CN103096849B

CN103096849B - 平衡晶状体乳化尖端

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Publication number: CN103096849B
Application number: CN201180044425.7A
Authority: CN
Inventors: M·A·奥弗奇尼考夫
Original assignee: Alcon Manufacturing Ltd
Current assignee: Alcon Research Co ltd; Alcon Inc
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2031-08-03
Also published as: ES2582044T3; TR201806757T4; RU2013117420A; TW201700074A; CN106038054B; BR112013005550B1; EP2616024A4; US20120072197A1; RU2016104851A; CN103096849A; US10258505B2; CN106038054A; MX2013002903A; PT2616024T; TWI554259B; DK3047822T3; JP5841155B2; RU2016104851A3; PL2616024T3; RU2578181C2

Abstract

在各实施例中，晶状体乳化尖端可以包括柄以及至少具有第一和第二弯曲的切割边缘部。尖端的几何结构可被配置为使得在尖端以10kHz至60kHz之间的频率进行扭曲振动期间，整个柄部分的垂直于所述柄的侧向位移(u_x)小于所述尖端的远端点处的侧向位移的约5-25%（例如，15%），其中所述柄部分从尖端圆锥部的端部延伸到尖端切割边缘部内的第一弯曲。可以使用软件和/或物理建模来确定尖端几何结构。

Description

平衡晶状体乳化尖端

技术领域

本发明一般地涉及晶状体乳化，更具体但非限制地，本发明涉及晶状体乳化尖端。

背景技术

人眼以其最简单的术语解释是通过使光传输通过称为角膜的清澈外部并经由晶状体在视网膜上聚焦成像来提供视力。聚焦成像的质量取决于包括眼的大小和形状，角膜和晶状体的透明度在内的许多因素。

当年龄或疾病使得晶状体变得不那么透明时，视力会由于能够传输到视网膜的光变暗而劣化。眼晶状体内的这一缺陷在医学上被称为白内障。对这一病况的一种被接受的疗法是手术摘除晶状体并由起晶状体作用的人工晶体（IOL）替代。

患白内障的晶状体可以通过名为晶状体乳化术的外科技术摘除。在此程序期间，可将薄型晶状体乳化平衡尖端插入患病的晶状体并进行超声振动。振动的平衡尖端可以液化或乳化晶状体，从而可将晶状体吸出眼外。一旦摘除患病的晶状体，就使用人工晶状体进行代替。

发明内容

在各实施例中，晶状体乳化尖端可以包括柄以及至少具有第一和第二弯曲的切割边缘部。柄以及至少第一弯曲和第二弯曲的几何结构可被配置为使得在尖端的超声扭曲振动期间，所述柄沿其整个长度的垂直于所述柄的侧向位移小于所述尖端的远端点的位移的约5-25%（例如15%，也可以使用其他阈值）。在某些实施例中，轴可以从圆锥部的一端（例如可以距尖端的远端点约12mm）延伸至切割边缘内的第一弯曲（例如可以距尖端的远端点约5mm）。还可以考虑第一弯曲的其他位置（例如距尖端的远端点3mm、8mm等）。在某些实施例中，圆锥部的近端（即，毂）可被配置为耦接至超声操纵杆。

在某些实施例中，一种确定尖端几何结构的方法可以包括提供两个或更多个尖端几何结构（例如，具有诸如带有一个或多个存储变量以描述几何结构的计算机可读输入文件的电子格式），建模超声扭转振动期间的尖端几何结构的性态，比较各尖端几何结构的侧向位移以选择在晶状体乳化程序期间沿着被配置为沿眼内切口的尖端柄部分（例如可以是从圆锥部的端部到第一弯曲）的侧向位移最小的尖端。

在某些实施例中，一种确定尖端几何结构的方法可以包括提供两个或更多个带有不同几何结构的物理尖端（例如，沿尖端的两个或多个位置处具有弯曲），超声扭转振动不同的尖端，确定各尖端的侧向位移，比较确定的侧向位移，从而选择在晶状体乳化程序期间沿着被配置为沿眼内切口的尖端柄部分的侧向位移最小的尖端。

附图说明

为了更完全的理解本发明，结合附图对后续描述做出参考，附图中：

图1根据一个实施例例示了远端有两个弯曲的平衡晶状体乳化尖端；

图2例示了根据一个实施例的通过冲洗线路和抽吸线路与机头相连的晶状体乳化手术控制台；

图3例示了根据一个实施例的附接至平衡尖端的超声操纵杆；

图4例示了根据一个实施例的平衡尖端的运动；

图5例示了根据一个实施例的插入眼内切口的平衡尖端；

图6例示了根据一个实施例的相对平衡尖端的扭转振动和侧向振动；

图7a例示了根据一个实施例的沿尖端z轴的扭转位移的模型方程；

图7b例示了根据一个实施例的沿尖端z轴的侧向位移的模型方程；

图7c例示了根据一个实施例的建模方程的分量(l(z))；

图8a-b例示了根据所述建模方程的输入尖端形状和沿该尖端长度的对应输出侧向位移和扭转角；

图9例示了根据一个实施例的确定尖端几何结构的方法的流程图；

图10例示了根据一个实施例的确定尖端几何结构的另一方法的流程图；以及

图11例示了平衡尖端的六个可能的实施例。

应该理解在前的概述和随后的详细描述都只是示例和说明性的，并且旨在为要求保护的本发明提供进一步的解释。

具体实施方式

图1例示了带有近端114及相对于尖端柄108弯曲的切割边缘部112的晶状体乳化平衡尖端100。平衡尖端100可以包括基本笔直的柄108以及在切割边缘部112内的至少两个弯曲（第一弯曲102和第二弯曲104）。也可以考虑其他数量的弯曲（例如，3个、4个或7个弯曲等等）。平衡尖端100可以与晶状体乳化机头204结合使用（参见图2）。在结合机头204使用时，平衡尖端100可以纵向振动和/或扭曲振动，即由尖端100围绕其轴来回旋转。弯曲102/104可以例如在距远端沿平衡尖端100长度的约5至25%处定位（这可以是在距尖端远端点106约5mm到距尖端远端点106约12mm之间的位置，上述距离是沿着尖端轴116测得的）。还可以考虑长度的其他部分。

在某些实施例中，平衡所述尖端100可以包括构造尖端100的几何结构（例如，尖端的圆锥部110、柄108和/或至少第一弯曲102和第二弯曲104的几何结构）使得在尖端100的超声扭曲振动期间，与柄108垂直的柄108沿其长度的侧向位移小于尖端100的远端点106的侧向位移的约5%-25%（例如，15%），这是在例如眼科程序期间的尖端振动频率下测得的。也可以使用其他的阈值（例如，10-20%、15-30%或10-40%等等）。在某些实施例中，尖端在远端点106处的侧向位移（在期望的操作频率下）可以在约30-200微米的范围内。例如，如果远端点106在尖端100的超声扭曲振动期间具有约+/-0.035mm的侧向位移，则可将尖端的几何结构构造为使得沿着柄的最大侧向位移小于5微米（其他位移也是可能的）。再例如，如果远端点106在尖端100的超声扭曲振动期间具有约+/-0.055mm的侧向位移，则可将尖端的几何结构构造为使得沿着柄的最大侧向位移小于8微米。在某些实施例中，柄可以从圆锥部110的一端（例如可以距远端点106约12mm）延伸至切割边缘106内的第一弯曲102（例如可以距远端点106约5mm）。还可以考虑第一弯曲102的其他位置（例如距远端点1063mm或8mm等）。

图2例示了通过冲洗线路206和抽吸线路208与机头204相连的晶状体乳化手术控制台214。在某些实施例中，功率可以通过电缆210施加至机头204，并且通过冲洗线路206和抽吸线路208的流体可由用户控制（例如，经由脚踏开关212）以执行晶状体乳化程序。晶状体乳化机头的一个例子在MikhailBoukhny、JamesY.Chon和AhmadSalehi等人于2005年7月18日提交的题为“UltrasoundHandpiece”的美国专利公开（公开号No.2006/0041220；序列号No.11/183,591）中有所描述，其中该公开全文通过引用结合在此，如同在此被完全透彻地阐述一样。

在某些实施例中，机头204可以耦接至晶状体乳化平衡尖端100。在某些实施例中，机头204可以包括至少一组压电元件227，其在由相关谐振频率激励时被极化以产生纵向运动。如图3所示，压电晶体227可以连接至超声操纵杆216，后者则附接有平衡尖端100。操作杆216和/或平衡尖端100可以包括多个斜线缝隙或槽224。缝隙或槽224可以在压电晶体于谐振频率下被激励时在平衡尖端100中产生扭曲运动。由与机头204中的固定元件对接的槽224所引起的平衡尖端100的运动可以包括相对于操作杆216的中心线的扭曲旋转分量。

如图4中所示，在某些实施例中，平衡尖端100可被配置为通过范围在约2-6度的弧（例如，4度的弧）来回地超声扭曲旋转。也可以考虑其他的弧，例如约10度的弧，例如，偏心（参见中间的图2）正负5度，偏心正负20度，或偏心正负90度等等。在某些实施例中，平衡尖端100可以在位于10-60kHz（例如，31kHz）的频率下超声扭曲地振动。还可以考虑其他的弧和频率。例如，可以使用正负20度的弧和/或42kHz的频率。图4中的弧被夸张显示以例示运动（即，虽然示出的总弧度为180度，但是平衡尖端100也可以具有约4度的弧）。在某些实施例中，图4中的尖端运动还可以包括纵向分量（例如，沿着平行于柄的轴上下运动）。

如图5中所示，当用于执行晶状体乳化时，平衡尖端100和冲洗套筒226的端部可以插入到角膜501、巩膜507或眼内其他位置中的小切口511内，以到达例如眼509的前房503。在各种实施例中，平衡尖端100的部分或全部可以位于冲洗套筒226之内。尖端100的沿着切口511的部分513在晶状体乳化程序期间可以通过冲洗套筒226而与切口511（和/或眼的其他部位）热接触。在某些实施例中，沿着切口511的部分513可以与切口511直接接触（例如，在套筒226不存在的情况下）。平衡尖端100可以沿其纵柄在冲洗套筒226内由晶体驱动的超声操纵杆216超声扭曲地振动，藉此就地乳化接触的选定组织。平衡尖端100的空洞可以与操纵杆中的孔洞连通，后者又可以与从机头204到控制台214的抽吸线路连通（例如，参见图2）。控制台214内的低压或真空源可通过平衡尖端100的开口端、平衡尖端100的孔洞、操纵杆的孔洞和抽吸线路208将乳化的组织吸入或抽吸到收集装置内。可以通过将清洗盐溶液或冲洗液经由冲洗套筒226内表面和平衡尖端100的外表面之间的小型环形间隙注入到手术部位内来对乳化组织的抽吸进行辅助。

如图6所示，平衡尖端100的超声扭曲振动可以导致至少两种运动：1)从平衡尖端100的均衡位置垂直于与笔直柄部分共线的轴116（轴116可被指示为“z轴”）和垂直于尖端弯曲的轴（在图1中被指示为y轴）的平衡尖端100的侧向位移（y轴和z轴形成包括了所述弯曲的平面）；2)沿着平衡尖端100的z轴的扭转角。在扭曲振动的作用下，非平衡尖端会沿尖端长度发生明显的弯曲（特别是在柄内）。通过本文描述的平衡尖端，可以在减小沿着尖端100的柄的侧向位移的同时增加尖端100的远端点106处的侧向位移。扭转振动可以在尖端100内呈现（例如，沿着相对于z轴的扭转角来回扭转），由此导致远端点106的相对较大的侧向位移，作为柄108的侧向位移的附加或在柄108的该侧向位移不存在的情况下。

在某些实施例中，平衡所述尖端100可以包括调整尖端的几何结构并且物理测试带有经调整的尖端几何结构的尖端或使用建模方程或有限元分析（FEA）来建模尖端振动，籍此找出可以使得沿柄108的侧向位移减小同时增加远端点106处的侧向位移和扭转的尖端几何结构（例如，使用诸如ANSYS的软件）。尖端几何结构的特征例如可以包括弯曲的数目（例如，弯曲102、103）、弯曲的位置、柄的长度、柄108的直径、圆锥部110的长度和圆锥部的直径。也可以修改尖端几何结构的其他特征。在某些实施例中，例如可以如下测试不同的尖端几何结构：物理创建具有各种尖端几何结构的尖端，振动所述尖端（例如，使用要在晶状体乳化期间使用的频率和模式）并监测由各种尖端几何结构生成的侧向位移和/或热。测试不同尖端几何结构的一次或多次迭代（例如，通过固定所述尖端内的一个弯曲的位置并测试带有不同的第二尖端位置和曲率的不同尖端）可以导致对一个或多个优化的尖端几何结构的识别。其他数量的弯曲和几何结构修改也是可能的，例如在保持两个弯曲的曲率不变的情况下修改两个弯曲的位置，修改弯曲的位置和曲率，修改弯曲的数目，修改柄的长度，修改圆锥部的长度，修改柄的半径，修改圆锥部的半径等等。

在某些实施例中，可以使用建模方程（作为FEA和/或物理测试的代替或者附加）来测试不同的尖端几何结构。例如，描述在超声扭曲振动笔直（基本为圆筒形）尖端的同时沿z轴的扭转角(φ)和侧向位移(u_x)如何改变的方程（例如，基于通用弹性理论）可如下所示（还可参见图7a-b）:

\overset{\cdot \cdot}{φ} = \frac{1}{ρI (z)} \frac{&PartialD;}{&PartialD; z} (C (z) \frac{&PartialD; φ}{&PartialD; z})

其中

\overset{\cdot \cdot}{φ} = \frac{{&PartialD;}^{2} φ}{{&PartialD; t}^{2}}; I (z) = \frac{π}{2} (R_{2}^{4} (z) - R_{1}^{4} (z)); C (z) = I (z) * μ

{\overset{\cdot \cdot}{u}}_{x} = \frac{1}{ρS (z)} \frac{d^{2}}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) \frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}})

其中

{\overset{\cdot \cdot}{u}}_{x} = \frac{{&PartialD;}^{2} u_{x}}{{&PartialD; t}^{2}}; I_{y} (z) = \frac{π}{4} (R_{2}^{4} (z) - R_{1}^{4} (z));

且

S (z) = π (R_{2}^{2} (z) - R_{1}^{2} (z))

其中φ是尖端的扭转角，ρ是尖端材料的密度，I(z)是围绕z轴的圆筒形尖端横截面的惯性力矩，R₁(z)是圆筒形尖端主体的空洞里部的内径（如果圆筒形主体为固体，则R₁(z)沿着整个z轴可为0）；R₂(z)是圆筒形尖端主体的外径；t是时间，u_x是沿x轴的侧向位移，S(z)是圆筒形尖端沿z轴的横截面积，E是尖端材料的杨氏模量，I_y(z)是围绕y轴的圆筒形尖端的横截面的惯性力矩，而μ是尖端材料的扭曲模数。诸如ρ的特征可以针对整个尖端相同，而诸如R₁(z)和R₂(z)的特征则可以沿着z轴变化（并由此可由例如值的数组来表示）。例如，描述在超声扭曲振动曲线（基本为圆筒形）尖端的同时沿z轴的扭转角(φ)和侧向位移(u_x)如何改变的方程(例如，带有弯曲102/103)可如下所示（还可参见图7a-b）:

\overset{\cdot \cdot}{φ} = \frac{1}{ρI (z)} \frac{&PartialD;}{&PartialD; z} (C (z) \frac{&PartialD; φ}{&PartialD; z}) - \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}}))

其中

I (z) = \frac{π}{2} (R_{2}^{4} (z) - R_{1}^{4} (z)); C (z) = I (z) * μ

{\overset{\cdot \cdot}{u}}_{x} = \frac{1}{ρS (z)} \frac{d^{2}}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}}))

其中

{\overset{\cdot \cdot}{u}}_{x} = \frac{{&PartialD;}^{2} u_{x}}{{&PartialD; t}^{2}}; I_{y} (z) = \frac{π}{4} (R_{2}^{4} (z) - R_{1}^{4} (z));

且

S (z) = π (R_{2}^{2} (z) - R_{1}^{2} (z))

其中φ是尖端的扭转角，ρ是尖端材料的密度，I(z)是围绕z轴的圆筒形尖端横截面的惯性力矩R₁(z)是圆筒形尖端主体的空洞里部的内径（如果圆筒形主体为固体，则R₁(z)可为0）;R₂(z)是圆筒形主体的外径；t是时间，u_x是沿x轴的侧向位移，S(z)是圆筒形尖端沿z轴的横截面积，E是尖端材料的杨氏模量，I_y(z)是围绕y轴的圆筒形尖端的横截面的惯性力矩，μ是尖端材料的扭曲模数，而l(z)是如图7c所示沿着y轴的侧向位移。在一些实施例中，可以修改一个或多个输入和/或方程以计及尖端在其中振动的介质（例如，水，玻璃体液等）的存在。例如，尖端侧向位移的方程可被如下修改：

{\overset{\cdot \cdot}{u}}_{x} - γ {\overset{\cdot}{u}}_{x} = \frac{1}{ρS (z) + ρ_{Media} S_{Media} (z)} \frac{d^{2}}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}}))

其中γ是表示归因于介质（例如水）的耗散的经验参数。γ的值可被调整以与现存尖端在介质内的测得位移的方程相匹配。分母中的项ρ_MediaS_Media(z)表示归因于跟随着尖端移动的介质的尖端质量的增加。项ρ_Media是介质密度，而S_Media(z)则是与尖端一起运动的介质的横截面，其可以使用理想流体理论而被如下估计：（其中R₁是跟随尖端的介质质量的内径，R₂则是介质质量的外径）。同样可以考虑其他修改。

在某些实施例中，连同各种尖端特征（例如ρ,E等），还可由用户输入或由建模软件（例如Matlab^TM)基于用户提供的其他输入来计算几何结构特征（例如S(z),I(z),C(z),I_y(z)等），其中用户提供的其他输入可以是内径（如果尖端中空）、尖端沿z轴的外径、以及位置，例如一个或多个弯曲的起始和截止点（沿z轴）和曲率等。用户还可以使用图形用户界面绘制尖端形状（例如，参见图8a-b中的输入标绘图），用户可以预装载尖端几何结构（例如，三维渲染）等。在某些实施例中，外径在小z值处可以较大（即，在尖端的圆锥部内），而在尖端的端部处可以相对较小。同样可以考虑其他输入。

在某些实施例中，上述方程的φ和u_x的解可被用于检查不同尖端几何结构沿z轴的侧向位移和扭转角，并且可以从若干尖端几何结构中选出在最小化沿着尖端长度（例如，沿着柄108）的侧向位移u_x的同时最大化远端点106的侧向位移u_x和扭转角φ的经平衡/调谐的尖端几何结构。在某些实施例中，求解φ和u_x可以包括使用谐波分析。上述方程的φ和u_x的解可以提供作为z和t两者的函数的扭转角和/或侧向位移（例如，u(z,t)和φ(z,t)）。这些解随后可被用于根据谐力建模尖端。根据谐力建模可以包括如同该尖端在某些频率下振荡（类似cos(ωt)）那样的建模所述尖端。于是可以使用谐波来根据以上提供的和的方程来简化u(z,t)和φ(z,t)的建模方程。在某些实施例中，所述解可被根据u(z)cos(ωt)建模（即，可以仅依赖于z来建模振动幅度）。算式u(z)cos(ωt)可在运动方程和中使用以提供独立于时间的振动幅度u(z)的微分方程。随后可以标绘尖端位移幅度和扭转幅度的解（例如，参见图8a-b的输出）。在某些实施例中，可以不使用谐波分析（例如，可以确定和分析取决于时间和z的各种解）。

图8a-b例示了根据以上提供的建模方程的输入尖端形状和沿着该尖端长度的对应位移和扭转角。在某些实施例中，可以基于诸如人机工程学和制造考虑的各种因素选择第一弯曲102的位置和曲率。可将第二弯曲104布置地更靠近平衡尖端100的切割边缘106。随后可以使用以上提供的建模方程的预测来选择该弯曲的曲率。其后可以通过执行有限元分析模拟来验证和/或调整所得的尖端形状。理想曲率可以是使得平衡尖端100的扭转振动模式和弯曲振动模式解耦。平衡尖端100在扭曲力下的运动可以与其扭转振动模式相同。在某些实施例中，可以定位尖端弯曲（例如，102/103）使得平衡尖端100内的超声扭曲振动能量可以处于沿着柄108的主要部分（带有减小的侧向运动）的扭转振动模式内。在某些实施例中，还可以调整柄108的长度以调谐所述扭转振动模式，使得该扭转振动与超声驱动机构（例如，与操纵杆结合的机头内的压电元件227）共振以增加远端点106处的扭转位移。

在某些实施例中，平衡尖端100的远端点侧向位移的幅度可以取决于扭曲驱动力和扭转振动模式之间的共振。虽然驱动频率可由扭曲操纵杆设计来设定，但是扭转模式的频率例如可以通过选择平衡尖端100的圆锥部110的长度来调整。可以选择圆锥部110的长度以最大化平衡尖端100的扭转振动，由此实现远端点106的最大扭转位移。其他尖端特征也可以变化。

在某些实施例中，平衡尖端100可以具有范围在约0.5mm至2mm（例如，1.5mm）之间的直径。在某些实施例中，平衡尖端100可以在尖端顶端处具有约1.5mm的直径，而在尖端的远端附近具有0.9mm的直径（也可以考虑其他的直径和配置）。在一个实施例中，平衡尖端100可以具有约一又八分之三英寸的长度，而弯曲102和103则分别位于距远端约1/8和2/8英寸处。同样可以考虑其他尺寸。在某些实施例中，第一弯曲102可以在约-10至30度的范围内，而第二弯曲可以在约20至50度的范围内。同样可以考虑其他弯曲角。切割边缘部112可以具有喇叭形、锥形和/或斜面形的端部（在某些实施例中，该切割边缘部112可以是平坦的）。平衡尖端100可由不锈钢或钛制成（也可以使用其他材料）。平衡尖端100可以具有在约0.50英寸和1.50英寸之间的总长度（例如，约1.20英寸）。同样可以考虑其他长度。平衡尖端100还可以使用其他常规的金属加工技术制成，并且可以是电抛光的。柄108可以大致呈管状，具有在0.005英寸到0.100英寸之间的外径以及在0.001英寸和0.090英寸之间的内径（也可以考虑其他尺寸）。

图9例示了根据一个实施例的用于确定尖端几何结构的方法的流程图。在流程图中提供的各元素仅是示例性的。提供的各元素可被省略，附加的元素可被添加，和/或可以按下述不同的次序执行各元素。

在901，可将尖端几何结构输入系统。例如，可将几何结构输入存储在输入文件内。在某些实施例中，尖端几何结构可以包括随后定义作为各尖端切片处的几何结构值的一个或多个（例如，尖端可被分割成500个切片并且在每个切片处的尖端几何结构特征可被存储在分配给各自几何结构变量的分开的数组中）。例如，尖端切片的几何结构特征可以包括曲率（例如，以度为单位）、扭曲刚度（例如，C(z)）、围绕x轴的惯性力矩（例如，I(z)）、横截面积（例如，S(z)）、围绕y轴的切片以控制尖端弯曲刚度的惯性力矩（例如，I_y(z)）、尖端距z轴的距离（例如，l(z)）。同样可以考虑其他输入。

在某些实施例中，这些基于切片的数组可由用户直接输入，或者可以基于其他几何结构输入算出。例如，用户可以提供尖端长度、圆锥部长度、第一弯曲沿尖端开始的位置、第一弯曲沿尖端结束的位置、第一弯曲的曲率、第二弯曲沿尖端开始的位置、第二弯曲沿尖端结束的位置、第二弯曲的曲率、尖端材料的剪切模量、尖端材料的杨氏模量、尖端材料的密度等，并且可以计算不同切片的具体输入并将其存储在输入文件中或将其提供给建模软件。在某些实施例中，计算机系统可以自动生成输入。例如，计算机系统可以循环可能尖端几何结构的各种迭代。在某些实施例中，用户可以绘制尖端（例如，通过图形用户界面）并且计算机系统可以基于绘制计算几何结构。同样可以考虑其他输入类型。

在903，系统可以使用建模方程和谐波分析来确定给定尖端几何结构和超声扭曲振动频率（例如，约31kHz）时沿该尖端长度的侧向位移和扭转角。同样可以考虑其他频率。例如，可以使用输入（如上定义的）和谐波分析（例如使用带u(z)cos(ωt),φ(z)cos(ωt)的谐波）来关于u_x和φ求解公式：

{\overset{\cdot \cdot}{u}}_{x} = \frac{1}{ρS (z)} \frac{d^{2}}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}})),

及

\overset{\cdot \cdot}{φ} = \frac{1}{ρI (z)} \frac{&PartialD;}{&PartialD; z} (C (z) \frac{&PartialD; φ}{&PartialD; z}) - \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}})),

由此通过移除时间来简化结果。根据谐波分析，在某些实施例中，可以假设：

u_x(z,t)=u(z)cos(ωt)，且

通过求取时间倒数：

cos(ωt)"=-ω²cos(ωt)

并将其代入原始方程并消去时间余弦，可以获得独立于时间的方程：

及

于是可以关于位移幅度u(z)和扭转角(z)求解上述方程。还可以使用求解u_x的其他方程。

在905，系统可以针对该尖端几何结构标绘一个或多个侧向位移和/或扭转角（例如，参见图8a-8b）。

在907，用户（或系统）可以第二尖端几何结构（或修改第一尖端几何结构），并重新计算沿着该尖端长度的侧向位移(u_x)和扭转角(φ)。也可以使用其他建模技术。例如，有限元分析（FEA）可被用于确定各种振动下沿着各种几何结构的尖端长度的侧向位移(u_x)和扭转角(φ)。此外，还可以使用其他方程（例如，可以为方形尖端建模使用不同的方程）。

在909，可以根据901-907计算不同几何结构的若干尖端的特征，并对其进行比较以选择一个尖端几何结构（或生成新的尖端几何结构用于分析）。选择一个尖端几何结构可以包括基于哪个尖端几何结构在晶状体乳化程序期间于尖端柄被配置为沿着眼内切口的部分的侧向位移更小来选择尖端几何结构。在某些实施例中，如果（被分析尖端几何结构的）在晶状体乳化程序期间于尖端柄被配置为沿着眼内切口的部分（例如，贯穿所述柄从柄的近端（诸如，圆锥部的端部）延伸到切割边缘部的第一弯曲的部分）的侧向位移大于远端点106的侧向位移的约5%-25%（例如15%，也可以使用其他阈值，例如1微米、2微米、100微米、2mm等），则可生成另一个尖端几何结构，可以建模该新的尖端几何结构的侧向位移并将其与第一或第二尖端几何结构的侧向位移中的至少一个相比较以供在所述第一、第二和新几何结构之间的进一步的选择（此时，可以选择一个尖端，也可以生成另一个尖端几何结构用于比较）。

在某些实施例中，生成新的几何结构可以包括修改已在前测试过的几何结构以用于附加的建模。在某些实施例中，用户可以进一步修改选定的尖端几何结构以根据附加规则调谐该几何结构。例如，用户可以修改圆锥部110的长度（或诸如柄长的其他几何结构特征）以增加平衡尖端100的扭转振动，从而通过远端点106的更大的侧向位移。在某些实施例中，用户可以尝试一个或多个弯曲的不同位置和曲率以在增加朝向尖端远侧端的侧向位移的同时降低尖端近侧端的侧向位移。所述修改还可以用于第三、第四尖端等，并且将其结果与在前尖端相比较能够优化对尖端几何结构特征的选择。

图10例示了根据一个实施例的用于确定尖端几何结构的另一方法的流程图。在流程图中提供的各元素仅是示例性的。提供的各元素可被省略，附加的元素可被添加，和/或可以按下述不同的次序执行各元素。

在1001，物理构造或建模具有第一几何结构的第一尖端（例如，使用有限元分析）。在某些实施例中，第一尖端可以具有圆形或方形的横截面，或者是沿着尖端轴变化的横截面。

在1003，第一尖端可以在与晶状体乳化程序类似的条件下振动（例如，通过如图2-3所示的那样固定晶状体乳化机头并以约31kHz的频率振动和/或使用诸如ANSYS的建模软件“振动”）。还可以考虑其他频率（例如，在约10kHz和60kHz之间）。在某些实施例中，将第一尖端固定至要被振动的晶状体乳化机头。在某些实施例中，尖端可被固定至不同的装置（例如，测试夹具）用以施加振动。在某些实施例中，可将第一尖端的端部放于水中或具有类似特征的其他材料中（例如，玻璃体液，也可以使用其他液体）。在某些实施例中，第一尖端可以包括两个弯曲（例如，102和103）。同样可以考虑其他数量的弯曲。

在1005，可以在振动期间分析第一尖端。例如，可以使用热成像、动态镜检查、位移的物理测量结果等来确定尖端的侧向位移(u_x)和/或扭转角(φ)（或指示侧向位移(u_x)和/或扭转角(φ)的特征）。例如，在振动尖端的热扫描中，沿着尖端长度的更高热的定位可以指示更大的侧向位移(u_x)。

在1007，可以构造第二尖端（例如，可以修改第一尖端的几何结构）。可以对以上提供的不同几何特征做出修改。例如，可以修改第二弯曲103的位置和/或曲率。

在1009，第二尖端可以在与第一尖端类似的条件下振动。

在1011，可以在振动期间分析第二尖端以确定与为第一尖端确定的特征相类似的特征（例如，侧向位移和扭转角）。

在1013，可以比较第一尖端和第二尖端的特征，并且可以选择第一和第二尖端几何结构之一或者生成新的尖端几何结构以供比较。例如，可以基于哪个尖端几何结构在晶状体乳化程序期间于尖端柄被配置为沿着眼内切口的部分的侧向位移更小来选择第一尖端几何结构或第二尖端几何结构。在某些实施例中，如果在晶状体乳化程序期间于尖端柄被配置为沿着眼内切口的部分（例如，贯穿所述柄从柄的近端（诸如，圆锥部的端部）延伸到切割边缘部的第一弯曲的部分）的侧向位移大于该尖端的远端点106的位移的约5%-25%（例如，15%）（如上所述，也可以使用其他阈值），则可生成并测试第三尖端。可以确定该第三尖端几何结构的侧向位移和/或扭转角，并将其与第一或第二尖端几何结构的侧向位移和/或扭转角相比较以供在所述第一、第二和第三尖端几何结构之间的进一步的选择（此时，可以选择一个尖端，也可以生成另一个尖端几何结构用于比较）。

图11例示了六个可能的平衡尖端实施例（其他实施例也是可能的）。平衡尖端100可以具有根据图11表格中提供的一组所述参数的几何结构。平衡尖端100可以具有OD英寸的外径；ID英寸的内孔径；从尖端100的毂（尖端100的被配置用于附接至超声操纵杆的近端点）到切割边缘106的L的总长度。尖端100的圆锥部110可以从毂延伸L_c。尖端100的第一弯曲102可以具有α₁度的角度并在距远端点106x₁和x₂英寸的距离的点之间延伸。第二弯曲104可以具有α₂度的角度并在距远端点106y₁和y₂英寸的距离的点之间延伸切割边缘部112可以如表格中所指示的具有面向上30或45度或是面向下30度的斜角（作为一例，图1中示出的斜角是面朝下的）边缘（即，在切割边缘部的最远边缘处）。

在某些实施例中，建模系统可以包括一个或多个处理器。处理器可以包括单个处理设备或者多个处理设备。这类处理设备可以是微处理器、控制器（可以是微控制器）、数字信号处理器、微型计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑器件、状态机、逻辑电路、控制电路、模拟电路、数字电路、和/或基于操作指令操纵信号（模拟和/或数字）的任何设备。耦合至和/或嵌入处理器的存储器可以是单个存储器设备或是多个存储器设备。这类存储器设备可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪速存储器、高速缓冲存储器、和/或存储数字信息的任何设备。注意到当处理器经由状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路执行其功能的一个或多个时，存储相应操作性指令的存储器可以嵌入或外连至包括所述状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路。与关联于附图（例如图9和图10）示例和描述的元素的至少一部分相对应的操作指令可由所述存储器执行，并可由所述存储器执行。

本领域普通技术人员可以多本申请中的实施例做出各种修改。本发明的其他实施例对于考虑了说明书并实现了本发明公开的本领域技术人员而言同样是显而易见的。本说明及其示例旨在被认为仅是由所附权利要求及其等效方案指明的本发明真实范围和精神的说明。

Claims

1.一种晶状体乳化尖端，包括：

具有近端和远端的柄；

位于所述柄的远端处的切割边缘部，其中所述切割边缘部包括至少第一弯曲和第二弯曲；

其中，柄以及所述至少第一弯曲和第二弯曲的几何结构被配置为使得在尖端进行超声扭曲振动期间，整个柄部分的垂直于所述柄的侧向位移小于所述尖端的远端点处的侧向位移的5-25％，其中所述柄部分从柄的近端延伸到切割边缘部的第一弯曲；

其中所述至少第一弯曲和第二弯曲被定位使得超声扭曲振动期间所述柄中的超声扭曲振动能量处于沿着所述柄的主要部分的扭转振动模式；

其中，选择柄长度以调谐所述扭转振动模式，使得所述扭转振动与超声驱动机构共振来增加所述柄的远端点处的扭转位移。

2.如权利要求1所述的晶状体乳化尖端，其中所述侧向位移(u_x)至少部分使用方程

{\overset{\cdot\cdot}{u}}_{x} = \frac{1}{ρ S (z)} \frac{d^{2}}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}}))

限定，其中：

φ是尖端的扭转角，

ρ是尖端材料的密度，

S(z)是尖端沿着与所述柄共线的轴的横截面积，

E是尖端材料的杨氏模量，

I_y(z)是尖端围绕垂直于与柄共线的轴的轴的横截面的惯性力矩，及

l(z)是沿着垂直于与柄共线的轴的轴的侧向位移。

3.如权利要求2所述的晶状体乳化尖端，其中φ由方程

\overset{\cdot\cdot}{φ} = \frac{1}{ρ I (z)} \frac{\partial}{\partial z} (C (z) \frac{\partial φ}{\partial z}) - \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}}))

提供，其中I(z)是围绕与柄共线的轴的圆筒形尖端横截面的惯性力矩，C(z)＝I(z)*μ，而μ是尖端材料的扭转模数。

4.如权利要求3所述的晶状体乳化尖端，其中方程

{\overset{\cdot\cdot}{u}}_{x} = \frac{1}{ρ S (z)} \frac{d^{2}}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}}))

及

\overset{\cdot\cdot}{φ} = \frac{1}{ρ I (z)} \frac{\partial}{\partial z} (C (z) \frac{\partial φ}{\partial z}) - \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}}))

通过谐波分析求解。

5.如权利要求4所述的晶状体乳化尖端，其中所述尖端的近端包括圆锥部，并且该圆锥部的长度被选择用以增加超声扭转振动期间所述尖端的扭转振动，由此在尖端的远端点处提供更大的侧向位移。

6.如权利要求1所述的晶状体乳化尖端，其中在所述尖端的远端点处的尖端侧向位移在40-200微米的范围内。

7.一种确定晶状体乳化尖端的几何结构的方法，该晶状体乳化尖端包括柄，该方法包括：

提供第一尖端几何结构；

建模第一尖端几何结构在所述尖端的超声扭转振动期间的侧向位移；

提供第二尖端几何结构；

建模第二尖端几何结构在所述尖端的超声扭转振动期间的侧向位移；

将第一尖端几何结构的侧向位移与第二尖端几何结构的侧向位移相比较；及

基于以下来选择第一尖端几何结构或第二尖端几何结构：

哪个尖端几何结构：

(a)具有更小的建模的侧向位移；以及

(b)在超声扭曲振动期间所述柄中的超声扭曲振动能量处于沿着所述柄的主要部分的扭转振动模式；

(c)具有这样的柄长度，所述柄长度调谐所述扭转振动模式使得所述扭转振动与超声驱动机构共振来增加所述柄的远端点处的扭转位移。

8.如权利要求7所述的方法，其中第一尖端几何结构至少包括：

距笔直几何结构的侧向位移l(z)，

作为尖端材料密度的ρ，

作为围绕与尖端柄共线的轴的圆筒形尖端横截面的惯性力矩的I(z)，

作为尖端沿着与所述柄共线的轴的横截面积的S(z)，

作为尖端材料的杨氏模量的E，

作为尖端围绕垂直于与柄共线的轴的轴的横截面的惯性力矩的I_y(z)，

C(z)＝I(z)*μ，及

作为尖端材料的扭转模数的μ。

9.如权利要求8所述的方法，其中对在尖端的超声扭转振动期间的尖端几何结构的侧向位移(u_x)进行建模包括根据方程

{\overset{\cdot\cdot}{u}}_{x} = \frac{1}{ρ S (z)} \frac{d^{2}}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}}))

及

\overset{\cdot\cdot}{φ} = \frac{1}{ρ I (z)} \frac{\partial}{\partial z} (C (z) \frac{\partial φ}{\partial z}) - \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}}))

确定尖端的侧向位移。

10.如权利要求7所述的方法，第一和第二尖端几何结构包括圆锥部，并且所述方法还包括根据如下方程建模尖端的扭转振动：

\overset{\cdot\cdot}{φ} = \frac{1}{ρ I (z)} \frac{\partial}{\partial z} (C (z) \frac{\partial φ}{\partial z}) - \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}} ({EI}_{y} (z) (\frac{d^{2} u_{x}}{{dz}^{2}} - φ \frac{d^{2} l (z)}{{dz}^{2}}))

并且确定导致超声扭转振动期间尖端的扭转振动增加的圆锥部长度，由此在尖端的远端点处提供更大的侧向位移。

11.如权利要求7所述的方法，其中第一和第二尖端几何结构包括至少第一弯曲和第二弯曲，并且其中第一和第二尖端几何结构包括定位或曲率不同的第二弯曲。

12.如权利要求7所述的方法，还包括确定所述建模的侧向位移是否小于远端点侧向位移的15％。

13.如权利要求11所述的方法，还包括如果建模的侧向位移大于远端点侧向位移的15％，则生成第三尖端几何结构，建模该第三尖端几何结构的侧向位移，并将该第三尖端几何结构的侧向位移与第一和第二尖端几何结构的侧向位移中的至少一个侧向位移相比较。

14.一种确定晶状体乳化尖端的几何结构的方法，该晶状体乳化尖端包括柄，该方法包括：

提供带有第一尖端几何结构的第一尖端；

超声扭转振动该第一尖端几何结构；

确定在第一尖端的超声扭转振动期间沿所述尖端几何结构的侧向位移；

提供带有第二尖端几何结构的第二尖端；

超声扭转振动该第二尖端几何结构；

确定在第二尖端的超声扭转振动期间沿所述第二尖端几何结构的侧向位移；

将第一尖端几何结构的侧向位移与第二尖端几何结构的侧向位移相比较；以及

基于如下来选择第一尖端几何结构或第二尖端几何结构：

哪个尖端几何结构：

(a)具有更小的建模的侧向位移；以及

15.如权利要求14所述的方法，其中选择第一或第二尖端几何结构还包括确定第一尖端几何结构和第二尖端几何结构中的哪一个在从柄的近端延伸到所述柄长度的至少一半的整个柄部分上具有更小的尖端侧向位移。

16.如权利要求14所述的方法，其中第一尖端几何结构和第二尖端几何结构包括至少第一弯曲和第二弯曲。

17.如权利要求16所述的方法，其中第一尖端几何结构和第二尖端几何结构包括分别具有不同定位或曲率的第二弯曲。

18.如权利要求14所述的方法，还包括确定所述建模的侧向位移是否小于尖端远端点处的侧向位移的5-25％。

19.如权利要求18所述的方法，还包括如果所述建模的侧向位移大于尖端远端点处的侧向位移的5-25％，则生成第三尖端几何结构，建模该第三尖端几何结构的侧向位移，并将该第三尖端几何结构的侧向位移与第一和第二尖端几何结构的侧向位移中的至少一个侧向位移相比较。

20.如权利要求14所述的方法，其中确定尖端几何结构的侧向运动包括使用热成像、动态镜检查、或位移的物理测量结果中的至少一种。