БЕСКОНТАКТНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА
NON-CONTACT MEASUREMENT OF FLOW PARAMETERS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к ультразвуковому датчику потока и, более конкретно, к хирургической системе и кассете, имеющим ультразвуковой датчик потока.
ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
Традиционные системы глазных хирургических инструментов используют вакуум для аспирации участка хирургического вмешательства и положительное давление для промывки участка. Обычно кассету последовательно размещают между средством, используемым для генерации давления, и хирургическим инструментом. Использование кассет с хирургическими инструментами для содействия управлению промывочным и аспирационным потоками на участке хирургического вмешательства хорошо известно. Патенты США № 4,493,695 и 4,627,833 (Cook), 4,395,258 (Wang и др.), 4,713,051 (Steppe и др.), 4,798,850 (DeMeo и др.), 4,758,238, 4,790,816 (Sundblom и др.) и 5,267,956 (Beuchat), 5,364,342 (Beuchat) и 5,747,824 (Jung и др.) - все раскрывают хирургические кассеты для глазной хирургии с трубками или без трубок, и они полностью включены в настоящую заявку посредством ссылки. Скорость аспирационного потока жидкости, скорость отсоса, степень вакуума, давление промывочной жидкости и скорость потока промывочной жидкости являются некоторыми из параметров, точный контроль которых необходим во время глазной хирургической операции.
Устройства предшествующего уровня техники использовали датчики давления на линиях аспирации и промывания и вычисляли скорости потоков жидкости на основе измеренного давления. В прошлом измерение давления жидкости в хирургических кассетах было очень точным, и, так как сопротивление на путях жидкости известно, скорости потока жидкости могут быть надежно вычислены на основе давления жидкости. Новейшие улучшения надежности ультразвуковых датчиков потока сделали возможным в настоящее время точное бесконтактное измерение параметров потока жидкости.
Например, один ультразвуковой датчик потока, предложенный в патенте США № 6,098,466 (Shkarlet), раскрывает датчик потока, допускающий точное измерение параметров потока жидкости в контейнерах или трубках, имеющий уменьшенную чувствительность к неоднородностям распределения потока и уменьшенный общий размер благодаря использованию многочисленных наклонных отражательных поверхностей, благодаря которым случайные волны от одного или более ультразвуковых преобразователей многократно и во многих направлениях проходят через объем жидкости без изменения планарной ориентации ультразвуковых волн. Прохождение волн, являющееся результатом многократных отражений и многонаправленного облучения объема потока, уменьшает размер зонда и чувствительность к пространственному распределению неоднородностей. Многочисленные наклонные отражательные поверхности также позволяют разместить передающие и принимающие ультразвуковые преобразователи близко друг от друга, что уменьшает общий объем зонда и делает их, в частности, полезными при введении в относительно маленький поток жидкости кассеты, используемой в глазной хирургии. Для работы ультразвукового датчика потока преобразователь должен быть акустически соединен с трубкой, в которой течет жидкость, таким образом, чтобы весь воздух, находящийся между преобразователем и трубкой, был удален. Датчики потока предшествующего уровня техники обычно используют акустический гель, такой как гидрогель с высоким содержанием воды, для выполнения акустического соединения. При необходимости использования акустического соединения с хирургической кассетой, установленной внутри хирургической консоли, имеют значение стерильность и чистота, что делает акустический гель менее желательным, чем акустическое соединение, которое образовано в виде части кассеты или консоли и не требует геля.
Патентная заявка Канады № 2,127,039 А1 описывает эластомер для использования в качестве акустического соединителя для ультразвуковых устройств. Как описано в этой патентной заявке, проблема, связанная с независимо образованными эластомерными акустическими соединителями, состоит в обеспечении тесного контакта между ультразвуковым преобразователем и эластомером при условии, чтобы на контактной поверхности отсутствовали пустоты. Решением, описанным в этой патентной заявке, является эластомер, который является чрезвычайно мягким и гибким и акустически прозрачным. Эти свойства позволяют использовать относительно толстые соединители, которые могут быть легко сжаты преобразователем, что обеспечивает лучший и более плотный контакт между преобразователем и эластомером. При использовании с хирургической кассетой, установленной внутри хирургической консоли, предварительно образованный эластомерный акустический соединитель должен быть прикреплен либо к кассете, либо к ультразвуковому преобразователю, расположенному в консоли. Использование адгезива является нежелательным из-за возможности образования пузырьков воздуха на контактной поверхности эластомерного соединителя и на поверхности, к которой он приклеен, а также из-за того факта, что адгезив может мешать передаче ультразвуковых волн. Дополнительно, адгезив добавляет дополнительные контактные поверхности на акустическом пути. Каждая дополнительная контактная поверхность ухудшает акустический сигнал и надежность, повторяемость и чувствительность системы зондирования.
Следовательно, продолжает существовать необходимость в простом, надежном и точном акустическом соединителе, который может быть использован на хирургической кассете или с хирургической кассетой.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Акустический соединитель образован формованием эластомерного термопластика или силиконового каучука в полости хирургической кассеты. Эластомерный соединитель содержит внешнюю кромку и выступающую площадку для контакта с ультразвуковым преобразователем. В предпочтительном варианте выполнения выступающая площадка имеет полуцилиндрическую форму. В альтернативных воплощениях выступающая площадка может быть округлой или иметь форму “батона хлеба”. Такой соединитель содействует удалению всего воздуха между преобразователем и каналом для жидкости и обеспечивает эффективную передачу ультразвукового сигнала в канал для жидкости. Также раскрыты хирургическая кассета и хирургическая система, использующие акустический соединитель.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для более полного понимания настоящего изобретения и его дополнительных объектов и преимуществ дана ссылка на последующее описание, объединенное с сопроводительными чертежами, на которых:
Фиг.1 является видом спереди в перспективе кассеты по настоящему изобретению.
Фиг.2 является видом сзади в перспективе кассеты по настоящему изобретению.
Фиг.3 является покомпонентным видом в перспективе кассеты по настоящему изобретению.
Фиг.4 является частичным видом сечения кассеты по настоящему изобретению.
Фиг.5 является видом спереди в перспективе хирургической консоли, которая может быть использована с кассетой по настоящему изобретению.
Фиг.6 является детальным видом предпочтительного эластомерного акустического соединителя по настоящему изобретению, показывающим полуцилиндрическую выступающую площадку.
Фиг.7 является детальным видом альтернативного эластомерного акустического соединителя, показывающим округлую выступающую площадку.
Фиг.8 является детальным видом дополнительного альтернативного эластомерного акустического соединителя, показывающим выступающую площадку, имеющую форму “батона хлеба”.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
Предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения и их преимущества наиболее понятны при ссылке на Фиг. 1-3 чертежей, причем для одинаковых и соответствующих частей различных чертежей используются одинаковые ссылочные позиции.
Кассета 10 по настоящему изобретению обычно включает пластину 12 клапанов, корпус 14 и крышку 16. Пластина 12 клапанов, корпус 14 и крышка 16 могут быть все сделаны из подходящего, относительно жесткого термопластика. Пластина 12 клапанов содержит множество отверстий 18 и канал 20 откачки, которые герметично закрыты эластомерами 22 и 24, образуя множество путей жидкости. Порты 26 обеспечивают соединители между кассетой 10 и хирургической консолью 100 для различных промывочных и аспирационных функций кассеты 10. Такие функции могут потребовать использования фильтра 28. К корпусу 14 прикреплены ультразвуковой отражатель 30 и крышка 32 отражателя. Акустический отражатель 30 и крышка 32 отражателя могут быть отформованы в виде одной части и расположены на корпусе 14 для выравнивания с окном 125 передачи в углублении 36 вдоль канала 34 жидкости, образованного в пластине 12 клапанов при установке пластины 12 клапанов на корпус 14 показанным на Фиг.3 способом. Внутри углубления 36 на пластине 12 клапанов расположен эластомерный акустический соединитель 38.
Эластомерный акустический соединитель 38 предпочтительно образуют формованием эластомерного материала, такого как термопластичный эластомер или силиконовый каучук, на поверхности углубления 36 пластины 12 клапанов. Такой способ конструирования устраняет необходимость адгезивов для прикрепления эластомерного акустического соединителя 38 к пластине 12 клапанов и гарантирует удаление всего воздуха между эластомерным акустическим соединителем 38 и пластиной 12 клапанов.
Как наилучшим образом проиллюстрировано на Фиг. 6-8, эластомерный соединитель 38 состоит из тела 206 и петли 208, которая продолжается от нижнего края тела 206. Кромка 200 окружает периметр тела 206 и петли 208. Высота кромки 200 предпочтительно составляет приблизительно 0,037 дюймов. Выступающая центральная площадка 202 расположена приблизительно в центре тела 206 и продолжается вниз через центр петли 208. Высота выступающей площадки 202 предпочтительно составляет приблизительно от 0,030 до приблизительно 0,050 дюймов. Тонкая перегородка 204 из эластомерного материала соединяет выступающую площадку 202 с кромкой 200. Фиг. 6 иллюстрирует наиболее предпочтительный вариант выполнения, в котором участок выступающей площадки 202, расположенный на теле 206, имеет полуцилиндрическую форму. В этом воплощении верхний и нижний края выступающей площадки 202 коллинеарны внутреннему краю кромки 200. Фиг. 7 показывает альтернативный вариант выполнения, в котором участок выступающей площадки 202, расположенный на теле 206, имеет округлую форму. Фиг. 8 показывает дополнительный альтернативный вариант выполнения, в котором участок выступающей площадки 202, расположенный на теле 206, имеет форму “батона хлеба”.
Углубление 36 расположено рядом с каналом 34 жидкости в пластине 12 клапанов и находится на одной линии с акустическим отражателем 30 и крышкой 32 отражателя, когда пластина 12 клапанов установлена на корпус 14. Когда кассета 10 установлена на участке 110 для приема кассеты консоли 100, ультразвуковой преобразователь 120 надавливает на эластомерный акустический соединитель 38 и плотно зажимает выступающую площадку 202 между ультразвуковым преобразователем 120 и каналом 34 жидкости. Это обеспечивает акустическое соединение между преобразователем 120 и каналом 34 жидкости, таким образом, позволяя использовать ультразвуковой преобразователь 120 для измерения скорости потока жидкости в канале 34 жидкости. Было обнаружено, что вышеописанная форма выступающей площадки 202 значительно увеличивает эффективность соединителя 38.
Из вышесказанного понятно, что настоящее изобретение обеспечивает улучшенное устройство и способы для использования акустической технологии для измерения скоростей потока. Такое изобретение устраняет необходимость применения пользователем в используемом устройстве связующих материалов, что предотвращает любую неправильную эксплуатацию устройства. Кроме того, такое изобретение гарантирует воспроизводимый контакт между преобразователем, связующим веществом и каналом жидкости и гарантирует удаление воздуха между преобразователем и связующим веществом, а также между связующим веществом и каналом жидкости. Кроме того, такое изобретение обеспечит более высокое отношение сигнал-шум для передаваемого ультразвукового сигнала, требует нулевого времени успокоения эластомерного материала, находящегося под давлением ультразвукового преобразователя, обеспечит хорошую чувствительность для передачи и приема ультразвукового сигнала и сделает возможной высокую надежность измерения скорости потока.
Работа и конструкция настоящего изобретения очевидны из вышеприведенного описания. Хотя показанные или описанные выше устройство и способы охарактеризованы как предпочтительные, в них могут быть сделаны различные изменения и модификации без отклонения от сущности и объема изобретения, определенных в последующей формуле изобретения.