利用空化效应的脉冲超声功率输送系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于在外科手术如晶状体乳化期间输送能量的方法和设备。该方法和设备包括在外科手术过程中输送能量，该输送能量包括以足以引起瞬时空化的水平和时间段施加能量，以及在施加能量以后的第二非零低能量期间减少施加的能量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的来说涉及外科手术中组织去除系统的领域，更具体地说，本专利技术涉及在外科手术(如晶状体乳化)过程中经过调制的脉冲式超声功率的输送。
技术介绍
晶状体乳化手术已成功地用来治疗某些眼疾，如白内障。晶状体乳化手术利用很小的角膜切口来插入至少一个晶状体乳化手动外科器械、或机头的尖端。该机头包括乳化针，该乳化针放入切口内以后即被超声驱动，从而乳化眼晶状体，或将白内障分解成小碎片。其后可以利用相同的机头或其他的机头以受控方式除去破碎的白内障碎片。然后外科医师可以通过切口把晶状体植入眼中。切口能够愈合，而对于患者来说结果通常是显著地改善了视力。可以知道，流体通过流体注入或抽出系统流入和流出患者，以及晶状体乳化机头的功率控制，对于所执行的手术过程来说非常关键。各种医学上认可的技术已用于外科手术中的晶状体去除部分。在这些技术之中，一种流行的技术是利用单个机头将晶状体乳化、冲洗和抽吸同时结合在一起。这种方法包括形成切口、插入手动外科器械，以乳化白内障或眼晶状体。同时伴随这种乳化，机头提供用于冲洗乳化晶状体的液体，以及用于抽吸乳化晶状体和所引入的液体的真空。目前可获得的晶状体乳化系统包括变速蠕动泵、真空传感器、可调节的超声功率源、以及具有操作员选定的、用来控制抽吸速率、真空和超声功率水平的预先设置的可编程微处理器。晶状体乳化机头通过电缆与控制台相互连接，用于驱动和控制压电换能器。通过导管给眼部提供冲洗液，并能够通过机头从眼中回收抽吸液。机头的中空乳化针通常可通过晶体中的压电效应沿其纵轴驱动或触发，其中，压电效应是由施加于晶体上的AC电压所产生。被驱动的晶体的移动由机头内的机械共振系统加以放大，以致连接于其上的乳化针的移动直接依赖于晶体被驱动的频率，最大移动发生在共振频率时。该共振频率部分取决于与其相互连接的乳化针的质量，该乳化针通常通过晶体加以振动。用于晶状体乳化机头的典型频率范围是在约25kHz至约50kHz之间。每个晶状体乳化机头存在的频率窗口可通过特定的机头阻抗和相位来表征。上述频率窗口受到上限频率和下限截止频率的限制。该窗口的中心通常是机头电相位达到最大值的点。机头的功率传输效率由公式(V*I)(COSΦ)给出，其中Φ是相角。利用此功率传输效率方程，当相位最接近0度时将出现最有效的机头工作点。因此，最佳机头功率传输效率需要控制电源频率以达到尽可能接近零度的相位值。由于超声机头的相位角还依赖于换能器的负载，因而使得实现这一目标变得复杂化了。换能器负载通过使机头系统(包括乳化针)机械共振产生。乳化针与眼内组织和液体的接触可对压电晶体产生负载，同时伴随操作相角的变化。因此，在操作机头的整个过程中都应对相位角进行确定和测量，以调节驱动电路、达到最佳相角、以及通过晶状体乳化机头把恒定的能量传输到组织。可以通过监测机头电信号和调节频率来提供机头的自动调整，从而保持与选定参数的一致性。用于晶状体乳化机头的控制电路可以包括用于测量电压和电流之间相位的电路，通常被称为相位检测器。由于相移依赖于机头的工作频率，因而如果独立于晶状体乳化机头的工作频率测量相移，则会产生困难，并且在相移测量中的时间延迟需要复杂的校准电路，以保证机头的灵敏调整。晶状体乳化机头的功率控制对于成功的晶状体乳化手术非常关键。某些先前的系统，基于施加于机头压电换能器的电压和由压电换能器引起的电流之间的相角和/或提供给机头的功率脉冲的振幅，来着手对晶状体乳化机头的功率控制的要求。这种典型构造可针对具体的机头加以调整，并且功率可在外科医师/操作员的控制下以连续方式或一连串的连续脉冲来施加。例如，该系统可以施加功率150ms，然后停止功率350ms，并在功率施加的必要持续时间内重复这种开/关系列过程。在此实例中，功率通过晶状体乳化机头的压电晶体施加到乳化针，使超声功率发射150ms，接着停止对晶体、机头、以及乳化针施加功率350ms。可以知道，虽然在此实例中施加功率达150ms，但这种功率的施加包括以通常约25kHz和50kHz之间的频率向压电晶体施加正弦波形，因而并不真正是“恒定的”。在此150ms期间功率的施加可称为恒定施加25kHz至50kHz正弦波。在某些情况下，外科医师/操作员可能希望施加这些功率脉冲一段时间、然后停止施加功率、然后以该种或另外的功率设置重复施加功率。脉冲的频率和持续时间通常是可控的，这与施加于作用区域的脉冲流的长度一样。未施加功率的时间段使得能够在作用区域内形成空穴，籍此可以利用由机头或抽吸装置提供的抽吸作用除去碎片。另外，外科医师/操作员可能希望采用某些已知的步骤，如“雕刻(sculpt)”步骤以破碎晶状体、或“劈裂(chop)”步骤以收集晶核并保持对碎片的有力抓持。这些专门的“劈裂或象限除去”步骤通常要求在大约50毫秒至200毫秒的恒定时间段施加功率或能量。功率施加的开/关有利于把白内障破碎成碎片，并能比较有效地将其除去。晶状体乳化机头中的超声驱动乳化针在使用过程中会变热，这一部分是由于晶状体乳化机头尖端的机械移动所引起的摩擦热。在某些情况下，已经发现，上述以连续方式施加功率到作用区域的方法可在作用区域产生并不是不显著的热量。经过乳化针的冲洗/抽吸液可以用来散热，但在晶状体乳化期间必须小心避免眼组织的过热，并且，在某些步骤中液体循环不能耗散足够的热量。由于发热而损害作用区域的危险可成为相当大的负作用。此外，以上述方式施加功率可以在某些情况下引起湍流和/或颤动，以及引起显著的流动问题，例如，需要大量使用液流来缓解所述区域和除去颗粒。此外，施加恒定的能量还可能引起晶核碎片被推离机头的尖端，这是由于施加的能量所形成的空穴引起的。在这样的空穴环境中收集和去除碎片在许多情况下可能很困难。形成的这些效应不是所希望的，并且应降低到可能的最小程度。2002年10月21目提交的美国专利申请10/278,775中披露了一种在这种环境下可有效应用的系统，该专利的专利技术人是Kadziauskas等人，并已转让给本申请的受让人Advanced Medical Optics公司。′775申请提供了利用在长时间段内分布以短暂停间隔这样一种相对简单的功率施加方式的超声功率输送，每次长时间的功率施加后是漫长的休息时间。这种设计能够使能量的施加不会产生与先前恒定施加功率相关的发热问题。某些发展已说明，通过采用那些与环境中的空化有关的有益效应，可以获得除那些在′775申请的设计中说明的有益效应以外的有益效应。某些类型的空化在某些情况下可以有助于阻塞的破碎。因此理解和使用空化的有益效应可以有助于在晶状体乳化步骤中除去晶核，而没有与先前设计相关的热问题。基于上述，希望能提供一种采用那些与空化有关的益处、并将那些与先前组织去除系统有关的缺点降至最小程度的系统。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种在包括流体的外科环境内进行的外科手术过程中输送能量的方法。该方法包括以足以在流体内引起瞬时空化的第一能量水平施加能量，以及在流体内获得瞬时空化以后的预定时间段提供能量。所述的提供能量包括以低于第一能量水平的第二能量水平施加能量。根据本专利技术的第二方面，提供了一种在与流体关联应用的组织去除过程中输送超声能量的方法。该方法包括以能够在流体内引起瞬时空化的高能量振幅水平施加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在包括流体的外科环境内进行的外科手术过程中输送能量的方法，包括：以足以在所述流体内引起瞬时空化的第一能量水平施加能量；以及在所述流体内获得所述瞬时空穴以后，以预定时间段提供能量，所述提供能量包括以低于所述第一能量水平的第 二能量水平施加能量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思E卡齐奥斯卡斯，保罗W罗克利，马克谢弗，
申请(专利权)人：眼力健有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]