[发明专利]环境误差自补偿的心脏消融导管尖端光纤三维力传感器

说明书

本发明公开了一种环境误差自补偿的心脏消融导管尖端光纤三维力传感器，本装置包括三维力感知模块、连接模块、压力感知模块、三维振动加速度感知模块和光纤；其中三维力感知模块包括波纹管和空心圆柱，连接模块用于连接三维力感知模块以及由压力感知模块和三维振动加速度感知模块形成的整体，五根光纤设置于该传感器内部并设置有若干段光栅，通过其他零件产生相对运动以及形变使光纤变形，进而引起光栅中心波长偏移，以此可以获取三维力、三维振动加速度、压力差等参数。本发明可实现在心脏消融术中对心脏消融导管所受三维力的测量，并具有抗干扰、高精度的特点。

技术领域

本发明应用于医疗装备相关领域，具体涉及一种环境误差自补偿的心脏消融导管尖端光纤三维力传感器。

背景技术

在临床医学领域，心脏射频消融术已成为根治快速性心律失常的首选方法，而手术过程中射频消融导管尖端与心脏组织的接触力是影响手术质量的关键因素，过大或过小的力都可能会导致严重的并发症。因此，对接触力的实时精准检测对提高心脏射频消融术的成功率与减小并发症的发生率尤为重要。目前，心脏射频消融术常采用X光机或核磁共振仪进行指导，但是这些方法无法提供接触力信息，可能导致并发症。早期，应变仪、压阻材料等被用于导管尖端的多维力感知，但是这些仪器或材料易于损坏，且生物相容性较差，难以整合到消融导管。

而光纤传感器凭借无源传感，抗电磁干扰，动态分布式测量等优势，可用于人体器官或组织的状态检测。此外，光纤传感器还具有体积小，生物相容等特点，可有效集成消融导管。目前，许多基于光纤传感原理设计的多维力传感器大多分辨率低和测量精度易受光源强度波动影响等缺点，不满足心脏射频消融术中多维力信号高精度和高分辨率的测量要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境误差自补偿的心脏消融导管尖端光纤三维力传感器，实现了心脏射频消融术过程中对接触力的高精度、抗干扰的测量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种技术方案：一种环境误差自补偿的心脏消融导管尖端光纤三维力传感器，包括：

三维力感知模块，包括波纹管和空心圆柱，用于在心脏射频消融术中感知消融导管尖端与心脏的三维接触力，接触心脏后波纹管和空心圆柱相应发生轴向和横向形变，并将形变传递给光纤；所述波纹管顶部中心处设置有一光纤固定点；所述空心圆柱设置有内腔，且在该内腔与波纹管间设置有第二通孔；所述空心圆柱的侧面上，在靠近波纹管一侧沿周向设置有若干光纤固定点；

压力感知模块，包括半圆柱形弹性薄壳和顶杆，用于感知心脏内和体外的压力差，压力差使半圆柱型弹性薄壳发生形变，并通过顶杆将形变传递给光纤；所述顶杆的长度大于所述半圆柱形弹性薄壳的半径，顶杆设置于半圆柱形弹性薄壳的中间位置；所述顶杆靠近半圆柱形弹性薄壳圆心一端设置有一光纤固定点；

三维振动加速度感知模块，包括空心半圆柱和第一至第四柔性铰链，用于获取该装置在心脏中受到的振动加速度，存在振动加速度时柔性铰链发生形变，并将形变传递给与柔性铰链连接的光纤；其中，空心半圆柱与所述压力感知模块可拆卸连接；第一柔性铰链和第二柔性铰链设置于所述空心半圆柱内壁的一条轴线，第三柔性铰链和第四柔性铰链设置于所述空心半圆柱内壁的另一条轴线；第一至第四柔性铰链的顶端设置有光纤固定点；空心半圆柱远离波纹管一侧的端面设置有若干光纤固定点；

连接模块，设置在由所述半圆柱形弹性薄壳和空心半圆柱组成的圆柱体与所述空心圆柱之间，用于连接由压力感知模块和三维振动加速度感知模块组成的整体和空心圆柱；连接模块中设有若干光纤固定点；

若干光纤，其中一根光纤位于该三维力传感器的轴心位置，其余光纤沿该光纤周向设置；每根光纤设置有若干段栅区，栅区为光纤布拉格光栅，多段栅区的中心波长互不相同，当一束带宽通过光纤入射，经过某光栅时，满足该光栅布拉格条件的光被反射回来，不满足该光栅布拉格条件的光被透射过去，作为下一段光栅的入射光继续向前传递，反射光被解调仪接收；各模块因受外力激励形变时，对应的光纤产生形变，光栅中心波长发生偏移，对应的光栅布拉格条件发生变化，由此获取相应模块的形变信息。