CN115337142A - 一种眼部负压控制和监测系统及其方法 - Google Patents

一种眼部负压控制和监测系统及其方法 Download PDF

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CN115337142A CN202211253911.6A CN202211253911A CN115337142A CN 115337142 A CN115337142 A CN 115337142A CN 202211253911 A CN202211253911 A CN 202211253911A CN 115337142 A CN115337142 A CN 115337142A
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李海峰
张纯金
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Abstract

本发明涉及一种眼部负压控制和监测系统及其方法，所述眼部负压控制和监测系统包括眼球接口、三通导管、压力监测模块、控制模块以及真空发生器，所述眼部负压控制和监测系统通过压力监测模块实时监测眼球吸附的负压，控制模块分析实时监测到的眼球吸附的负压和实际需要的眼球吸附的负压，再反馈至控制模块中并实时调整眼球吸附的负压，以此能够实现对眼球对接处的负压的实时监测和控制，实现精细和稳定地控制眼球吸附的负压，提高整个眼部对接系统的安全性，同时提高患者在术中的舒适性。

Description

一种眼部负压控制和监测系统及其方法
技术领域
本发明涉及眼科激光手术设备技术领域，特别是涉及一种眼部负压控制和监测系统及其方法。
背景技术
当前医疗器械行业涌现出了大批高质量的智能手术设备，其携带的反馈和智能控制系统使其具有高效、精准、安全等特点，也使得现代医疗器械正在逐渐取代传统外科手术成为主流。以眼科手术中的人眼对接为例，传统的眼科手术中人眼对接是医生手动操控对接环或直接通过机械应力压接到患者眼球，难以精确稳定地控制眼球吸附的负压。
人眼对接是眼科医疗设备的关键和核心组成部分，而随着社会经济和技术的发展，对手术过程中人眼对接提出了更高的要求，术中引入负反馈系统，在手术过程中使患者具有更高的舒适性，提高手术的安全性也成为了关注的焦点。但目前现有技术缺乏一种能够在眼科对接中使用的负压控制和监测系统，无法对眼部对接出的负压进行实时监测和控制。
发明内容
基于此，本发明的一目的是，提供一种眼部负压控制和监测系统及其方法，该系统能够对眼球对接处的负压进行实时监测和控制，实现精细和稳定地控制眼球吸附的负压，提高眼部对接系统的安全性，同时提高患者在术中的舒适性。
本发明在一方面提供了一种眼部负压控制和监测系统，包括眼球接口、三通导管、压力监测模块、控制模块、以及真空发生器，其中，
所述眼球接口连接于所述三通导管的第一通口，用于吸附眼球；
所述压力监测模块连接于所述三通导管的第二通口和所述控制模块，用于实时采集所述三通导管内的负压并将其所采集的负压转换为电信号，再将所述电信号转换成可传输的标准化信号并输出至所述控制模块；
所述控制模块连接于所述压力监测模块和所述真空发生器，用于接收所述压力监测模块输出的标准化信号，并基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压、所述眼部负压控制和监测系统的负压安全阈值以及实际需要的眼球吸附的负压，最后基于分析对比结果输出对应的控制信号至所述真空发生器；
所述真空发生器连接于所述控制模块和所述三通导管的第三通口，用于根据所接收的所述控制信号调控自身转速，从而调节所述三通导管内的负压。
在本发明的一实施例中，所述压力监测模块包括连接于所述三通导管的所述第二通口的压力变送器和连接于所述压力变送器的第一信号处理模块；其中，
所述压力变送器用于实时采集所述三通导管内的负压并将其转换成电信号传输至所述第一信号处理模块；
所述第一信号处理模块用于将接收到的所述电信号转换成可传输的标准化信号并将所述标准化信号传输至所述控制模块。
在本发明的一实施例中，所述控制模块包括连接于所述第一信号处理模块的负反馈控制单元和连接于所述负反馈控制单元的第二信号处理模块，其中，
所述负反馈控制单元具有连接于所述第一信号处理模块的标准化信号接收接口和连接于所述第二信号处理模块的PID控制信号输出接口；
所述负反馈控制单元用于经由所述标准化信号接口接收所述第一信号处理模块输出的所述标准化信号，基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压和所述负压安全阈值，在所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压在所述负压安全阈值范围内时，进一步分析所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压与实际需要的眼球吸附的负压，生成PID控制信号并通过所述PID控制信号输出接口将所述PID控制信号传输至所述第二信号处理模块；
所述第二信号处理模块用于接收所述负反馈控制单元发送的所述PID控制信号，并将所述PID控制信号转换成PWM信号传输至所述真空发生器。
在本发明的一实施例中，所述负反馈控制单元还包括连接于所述真空发生器的紧急停止信号输出接口，所述负反馈控制单元还用于在所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压超出所述负压安全阈值时，经由所述紧急停止信号输出接口输出紧急停止信号至所述真空发生器，以关闭所述真空发生器。
在本发明的一实施例中，所述负压安全阈值范围为300~500Mbar。
在本发明的一实施例中，所述三通导管为柔性导管，所述第一通口、所述第二通口以及所述第三通口的压强相等。
本发明在另一方面还提供了一种眼部负压控制和监测方法，包括采用所述眼部负压控制和监测系统执行的以下步骤：
S1、将眼球接口与眼球对接；
S2、通过压力监测模块实时采集三通导管内的负压，将采集的负压转换为电信号，再将所述电信号转换为可传输的标准化信号输出至控制模块；
S3、通过所述控制模块接收所述标准化信号，基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压、所述眼部负压控制和监测系统的负压安全阈值以及实际需要的眼球吸附的负压，并基于分析对比结果输出对应的控制信号至真空发生器；
S4、所述真空发生器根据所接收的控制信号调控自身转速，从而调节所述三通导管内的负压。
在本发明的一实施例中，所述压力监测模块包括连接于所述三通导管的压力变送器和连接于所述压力变送器的第一信号处理模块，步骤S2包括步骤：
S21、通过所述压力变送器实时采集所述三通导管内的负压，并将所采集的负压转换成电信号传输至所述第一信号处理模块；
S22、通过所述第一信号处理模块将接收到的所述电信号转换成可传输的标准化信号，并将所述标准化信号传输至所述控制模块。
在本发明的一实施例中，所述控制模块包括连接于所述第一信号处理模块的负反馈控制单元和连接于所述负反馈控制单元的第二信号处理模块，步骤S3包括步骤：
S31、通过所述负反馈控制单元接收所述标准化信号，基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压和所述负压安全阈值；
S32、当所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压在所述负压安全阈值范围内时，所述负反馈控制单元进一步分析所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压与实际需要的眼球吸附的负压，所述负反馈控制单元基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，并通过PID控制信号输出接口将所述PID控制信号传输至所述第二信号处理模块，所述第二信号处理模块接收所述负反馈控制单元发送的所述PID控制信号，并将所述PID控制信号转换成PWM信号传输至所述真空发生器。
在本发明的一实施例中，步骤S32包括步骤：
S321、当所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压小于实际需要的眼球吸附的负压时，所述负反馈控制单元基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，所述第二信号处理模块接收所述负反馈控制单元的PID控制信号并将其转换成PWM信号，控制PWM信号的脉宽增加；
S322、当所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压大于实际需要的眼球吸附的负压时，所述负反馈控制单元基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，所述第二信号处理模块接收所述负反馈控制单元的PID控制信号并将其转换成PWM信号，控制PWM信号的脉宽减小。
在本发明的一实施例中，步骤S4包括步骤：
S41、所述真空发生器接收所述第二信号处理模块输出的脉宽增加PWM信号，增大自身转速，以增大真空发生器的供应口压缩空气的速度，从而增大所述三通导管内的负压；
S42、所述真空发生器接收所述第二信号处理模块输出的脉宽减小PWM信号，减小自身转速，以减小真空发生器的供应口压缩空气的速度，从而减小所述三通导管内的负压。
在本发明的一实施例中，在步骤S32中，所述负反馈控制单元基于以下公式计算出当前时刻的PID控制信号：
Figure 126446DEST_PATH_IMAGE001
上式中，P(t)为当前采样时刻输出的PID控制信号；e(t)为目标压力与测量压力值的偏差；Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；t为从开始进行调节到输出当前控制量所经过的时间间隔；p0为PID控制信号初始分量值。
在本发明的一实施例中，步骤S3还包括步骤：
S33、当所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压超出所述负压安全阈值范围时，所述负反馈控制单元经由紧急停止信号输出接口输出紧急停止信号至所述真空发生器。
在本发明的一实施例中，步骤S4包括步骤：S43、所述真空发生器接收所述紧急停止信号而停止工作，所述眼球接口停止负压吸附，脱离眼球对接。
本发明的所述眼部负压控制和监测系统及其方法，通过压力监测模块实时监测眼球吸附的负压，控制模块分析实时监测到的眼球吸附的负压和实际需要的眼球吸附的负压，再反馈至控制模块中并实时调整眼球吸附的负压，以此能够实现对眼球对接处的负压的实时监测和控制，实现精细和稳定地控制眼球吸附的负压，提高整个眼部对接系统的安全性，同时提高患者在术中的舒适性。
本发明的所述眼部负压控制和监测系统的负反馈控制单元能够实时地基于所接收的标准化信号分析压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压与系统负压安全阈值，从而实时地调整眼球吸附的负压，使得眼球吸附的负压保持在负压安全阈值范围内，确保所述眼部负压控制和监测系统的安全性。
本发明的所述眼部负压控制和监测系统还具备急停控制功能，在眼球吸附的负压超出系统负压安全阈值范围时，通过控制模块的负反馈控制单元输出紧急停止信号来控制关闭真空发生器，从而保证所述眼部负压控制和监测系统的安全性。
本发明的所述眼部负压控制和监测系统通过负反馈控制单元基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，并通过第二信号处理模块将PID控制信号转换为对应脉宽的PWM信号的方式，来实现对真空发生器的转速的控制，能够确保系统负压控制的准确性。
本发明的所述眼部负压控制和监测系统采用三通导管连接眼球接口、压力监测模块以及真空发生器，三通导管为具有三个通口方向的柔性导管，确保此三个通口处的压强始终保持相等，本发明通采用三通导管保证负压采集、负压反馈以及负压控制的准确性。
通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
附图说明
图1为本发明的一优选实施例的所述眼部负压控制和监测系统的结构示意图。
图2为本发明的上述优选实施例的所述眼部负压控制和监测系统的工作流程框图。
图3为本发明的上述优选实施例的所述眼部负压控制和监测系统的PID控制原理图。
附图标号说明：
控制模块1；第二信号处理模块11；负反馈控制单元12；压力监测模块2；第一信号处理模块21；压力变送器22；真空发生器3；三通导管4；第一通口41；第二通口42；第三通口43；眼球接口5。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
负反馈系统是指控制系统的输出量信息与参考输入量信息进行比较，系统利用偏差量进行自身调节的结果，是使自动控制系统按照给定的参考输入变化。因此负反馈在自动控制系统中具有控制设备稳定运行的重要作用。在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使整个过程或工作机械自动地按预选规定的规律运行，达到要求的指标；或使它的某些物理量按预定的要求变化。本发明提供了一种基于负反馈系统的眼部负压控制和监测系统及其方法，通过监测系统实时监测眼球吸附的负压，控制系统分析实时监测到的眼球吸附的负压和实际需要的眼球吸附的负压，再反馈至控制系统中并实时调整眼球吸附的负压，对眼球对接处进行负压的实时监测和控制，实现精细和稳定的控制眼球吸附的负压，提高整个眼部对接系统的安全性，同时提高患者在术中的舒适性。
具体地，如图1所示，根据本发明的一优选实施例的所述眼部负压控制和监测系统的具体结构被阐明。所述眼部负压控制和监测系统包括眼球接口5、三通导管4、压力监测模块2、控制模块1、以及真空发生器3。
具体地，所述三通导管4为具有三个通口的柔性导管，三个通口分别为第一通口41、第二通口42以及第三通口43。
具体地，所述眼球接口5连接于所述三通导管4的第一通口41，用于吸附眼球。
具体地，所述压力监测模块2连接于所述三通导管4的第二通口42和所述控制模块1，用于实时采集所述三通导管4内的负压并将其所采集的负压转换为电信号，再将所述电信号转换成可传输的标准化信号并输出至所述控制模块1，其中所述电信号为与压力变量呈一定函数关系的电信号。
具体地，所述控制模块1连接于所述压力监测模块2和所述真空发生器3，用于接收所述压力监测模块2输出的标准化信号，并基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压、所述眼部负压控制和监测系统的负压安全阈值以及实际需要的眼球吸附的负压，最后基于分析对比结果输出对应的控制信号至所述真空发生器3。
具体地，所述真空发生器3连接于所述控制模块1和所述三通导管4的第三通口43，用于根据所接收的所述控制信号调控自身转速，从而调节所述三通导管4内的负压。
可以理解的是，所述眼部负压控制和监测系统通过所述压力监测模块2实时监测眼球吸附的负压，通过所述控制模块1分析对比实时监测到的眼球吸附的负压、系统负压安全阈值、实际需要的眼球吸附的负压，再将分析对比结果反馈至所述控制模块1中输出对应的控制信号，来实时调整眼球吸附的负压，以此能够实现对眼球对接处的负压的实时监测和控制，提高所述眼部负压控制和监测系统的安全性。
还可以理解的是，所述眼部负压控制和监测系统采用所述三通导管4连接眼球接口5、压力监测模块2以及真空发生器3，所述三通导管4的三个通口处的压强始终保持相等，有利于保证所述眼部负压控制和监测系统的负压采集、负压反馈以及负压控制的准确性。
进一步地，所述压力监测模块2包括连接于所述三通导管4的所述第二通口42的压力变送器22和连接于所述压力变送器22的第一信号处理模块21；其中，
所述压力变送器22用于实时采集所述三通导管4内的负压并将其转换成电信号传输至所述第一信号处理模块21；
所述第一信号处理模块21用于将接收到的所述电信号转换成可传输的标准化信号并将所述标准化信号传输至所述控制模块1。
进一步地，所述控制模块1包括连接于所述第一信号处理模块21的负反馈控制单元12和连接于所述负反馈控制单元12的第二信号处理模块11，其中，
所述负反馈控制单元12具有连接于所述第一信号处理模块21的标准化信号接收接口和连接于所述第二信号处理模块11的PID控制信号输出接口；
所述负反馈控制单元12用于经由所述标准化信号接口接收所述第一信号处理模块21输出的所述标准化信号，基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压和所述负压安全阈值，在所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压在所述负压安全阈值范围内时，进一步分析所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压与实际需要的眼球吸附的负压，生成PID控制信号并通过所述PID控制信号输出接口将所述PID控制信号传输至所述第二信号处理模块11；
所述第二信号处理模块11用于接收所述负反馈控制单元12发送的所述PID控制信号，并将所述PID控制信号转换成PWM信号传输至所述真空发生器3。
具体地，当所述负反馈控制单元12分析所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压小于实际需要的眼球吸附的负压时，所述负反馈控制单元12基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，所述第二信号处理模块11接收所述负反馈控制单元12的PID控制信号并将其转换成PWM信号，控制PWM信号的脉宽增加（即增大占空比），并将脉宽增加的PWM信号传输至所述真空发生器3。
所述真空发生器3接收所述第二信号处理模块11输出的脉宽增加PWM信号，增大自身转速，以增大真空发生器3的供应口压缩空气的速度，从而增大所述三通导管4内的负压，使得眼球吸附的负压增大而接近或等于实际需要的眼球吸附的负压，以此能够使得眼球吸附的负压始终保持在需要的负压值范围内，从而确保系统与眼球负压吸附对接的可靠性和稳定性，进一步确保眼球对接的安全性。
具体地，当所述负反馈控制单元12分析所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压大于实际需要的眼球吸附的负压时，所述负反馈控制单元12基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，所述第二信号处理模块11接收所述负反馈控制单元12的PID控制信号并将其转换成PWM信号，控制PWM信号的脉宽减小（即减小占空比），并将脉宽减小的PWM信号传输至所述真空发生器3。
所述真空发生器3接收所述第二信号处理模块11输出的脉宽减小PWM信号，减小自身转速，以减小真空发生器3的供应口压缩空气的速度，从而减小所述三通导管4内的负压，使得眼球吸附的负压减小而接近或等于实际需要的眼球吸附的负压，以此能够使得眼球吸附的负压始终保持在需要的负压值范围内，从而确保系统与眼球负压吸附对接的可靠性和稳定性，进一步确保眼球对接的安全性。
具体地，所述负反馈控制单元12通过以下公式计算得到PID控制信号：
Figure 574745DEST_PATH_IMAGE001
上式中：P(t)为当前采样时刻输出的PID控制信号；e(t)为目标压力与测量压力值的偏差；Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；t为从开始进行调节到输出当前控制量所经过的时间间隔；p0为PID控制信号初始分量值。
进一步地，为了进一步提高所述眼部负压控制和监测系统的安全性，本发明还设计了紧急急停模块，即所述负反馈控制单元12还包括连接于所述真空发生器3的紧急停止信号输出接口，在所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压超出所述负压安全阈值时，经由所述紧急停止信号输出接口输出紧急停止信号至所述真空发生器3，以关闭所述真空发生器3，此时对应的是所述真空发生器3转速为零的情况。
值得一提的是，在本发明的这一优选实施例中，所述负压安全阈值范围设置为300~500Mbar。
可以理解的是，所述负反馈控制单元12根据眼球吸附的实时负压与系统的负压安全阈值之间的比值输出对应的控制信号来控制所述真空发生器3的工作，将所述负压安全阈值范围设置为300~500Mbar，能够确保系统提供的负压不超过300~500Mbar，从而能够避免施加的负压过大而使得患者产生不适或者对眼球造成伤害。
还可以理解的是，所述负反馈控制单元12通过分析对比眼球吸附的实时负压与系统的负压安全阈值，来判断眼球吸附的当前负压值是否超出负压安全阈值范围，从而控制系统的下一步控制工作，在确定在负压安全阈值范围内时，进一步根据眼球吸附的实时负压值与实际所需眼球吸附的负压值之间的比值，来输出对应的控制信号控制所述真空发生器3调整其自身的转速，从而确保所述眼部负压控制和监测系统对眼球吸附的负压能够始终保持在实际所需眼球吸附的负压值范围内，以此有利于确保所述眼部负压控制和监测系统与眼球对接的稳定性和安全性。
如图2和图3所示，本发明在另一方面还提供了一种眼部负压控制和监测方法，包括采用所述眼部负压控制和监测系统执行的以下步骤：
S1、将眼球接口5与眼球对接；
S2、通过压力监测模块2实时采集三通导管4内的负压，将采集的负压转换为电信号，再将所述电信号转换为可传输的标准化信号输出至控制模块1；
S3、通过所述控制模块1接收所述标准化信号，基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块2所监测到的眼球吸附的负压、所述眼部负压控制和监测系统的负压安全阈值以及实际需要的眼球吸附的负压，并基于分析对比结果输出对应的控制信号至真空发生器3；
S4、所述真空发生器3根据所接收的控制信号调控自身转速，从而调节所述三通导管4内的负压。
具体地，所述压力监测模块2包括连接于所述三通导管4的压力变送器22和连接于所述压力变送器22的第一信号处理模块21，步骤S2包括步骤：
S21、通过所述压力变送器22实时采集所述三通导管4内的负压，并将所采集的负压转换成电信号传输至所述第一信号处理模块21；
S22、通过所述第一信号处理模块21将接收到的所述电信号转换成可传输的标准化信号，并将所述标准化信号传输至所述控制模块1。
进一步地，所述控制模块1包括连接于所述第一信号处理模块21的负反馈控制单元12和连接于所述负反馈控制单元12的第二信号处理模块11，步骤S3包括步骤：
S31、通过所述负反馈控制单元12接收所述标准化信号，基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块2所监测到的眼球吸附的负压和所述负压安全阈值；
S32、当所述压力监测模块2所监测到的眼球吸附的负压在所述负压安全阈值范围内时，所述负反馈控制单元12进一步分析所述压力监测模块2所监测到的眼球吸附的负压与实际需要的眼球吸附的负压，所述负反馈控制单元12基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，并通过PID控制信号输出接口将所述PID控制信号传输至所述第二信号处理模块11，所述第二信号处理模块11接收所述负反馈控制单元12发送的所述PID控制信号，并将所述PID控制信号转换成PWM信号传输至所述真空发生器3。
更进一步地，步骤S32包括步骤：
S321、当所述压力监测模块2所监测到的眼球吸附的负压小于实际需要的眼球吸附的负压时，所述负反馈控制单元12基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，所述第二信号处理模块11接收所述负反馈控制单元12的PID控制信号并将其转换成PWM信号，控制PWM信号的脉宽增加；
S322、当所述压力监测模块2所监测到的眼球吸附的负压大于实际需要的眼球吸附的负压时，所述负反馈控制单元12基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，所述第二信号处理模块11接收所述负反馈控制单元12的PID控制信号并将其转换成PWM信号，控制PWM信号的脉宽减小。
相对应地，步骤S4包括步骤：
S41、所述真空发生器3接收所述第二信号处理模块11输出的脉宽增加PWM信号，增大自身转速，以增大真空发生器3的供应口压缩空气的速度，从而增大所述三通导管4内的负压；
S42、所述真空发生器3接收所述第二信号处理模块11输出的脉宽减小PWM信号，减小自身转速，以减小真空发生器3的供应口压缩空气的速度，从而减小所述三通导管4内的负压。
特别地，在步骤S32中，所述负反馈控制单元12基于以下公式计算出当前时刻的PID控制信号：
Figure 10274DEST_PATH_IMAGE001
上式中，P(t)为当前采样时刻输出的PID控制信号；e(t)为目标压力与测量压力值的偏差；Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；t为从开始进行调节到输出当前控制量所经过的时间间隔；p0为PID控制信号初始分量值。
进一步地，步骤S3还包括步骤：
S33、当所述压力监测模块2所监测到的眼球吸附的负压超出所述负压安全阈值范围时，所述负反馈控制单元12经由紧急停止信号输出接口输出紧急停止信号至所述真空发生器3。
相对应地，步骤S4包括步骤：S43、所述真空发生器3接收所述紧急停止信号而停止工作，所述眼球接口5停止负压吸附，脱离眼球对接。
可以理解的是，所述真空发生器3的工作原理为：压缩空气从供应口进入后，在通过内部狭窄的喷嘴时产生加速效应，从而以更快的速度流经扩散室，并在加速通过扩散室的同时带动扩散室内的空气一同快速流出，而由于扩散室内的空气随同压缩空气一同快速流出，从而在扩散室内产生瞬时真空效应，当将真空管路接入到真空吸入口时，所述真空发生器3便可对真空管路抽取真空，在真空吸入口产生负压，同时此负压大小与供应口压缩空气的速度呈正相关。
总的来讲，本发明提供了一种稳定性和安全性高的眼部负压控制和监测系统及其方法，所述眼部负压控制和监测系统通过压力监测模块2实时监测眼球吸附的负压，控制模块1分析实时监测到的眼球吸附的负压和实际需要的眼球吸附的负压，再反馈至控制模块1中并实时调整眼球吸附的负压，以此能够实现对眼球对接处的负压的实时监测和控制，实现精细和稳定地控制眼球吸附的负压，提高整个眼部对接系统的安全性，同时提高患者在术中的舒适性。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种眼部负压控制和监测系统，其特征在于，包括眼球接口、三通导管、压力监测模块、控制模块以及真空发生器，其中，
所述眼球接口连接于所述三通导管的第一通口，用于吸附眼球；
所述压力监测模块连接于所述三通导管的第二通口和所述控制模块，用于实时采集所述三通导管内的负压并将其所采集的负压转换为电信号，再将所述电信号转换成可传输的标准化信号并输出至所述控制模块；
所述控制模块连接于所述压力监测模块和所述真空发生器，用于接收所述压力监测模块输出的标准化信号，并基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压、所述眼部负压控制和监测系统的负压安全阈值以及实际需要的眼球吸附的负压，最后基于分析对比结果输出对应的控制信号至所述真空发生器；
所述真空发生器连接于所述控制模块和所述三通导管的第三通口，用于根据所接收的所述控制信号调控自身转速，从而调节所述三通导管内的负压。
2.根据权利要求1所述的眼部负压控制和监测系统，其特征在于，所述压力监测模块包括连接于所述三通导管的所述第二通口的压力变送器和连接于所述压力变送器的第一信号处理模块；其中，
所述压力变送器用于实时采集所述三通导管内的负压并将其转换成电信号传输至所述第一信号处理模块；
所述第一信号处理模块用于将接收到的所述电信号转换成可传输的标准化信号并将所述标准化信号传输至所述控制模块。
3.根据权利要求2所述的眼部负压控制和监测系统，其特征在于，所述控制模块包括连接于所述第一信号处理模块的负反馈控制单元和连接于所述负反馈控制单元的第二信号处理模块，其中，
所述负反馈控制单元具有连接于所述第一信号处理模块的标准化信号接收接口和连接于所述第二信号处理模块的PID控制信号输出接口；
所述负反馈控制单元用于经由所述标准化信号接口接收所述第一信号处理模块输出的所述标准化信号，基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压和所述负压安全阈值，在所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压在所述负压安全阈值范围内时，进一步分析所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压与实际需要的眼球吸附的负压，生成PID控制信号并通过所述PID控制信号输出接口将所述PID控制信号传输至所述第二信号处理模块；
所述第二信号处理模块用于接收所述负反馈控制单元发送的所述PID控制信号，并将所述PID控制信号转换成PWM信号传输至所述真空发生器。
4.根据权利要求3所述的眼部负压控制和监测系统，其特征在于，所述负反馈控制单元还包括连接于所述真空发生器的紧急停止信号输出接口，所述负反馈控制单元还用于在所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压超出所述负压安全阈值时，经由所述紧急停止信号输出接口输出紧急停止信号至所述真空发生器，以关闭所述真空发生器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的眼部负压控制和监测系统，其特征在于，所述负压安全阈值范围为300~500Mbar。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的眼部负压控制和监测系统，其特征在于，所述三通导管为柔性导管，所述第一通口、所述第二通口以及所述第三通口的压强相等。
7.一种眼部负压控制和监测方法，其特征在于，包括采用根据权利要求1至6中任一项所述的眼部负压控制和监测系统执行的以下步骤：
S1、将眼球接口与眼球对接；
S2、通过压力监测模块实时采集三通导管内的负压，将采集的负压转换为电信号，再将所述电信号转换为可传输的标准化信号输出至控制模块；
S3、通过所述控制模块接收所述标准化信号，基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压、所述眼部负压控制和监测系统的负压安全阈值以及实际需要的眼球吸附的负压，并基于分析对比结果输出对应的控制信号至真空发生器；
S4、所述真空发生器根据所接收的控制信号调控自身转速，从而调节所述三通导管内的负压。
8.根据权利要求7所述的眼部负压控制和监测方法，其特征在于，所述压力监测模块包括连接于所述三通导管的压力变送器和连接于所述压力变送器的第一信号处理模块，步骤S2包括步骤：
S21、通过所述压力变送器实时采集所述三通导管内的负压，并将所采集的负压转换成电信号传输至所述第一信号处理模块；
S22、通过所述第一信号处理模块将接收到的所述电信号转换成可传输的标准化信号，并将所述标准化信号传输至所述控制模块。
9.根据权利要求8所述的眼部负压控制和监测方法，其特征在于，所述控制模块包括连接于所述第一信号处理模块的负反馈控制单元和连接于所述负反馈控制单元的第二信号处理模块，步骤S3包括步骤：
S31、通过所述负反馈控制单元接收所述标准化信号，基于所述标准化信号分析对比所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压和所述负压安全阈值；
S32、当所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压在所述负压安全阈值范围内时，所述负反馈控制单元进一步分析所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压与实际需要的眼球吸附的负压，所述负反馈控制单元基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，并通过PID控制信号输出接口将所述PID控制信号传输至所述第二信号处理模块，所述第二信号处理模块接收所述负反馈控制单元发送的所述PID控制信号，并将所述PID控制信号转换成PWM信号传输至所述真空发生器。
10.根据权利要求9所述的眼部负压控制和监测方法，其特征在于，步骤S32包括步骤：
S321、当所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压小于实际需要的眼球吸附的负压时，所述负反馈控制单元基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，所述第二信号处理模块接收所述负反馈控制单元的PID控制信号并将其转换成PWM信号，控制PWM信号的脉宽增加；
S322、当所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压大于实际需要的眼球吸附的负压时，所述负反馈控制单元基于PID算法计算出当前时刻的PID控制信号，所述第二信号处理模块接收所述负反馈控制单元的PID控制信号并将其转换成PWM信号，控制PWM信号的脉宽减小。
11.根据权利要求10所述的眼部负压控制和监测方法，其特征在于，步骤S4包括步骤：
S41、所述真空发生器接收所述第二信号处理模块输出的脉宽增加PWM信号，增大自身转速，以增大真空发生器的供应口压缩空气的速度，从而增大所述三通导管内的负压；
S42、所述真空发生器接收所述第二信号处理模块输出的脉宽减小PWM信号，减小自身转速，以减小真空发生器的供应口压缩空气的速度，从而减小所述三通导管内的负压。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的眼部负压控制和监测方法，其特征在于，在步骤S32中，所述负反馈控制单元基于以下公式计算出当前时刻的PID控制信号：
Figure 823254DEST_PATH_IMAGE001
上式中，P(t)为当前采样时刻输出的PID控制信号；e(t)为目标压力与测量压力值的偏差；Kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数；t为从开始进行调节到输出当前控制量所经过的时间间隔；p0为PID控制信号初始分量值。
13.根据权利要求9所述的眼部负压控制和监测方法，其特征在于，步骤S3还包括步骤：
S33、当所述压力监测模块所监测到的眼球吸附的负压超出所述负压安全阈值范围时，所述负反馈控制单元经由紧急停止信号输出接口输出紧急停止信号至所述真空发生器。
14.根据权利要求13所述的眼部负压控制和监测方法，其特征在于，步骤S4包括步骤：S43、所述真空发生器接收所述紧急停止信号而停止工作，所述眼球接口停止负压吸附，脱离眼球对接。
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