非侵入式連續平面感測系統和方法

2023-06-01 15:56:56

專利名稱：非侵入式連續平面感測系統和方法
技術領域：
本發明涉及手術系統和方法。更特別地，本發明涉及一種感測眼
科手術系統中使用的手術換片盒(surgical cassette)中的流體平面(fluid level)的系統。
背景技術：
人眼可能遭受許多使人從視力輕度衰退變成完全失明的疾病。雖 然隱形眼鏡和眼鏡可以彌補一些疾病，但是對其它疾病來說需要的是 眼科手術。 一般地，眼科手術^L分為後段過程，例如玻璃體視網膜手術， 和前段過程，例如白內障手術。近年來，已經發展出前段和後段過程 的組合。
用於眼科手術的手術器械可能專用於前段過程或後段過程，或兩 者都支持。在任何情況下，手術器械往往都要求使用相關的耗材，諸 如手術換片盒、流體袋、管子、機頭尖端及其它耗材。
依賴於過程和手術器械，手術換片盒可以提供各種功能。例如， 用於白內障手術(例如，超聲乳化過程)的手術換片盒幫助管理進入 手術部分的灌注流和離開手術部分的抽吸流。手術換片盒還可以給流 體袋、用於向手術器械導引真空/壓力的歧管及其它功能以支持。
領'j量手術換片盒的注入倉(infusion chamber )7灌注倉(irrigation chamber)和抽吸倉(aspiration chamber)的流體平面，以確定用於 過程的剩餘流體量和流體流動特徵。上述的倉流體平面感測方法要求 將流體染色或使用標記該流體與空氣界面的浮標。然而，向流體添加 顏料是不受歡迎的，原因在於它向進入人眼的流體添加了附加的化學 物質。使用浮標也是不受歡迎的，原因在於浮標可以粘到倉中，並且 對倉的方向敏感。因此，需要一種非侵入式連續平面感測方法和系統，該方法和系統可以減少或除去與現有技術平面感測系統和方法相關的 問題。

發明內容
本發明的連續非侵入式平面感測系統和方法的實施例滿足這些及 其它需要。本發明的實施例提供了一種用於感測手術倉中的流體平面 的裝置和方法。本發明的一個實施例包括一種手術系統，該手術系統 包括手術換片盒和手術控制臺，其中，該手術換片盒至少部分地由限 定倉的換片盒材料形成且包括第一壁和第二壁，該手術控制臺包括接 受手術換片盒的換片盒承受器。該手術控制臺還可以包括多個垂直放 置的光源，以向手術換片盒的第一壁投射光，其中，該多個光源中的 每一個都被放置為沿著相應的傳輸路徑投射相應的光線，該傳輸路徑 相對於倉表面具有一入射角，這樣，如果換片盒材料/第一流體(如，
空氣)界面橫穿(intersect)該相應的傳輸路徑，則至少該相應的光線的 大部分都被反射，而如果換片盒材料/第二流體(如，BSS)界面橫穿 該相應的傳輸路徑，則該相應的光線的大部分不被反射。另外，該手 術控制臺可以包括一傳感器陣列，該傳感器陣列具有多個垂直放置部 分，以通過手術換片盒的第二壁接收光和產生指示該垂直放置部分中 的每一個的光照量的輸出。
本發明的另一個實施例包括一種具有線狀光陣列和線狀傳感器陣 列的系統。該線狀光陣列可以包括沿著第一傳輸路徑將第一光束投射 到第一換片盒壁裡的第一光源，其中，該第一傳輸路徑相對於倉表面 具有一入射角，這樣，如果換片盒材料/第一流體界面橫穿該第一傳輸 路徑，則至少該第一光束的大部分都被反射；和，沿著與該第一光源 垂直的軸設置的第二光源，該第二光源沿著第二傳輸路徑將第二光束 投射到第一換片盒壁裡，其中，該第二輸路徑相對於倉表面具有一入 射角，這樣，如果換片盒材料/第二流體界面橫穿該第二傳輸路徑，則 即使並非該第二光束的全部也至少是該第二光束的大部分都被反射。 該線狀傳感器陣列可以包括第一部分和第二部分，其中，該第一部分被放置為接收該第一光束，該第二部分被放置為接收該第二光束且產 生用於指示是否照亮該第一和第二部分中的每一個的輸出信號。
本發明的另一個實施例包括一種確定手術換片盒中的流體平面的
方法，該方法包括沿著平行的、垂直設置的傳輸路徑將多個光束髮 射到手術換片盒的壁裡；檢測線狀傳感器陣列的各個垂直設置的部分 的照度的量，其中該線狀傳感器陣列被放置為接收該多個光束；和基 於該線狀傳感器陣列的各個垂直設置的部分的照度，確定流體平面。
本發明的另一個實施例包括一種具有手術換片盒的系統，該手術 換片盒至少部分地由限定倉的換片盒材料形成且包括第一壁和第二 壁。該系統還可以包括一手術控制臺，該手術控制臺包括容納該手術 換片盒、光源和傳感器的換片盒承受器。該光源可以沿著傳輸路徑將 光線投射到該手術換片盒的第一壁裡。這樣放置該光源，使得如果換 片盒材料/第一流體界面橫穿該傳輸路徑，則至少該光線的大部分都被
反射，而如果換片盒材料/第二流體界面橫穿該傳輸路徑，則該光線的 大部分不被反射。
這樣放置該傳感器，使得通過該手術換片盒的該第二壁來接收光， 並產生指示該傳感器的照度的輸出。
本發明的另一個實施例包括一種瑜定手術換片盒中存在流體的方 法，包括步驟以入射角向手術換片盒的壁發射光束以使光束的大部 分在換片盒材料/第 一流體界面處被反射並且使光束的大部分在換片 盒材料/第二流體界面處不被反射；以及使用傳感器的輸出來確定換片
盒倉中的特定平面處存在還是不存在液體。依賴於該換片盒的結構， 光可能例如，在換片盒材料/液體界面處而不是在換片盒材料/空氣界 面處被反射。
本發明的實施例的一個優點是光源和線狀傳感器陣列不與手術流 體直接接觸。此外，在倉的內部沒有浮標部件，也不需要對流體染色。 本發明的實施例的另一個優點是高解析度的連續平面感測。 本發明的實施例的另一個優點是高靈敏度的流速確定。 本發明的實施例提供的另一個優點是基於限定在"開(ON)"狀態下的傳感器陣列的像素和限定在"關(OFF)"狀態下的那些像素之 間的變換來確定平面。這樣的實施例對線狀傳感器陣列的敏感度不敏 感《


通過參照下列描述和附圖，可以獲得對本發明和其優點的更完全 的理解，附圖中相似的附圖標號表示相似的特徵，其中 圖l是手術控制臺的一個實施例的圖示； 圖2是手術換片盒的一個實施例的圖示； 圖3是換片盒承受器的一個實施例的圖示； 圖4是具有線狀光源和傳感器陣列的倉的俯視圖的一個實施例的
圖示；
圖5是具有線狀光源和傳感器陣列的倉的俯視圖的另 一個實施例 的圖示；
圖6是具有線狀光源和傳感器陣列的倉的俯視圖的再一個實施例 的圖示；
圖7是示出用於平面感測的方法的一個實施例的流程圖；和 圖8是使用本發明的流體平面傳感器的手術換片盒和控制臺的圖
示o
具體實施例方式
這些圖中示出了本發明的優選實施例，其中，使用相似的標號來 表示各個附圖的相似和相應的部分。
本發明的實施例提供用於通過將來自線狀光源的光投射到換片盒 壁裡來檢測手術換片盒中的流體平面的系統和方法。依賴於換片盒中 被反射或被折射的光的數量(例如，由換片盒材料/液體界面或換片盒 材料/空氣界面所引起的)，線狀傳感器陣列的各個部分將被不同程度 地照亮。通過檢查線狀傳感器陣列的照度，可以確定倉中流體的平面。
圖l是眼科手術控制臺100的一個實施例的圖示。手術控制臺100可以包括具有觸控螢幕115的旋轉監視器110。可以以各種方向來放置 旋轉監視器110，以便任何人看觸控螢幕115。旋轉監視器110可以從一 側迴轉到另一側，也可以旋轉和傾斜。觸控螢幕115提供允許用戶與控 制臺100交互的圖形用戶界面("GUI")。
手術控制臺100也包括把各種工具和耗材與手術控制臺100連接 在一起的連接面板120。連接面板120可以包括，例如，凝血連接器、 用於各種機頭的連接器和換片盒承受器125。手術控制臺100還可以 包括各種用戶友好的特徵，比如腳踏板控制(例如，在面板130後包 括的)，以及其他特徵。
在操作中，換片盒(未顯示)可以被放置在換片盒承受器125中。 手術控制臺100中的夾具適當地夾住換片盒，以使換片盒在使用期間 的移動最小。該夾具可以夾住換片盒的頂部和底部、換片盒的側面或 者以其他方式夾住換片盒。
圖2是手術換片盒150的一個實施例的圖示。換片盒150可以提 供封閉系統流體設備，其可以在手術過程之後被丟棄。換片盒150可 以包括換片盒體155以及從換片盒體155伸出的夾具接口部分(例如， 一般在夾持區域160和165所示)。換片盒150可以由ABS塑料或其 它的適當材料形成。在所示的實施例中，換片盒150由三個主要部分 組成內部或手術控制臺接口部分170、中間部分175和蓋板179,其 中，當換片盒150被插入手術控制臺100中時，該內部或手術控制臺 接口部分170面向手術控制臺。換片盒150的各個部分可以經由壓配 合、聯鎖拉環(interlockingtab)、化學接合、熱接合、機械固定件或本 領域中所知的其它附接機制而耦合在一起。在其它實施例中，換片盒 150可以由單個塊或多個塊形成。
手術控制臺接口部分170可以在使用期間面向控制臺，並且可以 提供用於流體流動通道的接口(例如，由彈性泵膜提供的用於蠕動泵 的流動通道177)、閥(例如，注入/抽吸閥)及其它特徵，以管理流 體流動。換片盒150還可以加入流體袋(未顯示)以在過程中收集流 體。根據本發明的各個實施例，手術換片盒150包括用以保持用於抽 吸和注入的流體的倉。例如，倉盒(chamber cartridge) 180可以包 括兩個注入倉181/182。第三倉185可以位於換片盒150內部與換片盒 150的倉盒180相對的一側(例如在由190指示的換片盒150的一側)。 根據一個實施例，可以以非侵入的方式確定倉中的流體平面。如下所 述，可以使用垂直的光源將光線投射到倉壁裡。依賴於光在該倉處的 反射或折射，垂直的傳感器陣列將檢測或不檢測在沿著該陣列的垂直 軸的各個點處的光。根據該傳感器陣列的被照亮部分和未被照亮部分 間的變換，可以檢測倉中的流體平面。
圖3是沒有換片盒的換片盒承受器125的一個實施例的圖示。換 片盒承受器125可以具有各種氣動輸入和輸出埠，以與該手術換片 盒接口。換片盒承受器125還可以包括開口，其允許蠕動泵滾輪191 在操作期間接觸手術換片盒。在給Sorensen的美國專利申請 No.6，293，926中描述了蠕動泵和贈送的換片盒(complimentary cassette)的一個實施例，通過引用將其全文併入本文。
在圖3的實施例中，手術換片盒是由具有下軌道192和上軌道(未 顯示)的夾具適當地固定。每個軌道可以具有外部夾緊撥爪(clamping finger)(例如，夾緊撥爪194)和內部夾緊撥爪，其中外部夾緊撥爪 在相應夾持區域內接觸換片盒，內部夾緊撥爪在插入期間將換片盒定 位而在釋放期間向遠離換片盒承受器的方向推擠換片盒。按壓釋放按 鈕196以開始從夾具處釋放換片盒。換片盒承受器125可以包括投射 光線到換片盒倉的壁裡的線狀光源和檢測通過倉折射的光(或從倉壁 反射的光)的傳感器陣列。每個線狀光源可以包括垂直設置(即，沿 著垂直間隔的傳輸路徑投射光)且被放置為投射光到換片盒的壁裡的 多個光源。例如，線狀光源200可以投射光到倉181/182裡。線狀光 源200可以包含被排列為投射光到倉181裡的第一組光源和淨皮設置為 與第一組光源成90度角(或其它的角度)而投射光到倉182裡的第二 組光源。同樣地，線狀光源202可以投射光到倉185的壁裡。各自的 線狀傳感器陣列可以接收通過倉折射的光或在倉倉表面處反射的光。在這個例子中，傳感器陣列206 (圖4中所示)可以接收從光源200 投射在倉181處的光，位於壁208裡的傳感器陣列可以接收從光源200 投射在倉182處的光，而壁210裡的傳感器陣列可以接收來自光源202 的光。每個傳感器陣列可以包括用以接收通過換片盒倉的壁的光線的 垂直設置的部分。該垂直設置的部分可以是，例如，像素、分開的傳 感器或其它用於感測照度的機制。
作為舉例來提供圖3的結構。換片盒承受器125的形狀要素(form factor)，即換片盒承受器125的輸入/輸出埠和其他特徵的放置和 數量可以依賴於手術控制臺100、依賴於正被執行的手術過程或者依 賴於其它因素。
圖4是具有光源200和傳感器206的倉181的一個實施例的俯視 圖的圖示。根據一個實施例，面向光源200和傳感器206的倉181的 壁216/218是透明的或不透明的。根據本發明的一個實施例，光源200 可以是在各個垂直點產生光的線狀光源(即，連續光源)，例如線狀 LED光源，而傳感器206可以是在各個垂直位置檢測光源200所發射 的光的線狀傳感器陣列(即，連續傳感器陣列)，例如線狀光電二極 管。線狀傳感器陣列206的一個例子是Texas Advanced Optoelectronic Systems of Piano, Texas的TAOS TSL208R線狀傳感器陣列，其具有 每英寸200點(200 DPI)的解析度。線狀光源200和線狀傳感器陣列 206被連接至電路(未顯示)。根據一個實施例，線狀光源還可以包 括光以將光投射到另一個倉(例如，圖2的倉182)。優選地，由光 源200所產生的光提供具有基本水平的傳輸路徑的均勻平行光束。
在運行中，線狀光源200作為發射器而發射光，而線狀傳感器206 充當接收器。可以選擇光至倉壁216的入射角a，以便當光線穿過該 倉中的空氣時可以照亮傳感器206,而在穿過該倉中的BSS流體時提 供低於光的閾值數量的光線。舉例說來，圖4示出光線220穿過倉181 中的空氣的行為和光線220，穿過倉181中的BSS流體的行為。在第一 個情況下，光束220穿透壁216，穿過倉181的頂端中的空氣，穿過 倉壁218並照亮部分線狀傳感器陣列206。另一方面，當光束220，進入BSS流體時(例如，在ABS/BSS界面處)，它在表面230處折射。 當折射的光束220，到達鄰近的壁218時，又在表面232處反射，從而 避開了傳感器陣列206的像素。在適當的a的情況下，在表面232處 的反射可以變成全反射，原因在於換片盒材料(例如，ABS塑料、丙 烯酸塑料或其它塑料)的折射率大於空氣的折射率。在這種情況下， 光線被完全反射，從而阻止了光束到達線狀傳感器陣列206的、與倉 中的BSS流體對齊的部分。因此，與BSS流體對齊的像素將是暗的。 因此，當光的傳輸路徑被ABS/空氣界面橫穿時，大部分光線不被反射， 但當傳輸路徑被ABS/BSS界面橫穿時，大部分光束(如果不是全部的 話)被反射《
電子電路可以將線狀傳感器陣列206的不同部分(例如，像素或 其它傳感元件)的輸出與閾值進行比較，以確定線狀傳感器陣列206 的部分是"開"(與空氣相關)還是"關"(與液體相關)。線狀傳感器 陣列206的"開"部分和"關"部分之間的變換標明了流體平面。然而， 應當指出，可以使用其它的邊緣檢測機制，比如線性插值。
光的適當的入射角a是由第一流體(例如，空氣或其它的流體) 和第二流體(例如，BSS流體或其它的流體)以及換片盒材料(例如， ABS塑料或其它的材料)的折射率決定的。優選地，選擇a以便光束 可以穿過第 一流體到達傳感器陣列206，但同時當它穿越第二流體時 被全部反射。在光束不是被全反射的其它實施例中，可以設定預定的 閾值以補償那些未穿過第二流體到達傳感器陣列206的光的數量。還 可以調節該預定的闊值，以補償周圍的光源、來自其它源的光滲透及 可能導致傳感器陣列206的部分在"關，，狀態下輸出信號的其它因素。
圖5是具有光源312和傳感器314的倉310的另一個實施例的圖 示。根據一個實施例，面向光源312和傳感器314的倉310的壁316/318 是透明的或不透明的。根據本發明的一個實施例，光源312可以是沿 著垂直軸產生光的線狀光源(即，連續光源)，例如線狀LED光源， 而傳感器314可以是檢測光源312沿著垂直軸所發射的光的線狀傳感 器陣列(即，連續傳感器陣列)，例如線狀光電二極體。線狀光源312和線狀傳感器陣列314被連接至電路(未顯示)。
線狀光源312被安裝在倉的一側，其照亮垂直於壁316的倉310。 線狀傳感器陣列314被垂直地安裝在倉的相鄰側壁318上。倉310在 壁316和318的交叉點具有稜柱狀的角(prism shaped corner) 320。 可以選擇入射角a，以便當光束在另一側具有第一流體的點處射中表 面322 ( ABS的折射率為大約1.5，而空氣的折射率為大約1.0)時， 來自光源312的光束被表面322全反射，從而射中線狀傳感器陣列 314。但是，當光束在另一側具有第二流體(ABS的折射率為大約1*5， 而BSS的折射率為大約1.3)的點處射中表面322時，大部分光束在 表面322折射，從而錯過線狀傳感器陣列314。換言之，當光的傳輸 路徑被換片盒材料/第一流體界面橫穿時，大部分或全部光被表面322 反射，但是，如果傳輸路徑是由換片盒材料/第二流體界面橫穿的，則 小部分光束^皮反射。
舉例來說，圖5示出主要在倉310的表面322處的空氣/塑料界面 處反射的光線330的行為，並示出主要在表面322處被折射進倉310 的光線330，的行為。在第一個情況中，光束330穿透壁316、穿過角 320中的塑料，並在表面322的塑料/空氣界面處反射。另一方面，雖 然一些光束330，也可能被反射，但大部分的光束330，是在換片盒材料 /BSS流體界面處的表面322處被折射的。在這個例子中，強反射的光 (例如，光束330)照亮指示在那個平面處存在空氣的線狀傳感器陣 列314。
圖6示出反射光束平面感測的另一個實施例。圖6是具有光源 352和傳感器354的倉350的另一個實施例的圖示。根據一個實施例， 面向光源352和傳感器354的換片盒的壁356/358是透明的或不透明 的。根據本發明的一個實施例，光源352可以是沿著垂直軸產生光的 線狀光源(即，連續光源)，例如線狀LED光源，而傳感器354可以 是檢測光源352沿著垂直軸所發射的光的線狀傳感器陣列(即，連續 傳感器陣列)，例如線狀光電二極體。線狀光源352和線狀傳感器陣 列354被連接至電路(未顯示)。線狀光源352被安裝到壁356上。線狀傳感器陣列3"被垂直安 裝於壁358。可以選擇入射角a，以便當光束在另一側具有第一流體的 點處射中表面362時，來自光源352的光束從表面362全反射，從而 射中線狀傳感器陣列354，但是，當光束在另一側具有第二流體的點 處射中表面362時，光束在表面362處折射，從而錯過線狀傳感器陣 列354，這是因為ABS的折射率為大約1.5, BSS的折射率為大約1.3， 而空氣的折射率為大約1.0。
反過頭來看看具有包含空氣和BSS流體的倉350的ABS換片盒 的例子，由於倉的頂端將包含空氣，所以表面362的上部將成為ABS/ 空氣界面，而表面362的下部將成為ABS/BSS界面。因此，在表面 362處，存在兩種不同的光界面。來自線狀光源352的光束以入射角a 到達表面362。部分光束可能在表面362處被反射並被線狀傳感器陣 列354接收，而同時部分光束可能被折射進倉350。
舉例說來，圖6示出主要在倉340的表面362處的空氣/塑料界面 處反射的光線360的行為，以及主要被折射進表面362處的倉350的 光線360，。在第一個情況中，光束360穿透壁356，穿過塑料，並在 表面的塑料/空氣界面處反射。另一方面，光束360，在表面362處 被折射。
圖7是示出用於確定倉中流體平面的方法的一個實施例的流程 圖。多個光源(例如，LED或其它光源)沿著傳輸路徑將光投射到倉 壁裡(步驟412)。如果光線的傳輸路徑被換片盒材料/第一流體界面 橫穿，則多數(如果不是全部的話)光線可以被反射，但是如果傳輸 路徑被換片盒材料/第二流體界面橫穿，則多數光線不被反射。使用圖 4的例子，如果光線是被ABS/USS界面(例如，在表面230處)橫穿， 則多數(如果不是全部的話)光線在表面232處被反射。另一方面， 使用圖5和6的例子，如果光線是被ABS/空氣界面橫穿的，則多數(如 果不是全部的話)光線被反射。
線狀傳感器陣列接收由光源投射的光的某些部分(步驟414)， 並輸出信號，指明在該傳感器陣列的各個部分處(例如，在該陣列的 各個像素處)接收的光的數量(步驟416)。在步驟418中，邊緣檢測 方案被應用於該線狀傳感器陣列的輸出，以確定該線狀傳感器陣列的 哪些部分被充分照亮從而指明在倉中的相應平面處存在/不存在流體。 根據一個實施例，將該線狀傳感器的不同部分的輸出與閾值相比較， 以確定該線狀傳感器的那個部分是處於第一狀態(例如，與空氣相關) 還是處於第二狀態(例如，與流體相關)。該線狀傳感器陣列的第一 狀態部分和第二狀態部分之間的變換標明了流體平面。然而，應當指 出，可以使用其它的邊緣檢測機制，比如線性插值。
如果需要或期望的話，可以重複圖7的步驟，從而連續地更新平 面信息(例如，在每個處理周期、指令循環周期或其它的時間周期)。 平面信息的變化可以指示來自倉的流體流動。更準確地，流速與 A+dL/dt成正比，其中，A是倉的橫截面面積，而dL/dt是平面隨時 間的變化。因為僅需使用倉的一個角，所以該倉的倉橫截面面積A可 以被最小化。因此，改善了對流速確定的敏感度。減少的橫截面還可 以減少由於撞擊換片盒所引起的倉中流體的晃動效應(sloshing effect)。
圖8是根據本發明一個實施例的、使用流體平面傳感器的手術換 片盒和控制臺的俯視圖的圖示。換片盒500安裝在控制臺502裡。倉 504是該換片盒500的一部分。線狀光源506和線狀傳感器陣列508 是該控制臺的一部分。光源506以適當的入射角將光束521投射到換 片盒500的壁裡。放置線狀傳感器陣列508以接收來自光源的光束。 光源和線狀傳感器陣列兩者都連接於控制器510上。
控制器510可以是本領域已知的任何適當的控制器，包括DSP、 ASIC、 RISK或基於CPU的控制器。控制器510可以包括模數(A/D) 轉換器512，用以將來自線狀傳感器陣列508的模擬信號轉換成數字 信號。另外，控制器510可以包括將數字控制信號轉換成模擬信號以 控制光源506中的光的強度的數模(D/A)轉換器614。處理器516, 比如DSP、 ASIC、 RISK、微控制器或CPU或其它適當的處理器，可 以訪問一組指令520和計算機可讀存儲器518。該計算機可讀存儲器
可以是RAM、 ROM、磁存儲器、光存儲器或其它適當的存儲器，並 且可以處於基板上或可由處理器516訪問。處理器516可以執行處理 數字輸入的指令520，以如上所述確定倉中流體平面。控制器510可 以選捧性地與提供附加功能的控制臺502的其它部件通信。為確定倉 中流體平面，本發明的其它實施例可以使用任何適當的控制器。
雖然已經參照特定實施例描述了本發明，但應理解實施例是說明 性的，而且，本發明的範圍並不限於這些實施例。對如上所述的實施 例進行許多變化、修改、補充和改善是可能的。可以預期的是，這些 變化、修改、補充和改善在如權利要求中所詳述的本發明的範圍內。
權利要求
1.一種手術系統，包括至少部分地由限定倉的換片盒材料形成的且包括第一壁和第二壁的手術換片盒；手術控制臺，包括容納所述手術換片盒的換片盒承受器；和向所述手術換片盒的第一壁投射光的多個垂直設置的光源，其中，該多個光源中的每一個都被放置為沿著相應的傳輸路徑投射相應的光線，該傳輸路徑具有與倉表面所成的入射角，使得如果換片盒材料/第一流體界面橫穿該相應的傳輸路徑，則至少該相應的光線的大部分都被反射，而如果換片盒材料/第二流體界面橫穿該相應的傳輸路徑，則該相應的光線的大部分不被反射；和具有多個垂直設置部分的傳感器陣列，用於接收通過所述手術換片盒的所述第二壁的光，並且產生指示這些垂直設置部分中的每一個的照度數量的輸出。
2. 如權利要求l所述的手術系統，其中，所述傳感器陣列被設置 為接收通過所述倉的光。
3. 如權利要求l所述的手術系統，其中，所述傳感器陣列被設置 為接收從換片盒材料/第 一 流體界面反射的光。
4. 如權利要求1所述的手術系統，其中，所述換片盒材料/第一 流體界面為換片盒材料/空氣流體界面。
5. 如權利要求1所述的手術系統，其中，所述換片盒材料/第二 流體界面為換片盒材料/液體界面。
6，如權利要求l所述的手術系統，其中，所述手術換片盒包括具 有內表面的稜柱狀的角，該內表面限定所述倉的一部分。
7. 如權利要求l所述的手術系統，還包括用於基於所述傳感器陣 列的輸出來確定流體平面的控制器。
8. 如權利要求7所述的手術系統，其中，所述控制器還用於 向所述傳感器陣列的輸出施加閾值，以確定所述傳感器陣列的哪些部分處於笫一狀態，以及哪些部分處於第二狀態；和基於處於第一狀態的所述部分與處於第二狀態的所述部分之間的 變換來確定所述流體平面.
9. 如權利要求7所述的手術系統，其中，所述控制器還用於根據流體平面隨肘間的變化來確定流速。
10. —種用於檢測手術換片盒中的流體平面的系統，包括 線狀光陣列，包括沿著第一傳輸路徑將第一光束投射到第一換片盒壁裡的第一光源，其中，該第一傳輸路徑具有與倉表面所成的入射角，使得如果換片盒材料/第 一流體界面橫穿該第一傳輸路徑，則至少該第 一光束的大部分都被折射；和沿著與該第一光源垂直的軸設置的第二光源，該第二光源沿著 第二傳輸路徑將第二光束投射到所述第一換片盒壁裡，其中，該第二輸路徑具有與所述倉表面所成的入射角，使得如果所述換片盒材料/ 第二流體界面橫穿該第二傳輸路徑，則至少該第二光束的大部分都被 反射；和線狀傳感器陣列，包括第一部分和第二部分，其中，該第一部分 被放置為接收該第一光束，而該第二部分被放置為接收該第二光束， 並且產生指示是否照亮該第一和第二部分中的每一個的輸出信號。
11. 如權利要求10所述的系統，其中，所述線狀傳感器陣列被設 置為接收通過所述倉的光線。
12. 如權利要求IO所述的系統，其中，所述傳感器陣列被設置為 接收從所述換片盒材料/第 一 流體界面反射的光。
13.如權利要求10所述的系統，其中，所述換片盒材料/笫一流 體界面為換片盒材料/空氣流體界面。
14. 如權利要求10所述的系統，其中，所述換片盒材料/笫一流 體界面為換片盒材料/液體界面。
15. 如權利要求10所述的系統，還包括用於基於所述線狀傳感器 陣列的輸出來確定流體平面的控制器。
16. 如權利要求15所述的系統，其中，所述控制器還用於向所述傳感器陣列的輸出施加閾值，以確定該線狀傳感器陣列的 所述第一部分處於開狀態和確定該線狀傳感器陣列的所述第二部分處 於關狀態；和基於所述第一和第二部分的開和關狀態之間的變換來確定所述流 體平面。
17. 如權利要求16所述的系統，其中，該控制器還用於基於流體 平面隨時間的變化來確定流速。
18. —種用於確定手術換片盒中的流體平面的方法，包括 沿著平行的、垂直間隔的傳輸路徑將多個光束髮射到手術換片盒的壁裡；檢測被放置為接收所述多個光束的線狀傳感器陣列的各個垂直設 置部分的照度數量；以及根據所述線狀傳感器陣列的各個垂直設置部分的所述照度來確定 所述流體平面。
19. 如權利要求18所述的方法，還包括在換片盒材料/第一流 體界面處至少反射所述多個光束的至少一個光束的大部分。
20. 如權利要求19所述的方法，還包括在換片盒材料/第二流 體界面處不反射所述多個光束的至少另 一個光束的大部分。
21. 如權利要求19所述的方法，還包括向所述傳感器陣列的輸出施加闊值，以確定該傳感器陣列的哪些 部分被限定為處於第一狀態和確定哪些部分被限定為處於第二狀態； 和基於被限定為處於所述第一狀態的部分和被限定為處於所述第二 狀態的部分之間的變換來確定所述流體平面，
22. —種系統，包括至少部分地由限定倉的換片盒材料形成且包括第一壁和第二壁的 手術換片盒； 手術控制臺，包括容納所述手術換片盒的換片盒承受器；和沿著傳輸路徑將光線投射到所述手術換片盒的所述第一壁裡的光源，其中，該光源被放置為如果換片盒材料/第一流體界面橫穿該 傳輸路徑，則至少該光線的大部分都被反射，並且如果換片盒材料/ 第二流體界面橫穿該傳輸路徑，則該光線的大部分不被反射；和傳感器，用於接收通過所述手術換片盒的所述第二壁的光，並且 產生指示所述傳感器的照度的輸出。
23. 如權利要求22所述的系統，其中，所述傳感器被設置為接收 通過所迷倉的光。
24. 如權利要求22所述的系統，其中，所述傳感器被設置為接收 從所述換片盒材料/第一流體界面反射的光。
25. 如權利要求22所述的系統，其中，所述換片盒材料/第一流 體界面為換片盒材料/空氣流體界面。
26. 如權利要求25所述的系統，其中，所述換片盒材料/第二流 體界面為換片盒材料/液體界面。
27.如權利要求22所述的系統，其中，所述手術換片盒包括具有 內表面的稜柱狀的角，所述內表面限定所述倉的一部分。
28. 如權利要求22所述的系統，還包括用於基於所述傳感器的輸 出來確定所述倉中的平面處存在流體的控制器。
29. 如權利要求7所述的系統，其中，所迷控制器還用於向所迷 傳感器的輸出施加閾值以確定該傳感器是處於第一狀態或是處於第二 狀態。
30. —種用於確定手術換片盒中流體的存在的方法，包括 以入射角向所述手術換片盒的壁裡發射光束，以使得在換片盒材料/第一流體界面處反射即使不是該光束的全部，也是該光束的大部 分，'並且在換片盒材料/第二流體界面處不反射該光束的大部分；和使用傳感器的輸出以確定換片盒倉中的特定平面處存在或不存在 液體。
31. 如權利要求30所述的方法，其中，液體為所述第一流體。
32. 如權利要求30所述的方法，其中，空氣為所述第二流體。
33. 如權利要求19所述的方法，還包括向所述傳感器的輸出施加閾值，以確定該傳感器是處於第一狀態 還是處於第二狀態；以及基於該傳感器是處於所述第一狀態還是處於所述第二狀態來確定 在所述特定平面處所述流體的存在。
全文摘要
本發明的實施例提供了用於通過將來自線狀光源的光投射到換片盒的壁裡來檢測手術換片盒中的流體的平面的系統和方法。依賴於換片盒中被反射或被折射(即，由換片盒材料/流體界面或換片盒材料/空氣界面(或其它界面)所引起)的光的數量，線狀傳感器陣列的各個部分將被不同程度地照亮。通過檢查線狀傳感器陣列的照度，可以確定倉中的流體平面。
文檔編號A61B19/00GK101095637SQ20071012708
公開日2008年1月2日 申請日期2007年6月28日 優先權日2006年6月28日
發明者肖恩·X·高 申請人:愛爾康公司