JP2007530153A - 操作パラメータの変化率に基づく外科システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

閉塞状態が破断した場合に加えて、閉塞状態の開始または他の外科的事象を感知できる外科システム。チップの過熱を避けるため、本発明のシステムは灌水流量を使用して目の温度を予想して、過熱状況が予測される場合は、ハンドピースへのパワーを自動的に減少する。また、あるいは、これに加えて、本発明のシステムは、チップ上の切削負荷を示す、ハンドピースにより引き出されるパワー監視して、チップ上の増大した負荷を補償するために、チップ上のパワーまたはストロークを自動的に調整する。

Description

関連出願のクロス・リファレンス
本発明は、２００４年４月５日出願の、同時係属米国特許出願第１０／８１８，３１４号の一部継続であり、それに対する優先権は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．の第１２０節に基づいて主張されており、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．の第１１９節に基づいて、２００４年３月２２日出願の、米国暫定出願第６０/５５５，２４０号に対する優先権を主張する。本出願はまた、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．の第１１９に基づいて、２００４年７月１４日出願の、米国暫定出願第６０／５８７，６９３号に対しても優先権を主張する。

発明の分野
本発明は、一般的に眼科用外科の分野に関し、より特別には、水晶体超音波吸引システムの操作パラメータの変化率に基づく水晶体超音波吸引システムの外科用パラメータの制御方法に関する。

背景
人間の目は、角膜と呼ばれる、澄んだ外側の部分を通して光を透過させ、網膜上にレンズにより画像の焦点を合わせることにより視覚を提供するように機能する。焦点が合った画像の品質は、目の大きさや形状、角膜およびレンズの透明度などを含む多くの要因に依存する。年齢や病気などが原因でレンズの透明度が落ちると、網膜まで透過される光が減少するため、視覚が衰える。このような欠陥は医学的には白内障として知られている。白内障に対する容認されている処置は、外科手術により白内障部位を除去し、レンズを人工眼内レンズ（ＩＯＬ）で置き換えることである。米国においては、白内障になったレンズの大半は、水晶体超音波吸引と呼ばれる外科技術を使用して除去される。この処置中、薄い切削チップが病気にかかったレンズに挿入され、超音波的に振動を与えられる。振動している切削チップは、レンズを液化または乳化して、レンズは目の外に吸引される。病気にかかったレンズは、いったん取り出されると、ＩＯＬと交換される。

眼科処置に対して適切な、典型的な超音波外科用装置には、超音波により駆動されるハンドピース、付属する切削チップ、灌水スリーブ、および電子制御コンソールが含まれる。ハンドピースアセンブリは、電気ケーブルまたはコネクタと、柔軟性のある管類により制御コンソールに取り付けられる。外科医は、所与の時間においてハンドピースの切削チップに供給され、生体組織に加えられる超音波パワーの量を、フットペダルを押してコンソールに設定されたパワーの最大量まで可能なパワーを要求することで制御する。柔軟性のある管類は、ハンドピースアセンブリを介して、目へ灌水流体を供給し、目から吸引流体を吸い出す。

ハンドピースの操作部は中央に位置する、中空の共振バーまたはホーンであり、圧電結晶のセットに取り付けられている。結晶はコンソールにより制御され、水晶体超音波吸引中に、ホーンと取り付けられた切削チップの両者を駆動する超音波振動を供給する。結晶／ホーンアセンブリは、ハンドピースの中空体またはシェル内部に、柔軟性のあるマウントにより吊り下げられている。ハンドピース本体は、末端部において径が縮小されている、あるいは円錐形のノーズコーンになっている。ノーズコーンは外側にネジが切られており、灌水スリーブを取り付けることができる。同様に、ホーンの穴も内部の末端部においてネジが切られており、切削チップの外部のネジで取り付けることができる。灌水スリーブはまた、内部にネジを切った穴も有しており、ノーズコーンの外部のネジにはめ込まれる。切削チップは、その先端が灌水スリーブの開いた端部を、所定の距離だけ越えて突出するように調整されている。

使用中には、切削チップと灌水スリーブの端部は、角膜、強膜、または他の部位において、所定の幅の小さな切込みに挿入される。１つの既知の切削チップは、結晶駆動超音波ホーンにより、灌水スリーブ内部における縦軸に沿って超音波的に振動させられ、それにより、その場において選択された生体組織を乳化する。切削チップの中空の穴は、ホーン内の穴と連通し、それが今度は、ハンドピースからコンソールへの吸引ラインと連通する。他の適切な切削チップには、縦方向および捩れ方向の振動の両者を生成する圧電素子などがある。そのような切削チップの１つの例は、米国特許第６，４０２，７６９号（Ｂｏｕｋｈｎｙ）に記載されており、その内容は参照によりここに組み込まれたものとする。

コンソールにおける減圧または真空ソースは、目から乳化生体組織を、切削チップの開端部、切削チップとホーンの穴、および吸引ラインを介して、収集装置内に引き込み、または吸引する。乳化生体組織の吸引は、灌水スリーブの内面と切削チップの間の小さな環状ギャップから外科手術対象部位に注入される食塩水溶液または他の灌水により支援される。

１つの既知の外科技術は、目の前室に、誘発乱視のリスクを少なくするために可能な限り小さな切込みを生成することである。これらの小さな切込みは、結果として、灌水スリーブを振動チップに対して強く押し付ける非常に締まった傷口となる。灌水スリーブと振動チップの間の摩擦により熱が生成される。チップが過熱して、生体組織を燃焼してしまうリスクは、チップ内部を流れる吸引された流体の冷却効果により削減される。

チップが乳化された生体組織により閉塞状態に、あるいは詰まった状態になった場合は、吸引流体を削減または排除して、チップを加熱し、それにより冷却を弱めて温度を上昇させ、切込みにおける生体組織を燃焼する。更に、閉塞状態中は、より大きな真空が吸引管内に蓄積し、閉塞状態が結果的に破断したときは、より大量の流体が目から急速に吸い出されて、眼球の崩壊あるいは目に他の損傷を与える可能性がある。

既知の装置は、吸引真空の大きな上昇を検出するセンサを使用しており、特別な、前もって決められた真空レベルに基づいて閉塞状態を検出する。この感知された閉塞状態に基づいて、ハンドピースへのパワーは削減され、および／または灌水および吸引流体を増大することができる。米国特許第５，５９１，１２７号、５，７００，２４０号、および５，７６６，１４６号（Ｂａｒｗｉｃｋ，Ｊｒ．，その他）を参照されたい。なお、その内容の全体は、ここに参照により組み込まれたものとする。しかし、これらの装置は固定の吸引真空レベルを使用してシステムからの応答をトリガする。この固定レベルは、選択された真空上限の固定百分率に基づく閾値である。しかし、そのようなシステムの使用および効果は、そのプリセットされた真空レベルに到達するまでは応答しないので、限られている。その内容の全体が参照によりここに組み込まれたものとする、Ｂｏｕｋｈｎｙ、その他による米国特許第６，１７９，８０８号は、測定された、または推定された灌水流基づいて算出された、所定の限界を温度が超えた場合、信号の振幅および／またはデューティサイクルを減少するシステムを記載している。

現実には、真空レベルは閉塞状態の異なる段階の間に短時間で変化し得るので、既知の閉塞状態感知システムはこのようにして改良できる。このプリセット真空限界を低く設定し過ぎると、システムがその操作パラメータを時期尚早に変更してしまう結果になり、閉塞状態がクリアされた後もそのパラメータを保有し続けることになる。限界を高く設定し過ぎると、システムが、閉塞状態の実際に発生に近接して設定を変更することになり、閉塞状態がクリアされる前に設定を通常に戻してしまうことになる。更に、切削効率は、切削チップが閉塞状態にあるときに最大となり、閉塞状態状況が検出されたときにパワーを増大することにより、切削効率を最大にするが、チップを取り囲む生体組織を過熱するリスクも増大することになる。

更に、外科処置を通して、チップが、レンズ組織を乳化するためにレンズを押していることがあり、またチップがレンズに接触していないこともある。しかし、超音波エネルギーは、外科医がフットペダルから足を離すまでオン状態であり、レンズ物質が吸引される間、外科医がチップをレンズから引き離している間、またはレンズがチップから遠ざかる間であってもオン状態である。外科処置の効率は減少し、無駄になったエネルギーは、チップの不要な加熱をもたらし、切込みにおける生体組織の望ましくない燃焼の可能性を増大することになる。

従って、外科吸引システムにおいて、閉塞状態の発生および除去をより正確に検出する閉塞状態検出システムに対する必要性は依然として存続する。この情報は、制御システムにより使用され、それによって、例えば、閉塞状態における超音波チップの切削効率を向上するためにパワーを増大する、および／または過熱を防止するために、相対温度が所定の閾値に到達したときにパワーを減少するなどのように、パワーを調整する。切削効率は、チップがもはやレンズ物質と接触していないことを検出して、自動的にパワーを調整する負荷検出システムを追加することにより更に向上できる。

概要
１つの実施形態によれば、超音波ハンドピースを備える外科システムを制御する方法は、外科システムの第１操作パラメータの変化率を決定することと、変化率に基づいて閉塞状態の段階を決定することと、および閉塞状態の段階に基づいて、超音波ハンドピースの切削チップに供給されるパワー量を調整することを含む。

更なる実施形態において、超音波ハンドピースを有する外科システムを制御する方法は、吸引真空および灌水圧力のデータのパターンを検出することを含む。吸引真空および灌水圧力の変化率が決定され、変化率の決定に基づいて閉塞状態の段階が決定される。超音波ハンドピースの切削チップへ供給されるパワー量は、閉塞状態の決定された段階に基づいて調整される。本方法において、閉塞状態の開始は、増大する真空圧力と増大する灌水圧力により特定され、初期閉塞状態状況は、増大する吸引真空と実質的に一定の灌水圧力により特定され、全面閉塞状態は、実質的に一定の吸引真空と実質的に一定の灌水圧力により特定され、全面閉塞状態の破断は、減少する吸引真空と減少する灌水圧力により特定され、閉塞状態の破断からの回復は、吸引真空の減少率の低下と灌水圧力の減少率の低下により特定される。

更に別の実施形態においては、吸引真空と灌水圧力のデータのパターンを検出することを含む外科システムを制御する方法であって、吸引真空と灌水圧力の両者の変化率を決定し、変化率の決定に基づいて閉塞状態の段階を決定する。閉塞状態の開始は、増大する吸引真空と灌水圧力により特定される。初期閉塞状態状況は、増大する吸引真空と実質的に一定の灌水圧力により特定される。全面閉塞状態は、実質的に一定の吸引真空と実質的に一定の灌水圧力により特定される。全面閉塞状態の破断は、減少する吸引真空と減少する灌水圧力により特定され、破断からの回復は、吸引真空の減少率の低下と灌水圧力の減少率の低下により特定される。本方法は、決定された閉塞状態の段階に基づいて、超音波ハンドピースの切削チップに供給されるパワー量を調整することを含む。

種々の実施形態において、データのパターンは、予め定義されたパターンと操作パラメータパターンの間の相関を使用して検出できる。超音波ハンドピースに供給されるパワーは、超音波ハンドピースのデューティサイクルを調整するか、超音波ハンドピースの振幅またはストロークを調整することにより調整できる。

ここで図を参照するが、図においては、類似の参照番号は、全体にわたり、対応する部分を示している。

例示の実施例の詳細な説明
本明細書は、例えば、水晶体超音波吸引外科処置に使用される外科システムを制御する方法の実施形態を記述している。実施形態により、例えば、閉塞状態の開始、初期閉塞状態条件、全面閉塞状態、および閉塞状態が破断したときなど、閉塞状態のような外科的事象の段階を、吸引システム、灌水システム、またはその組合せの圧力レベルにおける変化を検出することにより検出できる外科システムが提供される。吸引または灌水圧力レベルがどのように変化するかを監視することにより、閉塞状態の開始および破断が正確に検出できる。いったん閉塞状態が検出されると、チップのストロークを増大するか、脈動する超音波パワーのデューティサイクルを増大するかにより、ハンドピースが利用できるパワーを増大するように、外科システムをプログラムすることが可能である。

チップの過熱を防止するために、外科システムは灌水圧力率を監視し、過熱状況が予測された場合は、ハンドピースへのパワーを自動的に減少させる。あるいは、またはそれに加えて、ハンドピースにより引き出されるパワー量は監視することができ、それは、チップ上の切削負荷を示す。この情報は、チップ上の負荷変動を補償するために、チップのパワーまたはストローク（変位）を自動的に調整するために使用することができる。下記の記述において、添付された図を参照するが、添付図は例示のためであり、それに制限されるわけではないが、利用できる実施形態を示している。

実施形態は、市場で入手可能な外科システムまたはコンソールにおいて、適切なハードウェアおよびソフトウェア制御を介して実施できる。１つの適切なシステム１００は、その全体が図１に示されており、Ｔｅｘａｓ ７６１３４ Ｆｏｒｔ Ｗｏｒｔｈ，６２0１ Ｓｏｕｔｈ Ｆｒｅｅｗａｙ，Ｑ−１４８，Ａｌｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓから入手できるＩＮＦＩＮＩＴＩ^(R) Ｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍを示している。

図２は、１つの例としての制御システム１００を更に詳細に示している。制御システム１００は、超音波ハンドピース１１２を操作するために使用され、制御コンソール１１４を含み、そのコンソール１１４は、制御モジュールまたはＣＰＵ１１６、吸引、真空、または蠕動ポンプ１１８、ハンドピース電源１２０、灌水圧力センサ１２２、および弁１２４を有する。コンソール１１４は、これもまたＡｌｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃから入手可能なＡＣＣＵＲＵＳ^(R)外科システムのような、市場で入手できる外科用制御コンソールならばいずれでも構わない。

種々の超音波ハンドピース１１２および切削チップを、それに制限されるわけではないが、米国特許第３，５８９，３６３号、第４，２２３，６７６号、第４，２４６，９０２号、第４，４９３，６９４号、第４，５１５，５８３号、第４，５８９，４１５号、第４，６０９，３６８号、第４，８６９，７１５号、第４，９２２，９０２号、第４，９８９，５８３号、第５，１５４，６９４号および第５，３５９，９９６号に記載されているハンドピースとチップを含めて利用することができ、その全体の内容は、参照によりここに組み込まれたものとする。例としてのハンドピースは、それに制限されることなく、説明の目的のために図３Ａと図３Ｂに示されている。

再び図２を参照して、ＣＰＵ１１６は、適切であればいかなるマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、コンピュータ、またはデジタルロジックコントローラであってもよい。ポンプ１１８は、蠕動タイプであっても、隔膜タイプであっても、Ｖｅｎｔｕｒｉタイプであっても、他の適切なポンプであってもよい。電源１２０は、適切であれば、これもまたＡｌｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＡＣＣＵＲＵＳ^(R)外科システムに組み込まれたもののような、いかなる超音波ドライバであってもよい。弁１２４は、適切であれば、ソレノイドにより起動されるピンチ弁のようないかなる弁であってもよい。食塩水のような灌水流体の注入物は、食塩水ソース１２６により供給されてもよく、ボトルまたは袋で供給される市場で入手できるいかなる灌水水溶液であってもよい。

使用中は、灌水圧力センサ１２２は、灌水ライン１３０、１３２、および１３４を介して、ハンドピース１１２と注入物流体ソース１２６に接続される。灌水圧力センサ１２２は、ソース１２６からハンドピース１１２への灌水流体の圧力を測定し、この情報を、ケーブル１３６を介してＣＰＵ１１６に供給する。灌水流体圧力データは、ＣＰＵ１１６に使用されてもよく、ソフトウェアコマンドを使用してコンソール１１４の操作パラメータを制御する。例えば、ＣＰＵ１１６は、ケーブル１４０を介して、パワーケーブル１４２を介してハンドピース１１２とチップ１１３に送られている電源１２０の出力を変更することができる。ＣＰＵ１１６はまた、灌水圧力センサ１２２により供給されるデータを使用して、ケーブル１４４を介してポンプ１１８の操作を変更してもよい。ポンプ１１８は、流体を、ライン１４６を介してハンドピース１１２から吸引し、ライン１４８を介して収集容器１２８に送る。ＣＰＵ１１６はまた、灌水圧力センサ１２２により供給されるデータと、電源１２０の加えられた出力を使用してユーザーに可聴音を発してもよい。そのような外科システムに関する追加的詳細は、米国特許第６，１７９，８０８号（Ｂｏｕｋｈｎｙその他）と第６，２６１，２８３号（Ｍｏｒｇａｎその他）に見出すことができ、その全体の内容は参照によりここに組み込まれたものとする。

１つの実施形態において、制御コンソール１１４は、閉塞状態事象の段階に基づいてハンドピース１１２に供給されるパワー量を制御できる。より特別には、パワーの調整は、吸引真空レベル、灌水圧力レベル、または吸引真空および灌水圧力レベルの両者の変化に基づいて行われる。変化は、例えば、吸引真空および／または灌水圧力の増大または減少の変化率であってよい。

ハンドピースへ供給されるパワー量の調整は、図４に示すように行うことができる。最初は、ステップ４００において、ある期間において、閉塞状態または他の外科的事象中の外科操作パラメータのパターンが検出される。操作パラメータは、吸引真空および／または灌水圧力であってよい。両者の圧力を検出することもできるが、それに制限されることなく、説明のために主に単一の操作パラメータに言及する。ステップ４１０において、操作パラメータの値および／または変化率を決定または計算することができる。この計算に基づいて、閉塞状態の段階が決定される。ステップ４３０において、ハンドピース１１２の切削チップに供給されるパワー量は、必要ならば、閉塞状態の段階に基づいて調整することができる。

より具体的にいえば、吸引真空と灌水圧力レベルは、閉塞状態の前、間およびその後においては、検出可能なパターンに従うと決定されている。このパターンは、閉塞状態の段階を特定するために使用でき、それにより、ハンドピース１１２に供給されるパワーを調整することができる。

図５に示すように、典型的な閉塞状態事象は、下記の段階を有する。閉塞状態の開始５００、初期閉塞状態５１０、全面閉塞状態５２０、閉塞状態の破断５３０、および回復５４０。「開始」という用語は一般的に閉塞状態の正に開始または初期段階を示すために使用され、「初期閉塞状態」は一般的に閉塞状態の開始に続き、全面閉塞状態の前の時期を示すために使用される。すなわち、「開始」は一般的に閉塞状態の展開の初期を示すために使用され、「初期閉塞状態」は一般的に閉塞状態が全面閉塞状態に成長していく段階を示すために使用される。

図６は、検出された吸引真空および灌水圧力のより詳細なパターンを示している。各段階に対して、吸引真空が時間（ｔ）の経過に対して（ｍｍＨｇ）として示され、灌水流体または食塩水の圧力が時間（ｔ）の経過に対して（ｃｍＨ₂Ｏ）として示されている。これらの段階は下記により詳細に検討される。

図６に示すように、閉塞状態の開始事象または状況５００は、真空および灌水圧力が相対的に安定または一定（６００と６０５）である、非閉塞状態からの、吸引真空の急勾配の増大６１０と、灌水圧力の急勾配の増大６１５により特徴付けられている。すなわち、真空および灌水圧力が増大する率＞０である。図示のように、開始５００は、増大する吸引真空および灌水圧力により特定される。その後、灌水圧力はわずかに減少（６１７）してもよく、そして水平（６１８）になる。しかし、吸引真空のレベルは初期に増大し、灌水圧力が安定している間にも増大を続ける。

閉塞状態の開始事象５００に続いて、閉塞状態は初期閉塞状態事象または状況５００に発展または成長する。図６に示すように、初期閉塞状態事象５１０は、吸引真空の増大率の低下６２０と、相対的に安定した灌水圧力６２５により特徴付けられる。このように、吸引真空と灌水圧力の増大率の両者は共に、ゼロへと緩やかに減少していく。すなわち、真空および灌水圧力の両者は相対的に安定する。

初期閉塞状態状況５１０は、全面閉塞状態５２０に成長していく。全面閉塞状態は、最大限界６３０により特徴付けられる。更に、灌水圧力は安定６３５している。

全面閉塞状態５２０に続いて、閉塞状態は破断５３０する。閉塞状態の破断事象５３０は、吸引真空の急勾配の減少６４０と、灌水圧力の急勾配の減少６４５により特徴付けられる。図６に示すように、吸引真空と灌水圧力の両者のレベルは、閉塞状態の破断に続いて、急勾配で減少する（それぞれの率＜０）。急勾配の減少に続いて、吸引真空および灌水圧力レベルの減少率は、減少６４２するが、灌水レベル圧力は短期間反転して上昇６４７し、その後安定６４８することもある。

閉塞状態の破断５２０に続くのは閉塞状態回復段階５３０である。回復段階５３０は、吸引真空の減少率の継続的低下６５０と、最終的には実質的には一定のレベルに到達する灌水圧力６５５により特徴付けられる。すなわち、真空および灌水圧力の減少率は、負の値から約０まで緩やかに増大する。

テストされた外科システムに基づくと、図６に示される真空および灌水圧力のパターンは、外科システムが異なっても首尾一貫しており、多様な既知のデジタル信号処理方法を使用して検出できる。１つの実施形態において、真空灌水圧力は、相関方法を使用して検出される。例えば、閉塞状態のフェーズは、予め定義されたパターンと、外科システムによる実際の吸引真空または灌水圧力センサの表示数値の間の線形相関を計算することにより検出できる。閉塞状態の開始を定義する吸引真空の予め定義されたパターンは、例えば、線形に増大する真空の表示数値が１２点が後に続く、同じ真空表示数値の４点であってもよい。

例えば、２つの数列ｘ_iとｙ_iの間の線形相関は、１つの数列が、線形変換により他の数列にどの程度近づいて変換できるかという数値を示している。

ｙ_i＝ａｘ_i＋ｂ
ここで、ａ＝線形相関係数であり、ｂ＝オフセットである。

２つの数列が与えられると、線形相関Ｒは次のように計算される。

ここで、Ｎは相関長（つまり、数列における点の数）である。

線形相関係数は、次のように計算される。

１つの実施形態に係る方法は、外科システムの使用中に収集された吸引真空および／または灌水圧力センサの表示数値のサンプル数列と、問題の閉塞状態事象を表現する予め定義されたパターンの間の線形相関を計算することを含む。計算された相関値は、サンプル数列と予め定義されたパターンの間の類似性を反映し、最大可能値の１．０は、完全な一致を表現する。十分な相関を示す値の範囲は、好ましくは０．８０と０．９９の間である。

いったん、一致または容認できる相関が達成されると、初期閉塞状態および閉塞状態の回復などの、ある外科的事象の確実性は高く、システムの外科パラメータは必要であれば調整できる。

閉塞状態の開始および閉塞状態の破断などの事象に対して、パターンの一致は、テスト値の変化率に基づいて限定されるべきである。真空および灌水圧力の変化率は、テスト数列と予め定義されたパターンの勾配比を反映する線形相関係数を使用して評価することができ、このようにしてサンプル数列が特別な事象に対して十分な変化率を有しているかどうかを評価するために使用できる。

１つの実施形態において、変化率は導関数（Δ値／Δ時間）の直接計算であるか、またはある長さの時間における値の変化である。十分な率に対する基準は、異なる設定（例えば、異なる吸引ポンプ率）における所与のシステムに対して実験的に確立することができる。

パターンの一致と変化率の両者に対しての条件が必要な場合は、閉塞状態事象は、両者の条件が満たされたときに検出されるものと考えられる。いったん閉塞状態事象が検出されると、システムの外科パラメータを調整することができる。既述の方法は、閉塞状態のシーケンス（閉塞状態の開始、初期閉塞状態、閉塞状態、閉塞状態の破断、および回復）におけるすべての事象の検出に適用できる。吸引真空および／または灌水圧力レベルのパターンを検出することにより、パワーを調整すべきタイミングを正確に決定できる。このようにして、実施形態は、閾値または予め決められた吸引真空レベルに依存して全面閉塞状態を特定する既知のシステムと比べて、より正確になる。

更なる実施形態において、パターンの一致は、相関ではなく、回旋を使用して達成できる。従って、この技術において通常の技量を有する者は、ここで検討された相関、導関数、および回旋の技術が単に例であって、それに制限されるものではないことを認識するであろう。

更なる実施形態において、ハンドピースに供給されるパワー量を規制して、目の生体組織に損傷を与えかねない、チップ１１３の過熱を防止することができる。この実施形態は熱監視（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｔｃｈ^TM）と呼ばれ、その概略が図７に示されている。

ステップ７００において、閾値温度が確立される。ステップ７１０において、食塩水などの灌水流体１２６のソース圧力が監視される。ステップ７２０において、監視されている灌水流体ソース１２６からの灌水流体の流量の計算または決定が行われる。熱を吸収する灌水流体の流量、または灌水流体の熱吸収容量は、ステップ７３０で決定される。ステップ７４０において、決定された熱吸収容量およびハンドピース１１２に供給されるパワーは比較または分析される。この比較または分析に基づいて、目または他の生体組織の温度がステップ７５０において決定される。

例えば、目の近似的な温度は、現在の時刻における推定温度が、以前の温度推定値に、冷却計数（＜１）を乗算し、時間間隔において供給されたパワーにパワー計数を乗算したものを加算し、時間間隔における流量に流量計数を乗算したものを減算することにより求めることができる、離散した時間ステップにおいて温度計算を行うことにより決定できる。

ステップ７６０において、推定された目の温度と閾値温度は比較される。超音波ハンドピース１１２の切削チップ１１３に供給されるパワー量は必要であればステップ７７０において、推定温度が閾値を超えているか、または予め決定された量だけ閾値を超えているかに基づいて調整される。例えば、推定温度が閾値を超えていれば、ハンドピースに供給されるパワーは、超音波信号の振幅を減少することにより、および／または、超音波信号のデューティサイクルを減少することにより減少でき、一方、推定温度が閾値未満であれば、パワーを維持または増大できる。

図８Ａおよび図８Ｂは、図７に示す処理の１つの実施法を示している。図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、ステップ８００において、熱監視（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｔｃｈ^TM）の機能が使用可能になっているかの決定が行われる。熱監視（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｔｃｈ^TM）が使用可能になっていない場合は、ステップ８０５において、システムは線形超音波制御機能を使用して作動する。すなわち、供給される超音波パワーは、コンソールの設定と外科がフットペダルを押すことにより制御される。
熱監視（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｔｃｈ^TM）が使用可能になっている場合は、ステップ８１０において、外科医により設定された閾値が、システムにより確認されて読み取られる。閾値は無単位であってもよく、「オフ」から「最大」までにいくつもの数のステップがあってもよい。

ステップ８１５において、システムは灌水流体の圧力（「ＩＰＳ Ｒｅａｄｉｎｇ」）、および／または、ステップ８２０において灌水流体ソースボトル１２６の高さを監視する。これらの灌水流体圧力パラメータは、ステップ８２５において、灌水流体の流量、つまりある時間における灌水流体の量を示す。灌水流体の流量を知れば、その灌水流体流量に対する熱冷却容量を近似することができる（ステップ８３０）。時間Ｆ（ｔ）における流れ関数は、流体工学ラインにわたる圧力降下の線形関数として近似できる。Ｆ（ｔ）＝Ｒ（Ｐ₀−Ｐ（ｔ））であり、ここでＰ₀は、灌水ソース圧力（例えば、灌水ボトルの高さ）であり、Ｐ（ｔ）は、灌水圧力センサの表示数値であり、Ｒは、圧力ソースと灌水圧力センサの間の流体工学ライン抵抗である。抵抗Ｒは所与の流体工学（つまり、消耗品）構成に対して、実験的に確立される。上記の近似により、定状態流の条件に対しての正確な結果がもたらされる。遷移応答に対する推定の正確性を向上するために、指数的崩壊補正を、次のように上記の式に追加することができる。

ここでδは遷移係数であり、τ₀は近似流体工学ラインの時間係数である。両方の値は、所与の流体工学（つまり、消耗品構成）に対して実験的に確立できる。Ａｌｃｏｎ ＩＮＦＩＮＩＴ^(R)システム消耗品に対して確立されるサンプル値は、δ＝０．３であり、τ₀＝１．３秒である。上記の式は、本方法の実際の実施を可能にする、分離形式に容易に変換できる。

ハンドピース１１２の超音波切削チップ１１３により生成される熱量（つまり、超音波（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ）またはＵＳパワーレベル（「ＵＳ Ｐｏｗｅｒ Ｌｅｖｅｌ」））もまた、ステップ８３５において監視される。灌水流体流に対する熱冷却容量の近似は、超音波切削チップ１１３により生成される熱量と比較されて、ステップ８４０において、目の近似温度が決定される。目の温度が予め設定された閾値より高いか、または閾値のある限界内にあるかの決定がステップ８４５において行われる。例えば、限界は、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、閾値内（例えば、それ未満）の−１６．１℃（華氏３度（３°Ｆ））であってもよい。この技術に精通した者は、他の予め決定された量または限界もまた、システムの所望の感度に依存して利用できることを認識するであろう。

目の温度が限界内（例えば−１６．１℃（３°Ｆ））でない場合、または閾値を超えていない場合は、線形超音波制御関数が使用できる（ステップ８５０）。しかし、目の温度が限界内または閾値を超える場合は、システムは、ステップ８５５において、適切なデューティサイクルを計算するアルゴリズムを利用する。制御アルゴリズムは、例えば、ＰＩ（比例−積分）またはＰＩＤ（比例−積分−導関数）制御アルゴリズムのような標準線形制御アルゴリズムであってよい。制御アルゴリズムはまた、ヒステリシスのあるまたはヒステリシスのないバングバングコントローラのような非線形制御アルゴリズムであってもよい。この技術に精通した者は、異なる適用において、種々のアルゴリズムが使用できることを認識するであろう。

例えば、ステップ８６０において、最初に、システムが現在、連続モードで作動しているかについての決定がなされる。連続モードにおいては、間断なく、パワーの連続供給がハンドピースに加えられる。システムが連続モードであればステップ８６５において、システムは動作モードを連続から脈動超音波パワーに切り替える。システムが連続モードでないときは、ステップ８７０において、システムがバーストまたはパルスモードで作動しているかについての決定がなされる。

図９を参照して、バーストモードにより一連の、超音波パワーの、周期的、固定幅、そして一定振幅のパルス９００が提供され、それぞれに、「オフ」タイム９１０が続く。この技術に精通した者は、実際には、図９および他の図に示されるパルスは、「完全な」パルスではないことを認識するであろう。むしろ、パルスは、例えば容量およびインダクタンスにより、異なる段階の間で遷移または勾配を形成する。このように、実際には、パルスが完全な矩形を有していないときは、図９および他の図に示す理想的または模範的な矩形パルスおよび他の形状が、説明および図示のために提供される。

固定幅パルス９００間のオフタイム９１０は、例えば、フットペダルを押すことによる、外科医の入力により制御される。すなわち、バーストモードにおいては、各パルス９００は、固定の「オン」タイムと、可変の「オフ」タイムを有する。「オフ」タイムは、フットペダルまたはフットスイッチの位置を調整することにより変更できる。

例えば、図９は４つの位置のフットスイッチを示している。オフタイム９１０は、最初にフットペダルが位置１にあり、位置２に押されるときに減少し、フットペダルが位置２から位置３に押されると、更に減少する。このように、ある時間内における固定幅、一定振幅のパルス数は、フットペダルが更に押されるに従って、より増大する。フットペダルが更に押されると、オフタイムは、最終的にオンタイムと等しくなる。この場合、フットペダルを位置３から位置４に更に押すと、オフタイムは不変に維持しながら、パルスの振幅が増大する。すなわち、パルスの振幅は、オフタイムとオンタイムが等しくなったあと増大され、それによりハンドピースに供給されるパワーが増大される。

再び図８Ａおよび図８Ｂと図９を参照して、システムがバーストモードにあるときは、同じパルス幅を有する超音波パワーのパルス数は、パワーの「オン」タイムを減少するか、パワーの「オフ」タイムを増大することによりステップ８７５において調整でき、それにより、チップ１１３を冷却するために、所与の時間においてより少ない固定幅パルス、およびより少ないパワーを超音波チップ１１３に供給する。システムがバーストモードでないときは、ステップ８８０においてシステムはパルスモードにある。

図８Ａおよび図８Ｂ、１０を参照して、システムがパルスモードにあるときは、パルス１０００の振幅は一定であり、ハンドピースに供給されるパワーは、ステップ８８５において、ハンドピース１１２に供給されているパワーパルスのデューティサイクルを調整することにより調整できる。矩形パルス１０００に理想的な一連においては、パルス持続時間のパルス周期に対する比、または「高」パルスレベルの持続時間の、「高」および「低」レベル（１周期）の持続時間の合計に対する比は、分数または百分率で表現されるデューティサイクルである。このように、各一定振幅パルス１０００の持続時間は、デューティサイクルを変更するために変更でき（例えば、より狭く、あるいはより広くなる）、このようにして、ハンドピースに供給されるパワー量を変更する。

または、システムが連続モード（８６０）で作動していて、目の温度が閾値を超えているときは、パワーは目の温度が閾値未満になるまでオフに切り替えられる。更に、システムがバーストまたはパルスモードで作動していて、目の温度が閾値を超えているときは、必要であれば、目の温度が閾値未満になるまで、パワーをパルスの残りの分に対してオフにして、次のパワーパルスを遅延することができる。

この技術に精通している者は、熱監視（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｔｃｈ）が、パルスまたはパルスパターンのタイプに関係なく、また前述したように、決定されたパワー量が閾値と比較してどのようか、およびパワー量が閾値に対してどのようかに関係なく、供給されるパワー量を定期的に決定するガバナとして機能するので、熱監視（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｔｃｈ）機能を、連続、脈動、バースト、およびこの明細書で後述し、図１４〜図２４で示すパルスのような異なるパターンを有するパルスのように、パルスの異なるタイプに対して使用できることは認識するであろう。

閉塞状態事象が検出されるときは、同様なパワー調整を行うことができる。例えば、１つの実施形態において、チップ１１３に供給されるパワーは、超音波デューティサイクルにおいて「オン」時間を増大するか、「オフ」時間を減少するかにより増大でき、それによりハンドピース１１２の切削効率を増大する。目の温度は、熱監視（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｔｃｈ^TM）機能を使用して監視でき、チップ１１３が過熱状態になる前にパワー「オン」タイムが減少されるか、パワー「オフ」タイムが増大される。従って、実施形態により、必要なときに（例えば、閉塞状態事象が起きたとき）、効果的にパワーを増大し、または必要なときに、チップ１１３の過熱を防止し、目の生体組織の火傷または損傷を防止するために効果的にパワーを監視して減少する方法が提供される。

別の実施形態が、一般的には「パワーオンデマンド（Ｐｏｗｅｒ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）」と呼ばれる、負荷検出システムおよび方法に対して示され、それにより、目の生体組織への損傷を防止するために、要求されているパワーが大きすぎると決定された場合は、外科医により要求されたパワー量を制限または却下することができる。本システムは切削チップ１１３がもはやレンズ生体組織と接触していないこと、あるいは、変化する硬度のレンズ生体組織の異なる部位と接触していることを検出でき、自動的にハンドピースに供給されるパワー量を調整する。

上記に検討したように、ハンドピース１１２内の１つまたは２つ以上の圧電結晶は、電源により供給されるパワーにより駆動される。結晶は振動し、それによりハンドピース内の針が振動を始め、超音波エネルギーを発する。外科医は、超音波エネルギーがレンズのような目の生体組織に供給され、例えば、白内障の部分を破壊するために、針の位置を決める。別に設置された吸引システムが使用されて生体組織の破片を除去する。外科医は、例えば、フットスイッチまたは他のスイッチ起動装置を押すことにより、チップ１１３に供給されるべきあるパワー量を要求することができる。外科処置の間、システムは、低レベルの電圧を結晶に加えて、少量の超音波エネルギーを発するようにする。この状態において、結晶にかかる電圧と結晶を流れる電流が測定される。電圧および電流値は、ハンドピースにより引き出されるパワー値を計算するために使用される。超音波ハンドピース１１２は、チップ１１３がより硬い生体組織または物質（白内障のレンズのような）と接触しているときは、所与のストローク（振幅）を維持するために、より大きなパワーを引き出そうとする。典型的な白内障外科処置における、チップが遭遇した物質との接触に基づくこのパワーの増大は、低パワー設定において測定可能であることが判明している。修正されたパルスモードにおいて、少量のパワーが、生体組織を切削するために使用されるより高いパワーのパルスの間において、チップ１１２に加えられる。すなわち、低パワー周期の間は、少量のパワーが加えられる。

例えば、図１１に示すように、信号を駆動するパルスモードタイプは、切削期間１１００の間に、高い、または切削パワー１１００ａ〜ｅ（総称して１１００）の交互期間と、低い、または感知パワー１１１０ａ〜ｅ（総称して１１１０）の交互期間を含む。しかし、感知期間１１１０の振幅は、ゼロよりも大きい。すなわち、感知パワーは切削期間に続いてゼロにまでは減少しない。

例示された実施形態において、切削期間１１００と感知期間の持続時間は、ほぼ同じである。電圧と電流の測定は、感知期間の間に行われ、感知期間の間にハンドピース１１２により引き出されるパワー量を、チップ１１３における負荷１１３０と相関付ける。チップには少量のパワーが依然として加えられているので、ある程度の切削も起こりえるが、切削は主に、より高いパワー切削期間において起こる。このように、本明細書は「感知」期間に言及しているが、感知と切削は両者ともこの期間において起こりえる。

ハンドピース１１２により引き出されるパワー量は、感知期間１１１０の間に決定され、次の、または後続の切削期間１１００のパワーの調整に使用される。パワーは検出されたパワーと外科医の要求に基づいて、比例するように調整される。すなわち、チップにおいてより高い負荷が検出されると、外科医により要求されたパワーのより多くの部分（全部でも可能）が、次の切削期間に供給される。同様に、より低い負荷が検出されると、外科医により要求されたパワーのより少ない部分（ゼロでも可能）が、次の切削期間１１１０の間に供給される。

例えば、感知期間１１１０ａの間に検出されたパワーは、次の切削期間１１００ｂのパワーレベルを、比例するように調整するために使用される。同様に、感知期間１１１０ｂの間に検出されたパワーは、次の切削期間１１００ｃを、比例するように調整するために使用される。このように、切削パワー１１００は、ハンドピース１１２の超音波チップ１１３上の異なる負荷１１３０を補償するために、連続して調整される。

図１１に示すように、感知期間１１１０のパワーレベルは、時間の経過に対して相対的に一定である。しかし、感知期間１１１０は変化してもよいが、ゼロや、チップにおける負荷が検出できないほど小さくてはならない。感知期間１１１０のパワーレベルは、例えば、システムパラメータと測定装置の感度に依存して変化できる。従って、非ゼロ感知期間を使用する実施形態は、典型的に、高パワーとゼロパワーが交互に変わるパルス、つまり、高パワーと低パワーの間、または「オン」と「低パワー」の間で切り替わるのではなく、「オン」と「オフ」の間で切り替わるパルスを使用する既知の「パルスモード」駆動システムとは対照的である。

超音波ハンドピースと切削チップにおける変動のために、負荷１１３０感知機能は、それぞれの外科処置の開始時に較正する必要がある。例えば、較正は、ハンドピース１１３が、灌水流体で満たされたテスト室に置かれている間の「調整サイクル」の間に行われる。この時点で、超音波パワーは、感知パワー設定においてチップ１１３に加えられる。この基準状態においてハンドピース１１２により引き出されるパワー量は、閾値または「無負荷」状態として、制御システムメモリに保存される。必要であれば、外科処置が進行するにつれ、制御システム１１４は、外科処置の間に測定される負荷１１３０に基づくこの閾値を調整するために、自動閾値調整を使用してもよい。

負荷感知機能はまた、外科医が、制御システム１１４により行われる調整の感度を制御することを可能にする。より具体的には、感度調整は、全負荷未満が感知されたときに行われるパワー削減のゲインを設定する、線形または係数調整である。閾値と感度がいったん設定されると、ハンドピース１１２へのパワーは、アルゴリズムに基づいて調整できる。

図１２、１３は、アルゴリズムと、感知された電圧および電流負荷１１３０に基づくこれらのパワーストロークまたは振幅の変動を行うためのアルゴリズムに基づいて作動するシステムの１つの実施形態を示している。最初は、ステップ１２００で閾値１３５５が決定される。上述したように、閾値パワー１３５５は、灌水溶液または食塩水または他の基準環境において超音波ハンドピースを操作した後に決定される固定値である。すなわち、閾値パワー１３５５は、生体組織が切削されないときの基準パワーを表わしている。

切削チップ１１３により引き出されるパワーは、ステップ１２１０において監視される。電源１２０はハンドピース１１２に結合され、電源ライン１３０２を介してパワーをチップ１１３に供給する。パワー制御システム１３００は、コネクタ１３０３〜１３０５を介して電源１２０の入力と出力に接続される。コネクタ１３０４と１３０５は電源１２０の出力に結合され、コネクタ１３０３は、電源１２０の入力に結合される。

図示されたパワー制御システム１３００は、電圧と電流用のフィードバック１３１０と１３１１を含む。フィードバック構成要素１３１０と１３１１は、コネクタ１３０４と１３０５に結合される。感知期間１１１０に得られた電圧と電流の測定値は、ハンドピース１１２における圧電結晶に加えられた応力に基づいている。針またはチップ１１３が切削に対してより抵抗の高い生体組織（高負荷）に遭遇すると、電圧および／または電流の大きさは増大するが、針またはチップ１１３がより容易に切削できる生体組織（低負荷）に遭遇すると、電圧および／または電流の大きさは減少する。各感知期間１１１０においてフィードバック１３１０と１３１１により得られる電圧および電流値は、それぞれ２乗平均平方根（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ（「ＲＭＳ」））変換器１３２０と１３２１に供給される。

ＲＭＳ変換器１３２０と１３２１は、ある定義された期間にわたる平均電圧と平均電流の大きさを決定する。これらのＲＭＳ値は、アナログ−デジタル（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ「Ａ／Ｄ」）変換器１３３０と１３３１に供給され、変換器は、測定されたアナログ電圧と電流のそれぞれを表現するデジタル信号をマイクロプロセッサ１３４０に供給する。

マイクロプロセッサ１３４０は、上述したマイクロプロセッサ１１６と同じであってもよく、または別のマイクロプロセッサまたはコントローラであってもよい。デジタル電圧および電流値は、Ａ／Ｄ変換器１３３０と１３３１により、マイクロプロセッサ１３４０に供給される。マイクロプロセッサ１３４０内のソフトウェアは、感知期間１１１０において検出された「感知」パワー１３５２を、Ａ／Ｄ変換器１３３０と１３３１により供給された値に基づくパワー（「Ｐ」）＝電圧（「Ｖ」）×電流（「Ｉ」）として計算１３５０する。このように、計算には、位相や共鳴のような非線形属性を考慮する必要がない線形計算が含まれる。感知パワー１３５２は、その後、閾値または基準パワー１３５５と比較される。

計算された感知パワー１３５２は、パワーがハンドピース１１２により生体組織を切削するために必要とされたときには、つまり、ハンドピース１１２が、食塩水のような基準物質または液体とは異なる何かに適用されたときは、閾値または基準パワー１３５を超える。感知パワー１３５２と閾値パワー１３５５の比較は、ハンドピース１１２のチップ１１３が遭遇した生体組織の特性に基づいて、ステップ１２４０における次の切削期間に、もしあったとすれば、ハンドピース１１２に供給されるパワーがどのように調整されるべきかを決定するのに使用される。比較は、ハンドピースまたは、感知パワー１３５２が閾値パワー１３５５を超える量を検出された全負荷１３５７の一部分に関連付けるソフトウェアに格納されたスケーリング係数１３５６による乗算される。スケーリング係数１３５６は、例えば、システムの先行する動作に基づいて経験的に決定することができる。

この閾値比較と百分率負荷計算に加えて、感度調整または係数１３６０が外科医により設定され、外科医により要求されたパワーのどのくらいの部分が、感知パワー１３５２が閾値パワー１３５５を超える量に基づいて、次の切削期間にチップに供給さるべきかを示す。感度係数１３６０は、０から１の範囲で、または一般的には、例えば、２０％、５０％、または８５％のような百分率の値として表現される。これらの値は、外科医に対して、オフ、低、中、高のように、または他のスケールまたは表示により表現されてもよい。ステップ１２５０において、（感知電圧−閾値）×スケーリングファクタの計算により得られた値は、感度係数１３６０により乗算される。要求されたパワー１３７０（例えば、フットスイッチ１３７５のレベルにより示されるような）の大半は、より低い感度係数よりも、より高い感度係数を有するハンドピース１１２に供給される。例えば、外科医が「Ｘ」のパワー量１３７０を、フットペダル１３７５を介して要求すると、感度係数１３６０により、「Ｘ」のパワー１３７０のある部分、または全部がハンドピース１１２に供給されるか、またはそのパワーは全くハンドピース１１２には供給されない。

このように、実際にハンドピース１１２に供給されるパワー１３８０は、外科医がフットペダル１３７５を押すことにより要求したパワー１３７０より少ないか同じである。従って、実施形態においては、線形関係と計算、感知係数に基づく閾値決定と線形計算が使用され、ハンドピース１１２に供給されるパワー量１３８０が調整される。

図１１は、図１２と１３に示したパワーオンデマンド（Ｐｏｗｅｒ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）システムで使用される切削および感知期間を含む１つのパルスパターンを示している。図１１に示されるパルスパターンは、相対的に一定で、近似的に同じ持続時間である切削および感知期間を含む。別の実施形態においては、図１４〜２４に示すように、異なるパルスパターンが、異なる切削および感知期間で使用される。異なる切削および感知パルスと期間を示すために、パルスは対応する負荷無しで示されているが、この技術に精通した者は、切削期間の振幅は必要であれば、ハンドピースのチップにおける負荷に依存して調整できることを認識するであろう。本明細書は、「期間」と「パルス」に言及する。パルスは、ゼロパワーで始まり、終了する信号であるが、期間は、パルスの一部と考えることができ、ゼロパワーで始まるか、終了する。しかし、本明細書の目的においては、これら両者は、感知パワーの持続時間と切削パワーの持続時間を供給するので、相互に置き換え可能である。従って、「期間」は「パルス」を含むものとし、「パルス」は「期間」を含むものとする。

図１４を参照して、別の実施形態においては、感知期間１１１０の持続時間は近似的に時間の経過において同じであり、切削期間１１００の持続時間よりも短い。図１５に示す更なる実施形態において、感知期間１１１０の持続時間は時間の経過において、切削期間よりも短い、ほぼ同じ持続時間、あるいは、長いというように変化できる。感知期間１１１０の持続時間は、例えば、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比とシステム応答に合わせるために調整することができる。より長い感知期間１１１０は、より良好なＳ／Ｎ比とより長く遅延された応答を供給する。このように、感知期間１１１０の持続時間は、システムの構成要素と機能と調和するように選択することができる。

図１６を参照して、更に別の実施形態において、感知期間１１１０は、別の切削期間１１００の直前に先行することができる。例えば、感知期間１１１０において、パワーはゼロレベルから低パワーレベルに増大する。感知期間１１１０の直後に切削期間１１００が続く。切削期間１１００は、感知期間１１１０よりも高いパワーレベルにある。切削期間１１００の後は、パワーはゼロに戻り、一連の期間が繰り返される。図１７は、類似の構成を示すが、高パワー切削期間１１００は、ゼロパワーの期間の直後に続く点が異なる。感知期間１１１０は、高パワー切削期間１１００の直後に続き、その後にゼロパワーが続き、必要であれば、これを繰り返すことができる。

図１８は、分離した低パワーの感知パルス１１０が、分離した高パワー切削パルス１１００の間でトリガされている別の実施形態を示している。示された実施形態において、切削および感知パルス１１００と１１１０は、ほぼ同じ持続時間を有している。図１９は、分離した感知パルス１１１０と切削パルス１１００を利用する別の実施形態を示しており、感知パルス１１１０の持続時間は切削パルス１１００の持続時間よりも短い。図２０は、分離した感知パルス１１１０が、変化する持続時間を有し、切削パルスの間にある更なる実施形態を示している。

図２１は、分離した感知パルス１１１０と切削パルス１１００を含む更に別の実施形態を示し、電圧および電流データは、感知パルス１１１０の崩壊中に得られる。この実施形態は、図２２と２３により詳細が示されている。図１１に示すようにして負荷を決定するのではなく、システムは、感知期間パルス１１１０があるレベルまで崩壊するのにかかる時間を決定するように構成することができる。崩壊率は、チップ上の負荷に影響され得る。例えば、大きな負荷は、感知パルスをより速く崩壊させ、小さな負荷は感知パルスをより緩慢に崩壊させる。図２２は、負荷が小さいために崩壊により時間がかかる感知パルスを示しており、図２３は、負荷が大きいためにより速く崩壊する感知パルスを示している。この崩壊技術は、図１７に示す感知期間のような、切削期間の直後に続く感知期間を含む他のパルスパターンにも適用できる。

感知パルスまたは期間があるレベルまで崩壊するのに必要な時間は、チップにおける負荷と関連付けることができる。これは、例えば、崩壊率とチップ上の負荷の相関を取るルックアップテーブルを使用して行うことができる。この崩壊および負荷情報は、必要であれば、次の切削パルスまたは期間のパワーレベルを調整するために使用することができる。例えば、図２２と２３の参照点Ｃを参照すると、図２３に示されるパルスの崩壊率は、図２２に示すパルスの崩壊率よりも速い。その結果、図２２に示す感知パルスに続く次の切削パルスの間に供給されるパワー量は、図２３に示すパルスが、チップ上のより大きな負荷のためにより速く崩壊するので、図２３に示す感知パルスに続く次の切削パルスの間に供給されるパワー量よりも少なくなる。崩壊率の分析は、次の切削パルスまたは期間の間にチップに供給されるパワーを連続的に調整するために繰り返すことができる。

更なる実施形態によれば、切削および感知パルスは、異なる周波数であってよい。例えば、切削パルスは、ある特別な周波数において適用し、感知パルスを、切削パルス周波数の１つの高調波において適用することができる。例えば、切削パルスは、約４０ｋＨｚにおいて適用し、感知パルスは、８０ｋＨｚや１２０ｋＨｚのような高調波の１つにおいて適用することができる。

この技術に精通した者は、図１１と図１４〜２３は、例としての感知および切削期間パターンを示し、感知および切削期間は、異なるシステムおよび適用に必要なように調整できるので、これに制限されないことを認識するであろう。更に、この技術に精通した者は、感知およびある程度の切削の両者は、感知が非ゼロレベルにおいて起こるので低パワー感知期間においても起こり、切削量は、高パワー切削期間に起こる切削に比較して小さいが、ある切削も起こりえることを認識するであろう。この技術に精通した者はまた、熱監視（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｔｃｈ）が、供給されるパワーを考慮し、特別なパルスパターンに依存しないことから、これらの異なるパルスパターンと共に使用できることも認識するであろう。

図２４を参照して、更に別の実施形態において、切削パルス１１００の崩壊率２４００は、チップ上の負荷と相関付けることができる。崩壊する切削パルスのパワーレベルは、崩壊期間の開始時点においては高すぎ、それによりパワーと電流の測定との干渉を引き起こすので、切削パルス１１００の振幅に依存して、崩壊パルス２４００のテールエンド２４１０をサンプリングすることは望ましいことである。切削パルスがあるレベルまで崩壊するまでに必要な時間は、崩壊率をチップにおける負荷に相関付けることができるように、ルックアップテーブルと相互参照することができる。この崩壊および負荷情報は、必要であれば、次の切削パルスのパワーレベルを調整するために使用できる。

上記の説明においては、種々の実施形態に言及したが、この技術に関して通常の技量を有する者は、実施形態の範囲を逸脱することなく、上述の実施形態に対して、多少の変形、変更、および置換が行えることを認識するであろう。例えば、この技術に関して、通常の技量を有する者は、種々の機能と実施形態を個々に、あるいは組み合わせて作動させることができることを認識するであろう。例えば、１つの別の実施形態において、吸引および／または灌水圧力における変化の決定を行う実施形態を、図７と８に示した「熱監視（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｔｃｈ）」実施形態と、および／または図９〜１１を参照して記述され、示された「パワーオンデマンド（Ｐｏｗｅｒ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）」実施形態と組み合わせることができる。同様に、図７と８を参照して記述され、示された「熱監視（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｔｃｈ）」実施形態は、図９〜１１を参照して記述され、示されたパワーオンデマンド（Ｐｏｗｅｒ ｏｎ Ｄｅｍａｎｄ）実施形態と組み合わせることができる。このように、実施形態は、共に、または個々に作動することができ、所望のシステム機能を提供することができる。

種々の実施形態において使用され得る、例としての外科システムの透視図である。 外科システムの構成要素を示すブロック図である。 種々の実施形態において使用され得る、例としての超音波ハンドピースを示している。 種々の実施形態において使用され得る、例としての超音波ハンドピースを示している。 パターンと、１つまたは２つ以上の操作パラメータの変化率に基づいて、ハンドピースのパワーに供給されるパワーを調整する方法の１つの実施形態を示すフロー図である。 本発明の実施形態において使用できる閉塞状態の段階を示している。 図５に示す閉塞状態の異なる段階における吸引真空と灌水圧力のパターンを示している。 トランスデューサチップの過熱を防止するためにパワーを調整する方法の１つの実施形態を示すフロー図である。 図７に示す実施形態の１つの実施例のより詳細なフロー図である。 図７に示す実施形態の１つの実施例のより詳細なフロー図である。 一定の振幅と異なるオフタイムを有し、異なるオフタイムはフットペダルを押すことで制御される、例としてのバーストモードパルスを示している。 異なるデューティサイクルを有し、デューティサイクルは、フットペダルを押すことで制御される、例としてのパルスモードパルスを示している。 １つの実施形態に係る切削パルス間の非ゼロ感知パワーレベルを示している。 パワー、閾値、および感度計算に基づくパワーの調整方法を示すフロー図である。 １つの実施形態において使用し得るハンドピースパワー供給システムの概略図である。 更なる実施形態に係る、図１１に示された感知パワーレベル持続期間よりも短い持続期間を有する非ゼロ感知パワーレベルを示している。 更なる実施形態に係る、切削レベル間の非ゼロ感知パワーレベルであって、時間と共に変化する持続時間を有する非ゼロ感知パワーレベルを示している。 別の実施形態に係る、切削パルス間の分離非ゼロ感知パワーパルスであって、パワーが切削と感知パワーレベルの間でゼロである分離非ゼロ感知パワーパルスを示している。 更なる実施形態に係る、切削パルス間の分離感知パワーパルスであって、感知パワーパルスの持続時間は、図１６に示す感知パワーパルスの持続時間よりも短い、感知パワーパルスを示している。 別の実施形態に係る、時間と共に変化する持続時間を有する非ゼロ感知パワーレベルを示している。 別の実施形態に係る、切削パルスの直前の非ゼロ感知パワーパルスを示している。 別の実施形態に係る、切削パルスの直後の非ゼロ感知パワーパルスを示している。 別の実施形態に係る、切削パルス間の分離感知パワーパルスであって、感知パワー測定は、崩壊感知パワーパルスに基づいて行われる分離感知パワーパルスを示している。 より低速の崩壊感知パワーパルスに関して取得した測定値を示している。 より高速の崩壊感知パワーパルスに関して取得した測定値を示している。 別の実施形態に係る、切削パルスが高レベルから低レベルに切り替えられた後の切削パルスの崩壊率に関して取得された感知測定値を示している。

Claims (57)

1. 外科システムを制御する方法であって、前記外科システムは、超音波ハンドピースを有し、前記超音波ハンドピースは切削チップを有する方法であって、
   前記外科システムの第１操作パラメータの変化率を決定することと、
   前記変化率に基づいて、閉塞状態の段階を決定することと、
   決定された閉塞状態の前記段階に基づいて、前記超音波ハンドピースの前記切削チップに供給されるパワー量を調整することと、を備える方法。
2. 前記第１操作パラメータのデータのパターンを検出することを更に備える請求項１に記載の方法。
3. 前記パターンを検出することは、予め定義されたパターンと、前記第１操作パラメータのデータ間の線形相関を、前記外科システムの操作中に決定することを備える請求項２に記載の方法。
4. 前記線形相関を決定することは、線形変換を行うことを備える請求項３に記載の方法。
5. 前記パターンを検出することは、時間の経過における、前記第１操作パラメータのデータの導関数を計算することを備える請求項２に記載の方法。
6. 前記パターンを検出することは、予め定義されたパターンと、前記第１操作パラメータのデータの回旋を、前記外科システムの操作中に行うことを備える請求項２に記載の方法。
7. 前記外科システムの前記第２操作パラメータの変化率を決定することを更に備える請求項１に記載の方法。
8. 閉塞状態の前記段階を決定することは、前記第１操作パラメータおよび前記第２操作パラメータの前記変化率の決定に基づく請求項７に記載の方法。
9. 閉塞状態の前記段階を決定することは、前記第１操作パラメータおよび前記第２操作パラメータの比較に基づく請求項７に記載の方法。
10. 前記第１操作パラメータの前記変化率を決定することは、吸引真空の変化率を決定することを備える請求項１に記載の方法。
11. 前記第１操作パラメータの前記変化率を決定することは、灌水圧力の変化率を決定することを備える請求項１に記載の方法。
12. 前記外科システムの第２操作パラメータの変化率を決定することを更に備え、
    前記第１操作パラメータは吸引真空であり、
    前記第２操作パラメータは灌水圧力を備え、
    閉塞状態の前記段階を決定することは、前記吸引真空と灌水圧力の前記変化率に基づく請求項１に記載の方法。
13. 閉塞状態の前記段階を決定することは、閉塞状態の開始または初期の兆候を特定することを備える請求項１に記載の方法。
14. 前記第１操作パラメータは吸引真空を備え、前記開始は増大する吸引真空により特定される請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１操作パラメータは灌水圧力を備え、前記開始は増大する灌水圧力により特定される請求項１３に記載の方法。
16. 前記外科システムの第２操作パラメータの変化率を決定すること更に備え、閉塞状態の前記段階を決定することは、前記第１および第２操作パラメータを含む前記決定に基づいて閉塞状態の段階を決定することを備え、前記第１操作パラメータは灌水圧力を備え、前記第２操作パラメータは吸引真空を備えみ、閉塞状態の前記開始は、増大する吸引真空および灌水圧力により特定される請求項１に記載の方法。
17. 閉塞状態の前記段階を決定することは、初期閉塞状態状況を特定することを備える請求項１に記載の方法。
18. 前記第１操作パラメータは吸引真空を備え、前記初期閉塞状態状況は、増大する吸引真空により特定される請求項１７に記載の方法。
19. 前記真空圧力は、前記初期閉塞状態状況に続いて、閉塞状態の開始と前記初期閉塞状態状況の間の期間よりも、低い率で増大する請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１操作パラメータは、灌水圧力を備え、前記初期閉塞状態状況の期間は、実質的に一定の灌水圧力を有する請求項１７に記載の方法。
21. 前記外科システムの第２操作パラメータの変化率を決定することを更に備え、閉塞状態の前記段階を決定することは、前記第１および第２操作パラメータに基づき、前記第１操作パラメータは灌水圧力であり、前記第２操作パラメータは吸引真空である請求項１７に記載の方法。
22. 前記初期閉塞状態状況は、増大する吸引真空と、実施的に一定の灌水圧力により特定される請求項２１に記載の方法。
23. 前記初期閉塞状態状況中の前記真空圧力は、閉塞状態の開始と前記初期閉塞状態状況の間の期間よりも、低い率で増大する請求項２１に記載の方法。
24. 閉塞状態の前記段階を決定することは、全面閉塞状態を特定することを備える請求項１に記載の方法。
25. 前記第１操作パラメータは吸引真空を備え、前記全面閉塞状態は実質的に一定の吸引真空により特定される請求項２４に記載の方法。
26. 前記外科システムの第２操作パラメータの変化率を決定することを更に備え、閉塞状態の前記段階を決定することは、前記第１および第２操作パラメータを含む決定に基づき、前記第１操作パラメータは灌水圧力を含み、前記第２操作パラメータは吸引真空を含み、前記全面閉塞状態は、実質的に一定の吸引真空および実質的に一定の灌水圧力により特定される請求項２５に記載の方法。
27. 閉塞状態の前記段階を決定することは、閉塞状態の破断を特定することを備える請求項１に記載の方法。
28. 前記第１操作パラメータは吸引真空を備え、前記破断は減少する吸引真空により特定される請求項２７に記載の方法。
29. 前記第１操作パラメータは灌水圧力を備え、前記破断は減少する灌水圧力により特定される請求項２７に記載の方法。
30. 前記灌水圧力は、前記破断に続く低点に到達したあと増大する請求項２９に記載の方法。
31. 前記外科システムの第２操作パラメータの変化率を決定することを更に備え、閉塞状態の前記段階を決定することは、前記第１および第２操作パラメータを含む前記決定に基づき、前記第１操作パラメータは灌水圧力を備え、前記第２操作パラメータは吸引真空を備え、前記破断は、減少する吸引真空と減少する灌水圧力により特定される請求項２７に記載の方法。
32. 閉塞状態の前記段階を決定することは、閉塞状態の破断からの回復を特定することを備える請求項１に記載の方法。
33. 前記第１操作パラメータは吸引真空を備え、前記回復は、前記吸引真空の減少率の低下により特定される請求項３２に記載の方法。
34. 前記第１操作パラメータは灌水圧力を備え、前記回復は、前記灌水圧力の減少率の低下により特定される請求項３２に記載の方法。
35. 前記外科システムの第２操作パラメータの変化率を決定することを更に備え、閉塞状態の段階を決定することをは、前記第１および第２操作パラメータを含む前記決定に基づき、前記第１操作パラメータは灌水圧力を備え、前記第２操作パラメータは真空圧力を備え、前記回復期間は、実質的に一定の吸引真空と実質的に一定の灌水圧力を有する請求項３４に記載の方法。
36. 前記外科システムの第２操作パラメータの変化率を決定することを更に備え、閉塞状態の前記段階を決定することは、前記第１操作パラメータおよび前記第２操作パラメータの比較に基づく請求項１に記載の方法。
37. 閉塞状態の前記段階を決定することは、
    閉塞状態の開始と、
    前記開始に続く初期閉塞状態状況と、
    前記初期閉塞状態状況に続く全面閉塞状態と、
    前記全面閉塞状態の破断と、または
    前記破断に続く回復とを特定することと、を備える請求項１に記載の方法。
38. パワーを調整することは、前記超音波ハンドピースの前記出力のデューティサイクルを調整することを備える請求項１に記載の方法。
39. パワーを調整することは、前記超音波ハンドピースの前記出力の振幅またはストロークを調整することを備える請求項１に記載の方法。
40. 外科システムを制御する方法であって、前記外科システムは超音波ハンドピースを有し、前記超音波ハンドピースは切削チップを有する方法であって、前記方法は、
    吸引真空のデータのパターンを検出することと、
    灌水圧力のデータのパターンを検出することと、
    前記吸引真空の変化率を決定することと、
    前記灌水圧力の変化率を決定することと、
    前記変化率の決定に基づいて、閉塞状態の段階を決定することと、
    閉塞状態の前記決定された段階に基づいて、前記超音波ハンドピースの前記切削チップに供給されるパワー量を調整することと、を備える方法。
41. 閉塞状態の前記段階を決定することは、閉塞状態の開始または初期兆候を特定することを含む請求項４０に記載の方法。
42. 前記開始は、増大する吸引真空と増大する灌水圧力により特定される請求項４０に記載の方法。
43. 前記灌水圧力は、前記吸引真空よりも速い率で増大する請求項４２に記載の方法。
44. 閉塞状態の前記段階を決定することは、初期閉塞状態状況を特定することを備える請求項４０に記載の方法。
45. 前記初期閉塞状態状況は、増大する吸引真空と実質的に一定の灌水圧力により特定される請求項４４に記載の方法。
46. 閉塞状態の前記段階を決定することは、全面閉塞状態を特定することを備える請求項４０に記載の方法。
47. 前記全面閉塞状態は、実質的に一定の吸引真空および実質的に一定の灌水圧力により特定される請求項４６に記載の方法。
48. 閉塞状態の前記段階を決定することは、閉塞状態の破断を特定することを備える請求項４０に記載の方法。
49. 前記破断は、減少する吸引真空と減少する灌水圧力により特定される請求項４８に記載の方法。
50. 閉塞状態の前記段階を決定することは、閉塞状態の破断からの回復を特定することを備える請求項４０に記載の方法。
51. 前記回復は、前記吸引真空の減少率の低下と前記灌水圧力の減少率の低下により特定される請求項５０に記載の方法。
52. 閉塞状態の前記段階を決定することは、
    閉塞状態の開始と、
    前記開始に続く初期閉塞状態状況と、
    前記初期閉塞状態状況に続く全面閉塞状態と、
    前記全面閉塞状態の破断と、または
    前記破断に続く回復と、を特定することを備える請求項４０に記載の方法。
53. パワーを調整することは、前記超音波ハンドピースのデューティサイクルを調整することを備える請求項４０に記載の方法。
54. パワーを調整することは、前記超音波ハンドピースの振幅またはストロークを調整することを備える請求項４０に記載の方法。
55. 外科システムを制御する方法であって、前記外科システムは超音波ハンドピースを有し、前記超音波ハンドピースは切削チップを有する方法であって、前記方法は、
    吸引真空のデータのパターンを検出することと、
    灌水圧力のデータのパターンを検出することと、
    前記吸引真空の変化率を決定することと、
    前記灌水圧力の変化率を決定することと、
    前記変化率の決定に基づいて、閉塞状態の段階を決定することと、を備え、
    閉塞状態の開始は増大する吸引真空と増大する灌水圧力により特定され、
    初期閉塞状態状況は増大する吸引真空と実質的に一定の灌水圧力により特定され、
    全面閉塞状態は実質的に一定の吸引真空と実質的に一定の灌水圧力により特定され、
    全面閉塞状態の破断は減少する吸引真空と減少する灌水圧力により特定され、
    閉塞状態の破断からの回復は、前記吸引真空の減少率の低下と前記灌水圧力の減少率の低下により特定され、
    前記決定された閉塞状態の段階に基づいて、前記超音波ハンドピースの前記切削チップに供給されるパワー量を調整することを備える方法。
56. パワーを調整することは、前記超音波ハンドピースのデューティサイクルを調整することを備える請求項５５に記載の方法。
57. パワーを調整することは、前記超音波ハンドピースの振幅またはストロークを調整することを備える請求項５５に記載の方法。

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