JP2008302239A - 吸引流れ計および吸引制御 - Google Patents

Abstract

【課題】直接的に流量を測定するための使い捨て可能システムまたは再使用可能システムに安価に組み込まれ得る低コスト流れセンサーを有する眼外科手術ポンプシステムを提供する。
【解決手段】眼外科手術ポンプシステムは、採取容器５４ならびに外科手術部位から採取容器へ流体および組織を吸引するための真空レベルを生成するためのベンチュリポンプ５６を備える。吸引管５０は、外科手術ハンドピース４６および採取容器の各々に連結する。流れ計３４は、吸引管または採取容器のいずれかに、電気的に接続される。制御回路３８は、流れ計およびポンプの真空レベルを変化させるためのベンチュリポンプに連結され、外科手術部位から吸引される流体および組織の所望の流量を維持する。
【選択図】図２

Description

（１．発明の背景）
本発明は、外科手術ポンプシステムにおける吸引流量を感知することに関する。より具体的には、本発明は、外科手術ポンプシステムで使用するための流れ計および制御システムに関する。

（２．関連技術の説明）
吸引管を通じた組織および流体の流れおよび流量は、眼手術を含む手術の間、重要である。しかし、流量の直接の測定は、代表的には実用的ではない。流量は、一般的に、積極的排水ポンプ（例えば、ポンプの回転または他の間接的な周期的測定に基づく、流れベースのポンプ）を指し、これらのポンプはまた、通例、蠕動ポンプと呼ばれる。ベンチュリベースのポンプについての流量は、一般的に、測定されず、間接測定も使用されなかった。

外科手術吸引流量の測定は、眼科用外科手術機器の安全制御のために提供され得ることにおいて、価値があり得る。ほとんどの積極的排水ベースのシステムにおいて、流れは、吸引ポンプの周期の頻度（すなわち回転速度）から推定されることが、公知である。しかし、この推測は、ポンプシステム内の圧力差が変化する状況において、無効であり得る。この圧力変動は、灌注流体ボトル重量における変化、吸引物の粘度における変化および吸引管の遠位末端における閉鎖状態の変化の結果として起こり得る。公知のベンチュリベースの吸引システムについて、以前、どの流れ測定も、適しておらず、流れは、真空レベルから正確に推測され得ない。これは、実際の流量および吸引管の閉鎖状態が、吸引物の粘度と共に変化するからである。

先行技術において、積極的排水またはベンチュリベースのシステムあるいは任意の他の種類の伝統的流れセンサーを使用したポンプシステムで、吸引管の流量を測定することは、可能である。これらの伝統的な流れセンサーは、パドルホイール、ホットワイヤーまたは流体の流れ存在下において偏位される他のデバイスを備える。しかし、これらのデバイスは、吸引物によって汚染されまたは閉鎖され、そして異なる患者に再利用され得ず、これによってそのようなセンサーの使用が高価になる。

従って、直接的に流量を測定するための使い捨て可能システムまたは再使用可能システムに安価に組み込まれ得る低コスト流れセンサーを有することが所望される。そのような流れ測定は、手術の（特に、真空ベースのシステムのための）新しい様式を与える。１つのこのような適用は、追加の制御ループを使用する真空ベースポンプによる流れベースのポンプの模倣である。

したがって、本発明は、以下を提供する。
（１）眼科用外科手術ポンプシステムであって以下：
採取容器；
外科手術部位から該採取容器に流体および組織を吸引するための真空レベルを作るためのベンチュリポンプ；
外科手術ハンドピースおよび該採取容器の各々に結合するための吸引管；
該吸引管の１つおよび該採取容器に電気的に結合された流れ計；ならびに
制御回路であって、該ポンプの真空レベルを変化させ、該流れ計および該ベンチュリポンプに連結され、それによって該外科手術部位から吸引される該流体および組織の所望の流量を維持する、制御回路、
を備える、眼外科手術ポンプシステム。
（２） 前記採取容器が、堅い壁で囲われたカセットである、項目１に記載のシステム。
（３） 前記流れ計が、ホール効果センサーである、項目１に記載のシステム。
（４） 外科手術ポンプシステムであって、以下；
外科手術部位から採取容器に流体および組織を吸引するためのポンプ；
外科手術ハンドピースおよび該採取容器の各々に連結するための吸引管；
該吸引管および該採取容器の１つに電気的に接続された流れ計；ならびに
該ハンドピースから該採取容器に流体および組織を吸引する流量を表示するための、該流れ計およびコンソールに連結された、制御回路、
を備える外科手術ポンプシステム。
（５） 前記流れ計が、流量がゼロ（０）に近づいていることを検出した際に、閉鎖警告が、使用者に発せられる、項目４に記載の外科手術ポンプ。

（好ましい実施形態の詳細な説明）
伝導性流体の流れを感知するためのホール効果流れ計は、公知である。そのような先行技術のホール効果流れ計は、図１に示される。電極１４を備える導管１２を備える流れ計１０は、導管１２の内径に連絡し、その結果、電極は、導管１２を通って流れる伝導性流体１６に接触する。磁性コア１８は、電極１４を通って引かれる線に対して垂直な電磁場を誘導するように導管１２の周りに配置される。変圧器２０は、ドライバー２２および発振器２４に連結される。電極１４からの信号は、増幅器２６によって増幅され、そして増幅信号は、同期検波器２８に供給される。伝導性流体１６の流量の代表的信号は、接続点３０に出力される。

眼外科手術システムは、流れベースまたは真空ベースとして広く分類され得る。流れベースのポンプシステムは、特定の真空範囲内で一定の流速、または制御された流速を維持しようとする。フィードバックループまたは制御ループは、異なる負荷状態下で駆動システムの一貫性を保証するために使用され得る。追加のフィードバック制御ループは、モーター内の吸引管内の真空センサーの間に存在し得、吸引管内の真空量を制限する。

真空ベースのシステムは、また、フィードバック制御ループを有し、ここで、吸引経路における真空センサーからの信号は、あらかじめ設定された所定の真空レベルと比較される。次いで、比例値のようなエラー信号は、真空発生器およびベンチュリチャンバーに送られ、真空レベルを増加または減少する。

特定の状態において、真空ベースのポンプシステムによる流れベースのポンプシステムの模倣が、所望され得る。そのような模倣は、本発明以前に実施されていない。なぜなら、真空ベースのシステムにおいて、流量を測定するための実施方法が、なかったからである。

眼の吸引流量測定のための本発明の解決策は、好ましくは、図１において上述のような独立したホール効果電磁流れ計を使用する。図２に示される本発明は、眼科用外科手術において一般的に使用される生理食塩水が、伝導性であるという事実を利用する。従って、ホール電圧は、磁場が、印加された場合、吸引管を横断して誘導され得る。眼科用外科手術ポンプシステム３２における流れ計３４（好ましくは、図１の流れ計１０と同様の）は、磁場供給源または電磁石を含み、使用される計３４は、使い捨ての電極アセンブリ３６（図３〜５に示されるような）に連結される。制御エレクトロニックスアセンブリ３８は、（好ましくは、流れ計３４の出力に応答する）経路または管５０を通る流体および組織の一定の流量を維持することによって蠕動ポンプを評価するためのベンチュリポンプ５６の比例値またはベンチュリチャンバー（示さず）を制御する。好ましい実施形態は、吸引管５０を示すが、管５０は、また、外科手術部位から流体および組織を取り運び出させる別の経路であり得る。

図２は、さらに、ハンドピース４６への生理食塩水流体の進行方向を示す矢印４４と共に、灌注ライン４２に連結される灌注流体ボトル４０を示す。外科手術ハンドピース４６は、眼４８に対して外科手術を行う。ボトル４０からの流体および切除された外科手術組織は、眼４８から矢印５２によって示される方向で、吸引経路５０（吸引経路５０は、好ましくは標準的外科手術管である）を通して吸引される。吸引された流体および組織は、ポンプ５６内に含まれる採取容器５４に受容される（好ましくは、ベンチュリポンプであるが、灌流ポンプまたは他のポンプは、同様に使用され得る）。ベンチュリポンプは、好ましくは、Ｂａｕｓｃｈ＆Ｌｏｍｂ’ｓ Ｍｉｌｌｅｎｎｉｕｍ（登録商標）Ｏｐｈｔｈａｌｍｉｃ Ｓｕｒｇｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍとともに販売される同様のポンプである。ベンチュリポンプ５６は、採取容器５４に連結され、眼４８の外科手術部位から採取容器５４へ流体および組織を吸引するための真空レベルを作り出す。流れ計３４は、電気的に制御回路３８に接続され、そして吸引管５０または以下にさらに記載される採取容器５４の１つに電気的に接続される（接続は示さず）。制御回路３８は、流れ計３４およびポンプ５６の真空レベルを変化させるためにベンチュリポンプ５６に連結され、そして、これにより外科手術部位から吸引される流体および組織の所望の流量を維持する。

好ましくは、採取容器５４は、堅い壁で囲われたカセットであり、それによってカセットは、真空レベルが、ベンチュリポンプ５６によって提供される場合、手術の間中操作可
能でありまた、崩壊しない。さらに、採取容器５４は、本発明において、改変および記載される場合を除いて、Ｂａｕｓｃｈ＆Ｌｏｍｂによって現在販売されるカセットに類似する。電極３６は、図２の図面に記載されないが、図３〜５の代替の実施形態において、見られ得る。

図３は、外科手術ポンプシステム３２における使用のための採取容器５４を備えるベンチュリポンプ５６の部分正面図を示す。採取容器５４は、好ましくは、吸引管５０への連結に適した堅い壁で囲われたカセットであり、そして外科手術部位から吸引される流体および組織を受容する。採取容器５４は、また、電極が流れ計３４に電気的に接合可能なように位置決めされた１対の電極３６を備える。手術の間、電極３６は、流体および組織に曝され、そのため流れ計３４は、外科手術部位からの流体および組織の流量を指示する。好ましくは、電極３６は、手術中に、電極３６が電磁石６０に垂直に整列し、それによってホール効果流れ計を形成するように位置決めされる。図４は、上述のような採取容器５４の側正面図を示す。電極３６は、容器５４の中に形成され得るか、任意の他の公知の方法によって挿入され得るが、いずれにせよ、電極は、流体の漏れを防ぐために容器５４を十分に封するべきである。

図５は、本発明の代替の実施形態であり、ここで、外科手術管６２は、管６２が、電磁石６０および流れ計回路３４と協働するための１対の電極６４を備えることを除外して、管５０と本質的に同様であり、そして、採取容器６６に連結可能であることが示される。外科手術管６２は、流体を手術部位に運ぶかまたは、流体を手術部位から運び、そして、手術中に、電極が流体に曝されるように管内に位置決めされる１対の電極を備え、ここで、電極は、管を通る流体の流量を指示するための流れ計に電気的に接続される。好ましくは、電極６４は、手術中に、電極が、図３に示されるような電磁石に垂直であるよう位置決めされ、ホール効果流れ計を形成する。電極６４は、管６２の中に形成され得るかまたは、適合するよう押圧され得、そして管６２に液密の封を形成するべきである。

流れ計３４は、ホール効果電圧を作り出すために要求される磁場を提供する。磁力ドライバーは、永久磁石または好ましくは電磁石から構成され得る。電磁石は、磁場が発振させられ得るために好まれる。あるいは、場は、固定シリンダー磁石の回転によって振動され得る（示さず）。いずれの形態においても、空気間隙は、吸引管が、磁場内に挿入され得るように必要とされる。使い捨て電極６４または３６は、吸入物と接触しなければならない。これらの電極は、図５に示すような吸引管６０の中に成形され得るか、図３および図４に示されるようなカセット５４の中に成形され得るか、または低コストで環流バルブ６８の中に成形され得る。述べられたようなホール効果流れ計が、灌注管４２に連結され得、眼への生理食塩水溶液の正確な流量を提供することもまた、留意のこと。

金属電極３６または６０は、吸入された生理食塩水溶液に接触し、腐食のような電気化学的反応を生じ、続いて、電気的信号を発生する。ホール効果流れ計からの交流磁場の使用は、交流電圧を含む。次に、この交流場の振幅は、流量に対応する。流量に関係しない電気化学的電圧は、フィルターされ、そして容易に除去される。なぜなら、それらは、定常電流であるからである。

従って、眼外科手術ポンプシステムのための本発明の流れ計が、示されている。この流れ計は、上記のような流れベースのポンプまたは真空ベースのポンプと共に使用され得る。

ベンチュリベースポンプシステムに結合した流れ計３４を使用する重要な適用は、積極的置き換えポンプの模倣である。計３４の流量出力は、真空レベルを調整するためのフィードバック制御ループにおいて、使用され得る。このフィードバック制御ループは、好ま
しくは、制御回路３８の一部である。この制御ループは、計３４での流量の測定およびこの流量を、命令流量と比較することからなる。感知流量が、命令値よりも低い場合、真空生成機レベルは、さらなる真空度を生成するために増加される。続いて、これは、流量を増加させる。逆に、流量が、高すぎる場合、真空生成機レベルは、減少され、流量の減少を生じる。この方法において、制御システム設計を使用する流れベースのポンプの特徴は、ベンチュリポンプ５６を使用して、模倣され得る。フィードバック制御ループがあってもなくても、流れ計３４によって検出される流量は、ポンプシステム３２に表示される（示さず）ことが、好ましい。

流れセンサー３４のさらなる適用は、閉塞検出である。本質的には、閉塞検出は、簡単には別の流量検出スキームであり、ここで、検出された流量は、組織が外科手術デバイスまたは吸引管の先端を塞ぐ場合、ゼロ（０）に近づく。流量が、ゼロ（０）に近づいた場合、外科手術デバイスの過熱または吸引経路の閉塞のような危険な状態を生じ、そして、そのような状態の早期の検出が、高く所望される。従って、ゼロ（０）に近づく流量の検出は、使用者にシステムが、閉塞を有していることを（聴覚的または視覚的に）警告するために使用され得るか、あるいは検出の際に吸引が、遅延され得るか、または停止され得る。当業者が、理解するように、流量の検出および警告は、ゼロ（０）である必要はないが、しかし過熱がなお関係し得る場合ではあるが、ゼロ（０）を上回るいくらかの流量で発生し得る。

従って、本発明の眼科用外科手術ポンプシステムは、低コスト吸引流れ計を提供することが示されている。加えて、そのようなシステムは、内視鏡ポンプのような他の外科手術ポンプシステムにおいて使用され得る。

図１は、ホール効果流れ計の先行技術の回路図である。 図２は、本発明に従うポンプシステムの部分的透視図である。 図３は、本発明に従うコンソール内に挿入された外科手術カセットの正面図である。 図４は、本発明の１つの局面に従う外科手術カセットである。 図５は、本発明の代替の実施形態に従う外科手術カセットに連結するための吸引管の説明図である。

Claims (1)

1. 明細書に記載の発明。

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