具有涡流压力传感器的眼科射流系统的制作方法

1.本披露内容涉及与眼科手术相关的系统和方法，更具体地涉及在眼科手术期间监测流体压力。


背景技术：

2.在眼外科手术中，经常在手术期间从眼睛中吸出流体。例如，在玻璃体视网膜手术中，可以使用装置来从眼睛中吸出玻璃体物质。作为另一示例，在白内障手术中，可以使用装置来破碎或乳化晶状体并且从眼睛中吸出经破碎或乳化的晶状体。在这些或其他手术中，可以将平衡盐溶液(bss)或其他冲洗流体引入眼睛内并且在手术期间作为吸出的流体的一部分被去除。
3.在这种眼外科手术中，可能期望监测被吸出的流体在其被吸出时的压力。这样可以帮助操作者调节手术、监测眼内压和/或确定抽吸管路中是否存在任何部分或完全阻塞。另外，可能期望监测被引入眼睛内的流体的压力。这样也可以帮助操作者调节手术和/或监测眼内压。
4.在以下美国专利中披露了用于眼科手术的流体冲洗和抽吸和/或压力测量的先前系统：美国专利号6,261,283、美国专利号6,293,926、美国专利号6,572,349、美国专利号6,632,214、美国专利号6,740,074、美国专利号6,902,542、美国专利号6,962,488、美国专利号7,393,189、美国专利号8,011,905、美国专利号8,545,198、美国专利号8,790,096、美国专利号9,482,216以及美国专利号9,931,447，这些专利的披露内容通过引用以其全文并入本文。在美国专利号5,910,110和美国专利号5,470,312中另外披露了先前压力传感器，这些专利的披露内容通过引用以其全文并入本文。
5.用于在眼科手术期间监测流体压力的先前系统包括利用测力单元来测量与流体接触的隔膜的偏转以及利用对与流体接触的隔膜的偏转的光学测量。测力单元系统涉及使测力单元换能器与位于隔膜的与流体相反一侧的隔膜相接触。这种接触方法可能具有有限的频率响应和相对较高的滞后，并且可能需要对传感器进行额外保护以满足安全要求。光学系统涉及使光从隔膜上反射以测量其位移。虽然这是非接触式方法，但是这种系统可能对隔膜的光学调准和/或表面光洁度变化敏感。
6.因此，需要有用于对眼科手术中的流体压力进行监测的改进系统和方法。


技术实现要素：

7.本披露内容涉及用于对眼外科手术系统中的流体压力进行测量的系统和方法。
8.在一些实施例中，一种眼外科手术系统包括机头，具有用于在眼睛内部执行眼外科手术的工作端头；冲洗系统，用于在眼外科手术期间向所述眼睛输送冲洗流体，所述冲洗系统包括冲洗源、所述机头中的冲洗路径、以及在所述冲洗源与所述机头中的所述冲洗路径之间的冲洗管；抽吸系统，用于在眼外科手术期间从所述眼睛中吸出流体，所述抽吸系统包括所述机头中的抽吸路径、从所述机头中的所述抽吸路径延伸的抽吸管、以及用于通过
所述抽吸管和所述机头中的抽吸路径提供吸力的泵；以及涡流压力传感器系统。在一些实施例中，示例涡流压力传感器系统包括导电的可移动隔膜，所述隔膜具有第一侧和第二侧，所述隔膜的第一侧面向流动路径，所述流动路径或用于从所述眼睛中吸出的抽吸流体或用于被输送到所述眼睛的冲洗流体；以及涡流位置传感器，所述涡流位置传感器被定位在所述隔膜的第二侧而不接触所述隔膜，所述涡流位置传感器包括位置传感器线圈和信号调节电子器件，所述位置传感器线圈可由高频交流电激活，所述信号调节电子器件能够感测当所述隔膜与所述位置传感器线圈之间的间隙改变时所述位置传感器线圈中的电感或阻抗变化或谐振频率变化，并且能够将所述变化转变为与流体压力相关的位移信号。
9.在一些实施例中，所述位置传感器线圈被容置在非导电壳体中。在一些实施例中，所述涡流位置传感器包括用于以高频激活所述位置传感器线圈的高频振荡器。
10.在一些实施例中，眼外科手术系统包括与射流盒结合的射流模块，所述射流模块和射流盒一起包括冲洗路径，通过所述冲洗路径在眼外科手术期间将冲洗流体输送到眼睛；抽吸路径，通过所述抽吸路径在眼外科手术期间将吸出的流体从所述眼睛中去除；以及如本文中披露的涡流压力传感器系统。
11.在一些实施例中，一种对眼外科手术系统中的流体压力进行测量的方法包括：在眼外科手术期间使流体通过流体流动路径，其中，导电的可移动的隔膜被定位成使所述隔膜的第一侧面向所述流体流动路径；通过高频交流电激活位置传感器线圈，其中，所述位置传感器线圈被定位在所述隔膜的第二侧而不接触所述隔膜；以及感测当所述隔膜与所述位置传感器线圈之间的间隙由于所述流体流动路径中的流体压力改变而改变时所述位置传感器线圈中的电感或阻抗或谐振频率变化，并且将所述变化转变为与流体压力相关的位移信号。在一些实施例中，所述流体流动路径可以是抽吸路径。在一些实施例中，所述流体流动路径可以是冲洗路径。
附图说明
12.附图展示了本文中披露的系统和方法的实施方式，并且与说明书一起用于解释本披露内容的原理。
13.图1展示了可以用于根据本披露内容的系统和方法的眼科手术控制台的示例。
14.图2是可以用于根据本披露内容的系统和方法的射流系统的示例的示意图。
15.图3展示了可以用于根据本披露内容的系统和方法的盒的示例的分解视图。
16.图4展示了隔膜和射流模块的示例，该射流模块是可以用于根据本披露内容的系统和方法的眼科手术控制台的一部分。
17.图5是可以用于根据本披露内容的系统和方法的压力传感器的示例的示意图。
18.图6是图6的压力传感器的示意图，示出了磁场和感应涡流。
19.参考以下详细描述可以更好地理解附图。
具体实施方式
20.出于促进对本披露内容的原理的理解的目的，现在将参考附图中展示的实施方式，并且将使用特定语言来描述这些实施方式。然而应理解，并非旨在限制本披露内容的范围。本披露内容所涉及的技术领域内的技术人员通常完全能够设想到对于所描述的装置、
器械、方法的任何改变和进一步的修改，以及本披露内容的原理的任何进一步应用。特别地，关于一种实施方式描述的特征、部件和/或步骤可以与关于本披露内容的其他实施方式描述的特征、部件和/或步骤相组合。为了简单起见，在某些情况下，在所有附图中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。
21.图1展示了可以用于根据本披露内容的系统和方法的眼科手术控制台100的示例。眼科手术控制台100可以类似于如美国专利号9,931,447中所示和描述的眼科手术控制台，该专利的全部披露内容特此通过引用明确并入本文。眼科手术控制台100可以类似于已知且已用于比如可从爱尔康实验室公司(alcon laboratories,inc.，美国得克萨斯州沃思堡市)获得的视觉系统或可从爱尔康实验室公司(alcon laboratories,inc.，美国得克萨斯州沃思堡市)获得的视觉系统的眼科手术控制台、或适合使用本文所述的原理的任何其他眼科手术控制台。
22.如图1所示，示例眼科手术控制台100包括其中设置有计算机系统的壳体102以及关联显示屏104，该显示屏示出了与眼外科手术期间的系统操作和性能有关的数据。控制台100还包括脚踏板106，操作者可以使用该脚踏板来控制一种或多种功能。
23.控制台100包括一个或多个可以用于执行眼外科手术的系统。例如，控制台100包括射流系统200(图2)，该射流系统包括用于向眼睛输送流体的冲洗系统以及用于从眼睛中吸出流体的抽吸系统。控制台100还可以包括用于驱动超声振荡机头(比如在白内障手术期间是用于超声乳化术)的超声波发生器系统和/或用于驱动玻璃体切除机头的气动玻璃体切除刀系统。该系统可以重合和配合以执行手术的多个不同的方面。
24.图2是可以用于根据本披露内容的系统和方法的射流系统200的示例的示意图。射流系统200可以类似于如美国专利号9,931,447中所示和描述的射流系统，或类似于已知且已用于比如视觉系统或视觉系统的射流系统，或类似于适合使用本文所述的原理的任何其他射流系统。
25.射流系统200包括均与机头118连通的冲洗系统300和抽吸系统302。冲洗系统300包括：比如无菌溶液储器等冲洗源304，对从储器到手术部位的流量进行调节的冲洗阀306，柔性冲洗管308，机头118中的冲洗路径310，以及可以被视为机头118的一个部件的套筒312。机头118包括工作端头334(比如超声乳化端头或玻璃体切除针)，并且在一些实施例中，冲洗套筒312可以设置在工作端头334周围。
26.示例冲洗系统300在冲洗源304与机头118之间延伸，并且在外科手术期间通过冲洗流动路径将冲洗流体运送到手术部位(在图2中标记为眼睛10)。冲洗源304可以是机械加压流体源，例如夹紧压力系统。在其他实施例中，冲洗源304可以是通过可以调整或不可以调整的杆(例如，iv杆)而悬置的源。可以使用其他流体源。在一个示例中，无菌流体是盐水流体；然而，也可以使用其他流体。
27.在一些实施例中，冲洗管308由多个区段形成，其中一些区段是刚性的，而其他区段是柔性的。同样，在一些实施例中，冲洗系统300的至少一部分被形成在与图1中的控制台100配合的盒314中，以提供冲洗源304与患者的眼睛10之间的流体连通。可以经由机头中的压力传感器或经由压力传感器602(如下所述)来监测冲洗流动路径中的流体的压力。
28.示例抽吸系统302包括机头118中的抽吸路径316、柔性抽吸管318、泵322、通气阀
324、排放管路储器326、以及排放器或排放储器328。机头连接器330将机头118中的抽吸路径316连接到抽吸管318。盒连接器332将抽吸管318连接到盒314中的盒抽吸管路。如图可见，抽吸系统302从手术部位(眼睛10)延伸到排放储器328。抽吸系统302(包括抽吸流体路径316)可以与机头118的工作端头334的孔处于流体连通。抽吸系统302用于在外科手术期间通过抽吸流动路径从眼睛中吸出流体以及要从眼睛中吸出的比如乳化颗粒或玻璃体纤维等任何其他物质。
29.在一些实施例中，抽吸管318由多个区段形成，其中一些区段是刚性的，而其他区段是柔性的。同样，在一些实施例中，抽吸系统302的至少一部分被形成在与图1中的控制台100配合的盒314中，以提供机头118与排放储器328之间的流体连通。排放储器328可以是袋或任何合适的容器，并且在一些实施例中，该排放储器可以是排放器而不是自含式储器。
30.当抽吸路径被阻塞时，比如在手术期间当晶状体碎片进入并堵塞抽吸路径的各部分时，手术系统可以经由机头中的压力传感器或经由压力传感器600来检测真空或压力差(如下所述)。手术系统可以控制通气阀324打开以释放抽吸路径中的真空或压力差并减少阻塞的影响。这将减少任何所产生的涌动的幅度并维持预定真空水平，以免降低手术的效率。
31.图3展示了可以与根据本披露内容的图2的射流系统200一起使用的盒314的示例的分解视图。盒314的主体可以由彼此联接的上壳体410和下壳体420形成。壳体410和420可以由刚性热塑性材料(比如聚碳酸酯和/或聚砜)形成以提供刚性和结构。泵接口部分450可以设置在盒314中以接合泵322。泵322可以是弹性体泵，其被配置为驱动抽吸流动路径中的流体流动。具有弓形弹性体通道盖454的盖452可以放置在泵接口部分450上方作为泵322的一部分。在盒314中还可以设置通气阀室430和冲洗阀室440。通气阀室430可以被配置为容纳通气阀324。冲洗阀室440可以被配置为容纳冲洗阀306。
32.冲洗流动路径和抽吸流动路径的各部分可以延伸作为盒314的主体内部的通道和/或管。通气阀室430可以被定位在通气路径350中，使得通气阀324可以选择性地关闭和打开以允许经由通气路径350来进行真空通气。在一些实施例中，通气阀324可以是由高密度弹性聚合物(比如聚乙烯或缩醛)形成的旋转旋塞阀，使得通气阀324可以被压配到通气阀室430中。因此，通气阀324可以在由具有角度位置编码器的阀马达(未示出)驱动时在通气阀室430内旋转，以选择性地打开和关闭通气路径350。
33.盒314具有孔462、464和凹口466、468，用于当盒314被装载到控制台100中时将盒314与控制台100对准。盒314可以是可以用于单次患者手术的可移除的且一次性或消耗性用品。新盒314可以用于新的手术。
34.图3还示出了可以用于抽吸系统的压力传感器的隔膜402以及可以用于冲洗系统的压力传感器的隔膜404。隔膜402通过保持环406被保持在盒314内的适当位置。隔膜404通过保持环408被保持在盒316内的适当位置。保持环406、408可以附接到盒314的壳体上，并且隔膜402、404可以例如通过粘合剂或焊接而固定在相应的保持环406、408与盒314的壳体之间和/或以其他方式固定于相应的保持环406、408和/或盒314的壳体。以下进一步描述隔膜402、404及其在压力传感器中的功能。
35.图4展示了隔膜402和射流模块500，该射流模块是可以用于根据本披露内容的系统和方法的眼科手术控制台100的一部分。射流模块500被设计为接纳盒314，并且作为射流
系统200的一部分而与盒314相互作用。射流模块500具有与盒314的孔462、464对准的凸耳562、564以及与盒314的凹口466、468对准的凸耳566、568，用于将盒314装载到控制台100中。
36.射流模块500具有泵壳区域550，该泵壳区域用于容纳泵322的机械装置，以与盒314的弓形弹性通道盖454相互作用。射流模块500具有分别用于容纳冲洗阀306和通气阀324的区域506、524。射流模块500进一步具有分别用于容纳隔膜402、404的区域502、504。区域502、504可以分别根据隔膜402、404来成形和确定尺寸。例如，隔膜402、404可以是圆形的，并且区域502、504可以是圆形的。射流模块500可以具有用于容置压力传感器600的线圈的非导电压力传感器线圈壳体510和/或用于容置压力传感器602的线圈的非导电压力传感器线圈壳体512。作为替代方案，压力传感器600的线圈和/或压力传感器602的线圈可以利用印刷电路板上的迹线(例如，铜或其他合适的导体)来实现。
37.图5是可以用于根据本披露内容的系统和方法的压力传感器600的示例的示意图。如图5所示，压力传感器600包括位置传感器，该位置传感器包括位置传感器线圈610。如本领域普通技术人员将理解的，示意性地展示了位置传感器线圈610。在一些实施例中，如上所述，位置传感器线圈610(和/或压力传感器602的位置传感器线圈612)可以利用印刷电路板上的迹线来实现。如从图4和图5以及本文的披露内容可以理解的，位置传感器是非接触式传感器，即，其不与隔膜402物理接触。位置传感器也不与被测量的流体接触，因为隔膜将流体与位置传感器隔离。
38.隔膜402是响应于施加在其上的流体压力而移动的导电片或导电板。例如，隔膜402可以是薄的金属材料，比如不锈钢或其他合适的金属或导电材料。例如，隔膜的直径可以是约0.5英寸，并且厚度可以是约0.003英寸。其他合适的材料、形状和尺寸是可能的并且可在本披露内容的范围内设想到。
39.位置传感器线圈610是作为交流电路的一部分的导电线圈。位置传感器线圈610可以相对较小，例如直径2
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4毫米并且高度约0.5毫米，尽管其他合适的尺寸也是可能的并且可在本披露内容的范围内设想。
40.该系统进一步包括交流电和高频振荡器620的来源以及测量装置630，该测量装置可以包括测量位置传感器线圈610的阻抗、电感或谐振频率变化的信号调节电路，用于进行如下所述的测量。高频振荡器产生用于本文所述的目的的合适频率，例如2mhz或任何其他合适的频率。位置传感器线圈610通过引线被连接到电路的其余部分。当位置传感器线圈610被高频振荡器激活时，由于电流流过线圈而使其产生磁场。
41.压力传感器600用作涡流压力传感器。图6是图5的压力传感器600的示意图，示出了磁场和感应涡流。当位置传感器线圈610由交流电激活时，其产生如图所示的磁场710。此磁场710在非常靠近位置传感器线圈610的导电隔膜402内感应呈涡流720形式的局部电流。涡流720产生与磁场710相反的磁场730。涡流720和所产生的磁场730导致位置传感器线圈610的电感或阻抗或谐振频率的改变。
42.如从图3可以理解的，隔膜402与通过抽吸管路从眼睛中吸出的流体接触。隔膜402是非侵入性的，并且将流体与压力传感器600的其余部分隔离。当流体压力在隔膜402上改变时，隔膜402的位置响应于压力变化而略微改变。因此，隔膜402的位置相对于位置传感器线圈610的固定位置而改变。这些位置改变引起不同的涡流720和不同的磁场730，这进而引
起压力传感器线圈610的电感或阻抗或谐振频率的差异。
43.测量装置630能够测量位置传感器线圈610的电感或阻抗或谐振频率的改变。当隔膜402与位置传感器线圈610之间的间隙改变时，信号调节电子器件感测电感或阻抗或谐振频率变化。信号调节电子器件将这种变化转变为可用的位移信号，即，根据这些测量值，位置传感器用于确定隔膜402的位置。信号调节电子器件可以包括可用电子器件，例如可从德州仪器公司(texas instruments)获得的ldc1614电感
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数字转换器。通过用流体压力来校准已确定的位置，建立了相关性，通过该相关性基于测量装置630的测量值来确定流体压力。因此，涡流压力传感器600用于确定作用在隔膜402上的流体压力。
44.虽然压力传感器600已经被展示为是用于抽吸流体的压力传感器，但是如本文中披露的涡流压力传感器也可以用作用于冲洗流体的压力传感器602。例如，在图5和图6中，隔膜402可以是隔膜404，压力传感器600可以是压力传感器602，并且位置传感器线圈610可以是位置传感器线圈612(如图2示意性所示)。隔膜404可以类似于如本文所述的隔膜402，并且可以如本文关于用于抽吸流体的压力传感器600所述的那样设计和操作用于冲洗流体的压力传感器602。如果在同一系统中使用两个或多个如本文所述的涡流压力传感器(例如，一个用于抽吸流体，而另一个用于冲洗流体)，则可能期望以不同的频率来操作不同的传感器以避免干扰。
45.在如本文中披露的眼外科手术系统中使用涡流压力传感器600和/或602能够以非接触、非侵入方式测量眼科手术中的流体压力。这种系统提供了优于在接触方法中使用与隔膜接触的测力单元传感器的先前眼外科手术系统的优点，这些先前眼外科手术系统除了传感器可能需要额外保护以满足安全要求之外还可能具有频率响应有限以及滞后相对较高的缺点。此外，在如本文中披露的眼外科手术系统中使用涡流压力传感器600和/或602提供了优于使用光学压力传感器的先前眼外科手术系统的优点，这些先前眼外科手术系统由于对隔膜的光学对准和/或表面光洁度变化敏感而可能具有缺点。在如本文中披露的眼外科手术系统中使用涡流压力传感器600和/或602不需要如眼外科手术系统中的先前光学压力传感器所需要的产生窄束光、复杂的光学对准、或高速图像处理。相反，在如本文中披露的眼外科手术系统中使用涡流压力传感器600和/或602提供了更快的响应和简单的实现。
46.在如本文中披露的眼外科手术系统中使用涡流压力传感器600和/或602也是有利的，因为其尺寸紧凑且操作简单。位置传感器不与隔膜直接接触。位置传感器不需要隔膜上的清晰光学图像。传感器和控制电子器件两者都可以在制造过程期间进行温度补偿，并且在运行期间进一步进行补偿。
47.本领域的普通技术人员将理解，本披露内容涵盖的实施方式不限于上述具体示例性实施方式。就此而言，尽管已经示出并描述了多个说明性实施方式，但是在前述披露内容中可以设想到各种各样的修改、改变和替换。应当理解，可以对前述内容做出这种变化而不脱离本披露内容的范围。因此，应当理解，所附权利要求应广义地并按照符合本披露内容的方式加以解释。