JP2007507312A - フットスイッチ変位に基づくパルスデューティサイクルの制御 - Google Patents
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Abstract
超音波白内障乳化吸引装置は、ニードル及びニードルを超音波振動させる電気回路を有する超音波白内障乳化吸引ハンドピースを含む。パワー源が、ハンドピース電気回路にパルス状電力を供給すると共に、外科医がパルス振幅とパルス幅を選択することを可能にする入力が供給される。フットペダルスイッチを含むパルスデューティサイクル制御装置が、後続パルスが活性化される前に放熱を確実にするように、オフデューティサイクルを制御する。
Description
本発明は、一般に、超音波白内障乳化吸引ハンドピースを介した源から患者への流体の流れと患者からの流体の除去を制御すると共に、超音波白内障乳化吸引ハンドピースに供給されるパワーを制御する方法と装置に関する。
流体注入又は抽出システムと超音波白内障乳化吸引ハンドピースへのパワー制御を介した患者への及び患者からの流体の流れが、実行中の処置に対して危急である。
医学的に認められた多数の手法が水晶体の除去に用いられ、中でも、普及している手法は、超音波白内障乳化吸引法、灌注と吸引である。この方法は、角膜切開口の形成と、水晶体を乳化するために超音波駆動されるニードルを含む手持ち用手術器具の挿入とを含む。この超音波白内障乳化吸引と同時に、流体が乳化水晶体の灌注のために導入されると共に、乳化水晶体と導入流体の吸引のために真空に引かれる。
現在入手できる超音波白内障乳化吸引システムは、可変速ペリスタルティックポンプ、真空センサー、調節自在の超音波パワー源、オペレータ選択のプリセット値を有するプログラマブルマイクロプロセッサと吸引速度、真空度及び超音波パワーレベルを制御するフットペダルを含む。
今日使用されている多くの手術器具と制御装置は、真空を線形に制御又は灌注流体の流れを線形に制御する。この特徴により、外科医は、用いる真空と流れの両方ではなくいずれかにおいて、速度を正確に計量分配又は制御することができる。しかしながら、手術中には、変数(真空、吸引速度又は超音波パワー)の少なくとも1個の正確な制御が別のものより望ましい時がしばしばある。真空と流れの関係を理解する経験を積んだユーザーは、満足な性能を得るために制御卓においてプリセット変数を適当に調整する。しかしながら、もしこの調整を見落とすと、高真空と高い流れの組合せが、手術個所における望ましくない流体サージングを生じて、患者に損傷を加えうる。
水晶体手術に使用される手持ち用手術器具が複雑であることは明らかである。典型的に、超音波白内障乳化吸引装置は、白内障水晶体の超音波乳化吸引を行うために、電源、ペリスタルティックポンプ、電子/関連ハードウエア及び接続多機能・手持ち用手術器具を含むキャビネット又は中空の細い上記ニードル管を含むハンドピース並びにフットペダルを備える。
上記機能を実行するために手持ち用器具を用いる外科医は、これらの機能の容易でアクセス可能な制御並びに超音波白内障乳化吸引手術中に生じる機能の少なくともいくつかの間で選択的に変更又は切換え得ることを必要とすることが認識されるべきである。
手持ち用医療器具を操作しながら、キャビネット装着の制御装置を調整することの困難さを考慮して、「医療装置等用のデジタル電子フット制御」と題する米国特許第4,983,901号に記載されているように、制御装置が開発されている。超音波白内障乳化吸引手術に必要な複雑な制御装置の背景を与えると共に、本発明の方法で使用されるように用いられる又は修正される装置を記載する目的のために、明細書と図面の全てを含む本特許の全体が本願に組込まれる。
制御装置の複雑さを更に説明するために、「ユーザー選択自在の操作範囲を有するフットペダル制御」と題する米国特許第5,268,624号を参照する。本発明の分野の従来技術を更に説明する目的のために、明細書と図面の全ての含むこの発行特許が同様に本願に組込まれる。
よって、超音波白内障乳化吸引処置の場合の流体と超音波パワーの制御装置の複雑な性質を考慮すると、外科医の経験と能力によって異なる、手術処置の必要性と外科医の特別の技術の両方に役立つようにプログラマブルであるシステムを外科医が有することが明らかに望ましい。
超音波白内障乳化吸引システムは、典型的に、超音波振動される中空ニードルを有するハンドピースとそのための電子制御装置を有する。
この技術分野ではよく知られているように、超音波白内障乳化吸引ハンドピースは、圧電変換器に動力を供給すると共に圧電変換器を制御する電気ケーブルと、眼に灌注流体を供給すると共に眼からハンドピースを介して吸引流体を回収する配管とによって制御卓と連結されている。
典型的に、ハンドピースの中空ニードルは、印加されるAC電圧によって結晶内に生じる圧電効果によって、長手軸心に沿って駆動又は励磁される。駆動される結晶の動きは、ハンドピース内の機械的に共振するシステムによって増幅されることにより、それに接続されたニードルの動きは、結晶が駆動される周波数に直接依存し、最大の動きは共振周波数において発生する。
共振周波数は、結晶と連結されて結晶によって振動させられるニードルの質量に部分的に依存する。
純粋な容量性回路に対して、ハンドピースに印加される電圧を表す正弦波と結果としてハンドピースに入力される電流の間に90度の位相角がある。これは、−90度に等しい角度
によって表される。純粋な誘導性回路に対して、位相角
は+90度に等しく、勿論、抵抗性回路に対しては、
である。
によって表される。純粋な誘導性回路に対して、位相角
は+90度に等しく、勿論、抵抗性回路に対しては、
である。
超音波白内障乳化吸引ハンドピースに使用される典型的な周波数範囲は、約30kHzと約50kHzの間である。周波数窓は、ハンドピースのインピーダンスと位相によって特徴付けられる各超音波白内障乳化吸引ハンドピースに対して存在する。
この周波数窓は、上方周波数と下方カットオフ周波数によって境界付けられる。この窓の中心は、典型的に、ハンドピース電気的位相が最大値に到達する点として定義される。
この窓の外側の周波数では、ハンドピースの電気的位相は−90度に等しい。
最適なハンドピースパワー伝達効率を維持するために、0度にできるだけ近い位相値を得るように周波数を制御することが重要である。
この目標は、超音波ハンドピースの位相角も、ニードルを含む機械的共振システムを介して生じる変換器の負荷に依存する。即ち、眼内の組織及び流体とのニードルの接触は、動作位相角の付随する変化と共に、圧電結晶に負荷を生成する。
従って、負荷効果に拘わらず、水晶体ハンドピースによって組織への一定のエネルギー伝達を実行するために、最適位相角を得るべく駆動回路を調整するように、ハンドピース操作の間常に位相角を決定及び測定することが重要である。
よって、組織の超音波白内障乳化吸引と眼からの組織の回収においてハンドピースを使用中にハンドピースの自動同調をすることが重要である。この自動同調は、ハンドピース電気信号を監視すると共に、選択したパラメータとの整合性を維持するために周波数を調整することによって達成される。
いずれにせよ、超音波白内障乳化吸引ハンドピース用の制御回路は、電圧と電流の間の位相を測定する典型的に位相検出器と呼ばれる回路を含み得る。しかしながら、超音波白内障乳化吸引ハンドピースの動作周波数に依存することなく、移相の測定において問題が生じる。即ち、上記したように、移相がハンドピースの動作周波数に依存し、その測定の遅延が、ハンドピースの応答性同調を補償するために複雑な較正回路を必要とする。
水晶体ハンドピース内で超音波駆動されるニードルは使用中に暖かくなり、このように発生された熱は、ニードルを貫流する灌注/吸引流体によって大部分が放散される。しかしながら、超音波白内障乳化吸引中に眼組織の過熱を避けるように注意を払わなければならない。
組織の過熱と焼けを防止するよう加熱を低減してニードルを駆動するために、断続パワーパルス法が開発された。本発明は、このパワーパルス法を改良して、オペレータが、中でも、フットペダルスイッチによりパワー設定を調節することを許容する。
本発明によれば、超音波白内障乳化吸引装置は、一般に、ニードル及び該ニードルを超音波振動させる電気手段を有する超音波白内障乳化吸引ハンドピースを含む。パワー源は、電気手段にパルス状電力を供給する手段を提供する一方、灌注流体を眼に供給すると共にニードルから流体を吸引する手段も本発明に組込まれる。
入力手段は、外科医が電気パルスの振幅とハンドピースに供給されるパルスデューティサイクルを別個に選択することを可能にするように設けられ、入力手段は、例えば、フットペダル等のスイッチを含んでもよい。
制御手段が、後続パルスが活性化される前に放熱を確実にするように、オフデューティサイクルを制御する。外科医又は本発明におけるオフデューティサイクルのパワー調節トリガにおける他の因子を考慮に入れて、制御手段が、約25パルス/秒と約2000パルス/秒の間のパルス繰返数を供給する。
本発明にかかる方法により操作される超音波白内障乳化吸引システムは、超音波白内障乳化吸引ハンドピースと、超音波パワー源と、真空源と、灌注流体源と、ハンドピースからの灌注流体の吸引を制御する真空センサーを有する制御装置とを含む。その方法は、ハンドピースを超音波白内障乳化吸引処置のための眼と手術関係に配置するステップと、灌注流体源から灌注流体を眼に供給するステップとを含む。
パルス状超音波パワーが、超音波白内障乳化吸引処置を行うように、ハンドピースに超音波パワー源から供給される。パルス状パワーは、約25パルス/秒と約2000パルス/秒の間の繰返数であることが好ましい。
選択された速度で灌注流体を眼からハンドピースを介して吸引するように、真空が真空源からハンドピースに印加される。
ハンドピースに供給されるパワーのパワーパルス振幅とパルスデューティサイクルの手動選択を可能にする入力が供給される。
パワーの可変制御は、供給パワーのオフデューティサイクルを変動させることを含む。本発明は、これを達成するのに少なくとも2個のやり方を有する。この問題を処理するためにプリセットパラメータを切換え及び有することにより、外科医がパルスデューティサイクルを選択することに加えて、当業者に公知の制御手段を容易に置換できる。後続のパルスが作動される前に放熱を確実にするように、固有オフデューティサイクルでパルスデューティサイクルを制御することにより、組織傷害が緩和又は防止される。
同様に、ニードル及び該ニードルを超音波振動させる電気手段を有する超音波白内障乳化吸引ハンドピースと、電気手段にパルス状電力を供給するパワー源手段と、外科医が電気パルスの振幅を選択することを可能にする入力手段と、灌注流体を眼に供給すると共にニードルから流体を吸引する手段と、ハンドピースに供給されるパワーのパルスデューティサイクルを制御するスイッチを少なくとも含むと共に、後続パルスが活性化される前に放熱を確実にするように、オフデューティサイクルを制御する制御手段とを備える新規で高性能の眼科用レンズ摘出装置が提供される。
図面、特に図1には、機能的ブロック図の形で参照番号10で一般に指す超音波白内障乳化吸引システムが図示される。超音波白内障乳化吸引システム10は、図1において鎖線で示す制御装置12を有する。制御装置12は、真空源を提供する変速ペリスタルティックポンプ14と、パルス状超音波パワー源16と、ポンプ速度制御器20及び超音波パワーレベル制御器22に制御出力とを含む。真空センサー24は、ペリスタルティックポンプ14の出力側の真空度を表す入力をコンピュータ18に供給する。適当な排気がベント26によって行われる。
より詳しく後述するように、位相検出器28は、ハンドピース/ニードル30に印加される電圧の正弦波表示とハンドピース30に結果として入力される電流の間の移相を表す入力をコンピュータ18に供給する。ハンドピース30のブロックは、ニードルを有する典型的なハンドピースと、ニードルを超音波的に振動させる電気手段、典型的に、圧電結晶とを含む。
制御装置12は、超音波パワーをライン32で超音波白内障乳化吸引ハンドピース/ニードル30に供給する。灌注流体源34は、ライン36を介して、ハンドピース/ニードル30に流体的に接続されている。灌注流体と超音波パワーは、ブロック38で線図的に示す患者の眼にハンドピース30によって印加される。眼38の吸引は、ライン40と42を介してペリスタルティックポンプ14によって達成される。
後述するように、ハンドピース30の上に配置されたスイッチ43は、コンピュータ18、パワーレベル制御器22と超音波パワー源16を介してハンドピース30への電気パルスの振幅及び/又はパルスデューティサイクルを外科医が選択することを可能にする。
スイッチ43の代わりに、例えば、フットペダル43A(図14)等のどんな適当な入力手段を使用してもよいことを認識すべきである。以下に、パルスデューティサイクルを制御するフットペダル操作のより詳しい説明をする。
コンピュータ18は、上記真空センサー24からの信号によってペリスタルティックポンプ14の出力ライン42の真空度をプリセットするように応答する。ハンドピース30の閉塞―非閉塞状態に応じた制御装置12の操作が、図3のフローチャートに図示されている。
図3に示すように、もしハンドピース吸引ライン40が閉塞されていれば、真空センサー24によって検知される真空度は増加するだろう。コンピュータ18は、吸引速度、真空度と超音波パワーレベルに対してオペレータ設定の限界値を有する。図3に示すように、真空センサー24によって検知される真空度が、ハンドピース吸引ライン40の閉塞の結果として所定レベルに到達する時、コンピュータ18は、ポンプ速度制御器20にペリスタルティックポンプ14の速度を変更するように命令し、次に、ペリスタルティックポンプ14は、吸引速度を変更する。ハンドピースを閉塞する材料の特性に依存して、ペリスタルティックポンプ14の速度を増減し得ることが認識されるだろう。閉塞材料が粉砕される時、真空センサー24は、真空度の低下を記録して、コンピュータ18に、ペリスタルティックポンプ14の速度を非閉塞運転速度に変更させる。
ペリスタルティックポンプ14の速度を変動させることにより吸引速度の超音波白内障乳化吸引パラメータを変更することに加えて、超音波パワー源16のパワーレベルを、ハンドピース30の閉塞又は非閉塞状態の関数として変動させることができる。図4は、フローチャートの形で、コンピュータ18とパワーレベル制御器22による超音波パワー源16のパワーレベルの制御を図示する。図4のフローチャートは、図3のフローチャートに対応するが、超音波パワーレベルの超音波白内障乳化吸引パラメータを変更させていることが認識されるだろう。
図5には、選択されたパワーレベルの関数として変動するパルスデューティサイクルを生成する超音波パワー源16の制御を描写するフローチャートが図示されている。パルスデューティサイクルは、又、フットペダル43Aを介して制御してもよい。図5に示すように、あくまで例示として、33%パルスデューティサイクルは、パワーレベルがプリセット閾値、この場合33%を超えるまで実行される。この時点で、超音波パワーレベルが50%閾値を超えるまで、パルスデューティサイクルは50%まで増大させられる。この時点で、パルスデューティサイクルは66%まで増大させられる。超音波パワーレベルが66%閾値を超える時、超音波パワー源16は、連続的、即ち、100%デューティサイクルで運転される。33、50と60の百分率が図5に図示されているけれども、異なるデューティサイクル移行点を規定するように、他の百分率レベルをフットペダル43Aによって選択することができることを理解すべきである。
図13において、コンピュータ18が、スイッチ43からの振幅入力によってパルスモード操作に対してイネーブルされた時、熱的組織損傷の使用が低減される。本発明によれば、運動エネルギー又は機械的エネルギーで組織を切断するのに、非常に高速のパルスの持続時間が適当なエネルギーを備えるが、そのパルスを、次のパルスが活性化される前にBTU熱量を消去するのに十分長くオフする。外科医は、選択されたパルス振幅、灌注流体及び吸引流体の流量とパルスデューティサイクルに応じて、スイッチ43と制御装置12を介して線形状にパルス振幅を変動させると共に、後続のパルスが活性化される前に放熱を確実に行うように、オフデューティサイクルを制御する。
このようにして、増大した振幅は、チップ加速度、よって、組織損傷発熱のためのBTUを増加させるだろう。即ち、制御装置12が、熱による組織の代償不全を防止するように、パルス幅と「オフ時間」に対応する変動を付与する間に、外科医は、組織密度を切断するのに必要な加速度を選択するように、線形のパワー制御を用いることができる。制御装置12は、選択された水晶体ハンドピース(全ワット数)又は水晶体チップ(寸法、重量)に応じて、プログラムされる。高速のパルシングの使用は、レーザーが非常に短い持続時間のパルスでどのように動作するかと類似する。パルスは、約25〜2000パルス/秒の間の反復度を有する。
図2に戻ると、図1と同じ参照番号で図1に示す超音波白内障乳化吸引システム10の全ての要素を組込んだ、本発明の別の実施の形態にかかる超音波白内障乳化吸引システム50が図示されている。灌注流体源34に加えて、第2灌注流体源35が設けられ、灌注流体源34と35は、夫々、弁38へのライン34aと35aを介して、ハンドピース/ニードル30に入るライン36に接続されている。弁38は、ライン52を介してパワーレベル制御器22から送られる信号に応答して、ライン34aと灌注流体源34及びライン35aと灌注流体源35をハンドピース/ニードル30に択一的に接続するように機能する。図示のように、灌注流体源34と35は、ハンドピース/ニードル30の上方の異なる高さに配置されて、灌注流体をハンドピース30に複数の圧力で導入する手段を提供する。容器35内の流体の水頭は容器34内の液体の水頭より大きい。異なる長さのライン44と46を含むハーネス42は、サポート48に接続された時に、容器34と35のハンドピース/ニードル30の上方の異なる高さに配置する手段を提供する。
灌注流体容器を各種の高さで使用することは、灌注流体を異なる圧力で供給する手段の典型的なものであるが、別のやり方として、別個のポンプに例えば、別個の循環ループ(不図示)を設けても、パワーレベル制御器22からの指令により、灌注流体を離散した圧力でハンドピース/ニードル30に供給することができる。
図5において、もしハンドピース吸引ライン38が閉塞されると、真空センサー24によって検知される真空度は増大する。コンピュータ18は、灌注流体源32と33のいずれをハンドピース30に接続するかを制御するためのオペレータ設定の限界値を有する。2個の灌注流体源又は灌注流体容器32と33が図示されているけれども、任意の個数の容器を用いてもよいことを認識すべきである。
図6に示すように、真空センサー24による真空度が、ハンドピース吸引ライン38の閉塞の結果として所定レベルに到達する時、コンピュータ18は、弁38が容器34と35の各々とハンドピース/ニードル30の間の流体連通を制御するように弁38を制御する。
前述したように、ハンドピース/ニードル30を閉塞する材料の特性と医師の要求及び技術に依存して、ハンドピース30に供給される灌注流体の圧力は増減されることを認識すべきである。閉塞材料として、真空センサー24は、真空度の低下を記録して、非閉塞レベルの圧力を供給する容器34又は35への切換えを弁38にさせる。上記したように、本発明で2個以上の容器を用いてもよく、追加例として、図1Aの容器系について前述したように、3個の容器(不図示)に、3個の容器のいずれかからの灌注流体を選択するように相互接続された弁を設けてもよいことを認識すべきである。
超音波白内障乳化吸引ハンドピース/ニードル30のパラメータを真空の関数として変更することに加えて、ハンドピース30の閉塞状態又は非閉塞状態は、移相又は位相曲線の変化としてハンドピース/ニードル30によって検知される負荷の変化に基づいて決定することができる。
超音波白内障乳化吸引ハンドピース30に使用される典型的な周波数範囲は、約30kHzと約50kHzの間である。ハンドピース30に印加される周波数が共振周波数よりも大幅に高い又は低い時、それは、コンデンサとして電気的に応答する。この動的状態の表示は、曲線60(実線)がハンドピース30の電流に対応する正弦波を表すと共に曲線62(破線)がハンドピース30の電圧に対応する正弦波を表す図7に示される。
典型的な超音波白内障乳化吸引ハンドピース30のインピーダンスは周波数と共に変動する、即ち、それはリアクティブである。典型的なハンドピース30の位相とインピーダンスの周波数の関数としての依存は、曲線64が、ハンドピース機能周波数の電流と電圧の間の位相差を表すと共に、曲線66が、周波数の関数としてもハンドピースのインピーダンスの変化を示す図8に図示される。インピーダンスは、典型的な周波数範囲に対して最低点をFrで最高点をFaで表す。
簡単に上記したハンドピース30の自動同調は、ハンドピース電気信号を監視すると共に、選択したパラメータとの整合性を維持するように周波数を調整することにより、典型的に達成される。
超音波白内障乳化吸引ハンドピースのチップにおいて生じる負荷を補償するために、ハンドピースに対する駆動電圧は、負荷が検出されている間は増加させられ、次に、負荷が除去される時は低減させ得る。この位相検出器は、典型的に、この型式のシステムの制御装置の一部である。
図9のブロック図は、本発明にかかる方法を実行するのに適当な改良された位相検出器70を表す。図示の機能ブロックの各々は、以下に説明するように、各ブロックによって表される機能を果たす従来の典型的な設計の回路部品から成る。超音波白内障乳化吸引ハンドピース30からの電圧入力72と電流74は、超音波白内障乳化吸引ハンドピースへの電圧信号上の減衰器76と、ハンドピース30用電流の電流検知抵抗器78と固定ゲイン増幅器を使用して、適当な信号に変換される。その後、AC電圧信号80とAC電流信号82は、比較器84と86に送出され、比較器84と86は、超音波白内障乳化吸引の電圧と電流の表示を論理レベルクロック信号に変換する。
比較器84からの出力は、周波数の2分割として構成されたDフリップフロップ集積回路90に入力される。集積回路90の出力92は、積分器94として構成された演算増幅器に入力される。積分器94の出力96は、最終振幅がハンドピース周波数に反比例するのこぎり波形である。タイミング発生器98は、各サイクルの最後において積分器をリセットするタイミングと、A/Dコンバータ・タイミングを発生するように、電圧信号と同期のクロックを使用する。この信号は、ライン96を介してA/Dコンバータの電圧基準に入力される。
電圧リーディングエッジ・電流トレイリングエッジ検出器100は、ハンドピース電圧信号のリーディングエッジを分離するために、Dフリップフロップ集積回路を使用する。この信号は、ハンドピース30の電圧とハンドピース30の電流の間のタイミングプロセスを開始する開始信号として使用される。検出器100の出力102は、ハンドピース30の電圧波形のリーディングエッジとハンドピース30の電流波形のトレイリングエッジの発生の時間差に比例するパルスである。
別の積分器回路104が、検出器100からのハンドピース位相信号102のために使用される。積分器回路104の出力106は、ピーク振幅が、超音波白内障乳化吸引電圧のリーディングエッジの開始とハンドピース電流波形のトレイリングエッジの開始の時間差に比例するのこぎり波形である。積分器回路106の出力106は、アナログ入力又はA/Dコンバータ集積回路110に入力される。従って、A/Dコンバータ110への正基準入力96は、動作周波数に反比例する電圧である。位相電圧信号96は、電圧のリーディングエッジの開始と電流のトレイリングエッジの開始の間の位相差に比例すると共に、動作周波数に反比例する。この構成では、周波数電圧基準96と位相電圧46の2個の信号は周波数範囲に渡って互いに追跡することにより、A/Dコンバータ110の出力は、動作周波数から独立した位相を生成する。
このやり方を用いる利点は、システムコンピュータ18(図1及び図2参照)に、0〜255カウントが0〜359位相度を整合的に表すリアルタイムデジタル位相信号を設けたことである。大きな利点は、用いられる周波数に拘わらず測定が整合的であるため、どんな形の較正も不要であることである。例えば、38kHzと47kHzのAMP動作周波数、150×103V/2の立上り時間を有する積分器と256カウントを有する8ビットA/Dコンバータを使用して、定比が維持されると共に、周波数の変動が結果に影響しない。これは、以下の例に示される。
(例1)38KHz操作
1クロックサイクルの周期=1/F@38KHz=26.32×10−6S
Iのための1周期の一部=90度=26.32×10−6S/4=6.59×10−6S
1基準サイクルの積分器出力=(150×10−3V/S)×(26.32×10−6S)=3.95ボルト
90度サイクル持続時間からの積分器出力=(150×103V/S)×(6.59×10−6S)=0.988ボルト
A/Dコンバータからの結果としての数値カウント=3.95ボルト/256カウント=0.0154ボルト/カウント
38KHzにおける90度に対するA/Cカウントの実際の数
1クロックサイクルの周期=1/F@38KHz=26.32×10−6S
Iのための1周期の一部=90度=26.32×10−6S/4=6.59×10−6S
1基準サイクルの積分器出力=(150×10−3V/S)×(26.32×10−6S)=3.95ボルト
90度サイクル持続時間からの積分器出力=(150×103V/S)×(6.59×10−6S)=0.988ボルト
A/Dコンバータからの結果としての数値カウント=3.95ボルト/256カウント=0.0154ボルト/カウント
38KHzにおける90度に対するA/Cカウントの実際の数
(例2)47KHz操作
1クロックサイクルの周期=1/F@47KHz=21.28×10−6S
1基準サイクルの積分器出力=(150×103V/S)×(21.28×10−6S)=3.19ボルト
90度サイクル持続時間からの積分器出力=(150×103V/S)×(5.32×10−6S)=0.798ボルト
A/Dコンバータからの結果としての数値カウント=3.19ボルト/256カウント=0.0124ボルト/カウント
47KHzにおける90度に対するA/Cカウントの実際の数=0.798/0.0124=64カウント
1クロックサイクルの周期=1/F@47KHz=21.28×10−6S
1基準サイクルの積分器出力=(150×103V/S)×(21.28×10−6S)=3.19ボルト
90度サイクル持続時間からの積分器出力=(150×103V/S)×(5.32×10−6S)=0.798ボルト
A/Dコンバータからの結果としての数値カウント=3.19ボルト/256カウント=0.0124ボルト/カウント
47KHzにおける90度に対するA/Cカウントの実際の数=0.798/0.0124=64カウント
位相角を周波数の関数としてプロットしたものが、無負荷(最大位相)、軽負荷、中間負荷と重負荷といったハンドピース30の各種の負荷に対して図10に示されている。
最大位相モード操作を表す図11において、実際の位相が、決定されて最大位相と比較される。もし実際の位相が最大位相以上であると、通常の吸引機能が行われる。もし実際の位相が最大位相未満であると、吸引速度は、位相変化に比例して変更させられる。
図12は、負荷(図10参照)検出が本発明の方法である操作に組込まれた最大負荷未満での操作を表す。
最大位相モードを表す図11に示すように、もしハンドピース吸引ライン40が閉塞すると、位相検出器28によって検知される位相は増大する(図10参照)。コンピュータ18は、吸引速度、真空度と超音波パワーレベルに対してオペレータ設定の限界値を有する。図11に示すように、位相検出器28によって検知される位相が、ハンドピース吸引ライン40の閉塞の結果として所定レベルに到達する時、コンピュータ18は、ポンプ速度制御器20にペリスタルティックポンプ14の速度を変更するよう命令し、次に、ペリスタルティックポンプ14は吸引速度を変更する。
ハンドピース/ニードル30を閉塞する材料の特性に依存して、ペリスタルティックポンプ14の速度が増減され得ることが認識されるだろう。閉塞材料が粉砕される時、真空センサー24は、位相角の増大を記録して、コンピュータ18に、ペリスタルティックポンプ14の速度を非閉塞運転速度に変更させる。
ペリスタルティックポンプ14の速度を変動させることにより吸引速度の超音波白内障乳化吸引パラメータを変更することに加えて、超音波パワー源16のパワーレベル及び/又はデューティサイクルを、ハンドピース30の閉塞又は非閉塞状態の関数として変動させることができる。
図14には、前述したように灌注/吸引の制御と超音波パワー送出及び/又はデューティサイクルの線形制御に適した前記フットペダル43Aが図示されている。フットペダル43Aは、本発明で使用するのに適したフットペダル43Aに関する全詳細を提供するように、明細書と図面の全てを含む全体が本願に組込まれた米国特許第6,452,123号に記載されている。
簡単に言えば、フットペダル43Aは、ベース62に装着された押圧し得るプラットフォーム又はフットスイッチ60を含む。押圧し得るプラットフォーム60は、前出のスイッチ43の代わりに使用してもよい。別のやり方として、サイドスイッチ64と66を、上記したデューティサイクルを制御するのに用いてもよい。
前述したように、超音波エネルギーの非常に高速のパルスが、眼の水晶体にエネルギーを送出するのに使用される白内障摘出の一様態において、別の制御パルス送出がユーザーによって要求される。この機能がフットペダル43Aによって供給される。
前述したように、エネルギーの高速パルスの送出が、放熱を可能にする休止時間を伴う間、パルスデューティサイクルトパルス送出の別のサージング制御が望ましい。
従って、パワーレベル制御器22は、超音波エネルギーの送出におけるフットスイッチ60又はサイドスイッチ64と66の変位を、多数の「高速パルス」送出オプションを可能にするように更に細分することができるアルゴリズムを含む。これは、パワーレベル制御器22による別のデューティサイクルとパルス繰返数の組合せのプレプログラミングを伴う。
従来の手法は、20ミリ秒未満のパルス制御(パルス持続時間)が可能でなかったという事実によって制約されてきたことを認識すべきである。本発明によれば、この制御は容易であり、外科システムのマイクロプロセッサ制御は、ユーザーから受けた入力に基づきエネルギー送出分布をカスタマイズすることをユーザーに可能にさせるフットペダル43Aのプログラミングを許容する。
一般に、エネルギー送出の少なくとも3個のサブゾーンをフットスイッチ60の変位に基づき規定することができる。これらのゾーン用のデューティサイクルは、必ずしもフットスイッチ60の変位(例えば、16%、243%、260%、233%)に基づき線形状に進展する必要はない(図15参照)。
エネルギー送出の振幅は、一定に維持又はフットスイッチ60の変位の関数として変動させることができることを認識すべきである。
図15は、フットスイッチ60の相対的な変位関数を示し、足位置1は灌注を制御し、足位置2は灌注/吸引を制御し、足位置3は、超音波パワー送出及び/又はデューティサイクルを制御する。
本発明が好都合に使用される目的のために、本発明にかかるフットスイッチの変位に基づくパルスデューティサイクルの特定の制御を上記したけれども、本発明がそれに制限されないことを認識すべきである。即ち、本発明は、列挙した要素を適当に備える、列挙した要素から成る又は列挙した要素から大略成ってもよい。更に、本願において例示的に開示された本発明は、特に本願において開示されていない要素が欠落しても実施できる。従って、当業者が想到するいかなる及び全ての修正例、変形例又は同等の構成も、添付請求項によって画定されるように、本発明の範囲内にあると解釈されるべきである。
10 超音波白内障乳化吸引システム
12 制御装置
14 ペリスタルティックポンプ
16 超音波パワー源
18 コンピュータ
20 ポンプ速度制御器
22 パワーレベル制御器
24 真空センサー
26 ベント
28 位相検出器
30 ハンドピース
34 灌注流体源
35 第2灌注流体源
48 サポート
50 超音波白内障乳化吸引システム
12 制御装置
14 ペリスタルティックポンプ
16 超音波パワー源
18 コンピュータ
20 ポンプ速度制御器
22 パワーレベル制御器
24 真空センサー
26 ベント
28 位相検出器
30 ハンドピース
34 灌注流体源
35 第2灌注流体源
48 サポート
50 超音波白内障乳化吸引システム
Claims (21)
- ニードル及び該ニードルを超音波振動させる電気手段を有する超音波白内障乳化吸引ハンドピースと、電気手段にパルス状電力を供給するパワー源手段と、外科医が電気パルスの振幅を選択することを可能にする入力手段と、灌注流体を眼に供給すると共にニードルから流体を吸引する手段と、ハンドピースに供給されるパワーのパルスデューティサイクルを制御するスイッチを少なくとも含むと共に、後続パルスが活性化される前に放熱を確実にするように、オフデューティサイクルを制御する制御手段とを備える眼科用レンズ摘出装置。
- 前記スイッチがフットスイッチを備える請求項1に記載の眼科用レンズ摘出装置。
- 前記制御手段が、約25パルス/秒と約2000パルス/秒の間のパルス繰返数を供給する請求項1に記載の眼科用レンズ摘出装置。
- 前記入力手段が、パルス振幅の線形選択を可能にする請求項1に記載の眼科用レンズ摘出装置。
- フットスイッチの連続的な線形変位が、前記ハンドピースに供給されるパワーの一連のパルスデューティサイクルの活性化を可能にする請求項3に記載の眼科用レンズ摘出装置。
- ニードル及び該ニードルを超音波振動させる電気手段を有する超音波白内障乳化吸引ハンドピースと、電気手段にパルス状電力を供給するパワー源手段と、外科医が電気パルスの振幅とハンドピースに供給されるパルスデューティサイクルを選択することを可能にする入力手段と、灌注流体を眼に供給すると共にニードルから流体を吸引する手段と、選択されたパルス振幅とパルスデューティサイクルに応じて、後続パルスが活性化される前に放熱を確実にするように、オフデューティサイクルを制御する制御手段とを備える超音波白内障乳化吸引装置。
- 前記スイッチがフットスイッチを備える請求項5に記載の超音波白内障乳化吸引装置。
- 前記制御手段が、約25パルス/秒と約2000パルス/秒の間のパルス繰返数を供給する請求項5に記載の超音波白内障乳化吸引装置。
- 前記入力手段が、パルス振幅の線形選択を可能にする請求項5に記載の超音波白内障乳化吸引装置。
- ニードル及び該ニードルを超音波振動させる電気手段を有する超音波白内障乳化吸引ハンドピースと、電気手段にパルス状電力を供給するパワー源手段と、外科医が電気パルスの振幅を選択することを可能にする入力手段と、灌注流体を眼に供給すると共にニードルから流体を吸引する手段と、ハンドピースに供給されるパワーのパルスデューティサイクルを制御するスイッチを少なくとも含むと共に、後続パルスが活性化される前に放熱を確実にするように、オフデューティサイクルを制御する制御手段とを備える超音波白内障乳化吸引装置。
- 前記スイッチがフットスイッチを備える請求項9に記載の超音波白内障乳化吸引装置。
- 前記制御手段が、約25パルス/秒と約2000パルス/秒の間のパルス繰返数を供給する請求項9に記載の超音波白内障乳化吸引装置。
- 前記入力手段が、パルス振幅の線形選択を可能にする請求項9に記載の超音波白内障乳化吸引装置。
- 超音波白内障乳化吸引ハンドピースと、超音波パワー源と、真空源と、灌注流体源と、ハンドピースにパルス状超音波パワーを供給する制御装置とを含む超音波白内障乳化吸引システムを操作する方法において、
ハンドピースを超音波白内障乳化吸引処置のための眼と手術関係に配置するステップ(a)と、灌注流体源から灌注流体を眼に供給するステップ(b)と、超音波白内障乳化吸引処置を行うようにハンドピースに超音波パワー源から超音波パワーを供給するステップ(c)と、ハンドピースに供給された超音波パワーのパルスデューティサイクルを制御するステップ(d)と、真空源からハンドピースに真空を印加することにより、選択された速度で眼から灌注流体をハンドピースを介して吸引するステップ(e)と、ハンドピースに供給された超音波パワーのパルスデューティサイクルを可変制御して、後続のパルスが作動される前に放熱を確実にするように、オフデューティサイクルを制御するステップ(f)とを備える方法。 - 前記ステップ(d)が、約25パルス/秒と約2000パルス/秒の間のパルス繰返数を供給することを含む請求項13に記載の方法。
- 前記ステップ(d)が、デューティサイクルを線形状に制御することを含む請求項13に記載の方法。
- パルスデューティサイクルの制御が、少なくとも1個の序数平面内で曲がるフットスイッチの使用を含む請求項13に記載の方法。
- パワーパルスの振幅の制御がフットスイッチの使用を含む請求項13に記載の方法。
- 組織攻撃モードが、更に、少なくとも一時的なキャビーテーションエネルギーの使用を含む請求項13に記載の方法。
- 第2の器具又は両手超音波白内障乳化吸引プローブを更に設けた請求項18に記載の方法。
- 最初の術後日中に透明角膜を設けることにより、組織傷害を起こす熱が緩和される請求項13に記載の方法。
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