专利名称：用于动态气动阀驱动器的系统和方法玻璃体视网膜手术可包括多个手术过程，进行所述多个手术过程来恢复、保持和提高视力。玻璃体视网膜手术可适于治疗眼睛后部的多种严重病症。玻璃体视网膜手术可治疗例如老年性黄斑变性(AMD)、糖尿病视网膜病变以及糖尿病性玻璃体积血、黄斑裂孔、视网膜剥落、视网膜前膜、巨细胞病毒视网膜炎等病症和很多其他眼科疾病。玻璃体为填充眼睛中央的通常透明的类凝胶物质。其可占据眼睛体积的大约2/3，在出生前就形成了其形式和形状。影响眼睛后部的一些问题可能需要玻璃体切除或玻璃体手术移除。可进行玻璃体切除来从眼睛清除血液和碎片，以去除瘢痕组织或减轻作用在视网膜上的牵引力。出血、发炎细胞、碎片和瘢痕组织可能在光通过眼睛到达视网膜时遮挡光，导致视觉模糊。如果玻璃体拉动或牵引视网膜从其正常位置离开，则玻璃体也可能被去除。需要玻璃体切除的最常见眼睛疾病中的一些包括例如视网膜剥落或出血等糖尿病视网膜病变造成的并发症、黄斑裂孔、视网膜剥落、视网膜前膜纤维化、眼睛内部出血(玻璃体积血)、受伤或感染，和与之前眼睛手术相关的一些问题。视网膜外科医生可使用设计用于提供眼睛后部清晰图像的显微镜和专用透镜进行玻璃体切除。可在巩膜上形成长度仅几毫米的若干小切口。视网膜外科医生可通过所述切口插入微手术器械，例如用于眼睛内部照明的光纤光源、用于在手术过程中保持眼睛形状的输注管和用于切割和去除玻璃体的器械。在玻璃体切除术中，外科医生可在眼睛中形成三个微小切口，用于三个单独的器械。这些切口可设置在眼睛的睫状体平坦部，所述睫状体平坦部恰好位于虹膜后面，但是在视网膜前面。通过这些切口的器械包括光管、输注端口和玻璃体切割装置。光管为用于眼睛内的显微高强度手电筒的等同物。输注端口可用于置换眼睛中的流体，并且在眼睛中保持适当的压力。玻璃体切除仪或切割装置可像微型切纸机那样工作，通过振荡的显微切割件来以受控方式将玻璃体凝胶去除。这可防止在玻璃体液去除过程中在视网膜上产生大的牵引力。用于在眼睛后部上进行玻璃体切除术和其他手术的手术机器非常复杂。通常，这样的眼科手术机器包括主控制台，多种不同的工具附接到所述主控制台。所述主控制台可给附接的工具提供动力，并且控制附接的工具的操作。附接的工具通常包括探针、剪刀、钳子、照明器、玻璃体切除仪和输注管。这些工具中的每一个通常附接到主手术控制台。主手术控制台中的计算机可监测和控制这些工具的操作。这些工具也可从主手术控制台获得其动力。这些工具中的一些可以是电动的，而另一些可以是气动的。为了给各个工具提供气动动力，主手术控制台可包括气动或空气分配模块。该气动模块可调节和供给压缩空气或气体来给工具提供动力。气动模块可连接到容纳压缩气体的气缸。气动模块可提供适当的气体压力来适当地操作附接的工具。
在各个实施例中，用于手术控制台的气动系统阀可由控制器控制，所述控制器构造成调节阀占空比(VDC)(所述VDC用于给阀提供动力)，以减小所述阀的输出端处的压力差(例如平均压力差)和期望的压力差(例如期望平均压力差)之间的差值。在一些实施例中，可从连接到所述阀的一个或多个端口的压力传感器检测平均压力差，并且将平均压力差分程传送到所述控制器(例如执行PID控制器(比例积分微分控制器)算法)。所述控制器可比较测量的平均压力差和期望的平均压力差(例如从用户接收到的或根据从用户接收的信息确定的)。然后所述控制器可确定修改的VDC来减小期望的平均压力差和测量的平均压力差之间的差值。在一些实施例中，可进行多次迭代来减小测量的平均压力差和期望的平均压力差之间的差值。参照下面结合附图的描述来更全面地理解本发明，附图中图I是根据一个实施例的手术控制台；图2a是根据一个实施例的具有压力差传感器的气动系统的示意图；图2b是根据一个实施例的在每一个端口上具有单独的压力传感器的气动系统的示意图；图3示出根据本发明的玻璃体切除术切割件；图4示出根据一个实施例的用于控制气动阀的方法的流程图；图5示出根据一个实施例的用于将端口占空比与平均压力差相关联的查询表的实施例；和图6示出具有包括两个或更多个阀的气动阀的一个实施例。应可理解，前述一般描述和下面的详细描述都仅为示例性和说明性的，并且旨在 提供如权利要求限定的本发明的进一步的说明。在一些实施例中，阀占空比(VDC, valve duty cycle)可包括气动阀217处于第一和第二位置的时间量。在一些实施例中，探针切割件225的切割速率可通过控制器205经由阀217控制。例如，为了提供每分钟2500次切割的探针速率，控制器205可控制气动阀217将加压空气以每次循环约24ms的速率交替提供到端口 A (第二通道)和端口 B (第一通道)。为了获得每分钟2500次切割的切割速率，两个气动通道可每24ms进行一次打开/闭合循环(2500次切割/分钟或I分钟/2500次切割X 60秒/I分=0. 024秒/次切割=24ms/次切割)，这对于每一个通道可以持续打开12ms。在一些实施例中，实际打开和闭合通道的过渡时间可占用部分循环时间。例如，对于每次循环24ms的6ms总过渡时间来说，气动第二通道(即经气动阀217的端口 A 213)可用4ms来打开(同时气动第一通道闭合)，用2ms来闭合(同时气动第一通道打开)。其他过渡时间也可考虑。由于过渡时间，因此阀可实际上针对第二通道仅打开8ms (12ms-4ms),同时针对第一通道闭合；并且可以针对第二通道闭合10ms(12ms-2ms)，同时针对第一通道打开。该阀在向第二通道和第一通道提供加压空气时的8ms与IOms的这种时间差可导致两个通道中不平衡的压力差。在一些实施例中，可能期望两个通道的打开持续时间基本相同(例如，在2500次切割/分钟的情况下，实际打开约 (24ms_6ms ) /2=9ms )。如果打开/闭合过渡时间对于所有气动阀217都是恒定的，则控制器205可基于标准气动阀217以固定阀占空比进行预编程，以对于两个通道获得约相等的实际打开持续时间。例如，对于第二通道，标称打开时间可设置为13ms，对于第一通道可设置为11ms。因而，对于该示例，除去过渡时间，第二通道的实际打开时间可以是13ms-4ms=9ms，第一通道的实际打开时间可以是llms-2ms=9ms (类似于第二通道)。但是，由于不同的气动阀217彼此之间的过渡时间可能不同(例如，由于气动阀217的制造差异、气流阻力、温度、老化等因素造成)，因此固定的阀占空比可能不能成功地抵消该不平衡。例如，不同的阀可能要用3ms(而不是4ms)来打开第二通道(同时气动第一通道闭合)，并且用2ms闭合第二通道(同时气动第一通道打开)。如果相同的阀占空比(例如第二通道标称打开时间为13ms，第一通道标称打开时间为Ilms)应用到该第二阀示例，则对于第二阀的气动第二通道，实际打开时间将为13ms-3ms=10ms,对于第一通道，实际打开时间将为llms-2ms=9ms。因此，针对前面阀示例起作用的阀占空比导致气动第二通道比用于第二示例阀的气动第一通道实际上多保持打开Ims或长11%。这种差异可能导致两个气动通道之间不均匀的动力平衡，这可能导致较不期望的性能。类似地，固定的阀占空比可能无法成功地抵消不同控制台的由于两个通道中流动限制/阻力差异而造成的不平衡。在一些实施例中，阀差异的效果可以通过监测阀217出口处的压力波形(例如，在阀运行过程中由压力传感器211 (图2a)检测的或通过控制器使用来自压力传感器212a，b (图2b)的压力信息计算得到的平均压力差207)来动态补偿。压力信息可包括例如在压力传感器212a，b处检测到的压力波形或来自压力传感器212a，b的平均压力读数(其他压力信息也是可以的)。压力传感器211，212a，b可包括能够读取压缩气体压力并将包含关于压缩气体压力信息的电信号传送到控制器205的压力换能器(pressure transducer)。可在运行期间监测(例如周期性地或者连续地监测)压力波形(其可以表示实际VDC)。平均压力差207可由控制器205使用，以通过修改阀的VDC来补偿阀的变化，从而减小实际压力差和期望压力差之间的差异。因而，在一些实施例中，闭环控制法可包括监测气动阀217的输出端处的平均压力差(端口 A 213和端口 B 215之间的压力差)，以及使用所述平均压力差207来确定用于控制VDC的阀的特定信息。在一些实施例中，在循环周期(1/cutrate)上的平均压力差207可直接与VDC相关，并且可被控制器205使用来动态调整发送到气动阀217的控制信号的VDC。在一些实施例中，实际压力差可能不能计算，但是相反，控制器可比较来自传感器212a，b的压力信息，以动态调整VDC。例如，来自端口 A和端口 B的压力波形(或平均压力)的比较结果可表示能够通过调整VDC抵消的差值。其他VDC调整也是可能的。首先，在阀操作之前，可基于用户输入(例如通过手术控制台的用户接口接收到的)或手术控制台101上的存储器中存储的系统默认值来确定期望的压力差(端口 A和端口B之间的)。在阀操作过程中，控制器205可基于检测/计算的实际的压力差来修改阀217的阀占空比。例如，压力传感器211可检测端口 A 213和端口 B 215之间的压力差，并且将表不压力差的信号发送到控制器205。在一些实施例中，压力传感器211可基于检测的压力差波形来计算平均压力差207，或压力传感器211可将检测到的压力差波形分程传递给(relay)控制器205，并且控制器205可确定平均压力差207。在一些实施例中，平均压力差207可作为控制器205能够解释的信号被发送到控制器205，以推导出压力(或例如，用于推导出与压力相关的其他值)。虽然图2a中显示了一个压力传感器211，但是在一些实施例中(例如，如图2b中所示)，端口 A 213和端口 B 215中的每一个可具有可与控制器205通讯的单独的压力传感器(压力传感器212a，b)。在一些实施例中，控制器可从压力传感器212a，b接收压力信息，计算两个端口之间的压差波形，然后由压差波形确定平均压力差。作为另一个示例，控制器可确定用于控制阀217的阀占空比的每一个压力传感器输出波形的偏移值(例如，控制器可比较来自压力传感器212a，b的压力信息，以确定两个端口压力之间的平均差值)。这些压力差/平均压力差可用于确定该怎样动态调整VDC在一些实施例中，控制器205可确定时间间隔(对应于修改的阀占空比)，以向阀217发出处于第一位置和第二位置的信号，从而获得端口 A和端口 B之间的期望的平均压力差。通过将调整的阀占空比应用到气动通道的循环时间，气动通道可在总循环时间过程中致动特定的实际打开时间。如上面所说明的，50%的阀占空比可对应于施加信号(即给阀提供动力使其进入第一位置)和不施加信号(即不给阀提供动力从而使其进入第二位置)的时间基本相同。1%的调整可导致51%的占空比，其对应于如下情形，S卩施加信号来向阀提供动力的时间约为总循环时间的51%(并且总循环时间的49%不施加信号(从而将阀设置到第二位置))。较长的51%的占空比可因而补偿例如相比于其移动到第二位置要使用更长的时间来移动到第一位置的阀，或补偿在连接到阀的第一位置的通道中具有较高流动限制/阻力的控制台。在一些实施例中，阀占空比也可针对不同的控制台特性进行调整(例如，用于补偿各种阀的不同过渡时间和各种控制台的流动限制/阻力变化)。在各个实施例中，控制器205可构造成通过电子接口(例如电导体，如金属线、总线、电路板走线等)接收信号。控制器205也可构造成通过电子接口将输出信号发送到气动阀217。这些输出信号可使控制器205控制气动阀217的操作。控制器205可包括能够执行逻辑功能的集成电路。以该方式，控制器205可以是具有电源引脚、输入引脚和输出引脚的标准集成电路封装件的形式。在各个实施例中，控制器205可包括阀控制器或目标装置控制器。在一些实施例中，控制器205可执行以特定装置例如阀等为目标的专用控制功能。在一些实施例中，控制器205可以是微处理器。在这样的情况下，控制器205可以是可编程的，以使其可用于控制阀以及控制台101的其他部件。在一些实施例中，控制器205不是可编程微处理器，而是构造成控制执行不同功能的不同阀的专用控制器。图4示出用于动态控制气动阀217的方法的一个实施例的流程图。提供在流程图中的要素仅为示例性的。各个提供的要素可省略，可添加附加的要素和/或各个要素可以与下面提供的次序不同的次序执行。在401处，用户可选择期望的切割速率和/或roc (例如根据手术需要而进行选择)。例如，用户可在50%的PDC下输入2500次切割每分钟的切割速率。在403处，期望的PDC可转换为期望的平均压力差(或与端口 A和B之间的压力差相关的其他压力差/度量值)。在一些实施例中，期望的PDC可根据预先建立的查询表(例如，参见图5)、公式等转换为期望的平均压力差。在一些实施例中，用户可将期望的平均压力差输入显示器103上的接口中。在一些实施例中，PDC和期望的平均压力差可以默认值提供(例如，50%PDC，0psi (磅每平方英寸)的期望平均压力差)。平均压力差可指端口 A和端口 B之间的压力差的平均值(作为端口 A和端口 B之间的压力差波形的在时间上的平均值)或端口 A的平均压力和端口 B的平均压力之间的差值。例如，用于阀的PDC和相应的平均压力差可实验性地通过试验和误差等确定。在一些实施例中，可使用其他特性来确定期望的平均压力差(例如附接的工具类型等)。在405处，气动阀217可通过控制器205控制来操作工具103。在一些实施例中，控制器205可首先使用默认阀占空比(例如50%)控制阀217。在一些实施例中，控制器205可从偏差转换器(offset translator)203 (例如,构造成基于内部查询表(例如,参见图5)将接收的表示期望roc 201的电信号转换为相应的期望平均压力差)接收期望的平均压力差。在一些实施例中，除了或代替期望的平均压力差，控制器205可接收其他期望性能特征(例如，控制器可接收端口 A和端口 B的平均压力波形之间的期望差值，或可根据端口 A和端口 B的期望平均压力来接收端口 A压力和端口 B压力的期望偏差)。在407处，平均压力差207可从压力传感器211分程传送到控制器205(或使用来自压力传感器212a，b的压力信息通过控制器205计算该平均压力差)。例如，平均压力差207可由压力传感器200每100毫秒分程传送(或者压力信息(例如压力偏差)可由压力传感器212a，b分程传送，并且平均压力差207可由控制器205计算)。其他时间间隔也可考 虑(例如每5秒)。在一些实施例中，压力传感器211可根据检测的压力差波形计算平均压力差，或压力传感器211可将检测到的压力差波形(其可包括端口 A和端口 B之间的一个或多个压力差)分程传送到控制器205，并且控制器205可确定平均压力差207。在一些实施例中，连接到端口 A和B的压力传感器212a，b可将检测到的压力信息(例如压力偏差、压力波形等)分程传送给控制器205，并且控制器205可确定端口的平均压力差(或可比较压力波形而不实际计算平均压力差)。在409处，控制器205可比较测量的平均压力差207 (例如从压力传感器接收的或使用来自压力传感器的信息计算得到的)与期望的平均压力差(例如根据接收自用户的信息或默认设置而计算得到/确定的)，并且确定修改的VDC。控制器205可确定修改的VDC来减小期望的平均压力差和测量的平均压力差之间的差值。例如，如果端口 A处的压力视为正压力，端口 B处的压力视为负压力，则对于理想的阀来说，测量的平均压力差可以是Opsi。相反，若在该示例中测量的平均压力差是正的(例如+2psi)，则测量的平均压力差可表明在指定循环中，端口 A保持打开的时间比端口 B更长(导致端口 A在打开时充气到的压力要比端口 B在打开时充气到的压力更高)。如果期望的平均压力差设置为Opsi JUVDC(其可表示控制器205向端口 A发出排气信号的时间百分比)可由控制器增大(例如从50%到51%)。在一些实施例中，控制器205可根据默认值或用户提供的比率增大或减小VDC。在一些实施例中，对于阀217而言，响应于期望的平均压力差和测量的压力差之间的差值而调整VDC的量可通过实验确定。例如，通过实验可能确定，对于测量的平均压力差和期望的平均压力差之间每+1. 2pis的差而言要增大1%的VDC (其他比率也可考虑)。该信息可以控制器205能够访问的公式或表格的形式存储。作为另一个示例，如果平均压力差为正，则控制器205可以用户提供的增量(例如O. 5%)增大VDC ;如果平均压力差为负，则控制器205可以用户提供的增量减小VDC。在一些实施例中，如果测量的平均压力差在默认的或用户提供的范围内，则控制器205可不调整VDC(例如，如果平均压力差在Ipsi的期望平均压力差范围内，则不调整)。在一些实施例中，用户可输入供控制器使用的各种输入(例如输入显示器109的触摸屏)。例如，对于测量的平均压力差和期望的平均压力差之间每+1. 2psi的压力差，用户可输入-1%比率的VDC。在一些实施例中，控制器可不实际计算压力差，而是可将来自端口 A和端口 B的压力波形(例如，如由压力传感器212a，b确定的)彼此比较，或与期望的波形比较，以确定怎样调整VDC。例如，如果用于端口 A的压力波形平均比期望压力波形(例如存储在系统上的)大2psi，则可调整VDC而不必实际计算压力差。也可考虑其他VDC调整技术。
在411处，控制器205可在向气动阀217提供动力时使用修改的VDC (例如，来控制在第一 /第二位置之间切换的时间)。在413处，控制器205可在比较测量的压力差207和期望的平均压力差(或与压力差相关的变量/度量)与确定新的修改的VDC之间迭代，以最小化测量的平均压力差207和期望的平均压力差之间的差值。例如，控制器205可执行PID控制器算法(比例积分微分)，以增大或减小地调整占空比，接收新的检测的平均压力差(或接收新的压力信息来用于计算平均压力差)，根据与之前的平均压力差相比较的新平均压力差的方向相应地增大或减小地调整阀VDC，响应于修改的阀占空比等接收/计算新的平均压力差，直到平均压力差和期望的压力差之间的差值减小(例如落入用户提供的范围内)。在一些实施例中，该气动管理系统可包括一个或多个处理器。所述处理器可包括单个处理装置或多个处理装置。这样的处理装置可以是微处理器、控制器(例如控制器205)(其可以是微控制器)、数字信号处理器、微计算机、中央处理单元、场可编程门阵列、可编程逻辑装置、状态机、逻辑电路、控制电路、模拟电路、数字电路和/或根据操作指令操纵信号(模拟和/或数字)的任何装置。连接到和/或嵌入处理器中的存储器可以是单个存储装置或多个存储装置。这样的存储装置可以是只读存储器、随机存取存储器、易失性存储器、非易失性存储器、静态存储器、动态存储器、闪存、缓存和/或存储数字信息的任何装置。应注意的是，当处理器通过状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路执行其功能中的一个或多个时，存储相应操作指令的存储器可嵌入构成状态机、模拟电路、数字电路和/或逻辑电路的电路中，或处于所述电路外部。存储器可存储、且处理器可执行对应于在结合附图示出和描述的元件中的至少一些的操作指令。如图6中所示，尽管在本文中是结合四通气动阀来描述这几个实施例，但是应可理解，这些实施例同样适用于以协同方式被控制、以向工具103提供加压气体的两个或更多个阀。例如，结合四通气动阀描述的“第一端口”和“第二端口”可以可替代地连接到两个或更多个单独的阀(即，“第一端口”连接到第一阀，“第二端口”连接到第二阀)。可对第一阀和第二阀一起进行控制来交替地向第一端口 和第二端口提供加压气体。在一些实施例中，压力传感器可同时连接到第一和第二端口来确定压力差(或每一个端口可连接到单独的压力传感器，并且可使用单独的压力传感器来确定平均压力)。这样，可相对于两个或更多个阀来使用阀占空比，以调节通道的相应端口的打开和闭合时间(通过根据由阀占空比表示的打开/闭合时间来控制单独的阀)。本领域普通技术人员可对提出的实施例作出各种修改。通过考虑本发明的说明书和本文公开的本发明的实施，本发明的其他实施例对于本领域技术人员将显而易见。本说明书和示例应当仅视为示例性的，具有由下面权利要求及其等同形式表明的本发明真正范围和精神。


本发明在各个实施例中公开了一种用于手术控制台的气动系统阀，其可由控制器控制，所述控制器构造成调节所述阀的阀占空比(VDC)，以减小所述阀的压力差和期望的压力差之间的差值。在一些实施例中，可由连接到所述阀的一个或多个端口的压力传感器检测平均压力差，并且将平均压力差分程传送到所述控制器。所述控制器可比较测量的平均压力差和期望的平均压力差(例如从用户接收到的)。然后所述控制器可确定修改的VDC来减小期望的平均压力差和测量的平均压力差之间的差值。在一些实施例中，所述期望的平均压力差可根据从所述手术控制台的用户接收到的输入确定。