RU2484797C2 - Устройство факоэмульсификации и способ его эксплуатации - Google Patents

Устройство факоэмульсификации и способ его эксплуатации Download PDF

Info

Publication number
RU2484797C2
RU2484797C2 RU2010114593/14A RU2010114593A RU2484797C2 RU 2484797 C2 RU2484797 C2 RU 2484797C2 RU 2010114593/14 A RU2010114593/14 A RU 2010114593/14A RU 2010114593 A RU2010114593 A RU 2010114593A RU 2484797 C2 RU2484797 C2 RU 2484797C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tip
phaco
needle
phase
amplitude
Prior art date
Application number
RU2010114593/14A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010114593A (ru
Inventor
Манфред ХЕЙМАНН
Михель АЙХЛЕР
Эрик ДЮВЕР
Мартин КРАУС
Original Assignee
Карл Цайсс Медитек Аг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=40325781&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2484797(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Карл Цайсс Медитек Аг filed Critical Карл Цайсс Медитек Аг
Publication of RU2010114593A publication Critical patent/RU2010114593A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2484797C2 publication Critical patent/RU2484797C2/ru

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F9/00—Methods or devices for treatment of the eyes; Devices for putting-in contact lenses; Devices to correct squinting; Apparatus to guide the blind; Protective devices for the eyes, carried on the body or in the hand
    • A61F9/007—Methods or devices for eye surgery
    • A61F9/00736—Instruments for removal of intra-ocular material or intra-ocular injection, e.g. cataract instruments
    • A61F9/00745—Instruments for removal of intra-ocular material or intra-ocular injection, e.g. cataract instruments using mechanical vibrations, e.g. ultrasonic
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B2018/00636—Sensing and controlling the application of energy
    • A61B2018/00642—Sensing and controlling the application of energy with feedback, i.e. closed loop control

Abstract

Группа изобретений относится к медицинской технике. Система факоэмульсификации содержит устройство факоэмульсификации, ирригационное и аспирационное устройства, а также устройство управления. Устройство факоэмульсификации содержит наконечник с факоиглой для эмульсификации хрусталика, регулятор для приема фактического значения напряжения, пропорционального напряжению, индуцируемому на пьезоэлектрических элементах наконечника. Регулятор сравнивает фактическое значение напряжения с заданным и таким образом определяет регулирующее воздействие. Одновременно с приемом фактического значения напряжения наконечник управляется и может совершать постоянные колебания с частотой собственных колебаний с отклонением факоиглы, соответствующим регулирующему воздействию. Способы эксплуатации устройства факоэмульсификации предусматривают: неоднократное полное прерывание подачи энергии, так что за фазой колебаний соответственно следует фаза покоя; регулирование энергии для последовательного обеспечения первой и второй фаз колебаний, в которых факоигла приводится в действие с такой амплитудой, с которой хрусталик, соответственно, может эмульсифицироваться и не может эмульсифицироваться; возбуждение пьезоэлектрических элементов таким образом, что амплитуда колебаний факоиглы превышает амплитуду колебаний в режиме белого шума. Применение группы изобретений позволит снизить в процессе факоэмульсификации долю реактивной мощности и повысить коэффициент полезного действия. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относится к устройству факоэмульсификации с целью эмульсифицирования хрусталика, к способу эксплуатации устройства факоэмульсификации и к системе факоэмульсификации с таким устройством факоэмульсификации.
Оперативное лечение катаракты в настоящее время преимущественно проводится путем факоэмульсификации. При этом помутненный хрусталик глаза с помощью полой иглы, испытывающей ультразвуковые колебания, дробится на мелкие составные части (эмульсифицируется) таким образом, чтобы эти составные части могли отсасываться. Затем оператор в порядке замены раздробленного таким образом хрусталика вводит искусственную линзу. Существенным узлом при проведении такой факоэмульсификации является наконечник, удерживающий указанную полую иглу или же факоиглу. Необходимые ультразвуковые колебания для раздробления помутненного хрусталика глаза могут генерироваться при условии, чтобы наконечник был снабжен пьезокерамическими элементами. Если к этим пьезоэлектрическим элементам приложить напряжение, то благодаря пьезоэлектрическому эффекту может быть вызвано изменение длины, так что игла, соединенная с пьезокерамикой, может отклоняться в продольном направлении.
Чтобы добиться возможно больших амплитуд факоиглы, пьезоэлектрические элементы приводятся в действие в диапазоне резонансной частоты наконечника. Резонансная частота наконечника с факоиглой в ненагруженном состоянии может определяться очень точно. Однако как только факоигла входит в контакт с эмульсифицируемым хрусталиком, изменяются весовые отношения, так что резонансная частота смещается. Чтобы каждый раз по мере возможности использовать наконечник в диапазоне резонансной частоты, в US 6997935 B2 для эксплуатации пьезоэлектрических элементов предлагается фиксировать значение фазового угла между приложенным напряжением и протекающим током и регулировать его таким образом, чтобы по формуле P=U*I* cos φ добиться возможно большей максимальной мощности. Чтобы коэффициент cos φ имел возможно большее значение, необходимо, чтобы cos φ=1, т.е. φ=0. Такое положение имеет место в случае резонанса. Если же резонансная частота смещается, например, в результате изменения механической нагрузки на факоиглу, то фазовый угол φ≠0, а располагается в интервале между 0 и - π/2 или 0 и + π/2. Согласно US 6997935 B2 после фиксации фазового угла φ частота возбуждения регулируется таким образом, чтобы частота возбуждения наконечника совпадала с частотой собственных колебаний ω0.
Причиной смещения резонансной частоты является не только изменение нагрузки из-за обломков хрусталика (изменения веса), но и нагрев наконечника при длительной эксплуатации, а также старение пьезоэлектрических элементов и тем самым изменение их физических свойств. Эти параметры могут накладываться друг на друга в любой форме, так что необходима постоянная подстройка. Предпочтительными при таком способе являются относительно простое устройство соответствующего (цифрового) усилителя и несложное определение фазового угла. В то же время недостатком является относительно медленное регулирование, поскольку для определения фазового угла необходимо постоянно фиксировать по времени несколько последовательных точек измерения характеристик напряжения и тока. Кроме того, случай резонанса в принципе не может быть достигнут никогда. Факоигла постоянно работает с вынужденными колебаниями, никогда в точности не совпадающими с частотой собственных колебаний наконечника. Правда, девиация частоты может быть небольшой, однако сопутствующая ей реактивная мощность относительно велика, поскольку механическая мощность пропорциональна частоте в кубе. Следовательно, подводимая электроэнергия преобразуется в механическую энергию и тем самым в максимальную амплитуду факоиглы не оптимальным образом. Кроме того, такие помехи, как изменение веса, нагрев, старение и производственные допуски, независимы друг от друга, так что даже при самом тщательном изготовлении наконечника в принципе никогда не может быть гарантировано, что при работе наконечника рабочая частота будет равна частоте собственных колебаний. В общем случае это означает неоптимальную работу наконечника, при которой относительно большая доля энергии является реактивной.
Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство для факоэмульсификации и способ эксплуатации такого устройства, а также систему факоэмульсификации с таким устройством, причем чтобы в процессе эмульсификации доля выделяемой реактивной мощности была как можно ниже, так чтобы получаемый коэффициент полезного действия был больше, чем у устройств для факоэмульсификации, известных на сегодняшний день.
Задача решается устройством по независимому пункту 1 формулы изобретения, способом по пункту 10 и системой по пункту 16 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения охарактеризованы в зависимых пунктах формулы изобретения.
Устройство факоэмульсификации согласно изобретению содержит наконечник, имеющий факоиглу для эмульсификации хрусталика, причем наконечник снабжен пьезоэлектрическими элементами для отклонения факоиглы, регулятор, вход которого электрически соединен с наконечником, для получения фактического значения, пропорционального индуцируемому пьезоэлектрическими элементами напряжению совершающего постоянные колебания с частотой собственных колебаний наконечника, причем регулятор выполнен с возможностью сравнивать фактическое значение с заданным требуемым значением и таким образом определять регулирующее воздействие, усилитель мощности, вход которого соединен с регулятором для приема регулирующего воздействия, а выход которого соединен с наконечником, причем одновременно с приемом фактического значения наконечник управляется и наконечнику может отдаваться мощность, так что возможна непосредственная обратная связь, и в результате наконечник может совершать постоянные колебания с частотой собственных колебаний с отклонением факоиглы, соответствующим регулирующему воздействию.
При снятии и усилении индуцируемого напряжения наконечника, совершающего колебания с частотой собственных колебаний, увеличивается амплитуда факоиглы, совершающей колебания с частотой собственных колебаний. Следовательно, такое устройство колеблется самостоятельно с частотой собственных колебаний даже под воздействием внешних факторов, как, например, изменения веса обломков хрусталика, или внутренних факторов, как, например, нагрева пьезокерамики. Помехи вызывают лишь смещение частоты собственных колебаний, причем система, несмотря на это, продолжает колебаться дальше с частотой собственных колебаний. При этом имеет значение то, что фактическая величина фиксируется, а наконечник тем временем остается управляемым. Таким образом, нет такого режима фиксации, при котором наконечник отключен. На наконечник во время фиксации фактического значения постоянно и без перерыва подается заданное требуемое значение, и таким образом достигается отдача мощности в наконечник. Тем самым осуществляется непосредственная обратная связь, при которой исходная, т.е. фактическая, величина с наконечника, подается непосредственно на вход регулятора. Наконечник во включенном состоянии постоянно управляется, причем в этом состоянии постоянно фиксируется фактическое значение напряжения, индуцируемого в пьезоэлектрических элементах. Такое регулирование является весьма оперативным, поскольку более нет необходимости в фиксации фазового угла. Реактивное сопротивление явно уменьшается, так что достигается больший коэффициент полезного действия.
Предпочтительно, между регулятором и наконечником установлен трансформатор, вход которого соединен с наконечником, а выход - с регулятором. Трансформатор обеспечивает высокое качество передачи сигнала, причем одновременно напряжение на его выходе может быть значительно ниже, чем на его входе. Поскольку пьезокерамика часто может работать в высоковольтном диапазоне (до 1000 В), благодаря использованию такого трансформатора можно добиться гальванически отделенного преобразования в низкоомном диапазоне.
Устройство для факоэмульсификации может быть также выполнено таким образом, чтобы пьезоэлектрические элементы с помощью электрического импульса возбуждались так, чтобы по сравнению с белым шумом достигалась большая амплитуда колебаний факоиглы. Основа такого усовершенствования заключается в том, что наконечник и факоигла совершают колебания с частотой собственных колебаний даже без подачи энергии, причем, однако, амплитуда весьма мала. При этом наконечник совершает колебания с частотой собственных колебаний в режиме так называемого белого шума. В начале процесса регулирования амплитуда факоиглы с помощью дополнительных электрических импульсов может быть увеличена настолько, что наведенное напряжение достигает достаточно большой величины, чтобы регулятор мог ее хорошо отработать.
Предпочтительно подача энергии с усилителя может неоднократно прерываться полностью, так что по истечении определенного времени соответственно наступает фаза покоя. Поскольку во время эмульсификации хрусталик, как и другие органы, вступающие в контакт с факоиглой, как, например, роговица, в результате ультразвуковых колебаний нагреваются, при слишком высокой температуре может произойти повреждение глаза. При известных условиях может произойти ожог роговицы (cornea burn). Энергия, с максимальной эффективностью подводимая при таком варианте выполнения устройства факоэмульсификации согласно изобретению, во время фаз покоя не подается, так что наконечник, факоигла и окружающие их детали в результате конвекции и/или теплообмена могут охлаждаться с помощью аспирационной или ирригационной жидкости. Таким образом, за все время процесса эмульсификации термическая нагрузка на глаз оказывается незначительной, причем несмотря на это эмульсификация осуществляется с большой эффективностью. При такой эксплуатации устройства предпочтительно, чтобы в секунду достигалось количество фаз покоя, равное по меньшей мере 1, а величина которых составляет максимум 1% частоты собственных колебаний наконечника. Таким образом, при частоте собственных колебаний 40 кГц это составит максимум 400 фаз покоя в секунду.
Кроме того, может быть предпочтительно, чтобы энергия, подводимая к наконечнику, от фазы к фазе варьировалась по своей величине. Тем самым можно принять в расчет то обстоятельство, что существуют хрусталики разной твердости и помутнения, которые требуют подачи разного количества минимальной энергии.
Согласно другому варианту выполнения изобретения энергия, подаваемая с усилителя, регулируется таким образом, что после первой фазы колебаний, в которой факоигла приводится в действие с такой амплитудой, с которой хрусталик может эмульсифицироваться, следует вторая фаза колебаний, в которой факоигла приводится в действие с такой амплитудой, с которой хрусталик не может эмульсифицироваться. Таким образом, во время второй фазы колебаний подача энергии не прерывается полностью. Следовательно, по истечении второй фазы колебаний время установления последующей фазы колебаний для эмульсификации может быть сокращено.
Предпочтительно наконечник с факоиглой имеет частоту собственных колебаний 20-100 кГц, в частности 40 кГц, и может приводиться в действие таким образом, что факоигла при эмульсификации отдает механическую мощность порядка 0-3,4 Вт.
Задача решается с помощью способа эксплуатации вышеупомянутого устройства факоэмульсификации, причем подача энергии с усилителя неоднократно прерывается полностью, так что после фазы колебаний наступает соответственно фаза покоя. Это приводит к уменьшению термической нагрузки на детали, нагреваемые ультразвуковыми колебаниями. Очень хорошо, если устройство эксплуатируется таким образом, что в секунду количество фаз покоя равно минимум 1, а их величина составляет максимум 1% частоты собственных колебаний наконечника.
Согласно другому варианту выполнения способа согласно изобретению энергия, подаваемая с усилителя, регулируется таким образом, что после первой фазы колебаний, в которой факоигла приводится в действие с такой амплитудой, с которой хрусталик может эмульсифицироваться, следует вторая фаза колебаний, в которой факоигла приводится в действие с такой амплитудой, с которой хрусталик не может эмульсифицироваться. Таким образом, для уменьшения амплитуды факоиглы от максимальной величины до величины, незначительной для эмульсификации, необходимо меньше времени. Точно так же необходимо меньше времени, чтобы с этой величины с небольшой амплитудой снова быстро подняться до максимальной величины амплитуды.
Согласно усовершенствованному варианту выполнения способа согласно изобретению энергия, подводимая к наконечнику, от фазы к фазе колебаний предпочтительно варьируется по своей величине. Согласно другому варианту выполнения энергия, необходимая для второй фазы колебаний, создается из остаточной энергии, происходящей из энергии, сообщаемой во время первой фазы колебаний.
Кроме того, предпочтительно, чтобы пьезоэлементы, работающие в режиме белого шума или совершающие колебания с небольшой амплитудой, возбуждались электрическим импульсом настолько, чтобы по сравнению с режимом белого шума или колебаниями с малой амплитудой достигалась большая амплитуда факоиглы. Таким образом, достигается лучшая обработка сигнала.
Задача решается с помощью системы факоэмульсификации с устройством факоэмульсификации, как описано выше, с ирригационным, аспирационным устройствами и с устройством управления для приведения в действие устройства для факоэмульсификации, ирригационного и аспирационного устройств.
Более подробно другие преимущества и примеры выполнения изобретения поясняются ниже со ссылкой на схематические чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает схематически систему факоэмульсификации в соответствии с уровнем техники;
фиг. 2 схематически изображает систему факоэмульсификации согласно изобретению;
фиг. 3 изображает диаграмму с характеристикой максимальной и минимальной амплитуд факоиглы в зависимости от их частоты;
фиг. 4 изображает диаграмму для иллюстрации переходных характеристик установления и затухания колебаний устройства факоэмульсификации согласно изобретению;
фиг. 5 изображает диаграмму, характеризующую процесс колебаний при работе устройства факоэмульсификации согласно изобретению;
фиг. 6 изображает диаграмму варианта выполнения способа эксплуатации устройства факоэмульсификации согласно изобретению; и
фиг. 7 изображает диаграмму другого варианта выполнения способа эксплуатации устройства факоэмульсификации согласно изобретению.
На фиг. 1 схематически изображена система 100 факоэмульсификации. Система содержит устройство 1 факоэмульсификации, содержащее наконечник 2, находящиеся в нем пьезокерамические элементы 3 и подсоединенную к ним факоиглу 4. Пьезокерамические элементы 3 соединены с источником 5 мощности, способным вызывать продольное расширение пьезокерамических элементов 3. Характеристики напряжения и тока в зависимости от времени и соответствующий фазовый угол φ фиксируется устройством 6 управления, причем частота ω возбуждения изменяется таким образом, что фазовый угол φ принимает возможно меньшее минимальное значение. Этот сигнал с измененной частотой ω возбуждения подается на источник 5 мощности, соответственно приводящий в действие пьезокерамические элементы 3. Устройство 1 факоэмульсификации соединено с ирригационной системой 10 и аспирационной системой 14. Ирригационная система 10 содержит ирригационную емкость 11, от которой идет ирригационная линия 12, приток по которой может управляться ирригационным вентилем 11. Ирригационная жидкость через факоиглу 4 поступает в глаз 8 с оперируемым хрусталиком 7. Когда факоигла 4 с помощью ультразвуковых колебаний эмульсифицирует хрусталик 7, ирригационная жидкость и эмульсифицированные частицы отводятся с помощью аспирационной системы. Это осуществляется по линии 15, подключенной к аспирационному насосу 16, причем поток в линии 15 может разделяться с помощью аспирационного вентиля 17. Затем отсосанная жидкость и эмульсифицированные частицы подаются в емкость 18. Вентили 13 и 17, а также насос 16 приводятся в действие с помощью устройства управления.
Устройство 1 факоэмульсификации согласно изобретению не фиксирует смещения φ фаз между характеристиками напряжения и тока. Вместо этого фиксируется фактическое значение, пропорциональное напряжению, индуцированному в пьезоэлектрических элементах наконечника 2, совершающего колебания с частотой собственных колебаний, причем, см. фиг. 2, это фактическое значение подается по линии 20 на регулятор 21. Регулятор 21 выполнен с возможностью сравнивать заданное требуемое значение 22, например напряжение, представляющее амплитуду колебаний, задаваемую пользователем с помощью ножной педали, с фактическим значением и после этого определять регулирующее воздействие 23, подаваемое на усилитель 24 мощности. Выход усилителя 24 мощности соединен с наконечником, так что наконечник может совершать колебания с частотой собственных колебаний с усиленным отклонением факоиглы. Усиленное колебание, в свою очередь, наводит напряжение, усиливаемое благодаря непосредственной обратной связи таким же образом, как это описано выше. Благодаря такому замкнутому контуру регулирования амплитуда факоиглы увеличивается за несколько проходов, причем она постоянно совершает колебания с частотой собственных колебаний.
Через короткий промежуток времени амплитуда может увеличиться настолько, что наступит так называемая резонансная катастрофа, так что пьезокерамика не сможет больше передавать амплитуды и получит повреждения. Чтобы воспрепятствовать этому, должно быть предусмотрено соответствующее регулирование мощности. Поэтому при угрозе резонансной катастрофы коэффициент усиления усилителя мощности снижается до величины меньше 1. При этом устройство эмульсификации согласно изобретению может эксплуатироваться таким образом, чтобы при изменении условий, например при нагревании, старении компонентов и изменении веса из-за соответствующих обломков хрусталика, амплитуда факоиглы все время оставалась постоянной. Амплитуда факоиглы каждый раз прямо пропорциональна индуцируемому напряжению, выступающему в качестве регулирующего воздействия.
Как описано в ”IEC NWIP Requirements for lens removal and vitrectomy devices for ophthalmic surgery”, 201.12.4.101.7 “Hazardous output for ultrasonic average velocity of TIP”, максимально допустимая скорость факоиглы ограничена 20 м/с. Таким образом, регулятору 21 в качестве предельного задаваемого значения может задаваться напряжение, индуцируемое пропорционально амплитуде.
В состоянии покоя наконечник 2 со своей факоиглой 4 совершает колебания с частотой собственных колебаний, причем амплитуда очень мала. Это состояние именуется так называемым «белым шумом». Если полученное индуцированное напряжение из-за этой очень малой амплитуды слишком мало для продолжения обработки с помощью регулятора 21, то колебания наконечника могут быть вызваны с помощью внешнего импульса, так что достигаются большие амплитуда и индуктированное напряжение. Однако индуктированные напряжения могут быть также относительно большими, так что для продолжения обработки с помощью регулятора 21 они становятся непригодными. Поэтому может быть также предусмотрен трансформатор 25, обеспечивающий преобразование напряжений, причем гарантируется высокая скорость передачи сигнала.
При преобразовании электрической энергии в механическую в наконечнике возникает тепло. Это тепло может передаваться с факоиглы на роговицу и помутненный хрусталик и, например, создавать опасность для роговицы (ожог роговицы). Поэтому предпочтительно, чтобы при максимально возможной эффективности эмульсификации появление дополнительного тепла могло сводиться к минимуму. Это достигается, с одной стороны, оптимизацией эффективности, насколько это возможно в устройстве факоэмульсификации согласно изобретению. Другая мера может состоять в том, что подводимая энергия в своей совокупности занижается сознательно. Чтобы, несмотря на это, добиться эмульсификации хрусталика, необходимо подводить минимум энергии. Если подводимая энергия окажется ниже пороговой величины, тепло подается только в глаз, причем эмульсификации не происходит. Выше этой пороговой величины эмульсификация происходит, причем в этом случае достижение раздробления хрусталика зависит от количества периодов колебаний. Поэтому устройство факоэмульсификации согласно изобретению должно приводиться в действие таким образом, чтобы после достаточно больших амплитуд для эмульсификации хрусталика факоигла управлялась так, чтобы подача энергии прерывалась полностью. Таким образом, за фазой колебаний следует время покоя, в течение которого, однако, неизменно происходит колебание в соответствии с белым шумом.
На фиг. 3 для варианта выполнения изобретения изображена соответствующая допустимая амплитуда факоиглы в зависимости от времени. В этом изображении учтено, что максимальная скорость факоиглы составляет 20 м/с. Если факоигла эксплуатируется, например, с частотой 40 кГц, то максимально допустимая амплитуда составляет 80 мкм, см. кривую 30. Минимальная амплитуда при частоте 40 кГц составляет около 20 мкм, см. кривую 31, причем режим с еще меньшей амплитудой приводит только к небольшому нагреву, а уже не к эмульсификации хрусталика. Если факоигла приводится в действие с максимальной амплитудой smax, максимальное продольное напряжение σmax рассчитывается в эмульсифицируемом хрусталике следующим образом:
σmax=ρω2smax 2 (1)
При этом плотность ρ материала хрусталика полагается равной 1000 кг/м3, причем ω - круговая частота, а smax - максимальная амплитуда факоиглы. При частоте f=ω/2π=40 кГц и при максимальной амплитуде smax=80 мкм максимальное продольное напряжение σmax составляет примерно 0,4 МПа. В зависимости от твердости, или предела прочности на разрыв, хрусталика глаза может быть выбрана соответствующая амплитуда факоиглы. Если при выбранной амплитуде предел прочности на разрыв хрусталика глаза достигается или превышается, то для раздробления фрагмента хрусталика достаточно одного единственного отклонения факоиглы. Однако твердость хрусталика глаза может сильно варьироваться, а также быть настолько высокой, что раздробление достигается лишь при повторном отклонении факоиглы. Минимальное отклонение для эмульсификации рассчитывается следующим образом:
smin=(εЕ/ρω2)1/2 (2)
где smin - минимальное отклонение, ε - относительное удлинение материала хрусталика, а Е - модуль упругости материала хрусталика. Кроме того, ρ означает плотность материала хрусталика, а ω - круговую частоту. Если ε=0,3, Е=0,084 Н/мм2, ρ=1000 кг/м3, а ω=2πf при f=40 кГц, минимальное отклонение получается равным примерно 20 мкм, так что отношение минимального отклонения к максимальному составляет 25%.
Механическая мощность факоиглы, передаваемая хрусталику, рассчитывается по следующей формуле:
Р=ρπ4(D2-d2)f3s3 (3)
При этом ρ означает плотность материала хрусталика, D - внешний диаметр трубчатой факоиглы, d - внутренний диаметр факоиглы, f - частоту собственных колебаний наконечника и s - амплитуду факоиглы. Если в качестве численных значений используются плотность ρ=1000 кг/м3, D=1,2 мм, d=0,6 мм, f=40 кГц и s=80 мкм, то для максимальной механической мощности получается Pmax=3,4 Вт. Если предусмотрена только минимальная амплитуда около 20 мкм (см. фиг. 3), то механическая мощность Pmin составляет только 0,054 Вт, т.е. примерно 1,6% максимального значения. Если подается менее 0,054 Вт, то никакой эмульсификации больше не происходит, а имеет место лишь относительно незначительное нагревание хрусталика. Если подается механическая мощность свыше 3,4 Вт, то предписанная предельная величина максимальной скорости 20 м/с факоиглы превышается.
Оператору важно эмульсифицировать хрусталик глаза за возможно более короткое время с незначительной тепловой нагрузкой. Поэтому предпочтительно проводить работу факоиглы с максимально возможной механической амплитудой, чтобы затем предусмотреть фазы покоя для охлаждения упомянутых компонентов. Процесс нарастания вплоть до достижения максимальной амплитуды и затухания вплоть до достижения отклонения до величины 0 показан на диаграмме на фиг. 4. Факоигла каждый раз совершает колебания с частотой собственных колебаний, причем амплитуды во время процесса 40 установления постоянно нарастают (см. форму огибающей 41). По достижении максимальной амплитуды в результате прерывания подачи энергии величина амплитуд может быстро уменьшиться, см. огибающую 42. В примере, изображенном на фиг. 4, в ходе процесса 43 затухания примерно через 4 периода колебаний амплитуда уменьшается до значения 0. Время, необходимое для процессов нарастания и затухания, зависит от частоты факоиглы. При большой частоте максимальная амплитуда достигается быстрее, чем при низкой частоте.
Для оптимальной эмульсификации изменены могут быть как амплитуда, так и продолжительность колебаний. В примере, показанном на фиг. 5, максимальная амплитуда достигается после четырех периодов колебаний, см. огибающую 50. Затем следуют десять периодов колебаний, см. огибающую 51, в течение которых факоигла может воздействовать на хрусталик. По истечении этих 10 периодов колебаний, см. позицию 52, подача энергии прерывается, так что амплитуда факоиглы быстро уменьшается, см. огибающую 53. После примерно четырех следующих периодов колебаний амплитуда факоиглы достигает значения 0, см. позицию 54. При этом важно, чтобы колебание от начала до конца каждый раз происходило с частотой собственных колебаний наконечника с факоиглой.
После того как амплитуда факоиглы достигла величины 0, подведение энергии к пьезоэлектрическим элементам на какое-то время остается прерванным. По истечении такой фазы покоя снова может последовать фаза колебаний, см. фиг. 6. Во время первой фазы колебаний амплитуда факоиглы нарастает до максимального значения, см. огибающую 61, причем затем она на время нескольких периодов колебаний остается с этой максимальной амплитудой, см. позицию 62. После этого подача энергии прерывается, так что амплитуда факоиглы уменьшается до 0, см. огибающую 63. Затем следует фаза покоя 64, за которой следует вторая фаза колебаний, см. позицию 65. При этом амплитуда в этой второй фазе 65 колебаний может быть меньше, чем в первой фазе 62 колебаний. После этого снова может следовать фаза 66 покоя, к которой снова примыкает следующая фаза 67 колебаний. Во время этой фазы 67 колебаний может быть выбрана амплитуда, отличающаяся от амплитуды во время первой фазы 62 колебаний и/или второй фазы 65 колебаний.
Для достижения быстрого нарастания амплитуды до максимального значения в другом варианте выполнения способа эксплуатации устройства факоэмульсификации даже во время фазы 64 или 66 покоя устройство факоэмульсификации может приводится в действие с малой амплитудой колебаний, так что наконечник находится в покое не полностью. Подводимая мощность в этот период времени относительно незначительна, и нагревом можно пренебречь. Путем возврата энергии может, например, использоваться остаточная энергия. Преимущество этого способа состоит в том, что факоигла может быть быстрее перестроена с колебания с малой амплитудой на колебание с большей амплитудой. Снова указывается на то, что во время фаз колебаний наконечник с фазоиглой каждый раз совершает колебания с частотой собственных колебаний.
Согласно очередному варианту выполнения способа эксплуатации устройства факоэмульсификации время колебаний сокращается с помощью закорачивающей схемы, см. фиг. 7. После нарастания колебаний, см. позицию 71, факоигла продолжает совершать колебания, например, в течение 4 периодов, см. позицию 72. После отключения подачи энергии, см. позицию 73, и целенаправленного отвода еще оставшейся энергии время 74 для затухания колебаний факоиглы короче, чем в нормальном процессе затухания колебаний, как это, например, изображено на фиг. 5.
Если во время факоэмульсификации произойдут окклюзия или прорыв окклюзии, то на короткое время изменится частота собственных колебаний. Такое смещение частоты может быть использовано для того, чтобы обнаружить явление такого рода. Таким образом, с помощью устройства эмульсификации согласно изобретению такой процесс может быть обнаружен очень быстро, так что очень быстро могут управляться другие подсистемы, как, например, жидкостная система. Таким образом, среди прочего, для глаза достигается высокая стабильность.

Claims (16)

1. Устройство факоэмульсификации, содержащее:
наконечник, имеющий факоиглу для эмульсификации хрусталика, причем наконечник снабжен пьезоэлектрическими элементами для отклонения факоиглы,
регулятор, вход которого электрически соединен с наконечником, для приема фактического значения напряжения, пропорционального напряжению, индуцируемому на пьезоэлектрических элементах наконечника, совершающего постоянные колебания с частотой собственных колебаний, причем регулятор выполнен с возможностью сравнивать фактическое значение напряжения с заданным требуемым значением и таким образом определять регулирующее воздействие, усилитель мощности, вход которого соединен с регулятором для приема регулирующего воздействия, а выход которого соединен с наконечником, причем одновременно с приемом фактического значения напряжения наконечник управляется и наконечнику может отдаваться мощность, так что возможна непосредственная обратная связь, и в результате наконечник может совершать постоянные колебания с частотой собственных колебаний с отклонением факоиглы, соответствующим регулирующему воздействию.
2. Устройство факоэмульсификации по п.1, причем между регулятором и наконечником включен трансформатор, вход которого соединен с наконечником, а выход с регулятором.
3. Устройство факоэмульсификации по п.1 или 2, причем пьезоэлектрические элементы возбуждаются с помощью электрического импульса таким образом, что амплитуда колебаний факоиглы превышает амплитуду колебаний в режиме белого шума.
4. Устройство факоэмульсификации по п.1, причем подача энергии с усилителя может неоднократно прерываться полностью, так что за фазой колебаний соответственно следует фаза покоя.
5. Устройство факоэмульсификации по п.4, причем устройство приводится в действие таким образом, что в секунду достигается количество фаз покоя, равное по меньшей мере 1, а величина которых составляет максимум 1% частоты собственных колебаний наконечника.
6. Устройство факоэмульсификации по п.4 или 5, причем энергия, подводимая к наконечнику, от фазы к фазе колебаний варьируется по своей величине.
7. Устройство факоэмульсификации по п.1, причем энергия, подаваемая с усилителя, может регулироваться таким образом, что после первой фазы колебаний, в которой факоигла приводится в действие с такой амплитудой, с которой хрусталик может эмульсифицироваться, следует вторая фаза колебаний, в которой факоигла приводится в действие с такой амплитудой, с которой хрусталик не может эмульсифицироваться.
8. Устройство факоэмульсификации по п.1, причем наконечник с факоиглой имеет частоту собственных колебаний 20-100 кГц, предпочтительно 40 кГц.
9. Устройство факоэмульсификации по п.1, причем факоигла приводится в действие таким образом, что она отдает механическую мощность порядка 0-3,4 Вт.
10. Способ эксплуатации устройства факоэмульсификации по одному из пп.1-9, причем подача энергии с усилителя неоднократно полностью прерывается, так что за фазой колебаний соответственно следует фаза покоя.
11. Способ по п.10, причем устройство приводится в действие таким образом, что в секунду имеет место количество фаз покоя, равное по меньшей мере 1, а величина которых составляет максимум 1% частоты собственных колебаний наконечника.
12. Способ по одному из пп.10 или 11, причем энергия, подводимая к наконечнику, от фазы к фазе колебаний варьируется по своей величине.
13. Способ эксплуатации устройства факоэмульсификации по одному из пп.1-9, причем энергия, подаваемая с усилителя, регулируется таким образом, что после первой фазы колебаний, в которой факоигла приводится в действие с такой амплитудой, с которой хрусталик может эмульсифицироваться, следует вторая фаза колебаний, в которой факоигла приводится в действие с такой амплитудой, с которой хрусталик не может эмульсифицироваться.
14. Способ по п.13, причем энергия, необходимая для второй фазы колебаний, создается из остаточной энергии, происходящей из энергии, сообщаемой во время первой фазы колебаний.
15. Способ эксплуатации устройства факоэмульсификации по одному из пп.1-9, причем пьезоэлектрические элементы с помощью электрического импульса возбуждаются таким образом, что амплитуда колебаний факоиглы превышает амплитуду колебаний в режиме белого шума.
16. Система факоэмульсификации с устройством факоэмульсификации по одному из пп.1-9, с ирригационным устройством, аспирационным устройством и с устройством управления для приведения в действие устройства факоэмульсификации, ирригационного и аспирационного устройств.
RU2010114593/14A 2007-09-13 2008-09-10 Устройство факоэмульсификации и способ его эксплуатации RU2484797C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007043612 2007-09-13
DE102007043612.4 2007-09-13
PCT/EP2008/007400 WO2009036917A1 (de) 2007-09-13 2008-09-10 Phakoemulsifikationsvorrichtung und verfahren zum betreiben derselben

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010114593A RU2010114593A (ru) 2011-10-20
RU2484797C2 true RU2484797C2 (ru) 2013-06-20

Family

ID=40325781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010114593/14A RU2484797C2 (ru) 2007-09-13 2008-09-10 Устройство факоэмульсификации и способ его эксплуатации

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8277462B2 (ru)
EP (1) EP2187851B1 (ru)
JP (1) JP5380721B2 (ru)
CN (1) CN101801319B (ru)
AU (1) AU2008300924B2 (ru)
BR (1) BRPI0816768A2 (ru)
DE (1) DE102008046687A1 (ru)
RU (1) RU2484797C2 (ru)
WO (1) WO2009036917A1 (ru)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100145258A1 (en) * 2008-12-08 2010-06-10 David Hertweck Systems and methods for eliminating post-excitation vibration in ophthalmic surgical handpieces
US8499431B2 (en) * 2009-10-26 2013-08-06 Robert Bosch Gmbh Piezoelectric clamping device
US10258505B2 (en) * 2010-09-17 2019-04-16 Alcon Research, Ltd. Balanced phacoemulsification tip
DE102010047012B4 (de) 2010-09-30 2015-12-31 Carl Zeiss Meditec Ag Steuerungsvorrichtung für ein ophthalmochirurgisches System
US11191669B2 (en) 2012-03-26 2021-12-07 Johnson & Johnson Surgical Vision, Inc. Tapered structure in a phacoemulsification device for node placement
US11197778B2 (en) 2012-03-26 2021-12-14 Johnson & Johnson Surgical Vision, Inc. Tapered structure in a phacoemulsification device for node placement
DE102015005331B3 (de) * 2015-04-25 2016-08-18 Carl Zeiss Meditec Ag Steuerungsvorrichtung für ein Phakoemulsifikationssystem und Phakoemulsifikationssystem mit einer solchen Steuerungsvorrichtung
US10940039B2 (en) 2017-10-31 2021-03-09 Surgical Design Corporation Automatic ultrasonic phacoemulsification control
DE102018130376B4 (de) * 2018-11-29 2022-05-12 Carl Zeiss Meditec Ag Verfahren zum Steuern eines ophthalmochirurgischen Handstücks, ophthalmochirurgische Vorrichtung und System

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4827911A (en) * 1986-04-02 1989-05-09 Cooper Lasersonics, Inc. Method and apparatus for ultrasonic surgical fragmentation and removal of tissue
EP0394583A2 (en) * 1989-04-27 1990-10-31 Sumitomo Bakelite Company Limited Surgical operation device
US6027515A (en) * 1999-03-02 2000-02-22 Sound Surgical Technologies Llc Pulsed ultrasonic device and method
US6203516B1 (en) * 1996-08-29 2001-03-20 Bausch & Lomb Surgical, Inc. Phacoemulsification device and method for using dual loop frequency and power control
RU2223733C1 (ru) * 2002-06-13 2004-02-20 Государственное учреждение Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" им. акад. С.Н. Федорова Способ хирургической лазерной и ультразвуковой экстракции катаракты любого генеза
RU36973U1 (ru) * 2003-10-07 2004-04-10 Государственное учреждение "Межотраслевой научно-технический комплекс" "Микрохирургия глаза" им. акад. С.Н.Федорова" Упрощенная ирригационно-аспирационная система
RU2004111641A (ru) * 2004-04-19 2005-09-27 Государственное учреждение Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирурги глаза" им. акад. С.Н. Федорова Министерства здравоохранени РФ (RU) Способ хирургической ультразвуковой и механической экстракции катаракты любого генеза

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4056761A (en) * 1975-09-11 1977-11-01 Quintron, Inc. Sonic transducer and drive circuit
US4271371A (en) * 1979-09-26 1981-06-02 Kabushiki Kaisha Morita Seisakusho Driving system for an ultrasonic piezoelectric transducer
US5180363A (en) * 1989-04-27 1993-01-19 Sumitomo Bakelite Company Company Limited Operation device
KR950700131A (ko) * 1992-02-07 1995-01-16 알렌 제이. 스피겔 초음파 압전 크리스탈 변환기 구동 전기 장치 및 전자 제어 루프를 감시하는 제어 시스템과 이들의 조합 시스템(ultrasonic surgical apparatus)
US5331951A (en) 1992-09-04 1994-07-26 American Cyanamid Company Phacoemulsification probe drive circuit
US5388569A (en) * 1992-09-04 1995-02-14 American Cyanamid Co Phacoemulsification probe circuit with switch drive
US5394047A (en) 1993-02-12 1995-02-28 Ciba Corning Diagnostics Corp. Ultrasonic transducer control system
US5728130A (en) * 1996-03-22 1998-03-17 Olympus Optical Co., Ltd. Ultrasonic trocar system
ES2222518T3 (es) * 1996-08-29 2005-02-01 BAUSCH & LOMB INCORPORATED Control de frecuencia y de potencia de dos bucles.
IT1299401B1 (it) 1998-03-27 2000-03-16 Optikon 2000 Spa Procedimento di ottimizzazione del pilotaggio di un attuatore piezoelettrico, in particolare per dispositivi facoemulsificatori,
US6259207B1 (en) 1998-07-27 2001-07-10 Litton Systems, Inc. Waveguide series resonant cavity for enhancing efficiency and bandwidth in a klystron
AU5943900A (en) * 1999-11-29 2001-05-31 Alcon Universal Limited Torsional ultrasound handpiece
US7476233B1 (en) * 2000-10-20 2009-01-13 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Ultrasonic surgical system within digital control
US6997935B2 (en) 2001-11-20 2006-02-14 Advanced Medical Optics, Inc. Resonant converter tuning for maintaining substantially constant phaco handpiece power under increased load
US20070056596A1 (en) 2005-08-31 2007-03-15 Alcon, Inc. Pulse manipulation for controlling a phacoemulsification surgical system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4827911A (en) * 1986-04-02 1989-05-09 Cooper Lasersonics, Inc. Method and apparatus for ultrasonic surgical fragmentation and removal of tissue
EP0394583A2 (en) * 1989-04-27 1990-10-31 Sumitomo Bakelite Company Limited Surgical operation device
US6203516B1 (en) * 1996-08-29 2001-03-20 Bausch & Lomb Surgical, Inc. Phacoemulsification device and method for using dual loop frequency and power control
US6027515A (en) * 1999-03-02 2000-02-22 Sound Surgical Technologies Llc Pulsed ultrasonic device and method
RU2223733C1 (ru) * 2002-06-13 2004-02-20 Государственное учреждение Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирургия глаза" им. акад. С.Н. Федорова Способ хирургической лазерной и ультразвуковой экстракции катаракты любого генеза
RU36973U1 (ru) * 2003-10-07 2004-04-10 Государственное учреждение "Межотраслевой научно-технический комплекс" "Микрохирургия глаза" им. акад. С.Н.Федорова" Упрощенная ирригационно-аспирационная система
RU2004111641A (ru) * 2004-04-19 2005-09-27 Государственное учреждение Межотраслевой научно-технический комплекс "Микрохирурги глаза" им. акад. С.Н. Федорова Министерства здравоохранени РФ (RU) Способ хирургической ультразвуковой и механической экстракции катаракты любого генеза

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SCHAFER M.E. Effect of pulse parameters on cavitation and acoustic streaming in ultrasonic surgical devices. Proceedings - IEEE Ultrasonics Symposium. 2, 2004, pp.874-877 (реферат на сайте www.scopus.com). *
SCHAFER M.E. Effect of pulse parameters on cavitation and acoustic streaming in ultrasonic surgical devices. Proceedings - IEEE Ultrasonics Symposium. 2, 2004, pp.874-877 (реферат на сайте www.scopus.com). SCHAFER M.E. et al. Quantification of acoustic exposure during cataract surgery. Proceedings - IEEE Ultrasonics Symposium, 3, art. no. P2U-L-6, 2004, pp.1828-1831 (реферат на сайте www.scopus.com). *
SCHAFER M.E. et al. Quantification of acoustic exposure during cataract surgery. Proceedings - IEEE Ultrasonics Symposium, 3, art. no. P2U-L-6, 2004, pp.1828-1831 (реферат на сайте www.scopus.com). *

Also Published As

Publication number Publication date
JP5380721B2 (ja) 2014-01-08
BRPI0816768A2 (pt) 2015-03-24
AU2008300924A1 (en) 2009-03-26
EP2187851A1 (de) 2010-05-26
JP2010538714A (ja) 2010-12-16
US8277462B2 (en) 2012-10-02
AU2008300924B2 (en) 2013-06-06
RU2010114593A (ru) 2011-10-20
CN101801319B (zh) 2012-07-04
CN101801319A (zh) 2010-08-11
DE102008046687A1 (de) 2009-03-19
EP2187851B1 (de) 2016-06-22
US20100241131A1 (en) 2010-09-23
WO2009036917A1 (de) 2009-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2484797C2 (ru) Устройство факоэмульсификации и способ его эксплуатации
US8439938B2 (en) Variable frequency phacoemulsification handpiece
JP5351935B2 (ja) キャビテーション効果を利用するパルス化された超音波動力供給のためのシステム及び方法
US7182759B2 (en) Cataract extraction apparatus and method with rapid pulse phaco power
US7316664B2 (en) Modulated pulsed ultrasonic power delivery system and method
US20070129732A1 (en) Spring-Mass Surgical System
US20040116911A1 (en) Cataract extraction apparatus and method with rapid pulse phaco power
JP2006519658A (ja) キャビテーション効果を利用するパルス化された超音波動力供給のためのシステム及び方法
WO2001052782A1 (en) Torsional ultrasonic handpiece
US20210196515A1 (en) Phacoemulsification circuit
JP2020018626A (ja) 眼科手術装置
US11197778B2 (en) Tapered structure in a phacoemulsification device for node placement
CA3175882A1 (en) Phacoemulsification circuit
CA3175730A1 (en) Tapered structure in a phacoemulsification device for node placement

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200911