CN104717990A - 用于外部压力感测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在各个实施方案中，一种用于进行加压冲洗的装置可以包括挤压板和压力传感器模块。所述挤压板可以相对于所述压力传感器模块移动，以将压力施加到位于所述挤压板与所述压力传感器模块之间的挠性容器(例如，冲洗液袋)上。所述压力传感器模块可以包括压力传感器以测量当压力从所述挤压板施加到所述挠性容器上时由所述挠性容器作用于所述压力传感器模块上的力。在一些实施方案中，所述压力传感器模块可以包括袋接触板，且所述压力传感器可以测量由所述挠性容器作用于所述袋接触板上的力，所述挠性容器位于所述袋接触板与所述挤压板之间。在一些实施方案中，所述压力传感器可以在没有介入的袋接触板的情况下感测与所述挠性容器相关的压力。

Description

用于外部压力感测的系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及压力检测。更具体地说，但不作为限制，本发明涉及测量挠性容器的外表面上的压力。

背景技术

外科手术系统可以用于在外科手术期间为身体部位提供冲洗。例如，眼外科手术系统可以用来在白内障摘除手术期间对眼睛进行冲洗。

发明内容

在各个实施方案中，一种用于进行加压冲洗的装置可以包括挤压板和压力传感器模块。所述挤压板可以被配置成相对于压力传感器模块移动，以将压力施加到挠性容器(例如，冲洗液袋)上，挠性容器位于挤压板与压力传感器模块之间。压力传感器模块可以包括力传感器以在压力从挤压板施加到挠性容器上时，测量由挠性容器作用于压力传感器模块上的力。在一些实施方案中，压力传感器模块可以包括袋接触板，且力传感器可以测量由挠性容器作用于袋接触板上的力，所述挠性容器位于袋接触板与挤压板之间。

在一些实施方案中，压力传感器模块可以包括位于袋接触板的一端上的铰链，且力传感器可以配置成当位于挤压板和袋接触板之间的挠性容器施力于袋接触板上时，随着袋接触板相对于铰链枢转，测量由袋接触板作用于所述力传感器上的力。

在一些实施方案中，压力传感器模块可以包括一个以上的力传感器，当袋接触板的一侧与挠性容器接触时，力传感器位于袋接触板的对侧上。来自力传感器的输出可以例如被累加、平均或比较，以测定压力传感器模块上的相对力。

在一些实施方案中，力传感器可以包括与挠性容器接触的电容传感器。在一些实施方案中，电容传感器阵列(其可以包括一个以上的电容传感器)可以放置成与挠性容器接触(使得挠性容器的若干个区域与电容传感器阵列的各个传感器接触)。

还预期有其它力传感器。例如，力传感器可以包括触针，其具有被配置成接触挠性容器的面。在一些实施方案中，压力传感器模块可以包括薄膜和内部负载单元，并以流体将薄膜和内部负载单元分开，使得作用于薄膜上的力通过流体传递到内部负载单元。在一些实施方案中，可以将充满流体的袋子放置在薄膜和挠性容器之间，以使来自挠性容器的力分布在薄膜上。

在各个实施方案中，一种测量与挠性容器相关的压力的方法可以包括：将挠性容器放置在挤压板与压力传感器模块之间；移动挤压板和压力传感器模块中的至少一个，以在挠性容器上施加压力；以及通过压力传感器模块上的力传感器测量挠性容器上的压力。

附图说明

为了更完全地理解本发明，参考结合附图所进行的以下描述，其中：

图1示出了根据一个实施方案的挠性容器，其位于压力传感器模块与挤压板之间；

图2a至2b示出了根据各个实施方案的压力传感器模块；

图3示出了根据一个实施方案的压力测量系统，其具有铰接的袋接触板；

图4a至4b示出了根据一个实施方案的压力测量系统，其具有袋接触板，袋接触板具有多个力传感器；

图5a至5b示出了根据一个实施方案的压力测量系统，其具有电容传感器阵列；

图6a至6b示出了根据一个实施方案的压力测量系统，其具有使用触针与挠性容器接触的负载单元；

图7a至7b示出了根据一个实施方案的压力测量系统，其具有压力感测器，压力感测器具有薄膜；

图8示出了根据一个实施方案的压力测量系统，其具有位于压力感测器薄膜与挠性容器之间的附加压力分布袋；

图9示出了根据一个实施方案的方法的流程图，所述方法用来测量与挠性容器相关的压力；

图10示出了根据一个实施方案的压力测量系统；以及

图11示出了合并压力传感器模块的流体管理系统。

应该了解的是，以上总体描述和以下详细描述都只是例示性和解释性的，且意在提供所要求保护的本发明的进一步解释。

具体实施方式

图1示出了位于压力传感器模块101和挤压板105之间的挠性容器103的一个实施方案。在各个实施方案中，外科手术控制台100(例如，眼外科手术控制台)可以用于在外科手术期间对身体部位(例如眼睛)进行加压冲洗(例如，如Daniel J.Wilson在2009年5月20日提交的美国专利号7,806,865(序列号为12/469,354)中所述，该专利以引用方式全部并入本文，就如同完全和完整地在本文中阐述一般)。在一些实施方案中，加压系统可以包括挤压板105和压力传感器模块101。挤压板105可以被配置成相对于压力传感器模块101移动，从而将压力施加在位于挤压板105和压力传感器模块101之间的挠性容器103(例如，冲洗液如BSS^TM(平衡盐溶液)袋)上。在一些实施方案中，挤压板105可以包括刚性材料(例如，刚性塑料、金属等)或可以包括挠性材料(例如美国专利号7,806,865中所描述的挠性带)。挤压板105可以提供与挠性容器103的至少一部分接触以压缩挠性容器103的表面。在一些实施方案中，可以测定挠性容器103和挤压板105之间的接触面积并存储在控制台中。

在一些实施方案中，可以通过致动器113(例如电动机(例如步进电动机)、气动缸、电磁铁等)来移动挤压板105。在一些实施方案中，可以使用由流体管理系统1005(例如，参见图10)控制的步进电动机或电磁铁以受控速率推/拉挤压板105。在一些实施方案中，流体管理系统可以使用挠性容器103的测定压力(例如，如通过压力传感器模块101所测定)来控制挤压板105的移动。例如，可以减慢、停止或逆转挤压板的移动速率，以降低挠性容器103中的压力，或者，可以提高挤压板的移动速率以增加挠性容器103中的压力。当压力传感器模块101已经测得挠性容器103具有所需压力时，还可以维持挤压板的移动速率。

图2a至2b示出了压力传感器模块101的各个实施方案(模块的具体实施方案被示出为101a、101b等，而模块一般被称为“101”)。压力传感器模块101a可以包括一个或多个力传感器107(例如，力传感器107a、107b等)，以当压力从挤压板105施加到挠性容器103上时，测量由挠性容器103作用于压力传感器模块101a上的力。在各个实施方案中，力传感器可以在患者流体路径的外部(且因此不侵入流体系统)。力传感器可以包括负载单元(例如，应变仪负载单元或液压或气动式负载单元)、压电晶体传感器等。如在图2a中所看到，在一些实施方案中，压力传感器模块101a可以包括袋接触板109，且力传感器107a可以测量由位于袋接触板109和挤压板105之间的挠性容器103作用于袋接触板109上的力。通过利用挠性容器103与袋接触板109之间的接触面积和由力传感器107a所测得的力，可以测定与挠性容器103相关的压力(例如，根据压力＝力/面积)。与挠性容器相关的压力可以是等同于挠性容器的内部压力的压力、与挠性容器的内部压力成比例的压力，或者可以包括已经与挠性容器的内部压力相关联的压力(例如，可以针对已知的挠性容器压力记录测得的压力传感器模块压力(例如，在控制建模练习中)，且在实际使用期间，所述关联可以用来基于来自压力传感器模块的压力测量值得到实际挠性容器压力的近似值)。如在图2b中所看到，在一些实施方案中，压力传感器模块101b可以不包括袋接触板109。在一些实施方案中，压力传感器模块101b可以在力传感器阵列111中包括一个或多个力传感器107a、107b，以测量挠性容器103的各个点处的力。

图3是具有铰接袋接触板109的压力测量系统(示出为在外科手术控制台100的一部分上)的一个实施方案的剖视图。在一些实施方案中，压力传感器模块101可以在袋接触板109的一端上包括铰链301，且力传感器107a(例如，负载单元)可以被配置成当位于挤压板105和袋接触板109之间的挠性容器103施力于袋接触板109上时，随着袋接触板109相对于铰链301枢转，测量由袋接触板109作用于力传感器107a上的力。在一些实施方案中，铰链可以包括固定棒(例如，相对于外科手术控制台100被固定)，其穿过袋接触板109的空心圆柱体部分的中心，从而允许袋接触板109相对于固定棒转动。还预期有其它铰链配置。在一些实施方案中，作用于力传感器107a上的力可以归因于挠性容器103和袋接触板109之间的接触面积，挠性容器103比袋接触板109直接压在力传感器107a上的面积跨越更大面积(挠性容器和袋接触板之间的更大接触面积可以在基于从力传感器107a测得的力来测定挠性容器的压力时被考虑在内(例如，挠性容器的压力＝从力传感器107a测得的力乘以2(因为一半的力经过了铰链)/挠性容器和袋接触板109之间的接触面积))。还可以使用其它计算方法(例如，压力公式可以变化，以把力传感器107a相对于铰链的位置、接触区域(挠性容器和袋接触板之间)与袋接触板中心之间的距离等考虑在内)。在一些实施方案中，例如，利用袋接触板、挠性容器和力传感器的复杂配置，可以建立挠性容器压力对测得力的模型(例如，利用若干已知的挠性容器压力和其合力检测来形成关联测得力和挠性容器压力的等式(或图表))。

图4a至4b示出了具有袋接触板109的压力测量系统(示出为在外科手术控制台100的一部分上)的一个实施方案，袋接触板109具有力传感器阵列111a(例如，包括多个力传感器107a-107d)。在一些实施方案中，安装板121可以用来将袋接触板109安装在外科手术控制台100上。在一些实施方案中，压力传感器模块101可以包括一个以上的力传感器107，当袋接触板109的一侧与挠性容器103接触时，力传感器107位于袋接触板109的对侧上。来自传感器阵列111a上的力传感器107a-107d的输出可以例如被累加、平均或比较，以测定压力传感器模块101上的相对力。在一些实施方案中，各个传感器107上的测得力可以累加在一起，且总和可以除以袋接触板109的面积，以测定挠性容器的压力。如上所述，在一些实施方案中，关联测得力和对应的挠性容器内部压力的等式(或图表)可以被建立模型(基于已知压力和其测得合力)。

图5a至5b示出了压力测量系统(示出为在外科手术控制台100的一部分上)的一个实施方案，所述压力测量系统具有力传感器阵列111b(例如，包括电容传感器阵列)。在一些实施方案中，力传感器107可以在阵列111b中包括一个或多个电容传感器，阵列111b被配置成接触挠性容器103。还预期有其它传感器类型(例如，导电聚合物)。在一些实施方案中，电容传感器阵列111b可以放置成与挠性容器103接触(使得挠性容器103的若干个区域与电容传感器阵列111b的各个传感器107接触)。在一些实施方案中，安装板123可以用来将阵列111b安装在外科手术控制台100上。来自电容传感器阵列111b上的电容传感器的输出可以例如被累加、平均或比较，以测定压力传感器模块101上的相对力。在一些实施方案中，电容传感器上的测得力可以累加在一起，且总和可以除以袋接触板109的面积，以测定挠性容器的压力。如上所述，在一些实施方案中，关联测得力和对应的挠性容器内部压力的等式(或图表)可以被建立模型(基于已知压力和其测得合力)。还预期有其它力传感器107和力传感器配置。

在一些实施方案中，如在图6a至6b中所看到，压力传感器模块101c可以包括具有触针601的力传感器107，该触针具有被配置成接触挠性容器103的面。触针601可以是偏置的机械可移动物体(例如，杠杆、按钮、簧片等)，其随着力的作用而移动。移动程度可以与作用力成比例。触针601可以是暴露的(例如，与挠性容器103直接接触的簧片或杠杆)，或者可以被挠性覆盖物(例如薄膜)覆盖，挠性覆盖物保护触针601，但传递外力(例如，从挠性容器103到触针)。在一些实施方案中，触针可以包括具有约0.5英寸直径的挠性圆形平面的挠性覆盖物。还预期有其它直径和形状(例如，约0.1至1英寸的直径范围、约1英寸至5英寸的直径范围等)。在一些实施方案中，袋压可以与触针或覆盖物上的力输出成比例(力输出可以至少部分依赖于触针面积(或与触针接触的挠性覆盖物的面积))。如上所述，在一些实施方案中，可以通过建立模型测定压力，建立模型是通过测定由力传感器107测量的力并将其与实际袋压(其在建模情境中可以为已知)进行比较来实现。可以开发公式或图表，其在实际使用中用于利用触针或覆盖物上的实际测得力来测定袋压。

如在图7a至7b中所看到，压力传感器模块101可以包括薄膜125和负载单元127。压力传感器模块101可以包括流体(如液体(例如，水或油)、凝胶、空气等)，其将薄膜125与内部负载单元分开，使得作用于薄膜125上的力通过流体分布在内部负载单元上。在一些实施方案中，负载单元可以包括应变仪或者可以是液压或气动型(还预期有其它负载单元类型)。

如在图8中所看到，充满流体的袋子129可以放置在薄膜125与挠性容器之间，以使来自挠性容器的压力分布在薄膜125上。例如，如果挠性容器103具有不平坦压力点(例如表面上的皱褶)，则袋子129可以使来自不平坦点的力分布在负载单元上(而不是，例如，挠性容器中皱褶的部分或全部压在传感器上并提供局部失准的读数)。袋子可以充满液体(例如，水或油)、凝胶、空气等。袋子可以耦接到薄膜125上(例如，通过粘合剂)，或者可以松弛地贴靠着薄膜125。

图9示出了与挠性容器103相关的压力的测量方法。流程图中提供的元件只是为了说明。可以省去所提供的各种元件，可以增加其它元件，和/或可以按照不同于下文提供的顺序来执行各种元件。

在901处，挠性容器103可以放置在挤压板105和压力传感器模块101之间。例如，BSS^TM溶液袋可以悬挂(例如，通过如在图3中所看到的颈部)在挤压板105和压力传感器模块101之间。在一些实施方案中，挠性容器可以水平放置在挤压板105和压力传感器模块101之间。还预期有其它定向和耦接配置。

在903处，挤压板105和压力传感器模块101中的至少一个可以相对于挤压板105和压力传感器模块101中的另一个移动，以对挠性容器103施加压力。例如，位移电动机可以推动刚性挤压板105，以减少挤压板105和压力传感器模块101之间的空间。作为另一个实例，挤压板105可以是挠性带，其可以被牵拉(例如，参见美国专利号7,806,865)以挤压挤压板105和压力传感器模块101之间的挠性容器103。

在905处，可以通过压力传感器模块101上的力传感器测量挠性容器103的压力。力/压力传感器可以测量来自挠性容器103表面的力，从而测定挠性容器103的内部压力。

如在图10中所看到，在一些实施方案中，压力测量系统1000可以包括或耦接到一个或多个处理器(例如，处理器1001)。处理器1001可以包括单个处理装置或多个处理装置。该处理装置可以是微处理器、控制器(其可以是微控制器)、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、现场可编程门阵列、可编程逻辑装置、状态机、逻辑电路、控制电路、模拟电路、数字电路和/或基于操作指令操控信号(模拟和/或数字)的任何装置。耦接到处理器1001和/或嵌在处理器1001之中的存储器1003可以是单个存储装置或多个存储装置。这种存储装置可以是只读存储器、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装置。要注意的是，当处理器1001通过状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路执行其一个或多个功能时，存储相应操作指令的存储器1003可以嵌在包括状态机的电路、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路中或在这些电路的外部。存储器1003可以存储对应于结合附图所示出和描述的元件中的至少一些的操作指令，而处理器1001可以执行这些指令。

图11示出了合并压力传感器模块101的流体管理系统1005。在一些实施方案中，流体管理系统1005可以包括加压冲洗系统，其包括施加压力到挠性容器103(如BSS^TM冲洗袋)上的挤压板105和用于测量挠性容器103外部上的外部压力的压力传感器模块101。挠性容器103中的冲洗液可以流经施用线路1107、冲洗压力传感器1103、冲洗阀1105(例如，3位置冲洗阀)、冲洗线路1107、手持件1115，通过套筒1109，并进入眼睛1111。在一些实施方案中，流体管理系统1005可以使用来自压力传感器模块101的压力，所述压力传感器模块101代替冲洗线路1107上的不同冲洗压力传感器或额外使用。例如，压力传感器模块101可以提供备用的或防备故障的压力传感器，如果压力传感器模块101测量的挠性容器103上的压力大于预定最大压力的话，其可以用来停止或限制挤压板105的速度。在一些实施方案中，系统冲洗压力(例如，冲洗液在冲洗线路中的压力和/或从手持件中的冲洗路径进入患者眼睛的压力)可以利用来自压力传感器模块101的测得压力来测定。测得压力可以用来控制活动的步进电动机控制系统，以移动挤压板来获得和维持所需的袋压(其可以对应于系统冲洗压力)。还预期来自压力传感器模块101的压力有其它用途(例如，用来确定袋子什么时候是空的或接近空的、用来确定袋子是否存在、用来确认冲洗压力传感器读数等)。

在一些实施方案中，压力传感器模块101可以用于测定冲洗溶液的流速。例如，来自压力传感器模块101的压力可以与各种流速相互关联并存储在系统中(例如，存储器1003中)，以使得当在操作期间测得压力时，对应的流速可以被流体管理系统1005读取和使用。流体可以通过被抽吸经由尖端1113，进入手持件1115，经由抽吸线路1117并进入匣盒1123而返回到流体管理系统1005中。抽吸流体可以流经抽吸压力传感器1119，进入蠕动泵1121(为抽吸提供吸力)，进入排放储存器1127并进入引流袋1125。如果可变排气阀1133是开启的(例如，在排气或清洗期间)，则流体可以流经该可变排气阀。在一些实施方案中，冲洗液可以从冲洗阀1105流经分路1131(例如，在清洗操作期间)。

本领域的一般技术人员可以对所提供的实施方案进行各种改动。本领域技术人员通过考虑本说明书和本文所公开的本发明实践将明白本发明的其它实施方案。本说明书和实例只应被视为例示性的，且本发明的真正范围和精神由所附权利要求书和其等效物指示。

Claims (20)

1.一种外科手术控制台，其包括：

挤压板；和

压力传感器模块，其包括力传感器；

其中所述挤压板被配置成相对于所述压力传感器模块移动；且

其中所述压力传感器模块被配置成测量由挠性容器作用于所述压力传感器模块上的力，所述挠性容器位于所述压力传感器模块和所述挤压板之间，其中所述力被用来确定与所述挠性容器相关的压力。

2.根据权利要求1所述的外科手术控制台，

其中所述压力传感器模块包括袋接触板；

其中所述力传感器测量由所述袋接触板作用于所述力传感器上的力，其中所述来自所述袋接触板的力是来自与位于所述袋接触板和所述挤压板之间的所述挠性容器的接触。

3.根据权利要求2所述的外科手术控制台，其中与所述挠性容器相关的压力是利用至少所述测得的力和所述挠性容器与所述袋接触板之间的接触面积来确定的。

4.根据权利要求2所述的外科手术控制台，

其中所述压力传感器模块进一步包括位于所述袋接触板的一端上的铰链；且

其中所述力传感器被配置成当位于所述挤压板和所述袋接触板之间的所述挠性容器施力于所述袋接触板上时，随着所述袋接触板相对于所述铰链枢转，测量由所述袋接触板作用于所述力传感器上的力。

5.根据权利要求2所述的外科手术控制台，其中所述压力传感器模块包括多个力传感器，当所述袋接触板的一侧与所述挠性容器接触时，所述多个力传感器位于所述袋接触板的对侧上。

6.根据权利要求1所述的外科手术控制台，其中所述力传感器包括与所述挠性容器接触的电容传感器。

7.根据权利要求1所述的外科手术控制台，其中所述力传感器包括触针，所述触针被配置成检测来自所述挠性容器的力。

8.根据权利要求1所述的外科手术控制台，其中所述力传感器包括薄膜和负载单元，并以流体将所述薄膜和所述负载单元分开，以使得作用于所述薄膜上的力通过所述流体传递到所述负载单元。

9.根据权利要求8所述的外科手术控制台，其进一步包括充满流体的袋子，其中所述袋子位于所述薄膜和所述挠性容器之间，使来自所述挠性容器的压力分布在所述薄膜上。

10.一种方法，其包括：

将挠性容器放置在挤压板与压力传感器模块之间；

移动所述挤压板和所述压力传感器模块中的至少一个，以将压力施加在所述挠性容器上；和

通过所述压力传感器模块测量与所述挠性容器相关的压力。

11.根据权利要求10所述的方法，

其中所述压力传感器模块包括袋接触板；

其中通过所述压力传感器模块测量与所述挠性容器相关的压力包括所述压力传感器模块上的至少一个力传感器测量由所述袋接触板作用于所述至少一个力传感器上的力，其中所述来自所述袋接触板的力是来自与位于所述袋接触板和所述挤压板之间的所述挠性容器的接触。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中所述压力传感器模块进一步包括位于所述袋接触板的一端上的铰链；且

其中通过所述压力传感器模块测量与所述挠性容器相关的压力包括所述压力传感器模块上的至少一个力传感器在位于所述挤压板和所述袋接触板之间的所述挠性容器施力于所述袋接触板上时，随着所述袋接触板相对于所述铰链枢转，测量所述袋接触板作用于所述至少一个力传感器上的力。

13.根据权利要求11所述的方法，

其中通过所述压力传感器模块测量与所述挠性容器相关的压力包括所述压力传感器模块通过多个力传感器测量压力，当所述袋接触板的一侧与所述挠性容器接触时，所述多个力传感器位于所述袋接触板的对侧上；

其中与所述挠性容器相关的压力是利用由所述多个力传感器测得的累加力和所述挠性容器与所述袋接触板之间的接触面积来确定的。

14.根据权利要求10所述的方法，其中通过所述压力传感器模块测量与所述挠性容器相关的压力包括所述压力传感器模块上的至少一个电容传感器通过与所述挠性容器接触来测量压力。

15.根据权利要求10所述的方法，其中通过所述压力传感器模块测量与所述挠性容器相关的压力包括电容传感器阵列沿着与所述挠性容器的若干个接触点测量来自所述挠性容器的力。

16.根据权利要求10所述的方法，其中通过所述压力传感器模块测量与所述挠性容器相关的压力包括所述压力传感器模块上的具有触针的至少一个力传感器测量压在所述触针的面上的力，所述触针被配置成与所述挠性容器接触。

17.根据权利要求10所述的方法，其中通过所述压力传感器模块测量与所述挠性容器相关的压力包括通过负载单元测量力，其中以流体将薄膜与所述负载单元分开，以使得作用于所述薄膜上的力将通过所述流体传递到所述负载单元。

18.根据权利要求17所述的方法，其中通过所述压力传感器模块测量与所述挠性容器相关的压力包括通过充满流体的袋子测量力，其中所述袋子位于所述薄膜和所述挠性容器之间，以使来自所述挠性容器的压力分布在所述薄膜上。

19.一种外科手术系统，其包括：

挤压板；

压力传感器模块，其中所述挤压板被配置成压缩位于所述挤压板和所述压力传感器模块之间的冲洗袋；

冲洗线路，其被配置成耦接到手持件，使得来自所述冲洗袋的流体流经所述冲洗线路并进入所述手持件；

其中所述外科手术系统被配置成对由所述压力传感器模块测量的压力与预定的最大压力加以比较，以控制所述挤压板的移动，从而控制冲洗液从所述挠性容器流出和流进所述冲洗线路。

20.根据权利要求19所述的外科手术系统，其进一步包括耦接到所述冲洗线路的分离的冲洗压力传感器，且其中所述外科手术系统对由所述压力传感器模块测量的压力和由所述分离的冲洗压力传感器测量的压力加以比较。