[发明专利]利用FBG光纤感应形状及接触力的导管及导管系统

说明书

根据本发明，通过对基于分别配置在三个光芯的光纤布拉格光栅(FBG)跃迁的三个波长信息进行三元运算，可以检测导管主体的弯折位置、方向及其角度和曲率，从而感应导管的形状。

技术领域

本发明涉及一种利用光纤布拉格光栅(FBG)光纤感应形状及接触力的导管及导管系统，能够利用光波长信息计算出导管主体变形的形状的感应和施加至导管前端的接触力及方向，适用于心血管介入手术。

背景技术

一般来说，导管是一种医疗设备，用于将导管插入患者体内并在患部进行射频治疗，或将医疗物质注入体内，并将体液从体内排出。

在利用如上所述的导管进行治疗的过程中，当作为导管的前端的尖头对患者的患部施加过大的压力时，有可能损伤患部。与此相反，当导管的前端与患部接触的压力太小时，则患部有可能得不到适当的治疗，因此，需要根据治疗的位置和类型来精确地测量施加至患部的导管的压力。

此外，利用影像设备将导管引导到目标患部进行治疗及手术，我们称之为介入手术。介入手术的特点是微创，它可以提高手术的安全性、改善患者的预后及减少疼痛和伤疤，提升了患者的满意度，其应用范围逐渐扩大。然而，介入手术需要医生在手术过程中进行精确的操作，手术的成败取决于医生的经验和能力。此外，根据手术类型的不同，在治疗心血管等敏感部位时，可能无法精确定位，导致血管损伤，还可能引起其他并发症、辐射暴露等问题，因此开发能够在短时间内进行精准手术的医疗器械和设备至关重要。即，目前主要的技术课题在于，从患者的角度来讲，患者希望最大限度地降低由于医疗人员的经验、能力导致的并发症；从医疗人员的角度来讲，他们希望搭建能够远程执行介入治疗的控制系统，避免由于对多名患者进行手术而持续暴露在辐射环境的问题。

当构建用于心血管介入手术的远程控制系统时，硬件层面的配置可以有以下几个：引导到心脏的导管；使医务人员操作导管的触觉主操纵器(Haptic MasterManipulator)及通过与主操纵器的操作连动来控制导管的从机器人(Slave Robot)。在此，导管传递支架或配备用于高频消融的电极来执行射频消融术。如上所述，需要对导管进行精确控制，若想实现远程控制，导管的导管尖头部和体内组织的接触感应信息、导管各部分的位置信息、从导管内电极传感器感应到的心电图信息等功能上的精确度直接影响手术的成败。

在心血管介入手术中，导管进入心脏的内部后，设置在导管表面部的电极与心脏壁接触并标测心脏。在心血管介入手术中，尤其需要精确测量施加至导管的前端的接触力(压力)的大小及方向。当执行射频消融术时，若在导管没有与目标组织接触的情况下进行射频，会在位于心房内部的导管电极周围形成血凝块，导致脑梗塞、主要器官栓塞等现象。或者，若在心房内壁不断收缩的情况下导管过度接触心脏内壁并进行烧灼术，可能会发生刺穿心脏内壁等对患者致命的医疗事故。

可见，在介入手术过程中，在标测或对组织进行射频消融时，需精确测量导管对前端施加的压力，因此如今出现了各种用于测量施加至导管的尖头的压力的传感器。目前人们使用一种力传感器，该力传感器利用随外力变化输出不同电流的电压力传感元件。然而，当向利用电压力传感元件的力传感器施加较小的外力时，输出电流变化不大，若要精确测量电流的变化需要昂贵的设备，此外，当通过增大电压力传感元件的尺寸来增加电流时，导管的大小也会随之增大，导致无法与插入血管内的导管相结合。