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

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。

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。

ハンドピースのパワー伝達効率は式（Ｖ＊Ｉ）

で与えられる。これは、ハンドピースの最も効率的な動作点は、位相が０度に最も近い時に生じることを意味する。

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、１５０×１０^３Ｖ／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＝（１５０×１０^３Ｖ／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＝（１５０×１０^３Ｖ／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＝（１５０×１０^３Ｖ／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。

本発明にかかる超音波白内障乳化吸引システムの機能的ブロック図である。 灌注流体を２個以上の圧力でハンドピースに供給する装置を含む、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の機能的ブロック図である。 可変吸引速度を有する超音波白内障乳化吸引システムの閉塞−非閉塞モード操作を示すフローチャートである。 可変超音波パワーレベルを有する超音波白内障乳化吸引システムの閉塞−非閉塞モード操作を示すフローチャートである。 超音波白内障乳化吸引システムの可変デューティサイクルパルス関数の動作を示すフローチャートである。 可変灌注速度を有する超音波白内障乳化吸引システムの閉塞−非閉塞モード操作を示すフローチャートである。 圧電超音波白内障乳化吸引ハンドピースに印加される電圧の正弦波とその結果としてハンドピースに入力される電流の間の９０度移相のプロットである。 典型的な圧電超音波白内障乳化吸引ハンドピースの位相関係とインピーダンスのプロットである。 本発明にかかる方法を実施するのに適した改良された位相検出器回路のブロック図である。 ハンドピース／ニードルの各種の負荷における周波数の関数としての位相関係のプロットである。 最大位相モード操作でハンドピース／ニードルパラメータを制御するように位相角を用いる位相制御超音波白内障乳化吸引システムの機能ブロック図である。 負荷検出方法でハンドピース／ニードルパラメータを制御するように位相角を用いる位相制御超音波白内障乳化吸引システムの機能ブロック制御図である。 パルス制御超音波白内障乳化吸引システムの機能ブロック制御図である。 本発明で使用するのに適したフットペダルの斜視図である。 フットペダルの機能的使用を示す図である。

符号の説明

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

Claims (21)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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。
21. 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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