CN101632610B - 智能眼科超声乳化仪 - Google Patents
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Abstract
一种智能眼科超声乳化仪，包括：手术仪主机、超声乳化手柄、图像采集系统和脚闸，所述的手术仪主机由信号发生器、手术过程和患部状态识别系统、负压流量控制系统，能量控制系统和触摸/显示设备组成，所述的超声乳化手柄末端带电源，其内部连接一变幅杆，变幅杆前端连接超声乳化针头，内置换能器，注吸管道从手柄内通过，外装硅胶套管；所述的超声乳化手柄上设有三个按键，分别为光学识别按键、负载识别按键和能量控制按键；所述的图像采集包括眼科手术用电子显微镜、图像采集卡和专用图像处理微机；所述的手术过程和患部状态识别系统包括带有识别按键的专用手柄，用于手柄超声信号采集和分析处理的硬件软件模块；所述的超声乳化针头为钛合金，由不同斜面组成，可拆卸，乳化的晶体碎片从中空管道被吸出。
Description
技术领域
本发明是一种用于眼科白内障治疗的超声手术仪器，涉及一种智能化眼科超声乳化设备。
背景技术
我国白内障病例逐年增长，该疾病不仅给患者造成心理上的痛苦，同时成为社会的严重负担。到目前为止，超声乳化联合人工晶体植入术是治疗白内障最为有效的治疗手段。
白内障超声乳化技术是利用超声振动产生的机械加速度、声微流及空化的共同作用使白内障硬核组织破碎，将其乳化，并通过负压吸除的手术方法。该技术是人工晶体植入术中的一种先进技术，其优点是手术切口小、愈合时间短，术后视功能恢复快和角膜散光小，同时明显降低了并发症的发生率。
随着白内障超声乳化术的逐步推广和人工晶体植入术的广泛开展，超声乳化设备已在各大医院得到普及。但现有的超声乳化仪存在以下缺点：首先，在手术过程中，需要医生通过显微镜对内核硬度及其乳化过程和状态进行判定和监测，增大了医生的工作强度，影响手术效果和手术质量；其次，当内核吸除后，眼球内部的高负压使得球体产生凹瘪现象，可能引起后囊撕裂等医疗事故；再次，医生必须通过改变脚闸的角度来控制超声能量的输出，操作不方便。
发明内容
本发明的目的是解决现有超声乳化技术中的不足，提供一种智能眼科白内障超声乳化仪。具体地说采用图像采集和识别系统辅助白内障手术过程，降低医生的工作强度；采用患部状态识别系统，确定内核硬核硬度和乳化情况；采用负压流量控制系统，避免前房涌动；采用能量控制系统，自动控制超声波能量的输出。
本发明是通过以下技术方案实现的，一种智能眼科超声乳化仪，包括：手术仪主机、超声乳化手柄、图像采集系统和脚闸，所述的手术仪主机由信号发生器、手术过程和患部状态识别系统、负压流量控制系统，能量控制系统和触摸/显示设备组成，所述的超声乳化手柄末端带电源，其内部连接一变幅杆，变幅杆前端连接超声乳化针头，内置换能器，注吸管道从手柄内通过，外装硅胶套管；所述的超声乳化手柄上设有三个按键，分别为光学识别按键、负载识别按键和能量控制按键；所述的图像采集包括眼科手术用电子显微镜、图像采集卡和专用图像处理微机；所述的手术过程和患部状态识别系统包括带有识别按键的专用手柄，用于手柄超声信号采集和分析处理的硬件软件模块；所述的超声乳化针头为钛合金，由不同斜面组成，可拆卸，乳化的晶体碎片从中空管道被吸出。智能眼科超声乳化仪采用负压流量控制系统，该系统包含灌注用平衡液、灌注电磁阀、灌注管道、抽吸用蠕动泵、抽吸管道、用于泄压控制的泄压阀、负压传感器。智能眼科超声乳化仪采用能量控制系统，该系统包含超声信号发生器、乳化超声输出模式、控制超声输出功率的脚闸。
本发明所述的智能眼科超声乳化仪与普通的超声乳化仪相比有其突出的特点，即“两个识别、两个控制”，下面对其进行简要说明：
(1)采用图像采集和识别系统，将术中所采集到的光学图像信息送至识别系统，与术前图象对比，监视手术过程情况，辅助医生进行乳化手术。在术前，建立一个白内障图像专家库，根据白内障内核硬度分级标准，对专家库内每个白内障病例晶状体核作一个硬度等级判定，对同等硬度级别的白内障图像采取模式识别算法进行图像特征提取。这个专家库的病例基数越大，通过手术图像进行白内障硬度特征提取的准确度越高。
手术时，实时采集眼球手术图像，根据模式匹配算法对当前白内障图像进行图像处理，判断手术中白内障内核的硬度等级，考虑到乳化超声仅对乳化针头附近较小区域有效，因此图像识别系统主要判别乳化针头接触部位的白内障内核硬度，同时针头在眼球的图像中特征明显，识别系统根据针头的位置仅对针头周围小区域图像进行模式识别，这样可以极大地降低识别系统图像处理的运算量，提高识别系统的实时性。
另外，可以考虑根据患者年龄段、病因类别、性别等因素建立不同种类的专家库，有效提高白内障内核硬度等级识别的准确性。
(2)采用患部状态识别系统，利用光学和超声信号，判断白内障硬核组织的硬度、乳化状态，将其信息反馈至计算机中，以便实时控制施加的乳化超声能量。
超声手柄患部状态识别系统的主要机理是不同组织对超声信号的阻抗差异很明显，对于正常的白内障组织乳化效果明显，对于非白内障组织，乳化效应很弱，体现出超声乳化的选择性；另外，相同功率的超声条件下，硬度不同的白内障组织表现的阻抗也有较大差别，根据阻抗数值的具体水平，可以判断当前白内障内核组织的硬度级别，采取适合的超声功率实现乳化。
两种识别系统结合起来，对白内障内核的硬度级别进行判定，结果更为可靠。
(3)采用负压流量控制系统，当手术中眼球内白内障硬核组织乳化后产生的碎片堵塞抽吸管道，负压升高吸除该组织碎片后，负压控制系统通过一泄压口将负压瞬间归零，防止因极低流量高负压致使前房被抽吸造成塌陷的现象。
白内障手术中，除了超声作用外最重要的两项指标是吸引负压跟灌注流量，吸引负压用于将乳化后的白内障组织碎片抽吸出管道，灌注流量用于维持眼内压力平衡，整个手术过程中，维持灌注量和抽吸量的平衡是智能眼科乳化仪负压流量控制系统的核心目的。
(4)采用能量控制系统，根据光学识别和患部状态系统所确定的白内障硬核组织级别、位置和状态自动调节乳化超声波能量的输出大小和模式，有效地进行实时手术，保护眼内其它组织不受损害。
传统的白内障乳化手术采用连续超声对白内障内核进行乳化，手术时间长、眼内超声能量积累效应对周围组织会造成一定灼伤，同时超声手柄连续工作容易发热；为避免上述缺陷，对乳化超声释放模式进行改进，采取脉冲式超声进行乳化，在脉冲的间歇期超声换能器得到充分冷却，提升超声换能器的长时间工作性能，得到质量良好的功率超声信号，获得更好的超声乳化效果。实际测试中，乳化超声输出信号在脉冲释放期间，信号质量维持在很高的水平。同时，脉冲式的超声信号的间歇性释放有助于减小眼内手术中对正常组织的损伤，
结合临床使用实例，根据白内障内核的硬度级别，智能眼科乳化仪手术中正常情形下乳化的功率超声能量采取比较低的数值，以尽量降低眼内损伤，同时又可以保证手术效果。若功率不足，乳化未能完成，医生通过控制脚闸深度补偿超声能量，以完成乳化操作，极大地缓解医生的工作强度，保证手术的安全高效。
附图说明
图1是本发明整机的工作原理示意图
图2是本发明负压流量控制系统结构示意图
图3是本发明超声乳化手柄结构示意图
图4是连续超声加强爆破模式流程图
具体实施方式
下面结合附图所示实例对本发明作详细说明。
如图1所示，为本发明的整机工作原理示意图。本系统由手术主机1、超声乳化手柄2、图像采集系统3、光学识别系统4和脚闸5组成。所述的手术主机包括信号发生器9、计算机1、负压流量控制系统7、患部状态识别系统8和能量控制系统10组成。在进行手术时，光源照在眼球组织上，由图像采集系统3将手术视野内图像信息采集下来，送至光学识别系统4中，与手术前图像相对照，监视手术过程并与超声信号一起判断白内障硬核组织的硬度和乳化情况(患部状态识别系统8)，并将信息反馈至计算机1中，从而控制信号发生器9和能量控制系统10输出适当能量的乳化超声，并在触摸/显示器11上将其输出数据显示出来。若所输出超声能量功率过低无法乳化当前针头接触部位的内核，则改变脚闸5的角度补偿超声功率，实现完全乳化。
如图2所示，为本发明负压流量控制系统的结构示意图。在此方案中，平衡盐水装置12接至电磁阀13，电磁阀13控制进入眼球6中平衡盐水的流量，同时眼球6经一泵系统14将多余的平衡盐水送至废液盒中进行排出，以维持手术中正常的眼压。
在此过程中，中央处理系统对负压流量系统进行实时监控，正常情况下，灌注的平衡盐水会通过管道被排出，乳化的组织碎片也会随着盐水排出，整个管道系统通畅无阻塞，灌注流量维持在稳定的水平，负压会维持在较低水平，手术操作中前房内灌注量与抽吸量平衡，前房稳定；一旦负压异常增大，说明手术中乳化的组织碎片在抽吸管道系统中形成比较大的堵塞，如果碎片体积较大，管道堵塞就会很强，甭系统会加强抽吸，抽吸管道内会维持较大的负压，将堵塞管道的组织碎片抽出管道，当碎片被抽出管道的瞬间，抽吸管道恢复通畅，管道内负压值会很快有较大的跌落，此时中央处理系统会打开与抽吸管道连通的泄压阀，抽吸管道与大气相通，抽吸管道瞬间负压归零，避免眼球被抽吸干瘪。负压归零后，泄压阀立刻关闭，系统重新恢复正常工作，从而确保手术安全性，特别对于还不是十分熟练的医生来说，该技术更具有重大意义。
如图3所示，为本发明超声手柄结构示意图。在手术中，将电源导线20接通电源后，超声手柄17内的功率超声信号源产生超声波信号驱动换能器，将电能转化成高速微小振幅的机械能，经传递杆传递后，再由变幅杆放大耦合后将超声波能量经针头接口16所接的治疗针头输出，从而对眼球内白内障硬核组织进行乳化。在乳化过程中，首先通过灌注接口18将液体注入眼内，防止抽吸过程中因眼内组织的压力发生变化引起眼球变形；其次，通过抽吸接口19将破碎、乳化后的组织吸出体外。手术过程中可通过光学识别按键21控制系统对白内障硬核组织进行光学识别，也通过负载识别按键22的断开与闭合检测超声乳化针头与硬核组织的接触情况，同时可通过能量控制按键23控制超声波能量的输出大小。
如图4所示，为本发明的连续超声加强爆破模式流程图。在连续超声加强爆破模式条件下，通过串口中断接收硬度级别数据，确定输出的最低超声功率(即连续超声功率)，并检查眼球内负压是否达到系统所允许的极大值(可自由设定)。如果负压已达到极大负压，则说明硬核组织未能乳化，系统为堵塞状态，此时自动进入功率爆破模式。若无法完成爆破，则可通过改变脚闸的角度补偿超声爆破功率，完成爆破功能，进而实现内核尤其是硬核的完全乳化。
在爆破模式超声乳化中，可以乳化4～5级硬核，每秒钟1～50次的爆破乳化频率，可以按照医生要求自行设置释放时间与参数，减少对其它组织的损伤，术后愈合时间短。
Claims (3)
1.一种智能眼科超声乳化仪，包括：手术仪主机、超声乳化手柄、图像采集系统和脚闸，所述的手术仪主机由信号发生器、手术过程和患部状态识别系统、负压流量控制系统，能量控制系统和触摸/显示设备组成，所述的超声乳化手柄末端带电源，其内部连接一变幅杆，变幅杆前端连接超声乳化针头，内置换能器，注吸管道从手柄内通过，外装硅胶套管；所述的超声乳化手柄上设有三个按键，分别为光学识别按键、负载识别按键和能量控制按键；所述的图像采集包括眼科手术用电子显微镜、图像采集卡和专用图像处理微机；所述的手术过程和患部状态识别系统包括带有识别按键的专用手柄，用于手柄超声信号采集和分析处理的硬件软件模块；所述的超声乳化针头为钛合金，由不同斜面组成，可拆卸，乳化的晶体碎片从中空管道被吸出。
2.如权利要求1所述的智能眼科超声乳化仪，其特征是采用负压流量控制系统，该系统包含灌注用平衡液、灌注电磁阀、灌注管道、抽吸用蠕动泵、抽吸管道、用于泄压控制的泄压阀、负压传感器。
3.如权利要求1所述的智能眼科超声乳化仪，其特征是采用能量控制系统，该系统包含超声信号发生器、乳化超声输出模式、控制超声输出功率的脚闸。
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| CN101632610A (zh) | 2010-01-27 |
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