CN113194894A - 用于玻璃体切除术器械的电磁阀控制优化的方法 - Google Patents

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Abstract

用于优化对电压信号的脉冲宽度调制(PWM)施加的系统和方法，该电压信号用于向阀中传递电流，该阀用于交替地向用于驱动切割器的玻璃体切除术探针中的腔室传递加压气体或使加压气体从该腔室排出。

Description

用于玻璃体切除术器械的电磁阀控制优化的方法
背景
技术领域
本披露涉及优化对电压信号的脉冲宽度调制(PWM)施加，该电压信号用于向阀中传递电流以驱动玻璃体切除术探针。
背景技术
玻璃体视网膜手术可以包括被执行用于恢复、保护和增强视力的各种手术。玻璃体视网膜手术可以适用于治疗眼睛后部的许多严重病症。玻璃体视网膜手术可以治疗以下病症：比如年龄相关性黄斑变性(AMD)、糖尿病性视网膜病变和糖尿病性玻璃体出血、黄斑裂孔、视网膜脱落、视网膜前膜、CMV视网膜炎、以及许多其他眼科病症。
玻璃体是填充眼睛中心的通常透明的凝胶状物质。它可以占眼睛体积的大约三分之二，使其在出生前就具有形态和形状。影响眼睛后部的某些问题可能需要玻璃体切除术或手术去除玻璃体。去除玻璃体可以涉及玻璃体切除器或切割装置，其工作方式就像一个微小的截断机，该截断机具有振荡微型切割器，以可控的方式去除玻璃体胶样物。以高切割速率操作切割器可以防止在去除玻璃体液期间在视网膜上产生巨大的牵引力。而且，切割器可以由气动模块驱动，该气动模块可以调节并供应压缩空气或气体从而为切割器提供动力。
发明内容
本技术所披露的实施例涉及优化对电压信号的脉冲宽度调制(PWM)施加，该电压信号用于向阀中传递电流，该阀用于交替地向用于驱动切割器的玻璃体切除术探针中的腔室传递加压气体或使加压气体从该腔室排出。
本技术的一些实施例涉及一种用于玻璃体切除术探针的电磁阀控制优化的系统，所述系统包括玻璃体切除术探针，所述玻璃体切除术探针，所述玻璃体切除术探针在气动驱动隔膜的相应侧具有第一腔室和第二腔室，所述气动驱动隔膜用于使探针切割器往复运动。所述系统还包括与加压气体源耦接的阀。所述阀可以包括螺线管，所述螺线管在被供应电流时使所述阀的电磁柱塞移动，以交替地通过第一出口管线和第二出口管线传递和排出加压气体，所述第一出口管线和所述第二出口管线分别向和从所述玻璃体切除术探针的所述第一腔室传递和排出加压气体以及向和从所述第二腔室传递和排出加压气体。
所述系统还可以包括用于供应电压以在所述螺线管中驱动电流的电源、以及耦接到所述螺线管并且被配置为监测所述螺线管中的电流和传送电流信号的电流传感器。系统控制器可以与电源和电流传感器通信耦接，并且系统控制器可以接收来自所述电流传感器的电流信号，并且识别何时所述电磁柱塞的移动产生反电动势(反EMF)，所述反电动势在预定程度上改变所述螺线管中的电流。在检测到指示电磁柱塞正在移动或结束移动的反EMF后，系统控制器可以进入具有降低的功耗的脉冲宽度调制(PWM)操作模式，以使电磁柱塞保持移动和或将电磁柱塞保持在结束位置，直到所述螺线管在预定的定时被断电为止。
在一些情况下，系统控制器：观察到在采样速率下一系列样本中的每个样本中的所述电流较高；观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降；在所述电流从谷值回弹后观察到另一系列的后续样本相继更高，这表明所述电流回弹；并且通过观察所述谷值来识别产生反EMF的所述电磁柱塞的移动。
在一些情况下，系统控制器：观察到在采样速率下一系列样本中的每个样本中的电流较高；观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降，这指示峰值；并且识别产生反EMF的电磁柱塞的移动。
在一些情况下，系统控制器在电流降达到10毫安的预定的电流降时识别峰值和/或谷值。系统控制器还可以应用各种PWM模式，包括具有固定占空比和固定频率的恒定PWM、以及具有可变占空比和可变频率的可变PWM。在一些情况下，阀、电源、电流传感器和系统控制器被集成在眼科手术控制台中。
本技术的一些实施例涉及一种优化用于操作玻璃体切除术探针的电磁阀的控制的方法。所述优化用于操作玻璃体切除术的电磁阀的控制的方法可以涉及将阀与加压气体源、电源和玻璃体切除术探针耦接，所述电源用于供应电压以在所述阀中的螺线管中驱动电流，所述玻璃体切除术探针在气动驱动隔膜的相应侧具有第一腔室和第二腔室，所述气动驱动隔膜用于使探针切割器往复运动。所述方法还可以包括通过所述电源传递电压以向所述螺线管供应电流，所述电流驱动所述阀电磁柱塞，以交替地通过第一出口管线和第二出口管线传递和排出加压气体，所述第一出口管线和所述第二出口管线分别向和从所述玻璃体切除术探针的所述第一腔室传递和排出加压气体以及向和从所述第二腔室传递和排出加压气体。
接下来，所述方法可以包括：利用耦接到所述螺线管的电流传感器监测所述螺线管中的所述电流；通过所述电流传感器将电流信号传送至系统控制器；以及通过所述系统控制器接收来自所述电流传感器的电流信号。在接收到电流信号后，所述方法可以涉及：通过所述系统控制器识别何时所述电磁柱塞的移动产生反电动势(反EMF)，所述反电动势在预定程度上改变所述螺线管中的电流；以及通过所述系统控制器使所述电源进入脉冲宽度调制(PWM)操作模式，以使所述电磁柱塞保持移动和/或将所述电磁柱塞保持在结束位置，直到所述螺线管在预定的定时被断电为止。
在一些情况下，识别何时电磁柱塞的移动产生反EMF涉及系统控制器：观察到在采样速率下一系列样本中的每个样本中的所述电流较高；观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降；在所述电流从谷值回弹后观察到另一系列的后续样本相继更高，这表明所述电流回弹；并且通过观察所述谷值来识别产生反EMF的所述电磁柱塞的移动。
在一些情况下，识别何时电磁柱塞的移动产生反EMF涉及系统控制器：观察到在采样速率下一系列样本中的每个样本中的电流较高；观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降，这指示峰值；并且识别产生反EMF的电磁柱塞的移动。
在一些情况下，系统控制器在电流降达到10毫安的预定的电流降时识别峰值和/或谷值。系统控制器还可以应用各种PWM模式，包括具有固定占空比和固定频率的恒定PWM、以及具有可变占空比和可变频率的可变PWM。在一些情况下，阀、电源、电流传感器和系统控制器被集成在眼科手术控制台中。
在一些情况下，所述方法还可以包括：收集描述与电流信号的峰值和谷值相关联的定时的定时数据；收集阀故障的量化实例集合；使用监督学习、机器学习算法来进行训练，以创建用于基于将来阀操作的实时定时数据来预测将来的阀故障的预测模型；以及使用故障预测模型在后续的玻璃体切除术手术之前预见将来的阀故障。
在一些情况下，所述方法还包括：括收集描述与电流信号的峰值和谷值相关联的定时的定时数据；以及基于所述定时数据来调整阀占空比，以补偿阀打开或关闭的定时变化，使得可以达到期望的压力输出以致动玻璃体切除术探针。
在一些情况下，所述方法还可以包括：收集描述与电流信号的峰值和谷值相关联的定时的定时数据；收集定时变化补偿的量化实例集合；使用监督学习、机器学习算法来进行训练，以创建用于基于将来阀操作的实时定时数据来补偿阀打开或关闭的定时变化的调整模型。
附图说明
为了更加彻底地理解本技术、其特征及其优点，参考结合附图进行的以下说明，在附图中：
图1展示了用于气动眼科手术机的手术控制台的实施例；
图2a至图2b展示了用于气动玻璃体切除术机的气动系统的示意图；
图3展示了玻璃体切除术切割器；
图4A展示了在没有进行脉冲宽度调制的情况下玻璃体切除术驱动电磁阀的电压和电流随时间的变化的现有技术示例图；
图4B展示了在进行脉冲宽度调制的情况下相同的电磁阀的电压和电流随时间的变化的现有技术示例图；
图5展示了用于优化对电压的脉冲宽度调制施加的系统，该电压被施加到气动阀以驱动玻璃体切除术探针的气动腔室；
图6A展示了玻璃体切除术驱动电磁阀的电压和电流随时间的变化的示例和使用固定脉冲宽度调制的优化方法；
图6B展示了玻璃体切除术驱动电磁阀的电压和电流随时间的变化的示例和使用可变脉冲宽度调制的优化方法；
图7展示了优化对电压的脉冲宽度调制施加的方法，该电压被施加到气动阀以驱动玻璃体切除术探针的气动腔室；
图8A展示了玻璃体切除术驱动电磁阀的电压和电流随时间的变化的示例和使用固定脉冲宽度调制的优化方法；
图8B展示了玻璃体切除术驱动电磁阀的电压和电流随时间的变化的示例和使用可变脉冲宽度调制的优化方法；
图9展示了优化对电压的脉冲宽度调制施加的方法，该电压被施加到气动阀以驱动玻璃体切除术探针的气动腔室；以及
图10A和图10B展示了可能的系统实施例。
具体实施方式
以下描述的技术涉及优化对电压信号的脉冲宽度调制(PWM)施加，该电压信号用于向阀中传递电流，该阀用于交替地向用于驱动切割器的玻璃体切除术探针中的腔室传递加压气体或使加压气体从该腔室排出。
图1展示了用于气动眼科手术机的手术控制台101的实施例。手术控制台101可以被配置为驱动一个或多个气动工具103。工具103可以包括例如剪刀、玻璃体切除器、镊子以及注入或抽取模块。还可以使用其他的工具103。在操作中，图1的气动眼科手术机可以操作用于协助外科医生执行各种眼科手术，比如玻璃体切除术。压缩气体(比如氮气)可以通过手术控制台101向动力工具103提供动力。手术控制台101可以包括用于向用户显示信息的显示器109(该显示器还可以结合用于接收用户输入的触摸屏)。手术控制台101还可以包括射流模块105(例如，以支持冲洗/抽吸功能)和用于耦接到工具103的一个或多个端口连接器107(例如，通过附接到工具103的气动线进行耦接)。
图2A和图2B展示了用于气动玻璃体切除术机的气动系统的示意图。如在图2A和图2B中所看到的，气动系统可以包括将压力源209(例如，经调节的压力源，比如气缸或壁式插座空气供应器)耦接到输出端口A 213和输出端口B 215的一个或多个气动阀217(输出端口A 213和输出端口B 215可通过一个或多个端口连接器107耦接到工具103)。在一些实施例中，气动阀217可以由控制器205控制。在一些实施例中，压力源209的压力也可以由控制器205调节，或可以由单独的控制器(其例如在手术控制台101的内部)调节。控制器205可以调节压力(例如，以在为减少空气消耗的较低压力和为实现较快切割速率的较高压力之间寻求平衡，和/或以增大可用的切割速率的动态范围)。在一些实施例中，气动系统的部件可以被结合到歧管中(例如由比如铝等金属加工而成的歧管)。歧管可以是气密的，并且包括各种配件和联接件，并且能够承受相对较高的气压。歧管可以被制造为多个单独的件，或者可以被制造为单一件。在各种实施例中，气动系统的(例如在歧管中的)部件可以被结合在手术控制台101内部。
在一些实施例中，气动阀217可以是四通阀。还可以设想其他阀配置。阀217可以包括螺线管，该螺线管操作以如来自控制器205的控制信号所指引地在阀217中将电磁柱塞移动至两个位置之一(例如，见图2a至图2b)。在第一位置中，气动阀217可以允许加压气体穿过气动阀217到达输出端口B 215，以向探针切割器225提供气动动力，同时使加压气体从输出端口A 213通过消声器227排出。在第二位置中，阀217可以向输出端口A 213提供加压气体，并且使加压气体从输出端口B 215的排出。在该位置中，加压气体可以穿过输出端口A213以向工具103(例如，探针切割器225)提供气动动力。因此，当气动阀217处于第一位置时，可以对双腔室223的第一腔室229充气，而使第二腔室231放气。当气动阀217处于第二位置时，可以对第二腔室231充气，而使第一腔室229放气。
如在图3中所看到的，探针切割器225可以充当切割装置。探针切割器225可以在具有切割器端口301的外管303中往复运动(例如，探针切割器225可以被隔膜221移动——该隔膜由于加压气体交替地被引导至输出端口A和B(并且进入双腔室223的相应腔室中)而产生振动)。在一些实施例中，探针切割器225可以通过管219(也可以针对每个端口使用单独的管)被附接到输出端口A和B。当探针切割器225前后移动时，探针切割器225可以用探针切割器225的锋利尖端来交替地打开和关闭切割器端口301。探针切割器225通过外管303的每个周期都可以切割穿过在探针切割器225正在关闭时在切割器端口301中的材料(比如，玻璃体)。端口占空比(PDC)可以指示切割器端口301打开和关闭的时间量。例如，49％的PDC可以指示切割器端口301在49％的周期时间是打开的(并且在51％的周期时间是关闭的——周期时间例如是切割器端口301的相继的每次打开之间的时间量)。
在一些实施例中，阀占空比(VDC)可以包括气动阀217处于第一位置和处于第二位置的时间量。在一些实施例中，探针切割器225的切割速率可以由控制器205通过阀217控制。例如，为了提供每分钟2500次切割的探针速率，控制器205可以指引气动阀217以大约每个周期24毫秒(ms)的速率交替地向端口A(第二通道)和端口B(第一通道)提供加压空气。为了获得每分钟2500次切割的切割速率，这两个气动通道可以每24ms循环打开/关闭(2500次切割/min或1min/2500次切割*60秒/1min＝0.024秒/次切割＝24ms/次切割)，这可以是每个通道打开持续12ms。
为了减少玻璃体切除术手术期间的牵引力(这可能导致视网膜脱落)，期望玻璃体切除术探针以高速操作。通常理解为越快越好。因此，驱动阀经常以其最大速度(以CPM为单位)操作。在非常高的速度下，每个阀周期时间非常短，这需要电磁阀在打开和关闭时快速移动。例如，在15000cpm且50％VDC下，在每个阀周期中，阀打开和关闭的持续时间仅为2ms。因此，电磁阀不得不非常快速地致动，使得其在少于2ms的时间内打开和关闭。
在某些情况下，通过线圈设计增加螺线管电力和/或应用更高的电压以及更强的复位弹簧可以加速阀致动。然而，高电力或高电压会加热电磁阀，这可能导致损坏或故障。因此，在一些情况下，一旦阀被致动，其就将通过控制电子设备和软件进入节能模式。在某些情况下，驱动电压脉冲宽度调制可以用作节能模式。
图4A展示了在没有进行PWM的情况下以15000cpm操作的玻璃体切除术驱动电磁阀的电压和电流随着时间变化的现有技术示例图。图4B展示了在进行PWM的情况下相同的电磁阀的电压和电流随着时间变化的现有技术示例图。在图4B所示的PWM操作中，平均电流和总功耗减少了。在该情况下，PWM电压信号的占空比和频率是固定的。
在现有技术中，开启PWM的定时可以是固定的，以解决可能随着时间改变的阀的较大范围变化。阀与阀的变化以及阀操作的改变均与温度和柱塞移动的定时变化有关。如图4B中所示出的，尝试适应这些变化的现有技术已经涉及开启PWM的固定时间延迟。该延迟已经被设置为显著长于完成柱塞移动的时间。
本技术涉及：检测何时阀的电磁柱塞开始移动；以及在移动开始后开始对电流进行PWM，以减少机械冲击、减少热量、减少噪声、降低功耗、提高可靠性并延长寿命。
为了使阀中的电磁柱塞开始移动，电流最初被设置为高值以克服惯性；然而，一旦电磁柱塞开始移动，使电磁柱塞保持移动需要的电流就会更少。而且，当电磁阀被打开时，电磁柱塞移动会在电磁线圈中感生反电动势(即反EMF)，这导致螺线管电流的瞬时减小。该电流改变特性是电磁阀移动的可靠指示器。根据本技术，PWM节能模式可以在电磁柱塞移动后检测到反EMF后开始。
图5展示了用于优化对电压的脉冲宽度调制施加的系统500，该电压被施加到气动阀以驱动玻璃体切除术探针的气动腔室。系统500包括将压力源510(例如，经调节的压力源，比如气缸或壁式插座空气供应器)耦接到玻璃体切除术探针525的腔室515、520的气动阀505(例如，四通阀)。阀505交替地对腔室515、520进行加压和排气，这驱动隔膜530并使探针切割器535往复运动。
气动阀505可以由系统控制器540(例如集成在手术控制台内的控制器)控制。系统控制器540可以包括电源或可以耦接到电源。系统控制器540可以使电源向阀505传递电压，以在阀505中的螺线管中驱动电流。电流可以使得阀前后移动，以交替地对玻璃体切除术探针525的腔室515、520进行加压或排气。更具体地，当气动阀505处于第一位置时，对第一腔室515充气，而使第二腔室520放气。当气动阀505处于第二位置时，对第二腔室520充气，而使第一腔室515放气。
系统500还包括电流传感器550，该电流传感器可以监测阀505中的电流，并向系统控制器提供电流数据。如以上所解释的，当电磁柱塞在阀505内移动时，柱塞在螺线管线圈中感生反电动势(即反EMF)，这可能导致电流的瞬时减小。系统控制器540可以分析来自电流传感器550的电流数据，并且可以检测由反EMF导致的电流变化，该电流变化指示电磁柱塞的移动。系统控制器540还可以执行指令，这些指令使得系统控制器540在检测到反EMF后开始对被施加到阀505中的螺线管的电压进行脉冲宽度调制(PWM)。换言之，代替采用基于时间的PWM模式，系统控制器540可以响应于检测到反EMF而主动进入PWM操作模式，这会使PWM模式的施加始终在时间上更接近电磁柱塞的移动，从而减少机械冲击、减少热量、减少噪声、降低功耗、提高阀505的可靠性并且延长其寿命。
如以上所提及的，对阀中的电磁柱塞的移动的检测可以涉及检查电流信号和检测由反EMF导致的电流变化。本技术涉及检测阀中的电磁柱塞的移动以优化对被施加到螺线管的电压的PWM施加的各种方法。
在一些情况下，系统控制电子设备和软件可以检查电流，并基于在电流信号最初由于反EMF下降且随后恢复之后观察到的谷值来确定电磁柱塞已经移动。图6A展示了玻璃体切除术驱动电磁阀的电压和电流随时间变化的示例和使用固定脉冲宽度调制的优化方法。系统控制电子系统和软件可以实时监测阀电流，并检测电磁柱塞结束移动后的瞬时电流谷值。基于谷值的检测，系统控制器可以启动具有固定占空比和固定频率的PWM。由在特定条件下以给定的阀周期操作的单独阀的瞬时电流谷值触发的PWM启动能提供许多益处，包括消除用于适应阀和其操作状况的变化的延迟。以这种方式，在玻璃体切除术驱动电磁阀中产生更少的热量，这增强了可靠性并且防止阀发生故障。
在一些情况下，系统控制电子系统和软件通过要求在报告检测到的谷值之前的一段时间内电流出现阈值下降和回弹来解决电流信号噪声。例如，系统控制电子设备和软件可以对电流进行采样，并且观察到在一定采样速率(例如，每十微秒)下每个相继的样本的电流更高。接下来，系统控制电子系统和软件可以观察到，采样带(例如，之后的100微秒内的后十个样本)中的一系列后续样本相继更低，并且导致大于预定阈值(例如，10毫安)的总电流降。接下来，系统控制电子系统和软件可以观察到在另一个采样带(例如，之后的100毫秒内的后十个样本)中的一系列随后的样本相继更高，这指示回弹。接下来，系统控制电子系统和软件可以在电流变化下降大于预定阈值(例如，10毫安)随后回弹的情况下报告谷值。
当采样速率、采样带、以及电流的阈值下降的特定示例被列出为示例时，具有本披露的益处的本领域普通技术人员将很容易理解可以利用各种采样速率、采样带、以及电流的阈值下降和回弹来实现本披露的技术的益处。
图6A中示出的优化示例涉及具有固定占空比和固定频率的PWM模式。在一些情况下，系统控制电子设备和软件利用可变的PWM占空比和频率。在可变PWM的情况下，该PWM以低占空比和低频率开始，从而非常快速地使电流降低到保持电流水平，然后将占空比和频率改变为不同的值(标准占空比和标准频率)以使电流维持在保持电流水平。与固定占空比和固定频率的PWM相比，使用可变PWM的优化方法可以使玻璃体切除术驱动电磁阀产生较少的热量，这增强了可靠性并且防止阀出现故障。图6B展示了玻璃体切除术驱动电磁阀的电压和电流随时间变化的示例和使用可变脉冲宽度调制的优化方法。
图7展示了优化对电压的脉冲宽度调制施加的方法700，该电压被施加到气动阀以驱动玻璃体切除术探针的气动腔室。方法700涉及启动玻璃体切除术手术705，该玻璃体切除术手术涉及螺线管控制的阀，该阀控制被交替地传递至玻璃体切除术探针的两个腔室和从腔室中排出的气动压力，这两个腔室被用于驱动探针切割器的隔膜分开。方法700涉及打开玻璃体切除术驱动阀710，以及监测玻璃体切除术驱动阀的电流715，例如，使用电流传感器在采样速率下监测电流并向系统控制器报告电流样本读数。
接下来，方法700涉及例如通过以下方式来确定是否检测到瞬时电流谷值720：系统控制器处理所报告的电流样本读数，观察到在采样速率下一系列样本中的每个样本中的电流较高，观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降，在电流从谷值回弹后观察到另一系列的后续样本相继更高，这表明电流回弹，确定瞬时电流谷值，该谷值指示电磁柱塞的移动产生了反EMF。
当未检测到谷值时，方法700涉及继续监测玻璃体切除术驱动阀的电流715。可替代地，当检测到电流的谷值时，方法700涉及开启具有固定或可变占空比和频率的脉冲宽度调制(PWM)725。对传递到阀的电压施加PWM可以持续直到阀周期结束，并且方法700接下来可以涉及按照预定的每分钟切割次数(CPM)参数和阀占空比(VDC)的定时关闭玻璃体切除术驱动阀730。接下来，方法700涉及在预定的CPM和VDC的持续时间内使玻璃体切除术驱动阀保持关闭735，例如，以允许第一腔室排气并且第二腔室被压力驱动。
接下来，方法700涉及确定何时系统控制器结束玻璃体切除术740。当玻璃体切除术未被结束时，方法700涉及通过打开玻璃体切除术驱动阀710来进行重复。当玻璃体切除术结束时，方法700涉及结束玻璃体切除术手术745。
在一些情况下，系统控制电子系统和软件可以检查电流，并基于在电流由于反EMF下降之前观察到的峰值来确定电磁柱塞已经移动。图8A展示了玻璃体切除术驱动电磁阀的电压和电流随时间变化的示例和使用固定脉冲宽度调制的优化方法。系统控制电子系统和软件可以实时监测阀电流，并检测电流峰值。基于峰值的检测，系统控制器可以启动具有固定占空比和固定频率的PWM。由在特定条件下以给定的阀周期操作的单独阀的瞬时电流峰值触发的PWM启动能提供许多益处，包括消除用于适应阀和其操作状况的变化的延迟。该优化减少了电磁阀的机械冲击和噪声，因为在电磁柱塞开始移动后螺线管电流立即大幅降低。换言之，在检测到峰值时启动PWM减少了在电磁柱塞达到硬停止之前的驱动力。与基于谷值检测的优化技术相比，该优化技术还可以减少更多热量，因为PWM被更早地启动，这增强了可靠性并且防止阀出现故障。
在一些情况下，系统控制电子系统和软件通过要求在将电流下降之前的较高点报告为检测到的峰值之前的一段时间内电流出现阈值下降来解决电流信号噪声。例如，系统控制电子设备和软件可以对电流进行采样，并且观察到在一定采样速率(例如，每十微秒)下每个相继的样本的电流更高。接下来，系统控制电子系统和软件可以观察到，采样带(例如，之后的100微秒内的后十个样本)中的一系列后续样本相继更低，并且导致大于预定阈值(例如，10毫安)的总电流降，并且可以将电流下降之前的较高点报告为峰值。
当采样速率、采样带、以及电流的阈值下降的特定示例被列出为示例时，具有本披露的益处的本领域普通技术人员将很容易理解可以利用各种采样速率、采样带、以及电流的阈值下降来实现本披露的技术的益处。
图8A中示出的优化示例涉及具有固定占空比和固定频率的PWM模式。在一些情况下，系统控制电子设备和软件利用可变的PWM占空比和频率。在可变PWM的情况下，该PWM基于固定时间延迟、或瞬时电流谷值的检测、或瞬时电流峰值的检测，该PWM以低占空比和低频率开始，从而非常快速地使电流降低到保持电流水平，然后将占空比和频率改变为不同的值(标准占空比和标准频率)以使电流维持在保持电流水平。与固定占空比和固定频率的PWM相比，使用可变PWM的优化方法可以使玻璃体切除术驱动电磁阀产生较少的热量，这增强了可靠性并且防止阀出现故障。图8B展示了玻璃体切除术驱动电磁阀的电压和电流随时间变化的示例和使用可变脉冲宽度调制的优化方法。
图9展示了优化对电压的脉冲宽度调制施加的方法900，该电压被施加到气动阀以驱动玻璃体切除术探针的气动腔室。方法900涉及启动玻璃体切除术手术905，该玻璃体切除术手术涉及螺线管控制的阀，该阀控制被交替地传递至玻璃体切除术探针的两个腔室和从腔室中排出的气动压力，这两个腔室被用于驱动探针切割器的隔膜分开。方法900涉及打开玻璃体切除术驱动阀910，以及监测玻璃体切除术驱动阀的电流915，例如，使用电流传感器在采样速率下监测电流并向系统控制器报告电流样本读数。
接下来，方法900涉及例如通过以下方式来确定是否检测到瞬时电流峰值920：系统控制器处理所报告的电流样本读数，观察到在采样速率下一系列样本中的每个样本中的电流较高，观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降，这指示峰值以及电磁柱塞的移动产生了反EMF。
当未检测到峰值时，方法900涉及继续监测玻璃体切除术驱动阀的电流915。可替代地，当检测到电流的峰值时，方法900涉及开启具有固定或可变占空比和频率的脉冲宽度调制(PWM)925。对传递到阀的电压施加PWM可以持续直到阀周期结束，并且方法900接下来可以涉及按照预定的每分钟切割次数(CPM)参数和阀占空比(VDC)的定时关闭玻璃体切除术驱动阀930。接下来，方法900涉及在预定的CPM和VDC的持续时间内使玻璃体切除术驱动阀保持关闭935，例如，以允许第一腔室排气并且第二腔室被压力驱动。
接下来，方法900涉及确定何时系统控制器结束玻璃体切除术940。当玻璃体切除术未被结束时，方法900涉及通过打开玻璃体切除术驱动阀910来进行重复。当玻璃体切除术结束时，方法900涉及结束玻璃体切除术手术945。
在一些情况下，系统控制器、手术控制台或其他计算装置可以收集和处理瞬时电流峰值和谷值的定时数据。基于定时数据，系统控制器可以调整阀占空比以补偿阀打开或关闭的定时的变化，使得可以达到期望的压力输出来驱动玻璃体切除术探针。还基于定时数据落入特定范围之内或之外，系统控制器可以检测阀故障，跟踪阀的性能或劣化，并且对阀的服务提供建议。
而且，系统控制器、手术控制台或其他计算装置可以访问收集的定时数据和阀故障的量化实例，并且使用监督学习、机器学习算法来进行训练，以创建基于将来阀操作的实时定时数据来预测将来的阀故障的预测模型。故障预测可以用于在随后的玻璃体切除术手术之前预见故障，并且允许操作员更换可能出现故障的阀。
类似地，系统控制器、手术控制台或其他计算装置可以访问收集的定时数据以及阀调整和结果的量化实例，并且使用监督学习、机器学习算法来进行训练，以创建基于将来阀操作的实时定时数据来补偿阀打开或关闭的定时变化的调整模型。
图10A和10B展示了可能的系统实施例。在实践本技术时，更合适的实施例对于本领域普通技术人员将是明显的。本领域普通技术人员还将容易理解的是，其他系统实施例是也可能的。
图10A展示了常规系统总线计算系统架构1000，其中该系统的部件使用总线1005彼此电连通。示例性系统1000包括处理单元(CPU或处理器)1010以及将各种系统部件耦接到处理器1010的系统总线1005，这些系统部件包括系统存储器1015，比如只读存储器(ROM)1020和随机存取存储器(RAM)1025。系统1000可以包括与处理器1010直接连接、紧邻、或集成为其一部分的高速存储器的缓存。系统1000可以由处理器1010将数据从存储器1015和/或存储装置1030复制到缓存1012以供快速访问。以这种方法，缓存可以提供性能提升——避免了在等待数据时处理器1010的延迟。这些和其他模块可以控制或被配置为控制处理器1010以执行各种操作。其他系统存储器1015也可以是可用的。存储器1015可以包括具有不同性能特性的多种不同类型的存储器。处理器1010可以包括任何通用处理器和硬件模块或软件模块，比如存储在存储装置1030中的模块1 1032、模块2 1034、以及模块3 1036，这些模块被配置为控制处理器1010和其中软件指令被结合进实际处理器设计的专用处理器。处理器1010可以基本上是完全独立式计算系统，包含多个核或处理器、总线、存储器控制器、缓存等。多核处理器可以是对称的或非对称的。
为了使用户能够与计算装置1000进行交互，输入装置1045可以表示任何数量的输入机制，比如用于讲话的麦克风、用于姿势或图形输入的触敏屏幕、键盘、鼠标、动作输入、语音等。输出装置1035也可以是本领域技术人员已知的多种输出机制中的一个或多个。在一些实例中，多模式系统可以使用户能够提供多种类型的输入来与计算装置1000通信。通信接口1040可以总体上控制和管理用户输入和系统输出。没有对在任何特定的硬件上操作没有进行限制，因此，在进一步开发之后，可以很容易用改进的硬件或固件布置来替换此处的基本特征。
存储装置1030是非易失性存储器，并且可以是硬盘或可以存储可由计算机访问的数据的其他类型的计算机可读介质，比如磁带、闪存卡、固态存储器装置、数字通用盘、盒式磁带、随机存取存储器(RAM)1025、只读存储器(ROM)1000以及其混合。
存储装置1030可以包括用于控制处理器1010的软件模块1032、1034、1036。设想了其他硬件或软件模块。存储装置1030可以连接至系统总线1005。在一方面，执行特定功能的硬件模块可以包括存储在计算机可读介质中的软件部件，该计算机可读介质与必要硬件部件(比如处理器1010、总线1005、显示器1035等)连接，以执行功能。
图10B展示了具有芯片组架构的计算机系统1050，该芯片组架构可以用于执行所描述的方法，并生成和显示图形用户界面(GUI)。计算机系统1050是可以用于实施所披露的技术的计算机硬件、软件和固件的示例。系统1050可以包括处理器1055，其表示能够执行被配置为执行识别出的计算的软件、固件、和硬件的任何数量的物理和/或逻辑上不同的资源。处理器1055可以与芯片组1060通信，该芯片组可以控制到处理器1055的输入以及从该处理器的输出。在该示例中，芯片组1060向输出1065(比如显示器)输出信息，并且可以读取和写入信息到存储装置1070，该存储装置可以包括例如磁性介质和固态介质。芯片组1060还可以从RAM 1075读取数据以及向其写入数据。用于与各种用户接口部件1085进行接口连接的桥1080可以被提供用于与芯片组1060进行接口连接。这样的用户接口部件1085可以包括键盘、麦克风、触摸检测和处理电路系统、以及定点装置(比如鼠标)等。通常，到系统1050的输入可以来自各种源中的任何一种，是机器生成的和/或人类生成的。
芯片组1060还可以与一个或多个通信接口1090进行接口连接，这些通信接口可以具有不同的物理接口。这样的通信接口可以包括用于有线和无线局域网、宽带无线网和个人区域网的接口。用于生成、显示和使用本文披露的GUI的方法的一些应用可以包括通过物理接口接收有序数据集，或者由机器本身通过处理器1055分析存储在存储装置1070或1075中的数据由机器本身来生成。进一步地，机器可以经由用户接口部件1085接收来自用户的输入，并执行合适的功能，比如通过使用处理器1055解释这些输入来执行浏览功能。
可以理解的是，示例性系统1000和1050可以具有多于一个处理器1010或1055，或者是一起联网的计算装置的组或群集的一部分，以提供更强的处理能力。
为了解释清楚起见，在一些实例中，本技术可以被呈现为包括各个功能块，这些功能块包括包含装置、装置部件、嵌入软件的方法中的步骤或例程、或硬件和软件组合的功能块。
在一些实施例中，计算机可读存储装置、介质和存储器可以包括电缆或包含比特流等的无线信号。然而，当提及时，非暂态计算机可读存储介质明确不包括比如能量、载波信号、电磁波、和诸如此类的信号等介质。
根据上述示例的方法可以使用存储或以其他方式从计算机可读介质可获得的计算机可执行指令来实施。这样的指令可以包括例如使得或以其他方式将通用计算机、专用计算机、专用处理装置配置为执行特定的一个或一组功能的指令和数据。所使用的计算机资源的一部分可以通过网络来访问。计算机可执行指令可以例如是二进制、中间格式的指令，比如汇编语言、固件、或源代码。可以用于存储指令、所使用的信息、和/或在根据所描述的示例的方法期间产生的信息的计算机可读介质的示例包括磁盘或光盘、闪速存储器、设置有非易失性存储器的通用串行总线(USB)装置、联网存储装置等。
实施根据这些披露内容的方法的装置可以包括硬件、固件和/或软件并且可以采用各种形状因子中的任一种。这样的形状因子的典型示例包括膝上型计算机、智能电话、小型个人计算机、个人数字助理等。本文描述的功能也可以体现在外围设备或附加卡中。通过进一步示例，此类功能还可以在单一装置中的不同芯片或在其中执行的不同过程之间、在电路板上实现。
指令、用于传达这类指令的介质、用于执行这类指令的计算资源、以及用于支持这类计算资源的其他结构是用于提供这些披露内容中描述的功能的手段。
以上披露的主题应认为是说明性而非限制性的，并且所附权利要求旨在覆盖所有此类修改、增强、以及落入本披露的真实精神和范围内的其他实施例。因此，为了被法律最大程度地允许，本披露的范围将由以下权利要求及其等效物的最广泛允许的解读来确定、并且不应受限于或局限于上述详细说明。

Claims (15)

1.一种用于玻璃体切除术探针的电磁阀控制优化的系统，所述系统包括：
玻璃体切除术探针，所述玻璃体切除术探针在气动驱动隔膜的相应侧具有第一腔室和第二腔室，所述气动驱动隔膜用于使探针切割器往复运动；
加压气体源；
与所述加压气体源耦接的阀，所述阀具有螺线管，所述螺线管在被供应电流时使电磁柱塞移动，以交替地通过第一出口管线和第二出口管线传递和排出加压气体，所述第一出口管线和所述第二出口管线分别向和从所述玻璃体切除术探针的所述第一腔室传递和排出加压气体以及向和从所述第二腔室传递和排出加压气体；
与所述阀的所述螺线管耦接的电源，所述电源用于供应电压以在所述螺线管中驱动电流；
耦接到所述螺线管的电流传感器，所述电流传感器被配置为监测所述螺线管中的电流和传送电流信号；
与所述电源和所述电流传感器耦接的系统控制器，所述系统控制器包括处理器和包含指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在被所述处理器执行时使所述系统控制器：
接收来自所述电流传感器的电流信号；
识别何时所述螺线管中的柱塞移动产生反电动势(反EMF)，所述反电动势在预定程度上改变所述螺线管中的电流；以及
在检测到所述反EMF后，使所述电源进入脉冲宽度调制(PWM)操作模式，以使所述电磁柱塞持续移动和/或将所述电磁柱塞保持在结束位置，直到所述螺线管在预定的定时被断电为止。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述电流传感器以预定的采样速率监测所述螺线管中的电流，并且其中，所述非暂态计算机可读介质包含进一步的指令，所述指令在被所述处理器执行时，使得所述系统控制器：观察到在所述采样速率下一系列样本中的每个样本中的所述电流较高；观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降；在所述电流从谷值回弹后观察到另一系列的后续样本相继更高，这表明所述电流回弹；以及通过观察所述谷值来识别产生反EMF的所述电磁柱塞的移动。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述电流传感器以预定的采样速率监测所述螺线管中的电流，并且其中，所述非暂态计算机可读介质包含进一步的指令，所述指令在被所述处理器执行时，使得所述系统控制器：观察到在所述采样速率下一系列样本中的每个样本中的所述电流较高；观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降，这指示峰值；以及通过观察所述峰值来识别产生反EMF的所述电磁柱塞的移动。
4.如权利要求2所述的系统，其中，所述预定的总电流降是10毫安。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述PWM模式包括具有固定占空比和固定频率的恒定PWM。
6.如权利要求1所述的系统，其中，所述PWM模式包括具有可变占空比和可变频率的可变PWM。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述阀、所述电源、所述电流传感器和所述系统控制器被集成在眼科手术控制台中。
8.一种用于电磁阀控制优化的系统，所述系统包括：
与加压气体源耦接的阀，所述阀具有螺线管，所述螺线管在被供应电流时使电磁柱塞移动，以交替地通过第一出口管线和第二出口管线传递和排出加压气体，所述第一出口管线和所述第二出口管线分别传递和排出加压气体；
与所述阀的所述螺线管耦接的电源，所述电源用于供应电压以在所述螺线管中驱动电流；
耦接到所述螺线管的电流传感器，所述电流传感器被配置为监测所述螺线管中的电流和传送电流信号；
与所述电源和所述电流传感器耦接的系统控制器，所述系统控制器包括处理器和包含指令的非暂态计算机可读介质，所述指令在被所述处理器执行时使所述系统控制器：
接收来自所述电流传感器的电流信号；
识别何时所述螺线管中的柱塞移动产生反电动势(反EMF)，所述反电动势在预定程度上改变所述螺线管中的电流；以及
在检测到所述反EMF后，使所述电源进入脉冲宽度调制(PWM)操作模式，以使所述电磁柱塞持续移动和/或将所述电磁柱塞保持在结束位置，直到所述螺线管在预定的定时被断电为止。
9.如权利要求8所述的系统，其中，所述电流传感器以预定的采样速率监测所述螺线管中的电流，并且其中，所述非暂态计算机可读介质包含进一步的指令，所述指令在被所述处理器执行时，使得所述系统控制器：观察到在所述采样速率下一系列样本中的每个样本中的所述电流较高；观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降；在所述电流从谷值回弹后观察到另一系列的后续样本相继更高，这表明所述电流回弹；以及通过观察所述谷值来识别产生反EMF的所述电磁柱塞的移动。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述电流传感器以预定的采样速率监测所述螺线管中的电流，并且其中，所述非暂态计算机可读介质包含进一步的指令，所述指令在被所述处理器执行时，使得所述系统控制器：观察到在所述采样速率下一系列样本中的每个样本中的所述电流较高；观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降，这指示峰值；以及通过观察所述峰值来识别产生反EMF的所述电磁柱塞的移动。
11.如权利要求9所述的系统，其中，所述预定的总电流降是10毫安。
12.如权利要求8所述的系统，其中，所述PWM模式包括具有固定占空比和固定频率的恒定PWM。
13.如权利要求8所述的系统，其中，所述PWM模式包括具有可变占空比和可变频率的可变PWM。
14.一种优化用于操作玻璃体切除术探针的电磁阀的控制的方法，所述方法包括：
将阀与加压气体源、电源和玻璃体切除术探针耦接，所述电源用于供应电压以在所述阀中的螺线管中驱动电流，所述玻璃体切除术探针在气动驱动隔膜的相应侧具有第一腔室和第二腔室，所述气动驱动隔膜用于使探针切割器往复运动；
通过所述电源传递电压以向所述螺线管供应电流，所述电流驱动电磁柱塞，以交替地通过第一出口管线和第二出口管线传递和排出加压气体，所述第一出口管线和所述第二出口管线分别向和从所述玻璃体切除术探针的所述第一腔室传递和排出加压气体以及向和从所述第二腔室传递和排出加压气体；
利用耦接到所述螺线管的电流传感器监测所述螺线管中的所述电流；
通过所述电流传感器将电流信号传送至系统控制器；
通过所述系统控制器接收来自所述电流传感器的电流信号；
通过所述系统控制器识别何时所述螺线管中的柱塞移动产生反电动势(反EMF)，所述反电动势在预定程度上改变所述螺线管中的电流；以及
通过所述系统控制器使所述电源进入脉冲宽度调制(PWM)操作模式，以使所述电磁柱塞持续移动和/或将所述电磁柱塞保持在结束位置，直到在检测到所述反EMF后所述螺线管在预定的定时被断电为止。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，识别何时所述螺线管中的柱塞移动产生反EMF进一步包括所述系统控制器：
观察到在所述采样速率下一系列样本中的每个样本中的电流较高；
观察到采样带中的随后一系列的后续样本相继较低并且导致大于预定阈值的总电流降；
在所述电流从谷值回弹后观察到另一系列的后续样本相继更高，这表明所述电流回弹；以及
通过观察所述谷值来识别产生反EMF的所述电磁柱塞的移动。
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