CN109984838B - 一种带压力感知的电生理导管 - Google Patents

一种带压力感知的电生理导管 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带压力感知的电生理导管，能够根据应用中温度变化进行温度补偿，大幅消除接触压力测量的零点温漂，减小测量误差，提高接触压力测量的稳定性并降低电生理导管的制造成本。该导管包括：头电极、二电极、压力传感器、管身、手柄、连接器、以及内置电路板；其中，所述头电极、二电极、压力传感器依次设置在管身的前端；管身设置为适于从外部插入人体，且其后端连接有手柄以便于握持；手柄的末端设置有连接器，其构造为数据与电源复合接口，以与射频能量源、电源、以及数据传输接口连接；内置电路板设置在手柄内部，具有压力检测电路以接收压力传感器信号，并具有微处理单元以根据压力传感器信号获取压力数据。

Description

一种带压力感知的电生理导管
技术领域
本发明涉及射频消融医疗器械技术领域，尤其涉及一种带压力感知的电生理导管。
背景技术
心律失常最常见原因是新房或心室附近的心内膜组织中产生的电信号的异常路径。射频消融术通过消融导管发送射频(RF)能量作用于病灶点形成毁损。毁损的意义在于阻断异常电活动路径，从而起到治疗心律失常的目的。手术的成功取决于心脏内消融点位置的选取以及毁损的深度。消融导管与组织的接触对于毁损灶的形成至关重要。当接触力较小时，消融灶浅，无法有效阻断异常电活动路径，当接触压力较大时，有造成组织穿孔的风险，增加了安全性的风险。
在消融导管远端安装压力传感器可以获得电极与组织接触力的大小和方向。但是压力传感器在临床应用中，无论是导管从外部插入人体，还是射频放电。传感器受温度变化影响热胀冷缩会造成零点温漂、灵敏度温漂等，从而影响测量的稳定性增大了测量误差。目前使用的磁感应、光纤传感，应变片检测都会受到温度的影响。现有技术中采用的优化传感器、电路补偿、检测温度软件补偿等，不仅增大了制备工艺的复杂程度，造价昂贵，均不能彻底的去除温度带来的测量误差。
发明内容
本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种带压力感知的电生理导管，能够根据应用中温度变化进行温度补偿，大幅消除接触压力测量的零点温漂，减小测量误差，提高接触压力测量的稳定性并降低电生理导管的制造成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。
一种带压力感知的电生理导管，其包括：头电极、二电极、压力传感器、管身、手柄、连接器、以及内置电路板；
其中，所述头电极、二电极、压力传感器依次设置在管身的前端，并分别通过引线连接至内置电路板；头电极和二电极之间设置有绝缘材料，二者用于发放射频激励；
管身设置为适于从外部插入人体，且其后端连接有手柄以便于握持；手柄的末端设置有连接器，其构造为数据与电源复合接口，以与射频能量源、电源、以及数据传输接口连接；内置电路板设置在手柄内部，具有压力检测电路以接收压力传感器信号，并具有微处理单元以根据压力传感器信号获取压力数据。
优选的，所述压力传感器包括弹性体和贴附于弹性体上的应变片；
其中，弹性体为合金材料制成的管状结构，且在管状壁上设置有多条曲线形开口；应变片贴附于曲线形开口附近，以感知弹性体的形变，并将因形变引起的应变片电阻变化和/或电压变化作为压力传感器信号发送给内置电路板上的压力检测电路。
优选的，所述管状壁同一横截面上均匀设置有至少三个应变片；内置电路板上设置有至少三个相应的压力检测电路。
优选的，所述应变片采用半桥式电阻应变片。
优选的，所述应变片包括紧邻设置的敏感片和补偿片，二者的制造工艺和材质相同；敏感片设置在距离曲线形开口相对于补偿片较近的位置处，补偿片设置在距离曲线形开口相对于敏感片较远的位置处。
优选的，所述敏感片和补偿片的等效电阻相同，且二者与压力检测电路中的两个定值电阻构成惠斯通电桥来测量敏感片的阻抗变化。
优选的，所述头电极内部设置有热电偶温度传感器，并通过引线向内置电路板上设置的温度检测电路发送温度传感器信号；微处理单元基于温度传感器信号获取温度数据，并在温度属于人体内部温度范围之内时，将压力值校准为零。
优选的，所述内置电路板上设置有阻抗检测电路，以获取头电极和二电极之间阻抗信号；微处理单元用于根据阻抗信号获取阻抗数据，并在阻抗小于血液的最小阻抗时，将压力值校准为零。
优选的，所述微处理单元用于在温度属于人体内部温度范围之，且电生理导管未与组织贴靠导致阻抗小于血液的最小阻抗时，将压力值校准为零。
优选的，所述微处理单元用于将压力数据通过连接器发送给人机交互接口，并通过显示器显示当前压力值。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
通过压力传感器和对应的压力检测电路，能够准确地获取压力数据；通过采用半桥式电阻应变片，可以大幅减小温度漂移引起的接触压力测量误差；通过热电偶温度传感器和阻抗检测电路，可以大幅减小甚至彻底消除压力检测的的零点漂移，从而减小测量误差，提高接触压力测量的稳定性并降低电生理导管的制造成本。
附图说明
图1是根据本发明实施例的带压力感知的电生理导管的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的压力传感器的结构示意图。
图3是根据本发明实施例的压力传感器的安装位置示意图。
图4是根据本发明实施例的惠斯通电桥来的结构示意图。
图5是根据本发明实施例的内置电路板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了根据本发明实施例的带压力感知的电生理导管。该实施例的电生理导管包括：头电极1、二电极12、压力传感器2、管身3、手柄4、连接器5、以及内置电路板6。
其中，头电极1、二电极12、压力传感器2依次设置在管身3的前端，并分别通过引线(图1中未示出引线)连接至内置电路板6；头电极1和二电极12之间设置有绝缘材料13(例如，橡胶环)，用于发放射频激励；
管身3设置为适于从外部插入人体，且其后端连接有手柄4以便于握持；手柄4的末端设置有连接器5，其构造为数据与电源复合接口，以与射频能量源、电源、以及数据传输接口连接；内置电路板6设置在手柄4内部，具有压力检测电路以接收压力传感器信号，并具有微处理单元MCU以根据压力传感器信号获取压力数据。微处理单元还可以进一步将压力数据通过连接器5发送给人机交互接口，例如通过显示器显示当前压力值，或者发送给其他上位机对压力数据进行分析利用。
图2示出了根据本发明实施例的压力传感器。压力传感器2包括弹性体10和贴附于弹性体10上的应变片7。其中，弹性体10为合金材料(例如，钛合金)制成的管状结构，且在管状壁上设置有多条曲线形开口11；应变片7贴附于曲线形开口附近，以感知弹性体10的形变，并将因形变引起的应变片电阻变化和电压变化作为压力传感器信号发送给内置电路板。
图3示出了根据本发明优选实施例的压力传感器的安装位置。通过在管状壁同一横截面上均匀(例如，互相间隔120°)设置三个应变片7，当电生理导管头端受力后引起弹性体的形变，内置电路板6可以获取相应的三组压力传感器信号，从而可以计算出电生理导管头端在三个维度方向上所受力的大小和方向。
不论是采用一个应变片还是多个应变片，均可以采用半桥式电阻应变片，并通过如图4所示的惠斯通电桥来测量应变片的电阻，进而根据电阻获取应变片所贴附的弹性体所受的压力，从而测量出电生理导管与人体组织的接触压力。参考图2，应变片7包括紧邻(例如，距离小于7.5毫米)设置的敏感片8和补偿片9，二者的制造工艺和材质相同，等效电阻也相同，但将敏感片8设置在距离曲线形开口相对于补偿片9较近的位置处(即应变集中区)，将补偿片9设置在距离曲线形开口相对于敏感片8较远的位置处(即应变不明显区)。
敏感片8等效为电阻R1，补偿片9等效为电阻R2，且R1＝R2；R3和R4为设置在手柄4内部的内置电路板6上的精密定值电阻，且R3＝R4；通过测量U1与U2的电压差，便可以计算出敏感片8的等效电阻R1的阻抗变化。
采用半桥式电阻应变片的优势在于，导管进入人体或进行射频消融时，压力传感器所处环境的温度会发生较大变化，温度的变化使相邻的敏感片和补偿片的等效电阻R1和R2均发生变化，由于敏感片和补偿片工艺材质相同并且紧邻，所以温度造成的变化量很接近，可以均设为RX。在电源电压为E，且R1＝R2的情况下有：(R1+RX)/(R2+RX)＝R1/R2；根据欧姆定律有：U1＝[(R1+RX)/(R2+RX)]*E＝(R1/R2)*E。可以看出通过半桥补偿后当温度变化时U1几乎不变，从而可以大幅减小温度漂移引起的接触压力测量误差。
为了进一步消除零点温度漂移，在优选的实施例中，头电极内部(例如，内壁上)设置有热电偶温度传感器，并通过引线向内置电路板6上设置的温度检测电路发送温度传感器信号；微处理单元基于温度传感器信号获取温度数据，并在温度属于36℃～41℃的人体内部温度范围之内时，将压力值校准为零。通过设置温度传感器，检测到的温度在人体内的温度范围之内时，可以判断导管进入人体，且在未贴靠人体组织时，通过微处理单元校准此时压力的零点值，可以大幅减小甚至彻底消除压力检测的的零点漂移。
如图5所示，可以进一步在内置电路板6上设置阻抗检测电路，以获取头电极1和二电极12之间阻抗信号；微处理单元进一步根据阻抗信号获取阻抗数据，并在阻抗小于血液的最小阻抗(例如2MΩ)时，将压力值校准为零。由于心肌组织阻抗高于血液阻抗，通过阻抗值判断头电极与二电极是否与组织发生贴靠，当发现未贴靠时，通过微处理单元校准此时压力的零点值，可以进一步减小压力检测的的零点漂移。
以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带压力感知的电生理导管，其特征在于，所述电生理导管包括：头电极、二电极、压力传感器、管身、手柄、连接器、以及内置电路板；
其中，所述头电极、二电极、压力传感器依次设置在管身的前端，并分别通过引线连接至内置电路板；头电极和二电极之间设置有绝缘材料，二者用于发放射频激励；
管身设置为适于从外部插入人体，且其后端连接有手柄以便于握持；手柄的末端设置有连接器，其构造为数据与电源复合接口，以与射频能量源、电源、以及数据传输接口连接；内置电路板设置在手柄内部，具有压力检测电路以接收压力传感器信号，并具有微处理单元以根据压力传感器信号获取压力数据；
所述微处理单元用于在温度属于人体内部温度范围之内时，且电生理导管未与组织贴靠导致阻抗小于血液的最小阻抗时，将压力值校准为零。
2.根据权利要求1所述的电生理导管，其特征在于，所述压力传感器包括弹性体和贴附于弹性体上的应变片；
其中，弹性体为合金材料制成的管状结构，且在管状壁上设置有多条曲线形开口；应变片贴附于曲线形开口附近，以感知弹性体的形变，并将因形变引起的应变片电阻变化和/或电压变化作为压力传感器信号发送给内置电路板上的压力检测电路。
3.根据权利要求2所述的电生理导管，其特征在于，所述管状壁同一横截面上均匀设置有至少三个应变片；内置电路板上设置有至少三个相应的压力检测电路。
4.根据权利要求2所述的电生理导管，其特征在于，所述应变片采用半桥式电阻应变片。
5.根据权利要求4所述的电生理导管，其特征在于，所述应变片包括紧邻设置的敏感片和补偿片，二者的制造工艺和材质相同；敏感片设置在距离曲线形开口相对于补偿片较近的位置处，补偿片设置在距离曲线形开口相对于敏感片较远的位置处。
6.根据权利要求5所述的电生理导管，其特征在于，所述敏感片和补偿片的等效电阻相同，且二者与压力检测电路中的两个定值电阻构成惠斯通电桥来测量敏感片的阻抗变化。
7.根据权利要求1所述的电生理导管，其特征在于，所述头电极内部设置有热电偶温度传感器，并通过引线向内置电路板上设置的温度检测电路发送温度传感器信号；微处理单元基于温度传感器信号获取温度数据，并在温度属于人体内部温度范围之内时，将压力值校准为零。
8.根据权利要求7所述的电生理导管，其特征在于，所述内置电路板上设置有阻抗检测电路，以获取头电极和二电极之间阻抗信号；微处理单元用于根据阻抗信号获取阻抗数据，并在阻抗小于血液的最小阻抗时，将压力值校准为零。
9.根据权利要求1所述的电生理导管，其特征在于，所述微处理单元用于将压力数据通过连接器发送给人机交互接口，并通过显示器显示当前压力值。
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