专利名称：用于玻璃体切割器的非线性切割速率倍增器的制作方法
技术领域：
本专利申请要求于2010年3月3日提交的美国专利申请号12/717,035以及于 2009年5月沈日提交的美国临时申请号61/181，199的优先权，将其全部内容通过引用结
合于此。
背景技术：
本发明涉及用于在眼后部中进行显微手术(micro-surgical)处置的装置。更具体地说，本发明涉及用于玻璃体切割器的切割速率控制器。对于玻璃体手术而言，最常用的并且通常优选的仪器是气动操作的轴向闸刀式切割器(axial guillotine cutter) 0典型的气动操作的闸刀式切割器系统包括机头 (handpiece)(有时称为“切割器”)，该机头包括针，针的远端设置有切割/抽吸端口。该机头从玻璃体视网膜手术(Vitreoretinal surgical)系统(有时称为“驱动单元”或“控制台”)接收气动动力。通常该系统还提供抽吸和照明功能。虽然多年来已经进行了大量改进，但玻璃体切割器的基本方面是已知的并且是由 0' Malley和Heintz分别在美国专利号3，884，238和3，815，604中教导。在其现代形式中，轴向闸刀式切割器相对地小、轻、耐用、便宜，并且呈现出良好的切割特征。在玻璃体切割中进行的一种改进是能够以较高切割速率(每分钟进行切割的次数)操作。这通常会导致更好控制的并且更安全的切割。以高切割速率操作要求对玻璃体切割器以及对驱动单元两者均进行改进。由公布的Wang等人的美国专利号6，575，990公开了将单独驱动单元作为附件增加到现存手术系统(称为“主机系统”)上以提供更高的切割速率而不用改变该主机系统的手段。体现这个专利的辅助驱动单元的实例(称为“辅助驱动单元”)包括由加利福尼亚州圣莱安德罗市的Medical Instrument Development Laboratories 公司销售的 AVE 禾口 VIT Enhancer 单元(参见，http//www. midlabs. com/ ave. htm)。辅助驱动单元可以包括电子器件及气动部件，诸如由电子器件控制的气动阀和管道。一些辅助驱动单元可以包括内部空气压缩机。
发明内容
在可供使用的辅助驱动单元中，使用前面板上的控制件(control)来设定闸刀式切割器的切割速率。以这种方式设定切割速率存在一些不足。首先，控制件增加了该辅助驱动单元的复杂性以及成本。其次，因为控制件用于设定切割速率，所以该辅助驱动单元必须被设计成使得控制件能够容易地由该切割器的用户(例如外科医生)使用。最后，虽然在一些情况下有可能为外科医生提供使用脚踏板控制件来改变切割速率的装置，但使用该主机手术系统的控制件不能改变切割速率。因此，在一个实施例中，本发明提供一种非线性切割速率倍增器形式的辅助驱动单元，使得能够以与可从主机手术系统得到的速率不同的频率或速率来驱动该切割器。在此实施例中，切割速率作为设定在该主机手术系统上的切割速率的一个非线性函数而改
在另一个实施例中，本发明提供一种非线性切割速率倍增器，其包括输入传感器，该传感器感测由驱动单元提供的具有第一频率的输入信号；以及非线性频率倍增器电路，该电路接收该输入信号并且以第二频率输出输出信号，该第二频率是该第一频率的非线性倍数。该非线性切割速率倍增器还包括触发电路，该触发电路接收该输入信号并且输出触发信号。驱动电路接收该输出信号以及该触发信号并且输出具有第三频率的致动信号。该第三频率基本等于该第二频率。在另一个实施例中，本发明提供了一种控制玻璃体切割器的切割速率的方法。该方法包括检测由驱动单元产生的驱动信号。该驱动信号以第一频率驱动该玻璃体切割器。 该方法还包括利用非线形切割速率倍增器的输入传感器来感测该驱动信号；将该驱动信号处理成具有第二频率的输出信号，该第二频率是该第一频率的非线性倍数；以及以第三频率产生驱动该玻璃体切割器的致动信号，该第三频率基本上等于该第二频率。通过考虑详细描述以及附图，本发明的其它方面将变得明显。
图1是一个高速玻璃体切割系统的示意图，该系统包括主机系统、非线形切割速率倍增器、以及玻璃体切割器；图2是适合用于本发明的非线形切割速率倍增器电路的一个实施例的示意图；图3是示例非线性频率倍增器电路的附加细节的电路图，该电路是图2中所示的切割速率倍增器电路的一部分；图4是适合用于本发明的非线形切割速率倍增器电路的第二实施例的示意图；图5是示例跟踪和保持电路的附加细节的电路图，该电路是图2中所示的切割速率倍增器电路的一部分；图6是适合用于本发明的非线性切割速率倍增器微控制器单元的一个实施例的示意图；图7是用于图1的玻璃体切割系统中的主机系统选择表的实例；图8是用于图1的玻璃体切割系统中的主机系统选择表的替代实例；图9是示例用于使用图1的非线性切割速率倍增器来调节玻璃体切割系统的切割速率频率的数个函数的图示；图10是用于操作图1的非线性切割速率倍增器的方法的流程图；以及图11是与图1的高速玻璃体切割系统一起使用的切换机构的透视图。
具体实施例方式在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解的是本发明的应用并不局限于以下说明中提出的或以下附图中示例的构造的细节以及部件的布置。本发明可以是其它实施例并且能够以不同方式来实践或实现。图1示例了高速玻璃体切割系统10，该系统包括玻璃体视网膜手术主机系统 14(在此称为“驱动单元”)、非线性切割速率倍增器18的形式的附件，以及气动操作的轴向闸刀式切割器22 (在此称为“切割器”)。驱动单元14可以是典型地用于玻璃体视网膜手术的任何单元，可操作它来输出信号以驱动气动或电致动的切割器。该切割器22是气动驱动的轴向闸刀式玻璃体探针或切割器。一种这样的切割器详细描述于2000年10月20日提交的美国专利号No. 6，575，990中，其内容通过引用结合于此。所示例的切割器22包括设计成握持在人手中的总体上圆柱形的壳体沈。该壳体具有第一末端30和第二末端34。针38耦合到该第一末端30。针38包括用于去除玻璃体的靠近远端的切割或抽吸端口。具有两个相邻管42和46的管道连接到切割器22上。抽吸管42的一个末端连接到切割器22的第二末端34上的端口。致动管46也耦合到切割器22的第二末端34。致动管46的另一末端连接到定位在非线性切割速率倍增器18的前面板M上的装配件50，诸如公的鲁尔锁紧头(luer-lock)装配件)。除了下文所述气动驱动的切割器之外，在其它实施例中，切割器可以是电致动的切割器。(能够将电信号提供给电控制的阀以控制气动脉冲或提供给螺线管，该螺线管产生线性运动以驱动电控制的切割器)。非线性切割速率倍增器18示例为玻璃体切割系统10中的单独容纳的附件。管道 58连接到驱动单元14上的输出端口 62并且连接到非线性切割速率倍增器18上的输入端口 66。非线性切割速率倍增器18还包括输出端口 70。装配件50连接到输出端口 70。非线性切割速率倍增器18可以包括用于将气动能量或压缩空气提供给切割器22的气动驱动系统(例如电的空气压缩机)。非线性切割速率倍增器18的后面板包括用于使电线与将电力供应到变压器的插头相连接的插座，以及用于打开和关闭非线性切割速率倍增器18的电源开关。在一些驱动单元中，可用频率可以在从大约400次切割/分钟至750次切割/分钟的范围中。在其它驱动单元中，可用频率可以在从400次切割/分钟至2，500次切割/分钟的范围中。随着不断使用非线性切割速率倍增器18，可用频率的范围增大了。例如，该可用频率能够在从400次切割/分钟至12，000次切割/分钟的范围中。从非线性切割速率倍增器18可得到的频率范围是由非线性函数确定的(示为等式1并且在下面描述)，该函数是由非线性频率倍增器电路94 (图2)的电路参数来确定的。因此，用户可以实现的切割速率显著地大于从单独的驱动单元14可得到的切割速率。在替代实施例中，来自倍增器18 的频率范围也能够由线性函数来确定。当进行玻璃体视网膜手术时，这通常是令人期望的， 因为较低切割速率用于快速去除眼睛中心部分中的玻璃体，而较高切割速率用于更可控地去除靠近视网膜的玻璃体。在其它构造中，非线性切割速率倍增器18可以使用开并或其它选择机构来提供用于调节函数或选择预定函数的选项。替代地，可以由用户来旋转两个或更多个位置的旋转度盘来选择用于调节频率的两个或更多个不同函数之一。因此，具有两个不同的可用频率范围(例如400次切割/分钟至750次切割/分钟以及400次切割/分钟至2，500次切割/分钟)的两个驱动单元能够与非线性切割速率倍增器18 —起使用以便通过选择适当函数均产生相同的频率范围(例如，400次切割/分钟至12，000次切割/ 分钟)。在操作中，非线性切割速率倍增器18通过管道58接收来自驱动单元14的信号， 该管道连接到输入端口 66。非线性切割速率倍增器18的前部包括前面板按钮72和显示器74。通过按下按钮72用户能够从示于显示器74上的多种驱动/主机系统选择连接到非线性切割速率倍增器18驱动单元14(主机系统)的类型。显示器74能够示出可用的主机系统，连同它们相应的切割速率以及切割速率控制形式(脚踏板、面板、或其它)。如上表明的，还能够使用前面板按钮72来调节或选择特定功能。非线性切割速率倍增器18的后面板能够包括后部电源开关(未示出)，该开关启动前面板按钮72。非线性切割速率倍增器18处理该信号并且输出驱动切割器22的致动信号。该致动信号的频率是来自驱动单元14的信号的频率的非线性倍数，使得可以以比单独使用驱动单元14可能的速度或速率更快的速度或速率来操作切割器22。此外，非线性切割速率倍增器18允许在非线性切割速率与线性切割速率之间的可切换性，并且可以以非线性和线性切割速率两者将倍增的信号输出到玻璃体切割器。为了示例在操作高速玻璃体切割系统10中非线性倍增相对于线性倍增的优点和 /或改进，应考虑以下的实例。在此实例中，主机系统14具有150次切割/分钟至800次切割/分钟的实际控制范围。能够使用辅助装置(倍增器18)来给出高达8000次切割/分钟的切割速率，但其主要在2000至4000次切割/分钟的范围中使用。此外，存在对于用户而言期望使切割速率低至300次切割/分钟的某些情况。在该范围的上限(800次切割/ 分钟输入，8000次切割/分钟输出)，需要倍增因数为10。在该范围的下限(150次切割/ 分钟的输入，300次切割/分钟的输出)，需要倍增因数为2。利用线性(固定)倍增，在手术处置期间将有必要在不同时间点停下来以选择不同的倍增因数。相反，非线性切割速率倍增器18能够容易地建立以便在150次切割/分钟的输入下具有所需要的倍增因数2，并且在800次切割/分钟的输入下具有所需要的倍增因数10。而且，在最常使用的范围的中心处，非线性切割速率倍增器18将具有大约4. 8的有效倍增因数。图2示例了可以由非线性切割速率倍增器18使用的非线性切割速率倍增器电路 78的实施例(以示意图形式示出)。输入传感器82感测来自驱动单元14的(气动或电) 信号86并且将具有相同频率的交流(AC)信号90输出到非线性频率倍增器电路94以及触发电路98。切割速率倍增器电路78包括非线性频率倍增器电路94。电路94包括比较器102、锁存器106、锯齿波形发生器110、跟踪及保持电路114、以及电压控制的振荡器 (“VC0”)118。锁存器106接收AC信号90以及来自比较器102的信号。锁存器106响应于接收到的信号而产生方波输出122。锯齿波形发生器110接收方波信号122并且生成锯齿波形126。跟踪及保持电路114接收锯齿波形126并且跟踪锯齿波形126的最小值。跟踪及保持电路114产生直流(DC)输出130，该输出被提供给VCO 118。VCO 118产生AC输出134，AC输出134的频率在从跟踪及保持电路114接收到的信号130的影响下(或基于该信号)改变。(AC输出134也是电路94的输出。)触发电路98生成DC信号138，该信号被提供给波形整形电路142。DC信号138 是逻辑信号，当触发电路98检测到信号90时，该逻辑信号是高电压，典型地约5伏，并且当触发电路98未检测到信号90时，该信号是低电压，典型地约0伏。当DC信号138是高电压时，其启用波形整形电路142，并且当其是低电压时，其禁用波形整形电路142。波形电路 142还接收VCO 118的AC输出134。在2000年10月20日提交的美国专利号6，575，990 中描述了波形整形电路的一个实例，其内容结合在此。波形整形电路142处理信号134和 138以产生方波输出信号146。输出信号146被提供给电磁输出阀150上。电磁输出阀150 是三通阀并且从压缩气体源158中接收压缩气体巧4 (或压缩空气)。信号146使得电磁阀150开启和关闭，这导致生成气体脉冲序列(或气动信号)162。该气体脉冲序列被提供给切割器22从而以接近非线性频率倍增器电路94的输出信号134的频率气动地操作或驱动切割器22。当不致动时，电磁输出阀150被排空。图3更详细地示例了非线性频率倍增器电路94。虽然在此示例并且解释了一个具体实例，但能够设计执行类似功能的其它电路。非线性频率倍增器电路94从输入传感器 82接收AC输入信号90。信号90具有频率F1。该输出信号134具有频率F2。等式1是非线性函数，该函数描述了频率Fl与F2之间的关系，其中α和β是由非线性频率倍增器电路94的电路参数确定的正的常数，说明如下。F2 = Fl {1/α-βf1} 等式 1非线性频率倍增器电路94被设计成使得当输入信号90的频率Fl为低时，输出信号134的频率F2近似等于输入信号90的频率Fl。当输入信号90的频率Fl提高时，输出信号134的频率F2以更快的非线性速率提高，该速率是由多种电路参数确定的，多中电路参数诸如是电阻、电容、输入偏置电压等。对于外科医生进行玻璃体视网膜手术而言，该关系具有某些益处。例如，当外科医生以低频率(即低切割速率)操作切割器时(该低频率通常用于快速去除玻璃体)，该外科医生能够对输出频率进行更受控的调节，因为在低切割速率下，输出频率几乎等于该输入频率。当外科医生以高频率进行操作时，随着时间推移更少的玻璃体被去除。一般而言，频率越高，玻璃体的去除越慢。从而，非线性频率倍增器电路94允许该外科医生以比从单独的驱动单元14可实现的频率更高的频率(即更高的切割速率)进行操作，由此为该外科医生提供对玻璃体的去除的更好的控制。帮助实现上述优点的电路94的多个特定方面包括锯齿发生器电路110。如图3中所示，锯齿波形发生器电路110包括集电极开路驱动器(open-collector driver) 166、第一电阻器170、第二电阻器174、电容器178以及运算放大器182。集电极开路驱动器166 (替代地能够使用漏极开路驱动器)起类似于开关的作用，从而当启动时将其输出1 与地短路连接，并且当未启动时允许其输出1 浮置。当集电极开路驱动器166未启动时，运算放大器182的输出126以分别地由电阻器170和174的值R、电容器178的值C、以及在节点 190和194处的电压的值Va和Vb所确定的速率向下积分。当集电极开路驱动器166启动时，运算放大器182的输出126以分别地由电阻器170和174的值R、电容器178的值C、以及在节点190和194处的电压的值Va和Vb所确定的速率向上积分。锁存器106接收来自输入传感器82的输入信号90。当输入信号90升高到高于第一阈值时，锁存器106被设定，该第一阈值是由该锁存器确定的并且典型地是约5伏。当锁存器106被设定时，锁存器106的输出122是高的并且集电极开路驱动器166被启动。锁存器106还接收来自比较器206的信号202。当锯齿波形发生器电路110的输出信号1 上升到高于电压V3时，比较器206输出高电压，以重设锁存器106，高电压典型地约为5伏。 当锁存器106被重设时，它输出低电压，典型地约为0伏，该低电压由集电极开路驱动器166 接收。当集电极开路驱动器166接收低电压时，集电极开路驱动器166不启动并且集电极开路驱动器166的输出浮置。因此，锯齿波形发生器电路110的输出1 开始以固定速率向下积分，直至锁存器106再次由输入信号90设定。当到锁存器106的输入信号90是诸如频率为Fl的周期性脉冲序列的信号时，锯齿波形发生器电路110的输出1 是具有与输入信号90近似相同频率的锯齿波形。该锯齿波形在等于V3的最大电压与任意地表示为Vx 的最小电压之间振荡。该最小电压Vx取决于输入信号90的频率以及信号1 用以向上和向下积分的速率(即该锯齿波形上升和下降的斜率)。跟踪及保持电路114接收来自锯齿波形放大器电路110的输出1 并且输出DC 电压130，该DC电压对于锯齿发生器电路110的输出126的最小电压Vx进行跟踪。跟踪及保持电路的实例示例于图5中，其中跟踪及保持电路114接收来自锯齿波形发生器电路110 的输出1 作为输入信号V5并且接收来自锁存器106的方波输出122作为输入信号V4。跟踪及保持电路114输出DC电压130作为输出信号V6。锯齿发生器电路110的输出126的最小电压Vx能够根据等式2来确定，其中A是由锯齿波形发生器电路110中的部件和偏置电压值所确定的常数。
1Vs = ￥, - Λ——等式 2
‘ . FI当信号1 处于最小电压Vx时，方波信号122从低电压转变成高电压。在方波信号122由低至高转变时，跟踪及保持电路114对信号1 的电压进行采样。从而，跟踪及保持电路114的输出130近似等于信号1 的最小电压Vx。电压控制的振荡器118接收最小电压Vx并且产生频率为F2的输出信号134，该频率能够根据等式3来确定，其中B是由VCO
118的电路参数所确定的常数。
j — = B(￥3 - Vs》等式 3更具体地，VCO 118包括两个比较器218和226、锁存器210、以及锯齿发生器电路 234。当锯齿波形发生器电路234的输出134在低于跟踪及保持电路114的输出信号130 的电压时，比较器218输出高电压。当锯齿波形发生器电路234的输出134高于V1时，比较器2 输出高电压。锁存器210接收由比较器218输出的信号214以及由比较器2 输出的信号222。当来自比较器218的信号214为高时(典型地约5伏)，锁存器210被设定并且输出高电压230。当来自比较器2 的信号222为高时(典型地约5伏)，锁存器210 被重设并且输出低电压230。锯齿波形发生器电路234类似于锯齿波形发生器电路110并且以类似方式操作。 如所示例的，这些电路部件具有相同的名义值(例如，R和C)，以类似方式连接，并且执行类似功能。已经给予类似部件300系列的类似的参考号。当集电极开路驱动器366接收高输入电压230时，锯齿波形发生器电路234的输出134向上积分，或线性增大。当集电极开路驱动器366接收低输入电压230时，锯齿波形发生器电路234的输出134向下积分，或线性减小。从而，锯齿波形发生器电路234的输出134增大，直至输出134变成大于乂1，在这一点，比较器226的输出变为高并且重设锁存器210。然后，锯齿波形发生器电路234的输出134开始减小直至输出134变成小于跟踪及保持电路114的输出130，在这一点，比较器 218输出高电压来设定锁存器210。当锁存器210被设定时，输出134再次开始增加。该循环自身重复，使得非线性频率倍增器电路94的输出端输出锯齿波形，该波形在Vx与V1之间以由等式3描述的频率F2振荡。能够通过将等式2代入等式3并且进行简化处理来简化等式3。在简化后，等式3可以重写如下。丨-等式4如通过将等式1与等式4进行比较能够看到，α等于AB并且β等于B(V3-V1)。 等式1和4可以互换地使用。为了简单，对切割速率倍增器18的用户公开等式1。在一些构造中，切割速率倍增器18可以包括多个用户选项，多个用户选项容许用户通过调节非线性切割速率倍增器18的前面板M上的开关来选择期望的β值或以其它方式选择用于β 的值。例如，开关可以设置在前面板M上以允许用户选择用于V3的电压，该电压被施加到比较器206的负输入端上。替代地，开关可以设置在前面板M上以允许用户选择用于V1的电压，该电压被施加到比较器226的负输入端上。图4示例了非线性切割速率倍增器电路400的第二实施例(以示意图形式示出)。 输入传感器401感测来自驱动单元14的信号86并且将具有相同频率的AC信号402输出到非线性频率倍增器电路403以及触发电路405。类似于图2的非线性频率倍增器电路94的倍增器电路403包括比较器407、锁存器409、锯齿波形发生器410、跟踪及保持电路414、以及VCO 418，它们都以对于图2所描述的类似方式来工作。VCO 418生成输出信号420，该输出信号是频率为输入信号86的频率的非线性倍数的AC信号。驱动系统422接收来自触发电路405的输出信号424以及AC信号420。驱动系统422将接收的信号转换成电信号430，该电信号驱动电致动的玻璃体切割
ο在替代实施例中，代替使用模拟频率倍增器电路78，通过微控制器单元 (“MCU”)88利用多个数字部件来驱动或操作可变非线性切割速率倍增器18。如图6中所示，微控制器单元88包括输入计数定时器硬件76、处理器84以及输出计数定时器硬件92， 其中所有部件定位在单个芯片上。在其它实施例中，MCU 88能够包括未定位在单个芯片上的附加部件。输入传感器82感测来自驱动单元14的信号86并且将具有相同频率的交流 (“AC”)信号90输出到MCU 88。 此外，处理器84连接到显示器74，该显示器显示能够由用户通过前面板按钮72来选择的不同类型的主机系统(驱动单元14)以及相应的切割速率。图7示出了主机系统选择表的实例，对于用户而言该表可以通过显示器74以及前面板按钮72而得到。附加数据或元件可以包括在该表中，这对于本领域中普通技术人员来说是显然的。另外，MCU 88的处理器84连接到切割器连接传感器80，该传感器能够传送该切割器22的不同状态。使用从切割器连接传感器80接收到的信息，通过执行切割器测试，处理器84能够确定切割器22 是否工作正常，该测试在下面更详细地描述。在切割器测试期间，处理器84接收来自切割器连接传感器80的信号并且使用不同的计算来确定切割器22是否在任何方面存在缺陷，并且因此能对病人构成危险。例如， 通过测量循环气体的压力和体积，该切割器测试寻找管42和46中导致切割器22发生潜在故障的泄漏。此外，能够使用该切割器测试来确定切割器22的任何其它的或全部部件是否工作正常。用于启动该切割器测试的常规方法要求切割器22的操作者执行涉及控制件/开关的动作，以启动该测试(例如，按下按钮)。在本发明的实施例中，从将切割器22连接到倍增器18的动作自动地促发该切割器测试。该切割器测试的此自动促发有助于避免由人类操作者造成的潜在错误或疏忽并且证实不存在与切割器22相关联的危险。通过耦合到开关机构260上的机械开关沈5来促发该切割器测试(图11)，其中开关265是基于将切割器22连接到倍增器18的动作而自动“按压”的。如图11所示，开关机构260包括开关沈5、开关框(switch block) 270，该开关框在相对邻近开关框270的位置中以及连接到鲁尔杆275的位置中啮合并支撑开关沈5，该鲁尔杆将玻璃体切割探针鲁尔连接器295气动地连接到倍增器18。开关机构260进一步包括开关致动器观5，该致动器在鲁尔杆275的顶表面上向内滑动并且包括致动开关沈5的凸缘(未示出)；弹簧观0， 当探针鲁尔连接器295未连接到倍增器18时，该弹簧将开关致动器285从开关265释放； 以及鲁尔锁紧头四0，该鲁尔锁紧头与鲁尔杆275啮合以将开关致动器观5以及弹簧280 紧固在鲁尔杆275上。玻璃体切割探针鲁尔连接器295位于鲁尔锁紧头290中并且包括向内的开口，该开口啮合鲁尔杆275的鲁尔头，其中当鲁尔连接器295连接到倍增器18时，探针鲁尔连接器295提供压力来“按压”开关致动器观5以启动开关沈5。也能够使用开关机构沈0的另外实施例以及元件，并且这对于本领域普通技术人员而言是显然的。在实施例中，通过微控制器单元88的处理器84来执行该切割器测试，并且开关机构260定位在倍增器18的主体内。在替代实施例中，倍增器18和驱动单元14能够合并到单个单元中，该单元连接到切割器22并且对切割器22的切割速率进行控制。在这种情况下，通过该合并 (consolidated)单元的控制器来执行切割器测试并且开关机构260定位在该合并单元的主体内。在本发明的实施例中，输入计数定时器硬件76接收从输入传感器82发出的初始 AC信号90并且测量从输入传感器82接收到的脉冲之间的周期(Pin)以确定所接收的信号的频率。然后计数定时器硬件76将信号200传送到处理器84中，该处理器使用非线性倍增来修改信号200的频率。处理器84中频率的修改(倍增)是基于用于调节频率的不同函数，这些函数由用户通过前面板按钮72输入。任何主机系统(驱动单元14)都能够具有如图7中所示的预定的切割速率范围。此外，在手术处置期间，用户能够通过改变该主机装置(驱动单元14)的输出端最大切割速率或切割速率倍数来调节该切割速率。不同的输出端最大切割速率和切割速率倍数的实例示于图8中，但是其它的变更对于本领域普通技术人员而言是显然的。当处理器84倍增了接收到的切割速率信号之后，处理器84将两个信号/命令的形式的修改的频率传送到输出计数定时器硬件92中。205信号/命令确定输出周期(P。ut)， 通过该周期，计数定时器硬件92控制传送到切割器22的电脉冲(信号)之间的定时。该输出周期P。ut基于在处理器84中执行的非线性频率计算。215信号/命令以与前面对于图 2所述相同的方式确定经由输出计数定时器硬件92传送到切割器22的信号的波形整形。输出计数定时器硬件92基于从处理器84接收到的信号产生输出信号146。输出信号146提供给电磁输出阀150。电磁输出阀150接收来自压缩气体源158的压缩气体 154(或压缩空气)。信号146使得电磁阀150开启和关闭，这会导致产生气体脉冲序列(或气动信号)162。该气体脉冲序列提供给切割器22，以便以接近微控制器单元88的输出信号162的频率的频率来气动地操作或驱动切割器22。图9示出了图示255，该图示表示用于调节切割速率频率的数个函数，它们能够由微控制器单元88的处理器84来执行。能够使用前面板按钮72，或任何其它类型的用户控制件，来配置处理器84以执行这些用于调节频率的函数(变换函数)。在图9中，图示255 的χ轴代表来自驱动单元14的信号的输入速率并且y轴代表在由处理器84执行非线性倍增之后该信号的输出速率。该图示的函数(1)代表等式P。ut = AXPin-B(其中A和B是常数)，该等式在数学上等价于如在本申请中所描述的输入信号的非线性频率倍增。函数(2) 代表等式P。ut = K X Pin (其中K是常数)，该等式在数学上等价于该输入信号的固定常数(线性)频率倍增。因此，微控制器单元88允许在非线性与线性倍增之间的可切换性，并且能够以非线性和线性切割速率两者将倍增的信号输出到该玻璃体切割器。函数(3)代表等式 Pout = CXPin2+DXPin+E (其中C、D和E是常数)，该等式提供了稍微改进的非线性频率倍增算法，该算法在输入切割速率的中间范围中具有更高效的倍增因数，这给予外科医生对切割器22的更好的控制。从而，数字微控制器单元88允许进一步优化并且控制所输出的切割速率信号。例如，在低于某一阈值输入速率时(即，对于比某一阈限更长的输入脉冲周期)，能够响应于每个输入脉冲由处理器84生成单个输出脉冲。换言之，由处理器84使用的倍增因数是一。 替代地，在高于该阈值输入速率(对于短于该阈限的输入周期)时，可以应用来自图8的线 (3)或线(4)的等式。这种方法的益处是能够平滑地控制切割器22降低到非常低的切割速率，以及升高到非常高的切割速率。图10示例了用于操作非线性切割速率倍增器18以控制玻璃体切割系统10的切割速率的一种方法100。这个方法中第一步骤是打开非线性切割速率倍增器18的电源(步骤10 。该方法100中的下一个步骤是验证非线性切割速率倍增器18的前面板按钮72是否为“开”(步骤115)。如果该面板按钮不是“开”，则该方法返回到步骤105。如果面板按钮为“开”，则用户能够选择连接到非线性切割速率倍增器18的“主机”或驱动单元14的类型(步骤120)。显示器74示出可供使用的主机类型以及针对每种主机类型的对应的切割速率范围以及切割速率控制形式(脚踏板、面板、或其它)。在下一步骤中，方法100验证切割器22是否连接到倍增器18并且准备好用于操作(步骤125)。如果切割器22已经准备好用于操作，则处理器84执行切割器测试(步骤 135)。如果切割器22未通过切割器测试(步骤140)，则处理器84检查切割器22是否连接到倍增器18以及驱动单元14(步骤14 。倍增器18的函数总体上允许切割器22以比从驱动单元14输入的频率速率高得多的速率驱动，其中驱动单元14仍然控制非线性切割速率倍增器18。当该切割器22未通过该切割器测试，并且仍然连接到该倍增器18时，该方法在步骤145中循环，直至用户将切割器22与倍增器18断开连接。当切割器22断开连接时，该方法返回到步骤125，这时用户将新切割器连接到倍增器18。当切割器22通过了该切割器测试时(步骤140)，用户能够通过使用前面板按钮来选择和改变所期望的切割速率(步骤155)。然后处理器84确定驱动单元14是否正在将压力脉冲(信号)输出到非线性倍增器18(即用来检查是否它为“开”)(步骤160)。如果该驱动单元不为“开”，则方法返回到步骤155。如果驱动单元为“开”，则处理器84确定从驱动单元14传送的输入频率速率(步骤16幻。在下一个步骤中，处理器84基于用户期望的输入使用倍增来计算该输出频率速率(步骤17 。在步骤180中，MCU 88的处理器84 设定用于驱动高速玻璃体切割器系统10的输出计数定时器硬件92的输出信号。最后，只要切割器22连接到倍增器18并连接到电源，玻璃体切割系统10就将继续工作。当切割器 22连接时(步骤18 ，用户就能够在任何时间通过返回到步骤155来调节该切割速率的频率。 从而，除了其它事项之外，本发明以提供非线性切割速率倍增器的形式的附件，该附件可操作以接收来自驱动单元的信号、处理该信号、并且输出致动信号以便以由该驱动单元输出的频率的非线性倍数的频率或速率来驱动高速玻璃体切割器，从而除了别的事项之外为用户提供多种以前不能实现的切割速率。
权利要求
1.一种用于玻璃体切割器的切割速率控制器，所述切割速率控制器包括输入端，用于接收来自主机驱动单元的初始切割速率信号；可变非线性切割速率倍增部件，用于以可变非线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增；以及输出端，用于以所述可变非线性切割速率来将所倍增的信号提供给所述玻璃体切割
2.如权利要求1所述的切割速率控制器，其中，所述可变非线性切割速率倍增部件包括模拟部件。
3.如权利要求1所述的切割速率控制器，其中，所述可变非线性切割速率倍增部件包括数字部件。
4.如权利要求1所述的切割速率控制器，还包括用于以线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增的线性切割速率部件，其中，所述控制器可在所述可变非线性切割速率与所述线性切割速率之间进行切换，并且其中，所述输出端可以以所述可变非线性切割速率和所述线性切割速率来将所倍增的信号提供给所述玻璃体切割器。
5.如权利要求4所述的切割速率控制器，还包括操作者切割速率控制件，以在所述可变非线性切割速率与所述线性切割速率之间进行切换。
6.如权利要求4所述的切割速率控制器，还包括操作者主机驱动单元控制件，以选择与所述主机驱动单元相关联的主机类型。
7.如权利要求4所述的切割速率控制器，其中，所述切割速率控制器针对所述初始切割速率的基本较低的切割速率，以所述线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增，并且针对所述初始切割速率信号的基本较高的切割速率，以所述可变非线性切割速率来对所述初始切割速率进行倍增。
8.一种操作用于玻璃体切割器的切割速率控制器的方法，所述方法包括接收来自主机驱动单元的初始切割速率信号；以可变非线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增；以及以所述可变非线性切割速率来将所倍增的信号输出到所述玻璃体切割器。
9.如权利要求8所述的操作切割速率控制器的方法，其中，以所述可变非线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增是使用模拟部件执行的。
10.如权利要求8所述的操作切割速率控制器的方法，其中，以所述可变非线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增是使用数字部件执行的。
11.如权利要求8所述的操作切割速率控制器的方法，还包括以所述线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增；以及给所述控制器提供在所述可变非线性切割速率与所述线性切割速率之间的可切换性， 其中，可以以所述可变非线性切割速率和所述线性切割速率来将所倍增的信号输出到所述玻璃体切割器。
12.如权利要求11所述的操作切割速率控制器的方法，还包括提供操作者切割速率控制件，以在所述可变非线性切割速率与所述线性切割速率之间进行切换。
13.如权利要求11所述的操作切割速率控制器的方法，还包括提供操作者主机驱动单元控制件，以选择与所述主机驱动单元相关联的主机类型。
14.如权利要求11所述的操作切割速率控制器的方法，其中，所述切割速率控制器针对所述初始切割速率信号的基本较低的切割速率，以所述线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增，并且针对所述初始切割速率信号的基本较高的切割速率，以所述可变非线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增。
15.如权利要求11所述的操作切割速率控制器的方法，其中，所述切割速率控制器针对所述初始切割速率信号的基本较低的切割速率，以所述线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增，针对所述初始切割速率信号的基本中间范围的切割速率，以相对高的可变非线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增，并且针对所述初始切割速率信号的基本高的切割速率，以相对平均的可变非线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增。
16.一种用于控制玻璃体切割器的系统，所述系统包括主机驱动单元，用于提供初始切割速率信号；切割速率控制器，所述切割速率控制器包括用于接收所述初始切割速率信号的输入端、用于以可变非线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增的可变非线性切割速率倍增部件、以及用于以所述可变非线性切割速率来将所倍增的信号提供给所述玻璃体切割器的输出端；以及玻璃体切割器，用于接收所倍增的信号并且以与所倍增的信号相关联的切割速率操作。
17.如权利要求16所述的用于控制玻璃体切割器的系统，其中，所述切割速率控制器包括模拟部件。
18.如权利要求16所述的用于控制玻璃体切割器的系统，其中，所述切割速率控制器包括数字部件。
19.如权利要求16所述的用于控制玻璃体切割器的系统，其中，所述切割速率控制器还包括用于以线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增的线性切割速率倍增部件，并且其中，所述输出端可以以所述可变非线性切割速率和所述线性切割速率来将所倍增的信号提供给所述玻璃体切割器。
20.如权利要求19所述的用于控制玻璃体切割器的系统，其中，所述切割速率控制器还包括操作者切割速率控制件，以在所述可变非线性切割速率与所述线性切割速率之间进行切换。
21.如权利要求19所述的用于控制玻璃体切割器的系统，其中，所述切割速率控制器还包括操作者主机驱动单元控制件，以选择与所述主机驱动单元相关联的主机类型。
22.如权利要求19所述的用于控制玻璃体切割器的系统，其中，所述切割速率控制器针对所述初始切割速率信号的基本较低的切割速率，以所述线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增，并且针对所述初始切割速率信号的基本较高的切割速率，以所述可变非线性切割速率来对所述初始切割速率信号进行倍增。
全文摘要
提供了一种用于玻璃体切割器的非线性切割速率倍增器，由此可以以非线性方式来对来自主机驱动系统的信号进行倍增，从而对所述玻璃体切割器实现显著较高的切割速率。取决于从所述主机驱动系统接收到的切割速率，所述倍增器可以被配置成生成后续的切割速率，该后续切割速率潜在地对于所述主机驱动系统的较低切割速率是线性的，并且对于所述主机驱动系统的较高切割速率是可变非线性的。
文档编号A61F9/007GK102497840SQ201080027517
公开日2012年6月13日 申请日期2010年4月19日 优先权日2009年5月26日
发明者D·E-b·陈, E·W·彼得松 申请人:仪诺康科技(天津)有限公司