CN102098974A - 温度补偿应变感测导管 - Google Patents

Abstract

一种应变感测组件(60)，执行热管理和/或温度测量方法，以充分减小和补偿导管(90)的远端的光纤应变传感器(76)中的温度变化。在一个实施例中，导管的远端(90c)包括诸如消融头的端部执行器(77)，所述端部执行器引起邻近导管的远端的明显热温度变化。在一个实施例中，多个温度传感器用于精确确定多个光纤应变传感器中的每一个。在其它实施例中，可以通过执行充分减小单一温度传感器与多个光纤应变传感器之间的温差的热管理方法利用单一温度传感器。

Description

温度补偿应变感测导管

技术领域

本申请总体上涉及能够确定在导管的远端施加的力的外科导管。更具体地，本申请涉及利用光纤应变传感器的温度补偿应变感测导管。

背景技术

已发现利用光基、光纤应变传感器来确定作用于端部执行器的远侧末端的力的导管系统近年来有助于用基于导管的诊断和治疗系统探查和治疗各种器官或血管。这样的光基系统可以被配置为使得它们不会影响电磁辐射环境并且不会受到电磁辐射环境影响。

在Bosselman的美国专利No.6,470,205中描述了这样的一种光基导管系统，该专利描述了一种用于执行手术的机器人系统，所述机器人系统包括由铰接接头联接的一系列刚性连杆。多个布拉格(Bragg)光栅布置在铰接接头处使得例如通过使用干涉仪测量由布拉格光栅反射的光的波长的变化光学地确定每个接头的弯曲角。

由比利时鲁汶大学出版的、J.Peirs等人的标题为“微创机器人手术期间的力反馈的光学力传感器的设计”的论文中描述了一种用于在机器人手术系统中生成力反馈系统的三轴力传感器。该装置包括将光引导到邻近该装置的远尖端布置的镜像表面上的多个光纤。从镜像表面反射的光的强度被测量并且可以与对远尖端施加预定的挠曲量所需的力关联。该论文描述了一种挠性和紧凑结构，该结构可以用于响应于使该结构变形的接触力产生光强度的变化。

Leo等人(Leo)的国际公告No.WO2007/015139公开了一种用于解析施加到导管的远端的力向量(大小和方向)的设备和方法。Leo公开了在导管中使用光纤应变元件而不增加导管的轮廓并且基本免于电磁干扰。

通常，光纤应变传感器对温度的变化敏感。例如，纤维布拉格光栅(FBG)传感器包括在其上形成或蚀刻有均匀间隔光栅的光纤。传播通过光纤的光在窄波长带宽上由光栅反射。根据衍射理论反射光的带宽与光栅的间隔相关。间隔不仅由FBG受到的弹性应变影响，而且由FBG相对于参考状态的热收缩和膨胀影响。温度变化也可以改变FBG的折射率，进一步影响由光栅反射的波长带宽。

通常对温度敏感的光纤应变传感器的另一个例子是法布里-珀罗(Fabry-Perot)应变传感器。法布里-珀罗应变传感器包括在传输纤维的端部与反射器之间的间隙。传输纤维常常被设置为部分反射。进入间隙的光在反射器与部分反射传输纤维之间相互反射。根据由相互反射导致的干涉理论调制由法布里-珀罗应变传感器返回的信号。调制与间隙的尺寸相关。间隙不仅受到限定间隙的结构的弹性应变影响，而且受到所述结构相对于参考状态的热收缩和膨胀影响。

尽管光纤应变传感器可以为某些类型的导管程序带来益处，但是在靠近导管的远端有温度变化的情况下这样的应变传感器的使用可能会受到不利影响。需要一种利用光纤应变传感器充分补偿应变感测导管的热状态的变化的设备和方法。

发明内容

本发明的各种实施例包括一种应变感测组件，其利用基于聚合物的主体并且执行热管理和/或温度测量方法以充分减小和补偿光纤应变传感器中的温度变化。

根据本发明的各种方面的热管理方法可以包括减小端部执行器(例如消融头)的高温部件与光纤应变传感器之间的轴向传导。根据本发明的其它方面的热管理方法可以包括将光纤应变传感器闭路联接到可控温度散热器，例如灌注流。根据本发明的一些实施例的又一种热管理方法可以通过应变感测组件的壁使光纤应变传感器与径向加热或冷却隔离。

各种实施例的温度测量方法可以包括测量光纤应变传感器的代表温度。这样的方法可以适合于这样的应用或配置，其中光纤应变传感器的热管理在应变感测组件的主体上的指定轴向位置产生大致均匀的温度。在其它实施例中，多个温度传感器的使用可以充分表征应变感测组件的热分布，提供每个光纤应变传感器的代表温度。

以前尝试过补偿光纤应变传感器的温度变化。例如，授予Leo等人(Leo)并且转让给本申请的受让人的美国专利申请公告No.2007/0060847描述了一种用于测量多个光纤应变传感器的代表温度并且施加校正以相对于参考或校准状态补偿温度变化的影响的方法。Leo也公开了用于光纤应变传感器与灌注流之间的低热阻的金属流动管道的使用，光纤应变传感器安装到所述金属流动管道。

然而，发现金属流动管道存在灵敏性问题。已发现被设计为提供弯曲和压缩力的所需灵敏性的金属管道的壁厚度太脆而不能用于可靠操作。而发现将壁厚度增加到机械可靠的尺寸会带来太大的刚性并且由于灵敏性的损失而使该组件不可操作。

解决灵敏性/可靠性难题的一种可能方式是利用一种材料，该材料具有比金属更低的强度使得用较厚壁实现弯曲和压缩力的所需灵敏性。返回基于聚合物的主体，现有设计的特征在于几乎全径的外壁，并且光纤传感器安装在外周边处或附近，同时提供弯曲和轴向压缩力的所需灵敏性。

然而，在对具有较厚壁的基于聚合物的主体施加温度校正时，发现典型的温度补偿方法在某些情况下不足。聚合物具有比金属显著更低的热导率，这与较厚壁温度耦合，减小了光纤应变传感器与灌注流之间的热耦合。因此，在端部执行器生成并且消散大量热能的情况下，例如在消融应用中，应变感测组件的温度变化即使在指定轴向位置也并不总是一致。在这样的情况下，一个光纤应变传感器的温度升高可以与另一个光纤应变传感器的温度升高明显不同。因此，代表温度可能不精确地表示系统中所有光纤应变传感器的温度。

通过利用本发明的各个方面中的一个或多个，可以克服现有技术的缺陷。

在结构上，本发明的一个实施例包括一种挠性伸长主体，其适于在医疗过程期间被引入患者体内并且包括端部执行器，所述端部执行器包括应变感测组件，所述应变感测组件包括可变形主体，可操作地联接到所述可变形主体的多个光纤应变传感器，和邻近所述多个光纤应变传感器以确定所述多个光纤应变传感器的温度的多个温度传感器。在一个实施例中，所述可变形主体由液晶聚合材料制造。所述多个温度传感器在数量上可以等于或大于所述多个光纤应变传感器。在一个实施例中，所述多个温度传感器中的每一个距离所述多个光纤应变传感器中的相应光纤应变传感器比距离所述多个光纤应变传感器中的其它光纤应变传感器明显更近。

套筒可以围绕所述可变形主体的一部分，所述多个光纤应变传感器和所述多个温度传感器可操作地联接到由所述套筒部分围绕的所述可变形主体的所述部分，所述套筒和所述可变形主体在其间限定环形间隙。包括固体隔热材料的隔热件可以布置在所述环形间隙中。所述套筒可以包括结构元件，例如螺旋线圈，所述结构元件抵抗来自外部压力增加的径向收缩，而且不明显限制所述可变形主体的弯曲或轴向压缩。所述光纤应变传感器例如可以是纤维布拉格光栅传感器或法布里-珀罗传感器。所述温度传感器可以是热电偶。

某些实施例可以包括可操作地联接到所述可变形主体的远端的消融头，所述消融头具有底表面，所述底表面与所述可变形主体分离以在其间限定轴向间隙。所述可变形主体还可以包括终止于所述轴向间隙用于容纳灌注流的灌注通道，所述灌注流冷却所述消融头的所述底表面。

在另一个实施例中，公开了一种用于导管的端部执行器，包括可变形主体，可操作地联接到所述可变形主体的多个光纤应变传感器，和邻近所述多个光纤应变传感器以确定所述多个光纤应变传感器的温度的温度传感器。套筒可以围绕所述可变形主体的一部分，所述多个光纤应变传感器和所述温度传感器可操作地联接到由所述套筒围绕的所述可变形主体的所述部分。在一个实施例中，所述套筒和所述可变形主体在其间限定环形间隙。所述套筒可以包括结构元件，所述结构元件抵抗来自外部压力增加的径向收缩，而且不明显限制所述可变形主体的弯曲或轴向压缩。包括固体材料的隔热件可以布置在所述环形间隙中。所述端部执行器还可以包括可操作地联接到所述可变形主体的远侧末端的消融头，所述消融头具有底表面，所述底表面与所述可变形主体分离以在其间限定轴向间隙。所述可变形主体可以包括终止于所述轴向间隙用于容纳灌注流的灌注通道，所述灌注流冷却所述消融头的所述底表面。

在本发明的另一个实施例中，公开了一种应变感测系统，其包括用于导管的端部执行器的应变感测组件，所述应变感测组件包括多个光纤应变传感器和邻近所述多个光纤应变传感器的多个温度传感器。电磁源可以与所述多个光纤应变传感器可操作地联接以用于将电磁辐射传输到所述多个光纤应变传感器。在该实施例中，至少一个接收器与所述多个光纤应变传感器可操作地联接以用于接收所述电磁辐射的返回部分，所述返回部分由所述多个光纤应变传感器返回。而且，在该实施例中至少一个信号调节器与所述多个温度传感器可操作地联接以用于测量所述多个光纤应变传感器附近的温度。微处理器可以与所述接收器和所述信号调节器可操作地联接，并且数字存储器与所述微处理器可操作地联接，所述数字存储器包含由所述微处理器执行的指令。

可执行指令可以包括确定多个公称应变，所述多个光纤传感器各有一个公称应变，所述多个公称应变从电磁辐射的返回部分推知；确定多个热偏差分量，所述多个公称应变各有一个热偏差分量，所述多个热偏差分量从所述多个光纤应变传感器附近的温度推知；和基于所述多个光纤传感器的每一个的公称应变和热偏差分量推知所述多个光纤传感器的每一个的弹性应变。激光器可以用作电磁源。

也公开了一种用于确定施加于导管的远端的力的方法。通常，提供应变感测组件，其包括多个光纤应变传感器和邻近所述多个光纤应变传感器的多个温度传感器。可以获得多个温度测量值，所述多个温度传感器各有一个温度测量值。可以从其推知所述多个光纤应变传感器温度，所述多个光纤应变传感器各有一个光纤应变传感器温度，所述多个温度从所述多个温度测量值推知。也可以获得多个公称应变测量值，所述多个光纤应变传感器各有一个公称应变测量值。可以推知多个热偏差分量，所述多个光纤应变传感器各有一个热偏差分量，所述多个热偏差分量从所述多个光纤应变传感器温度推知。可以从所述多个公称应变测量值和所述多个热偏差分量推知多个弹性应变，所述多个光纤应变传感器各有一个弹性应变。可以从所述弹性应变推知施加于所述导管的远端的力的大小和方向。可以隐含地或明确地执行推知所述多个热偏差分量。

附图说明

图1是可操作地联接到消融头的应变感测组件的透视图；

图1A是图1的应变感测组件的截面图；

图1B是图1的应变感测组件的剖面图；

图2是消融操作期间未补偿应变感测组件的解析力的偏差的图形；

图3是应变感测组件主体上的温度传感器的输出的图形，温度传感器处于共同轴向位置并且围绕应变感测组件的主体的周边以均匀间隔布置；

图4是本发明的一个实施例中的温度补偿应变感测组件；

图5是本发明的一个实施例中的温度补偿应变感测组件的透视图；

图6和7是图5的温度补偿应变感测组件的截面图；

图8是图6的截面图的部分放大图；

图9是部分组装的图5的温度补偿应变感测组件的透视图；

图10是图9的部分组件的放大图；

图11是本发明的一个实施例中的温度补偿应变感测组件的部分组件的透视图；

图12是图11的部分组件的截面图；

图13是多个图形，显示了本发明的一个实施例中使用纤维布拉格光栅的温度补偿应变感测组件的温度变化、波长变化和解析力；以及

图14和15是多个图形，显示了本发明的一个实施例中的校准方法。

具体实施方式

参考图1、1A和1B，显示了应变感测组件20，其包括具有感测部分24和轴环部分26的可变形主体22，所述可变形主体限定中心轴线23。应变感测组件20的感测部分24的特征还在于包括具有外表面29的柄28，所述外表面由套筒30覆盖。均通过光纤33提供光源的三个纤维布拉格光栅32可操作地联接到柄28。在所示实施例中，轴环部分26可操作地联接到消融头34。灌注通道36通过柄28和消融头34，经由多个蒸腾通道37终止于消融头34的外部。

在该实施例中，应变感测组件20的特征在于具有柄半径38，该柄半径大约为灌注通道36的半径40的3.5倍。纤维布拉格光栅32安装在柄28的外表面29上的三个凹槽42中。纤维布拉格光栅32由此位于离中心轴线23的感测半径44处，所述中心轴线邻近套筒30的内部。

参考图2，显示了由应变感测组件20产生的典型未校正零应变指示46的图形。图形46表示以力的当量克为单位的解析力纵坐标48与以秒为单位的时间横坐标49的曲线关系。在围绕消融操作52的时帧期间的解析轴向力50和解析横向力51在图形46上被表示。在消融头34和可变形主体22不与外部主体接触的情况下进行消融操作52；因此，在消融操作52期间应变感测组件20受到的实际力为零。

未进行零校正的力指示46示出了消融操作52期间解析轴向力50指示中的负漂移(即，隐含的张力负荷)，而解析横向力51保持基本恒定。解析轴向力50的漂移是由于消融操作52期间纤维布拉格光栅32的温度增加的影响(例如，热膨胀和折射率的变化)。

图2的解析横向力51的基本一致性表示所有三个纤维布拉格光栅32增长相等的量(即，指示力几乎是纯张力)，表明纤维布拉格光栅32的加热是基本均匀的。然而，纤维布拉格光栅32的均匀加热并不总是被实现。

参考图3，显示了并未受到均匀加热的应变感测组件/消融头端部执行器的时间与温度迹线53的关系曲线。时间与温度迹线53的关系曲线表示温度纵坐标54与时间横坐标55的关系曲线，带有围绕和包括消融间期59的时帧期间的第一温度迹线56、第二温度迹线57和第三温度迹线58的迹线。

生成时间与温度迹线53的关系曲线的特定应变感测组件(未显示)包括可操作地与其联接的、生成三个温度迹线56、57和58的三个温度传感器，每个温度传感器在相同轴向位置居中并且彼此旋转地等距间隔(即，间隔开120°)。

在该情况下，第二温度迹线57指示应变感测组件的一部分比温度迹线56或58冷大约1.5℃，时间与温度迹线53的关系曲线说明了在消融间期59期间应变感测组件未被均匀加热。对于某些应变感测组件由温度不定性产生的误差可以为大约10克/K。因此第二温度迹线57的温差可以转变为大约15解析力的当量克的误差。

应变感测组件的非均匀加热可以由若干因素导致，包括灌注介质的流速、从诸如消融头的高温源的传导路径的不均匀性和可以导致不均匀径向热传导的外部影响。所以，对于应变感测组件的某些配置，已发现不能依赖于光纤应变传感器的均匀加热的假设。

参考图4，在本发明的一个实施例中显示了应变感测系统60的一个实施例。应变感测系统60可以包括电磁源62、联接器64、接收器66、与微处理器可操作联接的操作者控制台67和数字存储器69。电磁源62可以生成电磁辐射的传输分量70，例如激光器或宽带光源。

诸如光纤电缆的传输线路72将传输分量70运载到联接器64，所述联接器通过传输/接收线路74将传输辐射70引导到光纤应变传感器76。传输分量70可以被传输到位于端部执行器77内的光纤应变传感器76。进入光纤应变传感器76的传输辐射70的返回部分78通过传输/接收线路74返回到接收器66。

应变感测系统60也可以包括邻近端部执行器77中的光纤应变传感器76定位的温度传感器80。温度传感器80可以经由信号电缆84与信号调节器82可操作地联接。信号调节器82可以与微处理器68可操作地联接。

传输/接收线路74和信号电缆84可以通过连接器88被联接，如图4中所示。

尽管仅仅显示了一个光纤应变传感器76，但是例如可以通过并行处理路径或通过多路复用布置利用多个光纤应变传感器和温度传感器(未显示)。

传输/接收线路74可以通过挠性、伸长导管组件90与光纤应变传感器76可操作地联接。在一个实施例中，导管组件90包括近侧部分90a、中间部分90b和远侧部分90c。远侧部分90c可以包括包含光纤应变传感器76的端部执行器77。取决于应用，导管组件90可以是中空构造(即，具有一个或更多个内腔)或者是非中空构造(即，无内腔)。

应变感测系统60可以以在10Hz到1kHz的范围内的典型和非限定频率询问光纤应变传感器76。接收器66操纵和/或将输入返回部分78转换为数字信号供微处理器68处理。可以从商业上可获得的各种接收设备选择接收器66。例如，适合用于法布里-珀罗光纤应变传感器的接收器是由加拿大魁北克省魁北克市的FISO Technologies公司生产的FPI-HR信号调节模块。适合于纤维布拉格光栅应变传感器的接收器是由美国乔治亚州拉特兰大市的Micron Optics公司生产的Model SM 125光学感测询问器。

在一个实施例中，光纤应变传感器76是纤维布拉格光栅(FBG)并且返回部分78是从光栅反射的辐射的窄波长带。温度传感器80可以包括大小合适并且在感兴趣的温度范围内灵敏的任何传感器，例如热敏电阻器、电阻温度计或热电偶。

参考图5-10，在本发明的一个实施例中显示了可以用作图4的端部执行器77的温度补偿应变感测组件100。温度补偿应变感测组件100可以具有总直径102并且被显示为融入操作环境106中。温度补偿应变感测组件100包括可变形主体110，所述可变形主体具有外表面112并且限定中心轴线114。在所示实施例中，温度补偿应变感测组件100包括可操作地联接到可变形主体110的消融头116以及外部套筒电极118a、118b和118c。外力向量F被显示为施加到消融头116。在可变形主体110的底部显示了双坐标系(即笛卡尔坐标系x-y-z和圆柱坐标系r-θ-z)。

可变形主体110可以包括轴环部分122、具有颈半径126的颈部124、径向隔开结构128和围绕颈部124的外套筒130。外套筒130可以桥接在径向隔开结构128与轴环部分122之间并且与颈部124协作以限定环形间隙132。环形间隙132可以包括隔热件134。

灌注通道140可以被限定为通过可变形主体110和消融头116，并且可以终止于形成于消融头116中的灌注出口142。灌注管144可以与灌注通道140可操作地联接以用于为灌注通道140提供灌注流体145。可以在可变形主体110与消融头116的底表面148之间限定轴向间隙146。

应当注意，相对于图1A的应变感测组件20，颈半径126更小并且灌注通道140具有更小直径，限定可变形主体110的局部壁厚度150。在该实施例中，代表性的壁厚度150为大约200-300微米；然而，对于所有实施例该壁厚度可以不是代表性的或限定性的。

多个光纤应变传感器152可以可操作地联接到可变形主体110。一个或多个温度传感器154也可以可操作地联接到可变形主体110。在一个实施例(被显示)中，温度传感器154的数量等于光纤应变传感器152的数量，每个温度传感器154用于相应的光纤应变传感器152，温度传感器154的敏感部分紧邻相应的光纤应变传感器152安装。沟道156可以限定于可变形主体110的外表面112和与其联接的传感器152、152上。光纤应变传感器152和温度传感器(一个或多个)154的敏感部分可以相对于可变形主体110的近端162在相同轴向位置160基本居中。

参考图11和12，在本发明的一个实施例中显示了径向增强温度补偿应变感测组件180。在所示实施例中，螺旋线圈182布置在外套筒130内部。备选地，螺旋线圈182可以嵌入外套筒130内。环形间隙183可以限定于外套筒130或螺旋线圈182与可变形主体110之间。包括固体材料的隔热材料184可以布置在环形间隙183中。

外套筒130可以由诸如聚醚嵌段酰胺(以商标PEBAX销售，该商标是法国科伦布市Arkema France公司的注册商标)的热塑弹性体。隔热材料184可以包括围绕可变形主体110在环形间隙183内卷绕的聚酰胺或聚酯片状材料。

在功能上，螺旋线圈182可以提供径向刚性，同时顺应施加于端部执行器的远侧部分的轴向和侧向力。当端部执行器被插入身体或器官中时受到附加外部压力时，螺旋线圈182的径向刚性可以保持环形间隙183的尺寸。通过保持环形间隙183的尺寸，环形间隙183和可以布置在其中的任何隔热材料基本保持它的隔热性质。同时，螺旋线圈182对轴向和弯曲力的顺应性允许可变形主体118在没有明显干扰的情况下挠曲和压缩。

所述实施例也包括形成于可变形主体110(图10)中以适合电导线188和消融头温度传感器190通过的V形凹槽186。电导线188和消融头温度传感器190可以分别通过轴环部分122中的通路194和196引导，并且可操作地联接到消融头116。通路194和196可以填充有合适的填充物，例如防止存在于轴向间隙146中的灌注流体145进入环形间隙132。

通常，可变形主体110可以包括例如在Leo等人的美国专利申请公告No.2006/0200049和2007/0060847中公开的聚合材料，例如液晶聚合物(LCP)或聚醚醚酮(PEEK)，上述两个专利被转让给本申请的受让人，并且上述两个专利的公开内容全文被引用于此作为参考，可以包括在本文中的明确定义除外。沟道156可以帮助传感器152、154的敏感部分的精确定位。光纤应变传感器152可以包括纤维布拉格光栅(FBG)传感器或法布里-珀罗传感器。

在一个实施例中可以使用胶水162实现光纤应变传感器152和/或温度传感器(一个或多个)154的操作联接。胶水162可以放置在沟道156中或光纤应变传感器152上并且光纤应变传感器152放置在沟道156中。在放置之后可以去除过量胶水。一些胶水可以允许将光纤应变传感器152放置在沟道156中，接着将胶水涂覆或涂在光纤应变传感器152上以将它固定到沟道156。

另一种粘结方法可以包括溶剂的使用，所述溶剂被设计为导致可变形主体110的材料熔化或流动，同时不影响光纤应变传感器152的材料。该溶剂可以被施加于包围沟道156的至少一部分的可变形主体110的区域或地带，在那里将安装光纤应变传感器152，并且光纤应变传感器152放置在其中。备选地，光纤应变传感器152可以暂时保持就位在可变形主体110的沟道156中并且该溶剂作为涂层被施加于两者之上。材料在沟道156之中和周围的流动可以导致可变形主体110和光纤应变传感器152的粘结。该溶剂可以由诸如冲洗或蒸发这样的方法去除以阻止熔化过程。

尽管以上安装和粘结方法涉及包括沟道156的实施例，应当认识到可以在缺少沟道156的情况下利用相同过程。

在尺寸上，各种参数的典型和非限定性范围包括大约2.3mm的总直径102，大约0.4-0.8mm直径的灌注通道140，和大约200-300微米的典型壁厚度150。

在功能上，相对于例如图1中所示的配置减小颈部124的颈半径126和/或减小灌注通道140的直径提供若干优点。对于灌注流体145的指定流速，更小直径的灌注通道140增加流体流的雷诺数，这可以增加灌注流体145与灌注通道140的边界之间的对流热传递系数，由此增强灌注流体145与光纤应变传感器152之间的总热传递。减小半径126也可以提供材料的减小横截面，由此减小沿轴向方向Z通过颈部124的热传导以及消融头116与光纤应变传感器152之间的热耦合。颈部124的壁厚度150也可以适合于温度补偿应变感测组件100响应于力向量F的预期灵敏度(位移)。颈部124的减小颈半径126也可以相对于现有设计提供环形间隙132的增加厚度，由此增强操作环境106与光纤应变传感器152之间的热隔离。

当沟道156存在时还可以减小灌注流体145与光纤应变传感器154之间的热传导路径。

涌入灌注流体145的轴向间隙146可以主动冷却消融头116的底表面148并且减小底表面148与可变形主体110之间的轴向热传导。

通过这些各种热管理方面，本发明的各种实施例可以导致光纤应变传感器152由灌注流体145的温度支配，消融头116和周围环境的影响是其次的。使灌注流体145支配光纤应变传感器152的热状态的优点在于在操作期间灌注流体145的温度以及灌注流体145与灌注通道140之间的对流耦合往往比消融头116的温度以及操作环境106与外套筒130之间的温度和对流耦合更稳定。

在操作中，温度传感器(一个或多个)154可以用于相对于校准或零状态补偿光纤应变传感器152的热膨胀/收缩。对于灌注流体145支配颈部124的温度的配置，颈部124的温度分布可以是基本均匀的或相对于轴向坐标Z是至少基本呈直线，在指定轴向位置(例如160)可变形主体110的温度在切向上没有明显变化。在这样的情况下，单一温度传感器154可以足以实现温度补偿，尤其在光纤应变传感器152和温度传感器154被定位使得敏感部分关于相同轴向位置160居中的情况下。

各种配置可能在操作期间相对于在指定轴向位置Z(例如在轴向位置160)的切线坐标θ产生非均匀温度，如上面参考图3所述。例如在结构和/或总尺寸要求不允许颈半径126相对于温度补偿应变感测组件100的总直径102显著减小的情况下可能存在这种情况。非均匀热分布也可能部分由于消融头116与可变形主体110之间的不均匀或非均匀热接触阻力而存在。在这样的情况下，多个温度传感器154可能是优选的。温度传感器154可以与光纤应变传感器152数量相同，并且每个温度传感器154可以位于一个位置，该位置离光纤应变传感器152中的相应一个比离任何其它光纤应变传感器152更近。照这样，每个光纤应变传感器152的温度与由相应温度传感器154产生的测量更接近。

在一个实施例中，光纤应变传感器152可以包括长度为L并且在其上蚀刻光栅的纤维布拉格光栅(FBG)部分。当执行基准(零)测量时，在FBG部分在基准时间r处于基准温度Tr时，FBG部分可以反射基准波长λr。在操作中，FBG部分可以在相对于基准时间r的时间t反射波长λt。由于相对于在时间r的长度L的FBG部分的长度变化ΔL，波长λt可以不同于基准波长λr。长度变化ΔL可以由FBG部分上的应变、引起FBG部分的热膨胀的温度变化或它们的组合导致。公称应变(apparent strain)ΔL/L因此可以被表达为

ΔL/L＝C·(λt-λr)＝ε+α·ΔT        方程(1)

其中ΔT＝Tt-Tr                方程(2)

并且C是FBG反射波长和应变之间的线性系数，ε是施加于FBG部分的弹性应变，α是FBG部分的热膨胀的等价系数，并且ΔT是在时间t的FBG部分的温度Tt与基准温度Tr之间的差。公称应变ΔL/L之所以这样命名是因为在不知道光纤传感器的温度和热行为的情况下，比率ΔL/L似乎是弹性应变的结果。

通常，希望在数学上分离弹性应变ε，原因是它主要是由于施加于FBG部分的轴向力。分离弹性应变得到

ε＝ΔL/L-·ΔT＝C·(λt-λr)-α·ΔT      方程(3)

对于多个FBG部分，方程(3)可以被表达为

ε_i＝(ΔL/L)_i-α_i·ΔT_i＝C·(λt-λr)-α_i·ΔT_i    方程(4)

其中下标i表示多个FBG部分中的一个。

但是对于温度变化对光纤传感器的影响，公称应变ΔL/L_i等于弹性应变ε_i。因此，乘积α_i·ΔT_i可以被认为是相应公称应变ΔL/L_i的热偏差分量。

热膨胀的等价系数α是受到许多因素影响的参数。在一些实施例中，α主要受到可变形主体110的热膨胀系数(CTE)影响。光纤应变传感器152的CTE也可以是贡献因素，胶水162的CTE也是。这些部件的CTE的范围可以明显不同。例如，光纤应变传感器的CTE可以为大约0.3微米每开尔文(μ/K)，而由LCP构成的可变形主体的CTE可以具有1-4μ/K的CTE。在使用时，胶水162可以具有大约60μ/K的CTE。

此外，光纤应变传感器152的折射率可能对温度变化敏感。一些光纤的折射率的灵敏度可以为大约10皮米每开尔文(pm/K)。取决于温度补偿应变感测组件100、180的配置(例如几何、各种材料的CTE、折射率对温度的灵敏度)，折射率变化的影响可能是明显的。例如，已知由于折射率变化产生的结果变化比CTE变化的影响大一个数量级。

热膨胀的实际等价系数α通常受到组装的不完美和/或不可重复性影响。例如，光纤传感器的α可能受到用于实现粘结的胶水162的用量的微小差异影响。因此，在指定应变感测组件中的每个光纤应变传感器152通常由它自身独有的热膨胀等价系数α表征。

所有这些热影响被考虑到热膨胀的等价系数α中。而且，参数的复杂性可以导致α是非线性的。因此，常常优选的是用实验确定热膨胀的等价系数α，例如通过校准，并且确定组件中的每个光纤应变传感器的热膨胀等价系数。

方程(4)可以以矩阵的形式表达。例如假设温度补偿应变感测组件100具有三个FBG传感器(i＝1，2，3)。相应矩阵表达式为

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ϵ}(1,t)\\ \mathrm{\ϵ}(2,t)\\ \mathrm{\ϵ}(3,t)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}1& 0& 0& -\mathrm{\α}1& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0& -\mathrm{\α}2& 0\\ 0& 0& 1& 0& 0& -\mathrm{\α}3\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔL}/L(1,t)\\ \mathrm{\ΔL}/L(2,t)\\ \mathrm{\ΔL}/L(3,t)\\ \mathrm{\ΔT}(1,t)\\ \mathrm{\ΔT}(2,t)\\ \mathrm{\ΔT}(3,t)\end{array}\right]$

方程(5)

或

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ϵ}(1,t)\\ \mathrm{\ϵ}(2,t)\\ \mathrm{\ϵ}(3,t)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccc}C& 0& 0& -\mathrm{\α}1& 0& 0\\ 0& C& 0& 0& -\mathrm{\α}2& 0\\ 0& 0& C& 0& 0& -\mathrm{\α}3\end{array}\right]\·(\left[\begin{array}{c}\mathrm{\λ}(1,t)\\ \mathrm{\λ}(2,t)\\ \mathrm{\λ}(3,t)\\ T(1,t)\\ T(2,t)\\ T(3,t)\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}\mathrm{\λ}(1,r)\\ \mathrm{\λ}(2,r)\\ \mathrm{\λ}(3,r)\\ T(1,r)\\ T(2,r)\\ T(3,r)\end{array}\right])$ 方程(6)

其中：ε(i，t)＝在时间t的FBG部分i的弹性应变；

ΔL/L(i，t)＝在时间t的FBG部分i的公称应变；

ΔT(i，t)＝在时间t的FBG部分i的温度的变化；

αi＝FBG部分i的热膨胀的等价系数；

λ(i，r)＝在时间r由FBG部分i反射的波长(基准波长)；

λ(i，t)＝在时间t由FBG部分i反射的波长；

T(i，r)＝在时间r的FBG部分i的温度(基准温度)；以及

T(i，t)＝在时间t的FBG部分i的温度。

当方程(5)或(6)被执行时，乘积αi·ΔT(i，t)或αi·(T(i，t)-T(i，r))是FBG部分i的推知偏差分量。推知偏差分量αi·ΔT(i，t)或αi·(T(i，t)-T(i，r))可以如方程(5)和(6)中所示隐含地确定，或者它们可以用减法从公称应变ΔL/L(i，t)明确地确定。

如上所述，一些温度补偿应变感测组件可以被配置为在光纤传感器之间具有可忽略的或可容许的径向温度梯度，使得单一温度传感器足够用于温度校正。用于单一温度测量校正的相应矩阵如下：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ϵ}(1,t)\\ \mathrm{\ϵ}(2,t)\\ \mathrm{\ϵ}(3,t)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& -\mathrm{\α}1\\ 0& 1& 0& -\mathrm{\α}2\\ 0& 0& 1& -\mathrm{\α}3\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔL}/L(1,t)\\ \mathrm{\ΔL}/L(2,t)\\ \mathrm{\ΔL}/L(3,t)\\ \mathrm{\ΔT}\left(t\right)\end{array}\right]$ 方程(7)

或

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ϵ}(1,t)\\ \mathrm{\ϵ}(2,t)\\ \mathrm{\ϵ}(3,t)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}C& 0& 0& -\mathrm{\α}1\\ 0& C& 0& -\mathrm{\α}2\\ 0& 0& C& -\mathrm{\α}3\end{array}\right]\·(\left[\begin{array}{c}\mathrm{\λ}(1,t)\\ \mathrm{\λ}(2,t)\\ \mathrm{\λ}(3,t)\\ T\left(t\right)\end{array}\right]-\left[\begin{array}{c}\mathrm{\λ}(1,r)\\ \mathrm{\λ}(2,r)\\ \mathrm{\λ}(3,r)\\ T\left(r\right)\end{array}\right])$ 方程(8)

其中T(r)和T(t)分别是在时间t和r由单一温度传感器确定的FBG部分的温度。

弹性应变ε(i，t)作为可变形主体的物理尺寸和材料性质的函数与光纤应变传感器受到的力相关。与用于获得温度校正的温度传感器的数量无关，应变/力关系可以被表达为

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ϵ}(1,t)\\ \mathrm{\ϵ}(2,t)\\ \mathrm{\ϵ}(3,t)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& y1& -x1\\ 1& y2& -x2\\ 1& y3& -x3\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{ccc}\frac{1}{E_T\·A}& 0& 0\\ 0& \frac{1}{E_F\·\mathrm{Ix}}& 0\\ 0& 0& \frac{1}{E_F\·\mathrm{Iy}}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}N(z,t)\\ M(x,t)\\ M(y,t)\end{array}\right]$ 方程(9)

其中：xi和yi＝FBG部分i相对于导管横截面的重心的坐标；

E_T＝可变形主体110的等效张力/压缩杨氏模量；

E_F＝可变形主体110的等效挠曲杨氏模量；

Ix＝相对于x轴的惯性力矩；

Iy＝相对于y轴的惯性力矩；

N(z，t)＝在时间t的z轴的法向力；

M(x，t)＝在时间t相对于x轴的弯曲力矩；以及

M(y，t)＝在时间t相对于y轴的弯曲力矩。

方程(9)可以被重新排列以作为弹性应变ε(i，t)的函数解出法向力N(z，t)以及弯曲力矩M(x，t)和M(y，t)：

$\left[\begin{array}{c}N(z,t)\\ M(x,t)\\ M(y,t)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{E}_T\·A& 0& 0\\ 0& E_F\·\mathrm{Ix}& 0\\ 0& 0& E_F\·\mathrm{Iy}\end{array}\right]\·{\left[\begin{array}{ccc}1& y1& -x1\\ 1& y2& -x2\\ 1& y3& -x3\end{array}\right]}^{-1}\·\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ϵ}(1,t)\\ \mathrm{\ϵ}(2,t)\\ \mathrm{\ϵ}(2,t)\end{array}\right]$ 方程(10)

可以基于FBG部分相对于可变形主体110的中心轴线112的位置解析在时间t的外力向量F的分量F(x，t)、F(y，t)和F(z，t)，假设可变形主体110是基本不可压缩的：

$\left[\begin{array}{c}F(x,t)\\ F(y,t)\\ F(z,t)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& -\frac{1}{2r_N}\\ 0& \frac{1}{2r_N}& 0\\ -1& 0& 0\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}N(z,t)\\ M(x,t)\\ M(y,t)\end{array}\right]$ 方程(11)

其中r_N是颈半径126。

方程(9)-(11)的解可以提供在时间t施加于可变形主体的外表面的法向力F(norm，t)和横向力F(trans，t)，即，F(norm，t)＝F(z，t)并且

可以从表I计算横向力的施加角γ_t：

表I

Fx，t	Fy，t	γt
			≥0	≥0	arcsin(F(y，t)/F(trans，t))
＜0	≥0	∏-arcsin(F(y，t)/F(trans，t)
			＜0	＜0	∏+arcsin(F(y，t)/F(trans，t)
≥0	＜0	2*∏-arcsin(F(y，t)/F(trans，t)

方程(9)-(11)与可变形主体或光纤应变传感器的材料性质有关，例如可变形主体的弹性模量。其它值，例如光纤应变传感器之间的坐标距离、干涉测量间隙的操作长度和可变形主体的外表面，可能由于制造公差而有变化。

为了提高计算出的力向量的解析方向和大小的精度，每个可变形主体的特定信息可以存储在数字存储器69中。通常，该信息可以采用在使用温度补偿应变感测组件100之前输入到控制台67的数据文件的形式。例如，数字存储器69可以包括与传输/接收线路74关联的存储芯片，这样的信息(或者是位于应变传感器组件20的主体上或包装上的条形码或者是RFID标识)存储在其中。备选地，单个可变形主体的特定数据可以从一款可移动存储器(例如CD、ROM或非易失性RAM)或经由来自制造商的网站的安全下载被上载到控制台67。

每个可变形主体的特定信息可以在校准步骤期间获得，在可变形主体的制造期间通过使可变形主体受到一系列已知的力向量进行校准步骤。在该情况下，前述方程可能失效，因此可以从应变-力转换矩阵直接计算法向和横向力：

F(t)＝K(ε(t)-ε₀)                方程(12)

其中F(t)是力[F(x，t)，F(y，t)，F(z，t)]的向量(例如对应于图5的力向量)，ε(t)是由单个光纤应变传感器152测量的应变[ε_1，t，ε_2，t，ε_3，t]的向量，ε₀是在零施加力的情况下由单个光纤应变传感器152测量的应变[ε⁰ ₁，ε⁰ ₂，ε⁰ ₃]的向量，并且K是当可变形主体受到一系列已知力时计算的矩阵。

在制造的校准步骤期间，在恒定温度条件下，可变形主体可以连续受到以下力：(1)已知大小的纯轴向力F(z，t)；(2)已知大小的侧向力F(x，t)；和(3)与力F(x，t)的方向成90度施加的已知大小的侧向力F(y，t)。当所有力[F(x，t)，F(y，t)，F(z，t)]和波长已知时，力-应变转换矩阵K可以被计算为：

K＝F(ε(t)-ε₀)^-1                方程(13)

或 $\left[\begin{array}{ccc}{F}_x& 0& 0\\ 0& F_y& 0\\ 0& 0& F_z\end{array}\right]{\left[\begin{array}{ccc}({\mathrm{\ϵ}}_1-{{\mathrm{\ϵ}}^0}_1)& ({{\mathrm{\ϵ}}^{,}}_1-{{\mathrm{\ϵ}}^0}_1)& ({{\mathrm{\ϵ}}^{,,}}_1-{{\mathrm{\ϵ}}^0}_1)\\ ({\mathrm{\ϵ}}_2-{{\mathrm{\ϵ}}^0}_2)& ({{\mathrm{\ϵ}}^{,}}_2-{{\mathrm{\ϵ}}^0}_2)& ({{\mathrm{\ϵ}}^{,,}}_2-{{\mathrm{\ϵ}}^0}_2)\\ ({\mathrm{\ϵ}}_3-{{\mathrm{\ϵ}}^0}_3)& ({{\mathrm{\ϵ}}^{,}}_3-{{\mathrm{\ϵ}}^0}_3)& ({{\mathrm{\ϵ}}^{,,}}_3-{{\mathrm{\ϵ}}^0}_3)\end{array}\right]}^{-1}=\left[\begin{array}{ccc}{k}_{11}& k_{12}& k_{13}\\ k_{21}& k_{22}& k_{23}\\ k_{31}& k_{32}& k_{33}\end{array}\right]$ 方程(14)

力-应变转换矩阵K然后可以存储在与相应可变形主体关联的数字存储器69中，如本文中所述。当可变形主体联接到控制台67时力-应变转换矩阵的值可以使用条形码阅读器、输入板或通过传输/接收线路74的直接电子连接被输入到控制台67。一旦矩阵K被提供用于指定可变形主体，法向力、横向力和横向力的施加角可以如上所述和使用表I被计算。

如上所述计算的法向力、横向力和横向力的施加角的值可以作为数值被输出到形成控制台67的一部分的显示监视器。另外，包括可变尺寸或有色箭头的图形可以被显示指向圆的圆周上的位置，以显示施加到可变形主体的远侧末端的横向力的大小和方向。通过监视该显示，操作者可以继续获得关于施加到可变形主体的远侧末端的接触力的反馈。

可以在本文中未公开的其它实施例中实施本发明，尤其是在手术过程中产生大的局部温度梯度的情况下。例如，公开实施例的各个方面可以在冷冻消融环境中用于治疗前列腺癌或其它泌尿疾病。公开实施例的其它方面可以在内窥镜应用中得到应用而不脱离本发明的精神，例如正视手术或通过诸如喉、鼻或肛门的敞开孔口进入。

参考图13，在本发明的一个实施例中提供了径向增强温度补偿应变感测组件180的消融分析200。用于消融分析200的光纤应变传感器152是FBG光学传感器。利用的温度传感器154是铜-康铜(T型)热电偶。径向增强温度补偿应变感测组件180中的光纤应变传感器152在切线坐标θ中均匀间隔(即，间隔开120°)。温度传感器154和光纤应变传感器152在可变形主体110上的相同轴向位置基本居中，例如如图9中所示。每个温度传感器154离光纤应变传感器152中的相应一个比离其它光纤应变传感器152更近地定位(例如图12)，并且因此表示相应最接近光纤应变传感器154的温度。

消融分析200包括温度变化图形202、波长变化图形204和解析力分量图形206，所有图形在消融操作期间在径向增强温度补偿应变感测组件180驻留在跳动心脏中的情况下同时获得。三个图形202、204和206共用跨度大约80秒的相同时间横坐标210。温度变化图形202表示用于指示三个温度传感器154的指示温度214、216和218的变化的温度变化坐标212(以摄氏度计)。波长变化图形204表示用于指示来自三个FBG光学传感器的每一个的反射信号224、226和228的中心波长变化的波长变化坐标222(以纳米计)。解析力分量图形206表示用于指示解析轴向力分量234和解析横向力分量236的变化的力变化坐标232。根据方程(1)-(6)和方程(9)-(14)中所述的方法补偿校正反射信号224、226、228和解析力234、236。

接下来用于生成消融分析200的步骤是在径向增强温度补偿应变感测组件180与它的周围环境基本热平衡并且灌注流(例如图7的灌注流145)为2立方厘米每分钟(ccm)的情况下获得各种坐标212、222和232的零测量。灌注流速在增加灌注发生时间240增加到17ccm并且保持增加冷却时间间期242，之后灌注流返回到2ccm。增加冷却时间间期的影响是产生减小温度的间期244。

消融头116在从消融发生时间248开始的消融操作时间间期246连续被赋能。温度变化图形202指示由灌注流体中的增加流速的显著冷却效应导致的增加冷却间期242期间的温度下降252。紧接消融发生时间248之后，指示温度214、216和218在消融时间间期246的期间保持基本稳定。在增加冷却时间间期242和消融时间间期248结束时，指示温度214、216和218返回到与零测量基本相同的水平。

波长变化图形204指示减小温度间期244期间反射信号224、226、228的时间平均波长变化222的偏移254。偏移254的大小为大约0.08nm，其对于测试中的特定应变感测组件转变为大约80gm的弹性力。

同时补偿温度变化的解析力234、236基本保持稳定的时间平均水平。也就是说，尽管这些信号由于应用的脉冲性质而围绕各自的平均值振荡，但是平均值本身保持基本稳定，与指示温度214、216和218以及反射信号224、226、228的变化无关。因此，以上公开的装置和方法有效地补偿光纤应变传感器152中的热感应变化。

在消融操作时间间期246结束之后，但是在增加冷却时间间期242结束之前，观察到三个指示温度214、216、218的温度降低258。温度降低258从在消融操作时间间期246期间建立的温度水平下降大约0.5℃，达到基本稳定的状态水平。

温度降低258被认为是径向和轴向通过径向增强温度补偿力传感器180的减小热传递的结果。因此，消融操作时间间期246期间的温度与指示温度214、216、218中的一个的温度降低258的稳定状态极限之间的差异示出了消融操作的影响。温度降低258相对于温度下降252的小幅减小意味着温度传感器154和光纤应变传感器152由灌注流体145的流动支配，并且当径向增强温度补偿力传感器180由灌注流体145主动冷却时消融的影响是其次的。

参考图14和15，在本发明的一个实施例中描述了校准或检验本发明的温度补偿应变感测组件的校准的方法。图14显示了温度变化图形206和波长变化图形208的校准数据图270，指示温度214、216和218以大约6秒的时间周期274缓慢地振荡。反射信号224、226和228也振荡，紧紧跟随指示温度214、216和218。温度振荡的幅度刚好低于1℃。

图15显示了三个校正图280、282和284。每个校正图280、282、284包括以纳米计的反射中心波长坐标288和以摄氏度计的温度横坐标290。每个校正图280、282、284包括来自反射信号224、226、228中的一个的校正数据281、283和285和指示温度214、216、218中的相应一个。也就是说，校正图280呈现反射信号224的波长的校正数据281与指示温度214的关系图，校正图282呈现反射信号226的波长的校正数据283与指示温度216的关系图，并且校正图284呈现反射信号228的波长的校正数据285与指示温度218的关系图。

每个校正图280、282和284也呈现各自温度/波长数据的线性拟合294、296和298。可以使用最小二乘拟合法获得线性拟合。线性拟合294、296、298的斜率提供中心反射波长的变化的校准，其然后可以用于提供方程(6)的热膨胀的等价系数α1、α2和α3。

可以以各种方式产生振荡温度。对于图14和15的校准分析，通过将径向增强温度补偿应变感测组件180浸没在温度大约为36℃的温浴中而产生振荡(并且末端不接触或不以其它方式受到外力)。然后用蠕动泵以低流速(大约2ccm)通过应变感测组件180泵送大约31℃的灌注流体。蠕动泵产生振荡流，如果足够慢(足够长的时间)所述振荡流可以导致应变感测组件180的光纤应变传感器152的振荡冷却。当所述流盈亏地通过应变感测组件180时，校准数据可以被收集并且相互关系可以被绘制。

该实施例的方法可以被实施为独立校准或作为原位校准或校准检查。在独立校准情况下，浴和灌注流体的各自热和冷温度之间的差异可以代表大温度范围，使得曲线拟合在代表诸如消融的高能量消耗应用中经受的温度范围内。在这样的情况下的线性拟合可以用于解释校准中的非线性，例如通过将数据拟合到更高阶的多项式。在原位情况下，可以利用在温度的更窄范围内的线性拟合。数据可以用于生成校准或检查以前校准的有效性。

诸如上和下、前和后、左和右之类的相对术语的引用旨在方便描述而不认为是将本发明或它的部件限制到任何特定方向。在图中显示的所有尺寸可以随着本发明的特定实施例的可能设计和预期应用而变化，而不会脱离本发明的范围。

在本文中公开的每个附图和方法可以单独使用，或者与其它特征和方法结合使用以提供改进的设备、系统及其制造和使用方法。所以，本文中公开的特征和方法的组合可以不必在它的最广意义上实施本发明，而是仅仅被公开以特别描述本发明的典型实施例。

为了解释本发明的权利要求，明确地不应当援引35 U.S.C第112节第六段的条款，除非在权利要求主题中叙述特定术语“用于......的装置”或“用于......的步骤”。

Claims (23)

1.一种用于医疗过程中的导管，包括：

挠性伸长主体，该挠性伸长主体适于在所述医疗过程期间被引入患者体内并且包括端部执行器，所述端部执行器包括应变感测组件，所述应变感测组件包括：

可变形主体；

多个光纤应变传感器，所述多个光纤应变传感器可操作地联接到所述可变形主体；以及

多个温度传感器，所述多个温度传感器邻近所述多个光纤应变传感器，以确定所述多个光纤应变传感器的温度。

2.根据权利要求1所述的导管，其中，所述多个温度传感器在数量上等于或大于所述多个光纤应变传感器。

3.根据权利要求2所述的导管，其中，所述多个温度传感器中的每一个温度传感器距离所述多个光纤应变传感器中的相应光纤应变传感器比距离所述多个光纤应变传感器中的其它光纤应变传感器明显更近。

4.根据权利要求1所述的导管，还包括围绕所述可变形主体的一部分的套筒，所述多个光纤应变传感器和所述多个温度传感器可操作地联接到所述可变形主体的所述部分，在所述套筒和所述可变形主体之间限定环形间隙。

5.根据权利要求4所述的导管，还包括布置在所述环形间隙中的固体隔热材料。

6.根据权利要求4所述的导管，其中，所述套筒包括结构元件，所述结构元件抵抗缘自外部压力增加的径向收缩，而不会明显地限制所述可变形主体的弯曲或轴向压缩。

7.根据权利要求6所述的导管，其中，所述结构元件包括螺旋线圈。

8.根据权利要求1所述的导管，其中，所述光纤应变传感器是纤维布拉格光栅传感器。

9.根据权利要求1所述的导管，其中，所述温度传感器是热电偶。

10.根据权利要求1所述的导管，其中，所述可变形主体包括液晶聚合材料。

11.根据权利要求1所述的导管，还包括：

可操作地联接到所述可变形主体的远端的消融头，所述消融头具有底表面，所述底表面与所述可变形主体分离以在所述底表面与所述可变形主体之间限定轴向间隙，

其中，所述可变形主体包括终止于所述轴向间隙用于容纳灌注流的灌注通道，所述灌注流冷却所述消融头的所述底表面。

12.一种用于导管的端部执行器，包括：

可变形主体；

多个光纤应变传感器，所述多个光纤应变传感器可操作地联接到所述可变形主体；

温度传感器，温度传感器邻近所述多个光纤应变传感器，以确定所述多个光纤应变传感器的温度；

套筒，该套筒围绕所述可变形主体的一部分，所述多个光纤应变传感器和所述温度传感器可操作地联接到由所述套筒围绕的所述可变形主体的所述部分，在所述套筒和所述可变形主体之间限定环形间隙，所述套筒包括结构元件，所述结构元件抵抗缘自外部压力增加的径向收缩，而不会明显地限制所述可变形主体的弯曲或轴向压缩；以及

包括固体材料的隔热件，布置在所述环形间隙中。

13.根据权利要求12所述的端部执行器，还包括：

可操作地联接到所述可变形主体的远侧端部的消融头，所述消融头具有底表面，所述底表面与所述可变形主体分离，以在所述底表面与所述可变形主体之间限定轴向间隙，

其中所述可变形主体包括终止于所述轴向间隙用于容纳灌注流的灌注通道，所述灌注流冷却所述消融头的所述底表面。

14.一种应变感测系统，包括：

用于导管的端部执行器的应变感测组件，所述应变感测组件包括多个光纤应变传感器和邻近所述多个光纤应变传感器的多个温度传感器；

电磁源，该电磁源与所述多个光纤应变传感器可操作地联接，以用于将电磁辐射传输到所述多个光纤应变传感器；

至少一个接收器，所述至少一个接收器与所述多个光纤应变传感器可操作地联接，以用于接收所述电磁辐射的返回部分，所述返回部分由所述多个光纤应变传感器返回；

至少一个信号调节器，所述至少一个信号调节器与所述多个温度传感器可操作地联接，以用于测量所述多个光纤应变传感器附近的温度；

微处理器，所述微处理器与所述接收器和所述信号调节器可操作地联接；以及

数字存储器，所述数字存储器与所述微处理器可操作地联接，所述数字存储器包含由所述微处理器执行的指令，所述指令包括：

确定多个公称应变，所述多个光纤传感器各有一个公称应变，所述多个公称应变从所述电磁辐射的返回部分推知；

确定多个热偏差分量，所述多个公称应变各有一个热偏差分量，所述多个热偏差分量从所述多个光纤应变传感器附近的所述温度而推知；以及

基于所述多个光纤传感器中的每一个的所述公称应变和所述热偏差分量而推知所述多个光纤传感器中的每一个光纤传感器的弹性应变。

15.根据权利要求14所述的应变感测系统，其中，所述多个光纤传感器中的每一个是纤维布拉格光栅。

16.根据权利要求14所述的应变感测系统，其中，所述电磁源是激光器。

17.根据权利要求14所述的应变感测系统，其中，所述多个温度传感器中的每一个是热电偶。

18.一种用于确定施加于导管的远端的力的方法，包括：

提供应变感测组件，所述应变感测组件包括多个光纤应变传感器和邻近所述多个光纤应变传感器的多个温度传感器；

获得多个温度测量值，所述多个温度传感器各有一个温度测量值；

推知所述多个光纤应变传感器温度，所述多个光纤应变传感器各有一个光纤应变传感器温度，所述多个温度从所述多个温度测量值推知；

获得多个公称应变测量值，所述多个光纤应变传感器各有一个公称应变测量值；

推知多个热偏差分量，所述多个光纤应变传感器各有一个热偏差分量，所述多个热偏差分量从所述多个光纤应变传感器温度推知；

从所述多个公称应变测量值和所述多个热偏差分量推知多个弹性应变，所述多个光纤应变传感器各有一个弹性应变；以及

从所述弹性应变确定施加于所述导管的所述远端的所述力的大小和方向。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，隐含地执行推知所述多个热偏差分量的步骤。

20.根据权利要求18所述的方法，其中，在提供所述应变感测组件的步骤中提供的所述光纤应变传感器包括纤维布拉格光栅。

21.根据权利要求18所述的方法，其中，在提供所述应变感测组件的步骤中提供的所述多个光纤应变传感器包括三个光纤应变传感器。

22.一种用于确定施加于导管的远端的力的方法，包括：

提供应变感测组件，该应变感测组件包括三个光纤应变传感器和邻近所述三个光纤应变传感器的多个温度传感器；

获得多个温度测量值，所述多个温度传感器各有一个温度测量值；

推知三个光纤应变传感器温度，所述三个光纤应变传感器各有一个光纤应变传感器温度，所述多个温度从所述多个温度测量值推知；

获得三个公称应变测量值，所述三个光纤应变传感器各有一个公称应变测量值；

用于从所述三个光纤应变传感器温度和所述三个公称应变测量值确定三个弹性应变的步骤，所述三个光纤应变传感器各有一个弹性应变；以及

用于从所述三个弹性应变确定施加于所述导管的所述远端的所述力的大小和方向的步骤。

23.根据权利要求21所述的方法，其中，在提供所述应变感测组件的步骤中提供的所述光纤应变传感器包括纤维布拉格光栅。

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