驟包括調(diào)整所述 超聲機(jī)頭的輸出的占空比。
37. 如權(quán)利要求35所述的方法，調(diào)整電力的步驟包括調(diào)整所述 超聲機(jī)頭的輸出的沖程或振幅。
38. 如權(quán)利要求35所迷的方法，進(jìn)一步包括檢測沖洗壓力的數(shù)據(jù)圖。
39. 如權(quán)利要求38所述的方法，檢測圖的步驟包括確定在外科 系統(tǒng)操作期間預(yù)定圖和沖洗壓力數(shù)據(jù)間的線性關(guān)聯(lián)。
40. 如權(quán)利要求39所述的方法，確定線性關(guān)聯(lián)的步驟包括執(zhí)行 線性變換。
41. 如權(quán)利要求38所述的方法，檢測圖的步驟包括計算沖洗壓 力的數(shù)據(jù)隨時間的導(dǎo)數(shù)。
42. 如權(quán)利要求35所述的方法，檢測圖的步驟包括在操作外科 系統(tǒng)期間預(yù)定圖和執(zhí)行沖洗壓力的數(shù)據(jù)的巻積。
43. 如權(quán)利要求35所述的方法，進(jìn)一步包括確定抽吸真空的變化率。
44. 如權(quán)利要求43所述的方法，確定堵塞階段的步驟基于沖洗 壓力和抽吸真空的變化率。
45. 如權(quán)利要求35所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括識別 堵塞的開始或初步指征。
46. 如權(quán)利要求45所述的方法，所述開始通過正在增加的抽吸 真空來識別。
47. 如權(quán)利要求35所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括識別 堵塞前期狀況。
48. 如權(quán)利要求47所述的方法，堵塞前期狀況通過基本上恒定 的沖洗壓力來識別。
49. 如權(quán)利要求48所述的方法，進(jìn)一步包括確定抽吸真空的變 化率，所述堵塞前期狀況通過基本上恒定的沖洗壓力和日益增加的抽 吸真空來識別。
50. 如權(quán)利要求49所述的方法，在堵塞前期狀況下的真空壓力 以比在堵塞開始和堵塞前期狀況間的時間周期期間更慢的速率增加。
51. 如權(quán)利要求35所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括識別 完全堵塞。
52. 如權(quán)利要求51所述的方法，進(jìn)一步包括確定抽吸真空的變 化率，通過基本上恒定的沖洗壓力和抽吸真空來識別所述完全堵塞。
53. 如權(quán)利要求35所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括識別 堵塞解除。
54. 如權(quán)利要求53所述的方法，第一操作參數(shù)包括沖洗壓力， 通過正在減小的沖洗壓力來識別解除。
55. 如權(quán)利要求54所述的方法，進(jìn)一步包括確定抽吸真空的變 化率，通過正在減小的沖洗壓力和抽吸真空來識別堵塞解除。
56. 如權(quán)利要求35所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括識別 從堵塞解除恢復(fù)。
57. 如權(quán)利要求56所述的方法，所述恢復(fù)通過沖洗壓力的減小 速率的減慢來識別。
58. 如權(quán)利要求57所述的方法，進(jìn)一步包括確定抽吸真空的變 化率，所述恢復(fù)通過沖洗壓力的減小速率的減慢和抽吸真空的減小速 率的減慢來識別。
59. 如權(quán)利要求35所述的方法，確定堵塞階段的步驟包括確定 識別以下內(nèi)容堵塞開始，在開始后的堵塞前期狀況， 在堵塞前期狀況后的完全堵塞， 完全堵塞解除；或 在解除后恢復(fù)。
全文摘要
能檢測堵塞開始或其他外科事件以及堵塞解除時刻的外科系統(tǒng)。為幫助避免沖頭過熱，系統(tǒng)使用沖洗流率確定眼睛的溫度，以及如果預(yù)測過熱情形，自動地降低機(jī)頭的電力。代替地或另外，系統(tǒng)監(jiān)視由機(jī)頭耗費(fèi)的電力，其表示沖頭上的切割負(fù)載，以及自動地調(diào)整沖頭的電力或沖程以便補(bǔ)償沖頭上增加的負(fù)載。
文檔編號A61B17/00GK101123917SQ200580009290
公開日2008年2月13日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月22日
發(fā)明者安·亞德洛斯基, 拉斐爾·喬丹, 米哈伊爾·伯克尼, 邁克爾·莫甘 申請人:愛爾康公司