CN114832201B - 可识别血管方向的导管及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可识别血管方向的导管及系统，导管包括导管主体，其远端可形变；柔性压力传感器，被收容在导管主体的远端的内空间中，并经一体化，其包括与至少一对相对向设置的、可因导管主体形变而改变阻值的柔性压力敏感单元；定位标识块，被收容在导管主体的近端的内空间中，并经一体化，其包括与至少一对柔性压力敏感单元构成惠斯通电桥的至少一对电阻；多个导线，被收容在导管主体内，和从导管主体近端引出，用于对柔性压力传感器和定位标识块进行电源输入和接地引出，和分别输出至少一对柔性压力敏感单元的阻值变化信号。本发明通过在导管的远端部分增加了柔性压力传感器，使得导管无需在X射线下就能够完成导管方向的判断。
Description
技术领域
本发明涉及导管领域，尤其涉及一种可识别血管方向的导管及系统。
背景技术
肝细胞性肝癌(简称肝癌，Hepatocellular carcinoma,HCC)是最常见的恶性肿瘤之一，据最新的全球数据统计，全世界约50％的肝癌发病患者和死亡患者发生在中国。中国肝癌发病率居所有恶性肿瘤的第五位，而病死率却高居所有肿瘤的第二位，2020年中国肝癌死亡人数达到39万。经导管肝动脉化疗栓塞术(TACE)已经成为公认的肝癌非手术治疗的首选方法。TACE是经股动脉插管，选择性插入肝癌供血动脉，进行栓塞及灌注化疗药物，栓塞主要的肿瘤血管，以阻断肿瘤血供，使肿瘤缺血坏死，并灌注化疗药物以杀死肿瘤细胞。瘤大小、碘油聚集情况、肝功改变、血象及全身状况决定。一般可每4～6周重复一次。中晚期肝癌一次栓塞多数不能完全控制肿瘤生长，需要两次或多次TACE和/或其它治疗方法联合。
执行TACE，需要采用经皮动脉穿刺，通过短导丝置入导管鞘，然后在X射线透视下进行插管操作。由于进行的是微创操作，临床医生不清楚导管在血管内的状态，因此将导管选择性插入肿瘤供血动脉后需要进行动脉造影，医生通过血管减影成像(DSA)，了解供血动脉和肿瘤血管的分布情况。一般情况下，进行动脉造影后采用X射线透视，得到的是二维的X-ray图像，因此在图像中看到的血管图像是人体血管在X-ray成像平面上的投影图，没有血管的空间三维位置信息，因此临床医生在血管分叉处进行导管行进过程中，无法清晰地判断导管是否准确地进入到指定的下一级血管，因此临床医生通常需要通过其他手段或者凭借临床实践经验来选择血管分叉通道。现有的导管操作给临床医生带来了较大的操作难度，而且容易造成导管错误地行进到下一级更细的血管，还需重复插管，导致手术时间延迟。本发明提出一种引入柔性压力传感器的技术，借助几组柔性压力传感器的受力组合来判断导管的偏转方向，从而为临床医生在做TACE时，能够较准确地判断导管的前进方向。
发明内容
鉴于以上技术问题，本发明提供了一种可识别血管方向的导管及系统，以解决现有技术的问题，如在做TACE的导管插入操作中，导管需要正确地插入到肿瘤供血动脉中，在碰到血管分叉处时，临床医生需要做DSA成像来判断血管进入到下一级血管的通道，由于目前常规DSA是二维图像，是人体血管在X-ray成像平面上的投影图，血管之间会产生重叠，无法判断血管的上下结构，因此医生在选择血管的时候，会产生一定的错误。为了帮助临床医生识别导管插入的方向，本发明提出一种通过结合柔性压力传感器的导管及系统，借助柔性压力传感器的受力组合来判断导管的偏转方向，从而为临床医生在做TACE时，能够较准确地判断导管的前进方向。
本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。
根据本发明的一方面，公开一种可识别血管方向的导管，包括：导管主体，其远端可形变；柔性压力传感器，被收容在所述导管主体的远端的内空间中，并经一体化，其包括与至少一对相对向设置的、可因所述导管主体形变而改变阻值的柔性压力敏感单元；定位标识块，被收容在所述导管主体的近端的内空间中，并经一体化，其包括与至少一对所述柔性压力敏感单元构成惠斯通电桥的至少一对电阻；多个导线，被收容在所述导管主体内，和从所述导管主体近端引出，用于对所述柔性压力传感器和所述定位标识块进行电源输入和接地引出，和分别输出至少一对所述柔性压力敏感单元的阻值变化信号。
进一步的，至少一对所述柔性压力敏感单元为一压力式应变材料以固定的宽度和圈数印刷在一第一柔性材料基底上以构成所述柔性压力传感器。
进一步的，所述第一柔性材料基底被镶嵌在所述导管主体远端的内壁和外壁之间，以及，所述定位标识块和所述导线被镶嵌在所述导管主体的内壁和外壁之间。
进一步的，所述柔性材料基底上标注有第一定位指示标记，以及，所述定位标识块上标注有第二定位指示标记，在所述导管主体自然伸直时，所述第一定位指示标记和所述第二定位指示标记位于同一直线上。
进一步的，所述第二定位指示标记被标注在一第二柔性材料基底上，以及，所述电阻被印刷在所述第二柔性材料基底上以构成所述定位标识块。
进一步的，所述柔性压力传感器包括至少两对所述柔性压力敏感单元，所述定位标识块包括至少两对相对应的所述电阻，在所述柔性压力传感器被收容在所述导管主体的远端的内空间中时，每一个所述柔性压力敏感单元之间的距离相等。
进一步的，在由一对所述柔性压力敏感单元和一对所述电阻构成的惠斯通电桥中，一对所述柔性压力敏感单元的一端相连接后其另一端通过所述导线分别与一对所述电阻的分别一端连接，且一对电阻的另一端相连接，其中一个所述柔性压力敏感单元与其中一个所述电阻的连接处通过所述导线引入电源，另一个所述柔性压力敏感单元与另一个所述电阻的连接处通过所述导线引出接地，以及其中，所述阻值变化信号从一对所述柔性压力敏感单元的连接处和一对所述电阻的连接处中分别引出读取。
进一步的，在所述柔性压力传感器不形变的情况下，在同一惠斯通电桥中的一对所述柔性压力敏感单元和一对所述电阻的阻值相等或相近。
进一步的，多个所述导线从所述导管主体引出后，连接一导线连接器。
根据本公开的第二方面，提供一种可识别血管方向的系统，包括以上所述的导管，还包括：信号分析装置，通过导线连接器，提供电源至所述导管，以及，根据所述导管在血管壁所产生的应力变化，接收并分析所述阻值变化信号；显示装置，根据对所述阻值变化信号的分析结果，显示转向指示。
本公开的技术方案具有以下有益效果：
在导管的远端部分增加了柔性压力传感器，使得导管无需在X射线下就能够完成导管方向的判断，从而极大地减少医生受X射线辐射的危险，同时也减少了在血管插入过程中，碰到血管分叉的时候，导管中的柔性压力传感器则感受到了血管壁的挤压，从而导致导管远端部分弯曲，从而导致嵌入在导管主体中的柔性压力敏感单元产生相应的阻抗变换，经过惠斯通双臂电桥的电路判断，从而对导管不同的偏向产生相应的显示，操作者依照信号传出的偏差，从而判定导管的走向。
附图说明
图1为本说明书实施例中导管主体结构示意图；
图2为图1的A-A截面图；
图3为图1的B-B截面图；
图4为图1的C-C截面图；
图5为本说明书实施例中柔性压力敏感单元的结构示意图；
图6为本说明书实施例中柔性压力传感器的结构示意图；
图7为本说明书实施例中定位标识块的结构示意图；
图8为本说明书实施例中两对柔性压力敏感单元在导管主体中的分布示意图；
图9为本说明书实施例中惠斯通电桥的电路原理图；
图10为本说明书实施例中导管主体的弯曲图示；
图11为本说明书实施例中导管主体在血管中的操作图示。
附图标记：
1、导管主体；110、远端；120、近端；130、中空部分；2、柔性压力传感器；21、柔性压力敏感单元；211、压力式应变材料；212、引出端口；22、第一柔性材料基底；23、第一定位指示标记；3、定位指示块；31、电阻；32、第二定位指示标记；33、第二柔性材料基底；4、导线；5、导线连接器；6、血管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中部”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本说明书实施例提供一种可识别血管方向的导管，包括：导管主体1，其远端110可形变；柔性压力传感器2，被收容在导管主体1的远端110的内空间中，并经一体化，其包括与至少一对相对向设置的、可因导管主体1形变而改变阻值的柔性压力敏感单元21；定位标识块3，被收容在导管主体1的近端120的内空间中，并经一体化，其包括与至少一对柔性压力敏感单元21构成惠斯通电桥的至少一对电阻31；多个导线4，被收容在导管主体1内，和从导管主体1近端120引出，用于对柔性压力传感器2和定位标识块3进行电源输入和接地引出，和分别输出至少一对柔性压力敏感单元21的阻值变化信号。
其中，在本发明的实施例中，导管主体1对应于现有用于TACE操作导管，其材料和几何结构尺寸与现有的相同。本发明在现有的操作导管基础上，将柔性压力传感器2嵌入在导管主体1的远端110，柔性压力传感器2的长度根据导管的规格而定，越长的导管，柔性压力传感器2也越长，在导管主体1的近端120部分，则嵌入一个定位标识块3，含有惠斯通电桥中的固定的电阻31，从柔性压力传感器2引出的导线4和定位标识块3相连接，并从定位标识块3引出导线4来输出阻值变化信号。另外，为了能够区分导管主体1在血管内插入过程中的导管弯曲的指向，本发明设置了示范性的限制了至少一对柔性压力传感单元21，一对柔性压力敏感单元21可以用于指示上下或左右的导管弯曲指向，也可以设置2组，用于分别指示导管前进的上下左右，若需要更精细的方向指向，也可以设置3组或以上。
如图2所示，图2为图1的A-A截面，示范性地展示柔性压力传感器2在导管主体1中的位置和布置方式，柔性压力传感器2镶嵌在导管主体1中，介于导管主体1内壁和外壁中间。
如图3所示，图3为图1的B-B截面，一般TACE操作导管，其中间为中空部分130，用于栓塞及灌注化疗药物，从柔性压力传感器2引出的导线4也包裹在导管主体1中。
如图4所示，图4为图1的C-C截面，具体显示导管主体1的近端120的截面，其中镶嵌有定位标识块3。
在一实施方式中，如图5和图6所示，至少一对柔性压力敏感单元21为一压力式应变材料211以固定的宽度和圈数印刷在一第一柔性材料基底22上以构成柔性压力传感器2。具体的，压力式应变材料211可以采用阻抗应变材料，阻抗应变材料通过图5中给出的形态刻制在第一柔性材料基底22中，为了增加阻抗应变材料的敏感性，可以根据导管主体1的长度和远端120操作可能产生的变形部分，确定阻抗应变材料印制的线性宽度，以及重复的圈数，同时柔性压力敏感单元21在靠近导管主体1中心的方向有两个引出端口212，用于与其他柔性压力敏感单元21和定位标识块3中的电阻31连接。
在一实施方式中，如图6和图7所示，第一柔性材料基底22上标注有第一定位指示标记23，以及，定位标识块3上标注有第二定位指示标记32，在导管主体1自然伸直时，第一定位指示标记23和第二定位指示标记32位于同一直线上。
其中，第一定位指示标记23和第二定位指示标记32，是围绕着柔性压力敏感单元21而设置的，可以将其作用理解为基准方向，由于导管主体1是产生形变而使得柔性压力敏感单元21的阻值信号变化，从而判断导管主体1的转向，设置了第一定位指示标记23，导管主体1的转向方向便可以以第一定位指示标记23作为基准方向，以便于临床医生根据基准方向来判断实际方向。又由于导管主体1的远端110要深入到血管6中，在不借助其他设备的情况是无法观察到第一定位指示标记23的，因此，设置第二定位指示标记32，使得临床医生根据第二定位指示标记32来判断第一定位指示标记23的方向。
另外，柔性压力敏感单元21印刷在第一柔性材料基底22上，以便于可以镶嵌在导管主体1中而不影响导管主体1的使用。
其中，图6示范性提供的一种拥有两对柔性压力敏感单元21的柔性压力传感器2的结构，4个柔性压力敏感单元21均匀分布在第一柔性材料基底22中。其中在第一个柔性压力敏感单元21的右端中部，印制第一定位指示标记23，与定位指示块中的第二定位指示标记32相对应。每一个柔性压力敏感单元21的两端的引出端口212分别通过导线4连接到一侧的输出端口上，为了便于在后续实施例中对输出端口进行理解，以及便于在实际使用中进行连线，可以分别将每一个输出端口按照柔性压力敏感单元的分类，标识为(A1，A2)、(B1，B2)、(C1，C2)和(D1，D2)。若需要布置更多的柔性压力敏感单元21则同样适用于本发明的布置规则和标记方法。
作为补充的，如图6至图8所示，柔性压力传感器2包括两对柔性压力敏感单元21，定位标识块3则包括两对相对应的电阻31，在柔性压力传感器2被收容在导管主体1的远端110的内空间中时，每一个柔性压力敏感单元21之间的距离相等。另外，示范性的，为了减少本发明在使用中的组装难度，第一柔性材料基底22应刚好围绕着导管主体1一圈，如此一来，在生产柔性压力传感器2时，只要确保多个柔性压力敏感单元21在第一柔性材料基底22上的距离均匀即可。另外，柔性压力传感器2包括两对柔性压力敏感单元21，即可以对导管主体1的上下左右四个方向进行判断。
作为补充的，第二定位指示标记32被标注在一第二柔性材料基底33上，以及，电阻31被印刷在第二柔性材料基底33上以构成定位标识块3。同理，以便于快速镶嵌在导管主体1中而不影响导管主体1的使用。
在一实施方式中，在由一对柔性压力敏感单元21和一对电阻31构成的惠斯通电桥中，一对柔性压力敏感单元21的一端相连接后其另一端通过导线4分别与一对电阻31的分别一端连接，且一对电阻31的另一端相连接，其中一个柔性压力敏感单元21与其中一个所述电阻31的连接处通过导线4引入电源，另一个柔性压力敏感单元21与另一个电阻31的连接处通过导线4引出接地，以及其中，阻值变化信号从一对柔性压力敏感单元21的连接处和一对电阻31的连接处中分别引出读取。
其中，具体在图9中，一对电阻31分别为R1和R2，一对柔性压力敏感单元21分别为RA和RC，R1的一端和R2的一端连接，R1的另外一端和RA的一端连接，并引出输出端Output1，R2的另外一端和RC的一端连接，并引出输出端Output2，RA的另一端和RC的另一端相连。外加电源Vin1的一端(正极)接在R1与RA的连接端，外加电源Vin1的另一端(负极)接在R2与RC的连接端。通过读取输出端Output1和Output2之间的电压变化，便可以推算出RA和RC的阻值变化，实现对柔性压力传感器2的形变方向判断，进而实现对导管主体1的形变方向判断。
在一实施方式中，在柔性压力传感器2不形变的情况下，在同一惠斯通电桥中的一对柔性压力敏感单元21和一对电阻31的阻值相等或相近。
其中，由于本发明采用惠斯通电桥的方法来判断柔性压力敏感单元21的阻抗的变化，结合图9至图11，,以两对柔性压力敏感单元21和两对电阻31构成的两个惠斯通电桥为例，对本发明的使用方法和原理进行解释。其中，其中一对惠斯通电桥，电阻31分别为R1和R2，柔性压力敏感单元21分别为RA和RC，另一对惠斯通电桥，电阻31分别为R3和R4，柔性压力敏感单元21分别为RB和RD。为了方便后续方向指示计算的便利性，在设计时候，让R1和R2分别选择和RA和RB在不变形条件下阻抗相近或者等同倍数的阻值，R3和R4同理。
另外，在布置RA、RB、RC、RD的时候，当RA/RB增加(或减少)的时候，则RC/RD减少(或增加)。因此当RA，RB，RC和RD发生改变的时候，其输出Output1和Output2的两端电压可表示为:
Vout1＝{RA/(RA+RC)-R1/(R1+R2)}*Vin1；
Output3和Output4的两端电压同理：
Vout2＝{RB/(RB+RD)-R3/(R3+R4)}*Vin2。
因此可以通过判断Vout1或/和Vout2的大小，即可判断方向，若输出信号弱时，可以考虑增加信号放大电路。
RA和RC为一组，规定RA的位置为上，RC的位置为下；RB和RD为另外一组，规定RB的位置为右，RD的位置为左。在导管插入血管6中，血管6碰到分叉部位，则导管总有一端会碰到血管6壁，如图10和图11所示，当导管偏向RA弯曲，RA为压缩状态，而RC为拉伸状态。此时，RA的阻抗减少，而RC的阻抗增大，此时Vout1相对不形变时减小，则判定导管向上偏移；反之，则判定导管向下偏移。以此类推，在另一组中RB和RD中，Vout2相对不形变时减小,则判定导管向右偏移，Vout2相对不形变时增大，则判定导管向左偏移，从而实现导管的转向判定。
在一实施方式中，请继续参阅图1，多个导线4从导管主体1引出后，连接一导线连接器5。
其中，该导线连接器5可以是任何一款医用导线连接器5，例如雷莫连接器等。具体布局可以是中心两个连接管脚连接外加电源和地，其他连接管脚分别连接从惠斯通电桥输出的信号如Output1、Output2、Output3、Output4等成对信号。
基于以上实施例的思路，本公开的示例性实施方式还提供了一种可识别血管方向的系统，包括以上的导管，还包括：信号分析装置，通过导线连接器，提供电源至导管，以及，根据导管在血管壁所产生的应力变化，接收并分析阻值变化信号；显示装置，根据对阻值变化信号的分析结果，显示转向指示。
其中，信号分析装置内设置有信号放大电路，用于将输出的Output1、Output2、Output3、Output4信号放大。
上述系统的具体细节在导管部分实施方式中已经详细说明，未披露的细节内容可以参见导管部分的实施方式内容，因而不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种可识别血管方向的导管，其特征在于，包括：
导管主体，其远端可形变；
柔性压力传感器，被收容在所述导管主体的远端的内空间中，并经一体化，其包括与至少一对相对向设置的、因所述导管主体形变而改变阻值的柔性压力敏感单元，至少一对所述柔性压力敏感单元为一压力式应变材料以固定的宽度和圈数印刷在一第一柔性材料基底上以构成所述柔性压力传感器，所述柔性材料基底上标注有第一定位指示标记；
定位标识块，被收容在所述导管主体的近端的内空间中，并经一体化，其包括与至少一对所述柔性压力敏感单元构成惠斯通电桥的至少一对电阻，所述定位标识块上标注有第二定位指示标记，在所述导管主体自然伸直时，所述第一定位指示标记和所述第二定位指示标记位于同一直线上；
多个导线，被收容在所述导管主体内，和从所述导管主体近端引出，用于对所述柔性压力传感器和所述定位标识块进行电源输入和接地引出，和分别输出至少一对所述柔性压力敏感单元的阻值变化信号。
2.根据权利要求1所述的可识别血管方向的导管，其特征在于，所述第一柔性材料基底被镶嵌在所述导管主体远端的内壁和外壁之间，以及，所述定位标识块和所述导线被镶嵌在所述导管主体的内壁和外壁之间。
3.根据权利要求1所述的可识别血管方向的导管，其特征在于，所述第二定位指示标记被标注在一第二柔性材料基底上，以及，所述电阻被印刷在所述第二柔性材料基底上以构成所述定位标识块。
4.根据权利要求1所述的可识别血管方向的导管，其特征在于，所述柔性压力传感器包括至少两对所述柔性压力敏感单元，所述定位标识块包括至少两对相对应的所述电阻，在所述柔性压力传感器被收容在所述导管主体的远端的内空间中时，每一个所述柔性压力敏感单元之间的距离相等。
5.根据权利要求1所述的可识别血管方向的导管，其特征在于，在由一对所述柔性压力敏感单元和一对所述电阻构成的惠斯通电桥中，一对所述柔性压力敏感单元的一端相连接后其另一端通过所述导线分别与一对所述电阻的分别一端连接，且一对电阻的另一端相连接，其中一个所述柔性压力敏感单元与其中一个所述电阻的连接处通过所述导线引入电源，另一个所述柔性压力敏感单元与另一个所述电阻的连接处通过所述导线引出接地，以及其中，所述阻值变化信号从一对所述柔性压力敏感单元的连接处和一对所述电阻的连接处中分别引出读取。
6.根据权利要求1所述的可识别血管方向的导管，其特征在于，在所述柔性压力传感器不形变的情况下，在同一惠斯通电桥中的一对所述柔性压力敏感单元和一对所述电阻的阻值相等或相近。
7.根据权利要求1所述的可识别血管方向的导管，其特征在于，多个所述导线从所述导管主体引出后，连接一导线连接器。
8.一种可识别血管方向的系统，包括如权利要求1-7任一项所述的导管，还包括：
信号分析装置，通过导线连接器，提供电源至所述导管，以及，根据所述导管在血管壁所产生的应力变化，接收并分析所述阻值变化信号；
显示装置，根据对所述阻值变化信号的分析结果，显示转向指示。
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