CN102665621B - 眼科手术测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种眼科手术测量装置（100），其具有：冲洗管线（4），能够通过该冲洗管线输送冲洗流体（3），吸出管线（7），能够通过该吸出管线将吸出流体输送至抽吸泵（8），以及能够检测冲洗管线（4）和吸出管线（7）之间的差压的传感器（10）。

Description

眼科手术测量装置

技术领域

本发明涉及眼科手术测量装置、具有这样的测量装置的眼科手术系统以及用于操作这样的测量装置的方法。

背景技术

有几种用于治疗人眼的混浊晶状体的眼科手术技术。使用最为广泛的技术是晶状体乳化，其中，将细小尖端引入到患病晶状体内，并采用超声波振动对该细小尖端进行激励。在振动尖端的紧邻环境内，所述振动尖端使所述晶状体乳化，其采取的方式使得所产生的晶状体碎片可以由泵经由管线吸除。在晶状体被彻底乳化之后，可以将新的人工晶状体插入到空的囊袋中，使得通过这种方式治疗的患者能够重新获得良好的视觉灵敏度。

在晶状体乳化中，所采用的装置一般具有处于机头内的可振动尖端、用于向待治疗的晶状体运送冲洗流体的冲洗管线（irrigationline，冲洗管线）以及用于将乳化的晶状体碎片输送到收集器皿内的抽吸管线（吸出管线）。在输送至收集器皿内的过程中，可能发生晶状体碎片堵塞机头尖端的入口区域的情况。因此，通过使抽吸泵连续运转在吸出管线的下游建立负压。例如，可以通过所述尖端的连续的超声波振动使晶状体碎片碎裂成更小的片段，其结果是所述堵塞（occlusion，梗塞）骤然结束。在吸出管线内建立的负压的影响在于，在突破这样的梗塞时，将在非常短的时间内从眼睛吸出相对大量的流体。这可能导致眼睛前房的塌缩。于是，囊袋有可能被吸向机头的尖端，并被尖端刺穿。在囊袋受到这样的损害的情况下，还有可能造成尖端穿透过深，从而对位于囊袋后面的玻璃体造成损伤。

因此，在突破梗塞时避免眼睛的前房塌缩是很重要的。其前提是快速地识别梗塞的突破。一种可能性是精确地检测吸出管线内的压力分布。如果负压快速降低，那么这是梗塞已被突破的指示。可以采用这样的信息来改变机头的尖端的振动，或者改变冲洗管线或吸出管线内的体积流量。在现有技术中，例如在US5700240中对此给出了描述。

测量吸出管线内的压力的缺点在于，只能相对较晚地检测到梗塞的开始和梗塞的结束。如果发生了针的堵塞，那么只会缓慢地在吸出管线中建立相对较高的负压，其取决于抽吸泵的效率。尽管在突破梗塞时吸出管线中的高负压将相对较快地降低，但是在冲洗管线中会发生快得多的压力变化，其结果是在能够可靠地检测梗塞的突破之前浪费了宝贵的时间。在这一“空耗时间”内，存在着极大的发生上述问题的危险，即，对囊袋或者位于囊袋后面的玻璃体造成损伤的危险。现在，可以类似地在冲洗管线内放置用于压力测量的传感器。然而，这样的解决方案的缺点在于，一方面将必须采用两个压力传感器，这会导致非常昂贵的设计，另一方面，将必须对来自两个压力传感器的时间常数不可避免地存在差异的信号进行处理，这将导致在控制元件方面产生相对较高的费用。

发明内容

本发明的目的在于使得一种眼科手术测量装置可用，采用这种眼科手术测量装置能够非常快速、非常精确并且廉价地检测到梗塞的开始和突破，并且使控制元件方面的费用最小化。其目的还在于使得具有这样的测量装置的眼科手术系统和用于操作这样的测量装置的方法可用。

通过独立权利要求的主题实现了在所述测量装置、所述系统和所述方法方面的这些目的。在从属权利要求中阐述了有利的展开。

根据本发明的眼科手术测量装置具有：可以通过其输送冲洗流体的冲洗管线、可以通过其将吸出流体输送至抽吸泵的吸出管线以及可以检测所述冲洗管线和所述吸出管线之间的差压的传感器。

在这样的测量装置中，并非直接检测吸出管线内的压力或者冲洗管线内的压力。根据本发明只采用一个传感器，而不是采用两个总是具有不同的时间常数并且它们的信号因此难以被一起处理的传感器。采用这一传感器，不可能检测到吸出管线或冲洗管线内的例如相对于大气压的相对压力。而是使两个压力相互比较并形成差。在根据本发明的具有测量差压的传感器的测量装置中无法获得参考点，所述参考点例如在相对压力传感器的情况下可能是环境压力。优点在于，一方面只需要单个传感器，其结果是实现了廉价的解决方案。另一方面，可以采用冲洗管线内的压力的快速变化以便能够更加快速地检测到梗塞的开始和结束。此外，没有必要在控制装置内评估两个具有不同时间常数的传感器。

根据本发明的一个实施例，所述冲洗管线具有冲洗阀门，沿流动方向来看所述冲洗阀门布置在用于眼科手术治疗的具有振动的针尖端的机头的上游。

通过对这样的冲洗阀门适当地激励，有可能快速地结束或者恢复冲洗流体的供应。此外，可以将所述传感器布置为使其能够受到冲洗管线内的压力的作用，沿流动方向来看，所述压力存在于所述冲洗阀门的上游。其影响在于有可能检测到眼科手术系统的故障状况，在该故障状况下，冲洗阀门闭合，并且同时抽吸泵被激活，这将对眼睛构成危险。在这种故障状况下，在吸出管线内建立的负压连续地通过眼睛而一直到位于眼睛和冲洗阀门之间的冲洗管线区域内。因而，整个眼睛将暴露于危险的负压下。然而，在沿流动方向来看位于冲洗阀门的上游的冲洗管线区域内，仍然存在取决于冲洗流体容器的位置的正常的高流体静压，从而用于检测冲洗管线和吸出管线之间的差压的传感器能够检测出与存在于吸出管线内的负压的显著差异。

所述装置优选具有处于泄流管线内的泄流阀，所述泄流管线将所述冲洗管线直接连接至所述吸出管线。如果例如在突破了梗塞之后吸出管线内的真空压力沿正常的抽吸压力方向再次提高，那么可以通过所述泄流阀适当地打开所述泄流管线，从而使得快速的压力补偿成为可能，并且避免所述抽吸压力下降到过高的值上。

根据本发明的另一实施例，所述眼科手术测量装置具有控制单元，其中，所述传感器生成与所述差压相关的并且能够被传输至所述控制单元的信号，所述控制单元能够控制所述冲洗管线和/或吸出管线内的流体的流动和/或给所述机头的超声波能量。例如，所述控制单元在机头上的梗塞开始时能够提高所传输的用于操作机头的超声波能量，并且在梗塞结束时能够降低所传输的超声波能量。通过所述提高的超声波能量，能够使引起堵塞的颗粒开始特别强烈地振动，从而使打碎这一颗粒的可能性提高。在最终实现了这一目的时，可以在梗塞结束后降低超声波能量，以便最小化对囊袋造成损伤的危险。

根据本发明的测量装置的传感器优选具有可双向移动的元件，例如，膜、弹簧舌或杆，可以将所述元件的位置作为所述冲洗管线和吸出管线之间的差压的函数而加以改变，或者可以检测出所述元件施加到力传感器上的作为冲洗管线和吸出管线之间的差压的函数的力。可以生产这样的具有高灵敏度和短响应时间的传感器。所述传感器优选在小于666kg/(ms²)（5mmHg）的压力分辨率时具有T≥10ms的时间常数。为了允许非侵入性测量，可以将所述测量装置设计成通过无接触路径传感器检测该可双向移动的元件的弯曲位置。

本发明还涉及一种眼科手术系统，具有上述眼科手术测量装置、冲洗流体容器、机头和用于吸出吸出流体的抽吸泵。

本发明还涉及用于操作上述眼科手术测量装置的方法，其中，通过传感器检测所述冲洗管线和吸出管线之间的差压。优选确定差压分布的时间梯度。通过这种方式，甚至可以更加快速地检测梗塞开始和结束时的压力变化。根据本发明的一个实施例，采用所述差压分布的梯度的信号来控制流体的流动和/或抽吸泵和/或传输给机头的超声波能量。

附图说明

将参考附图解释本发明的其他优点和特征，其中：

图1示出了具有根据本发明的眼科手术测量装置的根据本发明的眼科手术系统的示意性表示；

图2示出了根据本发明的系统的吸出管线和冲洗管线内的压力分布以及抽吸泵和冲洗阀门内的压力分布的示意性表示；

图3示出了在图2所示的压力分布上作为时间的函数的差压的示意性表示；

图4A示出了具有两个独立压力传感器的测量装置的控制技术关系的示意性表示；

图4B示出了根据本发明的测量装置中的控制技术关系的示意性表示；

图5示出了在突破了梗塞时作为时间的函数的压力分布的示意性表示；以及

图6示出了在使用根据本发明的测量装置的过程中作为时间的函数的差压的分布的示意性表示。

具体实施方式

图1是根据本发明的眼科手术系统1的实施例的示意性表示。冲洗流体容器2含有冲洗流体3，所述冲洗流体能够通过冲洗管线4流动到具有尖端6的机头5。将所述尖端6设计为使其能够借助通过超声波开始振动的针将眼睛的混浊的并且相对较硬的晶状体打碎成小的碎片。引导位于眼睛前房内的流体和破碎的颗粒通过吸出管线7到达抽吸泵8，抽吸泵8将所述流体和颗粒排放到容器9内。传感器10布置在冲洗管线4和吸出管线7之间。在这一实施例中，将传感器通过第一条线11连接至冲洗管线4并且通过第二条线12连接至吸出管线7。因而，所述传感器有可能检测出冲洗管线4和吸出管线7之间的差压。然而，也可以将所述传感器设计成不存在所述第一条线11和第二条线12，从而将所述传感器10直接连接至冲洗管线4和吸出管线7。冲洗管线4的至少一部分、差压传感器10和吸出管线7的至少一部分一起形成了眼科手术测量装置100。设有泄流阀14的泄流管线13可以与这一测量装置100并联。如果通过所述传感器10实施的差压测量指示已经突破了梗塞，那么可以激活泄流阀14，使得来自冲洗管线4的冲洗流体3能够通过泄流管线13进入吸出管线7，以便使吸出管线7内的负压快速降低。

图2在上方区域内示出了作为时间的函数的吸出管线和冲洗管线内的压力分布。上方曲线20描绘了冲洗压力的分布，而其下面的曲线30则表示吸出压力的分布。假设，在操作抽吸泵之前，冲洗管线内的流体静压大约为10666kg/(ms²)（=80mmHg），并且吸出压力为0kg/(ms²)（=0mmHg），就此而言，应当注意这些图以及下面给出的图只起着举例的作用，并且更高或者更低的值也是有可能的。随着抽吸泵的起动（参见图1中的附图标记41），吸出管线内的抽吸压力升高（参见附图标记32）至平稳值33。同时，冲洗管线内的压力降低（参见附图标记22），并且类似地达到平稳值23。在这些平稳值23和33处，抽吸泵以例如60毫升每分钟的输出容量工作（参见附图标记42）。如果发生了梗塞（参见附图标记24和34），那么冲洗管线和吸出管线内的压力发生变化。在冲洗管线内，压力再次快速升高到流体静压（参见附图标记25），而吸出管线内的负压则相对缓慢地升高，直到其达到例如-79993kg/(ms²)（=-600mmHg）的最高水平为止（参见附图标记35）。之后可以关闭抽吸泵（参见附图标记43）。如果突破了梗塞（参见附图标记26和36），那么冲洗管线和吸出管线内的压力发生变化。在冲洗管线内压力非常迅速地下降，其后不久压力再次迅速升高，并取得流体静压（参见附图标记27）。吸出管线中的负压从-79993kg/(ms²)（=-600mmHg）的非常高的水平相对快速地下降（参见附图标记37），并达到流体静压（参见附图标记38）。当抽吸泵返回其先前的抽吸能力时（参见附图标记44和45），冲洗管线和吸出管线内的压力再次下降至梗塞之前的水平（参见附图标记28和39）。在整个循环期间，冲洗阀门在冲洗管线内一直都是打开的，从而冲洗流体是恒久可用的（参见图2中的附图标记50）。

图3示出了类似于图2所示的情况的冲洗管线和吸出管线之间的差压的分布60。在抽吸泵开动之前，所述差压具有相对较低的值。随着抽吸泵的开动（参见附图标记61），冲洗管线和吸出管线之间的差压升高。如果机头5的尖端6处的针被堵塞，那么所述差压将快速升高至高位值（参见附图标记62）。在颗粒被突破并且梗塞结束时（参见图2中的附图标记26和36），所述差压非常快速地降低（参见图3中的附图标记63）。在抽吸泵开动之后，所述差压再次达到梗塞之前存在的水平（参见附图标记64）。

图3中的差压的分布清楚地表明冲洗管线和吸出管线内的各自的压力是未知的。无论是吸出管线内的压力还是冲洗管线内的压力都不被单独测量。因而，并不基于单独测量的冲洗压力或吸出压力控制眼科手术系统的任何部件。唯一可用来控制系统部件的信号源自于差压传感器。从所述曲线不可能判断出由差压传感器确定的这一压力分布是怎样由冲洗压力和吸出压力构成的。对大气压的参考是未知的。为了对这一分布进行评估，有可能采用直接测量的差压（参见图3中的曲线60），抑或采用所述曲线分布的时间梯度。可以从曲线60非常清楚和无歧义地识别出机头的针内的梗塞的开始和结束。可以采用这样的分布，使得只有在所述差压不超过预定量时机头的针才能够开始振动。

图4A是单独记录冲洗管线和吸出管线内的压力的测量装置的控制技术关系的示意性表示。图4B是根据本发明的记录冲洗管线和吸出管线之间的差压的测量装置的控制技术关系的示意性表示。从图4A可以看出，对于用于测量冲洗管线内的压力的传感器的传递函数G₁(s)，采取具有时间常数T_IRR的一阶延迟元件。对于吸出管线内的压力的传感器的传递函数G₂(s)，采取具有时间常数T_ASP的一阶延迟元件。对两信号的处理得到压力p3。在这些传递函数中，“s”表示复变量。在图4B所示的图中，将冲洗管线内的压力和吸出管线内的压力馈送给差压传感器，该差压传感器从这些压力中确定差压?p。由具有时间常数T_?p的一阶延迟元件体现这一差压传感器的传递函数。因而，只采用一个传递函数和一个时间常数就能够检测出差压测量的行为。

图5示出了冲洗管线的压力曲线20以及吸出管线的压力曲线30的时间分布。这是在梗塞结束时图2所示的状况的一小片段（参见针对冲洗管线内的压力的附图标记26和针对吸出管线内的压力的附图标记36）。如果采用独立的压力传感器，即，采用用于冲洗管线的压力传感器和用于吸出管线的压力传感器单独检测这些压力分布，那么能够测量出在图5中由虚线示出的每种情况的压力分布。虚线71示出了冲洗管线的压力分布，而虚线72则示出了吸出管线的压力分布。

记录冲洗管线内的压力的压力传感器具有处于T_IRR=50ms的水平上的相对较大的时间常数。这是由于以下事实：在现有技术中，如果压力传感器确实全然存在于冲洗管线内，那么该压力传感器被用于检测冲洗流体的流体静压，从而能够在需要的情况下改变冲洗流体容器的竖直位置。这样的压力传感器相对较慢。可以从曲线71的分布推断出，由于冲洗压力传感器的长时间常数的原因，几乎不能检测出在梗塞被突破时冲洗压力的急剧下降，其结果就是该曲线“模糊不清（smudged）”。相比较而言，用于吸出管线的压力传感器旨在能够相对快速地检测压力波动，其结果是在大多数情况下这样的压力传感器具有值相对较低的时间常数，该值例如在T_ASP=10ms附近。曲线72的分布表明，能够容易地检测出吸出管线内的压力分布，并且结果不存在这么多的“模糊不清”。根据图4A所示的信号处理，由曲线71和72所示的压力值相加将得到由附图标记73所示的和分布（参见图6）。如果省略冲洗压力传感器，并且仅采用响应相对快速的吸出压力传感器进行评估，将不能足够快地检测出梗塞的突破，因为吸出压力只是相对缓慢地变化。

如果将根据本发明的差压传感器与根据图4B的信号处理一起使用，其中，所述传感器具有T_?p=10ms的时间常数，那么这将得到由附图标记80指示的曲线分布（参见图6）。曲线73和80之间的比较表明，采用曲线80，仅仅在采用两个常规压力传感器时所需的时间的大约40%之后就能够检测到33331kg/(ms²)（=250mmHg）的差压变化。因此，采用根据本发明的测量装置的测量要快得多，从而能够更加快速地启动对流动特性和/或给机头的超声波能量的控制。通过差压传感器能够更好地检测冲洗压力的非常快速的变化，其总的结果是有可能对梗塞被突破做出更加快速的反应。

Claims (11)

1.一种眼科手术测量装置（100），其具有：

-冲洗管线（4），能够通过该冲洗管线输送冲洗流体（3），

-吸出管线（7），能够通过该吸出管线将吸出流体输送至抽吸泵（8），

-能够检测冲洗管线（4）和吸出管线（7）之间的差压的传感器（10），

其特征在于，所述传感器（10）直接被连接至所述冲洗管线（4）和所述吸出管线（7），其中，所述传感器（10）包括第一室和与所述第一室分离的第二室，其中，所述传感器（10）的第一室连接至所述冲洗管线（4），并且所述第二室连接至所述吸出管线（7）。

2.根据权利要求1所述的装置（100），其中，所述冲洗管线（4）具有冲洗阀门（15），沿流动方向来看，所述冲洗阀门布置在用于眼科手术治疗的机头（5）的上游。

3.根据权利要求2所述的装置（100），其中，将所述传感器（10）布置为使其能够受到冲洗管线（4）内的压力的作用，沿流动方向来看，所述压力存在于所述冲洗阀门（15）的上游。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的装置（100），其中，设有泄流阀（14）的泄流管线（13）能够与所述测量装置（100）并联并且将所述冲洗管线（4）直接连接至所述吸出管线（7）。

5.根据权利要求2或3所述的装置（100），所述装置（100）具有控制单元，其中，所述传感器（10）生成与所述差压相关的并且能够传输至所述控制单元的信号，所述控制单元能够控制所述冲洗管线（4）和/或吸出管线（7）内的流体的流动和/或给所述机头（5）的超声波能量。

6.根据权利要求5所述的装置（100），其中，所述控制单元在机头（5）上的梗塞开始时提高所传输的用于操作机头（5）的超声波能量，并且在梗塞结束时降低所传输的超声波能量。

7.根据权利要求1到3中任一项所述的装置（100），其中，所述传感器（10）具有可双向移动的元件，该元件的位置能够作为冲洗管线和吸出管线之间的差压的函数而加以改变，或者能够检测出该元件施加到力传感器上的作为冲洗管线（4）和吸出管线（7）之间的差压的函数的力。

8.根据权利要求7所述的装置（100），其中，所述可双向移动的元件是膜、弹簧舌或杆。

9.根据权利要求1到3中任一项所述的装置（100），其中，所述传感器（10）在小于666kg/(ms²)的压力分辨率时具有T≥10ms的时间常数。

10.根据权利要求7所述的装置（100），其中，能够通过无接触路径传感器检测所述元件的弯曲位置。

11.一种眼科手术系统（1），其具有根据权利要求1到10中任一项所述的测量装置（100）、冲洗流体容器（2）、用于眼科治疗的机头（5）以及用于吸出流体的抽吸泵（8）。