KR101371541B1 - 비침습성 유동 측정 장치 - Google Patents

비침습성 유동 측정 장치 Download PDF

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Abstract

탄성중합체의 음향 커플러는 수술용 카세트 하우징의 리세스 내로 열가소성 플라스틱 또는 실리콘 러버를 몰딩함으로써 형성된다. 커플링은 변환기와 유체 도관 사이의 모든 공기의 제거를 보조하기 위하여 그리고 유체 도관 내로 초음파 신호의 효과적인 전달을 제공하기 위하여 상승된 중앙 패드를 가진다.

Description

비침습성 유동 측정 장치 {NON-INVASIVE FLOW MEASUREMENT}
본 발명은 초음파 유량 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수술 시스템 및 초음파 유량 센서를 가지는 카세트에 관한 것이다.
종래의 안과용 수술 기구 시스템은 진공을 이용하여 수술 위치를 흡인(aspirate)하고 양의 압력을 이용하여 상기 수술 위치를 세척(irrigate)한다. 통상적으로, 카세트는 압력을 발생시키기 위하여 이용되는 수단과 수술 기구 사이에 연차적으로 연결된다. 수술 위치에서의 세척 및 흡인 유동을 유지하기 위한 수술 기구를 구비한 카세트의 이용이 널리 알려져 있다. 미국 특허 제 4,493,695호 및 제 4,627,833호(쿡), 4,395,258호(왕, 등), 4,713,051호(스테페, 등), 4,798,850호(드메오, 등), 4,758,238호, 4,790,816호(선드블롬, 등), 및 5,267,956호(베우채트), 5,364,342호(베우채트) 및 5,747,824호(정, 등) 모두 튜브가 있든지 없든지 안과용 수술용 카세트를 공개하여, 이들은 전체적으로 참조된다. 흡인 유체 유량, 펌프 속도, 진공 레벨, 흡인 유체 압력, 및 흡인 유체 유량은 안과 수술동안 정밀한 제어가 요구되는 매개변수 중 일부이다.
종래의 장치는 흡인 및 세척 라인 내에 압력 센서를 이용하고 감지된 압력을 기초로 하여 유체 유량을 계산한다. 과거에는, 수술용 카세트 내의 유체 압 력의 측정은 매우 정밀하고 유체 경로 내의 저항이 공개되어 있을 때 유체 유량은 유체 압력으로부터 확실하게 계산될 수 있다. 그러나, 초음파 유동 센서의 신뢰성에서의 최근의 개량은 유체 유량을 비침습적으로 정밀하게 측정하는 것을 가능하게 한다.
예를 들면, 미국 특허 제 6,098,466호(쉬칼렛(Shkarlet))에 공개된 하나의 초음파 유동 센서는 용기 또는 튜브 내의 유체 유동을 정밀하게 측정할 수 있는 유동 센서를 공개하는데, 이 유동 센서는 감소된 감도를 가져서 유동 분배가 불 균일하고 다중으로 경사진 리플렉터 표면을 적용함으로서 전체 크기가 감소되어 하나 또는 그 이상의 초음파 변환기로부터 입사하는 초음파 웨이브가 수 배의 유동 용적 및 초음파 웨이브의 평면형 배향을 변화시키지 않고 다중 방향으로 통과하도록 한다. 유동 용적의 다중 방향 조명 및 다중 반사로부터 초래되는 웨이브 경로는 탐침의 크기 및 공간 분포 비균일성에 대한 감도를 감소시킨다. 다중으로 경사진 리플렉터 표면은 또한 서로에 대해 근접하게 배치되는 초음파 변환기를 전달 및 수용하는 것을 허용하여, 전체 탐침 크기를 감소시켜 안과 수술에서 이용되는 상대적으로 작은 유체 유동 카세트에서의 협동에 특히 유용하게 한다. 초음파 유동 센서를 작업하기 위하여, 변환기는 배관에 음향학적으로 결합되어야 하며 배관 내에서 유체가 유동하여 변환기 및 배관 사이에 위치하는 어떠한 공기도 제거되도록 한다. 종래의 유동 센서는 일반적으로 높은 물 함량의 하이드로겔 재료와 같은 음향 겔을 이용하여 음향 커플링을 달성한다. 음향 커플링은 수술용 콘솔 내에 설치되는 수술용 카세트와 연결되어 이용하기 위해 요구될 때, 소독 및 청결이 관련되어 겔이 없을 것을 요구하고 카세트 또는 콘솔의 부분으로서 형성되는 음향 커플링 보다 들 바람직한 음향 겔을 제조한다.
캐나다 특허 출원 제 2,127,039 A1호는 초음파 장치용 음향 커플러로서 이용하기 위한 탄성중합체를 공개한다. 본 특허 출원에서 설명된 바와 같이, 탄성중합체의 음향 커플러로 독립적으로 형성하는 어려움은 경계부에 공극이 존재하지 않도록 탄성중합체와 초음파 변환기 사이의 긴밀한 접촉을 제공하는 것이다. 이러한 특허 출원 내에 설명된 해결책은 매우 부드럽고 가요적이고 음향적으로 투과성인 탄성중합체이다. 이러한 특성은 변환기에 의해 용이하게 압축될 수 있는 상대적으로 두꺼운 커플러의 이용을 허용하여, 변환기와 탄성중합체 사이의 더 크고 단단한 접촉을 제공한다. 수술용 콘솔 내에 설치된 수술용 카세트와의 연결에 이용될 때, 예비형성된 탄성중합체의 탄성 커플러는 카세트 또는 콘솔 내에 위치한 초음파 변환기로 부착되어야 한다. 접착제의 이용은 바람직하지 않은데, 이는 부착되는 표면 및 탄성중합체의 커플러의 경계부에 공기 거품 가능성, 및 접착제가 초음파 웨이브의 전달을 간섭할 수 있는 사실 때문이다. 또한, 접착제는 음향 경로 내의 부가 경계부를 부가한다. 각각의 부가 경계부는 음향 신호, 감지 시스템 신뢰성, 반복성 및 민감도를 저하한다.
따라서, 수술용 카세트 상에 이용될 수 있거나 수술용 카세트가 이용될 수 있는 간단하고, 확실하고 그리고 정밀한 음향 커플러에 대한 요구가 계속적으로 존재하였다.
수술용 카세트의 공동 내로 탄성 중합체 열가소성 또는 실리콘 고무를 몰딩함으로써 음향 커플러가 형성된다. 탄성중합체 커플러는 초음파 변환기와 접촉하기 위한 주변 립 및 상승된 패드를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상승된 패드는 반 원통형이다. 또 다른 실시예에서, 상승된 패드는 원형 또는 " 브레드 로프(bread loaf)"형일 수 있다. 이러한 커플러는 변환기와 유체 도관 사이의 모든 공기의 제거에 도움이 되고, 유체 도관 내로 초음파 신호의 효과적인 투과를 제공한다. 음향 커플러를 적용하는 수술용 카세트 및 수술 시스템이 공개된다.
본 발명의 더욱 완전한 이해를 위해, 본 발명의 추가의 목적 및 장점을 위해, 첨부된 도면과 관련되어 아래의 상세한 설명이 참조된다.
도 1은 본 발명의 카세트의 전방 사시도이다.
도 2는 본 발명의 카세트의 후방 사시도이다.
도 3은 본 발명의 카세트의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 카세트의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 카세트에 이용될 수 있는 수술용 콘솔의 전방 사시도이다.
도 6은 반원통형 상승된 중앙 패드를 보여주는 본 발명의 바람직한 탄성중합체의 음향 커플러의 상세도이다.
도 7은 원통형 상승된 중앙 패드를 보여주는 다른 탄성중합체의 음향 커플러의 상세도이다.
도 8은 " 브레드 로프 "형 상승된 중앙 패드를 보여주는 부가의 탄성중합체 의 음향 커플러의 상세도이다.
본 발명의 바람직한 실시예 및 장점은 도면의 도 1 내지 도 3을 참조함으로써 가장 잘 이해되며, 동일한 도면부호는 다양한 도면의 동일한 부품 및 대응하는 부품에 이용된다.
본 발명의 카세트(10)는 일반적으로 밸브판(12), 몸체(14) 및 커버(16)를 포함한다. 밸브판(12), 몸체(14) 및 커버(16)는 모두 적절하고 상대적인 강성의, 열가소성 플라스틱일 수 있다. 밸브판(12)은 다수의 유체 경로를 형성하는 탄성중합체(22 및 24)에 의해 밀봉된 유체 타이트가 되는 펌핑 채널(20) 및 다수의 개구(18)를 포함한다. 포트(26)는 카세트(10)의 다양한 세척 및 흡인 기능을 위해 카세트(10)와 수술용 콘솔(100) 사이에 커넥터를 제공한다. 이와 같은 기능은 필터(28)의 이용을 요구할 수 있다. 몸체(14)에 부착된 것은 초음파 리플렉터(30) 및 리플렉터 커버(32)이다. 음향 리플렉터(30) 및 리플렉터 커버(32)는 하나의 피스로서 몰딩될 수 있으며 밸브판(12)이 도 3에 도시된 방식으로 몸체(14)에 조립될 때 밸브판(12)에 형성된 유체 통로(34)를 따라 리세스(36) 내의 투명 윈도우(125)와 정렬하기 위하여 몸체(14) 상에 위치된다. 밸브판(12) 상의 리세스(36) 내에 위치한 것은 탄성중합체의 음향 커플러(38)이다.
탄성중합체의 음향 커플러(38)는 바람직하게는 밸브판(12)의 리세스(36) 내의, 실리콘 러버 또는 열가소성 탄성중합체와 같은 탄성중합체 재료를 오버 몰딩(over mold)함으로써 형성된다. 이 같은 구성 방법은 탄성중합체의 음향 커플러(38)를 밸브판(12)으로 부착하기 위한 접착제에 대한 요구가 감소되어 탄성중합체의 음향 커플러(38)와 밸브판(12) 사이로부터 어떠한 공기도 제거하는 것을 보장한다.
도 6 내지 도 8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 탄성중합체의 커플러(38)는 바디(206)의 하부 에지로부터 연장하는 탭(208) 및 바디(206)로 이루어진다. 립(200)은 탭(208) 및 바디(206)의 주변을 둘러싼다. 립(200)의 높이는 바람직하게는 약 0.037 인치이다. 상승된 중앙 패드(202)는 거의 바디(206)의 중앙에 배치되어 탭(208)의 중앙을 통하여 하방으로 연장한다. 상승된 패드(202)의 높이는 바람직하게는 약 0.030 인치와 약 0.050 인치 사이이다. 탄성중합체의 재료의 얇은 웨브(204)는 상승된 패드(202)를 립(200)으로 연결된다. 도 6은 가장 바람직한 실시예를 도시하는데, 여기에서 바디(206) 상에 배치되는 상승된 패드(202)의 부분은 반원통형이다. 이러한 실시예에서, 상승된 패드(202)의 상부 및 바닥 에지는 립(200)의 내부 에지와 공동 직선상에 있다. 도 7은 다른 일 실시예를 보여주며 바디(206) 상에 배치되는 상승된 패드(202)의 부분은 원통형이다. 도 8은 부가의 다른 일 실시예를 보여주며, 여기에서 바디(206) 상에 배치되는 상승된 중앙 패드(202)의 부분이 " 브레드 로프 "형이다.
리세스(36)는 밸브판(12) 내의 유체 통로(34)에 인접하게 위치하고 밸브판(12)이 몸체(14) 상에 조립될 때 음향 리플렉터(30)와 리플렉터 커버(32)가 정렬된다. 카세트(10)가 콘솔(100)의 카세트 수용부(110)에 설치될 때, 초음파 변환기(120)는 탄성중합체의 음향 커플러(38)에 가압되어 초음파 변환기(120)와 유체 통로(34) 사이의 상승된 패드(202)를 타이트하게 압축된다. 이는 변환기(120)와 유체 통로(34) 사이에 음향 커플링을 제공하여, 유체 통로(34) 내의 유체 유량을 측정하기 위하여 초음파 변환기(120)의 이용을 허용한다. 위에서 설명된 바와 같이, 상승된 패드(202)의 공개된 형상이 커플러(38)의 효율을 상당히 증가시킨다.
위로부터, 본 발명은 유량을 측정하기 위한 음향 기술을 이용하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공한다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명은 이용자가 이용 중 장치에 접촉부 결합재(coplant material)를 적용하기 위한 요구가 제거되어, 장치의 오용(misuse)을 방지한다. 더욱이, 이와 같은 본 발명은 변환기, 접촉부 결합재, 및 유체 도관 사이의 반복가능한 접촉을 보장하여, 변환기와 접촉부 결합재 사이, 뿐만 아니라 접촉부 결합재와 유체 도관 사이의 공기의 제거를 보장한다. 더욱이, 이와 같은 본 발명은 전달된 초음파 신호에 대한 소음 비율에 대한 더 높은 신호를 제공하여, 초음파 변환기에 의한 압력 하에서 동안 탄성중합체의 재료의 0의 세팅 시간을 요구하게 되어, 초음파 신호 전달 및 수용에 대한 유용한 감도를 제공하여, 더 높은 유량 측정 신뢰성을 허용한다.
본 발명의 작동 및 구성이 상술된 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 위에서 설명되거나 도시된 장치 및 방법이 바람직한 것으로서 특정되었지만, 다음의 청구범위에서 한정된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위로부터 이탈하지 않고 다양하게 변화 및 변형된다.

Claims (16)

  1. 탄성중합체의 음향 커플러로서,
    바디;
    상기 바디의 주변을 둘러싸는 립으로서, 내부 에지를 포함하는 립;
    상기 바디의 중앙에 부근에 배치되는 상승된 중앙 패드로서, 상부 에지, 하부 에지를 포함하고, 상면 시점에서 볼 때 반원통 형상을 갖는 상승된 중앙 패드;
    상기 패드를 상기 립에 연결하는 웨브; 및
    상기 바디로부터 연장하는 탭;을 포함하되,
    상기 상승된 중앙 패드는 상기 웨브의 레벨 위로 상승하고,
    상기 상승된 중앙 패드의 상기 상부 에지 및 상기 하부 에지는, 상기 상면 시점에서 볼 때, 상기 립의 상기 내부 에지와 동일선상에 있고,
    상기 상승된 중앙 패드는 상기 탭상으로 연장하는 일 부분을 갖는,
    탄성중합체의 음향 커플러.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 립의 높이는 0.037 인치인,
    탄성중합체의 음향 커플러.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 패드의 높이는 0.030 인치 내지 0.050 인치인,
    탄성중합체의 음향 커플러.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 수술용 카세트로서,
    몸체;
    상기 몸체의 일 측면에 결합되는 밸브판으로서, 상기 밸브판 내에 형성된 리세스를 갖는 밸브판;
    상기 몸체의 반대 측면 측면에 결합되는 커버;
    상기 리세스 내에 배치된 투명 윈도우;
    상기 밸브판 및 상기 몸체에 의해 형성된 유체 통로; 및
    상기 리세스 내 상기 투명 윈도우 상에서 오버 몰딩되는 탄성중합체의 음향 커플러로서:
    바디,
    상기 바디의 주변을 둘러싸는 립으로서, 내부 에지를 포함하는 립,
    상기 바디의 중앙에 부근에 배치되는 상승된 중앙 패드로서, 상부 에지, 하부 에지를 포함하고, 상면 시점에서 볼 때 반원통 형상을 갖는 상승된 중앙 패드,
    상기 패드를 상기 립에 연결하는 웨브, 및
    상기 바디로부터 연장하는 탭을 포함하되,
    상기 상승된 중앙 패드는 상기 웨브의 레벨 위로 상승하고,
    상기 상승된 중앙 패드의 상기 상부 에지 및 상기 하부 에지는, 상기 상면 시점에서 볼 때, 상기 립의 상기 내부 에지와 동일선상에 있고,
    상기 상승된 중앙 패드는 상기 탭상으로 연장하는 일 부분을 갖는,
    탄성중합체의 음향 커플러;를 포함하는
    수술용 카세트.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 수술 시스템으로서,
    카세트 수용부를 가지는 수술용 콘솔;
    상기 수술용 콘솔의 상기 카세트 수용부에 위치하는 초음파 변환기로서, 유체 유동을 측정하도록 구성된 초음파 변환기;
    복수의 유체 통로를 가지는 수술용 카세트; 및
    상기 카세트에 부착되는 탄성 중합체의 음향 커플러;를 포함하며,
    상기 탄성중합체의 음향 커플러는 상기 카세트가 상기 수술용 콘솔의 상기 카세트 수용부 내에 설치될 때 상기 초음파 변환기를 상기 카세트에 음향학적으로 결합하여 상기 초음파 변환기가 상기 카세트 내의 상기 복수의 유체 통로들 중 하나 이상내에서 유체 유동을 측정하도록 하며,
    상기 탄성중합체의 음향 커플러는,
    바디,
    상기 바디의 주변을 둘러싸는 립으로서, 내부 에지를 포함하는 립,
    상기 바디의 중앙에 부근에 배치되는 상승된 중앙 패드로서, 상부 에지, 하부 에지를 포함하고, 상면 시점에서 볼 때 반원통 형상을 갖는 상승된 중앙 패드,
    상기 패드를 상기 립에 연결하는 웨브, 및
    상기 바디로부터 연장하는 탭을 포함하되,
    상기 상승된 중앙 패드는 상기 웨브의 레벨 위로 상승하고,
    상기 상승된 중앙 패드의 상기 상부 에지 및 상기 하부 에지는, 상기 상면 시점에서 볼 때, 상기 립의 상기 내부 에지와 동일선상에 있고,
    상기 상승된 중앙 패드는 상기 탭상으로 연장하는 일 부분을 갖는
    수술 시스템.
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