智能眼科超聲乳化儀的製作方法

2023-10-11 18:51:54 1

專利名稱：智能眼科超聲乳化儀的製作方法
技術領域：
本發明是一種用於眼科白內障治療的超聲手術儀器，涉及一種智能化眼科超聲乳化設備。
背景技術：
我國白內障病例逐年增長，該疾病不僅給患者造成心理上的痛苦，同時成為社會的嚴重負 擔。到目前為止，超聲乳化聯合人工晶體植入術是治療白內障最為有效的治療手段。
白內障超聲乳化技術是利用超聲振動產生的機械加速度、聲微流及空化的共同作用使白 內障硬核組織破碎，將其乳化，並通過負壓吸除的手術方法。該技術是人工晶體植入術中的 一種先進技術，其優點是手術切口小、癒合時間短，術後視功能恢復快和角膜散光小，同時 明顯降低了併發症的發生率。
隨著白內障超聲乳化術的逐步推廣和人工晶體植入術的廣泛開展，超聲乳化設備已在各
大醫院得到普及。但現有的超聲乳化儀存在以下缺點首先，在手術過程中，需要醫生通過 顯微鏡對內核硬度及其乳化過程和狀態進行判定和監測，增大了醫生的工作強度，影響手術 效果和手術質量；其次，當內核吸除後，眼球內部的高負壓使得球體產生凹癟現象，可能引 起後囊撕裂等醫療事故；再次，醫生必須通過改變腳閘的角度來控制超聲能量的輸出，操作 不方便。

發明內容
本發明的目的是解決現有超聲乳化技術中的不足，提供-種智能眼科白內障超聲乳化儀。 具體地說採用圖像採集和識別系統輔助白內障手術過程，降低醫生的工作強度；採用患部狀 態識別系統，確定內核硬核硬度和乳化情況；釆用負壓流量控制系統，避免前房湧動；採用
能量控制系統，自動控制超聲波能量的輸出a
本發明是通過以下技術方案實現的，包括超聲乳化儀主機、超聲乳化手柄、圖像採集 及識別系統、和腳閘。所述的超聲乳化手術儀主機由信號發生器、過程和患部狀態識別系統、 負壓流量控制系統、能量控制系統和觸摸/顯示設備組成。所述的超聲乳化手柄末端帶電源， 其內部連接一變幅杆，變幅杆前端連接中空超聲乳化針頭，手柄內置換能器，注吸管道從手 柄內通過，乳化針頭外裝矽膠套管；所述的超聲乳化手柄上設有三個按鍵，分別為光學識別 按鍵、負載識別按鍵和能量控制按鍵。所述的超聲乳化針頭為鈦合金，由不同斜面組成，可 拆卸，乳化的晶體碎片從中空管道被吸出。
本發明所述的智能眼科超聲乳化儀與普通的超聲乳化儀相比有其突出的特點，即"兩個識 別、兩個控制"，下面對其進行簡要說明-
(l)採用圖像採集和識別系統，將術中所採集到的光學圖像信息送至識別系統，與術前圖 象對比，監視手術過程情況，輔助醫生進行乳化手術。在術前，建立一個白內障圖像專家庫， 根據白內障內核硬度分級標準，對專家庫內每個白內障病例晶狀體核作--個硬度等級判定， 對同等硬度級別的白內障圖像採取模式識別算法進行圖像特徵提取。這個專家庫的病例基數 越大，通過手術圖像進行白內障硬度特徵提取的準確度越高。
手術時，實時採集眼球手術圖像，根據模式匹配算法對當前白內障圖像進行圖像處理， 判斷手術中白內障內核的硬度等級，考慮到乳化超聲僅對乳化針頭附近較小區域有效，因此 圖像識別系統主要判別乳化針頭接觸部位的白內障內核硬度，同時針頭在眼球的圖像中特徵 明顯，識別系統根據針頭的位置僅對針頭周圍小區域圖像進行模式識別，這樣可以極大地降 低識別系統圖像處理的運算量，提高識別系統的實時性。
另外，可以考慮根據患者年齡段、病因類別、性別等因素建立不同種類的專家庫，有效 提高白內障內核硬度等級識別的準確性。
(2)採用患部狀態識別系統，利用光學和超聲信號，判斷白內障硬核組織的硬度、乳化狀 態，將其信息反饋至計算機中，以便實時控制施加的乳化超聲能量。
超聲手柄患部狀態識別系統的主要機理是不同組織對超聲信號的阻抗差異很明顯，對於 正常的白內障組織乳化效果明顯，對於非白內障組織，乳化效應很弱，體現出超聲乳化的選 擇性；另外，相同功率的超聲條件下，硬度不同的白內障組織表現的阻抗也有較大差別，根 據阻抗數值的具體水平，可以判斷當前白內障內核組織的硬度級別，採取適合的超聲功率實
3現乳化。
兩種識別系統結合起來，對白內障內核的硬度級別進行判定，結果更為可靠。 (3)採用負壓流量控制系統，當手術中眼球內白內障硬核組織乳化後產生的碎片堵塞抽吸 管道，負壓升高吸除該組織碎片後，負壓控制系統通過一洩壓口將負壓瞬間歸零，防止因極 低流量高負壓致使前房被抽吸造成塌陷的現象。
白內障手術中，除了超聲作用外最重要的兩項指標是吸引負壓跟灌注流量，吸引負壓用 於將乳化後的白內障組織碎片抽吸出管道，灌注流量用於維持眼內壓力平衡，整個手術過程 中，維持灌注量和抽吸量的平衡是智能眼科乳化儀負壓流量控制系統的核心目的。
(4)採用能量控制系統，根據光學識別和患部狀態系統所確定的白內障硬核組織級別、位 置和狀態自動調節乳化超聲波能量的輸出大小和模式，有效地進行實時手術，保護眼內其它 組織不受損害。
傳統的白內障乳化手術採用連續超聲對白內障內核進行乳化，手術時間長、眼內超聲能 量積累效應對周圍組織會造成一定灼傷，同時超聲手柄連續工作容易發熱；為避免上述缺陷， 對乳化超聲釋放模式進行改進，採取脈衝式超聲進行乳化，在脈衝的間歇期超聲換能器得到 充分冷卻，提升超聲換能器的長時間工作性能，得到質量良好的功率超聲信號，獲得更好的 超聲乳化效果。實際測試中，乳化超聲輸出信號在脈衝釋放期間，信號質量維持在很高的水 平。同時，脈衝式的超聲信號的間歇性釋放有助於減小眼內手術中對正常組織的損傷，
結合臨床使用實例，根據白內障內核的硬度級別，智能眼科乳化儀手術中正常情形下乳 化的功率超聲能量採取比較低的數值，以儘量降低眼內損傷，同時又可以保證手術效果。若 功率不足，乳化未能完成，醫生通過控制腳閘深度補償超聲能量，以完成乳化操作，極大地 緩解醫生的工作強度，保證手術的安全高效。


圖l是本發明整機的工作原理示意圖 圖2是本發明負壓流量控制系統結構示意圖 圖3是本發明超聲乳化手柄結構示意圖 圖4是連續超聲加強爆破模式流程圖
具體實施例方式
下面結合附圖所示實例對本發明作詳細說明。
如圖1所示，為本發明的整機工作原理示意圖。本系統由手術主機l、超聲乳化手柄2、圖 像採集系統3、光學識別系統4和腳閘5組成。所述的手術主機包括信號發生器9、計算機l、負 壓流量控制系統7、患部狀態識別系統8和能量控制系統10組成。在進行手術時，光源照在眼 球組織上，由圖像採集系統3將手術視野內圖像信息採集下來，送至光學識別系統4中，與手 術前圖像相對照，監視手術過程並與超聲信號一起判斷白內障硬核組織的硬度和乳化情況(患 部狀態識別系統8)，並將信息反饋至計算機l中，從而控制信號發生器9和能量控制系統10輸 出適當能量的乳化超聲，並在觸摸/顯示器ll上將其輸出數據顯示出來。若所輸出超聲能量功 率過低無法乳化當前針頭接觸部位的內核，則改變腳閘5的角度補償超聲功率，實現完全乳化。
如圖2所示，為本發明負壓流量控制系統的結構示意圖。在此方案中，平衡鹽水裝置12 接至電磁閥13，電磁閥13控制進入眼球6中平衡鹽水的流量，同時眼球6經一泵系統14將多餘 的平衡鹽水送至廢液盒中進行排出，以維持手術中正常的眼壓。
在此過程中，中央處理系統對負壓流量系統進行實時監控，正常情況下，灌注的平衡鹽 水會通過管道被排出，乳化的組織碎片也會隨著鹽水排出，整個管道系統通暢無阻塞，灌注 流量維持在穩定的水平，負壓會維持在較低水平，手術操作中前房內灌注量與抽吸量平衡， 前房穩定； 一旦負壓異常增大，說明手術中乳化的組織碎片在抽吸管道系統中形成比較大的 堵塞，如果碎片體積較大，管道堵塞就會很強，甭系統會加強抽吸，抽吸管道內會維持較大 的負壓，將堵塞管道的組織碎片抽出管道，當碎片被抽出管道的瞬間，抽吸管道恢復通暢， 管道內負壓值會很快有較大的跌落，此時中央處理系統會打開與抽吸管道連通的洩壓閥，抽 吸管道與大氣相通，抽吸管道瞬間負壓歸零，避免眼球被抽吸乾癟。負壓歸零後，洩壓閥立 刻關閉，系統重新恢復正常工作，從而確保手術安全性，特別對於還不是十分熟練的醫生來 說，該技術更具有重大意義。如圖3所示，為本發明超聲手柄結構示意圖。在手術中，將電源導線20接通電源後，超聲 手柄17內的功率超聲信號源產生超聲波信號驅動換能器，將電能轉化成高速微小振幅的機械 能，經傳遞杆傳遞後，再由變幅杆放大耦合後將超聲波能量經針頭接口16所接的治療針頭輸 出，從而對眼球內白內障硬核組織進行乳化。在乳化過程中，首先通過灌注接口18將液體注 入眼內，防止抽吸過程中因眼內組織的壓力發生變化引起眼球變形；其次，通過抽吸接口19 將破碎、乳化後的組織吸出體外。手術過程中可通過光學識別按鍵21控制系統對白內障硬核 組織進行光學識別，也通過負載識別按鍵22的斷開與閉合檢測超聲乳化針頭與硬核組織的接 觸情況，同時可通過能量控制按鍵23控制超聲波能量的輸出大小。
如圖4所示，為本發明的連續超聲加強爆破模式流程圖。在連續超聲加強爆破模式條件下， 通過串口中斷接收硬度級別數據，確定輸出的最低超聲功率(即連續超聲功率)，並檢査眼球 內負壓是否達到系統所允許的極大值(可自由設定)。如果負壓已達到極大負壓，則說明硬核 組織未能乳化，系統為堵塞狀態，此時自動進入功率爆破模式。若無法完成爆破，則可通過 改變腳閘的角度補償超聲爆破功率，完成爆破功能，進而實現內核尤其是硬核的完全乳化。
在爆破模式超聲乳化中，可以乳化4 5級硬核，每秒鐘1 50次的爆破乳化頻率，可以按 照醫生要求自行設置釋放時間與參數，減少對其它組織的損傷，術後癒合吋間短。
權利要求
1.一種智能眼科超聲乳化儀，包括手術儀主機、超聲乳化手柄、圖像採集系統和腳閘。所述的手術儀主機由信號發生器、過程和患部狀態識別系統、負壓流量控制系統、能量控制系統和觸摸/顯示設備組成。所述的超聲乳化手柄末端帶電源，其內部連接一變幅杆，變幅杆前端連接超聲乳化針頭，內置換能器，注吸管道從手柄內通過，外裝矽膠套管；所述的超聲乳化手柄上設有三個按鍵，分別為光學識別按鍵、負載識別按鍵和能量控制按鍵。所述的超聲乳化針頭為鈦合金，由不同斜面組成，可拆卸，乳化的晶體碎片從中空管道被吸出。
2. 如權利要求l所述的智能眼科超聲乳化儀，其特徵是採用圖像採集和識別系統。此系統包括 眼科手術用電子顯微鏡、圖像採集卡和專用圖像處理微機。
3. 如權利要求l所述的智能眼科超聲乳化儀，其特徵是採用患部狀態識別系統，包括帶有識別 按鍵的專用手柄，用於手柄超聲信號採集和分析處理的硬體軟體模塊。
4. 如權利要求1所述的智能眼科超聲乳化儀，其特徵是採用負壓流量控制系統。該系統包含灌 注用平衡液、灌注電磁閥、灌注管道、抽吸用蠕動泵、抽吸管道、用於洩壓控制的洩壓閥、 負壓傳感器。
5. 如權利要求1所述的智能眼科超聲乳化儀，其特徵是採用能量控制系統。該系統包含超聲信號發生器、乳化超聲輸出模式、控制超聲輸出功率的腳閘。
全文摘要
一種智能眼科超聲乳化儀，包括手術儀主機、超聲手柄、圖像採集系統和腳閘。所述的手術儀主機由信號發生器、過程和患部狀態識別系統、負壓流量控制系統、能量控制系統和觸摸/顯示設備組成。所述的超聲手柄上設有三個按鍵，分別為光學識別按鍵、負載識別按鍵和能量控制按鍵，可實現超聲乳化儀的智能化操作，降低醫生的工作強度。
文檔編號A61F9/007GK101632610SQ200910162170
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月6日 優先權日2009年8月6日
發明者史文勇, 周兆英, 張毓笠, 羅曉寧 申請人:張毓笠;周兆英;史文勇