專利名稱：開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器的反饋控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣動(dòng)致動(dòng)器。尤其但并非限制性地，本發(fā)明涉及可用與玻璃體切除探針一起使用的開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器的反饋控制。顯微外科手術(shù)常常需要精確地切割和/或移除各種人體組織。例如，一些眼外科手術(shù)需要切割或移除部分玻璃體液，其是填充眼睛后段的透明果膠狀材料。玻璃體液或玻璃體由大量顯微纖維構(gòu)成，其通常連接至視網(wǎng)膜。因而，必須相當(dāng)仔細(xì)地切割和移除玻璃體，以避免牽拉視網(wǎng)膜、使視網(wǎng)膜與脈絡(luò)膜分離、視網(wǎng)膜裂孔或者最壞情況下切割和移除視網(wǎng)膜本身。尤其，諸如可動(dòng)組織管理(例如切割和移除靠近視網(wǎng)膜的已分離部分或視網(wǎng)膜裂孔附近的玻璃體)、玻璃體基底部切開以及切割和移除膜的精細(xì)工作尤為困難。
背景技術(shù)：
在后段眼外科手術(shù)中使用顯微外科切割探針是眾所周知的。這些切割探針通常包括中空外切割部件、設(shè)置與中空外切割部件共軸且可移動(dòng)地設(shè)置于其中的中空內(nèi)切割部件，以及在其遠(yuǎn)端附近徑向延伸通過外切割部件的端口。將玻璃體液和/或膜吸入開口端口中，并且致動(dòng)內(nèi)部件以閉合端口。一旦閉合端口，內(nèi)、外切割部件上的切割表面協(xié)作以切割玻璃體和/或膜，并且隨后通過內(nèi)切割部件吸走切割組織。在外科手術(shù)過程期間，頻繁地控制切割速率和工作循環(huán)以調(diào)節(jié)可以在給定時(shí)間階段中切割的組織量。例如，在較不敏感區(qū)域(諸如與視網(wǎng)膜分離的區(qū)域)切割時(shí)，可以以有效率的方式進(jìn)行切割。當(dāng)切割更敏感區(qū)域中時(shí)，諸如靠近視網(wǎng)膜的區(qū)域，可以以小心方式進(jìn)行切割，其中減少了每次切割循環(huán)的組織切割量。這可以通過控制端口打開的切割循環(huán)中的工作循環(huán)或時(shí)間百分比而實(shí)現(xiàn)。這通過將端口打開的時(shí)間量除以單次切割循環(huán)的總時(shí)間量來確定。提供了較大的工作循環(huán)用于進(jìn)行有效的切割，而提供較小的工作循環(huán)進(jìn)行緩慢且小心的切割。切割部件特性的改變包括來自初始關(guān)鍵部件的公差的改變，可以引起切割機(jī)的工作循環(huán)的不一致性。為了解決該問題，在生產(chǎn)的時(shí)間上校準(zhǔn)當(dāng)前的系統(tǒng)。該工廠校準(zhǔn)可能是耗時(shí)和昂貴的行為。此外，這是在假設(shè)這些相同的關(guān)鍵部件隨著時(shí)間的改變將不顯著地影響性能而進(jìn)行的。然而，該假設(shè)在許多情況下可能是無效的。由于隨著時(shí)間流逝部件變得磨損，可能不利地影響受控參數(shù)的精確性和準(zhǔn)確性。這些變化可能潛在地降低系統(tǒng)的性能或者甚至防止系統(tǒng)到達(dá)所需的手術(shù)目標(biāo)，潛在地導(dǎo)致切割器未完全打開或關(guān)閉。在持續(xù)使用的過程中，這些性能下降和故障變得更為明確和更為頻繁。盡管具有上述的改進(jìn)，仍然需要一種改進(jìn)的玻璃體探針。尤其需要一種玻璃體切除探針，其補(bǔ)償來自初始公差或者部件隨著時(shí)間退化的偏差。本公開內(nèi)容用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
在根據(jù)本文原理的一個(gè)示例方面，本公開內(nèi)容涉及具有對于氣動(dòng)致動(dòng)器的反饋控制的外科手術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括氣動(dòng)壓力源和玻璃體切割器，該玻璃體切割器具有切割機(jī)構(gòu)、第一氣動(dòng)輸入端口和第二氣動(dòng)輸入端口。氣動(dòng)致動(dòng)器被構(gòu)造成將氣動(dòng)壓力導(dǎo)向第一和第二氣動(dòng)輸入端口中之一。第一壓力傳感器定位和被構(gòu)造成檢測第一氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力，第二壓力傳感器定位和被構(gòu)造成檢測第二氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力?？刂破髋c第一和第二壓力傳感器以及氣動(dòng)致動(dòng)器連通，控制器被構(gòu)造成基于從第一和第二壓力傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)而改變氣動(dòng)致動(dòng)器的致動(dòng)定時(shí)。在另一示例方面，本公開內(nèi)容涉及一種使用用于氣動(dòng)致動(dòng)器的反饋控制控制外科手術(shù)系統(tǒng)的方法。該方法包括如下步驟將氣動(dòng)壓力選擇性地引導(dǎo)至玻璃體切割器上的第一和第二氣動(dòng)輸入端口中之一，使用第一壓力傳感器檢測第一氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力，以及使用第二壓力傳感器檢測第二氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力。該方法還包括基于第一和第二壓力傳感器檢測得的實(shí)際壓力而改變氣動(dòng)致動(dòng)器的動(dòng)致動(dòng)定時(shí)。在另一示例方面，本公開內(nèi)容涉及一種具有用于氣動(dòng)致動(dòng)器的反饋控制的外科手術(shù)系統(tǒng)。該外科手術(shù)系統(tǒng)包括氣動(dòng)壓力源和玻璃體切割器，玻璃體切割器具有切割機(jī)構(gòu)、第一氣動(dòng)輸入端口和第二氣動(dòng)輸入端口。氣動(dòng)致動(dòng)器將氣動(dòng)壓力導(dǎo)向第一和第二氣動(dòng)輸入端口中之一。第一壓力傳感器定位和被構(gòu)造成檢測第一氣動(dòng)輸入端口處的壓力，第二壓力傳感器定位和被構(gòu)造成檢測第二氣動(dòng)輸入端口處的壓力?？刂破髋c第一和第二壓力傳感器以及氣動(dòng)致動(dòng)器通信?？刂破鞅粯?gòu)造成將基于實(shí)際測得數(shù)據(jù)的參數(shù)數(shù)據(jù)與已存儲(chǔ)的所需數(shù)據(jù)比較，并且基于參數(shù)數(shù)據(jù)和已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)計(jì)算差值?？刂破鬟€被構(gòu)造成改變用于特定工作循環(huán)的已存儲(chǔ)工作參數(shù)，并且基于用于與氣動(dòng)致動(dòng)器通信的已改變的工作參數(shù)而產(chǎn)生控制信號。在一個(gè)不例方面，氣動(dòng)致動(dòng)器是第一氣動(dòng)致動(dòng)器和第二氣動(dòng)致動(dòng)器，該第一氣動(dòng)致動(dòng)器被構(gòu)造成將氣動(dòng)壓力引導(dǎo)至第一氣動(dòng)端口，而第二氣動(dòng)致動(dòng)器被構(gòu)造成將氣動(dòng)壓力引導(dǎo)至第二氣動(dòng)端口。應(yīng)該理解在前的總體描述和如下詳細(xì)描述僅是示例性和說明性的，并且旨在為要求保護(hù)的本發(fā)明提供進(jìn)一步的解釋。如下描述以及本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)闡明并建議了本發(fā)明的額外優(yōu)點(diǎn)和目的。


并入本說明書并作為其一部分的附圖例示了本方面的若干實(shí)施例，并且連同描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖I是根據(jù)實(shí)施本文所述的原理和方法的本發(fā)明一方面的示例外科手術(shù)器械的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一方面的在具有反饋控制的外科手術(shù)器械上的示例系統(tǒng)的視圖。圖3是根據(jù)本文所述的原理和方法的可工作的示例玻璃體切割器的橫截面視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明一方面的識(shí)別測得的壓力特征和包括閾值和峰值的示例壓力波形的視圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明一方面的示出反饋控制步驟的示例模型的視圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明一方面的示出用于確定對已存儲(chǔ)工作參數(shù)的調(diào)整的示例步驟的流程圖的視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明另一方面的示出反饋控制步驟的示例模型的視圖。
具體實(shí)施方式

現(xiàn)對本發(fā)明的示例性實(shí)施例做出詳細(xì)參考，各實(shí)施例的例子在附圖中示出。只要可能，相同的附圖標(biāo)記在各附圖中被用于指代相同或相似的部件。本公開內(nèi)容涉及包括用于執(zhí)行眼外科手術(shù)的玻璃體切割器的外科手術(shù)系統(tǒng)。外科手術(shù)系統(tǒng)被設(shè)置和被構(gòu)造成使用反饋控制來檢測和補(bǔ)償由于各個(gè)部件公差和劣化引起的不一致性造成的工作偏差。特別地，反饋控制可以減少系統(tǒng)對各個(gè)部件的公差、所需特征的變化和總偏差的總體敏感性。該方法可以潛在地適應(yīng)較寬范圍的關(guān)鍵部件公差，并且可以補(bǔ)償由于部件老化或者諸如溫度的不利環(huán)境效應(yīng)引起的改變或變化。使用反饋控制，該系統(tǒng)被設(shè)置和構(gòu)造成識(shí)別工作參數(shù)在可接受范圍之外的時(shí)間，并且使用控制規(guī)則以修改工作參數(shù)，而將其設(shè)置回可接受范圍內(nèi)。這導(dǎo)致了更穩(wěn)定的切割器工作和由此導(dǎo)致更可預(yù)測的手術(shù)，同時(shí)可能地延長特定部件的壽命，而使得患者的費(fèi)用更低。圖I示出了根據(jù)示例實(shí)施例的以100總體所示的玻璃體切除外科手術(shù)器械。該器械100包括底部外殼102和相關(guān)的顯示屏104，其示出了在玻璃體切除外科手術(shù)期間的系統(tǒng)工作和執(zhí)行。該器械包括玻璃體切割器系統(tǒng)110，其包括玻璃體切割器112并且被構(gòu)造成提供反饋控制以補(bǔ)償由于公差、部件磨損或其它因素引起的機(jī)械不一致性造成的工作中的變化。圖2是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例的提供反饋的玻璃體切割器系統(tǒng)110的示意圖。在圖2中，切割器系統(tǒng)110包括玻璃體切割器112、氣動(dòng)壓力源202、方向可調(diào)節(jié)的開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204、壓力傳感器206、208、消聲器210和控制器216。如圖中可見，各個(gè)部件沿著表示流動(dòng)路徑或流動(dòng)線路的路線而彼此流體相通。如圖2中所示，玻璃體切割器112是具有第一端口 212和第二端口 214的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)切割器。玻璃體切割器通過接收交替地通過第一和第二端口 212、214的氣動(dòng)壓力來工作。圖3示出了由附圖標(biāo)記112表示的示例玻璃體切割器的橫截面視圖。切割器112包括作為其基本部件的外切割管300、內(nèi)切割管302和往復(fù)式氣體驅(qū)動(dòng)活塞304，所有部件都部分地裝入外殼306中。外殼306具有在切割器近端的端部件308，該端部件具有第一和第二供應(yīng)空氣端口 212、214 (如圖2中所示)以及一個(gè)抽吸端口 310。示例性切割器112通過移動(dòng)內(nèi)切割管302通過外切割管300中的組織接收抽吸端口(未示出)而工作。由于內(nèi)管往復(fù)運(yùn)動(dòng)以打開和關(guān)閉組織接收端口，內(nèi)切割管302和外切割管300使用類似于剪刀的剪切作用切割組織。管之間的緊密配合在內(nèi)切割管302打開組織接收抽吸端口時(shí)防止將玻璃體材料牽拉入內(nèi)、外切割管之間的空間中在工作的一個(gè)示例中，如果在第一端口 212處增加空氣壓力，那么活塞304將向下移動(dòng)，由此相對于外切割管300移動(dòng)內(nèi)切割管302，由此閉合外切割管300的組織接收抽吸端口。這樣切割了可能已經(jīng)吸入組織接收抽吸端口的任何玻璃體材料。排出第一端口 212處的壓力并且增加第二端口 214處的壓力將向上移動(dòng)活塞，由此打開組織接收抽吸端口，從而其可以吸取將要切割的新玻璃體材料。在美國專利號No. 5，176，628中更詳細(xì)地描述一種示例切割器的工作，所述文獻(xiàn)在此引入作為參考。其它示例切割器包括代替活塞的彈性隔膜，用于打開和閉合組織接收端口。然而，具有由交替的氣動(dòng)壓力驅(qū)動(dòng)的往復(fù)動(dòng)作的任何切割器可以適于與本文所公開的系統(tǒng)一起使用。在一些示例中，玻璃體切割器112被設(shè)計(jì)以提供每分鐘5，000次切割，但是可以預(yù)期更高和更低的切割速率。參考圖2，在所示的實(shí)施例中，玻璃體切割器系統(tǒng)的開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204是標(biāo)準(zhǔn)的四路開-關(guān)閥。正如公知的，氣動(dòng)致動(dòng)器具有螺線管，其工作以將致動(dòng)器移動(dòng)至圖2的示例中所示的兩個(gè)開-關(guān)位置中之一。本文中，氣動(dòng)致動(dòng)器204處于一位置用于將氣動(dòng)壓力提供至第一端口 212，以及從第二端口 214排出氣動(dòng)壓力。在該位置處，氣動(dòng)壓力可以從壓力源202傳遞通過開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204到達(dá)第一端口 212，其中氣動(dòng)壓力向玻璃體切割器提供氣動(dòng)動(dòng)力。同時(shí)，第二端口 214處的氣動(dòng)壓力可以通過開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204到達(dá)消聲器210，在那里將氣動(dòng)壓力排出至大氣。在另一位置，開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204允許將氣動(dòng)壓力從壓力源202傳遞至第二端口 214，在那里氣動(dòng)壓力將氣動(dòng)動(dòng)力提供至玻璃體切割器112。同時(shí)，第一端口 212處的氣動(dòng)壓力可以通過開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204而排出至消音器210，在那里將其排出至大氣。開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器被構(gòu)造成如下進(jìn)一步所述地從控制器216接收工作信號。在工作中，將氣動(dòng)壓力從源202而交替地引導(dǎo)至第一和第二端口 212、214以使得玻璃體切割器112工作。開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204在其兩個(gè)位置之間非?？焖俚亟惶?，以將氣動(dòng)壓力交替地提供至第一和第二端口 212、214。盡管示出具有單個(gè)氣動(dòng)致動(dòng)器204，但是其它實(shí)施例包括兩個(gè)氣動(dòng)致動(dòng)器，其中一個(gè)與兩個(gè)端口 212、214的一個(gè)相連。這些實(shí)施例以類似于所述方式工作，其中致動(dòng)器被構(gòu)造成從控制器216獨(dú)立地接收工作信號。壓力傳感器206、208工作以檢測第一和第二端口 212、214處的氣動(dòng)壓力水平。這些壓力傳感器206、208可以是標(biāo)準(zhǔn)的壓力傳感器，其能夠檢測壓縮氣動(dòng)壓力水平并且傳送表示檢測得的壓力水平的數(shù)據(jù)至控制器216。 在不同的實(shí)施例中，控制器216例如是PID控制器、被構(gòu)造成執(zhí)行邏輯功能的集成電路或者執(zhí)行邏輯功能的微處理器。它可以包括存儲(chǔ)器和可以執(zhí)行存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序的處理器。在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)用于玻璃體切割器112的特定工作循環(huán)或切割速率的最小閾值壓力、特定所需的時(shí)間長度和所需的峰值壓力，以及其它參數(shù)。在一些實(shí)施例中，控制器216被構(gòu)造成提供定時(shí)功能，其追蹤測得的壓力高于存儲(chǔ)的閾值壓力的時(shí)間量。控制器216與開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204以及壓力傳感器206、208通信。如下文所述，控制器216被構(gòu)造成基于從壓力傳感器206、208接收得的反饋來控制氣動(dòng)致動(dòng)器204的工作。圖4是表示在特定工作循環(huán)上的壓力波的示例波形400。中線以上的壓力表示由第一壓力傳感器206檢測到在第一端口 212處的壓力，而中線以下的壓力表示由第二壓力傳感器208檢測到在第二端口 214處的壓力。波形400包括輸入和存儲(chǔ)在控制器216中的最小壓力閾值(PO，Pl)。這些最小壓力閾值是必須達(dá)到或超過的閾值壓力值，以便使得玻璃體切割器工作以完全打開或關(guān)閉組織接收端口。為了玻璃體切割器以所需切割速率或工作循環(huán)工作，在氣動(dòng)端口 212、214的實(shí)際壓力(PO，pi)超過最小壓力閾值(PO，Pl)持續(xù)所需時(shí)間長度(T0，Tl)，該所需時(shí)間長度對應(yīng)于所需的切割速率或工作循環(huán)。下文將參考圖3中的示例玻璃體切割器112進(jìn)行描述。
在工作中，壓力傳感器206測量第一端口 212處的實(shí)際壓力(pi)。為了在一個(gè)方向上致動(dòng)圖3中的氣動(dòng)活塞314以閉合組織接收端口，實(shí)際壓力(pi)必須達(dá)到或超過圖4中所示的最小閾值壓力(P1)。如果未達(dá)到或沒有超過最小閾值壓力(Pl)，氣動(dòng)活塞304可能不會(huì)移動(dòng)足夠遠(yuǎn)以完全閉合圖3的切割器中的外切割管300中的組織接收端口。此外，通過控制實(shí)際壓力(Pl)處于或超過最小閾值壓力(Pl)的時(shí)間長度，系統(tǒng)控制工作循環(huán)。隨著處于或超過閾值壓力(Pl)的時(shí)間變化，所以切割速率或工作循環(huán)也改變。類似地，壓力傳感器208測量第二端口 214處的實(shí)際壓力(PO)。為了在圖3中以相反的方向上致動(dòng)氣動(dòng)活塞304以打開組織接收端口，實(shí)際壓力(PO)必須達(dá)到或超過最小閾值壓力(PO)。因此沒有達(dá)到最小閾值壓力(PO)可能導(dǎo)致圖3中切割器中的僅局部打開的組織接收端口。此外，如上所述，實(shí)際壓力(PO)應(yīng)當(dāng)達(dá)到或超過最小閾值壓力(PO)持續(xù)所需時(shí)間長度(TO )，所需時(shí)間長度對應(yīng)于所需的切割速率或工作循環(huán)。在常規(guī)系統(tǒng)中，致動(dòng)器特征由于初始公差或劣化以及隨著時(shí)間磨損而引起的改變可能潛在地降低致動(dòng)器的性能或者甚至防止致動(dòng)器完全打開或完全閉合。然而，在本系統(tǒng)中，控制器216被構(gòu)造成通過測量和追蹤測得的實(shí)際壓力(PO，pi)高于各最小壓力閾值(P0，P1)的實(shí)際時(shí)間(to，ti)來補(bǔ)償部件公差和變化。通過比較實(shí)際時(shí)間(to，tl)和所需時(shí)間(T0，Tl)，控制器216可以計(jì)算可使用的差別或差值，以修改發(fā)送至開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204的控制信號以調(diào)節(jié)切割器的工作循環(huán)。這可以基于確定是否應(yīng)當(dāng)對發(fā)送至開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204的信號進(jìn)行調(diào)整的控制規(guī)則而進(jìn)行。參考下文的產(chǎn)生和使用用于氣動(dòng)式開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204的反饋控制的示例方法，這將變得更為清楚。圖5示出了用于產(chǎn)生和使用反饋控制以減少由于部件變化引起的錯(cuò)誤的示例控制回路500，所述部件變化諸如可以例如隨著公差增大或磨損而發(fā)生。將參考控制回路500描述反饋控制的示例方法。在使用中，系統(tǒng)110從設(shè)置特定的切割速率和/或工作循環(huán)的健康護(hù)理提供者接受輸入。這可以使用器械100上的輸入裝置而進(jìn)行,可以通過控制玻璃體切割器112而輸入。輸入示例可以包括擠壓切割器手柄以調(diào)節(jié)工作循環(huán)，經(jīng)由使用鍵盤、鼠標(biāo)、旋鈕或其它已知輸入裝置在屏幕上選擇而輸入。在一些示例中，使用缺省或預(yù)先編程的值而將設(shè)置預(yù)先存儲(chǔ)在系統(tǒng)中。隨后系統(tǒng)初始化并且以該特定設(shè)置工作，并且控制開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204以氣動(dòng)地致動(dòng)切割器112?；谳斎牖蝾A(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，控制器216存儲(chǔ)表示必須在每個(gè)端口達(dá)到或被超過的最小壓力閾值(PO，PD的數(shù)據(jù)，以完全打開或閉合玻璃體切割器上的組織接收端口。反饋控制在壓差傳感器502處開始。參考上述示例，壓差傳感器502代表第一和第二壓力傳感器206、208。然而，在其它實(shí)施例中，使用其它壓力傳感器結(jié)構(gòu)，其在一些實(shí)施例中僅包括單個(gè)壓力傳感器。回到本文所公開的示例，當(dāng)壓差傳感器502在第一和第二端口 212、214處檢測得實(shí)際氣動(dòng)壓力(PO、pi)時(shí)，反饋控制開始。壓差傳感器502可以與器械100上的氣動(dòng)流動(dòng)線路物理相連，可以位于切割器112自身上或者位于其它位置，只要其能夠檢測代表或指示第一和第二端口 212、214處的壓力。壓差傳感器502輸出指示第一和第二端口 212、214中的實(shí)際壓力(p0、pl)的數(shù)據(jù)作為模擬信號。在該示例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)504將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。雖然在圖5中示為獨(dú)立的元件，ADC504可以與壓差傳感器502物理相連，可以是控制器216的一部
8分，或者可以設(shè)置在兩者之間。在一些實(shí)施例中，ADC504還以下列方式被構(gòu)造成追蹤測得的壓力(p0，pi)到達(dá)或超過預(yù)先存儲(chǔ)的最小壓力閾值(PO，PI)的實(shí)際時(shí)間長度(to，11)。這些最小壓力閾值(PO， Pl)表示完全打開或完全閉合切割器上的組織接收端口所需的壓力。因而，實(shí)際時(shí)間長度(to, tl)指示組織接收端口完全打開或完全閉合的實(shí)際時(shí)間長度。實(shí)際時(shí)間長度(to，tl)可以用于單個(gè)切割循環(huán)，或者可以在多個(gè)切割循環(huán)上被平均。隨后，ADC504輸出實(shí)際時(shí)間長度(t0，tl)。在一些實(shí)施例中，控制器216代替ADC504來追蹤時(shí)間。在圖5中，然后數(shù)字信號由數(shù)字過濾器506以本技術(shù)領(lǐng)域公知的方式過濾，以提供由求和模塊508處理的且在控制器206中可執(zhí)行的有意義數(shù)據(jù)。求和模塊508被構(gòu)造成探測關(guān)于組織接收端口被完全打開的時(shí)間或組織接收端口完全關(guān)閉的時(shí)間的時(shí)間長度誤差或差值(eO，el)。這是基于對于所選切割速率和/或工作循環(huán)而與所需時(shí)間長度(T0，Tl)相比的實(shí)際時(shí)間長度(t0，tl)。這些可以在多個(gè)循環(huán)上進(jìn)行平均。下文示出了用于確定差值(e0，el)的一個(gè)示例方法。在一個(gè)示例中，求和模塊使用簡單的求和計(jì)算來確定差值(e0，el)。如下提供了這些的示例e0=t0-T0=實(shí)際時(shí)間-所需時(shí)間；以及el=tl-Tl=實(shí)際時(shí)間-所需時(shí)間。差值e0表示一個(gè)致動(dòng)器位置處的差值。例如，致動(dòng)器位置可以是提供氣動(dòng)壓力以打開玻璃體切割器112上的組織接收端口的位置。差值el表示相對的致動(dòng)器位置處的差值。例如，相對的致動(dòng)器位置是提供氣動(dòng)壓力以閉合玻璃體切割器112上的組織接收端口的位置。在一些實(shí)施例上，差值基于在多個(gè)循環(huán)上得到的平均值。在一些實(shí)施例中，求和模塊508計(jì)算E，表示兩個(gè)位置處的兩個(gè)差值之間的不對稱性?？梢允褂孟铝泄竭M(jìn)行。E=el-e0。基于計(jì)算得的差值(e0，el)，控制器216使用控制規(guī)則510，以確定是否應(yīng)當(dāng)對用于控制氣動(dòng)致動(dòng)器204的工作循環(huán)數(shù)據(jù)進(jìn)行改變。參考圖6解釋了本文由附圖標(biāo)記600所示的一個(gè)示例性控制規(guī)則。圖6中的控制規(guī)則600在步驟602處開始。在步驟604，控制規(guī)則詢問差值e0和差值el是否均等于或大于零。如果是，那么系統(tǒng)正確地運(yùn)作，因?yàn)閷?shí)際壓力(PO，Pl)處于或高于最小壓力閾值(PO，Pl)的實(shí)際時(shí)間長度(to，tl)等于或大于所需時(shí)間長度(T0，Tl)。因此，工作循環(huán)和切割速率無需改變，而詢問在步驟606處結(jié)束。作為選擇地，在一些實(shí)施例中，如果需要，系統(tǒng)可以仍然使用不對稱性E作為回路誤差，以使用控制器216增加或減少工作循環(huán)以提供更精確工作。如果在步驟604處答案為否，那么在步驟608處，控制規(guī)則詢問e0是否大于或等于零以及el是否小于零。如果答案為是，那么在步驟610處系統(tǒng)使用E作為回路誤差以通過控制氣動(dòng)致動(dòng)器204增加將氣動(dòng)壓力引導(dǎo)至端口 214的時(shí)間量來校正工作循環(huán)。校正工作循環(huán)可以包括調(diào)節(jié)或更新產(chǎn)生用于特定工作循環(huán)的定時(shí)信號所使用的已存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)。隨后在步驟606控制規(guī)則結(jié)束。如果在步驟608處答案為否，那么系統(tǒng)在步驟612處詢問e0是否小于零以及el是否等于或大于零。如果為是，那么在步驟614處，系統(tǒng)使用E作為回路誤差以通過控制氣CN 102917653 A
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明
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動(dòng)致動(dòng)器204增加將氣動(dòng)壓力引導(dǎo)至端口 212的時(shí)間量來校正工作循環(huán)。隨后在步驟606處，控制規(guī)則結(jié)束。步驟608和610確定致動(dòng)器打開的時(shí)間量是否應(yīng)當(dāng)增加或減少。在一些實(shí)施例中，不對稱性E表示增加量或減少量。在一些實(shí)施例中，計(jì)算得的差值(eO, el)表示增加量或減少量。如果在步驟612答案為否，那么eO和el均小于零，如步驟616中所示。因而，系統(tǒng)進(jìn)入故障狀態(tài)，因?yàn)楣ぷ餮h(huán)校正不足以校正該故障狀態(tài)。在步驟616處的這種狀態(tài)的潛在原因是低的源壓力，由此導(dǎo)致了幅值不足以達(dá)到最小閾值壓力以完全打開或完全閉合切割器112中的組織接收端口。這種狀態(tài)的另一潛在原因是切割速率高于系統(tǒng)在當(dāng)前工作參數(shù)下可以維持的切割速率。當(dāng)進(jìn)入故障狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)可以使用聽覺、視覺或觸覺信號提醒健康護(hù)理提供者系統(tǒng)未處于工作狀態(tài)。在一個(gè)不例實(shí)施例中，在激活故障狀態(tài)之前，系統(tǒng)Iio可以控制氣動(dòng)壓力源202以增加源壓力。在該實(shí)施例中，如果源壓力足夠地增加，那么系統(tǒng)可以返回至控制規(guī)則的起始處。如果不可能增加源壓力，那么可以觸發(fā)故障狀態(tài)。在另一示例實(shí)施例中，如果壓力不能足夠地增加，那么系統(tǒng)可以提醒用戶，指出可能需要降低切割速率以達(dá)到所需的工作循環(huán)?？梢愿鶕?jù)用戶指令手動(dòng)地或者自動(dòng)地改變切割速率。控制規(guī)則在步驟606處結(jié)束。返回圖5，在使用控制規(guī)則510確定是否需要校正工作循環(huán)之后，如果需要，系統(tǒng)輸出為校正值(u0，ul)。隨后，使用該校正值(u0，ul)以更新已存儲(chǔ)的工作循環(huán)控制數(shù)據(jù)512以將所需時(shí)間(T0，Tl)更接近地調(diào)整至實(shí)際壓力(p0，pi)大于最小閾值壓力(PO，Pl)的實(shí)際時(shí)間(t0，tl)。在一些示例中，這是通過更新存儲(chǔ)在控制器存儲(chǔ)器中的表而實(shí)現(xiàn)的，該表追蹤所需時(shí)間并且將所需時(shí)間與所需切割速率或工作循環(huán)相關(guān)聯(lián)。使用已更新的工作循環(huán)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)產(chǎn)生控制信號用于控制氣動(dòng)致動(dòng)器204。本文中，由于氣動(dòng)致動(dòng)器可以改變類型和所使用的數(shù)量，氣動(dòng)致動(dòng)器由氣動(dòng)歧管516。隨后，該方法可以重復(fù)以連續(xù)地檢測和校正可能發(fā)生的與所需值的偏差。在另一實(shí)施例中，系統(tǒng)110僅基于檢測得的壓力而提供反饋，而無需監(jiān)視高于最小壓力閾值所花費(fèi)的實(shí)際時(shí)間。圖7示出了該備選控制回路的工作的示例。在許多方面，圖7中的備選實(shí)施例類似于如上在圖5中所述的。僅詳細(xì)描述了區(qū)別?？刂苹芈?00以類似于上述的方式工作，其中系統(tǒng)從設(shè)定特定切割速率和/或工作循環(huán)的健康護(hù)理提供者接收輸入?；谳斎牖蝾A(yù)先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，控制器216存儲(chǔ)表示在每個(gè)端口必須達(dá)到的峰值壓力(ΡΚ0，PKl)的數(shù)據(jù)，以完全打開和閉合玻璃體切割器上的組織接收端口達(dá)到對應(yīng)于所需工作循環(huán)或切割速率的時(shí)間長度。峰值壓力表示在波形尖端處所示的最大壓力。本文中，反饋控制在壓差傳感器702處開始。壓差傳感器702將指示第一和第二端口 212、214中實(shí)際壓力(pkO，pkl)的數(shù)據(jù)作為模擬信號輸出。ADC704將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。在該實(shí)施例中，ADC識(shí)別實(shí)際檢測得的峰值壓力(pk0，pkl)。這些是由壓力傳感器206、208對于各個(gè)端口 212、214識(shí)別的最大壓力。隨后，由數(shù)字濾波器706以本領(lǐng)域已知的方式對數(shù)字信號進(jìn)行濾波，以提供有意義的數(shù)據(jù)，以由求和模塊708可在控制器216中處理。求和模塊708被構(gòu)造成檢測所需峰·
10值壓力(PK0，PK1)和實(shí)際峰值壓力(pk0，pkl)之間的誤差或者差值(e0，el)。在該示例中，求和模塊使用簡單的求和計(jì)算確定差值(e0，el)。這些如下所提供e0=pk0-PK0=(實(shí)際峰值壓力)_ (所需峰值壓力)；以及el=pkl-PKl=(實(shí)際峰值壓力)_ (所需峰值壓力)。此外，差值eO、el各代表不同致動(dòng)器位置的差值。這些致動(dòng)器位置可以是提供氣動(dòng)壓力以完全打開或完全閉合玻璃體切割器112上的組織接收端口的那些位置。求和模塊708使用上述相同等式計(jì)算在兩個(gè)位置的兩個(gè)差值之間的不對稱性E。E=el_eO?；谟?jì)算得的差值(e0，el)，控制器216使用控制規(guī)則710確定是否應(yīng)當(dāng)對用于控制致動(dòng)致動(dòng)器204的工作循環(huán)數(shù)據(jù)進(jìn)行改變。在該實(shí)施例中，控制規(guī)則與參考圖6所述的控制規(guī)則相同。在使用控制規(guī)則710以確定工作循環(huán)是否需要校正之后，如果需要，系統(tǒng)輸出校正(u0，ul)。隨后，使用該校正(u0，ul)以更新工作循環(huán)712以將所需峰值壓力(PKO，PKl)更接近地調(diào)整至實(shí)際壓力(pkO，pkl)。使用已更新的工作循環(huán)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)產(chǎn)生了控制信號用于控制具有開-關(guān)氣動(dòng)致動(dòng)器204的氣動(dòng)歧管716。隨后，該方法可以重復(fù)以連續(xù)地探測和校正可能發(fā)生的所需值的偏差?？梢允褂迷摲答伩刂埔詼p少系統(tǒng)對各個(gè)部件公差、改變和與所需特征的總偏差的總敏感性。該方法不需要工廠校正，可以接受較寬范圍的關(guān)鍵部件公差，并且繼續(xù)補(bǔ)償由于部件老化或者不利環(huán)境效應(yīng)諸如溫度而產(chǎn)生的改變。本發(fā)明的其它實(shí)施例對于考慮了說明書并實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。說明書和示例僅旨在被理解為示例性的，并且本發(fā)明的真正范圍和精神由所附權(quán)利要求指示。
1權(quán)利要求
1.一種具有氣動(dòng)致動(dòng)器的反饋控制的外科手術(shù)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)壓力源；玻璃體切割器，該玻璃體切割器具有切割機(jī)構(gòu)、第一氣動(dòng)輸入端口以及第二氣動(dòng)輸入端口 ；氣動(dòng)致動(dòng)器，該氣動(dòng)致動(dòng)器被構(gòu)造成將氣動(dòng)壓力導(dǎo)向至第一和第二氣動(dòng)輸入端口之第一壓力傳感器，該第一壓力傳感器被布置且構(gòu)造成檢測第一氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力；第二壓力傳感器，該第二壓力傳感器被布置且構(gòu)造成檢測第二氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力；控制器，該控制器與第一和第二壓力傳感器以及氣動(dòng)致動(dòng)器相通信，該控制器被構(gòu)造成基于從第一和第二壓力傳感器傳送來的數(shù)據(jù)改變氣動(dòng)致動(dòng)器的致動(dòng)定時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外科手術(shù)系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成追蹤第一和第二氣動(dòng)輸入端口處的壓力高于一壓力閾值的時(shí)間量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外科手術(shù)系統(tǒng)，其中該壓力閾值對應(yīng)于致動(dòng)玻璃體切割器上的切割機(jī)構(gòu)所需的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外科手術(shù)系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成將追蹤得到的時(shí)間量與對應(yīng)于所需工作循環(huán)的所需時(shí)間長度比較。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外科手術(shù)系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成當(dāng)時(shí)間量小于壓力閾值的時(shí)間長度時(shí)增加氣動(dòng)致動(dòng)器將氣動(dòng)壓力引導(dǎo)至第一氣動(dòng)輸入端口的時(shí)間量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外科手術(shù)系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成當(dāng)時(shí)間量大于壓力閾值的時(shí)間長度時(shí)減少氣動(dòng)致動(dòng)器將氣動(dòng)壓力引導(dǎo)至第一氣動(dòng)輸入端口的時(shí)間量。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外科手術(shù)系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成通過平均在多個(gè)循環(huán)上測得的時(shí)間來確定第一和第二氣動(dòng)輸入端口處的壓力高于該壓力閾值的時(shí)間量。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外科手術(shù)系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成通過調(diào)節(jié)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的用于致動(dòng)器的設(shè)置來改變致動(dòng)定時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的外科手術(shù)系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成當(dāng)?shù)谝缓偷诙鈩?dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力小于閾值壓力的水平時(shí)觸發(fā)故障狀態(tài)。
10.一種使用氣動(dòng)致動(dòng)器的反饋控制來控制外科手術(shù)系統(tǒng)的方法，包括選擇性地將氣動(dòng)壓力弓I導(dǎo)至玻璃體切割器上的第一和第二氣動(dòng)輸入端口之一；使用第一壓力傳感器來檢測第一氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力；使用第二壓力傳感器來檢測第二氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力；以及基于第一和第二壓力傳感器檢測得到的實(shí)際壓力來改變氣動(dòng)致動(dòng)器的致動(dòng)定時(shí)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，包括訪問對應(yīng)于致動(dòng)玻璃體切割器上的切割機(jī)構(gòu)的所需壓力的預(yù)先存儲(chǔ)的壓力閾值；以及追蹤第一氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力處于或超過壓力閾值的實(shí)際時(shí)間長度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括將追蹤得到的實(shí)際時(shí)間長度與對應(yīng)于所需切割速率或工作循環(huán)的所需時(shí)間長度進(jìn)行比較以確定差值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，包括使用控制規(guī)則評估該差值；以及基于已確定的差值更新工作循環(huán)表，以改進(jìn)工作精確性。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在外科手術(shù)過程期間進(jìn)行檢測氣動(dòng)壓力和改變致動(dòng)定時(shí)的步驟。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括存儲(chǔ)所需的峰值壓力；以及將檢測得到的實(shí)際壓力與所需的峰值壓力進(jìn)行比較，以確定誤差或差值。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中改變氣動(dòng)致動(dòng)器的致動(dòng)定時(shí)包括當(dāng)時(shí)間長度小于所需時(shí)間長度時(shí)，增加氣動(dòng)致動(dòng)器將氣動(dòng)壓力引導(dǎo)至第一氣動(dòng)輸入端口的時(shí)間量；以及當(dāng)時(shí)間長度大于所需時(shí)間長度時(shí)，減少氣動(dòng)致動(dòng)器將氣動(dòng)壓力引導(dǎo)至第一氣動(dòng)輸入端口的時(shí)間量。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括通過平均在多個(gè)循環(huán)上測得的時(shí)間來確定第一和第二氣動(dòng)輸入端口處的壓力大于一壓力閾值的時(shí)間量。
18.一種具有氣動(dòng)致動(dòng)器的反饋控制的外科手術(shù)系統(tǒng)，包括氣動(dòng)壓力源；玻璃體切割器，該玻璃體切割器具有切割機(jī)構(gòu)、第一氣動(dòng)輸入端口以及第二氣動(dòng)輸入端口 ；氣動(dòng)致動(dòng)器，該氣動(dòng)致動(dòng)器被構(gòu)造成將氣動(dòng)壓力導(dǎo)向至第一和第二氣動(dòng)輸入端口之第一壓力傳感器，該第一壓力傳感器被布置且構(gòu)造成檢測第一氣動(dòng)輸入端口處的壓力；第二壓力傳感器，該第二壓力傳感器被布置且構(gòu)造成檢測第二氣動(dòng)輸入端口處的壓力；控制器，該控制器與第一和第二壓力傳感器以及氣動(dòng)致動(dòng)器相通信，該控制器被構(gòu)造成將基于實(shí)際測得數(shù)據(jù)的參數(shù)數(shù)據(jù)與已存儲(chǔ)的所需數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并且基于該參數(shù)數(shù)據(jù)和已存儲(chǔ)的所需數(shù)據(jù)計(jì)算差值，該控制器被構(gòu)造成改變用于特定工作循環(huán)的已存儲(chǔ)的工作參數(shù)，并且基于已改變的工作參數(shù)來產(chǎn)生控制信號，用于傳送到氣動(dòng)致動(dòng)器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的外科手術(shù)系統(tǒng)，其中該氣動(dòng)致動(dòng)器是第一氣動(dòng)致動(dòng)器和第二氣動(dòng)致動(dòng)器，該第一氣動(dòng)致動(dòng)器被構(gòu)造成將氣動(dòng)壓力導(dǎo)向至第一第二氣動(dòng)輸入端口，而第二氣動(dòng)致動(dòng)器被構(gòu)造成將氣動(dòng)壓力導(dǎo)向至第二氣動(dòng)輸入端口。
全文摘要
一種外科手術(shù)系統(tǒng)，其具有用于氣動(dòng)致動(dòng)器的反饋控制，其包括氣動(dòng)壓力源和玻璃體切割器，其具有切割機(jī)構(gòu)、第一氣動(dòng)輸入端口和第二氣動(dòng)輸入端口。被構(gòu)造成氣動(dòng)致動(dòng)器以將氣動(dòng)壓力導(dǎo)向第一和第二氣動(dòng)輸入端口中之一處。定位和被構(gòu)造成第一壓力傳感器以檢測第一氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力，而定位和被構(gòu)造成第二壓力傳感器以檢測第二氣動(dòng)輸入端口處的實(shí)際壓力?？刂破髋c第一和第二壓力傳感器以及氣動(dòng)致動(dòng)器通信。其基于從第一和第二壓力傳感器通信而得到的數(shù)據(jù)，而最終改變致動(dòng)致動(dòng)器的致動(dòng)定時(shí)。
文檔編號A61B17/00GK102917653SQ201180026137
公開日2013年2月6日 申請日期2011年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者D·阿加希 申請人:愛爾康研究有限公司