[实用新型]一种差动式膜片光纤压力传感系统

说明书

本实用新型提供了一种差动式膜片光纤压力传感系统，包括由针壳及中空的针腔构成的穿刺针、三组置于针腔内的光纤压力传感器，穿刺针前端为针尖、末端为外持部，还包括嵌套在针壳内壁上并安装在光纤压力传感器的前端的弹性膜片；光纤压力传感器与弹性膜片集成于针腔内靠近针尖的部分；三组光纤压力传感器以针腔轴心线为中心环形阵列分布；光纤压力传感器包括为同心环排列由内至外分布的玻璃芯、第一输出纤芯、输入纤芯、第二输出纤芯、光纤包层。本实用新型可以提高微小应变力的测量精度，能有效感应来自横向力的微小应变以及一定程度的轴向力微小应变，增强了医生对穿刺针和软组织之间的相互作用力觉信息，从而实现精准操控，提高手术的安全性。

技术领域

本实用新型属于微小量程高精度光纤压力传感技术领域，具体涉及一种差动式膜片光纤压力传感系统，适用于微创外科手术。

背景技术

在微创外科手术中，几乎所有的微创外科手术都缺乏触觉的直接参与。微创外科手术医生通常只能获取手术器械的近端操作力，传感器一般安装在微创手术器械(常用的为穿刺针)末端位置，如图1所示的外持部2，并不能直接获取手术器械与软组织之间的直接作用力，导致了微创外科手术医生的力觉信息的缺失，不能更精准的感应到力的应变大小，给微创手术带来了风险。而且大部分的微创外科手术器械使用的光纤压力传感器采用的是一个输入一个输出光纤结构，其光强容易受到光源强度、折射率等影响，造成检测不精准，大大增加了手术的不确定几率与危险系数。

实用新型内容

针对现有技术中的不足与难题，本实用新型涉及的一种差动式膜片光纤压力传感系统能有效的提高微小应变力的测量精度，增强了医生对手术器械和软组织之间的相互作用力觉信息，从而实现对手术器械的精准操控，提高手术的安全性。

本实用新型通过以下技术方案予以实现：

本实用新型的安装对象为微创手术器械，具体为穿刺针，所述穿刺针前端为用于刺入人体软组织的针尖、末端为用于与外部器械连接的外持部，所述穿刺针为中空形状，包括外围的针壳以及中空的针腔。

一种差动式膜片光纤压力传感系统，包括三组置于所述针腔内的光纤压力传感器，本实用新型还包括嵌套在针壳内壁上的弹性膜片，所述弹性膜片安装在所述光纤压力传感器的前端；所述三组光纤压力传感器以针腔轴心线为中心环形阵列分布，所述光纤压力传感器两两之间相互呈120°，所述光纤压力传感器为一个输入端和两个输出端的差动式输出。

进一步地，所述光纤压力传感器的光纤结构为同心环排列由内至外分布的玻璃芯、第一输出纤芯、输入纤芯、第二输出纤芯以及外部的光纤包层。上述结构将光纤束一端分成3束，输入纤芯为光束输入、第一输出纤芯和第二输出纤芯为两束光束输出。

进一步地，所述弹性膜片常由石英膜片制成，可以减小温度变化带来的影响。

进一步地，所述光纤压力传感器与弹性膜片集成于穿刺针的针腔内靠近针尖的部分。

进一步地，所述光纤压力传感器通过环氧树脂胶固定在针壳内壁上，所述三组光纤压力传感器在同一段针腔内，且三组为相同型号、大小、尺寸，所述弹性膜片安装时将其外沿周边焊接固定在针壳的内壁上。

进一步地，所述光纤压力传感器直径为100μm。

与现有技术相比，本实用新型有益效果包括：

(1)光纤传感技术优点是灵敏度高、抗电磁干扰、绝缘性好、耐腐蚀、可曲绕、体积小以及与光纤传输线路的兼容性好等，本实用新型将光纤压力传感器集成在穿刺针的靠近针尖的位置，这是与软组织接触最近的位置，提高了医生对针尖与软组织之间的力觉分辨率，实现了对微创手术器械的精准操控。

(2)本实用新型采用的三组光纤压力传感器以针腔轴心线为中心环形阵列分布的设计结构，在微创手术中能感应来自横向力(Fx、Fy)与轴向力(Fz)的微小应变，以横向力的感应变化较为明显，也能感应到一定的轴向力的应变。提高了医生对手术的精准操作。