专利名称：用于超声乳化白内障吸除系统的热管理算法的制作方法
用于超声乳化白内障吸除系统的热管理算法优先权声明本申请要求享有2009年12月9日提交的美国专利申请序列号No. 12/634283的权益。
背景技术：
本发明涉及超声乳化白内障吸除手术，尤其涉及一种其中施加至超声乳化白内障吸除机头的能量幅度该与温度呈比例改变的热管理算法。人眼是通过透射光通过被称为角膜的透明外部并且借助于晶状体将像聚焦在视网膜上而起到提供视力的作用的。所聚焦的像的质量取决于许多因素，包括眼部的尺寸和形状，以及角膜和晶状体的透明度。当年龄或疾病使得晶状体变得不那么透明时，视力会由于能透射至视网膜的光的减少而劣化。眼晶状体内的这一缺陷在医学上称为白内障。针对该病况的可接受疗法是手术移除晶状体并用人工晶体(IOL)替换晶状体的功能。在美国，大部分的白内障晶状体是通过被称为超声乳化白内障吸除术的手术技术而移除的。适用于超声乳化白内障吸除程序的典型手术机头包括超声驱动的超声乳化白内障吸除机头、由冲洗套筒包围的附连的中空切割针，以及电子控制台。机头组件通过电缆和挠性管附连至控制台。通过电缆，控制台改变由机头传递至附连的切割针的能级。挠性管将冲洗流体提供至手术部位，并且通过机头组件从眼内抽出吸入流体。典型机头内的手术零件是中心定位的中空共振杆或者触角，其直接附连至一组压电晶体。该晶体在超声乳化白内障吸除术期间提供驱动触角以附连的切割针两者所需的超声振动，并且由控制台控制。晶体/触角组件通过挠性底座而在悬挂在机头的中空主体或外壳内。机头主体以直径减少的部分或者位于主体远端的头锥体为结束。典型地，头锥体具有外螺纹以接纳中空冲洗套筒，后者围绕切割针的大部分长度。类似地，触角孔在其远端具有内螺纹，以接纳切割尖端的外螺纹。冲洗套筒还具有内螺纹孔，其在头锥体的外螺纹上拧紧。调整切割针，从而其尖端仅超过冲洗套筒开口端突出预定量。在超声乳化白内障吸除程序期间，切割针的尖端和冲洗套筒的末端通过眼外部组织中的切口插入眼前囊。外科医生使切割针的尖端接触眼晶状体，从而振动尖端使晶状体碎裂。所得的碎片随在程序期间提供至眼部的冲洗溶液一起通过切割针的内部孔而被抽吸出眼外，并进入废物容器。贯穿该程序，冲洗流体被泵入眼内，在冲洗套筒和切割针之间通过，并且在冲洗套筒的尖端和/或从冲洗套筒末端处切开的一个或多个端口或开口离开而进入眼部。冲洗流体保护眼组织免受超声切割针振动所产生的热量的影响。此外，冲洗流体悬浮乳化的晶状体的碎片以将其从眼内吸出。向机头提供功率以振动切割针。通常，针移动(或振动)的幅度与所提供的功率成比例。在常规的超声乳化白内障吸除系统中，针来回振动以产生纵向针冲程。在改进的系统中，可以使得针以扭曲或扭转运动振动。不考虑振动的类型，振动的幅度(或者针冲程的幅度)随所施加的功率而改变。在程序期间可能出现的一种并发症是在切口部位处的角膜烧伤。这些角膜烧伤由在角膜切口处加热针(以及周围的套筒)而引起。发明人已经发现，该热量取决于三个基本因素施加至机头的功率的量(其则确定针振动的量值和针冲程的幅度)；流经眼部的流体的量(因为流体带走热量)；以及在该切口处针和周围套筒之间的摩擦的量(正如会认识到的，套筒和针之间的配合越紧密，随着针振动而产生的摩擦和热就越多)。换句话说，热量随着切割针摩擦周围的冲洗套筒而在角膜切口处产生。该热量通常通过流体流经冲洗套筒、流入眼前房并且通过吸出腔而流出眼部而消散。在角膜切口部位处切割针和套筒之间的摩擦会取决于切口的特征而改变。一般地，较小的切口(这从手术的观点来看是期望的)会导致针与套筒之间更大的摩擦力，这是因为切口的壁使套筒压靠针。在此情况下，热量在针振动时产生。如果流经眼部的流体不足(或者如果产生了过多的热量)，那么导致形成角膜烧伤。角膜烧伤由于会扭曲角膜而导致扭曲的视觉，应而是成问题的。由于白内障手术已经趋于越来越小的切口，角膜烧伤的风险看起来会增加
发明内容
在与本发明原理相符的一个实施例中，本发明是一种用于管理提供至超声乳化白内障吸除机头的功率的控制系统。该控制系统包括冲洗压力传感器、将功率提供至机头的电源、以及控制电源的控制器。控制器基于冲洗压力和功率水平而计算热值，并且当算出的热值超过阈值热值时，与算出的热值成比例地降低功率水平。在与本发明原理相符的另一实施例中，本发明是一种用于管理提供至超声乳化白内障吸除机头的功率的控制系统。该控制系统包括将功率提供至机头的电源、以及控制电源的控制器。控制器基于冲洗流体流量而计算热值，并且当算出的热值超过阈值热值时，与算出的热值成比例地降低功率水平。冲洗流体流量可以从冲洗压力算出。应当理解的是，前述的一般描述和随后的详细描述均仅是示意且解释性的，并且旨在提供对所声明的本发明的进一步说明。下列描述以及对本发明的实践阐明并且建议了本发明的附加优点和目的。
并入本说明书并构成其一部分的附图例示了本发明的若干实施例，并且与描述一并用于解释本发明的原理。图I是超声乳化白内障吸除系统的流体路径中的部件的图示。图2是超声乳化白内障吸除针和冲洗套筒的远端的透视图。图3是根据本发明原理的局部系统的视图。图4是根据本发明原理的控制系统的一个实施例的框图。图5是根据本发明原理的控制系统的另一实施例的框图。图6是示出根据本发明原理的热管理算法在持续模式中的示例性操作的图表。图7是描绘了根据本发明原理的热管理算法在脉冲模式中的示例性操作的图表。图8是描绘了根据本发明原理的热管理算法在脉冲模式中的示例性操作的图表。图9是描绘了根据本发明原理的热管理算法在突发串模式中的示例性操作的图表。图10是描绘了根据本发明原理的热管理算法在突发串模式中的示例性操作的图表。
具体实施例方式现在详细参考本发明示例性实施例，在附图中示出了其示例。只要可能，贯穿附图使用相同的参考标记来指代相同或类似部分。在本发明的一个实施例中，图I是超声乳化白内障吸除系统的流体路径中部件的图示。图I描绘了在白内障手术期间通过眼1145的流体通路。部件包括冲洗流体源1105、冲洗压力传感器1130、冲洗阀1135、冲洗线1140、机头 1150、抽吸线1155、抽吸压力传感器1160、通气阀1165、泵1170、储液器1175和排液袋1180。冲洗线1140在白内障手术期间向眼1145提供冲洗流体。抽吸线1155在白内障手术期间从眼部移除流体和乳化的晶状体微粒。当冲洗流体离开冲洗流体源1105时，其行进通过冲洗线1140并进入眼1145内。冲洗压力传感器1130测量冲洗线1140内的冲洗流体压力。还可以提供可选的冲洗阀1135，用于对冲洗进行开/关控制。冲洗压力传感器1130通过任意数量的商业可获得流体压力传感器而实现，并且其可以位于冲洗流体路径中的任意位置处(冲洗源1105和眼1145之间的任意位置)。在超声乳化白内障吸除程序期间，机头1150位于眼1145内。机头1150具有中空针(如图2中所见)，其可在眼内超声振动，以打碎患病的晶状体。位于针周围的套筒提供来自冲洗线1140的冲洗流体。冲洗流体通过针外侧和套筒内侧之间的空间(如图12和13中更清楚示出的)。流体和晶状体微粒通过中空针被抽吸。以此方式，中空针的内部通道流体耦合至抽吸线1155。泵1170从眼1145抽出所抽吸的流体。抽吸压力传感器1150测量抽吸线中的压力。可以使用可任选的通气阀以排放由泵1170创建的真空。所抽吸的流体通过储液器1175进入排液袋1180。图2是现有技术超声乳化白内障吸除机头的远端的透视图。在图2中，超声乳化白内障吸除针1210被冲洗套筒1230围绕。超声乳化白内障吸除针1210具有开口端1220，在白内障手术期间，晶状体微粒通过该开口端从眼中抽出。抽吸套管1230具有可任选的开口 1240，冲洗流体通过该开口流入眼内。在白内障手术期间，针1210和套筒1230均插入眼前房。当向机头施加功率时，针1210超声振动。针1210和套筒1230之间的摩擦会引起热量的产生——尤其在切口部位。张紧的切口使套筒1230压靠针1210，这会导致加热及潜在的角膜烧伤。图3是根据本发明原理的局部系统的图示。在图3中，冲洗流体源向机头1150提供冲洗流体。冲洗压力传感器测量冲洗流体的压力。电源120向机头1150提供功率。如前所述，电源120向振动超声乳化白内障吸除针的机头1150提供超声功率。图4是根据本发明原理的控制系统的一个实施例的框图。在图4中，CPU 116耦合至电源120和冲洗压力传感器1130。以此方式，CPU 116接收来自冲洗压力传感器1130的压力信息。CPU 116还与电源对接并控制其操作——由此控制发送至机头的功率。如前所述，CPU 116可以是任何合适的控制器。如前所述，当向机头施加的功率过多并且流经眼部的冲洗流体过少时，会在切口部位出现不想要的发热。由于冲洗流体带走热量，当冲洗流体的流经减少时(例如，当发生堵塞时)，会出现发热。一般地，产生的热量是施加至机头的功率量以及流经眼部的冲洗流体量的函数。冲洗套筒和超声乳化白内障吸除针之间的摩擦是主要热源。在针摩擦套筒时会产生热量。施加至机头的功率量与针的冲程(或针行进的距离)线性相关。施加的功率越多，针的行进也越大(而针摩擦套筒越多)。数学上，如果A T是热值的增量，则A T=T-TO,(其中TO是眼部的热值，而T是作为时间函数的针周围实际热值。假设热响应于在时间t = 0时发生的超声脉冲，那么总能量A由下列公式给出A T (t) =AG ⑴其中G(t)是系统的响应函数。则作为热值增量的AT如下由在时间Q(t)内的热生成给出
权利要求
1.一种用于管理施加至超声乳化白内障吸除机头的功率的控制系统，所述控制系统包括 冲洗压カ传感器，用于测量冲洗压力； 电源，用于将超声功率提供至机头；以及 控制器，用于控制电源； 其中控制器基于冲洗压カ和功率水平来计算热值，并且在算出的热值超过阈值热值吋，与算出的热值成比例地降低功率水平。
2.根据权利要求I所述的控制系统，其中算出的热值是控制器的输入。
3.根据权利要求I所述的控制系统，其中控制器操作以使得功率水平跟随算出的热值超过阈值热值的部分的倒数。
4.根据权利要求I所述的控制系统，其中控制器平滑地減少功率水平。
5.根据权利要求I所述的控制系统，其中控制器还基于表示冲洗套筒和超声乳化白内障吸除针之间的摩擦的值来计算所述热值。
6.根据权利要求I所述的控制系统，其中控制器还将算出的热值与阈值热值比较。
7.根据权利要求I所述的控制系统，其中当控制器与算出的热值成比例地降低功率水平时，控制器不考虑外科医生对电源的控制。
8.根据权利要求I所述的控制系统，其中当控制器与算出的热值成比例地降低功率水平时，控制器不将功率水平降至零。
9.根据权利要求I所述的控制系统，其中电源向机头提供脉冲功率，并且当控制器与算出的热值成比例地降低功率水平时，控制器降低脉冲幅度。
10.根据权利要求I所述的控制系统，其中当算出的热值小于阈值热值时，恢复外科医生对电源的控制。
11.一种用于管理施加至超声乳化白内障吸除机头的功率的控制系统，所述控制系统包括 电源，用于将功率提供至机头；以及 控制器，用于控制电源； 其中控制器基于冲洗流体流量和功率水平来计算热值，并且在算出的热值超过阈值热值时，与算出的热值成比例地降低功率水平。
12.根据权利要求11所述的控制系统，其中算出的热值是控制器的输入。
13.根据权利要求11所述的控制系统，其中控制器操作以使得功率水平跟随算出的热值超过阈值热值的部分的倒数。
14.根据权利要求11所述的控制系统，其中控制器平滑地減少功率水平。
15.根据权利要求11所述的控制系统，其中控制器还基于表示冲洗套筒和超声乳化白内障吸除针之间的摩擦的值来计算所述热值。
16.根据权利要求11所述的控制系统，其中控制器还将算出的热值与阈值热值比较。
17.根据权利要求11所述的控制系统，还包括 冲洗压カ传感器，用于测量由控制器使用以计算冲洗流体流量的冲洗压力。
18.根据权利要求11所述的控制系统，其中当控制器与算出的热值成比例地降低功率水平时，控制器不考虑外科医生对电源的控制。
19.根据权利要求11所述的控制系统，其中当控制器与算出的热值成比例地降低功率水平时，控制器不将功率水平降至零。
20.根据权利要求11所述的控制系统，其中电源向机头提供脉冲功率，并且当控制器与算出的热值成比例地降低功率水平时，控制器降低脉冲幅度。
21.根据权利要求11所述的控制系统，其中当算出的热值小于阈值热值时，恢复外科医生对电源的控制。
全文摘要
一种用于管理施加至超声乳化白内障吸除机头的功率的控制系统，包括向机头提供功率的电源，以及控制电源的控制器。该控制器基于冲洗流体流量和功率水平而计算热值，并且当算出的热值超过阈值热值时，与算出的热值成比例地减少功率水平。可以根据冲洗流体压力计算冲洗流体流量。
文档编号A61F9/007GK102652005SQ201080055619
公开日2012年8月29日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月9日
发明者A·萨勒西, D·特奥多雷斯库, K·D·巴辛格尔, M·D·莫甘, M·布克赫尼 申请人:爱尔康研究有限公司