專利名稱：開-關氣動致動器的反饋控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及氣動致動器。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-關氣動致動器的反饋控制。顯微外科手術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，必須相當仔細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工作尤為困難。
背景技術：
在后段眼外科手術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、設置與中空外切割部件共軸且可移動地設置于其中的中空內(nèi)切割部件，以及在其遠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，可以以有效率的方式進行切割。當切割更敏感區(qū)域中時，諸如靠近視網(wǎng)膜的區(qū)域，可以以小心方式進行切割，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)或時間百分比而實現(xiàn)。這通過將端口打開的時間量除以單次切割循環(huán)的總時間量來確定。提供了較大的工作循環(huán)用于進行有效的切割，而提供較小的工作循環(huán)進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鍵部件的公差的改變，可以引起切割機的工作循環(huán)的不一致性。為了解決該問題，在生產(chǎn)的時間上校準當前的系統(tǒng)。該工廠校準可能是耗時和昂貴的行為。此外，這是在假設這些相同的關鍵部件隨著時間的改變將不顯著地影響性能而進行的。然而，該假設在許多情況下可能是無效的。由于隨著時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)到達所需的手術目標，潛在地導致切割器未完全打開或關閉。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，仍然需要一種改進的玻璃體探針。尤其需要一種玻璃體切除探針，其補償來自初始公差或者部件隨著時間退化的偏差。本公開內(nèi)容用于解決現(xiàn)有技術中的一個或多個缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
在根據(jù)本文原理的一個示例方面，本公開內(nèi)容涉及具有對于氣動致動器的反饋控制的外科手術系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括氣動壓力源和玻璃體切割器，該玻璃體切割器具有切割機構(gòu)、第一氣動輸入端口和第二氣動輸入端口。氣動致動器被構(gòu)造成將氣動壓力導向第一和第二氣動輸入端口中之一。第一壓力傳感器定位和被構(gòu)造成檢測第一氣動輸入端口處的實際壓力，第二壓力傳感器定位和被構(gòu)造成檢測第二氣動輸入端口處的實際壓力?？刂破髋c第一和第二壓力傳感器以及氣動致動器連通，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)而改變氣動致動器的致動定時。在另一示例方面，本公開內(nèi)容涉及一種使用用于氣動致動器的反饋控制控制外科手術系統(tǒng)的方法。該方法包括如下步驟將氣動壓力選擇性地引導至玻璃體切割器上的第一和第二氣動輸入端口中之一，使用第一壓力傳感器檢測第一氣動輸入端口處的實際壓力，以及使用第二壓力傳感器檢測第二氣動輸入端口處的實際壓力。該方法還包括基于第一和第二壓力傳感器檢測得的實際壓力而改變氣動致動器的動致動定時。在另一示例方面，本公開內(nèi)容涉及一種具有用于氣動致動器的反饋控制的外科手術系統(tǒng)。該外科手術系統(tǒng)包括氣動壓力源和玻璃體切割器，玻璃體切割器具有切割機構(gòu)、第一氣動輸入端口和第二氣動輸入端口。氣動致動器將氣動壓力導向第一和第二氣動輸入端口中之一。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致動器通信?？刂破鞅粯?gòu)造成將基于實際測得數(shù)據(jù)的參數(shù)數(shù)據(jù)與已存儲的所需數(shù)據(jù)比較，并且基于參數(shù)數(shù)據(jù)和已存儲的數(shù)據(jù)計算差值?？刂破鬟€被構(gòu)造成改變用于特定工作循環(huán)的已存儲工作參數(shù)，并且基于用于與氣動致動器通信的已改變的工作參數(shù)而產(chǎn)生控制信號。在一個不例方面，氣動致動器是第一氣動致動器和第二氣動致動器，該第一氣動致動器被構(gòu)造成將氣動壓力引導至第一氣動端口，而第二氣動致動器被構(gòu)造成將氣動壓力引導至第二氣動端口。應該理解在前的總體描述和如下詳細描述僅是示例性和說明性的，并且旨在為要求保護的本發(fā)明提供進一步的解釋。如下描述以及本發(fā)明的實現(xiàn)闡明并建議了本發(fā)明的額外優(yōu)點和目的。


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。
具體實施方式

現(xiàn)對本發(fā)明的示例性實施例做出詳細參考，各實施例的例子在附圖中示出。只要可能，相同的附圖標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)行眼外科手術的玻璃體切割器的外科手術系統(tǒng)。外科手術系統(tǒng)被設置和被構(gòu)造成使用反饋控制來檢測和補償由于各個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較寬范圍的關鍵部件公差，并且可以補償由于部件老化或者諸如溫度的不利環(huán)境效應引起的改變或變化。使用反饋控制，該系統(tǒng)被設置和構(gòu)造成識別工作參數(shù)在可接受范圍之外的時間，并且使用控制規(guī)則以修改工作參數(shù)，而將其設置回可接受范圍內(nèi)。這導致了更穩(wěn)定的切割器工作和由此導致更可預測的手術，同時可能地延長特定部件的壽命，而使得患者的費用更低。圖I示出了根據(jù)示例實施例的以100總體所示的玻璃體切除外科手術器械。該器械100包括底部外殼102和相關的顯示屏104，其示出了在玻璃體切除外科手術期間的系統(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償由于公差、部件磨損或其它因素引起的機械不一致性造成的工作中的變化。圖2是根據(jù)一個示例實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、氣動壓力源202、方向可調(diào)節(jié)的開-關氣動致動器204、壓力傳感器206、208、消聲器210和控制器216。如圖中可見，各個部件沿著表示流動路徑或流動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的氣動驅(qū)動切割器。玻璃體切割器通過接收交替地通過第一和第二端口 212、214的氣動壓力來工作。圖3示出了由附圖標記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和往復式氣體驅(qū)動活塞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空氣端口 212、214 (如圖2中所示)以及一個抽吸端口 310。示例性切割器112通過移動內(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)管往復運動以打開和關閉組織接收端口，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，由此相對于外切割管300移動內(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中更詳細地描述一種示例切割器的工作，所述文獻在此引入作為參考。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，具有由交替的氣動壓力驅(qū)動的往復動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被設計以提供每分鐘5，000次切割，但是可以預期更高和更低的切割速率。參考圖2，在所示的實施例中，玻璃體切割器系統(tǒng)的開-關氣動致動器204是標準的四路開-關閥。正如公知的，氣動致動器具有螺線管，其工作以將致動器移動至圖2的示例中所示的兩個開-關位置中之一。本文中，氣動致動器204處于一位置用于將氣動壓力提供至第一端口 212，以及從第二端口 214排出氣動壓力。在該位置處，氣動壓力可以從壓力源202傳遞通過開-關氣動致動器204到達第一端口 212，其中氣動壓力向玻璃體切割器提供氣動動力。同時，第二端口 214處的氣動壓力可以通過開-關氣動致動器204到達消聲器210，在那里將氣動壓力排出至大氣。在另一位置，開-關氣動致動器204允許將氣動壓力從壓力源202傳遞至第二端口 214，在那里氣動壓力將氣動動力提供至玻璃體切割器112。同時，第一端口 212處的氣動壓力可以通過開-關氣動致動器204而排出至消音器210，在那里將其排出至大氣。開-關氣動致動器被構(gòu)造成如下進一步所述地從控制器216接收工作信號。在工作中，將氣動壓力從源202而交替地引導至第一和第二端口 212、214以使得玻璃體切割器112工作。開-關氣動致動器204在其兩個位置之間非常快速地交替，以將氣動壓力交替地提供至第一和第二端口 212、214。盡管示出具有單個氣動致動器204，但是其它實施例包括兩個氣動致動器，其中一個與兩個端口 212、214的一個相連。這些實施例以類似于所述方式工作，其中致動器被構(gòu)造成從控制器216獨立地接收工作信號。壓力傳感器206、208工作以檢測第一和第二端口 212、214處的氣動壓力水平。這些壓力傳感器206、208可以是標準的壓力傳感器，其能夠檢測壓縮氣動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。它可以包括存儲器和可以執(zhí)行存儲在存儲器中的程序的處理器。在一些實施例中，存儲器存儲用于玻璃體切割器112的特定工作循環(huán)或切割速率的最小閾值壓力、特定所需的時間長度和所需的峰值壓力，以及其它參數(shù)。在一些實施例中，控制器216被構(gòu)造成提供定時功能，其追蹤測得的壓力高于存儲的閾值壓力的時間量?？刂破?16與開-關氣動致動器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致動器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，在氣動端口 212、214的實際壓力(PO，pi)超過最小壓力閾值(PO，Pl)持續(xù)所需時間長度(T0，Tl)，該所需時間長度對應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進行描述。
在工作中，壓力傳感器206測量第一端口 212處的實際壓力(pi)。為了在一個方向上致動圖3中的氣動活塞314以閉合組織接收端口，實際壓力(pi)必須達到或超過圖4中所示的最小閾值壓力(P1)。如果未達到或沒有超過最小閾值壓力(Pl)，氣動活塞304可能不會移動足夠遠以完全閉合圖3的切割器中的外切割管300中的組織接收端口。此外，通過控制實際壓力(Pl)處于或超過最小閾值壓力(Pl)的時間長度，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處的實際壓力(PO)。為了在圖3中以相反的方向上致動氣動活塞304以打開組織接收端口，實際壓力(PO)必須達到或超過最小閾值壓力(PO)。因此沒有達到最小閾值壓力(PO)可能導致圖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，實際壓力(PO)應當達到或超過最小閾值壓力(PO)持續(xù)所需時間長度(TO )，所需時間長度對應于所需的切割速率或工作循環(huán)。在常規(guī)系統(tǒng)中，致動器特征由于初始公差或劣化以及隨著時間磨損而引起的改變可能潛在地降低致動器的性能或者甚至防止致動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際壓力(PO，pi)高于各最小壓力閾值(P0，P1)的實際時間(to，ti)來補償部件公差和變化。通過比較實際時間(to，tl)和所需時間(T0，Tl)，控制器216可以計算可使用的差別或差值，以修改發(fā)送至開-關氣動致動器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當對發(fā)送至開-關氣動致動器204的信號進行調(diào)整的控制規(guī)則而進行。參考下文的產(chǎn)生和使用用于氣動式開-關氣動致動器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從設置特定的切割速率和/或工作循環(huán)的健康護理提供者接受輸入。這可以使用器械100上的輸入裝置而進行,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、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，使用缺省或預先編程的值而將設置預先存儲在系統(tǒng)中。隨后系統(tǒng)初始化并且以該特定設置工作，并且控制開-關氣動致動器204以氣動地致動切割器112。基于輸入或預先存儲的數(shù)據(jù)，控制器216存儲表示必須在每個端口達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，在其它實施例中，使用其它壓力傳感器結(jié)構(gòu)，其在一些實施例中僅包括單個壓力傳感器?；氐奖疚乃_的示例，當壓差傳感器502在第一和第二端口 212、214處檢測得實際氣動壓力(PO、pi)時，反饋控制開始。壓差傳感器502可以與器械100上的氣動流動線路物理相連，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，或者可以設置在兩者之間。在一些實施例中，ADC504還以下列方式被構(gòu)造成追蹤測得的壓力(p0，pi)到達或超過預先存儲的最小壓力閾值(PO，PI)的實際時間長度(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，實際時間長度(to, tl)指示組織接收端口完全打開或完全閉合的實際時間長度。實際時間長度(to，tl)可以用于單個切割循環(huán)，或者可以在多個切割循環(huán)上被平均。隨后，ADC504輸出實際時間長度(t0，tl)。在一些實施例中，控制器216代替ADC504來追蹤時間。在圖5中，然后數(shù)字信號由數(shù)字過濾器506以本技術領域公知的方式過濾，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)造成探測關于組織接收端口被完全打開的時間或組織接收端口完全關閉的時間的時間長度誤差或差值(eO，el)。這是基于對于所選切割速率和/或工作循環(huán)而與所需時間長度(T0，Tl)相比的實際時間長度(t0，tl)。這些可以在多個循環(huán)上進行平均。下文示出了用于確定差值(e0，el)的一個示例方法。在一個示例中，求和模塊使用簡單的求和計算來確定差值(e0，el)。如下提供了這些的示例e0=t0-T0=實際時間-所需時間；以及el=tl-Tl=實際時間-所需時間。差值e0表示一個致動器位置處的差值。例如，致動器位置可以是提供氣動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表示相對的致動器位置處的差值。例如，相對的致動器位置是提供氣動壓力以閉合玻璃體切割器112上的組織接收端口的位置。在一些實施例上，差值基于在多個循環(huán)上得到的平均值。在一些實施例中，求和模塊508計算E，表示兩個位置處的兩個差值之間的不對稱性?？梢允褂孟铝泄竭M行。E=el-e0?；谟嬎愕玫牟钪?e0，el)，控制器216使用控制規(guī)則510，以確定是否應當對用于控制氣動致動器204的工作循環(huán)數(shù)據(jù)進行改變。參考圖6解釋了本文由附圖標記600所示的一個示例性控制規(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)正確地運作，因為實際壓力(PO，Pl)處于或高于最小壓力閾值(PO，Pl)的實際時間長度(to，tl)等于或大于所需時間長度(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致動器204增加將氣動壓力引導至端口 214的時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)的定時信號所使用的已存儲工作數(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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動致動器204增加將氣動壓力引導至端口 212的時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確定致動器打開的時間量是否應當增加或減少。在一些實施例中，不對稱性E表示增加量或減少量。在一些實施例中，計算得的差值(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)進入故障狀態(tài)，因為工作循環(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，由此導致了幅值不足以達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)在當前工作參數(shù)下可以維持的切割速率。當進入故障狀態(tài)時，系統(tǒng)可以使用聽覺、視覺或觸覺信號提醒健康護理提供者系統(tǒng)未處于工作狀態(tài)。在一個不例實施例中，在激活故障狀態(tài)之前，系統(tǒng)Iio可以控制氣動壓力源202以增加源壓力。在該實施例中，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到所需的工作循環(huán)?？梢愿鶕?jù)用戶指令手動地或者自動地改變切割速率?？刂埔?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)以更新已存儲的工作循環(huán)控制數(shù)據(jù)512以將所需時間(T0，Tl)更接近地調(diào)整至實際壓力(p0，pi)大于最小閾值壓力(PO，Pl)的實際時間(t0，tl)。在一些示例中，這是通過更新存儲在控制器存儲器中的表而實現(xiàn)的，該表追蹤所需時間并且將所需時間與所需切割速率或工作循環(huán)相關聯(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致動器204。本文中，由于氣動致動器可以改變類型和所使用的數(shù)量，氣動致動器由氣動歧管516。隨后，該方法可以重復以連續(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的實際時間。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中的備選實施例類似于如上在圖5中所述的。僅詳細描述了區(qū)別?？刂苹芈?00以類似于上述的方式工作，其中系統(tǒng)從設定特定切割速率和/或工作循環(huán)的健康護理提供者接收輸入?；谳斎牖蝾A先存儲的數(shù)據(jù)，控制器216存儲表示在每個端口必須達到的峰值壓力(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到對應于所需工作循環(huán)或切割速率的時間長度。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。在該實施例中，ADC識別實際檢測得的峰值壓力(pk0，pkl)。這些是由壓力傳感器206、208對于各個端口 212、214識別的最大壓力。隨后，由數(shù)字濾波器706以本領域已知的方式對數(shù)字信號進行濾波，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算確定差值(e0，el)。這些如下所提供e0=pk0-PK0=(實際峰值壓力)_ (所需峰值壓力)；以及el=pkl-PKl=(實際峰值壓力)_ (所需峰值壓力)。此外，差值eO、el各代表不同致動器位置的差值。這些致動器位置可以是提供氣動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算在兩個位置的兩個差值之間的不對稱性E。E=el_eO?；谟嬎愕玫牟钪?e0，el)，控制器216使用控制規(guī)則710確定是否應當對用于控制致動致動器204的工作循環(huán)數(shù)據(jù)進行改變。在該實施例中，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-關氣動致動器204的氣動歧管716。隨后，該方法可以重復以連續(xù)地探測和校正可能發(fā)生的所需值的偏差。可以使用該反饋控制以減少系統(tǒng)對各個部件公差、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鍵部件公差，并且繼續(xù)補償由于部件老化或者不利環(huán)境效應諸如溫度而產(chǎn)生的改變。本發(fā)明的其它實施例對于考慮了說明書并實現(xiàn)了本發(fā)明公開的本領域技術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利要求指示。
1權利要求
1.一種具有氣動致動器的反饋控制的外科手術系統(tǒng)，包括氣動壓力源；玻璃體切割器，該玻璃體切割器具有切割機構(gòu)、第一氣動輸入端口以及第二氣動輸入端口 ；氣動致動器，該氣動致動器被構(gòu)造成將氣動壓力導向至第一和第二氣動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)造成檢測第一氣動輸入端口處的實際壓力；第二壓力傳感器，該第二壓力傳感器被布置且構(gòu)造成檢測第二氣動輸入端口處的實際壓力；控制器，該控制器與第一和第二壓力傳感器以及氣動致動器相通信，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)改變氣動致動器的致動定時。
2.根據(jù)權利要求I所述的外科手術系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成追蹤第一和第二氣動輸入端口處的壓力高于一壓力閾值的時間量。
3.根據(jù)權利要求2所述的外科手術系統(tǒng)，其中該壓力閾值對應于致動玻璃體切割器上的切割機構(gòu)所需的壓力。
4.根據(jù)權利要求2所述的外科手術系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成將追蹤得到的時間量與對應于所需工作循環(huán)的所需時間長度比較。
5.根據(jù)權利要求4所述的外科手術系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成當時間量小于壓力閾值的時間長度時增加氣動致動器將氣動壓力引導至第一氣動輸入端口的時間量。
6.根據(jù)權利要求4所述的外科手術系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成當時間量大于壓力閾值的時間長度時減少氣動致動器將氣動壓力引導至第一氣動輸入端口的時間量。
7.根據(jù)權利要求I所述的外科手術系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成通過平均在多個循環(huán)上測得的時間來確定第一和第二氣動輸入端口處的壓力高于該壓力閾值的時間量。
8.根據(jù)權利要求I所述的外科手術系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成通過調(diào)節(jié)存儲在存儲器中的用于致動器的設置來改變致動定時。
9.根據(jù)權利要求I所述的外科手術系統(tǒng)，其中該控制器被構(gòu)造成當?shù)谝缓偷诙鈩虞斎攵丝谔幍膶嶋H壓力小于閾值壓力的水平時觸發(fā)故障狀態(tài)。
10.一種使用氣動致動器的反饋控制來控制外科手術系統(tǒng)的方法，包括選擇性地將氣動壓力弓I導至玻璃體切割器上的第一和第二氣動輸入端口之一；使用第一壓力傳感器來檢測第一氣動輸入端口處的實際壓力；使用第二壓力傳感器來檢測第二氣動輸入端口處的實際壓力；以及基于第一和第二壓力傳感器檢測得到的實際壓力來改變氣動致動器的致動定時。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，包括訪問對應于致動玻璃體切割器上的切割機構(gòu)的所需壓力的預先存儲的壓力閾值；以及追蹤第一氣動輸入端口處的實際壓力處于或超過壓力閾值的實際時間長度。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，包括將追蹤得到的實際時間長度與對應于所需切割速率或工作循環(huán)的所需時間長度進行比較以確定差值。
13.根據(jù)權利要求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，以改進工作精確性。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中在外科手術過程期間進行檢測氣動壓力和改變致動定時的步驟。
15.如權利要求10所述的方法，還包括存儲所需的峰值壓力；以及將檢測得到的實際壓力與所需的峰值壓力進行比較，以確定誤差或差值。
16.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中改變氣動致動器的致動定時包括當時間長度小于所需時間長度時，增加氣動致動器將氣動壓力引導至第一氣動輸入端口的時間量；以及當時間長度大于所需時間長度時，減少氣動致動器將氣動壓力引導至第一氣動輸入端口的時間量。
17.根據(jù)權利要求11所述的方法，還包括通過平均在多個循環(huán)上測得的時間來確定第一和第二氣動輸入端口處的壓力大于一壓力閾值的時間量。
18.一種具有氣動致動器的反饋控制的外科手術系統(tǒng)，包括氣動壓力源；玻璃體切割器，該玻璃體切割器具有切割機構(gòu)、第一氣動輸入端口以及第二氣動輸入端口 ；氣動致動器，該氣動致動器被構(gòu)造成將氣動壓力導向至第一和第二氣動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致動器相通信，該控制器被構(gòu)造成將基于實際測得數(shù)據(jù)的參數(shù)數(shù)據(jù)與已存儲的所需數(shù)據(jù)進行比較，并且基于該參數(shù)數(shù)據(jù)和已存儲的所需數(shù)據(jù)計算差值，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，用于傳送到氣動致動器。
19.根據(jù)權利要求18所述的外科手術系統(tǒng)，其中該氣動致動器是第一氣動致動器和第二氣動致動器，該第一氣動致動器被構(gòu)造成將氣動壓力導向至第一第二氣動輸入端口，而第二氣動致動器被構(gòu)造成將氣動壓力導向至第二氣動輸入端口。
全文摘要
一種外科手術系統(tǒng)，其具有用于氣動致動器的反饋控制，其包括氣動壓力源和玻璃體切割器，其具有切割機構(gòu)、第一氣動輸入端口和第二氣動輸入端口。被構(gòu)造成氣動致動器以將氣動壓力導向第一和第二氣動輸入端口中之一處。定位和被構(gòu)造成第一壓力傳感器以檢測第一氣動輸入端口處的實際壓力，而定位和被構(gòu)造成第二壓力傳感器以檢測第二氣動輸入端口處的實際壓力?？刂破髋c第一和第二壓力傳感器以及氣動致動器通信。其基于從第一和第二壓力傳感器通信而得到的數(shù)據(jù)，而最終改變致動致動器的致動定時。
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