(57)【要約】【課題】外科手術用カセットに含まれているチャンバに使用するための音響式流体レベルセンサを提供する。【解決手段】センサは、流体チャンバの下部の外側に取り付けられた超音波トランスデューサを有していて、そしてチャンバに音響結合されている。トランスデューサはチャンバとチャンバ内の液体とを介して超音波信号パルスを発信している。信号は空気／液体境界面により反射されてトランスデューサで受信される。トランスデューサから発信されトランスデューサに受信されるまでの時間はチャンバ内の流体の量により変化し、そしてチャンバ内の流体のレベルを指示している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体チャンバと音響トランスデューサとコンピュータとを具備している流体レベルセンサであって：
ａ）前記流体チャンバが外側と、底部と入口と出口とを有していて；
ｂ）前記音響トランスデューサが前記流体チャンバの底部の外側に音響結合されていて、前記流体チャンバ内側に向かって対面しており、前記音響トランスデューサは前記流体チャンバに入っている流体を介して音響信号を発信及び受信可能なようになっていて；
ｃ）前記コンピュータは、前記音響トランスデューサにより発信され受信された信号を処理し、そして前記発信され受信された信号にもとづいて、前記流体チャンバの中に入っている流体のレベルを計算するようになっている；
流体レベルセンサ。
【請求項２】
前記流体チャンバが外科手術用カセットの中に取り付けられていて、前記音響トランスデューサは外科手術用コンソールの中に取り付けられており、前記カセットが前記コンソールの中に設置されるとき、前記流体チャンバと前記音響トランスデューサは音響結合される、請求項１に記載の流体レベルセンサ。
【請求項３】
前記音響トランスデューサと前記流体チャンバとが、前記流体チャンバの前記外側に含まれた音響材料により音響結合されている、請求項１に記載の流体レベルセンサ。
【請求項４】
前記発信され受信された信号が前記流体チャンバの中の流体のレベルの函数として変化する、請求項２に記載の流体レベルセンサ。
【請求項５】
前記音響トランスデューサ及び前記流体チャンバが、前記音響トランスデューサの外側に含まれる音響材料により音響結合されている、請求項１に記載の流体レベルセンサ。
【請求項６】
チャンバの中の流体のレベルを指示する制御信号の発生方法であって：
ａ）外側と底部と入口と出口とを有している流体のチャンバを設ける段階と；
ｂ）超音波トランスデューサを前記チャンバの底部の外側に音響結合する段階と；
ｃ）入口を介して前記チャンバの中に流体を導入する段階と；
ｄ）音響信号がエコー信号として流体における空気／流体境界面で反射されるように、前記音響信号を前記流体を介して上向きに発信する段階と；を含んでいる、チャンバの中の流体のレベルを指示する制御信号の発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外科手術用カセット内の流体のレベルを検出するための装置であって、そのカセットは眼科手術用器具の一つのコンポーネントである。
【背景技術】
【０００２】
従来の外科手術用器具は、手術部位を吸引するべく真空を利用し、そして手術部位に注入するべく正圧を利用している。一般にカセットは圧力を発生するために使用する装置と外科手術器具との間に接続されている。外科手術部位に流れを注入しそして吸引することを制御するために、外科手術用器具と共にカセットの使用は公知なものである。特許文献１〜１０はチューブ付き又はチューブ無しの眼科手術用カセットを開示していて、参考としてここに包含するものである。吸引流体の流量、ポンプ回転数、真空度、注入流体圧力、及び注入流体流量は、眼科手術中において正確な制御を必要とする因子である。
【０００３】
吸引器具のために、カセットの空気圧は大気圧より低くなっていて、カセット内の流体は外科手術部位から除去される。注入器具のために、カセットの空気圧は大気圧より高くなっていて、流体が外科手術部位に送られるようになっている。両タイプの器具において、カセットは流体のリザーバとして作用するようになっており、リザーバは圧力発生装置により生じる変動を緩和するようになっている。
【０００４】
リザーバとして作用するカセットにおいて、カセット内の流体のレベル（従って空になること）は、カセットが完全に充満又は空にならないように制御されねばならない。もし流体が吸引装置のカセットに充満されると、流体は真空装置（一般にベンチュリ）の中へ吸い込まれ、外科手術器具の真空度に支障を与える。吸引装置における空のカセットはドレンバッグへの空気の流入をまねき、バッグ内のリザーバスペースを無駄なものとしている。さらに、カセット内の一定体積は、外科手術用器具内の真空度をより精密に制御することを可能にしているものである。注入装置のカセット内の流体レベルを制御することは同様に望ましいものである。
【０００５】
さらに、カセット内のリザーバのサイズはカセットの応答時間に影響を与えている。より大きなリザーバは、より大きな容量を備えているが、装置の応答時間は遅くなっている。より小さなリザーバは装置の応答時間を速めているものの、適切な容量でないかも知れない。このことは、二つの内部リザーバを有するカセットにより解決されてきた。そのようなカセットが特許文献６に開示されている。より小さなリザーバは外科手術用ハンドピースと直接的な流体連通しているが、一方より大きなリザーバがより小さなリザーバと真空源との間に設置されている。このことが、より速い応答時間とより大きな体積を可能なものにしている。しかしながら、より小さなリザーバは、充填前により大きなリザーバに周期的に空にされねばならない。このことがより小さなリザーバに流体レベルセンサを取り付けることを必要なものとしていて、このセンサがより小さなリザーバを適切なときに空にするよう制御用コンソールに伝達している。サンドブルムカセット（Sundblom Cassette）は、電気式アラーム開回路を形成している二つの電気的プローブ７６（図８参照）を使用している。外科手術用流体（導電性の）が小さなリザーバ３０を充満すると、両プローブ７６が流体に浸せきされ、従って閉回路となり、リザーバ３０が充満されていることのアラームが発生される。サンドブルムカセットに使用された流体レベルセンサは単純な“ＯＮ／ＯＦＦ”スイッチであった。センサは“リザーバ充満”アラームを発生する以外ユーザに対して小さなリザーバにおける流体量に関する他の情報を提供しない。
【０００６】
特許文献１０に開示されているレベルセンサは光学装置を使用していて、その光学装置は空気／流体境界面の位置を読み取ることにより流体レベルを連続的に検出するようになっている。これらの光学装置は比較的高価なフォトトランジスタとレシーバとであって、リザーバ内における流体の発泡により精度が悪くなっている。さらに、光学式センサの精度は周囲の明るさによって影響されるものである。
【０００７】
音響圧力センサは過去において水タンク内の流体レベルの監視に使用されてきた。超音波トランスデューサがタンク内の最上部に取り付けられ、超音波信号がタンク内に入っている水の最上面へ向けて下向きに送られている。しかしながらこの装置は、無菌であることが重要であり、かつトランスデューサを流体に接触させることはできない外科手術用装置としては適切なものではない。さらに、一般に外科手術用装置は使い捨てであるので、チャンバ内にトランスデューサを設置することは望ましいものではない。
【０００８】
従って、簡単で信頼性のある正確な流体レベルセンサの必要性がある。
【特許文献１】米国特許第４，４９３，６９５号明細書
【特許文献２】米国特許第４，６２７，８３３号明細書
【特許文献３】米国特許第４，３９５，２５８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，７１３，０５１号明細書
【特許文献５】米国特許第４，７９８，５８０号明細書
【特許文献６】米国特許第４，７５８，２３８号明細書
【特許文献７】米国特許第４，７９０，８１６号明細書
【特許文献８】米国特許第５，２６７，９５６号明細書
【特許文献９】米国特許第５，３６４，３４２号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，７４７，８２４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、外科手術用カセットに含まれているチャンバに使用するための音響式流体レベルセンサを提供することにより従来技術を改善するものである。
【００１０】
従って、本発明の目的は、流体レベルセンサを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、簡単で信頼性のある流体レベルセンサを提供することである。
【００１２】
さらなる本発明の目的は連続的に流体レベルを測定するセンサを提供することである。
【００１３】
さらなる本発明の別の目的は、非光学式の流体レベルセンサを提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、音響式流体レベルセンサを提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、超音波トランスデューサを使用している流体レベルセンサを提供することである。
【００１６】
本発明におけるこれらの及び他の利点と目的とが詳細な説明、図面及び特許請求の範囲において明瞭にされる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
センサは、流体チャンバの下部の外側に取り付けられた超音波トランスデューサを有していて、そしてチャンバに音響結合されている。トランスデューサはチャンバとチャンバ内の液体とを介して超音波信号パルスを発信している。信号は空気／液体境界面により反射されてトランスデューサで受信される。トランスデューサから発信されトランスデューサに受信されるまでの時間はチャンバ内の流体の量により変化し、そしてチャンバ内の流体のレベルを指示している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１及び２において、本発明による流体レベルセンサ１０は流体チャンバ１２と、音響又は超音波トランスデューサ１４とを含んでいる。チャンバ１２はカセット１６の一部分を形成していて、トランスデューサ１４が外科手術用コンソール１８の中に取り付けられていて、カセット１６がコンソール１８の中に取り付けられる場合、トランスデューサ１４はカセット１６に接近するようになっている。カセット１６又はトランスデューサ１４に含まれているのは水の含有率が大きいヒドロゲルのような音響結合材料２０である。結合材料２０はトランスデューサ１４をチャンバ１２に音響結合している。チャンバ１２は流体入口１２と、流体出口２４と、チャンバ１２を真空引用又は加圧用のポート２６とを含んでいる。流体入口２２及び出口２２を介しての流体流れ、並びにポート２６を介してチャンバ１２に提供される真空度はコンソール１８により制御されていて、そのコンソール１８は、公知な注入／吸引及び真空／加圧装置である。
【００１９】
使用時、カセット１６は、音響結合材料２０がトランスデューサ１４とチャンバ１２とを音響結合するようにコンソール１８に設置される。トランスデューサ１４はチャンバ１２の中には含まれていないけれど、チャンバ１２の底部１５においてチャンバ１２の外側１３と音響結合されていて、そして、チャンバ１２との内部に向けて対面している。外科手術用流体３０は、入口２２を介してチャンバ１２に流入し、出口２４を介してチャンバ１２から流出されており、空気／流体境界面３０を上下するようになっている。トランスデューサ１４がコンピュータ３８の制御により信号３４、好ましくは超音波信号を発するようになっていて、その信号３４は、流体３０中を上方に進行し、反射信号又はエコー３６として空気／流体境界面３２で反射される。エコー３６は流体３０中を下方に進行し、トランスデューサ１４により検出され、そしてその情報はコンピュータ３８に返信されており、そのコンピュータ３８は公知な従来技術におけるハードウェア及びソフトウェアを利用している。コンピュータ３８は、信号３４の発信とエコー３６の受信との間の合計時間をｔｅｃｈｏとして記録する。この情報を用いて、空気／流体境界面３２の位置又はチャンバ１２内の流体３０のレベルは、次式：
Ｌｅｖｅｌ＝（Ｖｓｏｕｎｄ  ＊  ｔecho）／２        （１）
を用いて計算される。
ここでＶｓｏｕｎｄは流体３０における音速である。当然のことであるが、値Ｖｓｏｕｎｄは流体により変化するけれども、外科手術用装置においては、流体は一般に比較的安定した特性の食塩水である。従って、Ｖｓｏｕｎｄは事前に高精度でコンピュータ３８にプログラム化することができる。
【００２０】
本説明は説明用のものであり、当業者においては、本発明の範囲と精神とを逸脱することなく修正できることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の流体レベルセンサを使用した外科手術用カセット及びコンソールの概略図である。
【図２】図２は、流体の入った流体チャンバと作動可能に接続されている本発明による流体レベルセンサの概略図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０    センサ
１２    チャンバ
１４    トランスデューサ
１５    底部
１６    カセット
１８    コンソール
２０    音響結合材料
２２    流体入口
２４    流体出口
２６    ポート
３０    空気／流体境界面
３８    コンピュータ
【図１】
2007212461.tif 000003
【図２】
2007212461.tif 000004