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1、(10)申请公布号 CN 103096849 A (43)申请公布日 2013.05.08 CN 103096849 A *CN103096849A* (21)申请号 201180044425.7 (22)申请日 2011.08.03 12/884,285 2010.09.17 US A61F 9/007(2006.01) (71)申请人 爱尔康研究有限公司 地址 美国得克萨斯 (72)发明人 MA奥弗奇尼考夫 (74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 张阳 (54) 发明名称 平衡晶状体乳化尖端 (57) 摘要 在各实施例中， 晶状体乳化尖端可以包括柄。
2、 以及至少具有第一和第二弯曲的切割边缘部。尖 端的几何结构可被配置为使得在尖端以 10kHz 至 60kHz 之间的频率进行扭曲振动期间， 整个柄部 分的垂直于所述柄的侧向位移(ux)小于所述尖端 的远端点处的侧向位移的约 5-25% （例如， 15%） ， 其 中所述柄部分从尖端圆锥部的端部延伸到尖端切 割边缘部内的第一弯曲。可以使用软件和 / 或物 理建模来确定尖端几何结构。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.03.15 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2011/046362 2011.08.03 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/0367。
3、95 EN 2012.03.22 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 14 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书9页 附图14页 (10)申请公布号 CN 103096849 A CN 103096849 A *CN103096849A* 1/3 页 2 1. 一种晶状体乳化尖端， 包括 ： 具有近端和远端的柄 ； 位于所述柄的远端处的切割边缘部， 其中所述切割边缘部至少包括第一弯曲和第二弯 曲 ； 其中， 柄以及至少第一弯曲和第二弯曲的几何结构被配置为使得在尖端进行超声扭曲 振动期间， 整个柄部分的垂直于所述柄的。
4、侧向位移小于所述尖端的远端点处的侧向位移的 约 5-25%， 其中所述柄部分从柄的近端延伸到切割边缘部的第一弯曲。 2. 如权利要求 1 所述的晶状体乳化尖端， 其中所述侧向位移 (ux) 至少部分使用方程 限定， 其中 ： 是尖端的扭转角， 是尖端材料的密度， S(z) 是尖端沿着与所述柄共线的轴的横截面积， E 是尖端材料的杨氏模量， Iy(z) 是尖端围绕垂直于与柄共线的轴的轴的横截面的惯性力矩， 及 l(z) 是沿着垂直于与柄共线的轴的轴的侧向位移。 3. 如 权 利 要 求 2 所 述 的 晶 状 体 乳 化 尖 端，其 中 由 方 程 提供， 其中 I(z) 是围绕与柄共 线的轴的。
5、圆筒形尖端横截面的惯性力矩， C(z)=I(z)*， 而 是尖端材料的扭转模数。 4. 如权利要求 3 所述的晶状体乳化尖端， 其中方程 及 通过谐波分析求解。 5. 如权利要求 4 所述的晶状体乳化尖端， 其中尖端的近端包括圆锥部， 并且该圆锥部 的长度被选择用以增加超声扭转振动期间所述尖端的扭转振动， 由此在尖端的远端点处提 供更大的侧向位移。 6. 如权利要求 1 所述的晶状体乳化尖端， 其中在尖端的远端点处的尖端侧向位移在约 40-200 微米的范围内。 7. 一种确定晶状体乳化尖端的几何结构的方法， 包括 ： 提供第一尖端几何结构 ； 建模第一尖端几何结构在所述尖端的超声扭转振动期间。
6、的侧向位移 ； 提供第二尖端几何结构 ； 建模第二尖端几何结构在所述尖端的超声扭转振动期间的侧向位移 ； 权 利 要 求 书 CN 103096849 A 2 2/3 页 3 将第一尖端几何结构的侧向位移与第二尖端几何结构的侧向位移相比较 ； 及 基于哪个尖端几何结构在晶状体乳化程序期间沿着被配置为沿眼内切口的尖端柄部 分的侧向位移更小来选择第一尖端几何结构或第二尖端几何结构。 8. 如权利要求 7 所述的方法， 其中第一尖端几何结构至少包括 ： 距笔直几何结构的侧向位移 l(z)， 作为尖端材料密度的 ， 作为围绕与尖端柄共线的轴的圆筒形尖端横截面的惯性力矩的 I(z)， 作为尖端沿着与所述。
7、柄共线的轴的横截面积的 S(z)， 作为尖端材料的杨氏模量的 E， 作为尖端围绕垂直于与柄共线的轴的轴的横截面的惯性力矩的 Iy(z)， C(z)=I(z)*， 及 作为尖端材料的扭转模数的 。 9. 如权利要求 8 所述的方法， 其中对在尖端的超声扭转振动期间的尖端几何结构的侧 向位移 (ux) 进行建模包括根据方程 及 确定尖端的侧向位移。 10. 如权利要求 7 所述的方法， 第一和第二尖端几何结构包括圆锥部， 并且所述方法还 包括根据如下方程建模尖端的扭转振动 ： 并且确定导致超声扭转振动期间尖端的扭转振动增加的圆锥部长度， 由此在尖端的远 端点处提供更大的侧向位移。 11. 如权利要。
8、求 7 所述的方法， 其中第一和第二尖端几何结构至少包括第一和第二弯 曲， 并且其中第一和第二尖端几何结构包括定位或曲率不同的第二弯曲。 12. 如权利要求 7 所述的方法， 还包括确定在晶状体乳化程序期间沿着被配置为沿眼 内切口的尖端柄部分的侧向位移是否小于远端点侧向位移的约 15%。 13. 如权利要求 11 所述的方法， 还包括如果在晶状体乳化程序期间沿着被配置为沿眼 内切口的尖端柄部分的侧向位移大于远端点侧向位移的约 15%， 则生成第三尖端几何结构， 建模该第三尖端几何结构的侧向位移， 并将该第三尖端几何结构的侧向位移与第一和第二 尖端几何结构的侧向位移中的至少一个侧向位移相比较。 。
9、14. 一种确定晶状体乳化尖端的几何结构的方法， 包括 ： 提供带有第一尖端几何结构的第一尖端 ； 超声扭转振动该第一尖端几何结构 ； 确定在第一尖端的超声扭转振动期间沿所述尖端几何结构的侧向位移 ； 权 利 要 求 书 CN 103096849 A 3 3/3 页 4 提供带有第二尖端几何结构的第二尖端 ； 超声扭转振动该第二尖端几何结构 ； 确定在第二尖端的超声扭转振动期间沿所述第二尖端几何结构的侧向位移 ； 将第一尖端几何结构的侧向位移与第二尖端几何结构的侧向位移相比较 ； 以及 基于哪个尖端几何结构在晶状体乳化程序期间沿着被配置为沿眼内切口的尖端柄部 分的侧向位移更小来选择第一尖端几何。
10、结构或第二尖端几何结构。 15. 如权利要求 14 所述的方法， 其中选择第一或第二尖端几何结构还包括确定第一尖 端几何结构和第二尖端几何结构中的哪一个在从柄的近端延伸到所述柄长度的至少一半 的整个柄部分上具有更小的尖端侧向位移。 16. 如权利要求 14 所述的方法， 其中第一尖端几何结构和第二尖端几何结构至少包括 第一弯曲和第二弯曲。 17. 如权利要求 16 所述的方法， 其中第一尖端几何结构和第二尖端几何结构包括分别 具有不同定位或曲率的第二弯曲。 18. 如权利要求 14 所述的方法， 还包括确定在晶状体乳化程序期间沿被配置为沿着眼 内切口的尖端柄部分的侧向位移是否小于尖端远端点处的。
11、侧向位移的约 5-25%。 19. 如权利要求 18 所述的方法， 还包括如果在晶状体乳化程序期间沿着被配置为沿眼 内切口的尖端柄部分的侧向位移大于尖端远端点处的侧向位移的约 5-25%， 则生成第三尖 端几何结构， 建模该第三尖端几何结构的侧向位移， 并将该第三尖端几何结构的侧向位移 与第一和第二尖端几何结构的侧向位移中的至少一个侧向位移相比较。 20. 如权利要求 14 所述的方法， 其中确定尖端几何结构的侧向运动包括使用热成像、 动态镜检查、 或位移的物理测量结果中的至少一种。 权 利 要 求 书 CN 103096849 A 4 1/9 页 5 平衡晶状体乳化尖端 技术领域 0001 。
12、本发明一般地涉及晶状体乳化， 更具体但非限制地， 本发明涉及晶状体乳化尖端。 背景技术 0002 人眼以其最简单的术语解释是通过使光传输通过称为角膜的清澈外部并经由晶 状体在视网膜上聚焦成像来提供视力。聚焦成像的质量取决于包括眼的大小和形状， 角膜 和晶状体的透明度在内的许多因素。 0003 当年龄或疾病使得晶状体变得不那么透明时， 视力会由于能够传输到视网膜的光 变暗而劣化。眼晶状体内的这一缺陷在医学上被称为白内障。对这一病况的一种被接受的 疗法是手术摘除晶状体并由起晶状体作用的人工晶体 （IOL） 替代。 0004 患白内障的晶状体可以通过名为晶状体乳化术的外科技术摘除。在此程序期间， 可。
13、将薄型晶状体乳化平衡尖端插入患病的晶状体并进行超声振动。 振动的平衡尖端可以液 化或乳化晶状体， 从而可将晶状体吸出眼外。 一旦摘除患病的晶状体， 就使用人工晶状体进 行代替。 发明内容 0005 在各实施例中， 晶状体乳化尖端可以包括柄以及至少具有第一和第二弯曲的切割 边缘部。 柄以及至少第一弯曲和第二弯曲的几何结构可被配置为使得在尖端的超声扭曲振 动期间， 所述柄沿其整个长度的垂直于所述柄的侧向位移小于所述尖端的远端点的位移的 约 5-25% （例如 15%， 也可以使用其他阈值） 。在某些实施例中， 轴可以从圆锥部的一端 （例如 可以距尖端的远端点约 12mm） 延伸至切割边缘内的第一弯。
14、曲 （例如可以距尖端的远端点约 5mm） 。还可以考虑第一弯曲的其他位置 （例如距尖端的远端点 3mm、 8mm 等） 。在某些实施例 中， 圆锥部的近端 （即， 毂） 可被配置为耦接至超声操纵杆。 0006 在某些实施例中， 一种确定尖端几何结构的方法可以包括提供两个或更多个尖端 几何结构 （例如， 具有诸如带有一个或多个存储变量以描述几何结构的计算机可读输入文 件的电子格式） ， 建模超声扭转振动期间的尖端几何结构的性态， 比较各尖端几何结构的侧 向位移以选择在晶状体乳化程序期间沿着被配置为沿眼内切口的尖端柄部分 （例如可以是 从圆锥部的端部到第一弯曲） 的侧向位移最小的尖端。 0007 。
15、在某些实施例中， 一种确定尖端几何结构的方法可以包括提供两个或更多个带有 不同几何结构的物理尖端 （例如， 沿尖端的两个或多个位置处具有弯曲） ， 超声扭转振动不 同的尖端， 确定各尖端的侧向位移， 比较确定的侧向位移， 从而选择在晶状体乳化程序期间 沿着被配置为沿眼内切口的尖端柄部分的侧向位移最小的尖端。 附图说明 0008 为了更完全的理解本发明， 结合附图对后续描述做出参考， 附图中 ： 0009 图 1 根据一个实施例例示了远端有两个弯曲的平衡晶状体乳化尖端 ； 说 明 书 CN 103096849 A 5 2/9 页 6 0010 图 2 例示了根据一个实施例的通过冲洗线路和抽吸线路。
16、与机头相连的晶状体乳 化手术控制台 ； 0011 图 3 例示了根据一个实施例的附接至平衡尖端的超声操纵杆 ； 0012 图 4 例示了根据一个实施例的平衡尖端的运动 ； 0013 图 5 例示了根据一个实施例的插入眼内切口的平衡尖端 ； 0014 图 6 例示了根据一个实施例的相对平衡尖端的扭转振动和侧向振动 ； 0015 图 7a 例示了根据一个实施例的沿尖端 z 轴的扭转位移的模型方程 ； 0016 图 7a 例示了根据一个实施例的沿尖端 z 轴的侧向位移的模型方程 ； 0017 图 7c 例示了根据一个实施例的建模方程的分量 (l(z) ； 0018 图 8a-b 例示了根据所述建模方。
17、程的输入尖端形状和沿该尖端长度的对应输出侧 向位移和扭转角 ； 0019 图 9 例示了根据一个实施例的确定尖端几何结构的方法的流程图 ； 0020 图 10 例示了根据一个实施例的确定尖端几何结构的另一方法的流程图 ； 以及 0021 图 11 例示了平衡尖端的六个可能的实施例。 0022 应该理解在前的概述和随后的详细描述都只是示例和说明性的， 并且旨在为要求 保护的本发明提供进一步的解释。 具体实施方式 0023 图 1 例示了带有近端 114 及相对于尖端柄 108 弯曲的切割边缘部 112 的晶状体乳 化平衡尖端 100。平衡尖端 100 可以包括基本笔直的柄 108 以及在切割边缘。
18、部 112 内的至 少两个弯曲 （第一弯曲 102 和第二弯曲 104） 。也可以考虑其他数量的弯曲 （例如， 3 个、 4 个 或 7 个弯曲等等） 。平衡尖端 100 可以与晶状体乳化机头 204 结合使用 （参见图 2） 。在结合 机头 204 使用时， 平衡尖端 100 可以纵向振动和 / 或扭曲振动， 即由尖端 100 围绕其轴来回 旋转。弯曲 102/104 可以例如在距远端沿平衡尖端 100 长度的约 5 至 25% 处定位 （这可以 是在距尖端远端点 106 约 5mm 到距尖端远端点 106 约 12mm 之间的位置， 上述距离是沿着尖 端轴 116 测得的） 。还可以考虑长。
19、度的其他部分。 0024 在某些实施例中， 平衡所述尖端 100 可以包括构造尖端 100 的几何结构 （例如， 尖 端的圆锥部 110、 柄 108 和 / 或至少第一弯曲 102 和第二弯曲 104 的几何结构） 使得在尖端 100的超声扭曲振动期间， 与柄108垂直的柄108沿其长度的侧向位移小于尖端100的远端 点 106 的侧向位移的约 5%-25% （例如， 15%） ， 这是在例如眼科程序期间的尖端振动频率下测 得的。也可以使用其他的阈值 （例如， 10-20%、 15-30% 或 10-40% 等等） 。在某些实施例中， 尖 端在远端点 106 处的侧向位移 （在期望的操作频率。
20、下） 可以在约 30-200 微米的范围内。例 如， 如果远端点 106 在尖端 100 的超声扭曲振动期间具有约 +/-0.035mm 的侧向位移， 则可 将尖端的几何结构构造为使得沿着柄的最大侧向位移小于 5 微米 （其他位移也是可能的） 。 再例如， 如果远端点 106 在尖端 100 的超声扭曲振动期间具有约 +/-0.055mm 的侧向位移， 则可将尖端的几何结构构造为使得沿着柄的最大侧向位移小于 8 微米。在某些实施例中， 柄可以从圆锥部 110 的一端 （例如可以距远端点 106 约 12mm） 延伸至切割边缘 106 内的第 一弯曲 102（例如可以距远端点 106 约 5mm。
21、） 。还可以考虑第一弯曲 102 的其他位置 （例如 距远端点 1063mm 或 8mm 等） 。 说 明 书 CN 103096849 A 6 3/9 页 7 0025 图 2 例示了通过冲洗线路 206 和抽吸线路 208 与机头 204 相连的晶状体乳化手 术控制台 214。在某些实施例中， 功率可以通过电缆 210 施加至机头 204， 并且通过冲洗线 路 206 和抽吸线路 208 的流体可由用户控制 （例如， 经由脚踏开关 212） 以执行晶状体乳化 程序。晶状体乳化机头的一个例子在 Mikhail Boukhny、 James Y.Chon 和 Ahmad Salehi 等人于 。
22、2005 年 7 月 18 日提交的题为 “Ultrasound Handpiece” 的美国专利公开 （公开号 No.2006/0041220 ； 序列号 No.11/183,591） 中有所描述， 其中该公开全文通过引用结合在 此， 如同在此被完全透彻地阐述一样。 0026 在某些实施例中， 机头 204 可以耦接至晶状体乳化平衡尖端 100。在某些实施例 中， 机头 204 可以包括至少一组压电元件 227， 其在由相关谐振频率激励时被极化以产生纵 向运动。如图 3 所示， 压电晶体 227 可以连接至超声操纵杆 216， 后者则附接有平衡尖端 100。操作杆 216 和 / 或平衡尖端。
23、 100 可以包括多个斜线缝隙或槽 224。缝隙或槽 224 可以 在压电晶体于谐振频率下被激励时在平衡尖端 100 中产生扭曲运动。由与机头 204 中的固 定元件对接的槽 224 所引起的平衡尖端 100 的运动可以包括相对于操作杆 216 的中心线的 扭曲旋转分量。 0027 如图 4 中所示， 在某些实施例中， 平衡尖端 100 可被配置为通过范围在约 2-6 度的 弧 （例如， 4度的弧） 来回地超声扭曲旋转。 也可以考虑其他的弧， 例如约10度的弧， 例如， 偏 心 （参见中间的图 2） 正负 5 度， 偏心正负 20 度， 或偏心正负 90 度等等。在某些实施例中， 平衡尖端 1。
24、00 可以在位于 10-60kHz（例如， 31kHz） 的频率下超声扭曲地振动。还可以考虑 其他的弧和频率。例如， 可以使用正负 20 度的弧和 / 或 42kHz 的频率。图 4 中的弧被夸张 显示以例示运动 （即， 虽然示出的总弧度为 180 度， 但是平衡尖端 100 也可以具有约 4 度的 弧） 。在某些实施例中， 图 4 中的尖端运动还可以包括纵向分量 （例如， 沿着平行于柄的轴上 下运动） 。 0028 如图 5 中所示， 当用于执行晶状体乳化时， 平衡尖端 100 和冲洗套筒 226 的端部可 以插入到角膜 501、 巩膜 507 或眼内其他位置中的小切口 511 内， 以到达。
25、例如眼 509 的前房 503。在各种实施例中， 平衡尖端 100 的部分或全部可以位于冲洗套筒 226 之内。尖端 100 的沿着切口511的部分513在晶状体乳化程序期间可以通过冲洗套筒226而与切口511 （和 / 或眼的其他部位） 热接触。在某些实施例中， 沿着切口 511 的部分 513 可以与切口 511 直 接接触 （例如， 在套筒 226 不存在的情况下） 。平衡尖端 100 可以沿其纵柄在冲洗套筒 226 内由晶体驱动的超声操纵杆 216 超声扭曲地振动， 藉此就地乳化接触的选定组织。平衡尖 端 100 的空洞可以与操纵杆中的孔洞连通， 后者又可以与从机头 204 到控制台 。
26、214 的抽吸 线路连通 （例如， 参见图 2） 。控制台 214 内的低压或真空源可通过平衡尖端 100 的开口端、 平衡尖端 100 的孔洞、 操纵杆的孔洞和抽吸线路 208 将乳化的组织吸入或抽吸到收集装置 内。可以通过将清洗盐溶液或冲洗液经由冲洗套筒 226 内表面和平衡尖端 100 的外表面之 间的小型环形间隙注入到手术部位内来对乳化组织的抽吸进行辅助。 0029 如图 6 所示， 平衡尖端 100 的超声扭曲振动可以导致至少两种运动 ： 1) 从平衡尖 端 100 的均衡位置垂直于与笔直柄部分共线的轴 116 （轴 116 可被指示为 “z 轴” ） 和垂直于 尖端弯曲的轴 （在图。
27、 1 中被指示为 y 轴） 的平衡尖端 100 的侧向位移 （y 轴和 z 轴形成包括 了所述弯曲的平面） ； 2) 沿着平衡尖端 100 的 z 轴的扭转角。在扭曲振动的作用下， 非平衡 尖端会沿尖端长度发生明显的弯曲 （特别是在柄内） 。通过本文描述的平衡尖端， 可以在减 说 明 书 CN 103096849 A 7 4/9 页 8 小沿着尖端 100 的柄的侧向位移的同时增加尖端 100 的远端点 106 处的侧向位移。扭转振 动可以在尖端 100 内呈现 （例如， 沿着相对于 z 轴的扭转角来回扭转） ， 由此导致远端点 106 的相对较大的侧向位移， 作为柄 108 的侧向位移的附加。
28、或在柄 108 的该侧向位移不存在的 情况下。 0030 在某些实施例中， 平衡所述尖端 100 可以包括调整尖端的几何结构并且物理测试 带有经调整的尖端几何结构的尖端或使用建模方程或有限元分析 （FEA） 来建模尖端振动， 籍此找出可以使得沿柄108的侧向位移减小同时增加远端点106处的侧向位移和扭转的尖 端几何结构 （例如， 使用诸如 ANSYS 的软件） 。尖端几何结构的特征例如可以包括弯曲的数 目 （例如， 弯曲 102、 103） 、 弯曲的位置、 柄的长度、 柄 108 的直径、 圆锥部 110 的长度和圆锥 部的直径。也可以修改尖端几何结构的其他特征。在某些实施例中， 例如可以如。
29、下测试不 同的尖端几何结构 ： 物理创建具有各种尖端几何结构的尖端， 振动所述尖端 （例如， 使用要 在晶状体乳化期间使用的频率和模式） 并监测由各种尖端几何结构生成的侧向位移和 / 或 热。 测试不同尖端几何结构的一次或多次迭代 （例如， 通过固定所述尖端内的一个弯曲的位 置并测试带有不同的第二尖端位置和曲率的不同尖端） 可以导致对一个或多个优化的尖端 几何结构的识别。其他数量的弯曲和几何结构修改也是可能的， 例如在保持两个弯曲的曲 率不变的情况下修改两个弯曲的位置， 修改弯曲的位置和曲率， 修改弯曲的数目， 修改柄的 长度， 修改圆锥部的长度， 修改柄的半径， 修改圆锥部的半径等等。 00。
30、31 在某些实施例中， 可以使用建模方程 （作为 FEA 和 / 或物理测试的代替或者附加） 来测试不同的尖端几何结构。例如， 描述在超声扭曲振动笔直 （基本为圆筒形） 尖端的同时 沿 z 轴的扭转角 () 和侧向位移 (ux) 如何改变的方程 （例如， 基于通用弹性理论） 可如下 所示 （还可参见图 7a-b） : 0032 0033 其中 0034 0035 其中且 0036 其中 是尖端的扭转角， 是尖端材料的密度， I(z) 是围绕 z 轴的圆筒形尖端横 截面的惯性力矩， R1(z) 是圆筒形尖端主体的空洞里部的内径 （如果圆筒形主体为固体， 则 R1(z) 沿着整个 z 轴可为 0）。
31、 ； R2(z) 是圆筒形尖端主体的外径 ； t 是时间， ux是沿 x 轴的侧向 位移， S(z) 是圆筒形尖端沿 z 轴的横截面积， E 是尖端材料的杨氏模量， Iy(z) 是围绕 y 轴 的圆筒形尖端的横截面的惯性力矩， 而 是尖端材料的扭曲模数。诸如 的特征可以针 对整个尖端相同， 而诸如 R1(z) 和 R2(z) 的特征则可以沿着 z 轴变化 （并由此可由例如值的 数组来表示） 。例如， 描述在超声扭曲振动曲线 （基本为圆筒形） 尖端的同时沿 z 轴的扭转角 () 和侧向位移 (ux) 如何改变的方程 ( 例如， 带有弯曲 102/103) 可如下所示 （还可参见图 7a-b） :。
32、 说 明 书 CN 103096849 A 8 5/9 页 9 0037 0038 其中 0039 0040 其中且 0041 其中 是尖端的扭转角， 是尖端材料的密度， I(z) 是围绕 z 轴的圆筒形尖端 横截面的惯性力矩 R1(z) 是圆筒形尖端主体的空洞里部的内径 （如果圆筒形主体为固体， 则 R1(z) 可为 0） ;R2(z) 是圆筒形主体的外径 ； t 是时间， ux是沿 x 轴的侧向位移， S(z) 是圆筒 形尖端沿 z 轴的横截面积， E 是尖端材料的杨氏模量， Iy(z) 是围绕 y 轴的圆筒形尖端的横 截面的惯性力矩， 是尖端材料的扭曲模数， 而 l(z) 是如图 7c 。
33、所示沿着 y 轴的侧向位移。 在一些实施例中， 可以修改一个或多个输入和 / 或方程以计及尖端在其中振动的介质 （例 如， 水， 玻璃体液等） 的存在。例如， 尖端侧向位移的方程可被如下修改 ： 0042 0043 其中 是表示归因于介质 （例如水） 的耗散的经验参数。 的值可被调整以与现 存尖端在介质内的测得位移的方程相匹配。 分母中的项MediaSMedia(z)表示归因于跟随着尖 端移动的介质的尖端质量的增加。项 Media是介质密度， 而 SMedia(z) 则是与尖端一起运动 的介质的横截面， 其可以使用理想流体理论而被如下估计 ：（其 中 R1是跟随尖端的介质质量的内径， R2则是。
34、介质质量的外径） 。同样可以考虑其他修改。 0044 在某些实施例中， 连同各种尖端特征 （例如 ,E 等） ， 还可由用户输入或 由建模软件 （例如 MatlabTM) 基于用户提供的其他输入来计算几何结构特征 （例如 S(z),I(z),C(z),Iy(z) 等） ， 其中用户提供的其他输入可以是内径 （如果尖端中空） 、 尖端沿 z 轴的外径、 以及位置， 例如一个或多个弯曲的起始和截止点 （沿 z 轴） 和曲率等。用户还可 以使用图形用户界面绘制尖端形状 （例如， 参见图 8a-b 中的输入标绘图） ， 用户可以预装载 尖端几何结构 （例如， 三维渲染） 等。在某些实施例中， 外径在小。
35、 z 值处可以较大 （即， 在尖端 的圆锥部内） ， 而在尖端的端部处可以相对较小。同样可以考虑其他输入。 0045 在某些实施例中， 上述方程的和ux的解可被用于检查不同尖端几何结构沿z轴 的侧向位移和扭转角， 并且可以从若干尖端几何结构中选出在最小化沿着尖端长度 （例如， 沿着柄 108） 的侧向位移 ux的同时最大化远端点 106 的侧向位移 ux和扭转角 的经平衡 / 调谐的尖端几何结构。在某些实施例中， 求解 和 ux可以包括使用谐波分析。上述方程 的 和 ux的解可以提供作为 z 和 t 两者的函数的扭转角和 / 或侧向位移 （例如， u(z,t) 和 (z,t)） 。这些解随后可。
36、被用于根据谐力建模尖端。根据谐力建模可以包括如同该尖端在 某些频率下振荡 （类似 cos(t)） 那样的建模所述尖端。于是可以使用谐波来根据以上提 供的和的方程来简化 u(z,t) 和 (z,t) 的建模方程。在某些实施例中， 所述解可被根 说 明 书 CN 103096849 A 9 6/9 页 10 据 u(z)cos(t) 建模 （即， 可以仅依赖于 z 来建模振动幅度） 。算式 u(z)cos(t) 可在运 动方程和中使用以提供独立于时间的振动幅度u(z)的微分方程。 随后可以标绘尖 端位移幅度和扭转幅度的解 （例如， 参见图 8a-b 的输出） 。在某些实施例中， 可以不使用谐 波分。
37、析 （例如， 可以确定和分析取决于时间和 z 的各种解） 。 0046 图 8a-b 例示了根据以上提供的建模方程的输入尖端形状和沿着该尖端长度的对 应位移和扭转角。在某些实施例中， 可以基于诸如人机工程学和制造考虑的各种因素选择 第一弯曲 102 的位置和曲率。可将第二弯曲 104 布置地更靠近平衡尖端 100 的切割边缘 106。随后可以使用以上提供的建模方程的预测来选择该弯曲的曲率。其后可以通过执行 有限元分析模拟来验证和 / 或调整所得的尖端形状。理想曲率可以是使得平衡尖端 100 的 扭转振动模式和弯曲振动模式解耦。平衡尖端 100 在扭曲力下的运动可以与其扭转振动模 式相同。在某些。
38、实施例中， 可以定位尖端弯曲 （例如， 102/103） 使得平衡尖端 100 内的超声 扭曲振动能量可以处于沿着柄 108 的主要部分 （带有减小的侧向运动） 的扭转振动模式内。 在某些实施例中， 还可以调整柄 108 的长度以调谐所述扭转振动模式， 使得该扭转振动与 超声驱动机构 （例如， 与操纵杆结合的机头内的压电元件 227） 共振以增加远端点 106 处的 扭转位移。 0047 在某些实施例中， 平衡尖端 100 的远端点侧向位移的幅度可以取决于扭曲驱动力 和扭转振动模式之间的共振。虽然驱动频率可由扭曲操纵杆设计来设定， 但是扭转模式的 频率例如可以通过选择平衡尖端 100 的圆锥部。
39、 110 的长度来调整。可以选择圆锥部 110 的 长度以最大化平衡尖端 100 的扭转振动， 由此实现远端点 106 的最大扭转位移。其他尖端 特征也可以变化。 0048 在某些实施例中， 平衡尖端 100 可以具有范围在约 0.5mm 至 2mm（例如， 1.5mm） 之 间的直径。在某些实施例中， 平衡尖端 100 可以在尖端顶端处具有约 1.5mm 的直径， 而在尖 端的远端附近具有 0.9mm 的直径 （也可以考虑其他的直径和配置） 。在一个实施例中， 平衡 尖端100可以具有约一又八分之三英寸的长度， 而弯曲102和103则分别位于距远端约1/8 和 2/8 英寸处。同样可以考虑其。
40、他尺寸。在某些实施例中， 第一弯曲 102 可以在约 -10 至 30 度的范围内， 而第二弯曲可以在约 20 至 50 度的范围内。同样可以考虑其他弯曲角。切 割边缘部 112 可以具有喇叭形、 锥形和 / 或斜面形的端部 （在某些实施例中， 该切割边缘部 112 可以是平坦的） 。平衡尖端 100 可由不锈钢或钛制成 （也可以使用其他材料） 。平衡尖端 100 可以具有在约 0.50 英寸和 1.50 英寸之间的总长度 （例如， 约 1.20 英寸） 。同样可以考 虑其他长度。平衡尖端 100 还可以使用其他常规的金属加工技术制成， 并且可以是电抛光 的。柄 108 可以大致呈管状， 具有。
41、在 0.005 英寸到 0.100 英寸之间的外径以及在 0.001 英 寸和 0.090 英寸之间的内径 （也可以考虑其他尺寸） 。 0049 图 9 例示了根据一个实施例的用于确定尖端几何结构的方法的流程图。在流程图 中提供的各元素仅是示例性的。提供的各元素可被省略， 附加的元素可被添加， 和 / 或可以 按下述不同的次序执行各元素。 0050 在901， 可将尖端几何结构输入系统。 例如， 可将几何结构输入存储在输入文件内。 在某些实施例中， 尖端几何结构可以包括随后定义作为各尖端切片处的几何结构值的一个 或多个 （例如， 尖端可被分割成 500 个切片并且在每个切片处的尖端几何结构特征。
42、可被存 储在分配给各自几何结构变量的分开的数组中） 。例如， 尖端切片的几何结构特征可以包括 说 明 书 CN 103096849 A 10 7/9 页 11 曲率 （例如， 以度为单位） 、 扭曲刚度 （例如， C(z)） 、 围绕x轴的惯性力矩 （例如， I(z)） 、 横截面 积 （例如， S(z)） 、 围绕 y 轴的切片以控制尖端弯曲刚度的惯性力矩 （例如， Iy(z)） 、 尖端距 z 轴的距离 （例如， l(z)） 。同样可以考虑其他输入。 0051 在某些实施例中， 这些基于切片的数组可由用户直接输入， 或者可以基于其他几 何结构输入算出。 例如， 用户可以提供尖端长度、 圆锥。
43、部长度、 第一弯曲沿尖端开始的位置、 第一弯曲沿尖端结束的位置、 第一弯曲的曲率、 第二弯曲沿尖端开始的位置、 第二弯曲沿尖 端结束的位置、 第二弯曲的曲率、 尖端材料的剪切模量、 尖端材料的杨氏模量、 尖端材料的 密度等， 并且可以计算不同切片的具体输入并将其存储在输入文件中或将其提供给建模软 件。在某些实施例中， 计算机系统可以自动生成输入。例如， 计算机系统可以循环可能尖端 几何结构的各种迭代。在某些实施例中， 用户可以绘制尖端 （例如， 通过图形用户界面） 并且 计算机系统可以基于绘制计算几何结构。同样可以考虑其他输入类型。 0052 在 903， 系统可以使用建模方程和谐波分析来确定。
44、给定尖端几何结构和超声扭曲 振动频率 （例如， 约 31kHz） 时沿该尖端长度的侧向位移和扭转角。同样可以考虑其他频率。 例如， 可以使用输入 （如上定义的） 和谐波分析 （例如使用带 u(z)cos(t),(z)cos(t) 的谐波） 来关于 ux和 求解公式 ： 0053 及 0054 0055 由此通过移除时间来简化结果。根据谐波分析， 在某些实施例中， 可以假设 ： 0056 ux(z,t)=u(z)cos(t)， 且 0057 通过求取时间倒数 ： 0058 cos(t)“=-2cos(t) 0059 并将其代入原始方程并消去时间余弦， 可以获得独立于时间的方程 ： 0060 及 。
45、0061 0062 于是可以关于位移幅度 u(z) 和扭转角(z) 求解上述方程。还可以使用求解 ux 的其他方程。 0063 在 905， 系统可以针对该尖端几何结构标绘一个或多个侧向位移和 / 或扭转角 （例 如， 参见图 8a-8b） 。 0064 在 907， 用户 （或系统） 可以第二尖端几何结构 （或修改第一尖端几何结构） ， 并重新 计算沿着该尖端长度的侧向位移 (ux) 和扭转角 ()。也可以使用其他建模技术。例如， 有 限元分析 （FEA） 可被用于确定各种振动下沿着各种几何结构的尖端长度的侧向位移(ux)和 扭转角 ()。此外， 还可以使用其他方程 （例如， 可以为方形尖端。
46、建模使用不同的方程） 。 说 明 书 CN 103096849 A 11 8/9 页 12 0065 在 909， 可以根据 901-907 计算不同几何结构的若干尖端的特征， 并对其进行比较 以选择一个尖端几何结构 （或生成新的尖端几何结构用于分析） 。选择一个尖端几何结构可 以包括基于哪个尖端几何结构在晶状体乳化程序期间于尖端柄被配置为沿着眼内切口的 部分的侧向位移更小来选择尖端几何结构。在某些实施例中， 如果 （被分析尖端几何结构 的） 在晶状体乳化程序期间于尖端柄被配置为沿着眼内切口的部分 （例如， 贯穿所述柄从柄 的近端 （诸如， 圆锥部的端部） 延伸到切割边缘部的第一弯曲的部分） 。
47、的侧向位移大于远端 点 106 的侧向位移的约 5%-25% （例如 15%， 也可以使用其他阈值， 例如 1 微米、 2 微米、 100 微 米、 2mm 等） ， 则可生成另一个尖端几何结构， 可以建模该新的尖端几何结构的侧向位移并将 其与第一或第二尖端几何结构的侧向位移中的至少一个相比较以供在所述第一、 第二和新 几何结构之间的进一步的选择 （此时， 可以选择一个尖端， 也可以生成另一个尖端几何结构 用于比较） 。 0066 在某些实施例中， 生成新的几何结构可以包括修改已在前测试过的几何结构以用 于附加的建模。在某些实施例中， 用户可以进一步修改选定的尖端几何结构以根据附加规 则调谐该。
48、几何结构。例如， 用户可以修改圆锥部 110 的长度 （或诸如柄长的其他几何结构特 征） 以增加平衡尖端 100 的扭转振动， 从而通过远端点 106 的更大的侧向位移。在某些实施 例中， 用户可以尝试一个或多个弯曲的不同位置和曲率以在增加朝向尖端远侧端的侧向位 移的同时降低尖端近侧端的侧向位移。 所述修改还可以用于第三、 第四尖端等， 并且将其结 果与在前尖端相比较能够优化对尖端几何结构特征的选择。 0067 图 10 例示了根据一个实施例的用于确定尖端几何结构的另一方法的流程图。在 流程图中提供的各元素仅是示例性的。提供的各元素可被省略， 附加的元素可被添加， 和 / 或可以按下述不同的次。
49、序执行各元素。 0068 在 1001， 物理构造或建模具有第一几何结构的第一尖端 （例如， 使用有限元分析） 。 在某些实施例中， 第一尖端可以具有圆形或方形的横截面， 或者是沿着尖端轴变化的横截 面。 0069 在 1003， 第一尖端可以在与晶状体乳化程序类似的条件下振动 （例如， 通过如图 2-3 所示的那样固定晶状体乳化机头并以约 31kHz 的频率振动和 / 或使用诸如 ANSYS 的建 模软件 “振动” ） 。还可以考虑其他频率 （例如， 在约 10kHz 和 60kHz 之间） 。在某些实施例 中， 将第一尖端固定至要被振动的晶状体乳化机头。 在某些实施例中， 尖端可被固定至不同 的装置 （例如， 测试夹具） 用以施加振动。在某些实施例中， 可将第一尖端的端部放于水中或 具有类似特征的其他材料中 （例如， 玻璃体液， 也可以使用其他液体） 。在某些实施例中， 第 一尖端可以包括。