CN117731250A - 一种介入式触碰力监测传感器 - Google Patents

Abstract

一种介入式触碰力监测传感器属于压力监测技术领域，尤其涉及一种介入式触碰力监测传感器。本发明提供一种介入式触碰力监测传感器。本发明包括密封腔体9，其特征在于密封腔体9具有跟随触碰压力和密封腔体9外部的环境压力强度变化而产生形变的第一形变膜4，密封腔体9内设置有用于检测触碰压力和密封腔体9外部的环境压力导致第一形变膜4形变从而产生的压力变化的第一压力芯片10；所述密封腔体9内设置有导压介质。

Description

一种介入式触碰力监测传感器

技术领域

本发明属于压力监测技术领域，尤其涉及一种介入式触碰力监测传感器。

背景技术

泛血管手术机器人是进行血管介入手术的一类机器人，目前泛血管手术机器人主要运用于冠状动脉、脑血管、外周血管的介入治疗；我国心血管手术量巨大，手术机器人的参与度低，且当前泛血管手术机器人尚无产品在国家药监局获批，竞争尚未激烈。

泛血管手术机器人是一种主从式的机电设备，在心脏、脑部、外周血管相关疾病的介入手术中，能够辅助医生远程控制导管导丝进行手术。一般是医生通过主断手柄输入动作，机器人从端复现医生手部动作。

泛血管手术机器人优势：血管介入机器人相比较人工有一些独特优势，不仅增强射线防护、减少辐射损伤、同时使血管介入手术更趋于精准和微创，在手术精准定位和手术质量等方面带来一系列技术变革。

泛血管介入手术机器人已被应用到多种外科手术中。在心血管医学中，机器人系统现在通常用于微创房间隔缺损闭合、二尖瓣修复和CABG手术。新的机器人系统正在开发用于更多的适应有更好的，例如经皮冠状动脉介入治疗（PCI）、血管内和微创手术主动脉修复，以及基于导管的心房颤动消融术。目前血管内介入机器人主要运用于冠状动脉、脑血管、外周血管的介入治疗。

但目前的泛血管介入室手术机器人在自动推进介入式导丝用于监测或医疗处理的过程中，导丝头部会碰撞血管壁，此时导丝头部虽然可以发生弯曲，但由于没有可以监测到导丝头部碰到血管壁或器官壁状态的传感器，该医疗机器人会继续推动导丝前进，在此情况下血管壁会受到导丝持续施加压力，当压力较大时，严重者会导致血管壁或器官壁受到严重伤害，威胁患者的生命健康。同时在诊疗过程中，医生也有需要持续实时地监控血管内或器官等处的压力参数，该数据为基于高度确定性的精准医疗提供重要依据，是在控制疾病损害与控制医源损害的相互制衡中，对医疗实践进行系统性优化，实现以病患最佳康复为终极目标的最佳临床实践。因此需要开发一款可以实现介入式触碰力监测的传感器。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种介入式触碰力监测传感器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括密封腔体9，其特征在于密封腔体9具有跟随触碰压力和密封腔体9外部的环境压力强度变化而产生形变的第一形变膜4，密封腔体9内设置有用于检测触碰压力和密封腔体9外部的环境压力导致第一形变膜4形变从而产生的压力变化的第一压力芯片10；所述密封腔体9内设置有导压介质。

作为一种优选方案，本发明还包括用于检测密封腔体（9）外部的环境压力的第二压力芯片（7）。

作为另一种优选方案，本发明所述第二压力芯片（7）设置在压力腔体（15）内，压力腔体（15）与外部连通。

作为另一种优选方案，本发明所述第二压力芯片7密封在压力腔体15内的第二形变膜20内，第二形变膜20内填充有导压介质。

作为另一种优选方案，本发明所述导压介质采用生理盐水、甘油、硅油或空气。

作为另一种优选方案，本发明所述第一压力芯片10和第二压力芯片7均为多个。

作为另一种优选方案，本发明所述密封腔体9设置在导丝14的导丝头1后端的弹簧2的后端，压力腔体15设置在密封腔体9的后端，压力腔体15壁上设置有导压孔12。

作为另一种优选方案，本发明所述密封腔体9的前壁为连接件3，连接件3前端与弹簧2的后端相连，密封腔体9前部侧壁为第一形变膜4，第一形变膜4前端与连接件3后端相连。

作为另一种优选方案，本发明所述连接件3前端与弹簧2的后端粘接或卡扣连接。

作为另一种优选方案，本发明所述弹簧2的后端穿过导丝壳19的前挡板21中心孔与连接件3相连。

作为另一种优选方案，本发明所述密封腔体9内壁设置有环状凸缘5，第一形变膜4后端与环状凸缘5前端相连。

作为另一种优选方案，本发明所述第一压力芯片10设置在环状凸缘5的后侧。

作为另一种优选方案，本发明所述第一形变膜4后端与环状凸缘5前端粘接。

作为另一种优选方案，本发明所述第一压力芯片10和第二压力芯片7设置在横隔板6上，横隔板6两侧与导丝14内壁相连，横隔板6前端与环状凸缘5后内端相连，压力腔体15的前壁11和后壁13端部分别与横隔板6和导丝14内壁相连；

第一压力芯片10与前壁11之间的横隔板6上设置有第一接线端头17，第一压力芯片10的输出线通过第一接线端头17与第一引出导线8相连；

第二压力芯片7与后壁13之间的横隔板6上设置有第二接线端头18，第二压力芯片7的输出线通过第二接线端头18与第二引出导线16相连。

第一引出导线8和第二引出导线16置于导丝14内。

作为另一种优选方案，本发明所述环状凸缘5设置在密封腔体9前部内壁，第一压力芯片10设置在密封腔体9的后部。

作为另一种优选方案，本发明所述环状凸缘5与连接件3之间的密封腔体9壁为第一形变膜4。

作为另一种优选方案，本发明所述环状凸缘5、前壁11和后壁13采用不锈钢件，环状凸缘5、前壁11和后壁13与导丝壳19焊接。

其次，本发明所述形变膜采用硅胶膜。

另外，本发明所述连接件3采用聚四氟乙烯件。

本发明有益效果。

本发明第一压力芯片10可监测作用于第一形变膜4上的压力，该压力=触碰压力+密封腔体9外部的环境压力。使用时可与监测密封腔体9外部的环境压力的监测部件配合使用，获得触碰压力值。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明第一实施例结构示意图。

第一实施例未设置前挡板21，弹簧2后端直接与连接件3相连。

图2是本发明第二实施例结构示意图。

第二实施例设置前挡板21，弹簧2后端穿过前挡板21的中心孔与连接件3相连。

图中，1为导丝头、2为弹簧、3为连接件、4为第一形变膜、5为环状凸缘、6为横隔板、7为第二压力芯片、8为第一引出导线、9为密封腔体、10为第一压力芯片、11为前壁、12为导压孔、13为后壁、14为导丝、15为压力腔体、16为第二引出导线、17为第一接线端头、18为第二接线端头、19为导丝壳、20为第二形变膜、21为前挡板、22为折弯。

具体实施方式

如图所示，本发明包括密封腔体9，密封腔体9具有跟随触碰压力强度和密封腔体9外部的环境压力变化而产生形变的第一形变膜4，密封腔体9内设置有用于检测触碰压力和密封腔体9外部的环境压力导致第一形变膜4形变从而产生的压力变化（随着形变膜的形变，密封腔体9内压力发生变化）的第一压力芯片10。

密封腔体9的壁上具有跟随触碰压力强度变化而产生形变的第一形变膜4。

还包括压力腔体15，压力腔体15内设置有第二压力芯片7，压力腔体15与外部连通。第二压力芯片7测量压力腔体15内压力变化。第二压力芯片7用于介入压力监测，具体应用到导丝14上，获得血管内血压监测值。

当密封腔体9与血管壁或体内器官组织发生触碰时（具体应用到导丝14上，即导丝头1与血管壁或体内器官组织发生触碰时），该接触力会作用于第一形变膜4（通过连接件3将接触力传导给第一形变膜4），当接触力作用于第一形变膜4形成了密封腔体9内压强P触；同时血压作用于第一形变膜4（通过连接件3将血管内血压力传导给第一形变膜4）形成了密封腔体9内压强P血压，密封腔体9内部的第一压力芯片10通过密封腔体9内部的导压介质精确测到该两个压强的叠加压强P腔，则P腔=P触+P血压；

第二压力芯片7监测到血管内部该介入位置的血压，该血压与第一压力芯片10测得的血压值一致，该压强是P血压。则P腔外（即第二压力芯片7测的的压力值）=P血压；

P腔和P腔外的数据通过第一引出导线8和第二引出导线16传输到外部，外部处理系统通过对P腔和则P腔外比较，可以得到P触，即P腔-P腔外=（P触+P血压）-P血压=P触。

介入式医疗机器人系统通过分析P触的数值，进而可以判断是否发生了碰触并且可测量触碰强度，并进行相应的调整。

本发明使用时，也可通过外部血压计测量患者血压，代替第二压力芯片7的作用。当然，由于外部血压计测量的不是介入位置处的血压，因此通过外部血压计测量患者血压，采用前述的压力比较方式计算P触，计算的精度较差。

所述密封腔体9内设置有导压介质（导压介质充满整个密封腔体9）。

所述导压介质采用生理盐水、甘油、硅油或空气。

所述密封腔体9设置在导丝14的导丝头1后端的弹簧2（导丝头1和弹簧2为现有市面上销售的导丝14的已有部件，本发明应用实施例是在弹簧2后面额外设置密封腔体9和压力腔体15）的后端，压力腔体15设置在密封腔体9的后端，压力腔体15壁上设置有导压孔12。导压孔12使压力腔体15与外部连通。

所述密封腔体9的前壁为连接件3，密封腔体9内壁设置有环状凸缘5，第一压力芯片10设置在环状凸缘5的后侧。

所述第一压力芯片10和第二压力芯片7设置在横隔板6上（第一压力芯片10和第二压力芯片7可通过医用快干胶4011无缝粘剂在横隔板6上）横隔板6两侧与导丝14内壁相连，横隔板6前端与环状凸缘5后内端相连，压力腔体15的前壁11和后壁13端部分别与横隔板6和导丝14内壁相连；

第一压力芯片10与前壁11之间的横隔板6上设置有第一接线端头17，第一压力芯片10的输出线通过第一接线端头17与第一引出导线8相连；

第二压力芯片7与后壁13之间的横隔板6上设置有第二接线端头18，第二压力芯片7的输出线通过第二接线端头18与第二引出导线16相连。

如图1所示，连接件3、前壁11、导丝壳19、横隔板6和第一形变膜4围成密封腔体9。前壁11、后壁13、导丝壳19和横隔板6围成压力腔体15。

第一引出导线8和第二引出导线16置于导丝14内。

第一引出导线8前端连接第一接线端头17，第一引出导线8后端连接外部信号接收分析设备，对外输出电信号。第二引出导线16前端连接第二接线端头18，第二引出导线16后端连接外部信号接收分析设备，对外输出电信号。

所述环状凸缘5设置在密封腔体9前部内壁，第一压力芯片10设置在密封腔体9的后部。

所述第一压力芯片10和第二压力芯片7均为多个。多个压力芯片可以并排放置在腔体内。设置多个第一压力芯片10和多个第二压力芯片7，可以做数据校准。比如设置两个第一压力芯片10和两个第二压力芯片7。两个第一压力芯片10可以通过均方根法进行数据校准。两个第二压力芯片7可以通过均方根法进行数据校准。以此类推。下面详细说明一下。

当导丝头1与血管壁或体内器官组织发生触碰时，该接触力会作用于该密封腔体9的第一形变膜4，当接触力作用于第一形变膜4形成了密封腔体9内压强P触；同时血压作用于第一形变膜4形成了密封腔体9内压强P血压，密封腔体9内部的第一压力芯片10通过密封腔体9内部的导压介质精确测到该两个压强的叠加压强P腔，则P腔=P触+P血压；

第二压力芯片7监测到该介入位置的血压，该血压与第一压力芯片10测得的血压值一致，该压强是P血压。则P腔外（即第二压力芯片7测的的压力值）=P血压；

当导丝头1与血管壁或体内器官组织发生触碰时，该接触力会作用于形变膜4，当接触力作用于形变膜4形成了密封腔体9内压强P触；同时血压作用于形变膜4形成了密封腔体9内压强P血压，密封腔体9内部的一个第一压力芯片10通过密封腔体9内部的导压介质精确测到该两个压强的叠加压强P腔1，则P腔1=P触+P血压；

另一个第一压力芯片10也设置在密封腔体9内，并且通过检测第一形变膜4的形变变化来获得触力和内部血压。当导丝头1与血管壁或体内器官组织发生触碰时，该接触力会作用于第一形变膜4，第一形变膜4的表面积S1是固定不变的，当接触力作用于第一形变膜4表面积形成了密封腔体9内压强P触；同时血压作用于第一形变膜4表面积形成了密封腔体9内压强P血压，密封腔体9内部的另一个第一压力芯片10通过密封腔体9内部的导压介质精确测到该两个压强的叠加压强P腔2，则P腔2=P触+P血压；

数据传输到外部，介入式医疗机器人系统通过分析P腔1和P腔2的数值，例如运用均方根P腔1的平方和P腔2的平方再开根号，以便获得更加精准的测量数据P腔均，P腔均是更加精确地P触和P血压的和。

另外，利用体外血压计也可以测得该患者血压P血压。

处理系统通过对P腔均和P血压比较，可以得到更精确地P触，即P腔均-P血压=（P触+P血压）-P血压=P触；

介入式医疗机器人系统通过分析P触的数值，进而可以判断是否发生了碰触并且可测量触碰强度，并进行相应的调整。

同理多颗压力芯片可以更加提高测量精度，比如三颗压力芯片封装在密封腔体9内，二颗压力芯片设置在压力腔体15内；依次类推。

所述环状凸缘5与连接件3之间的密封腔体9壁为第一形变膜4。

连接件3用于连接第一形变膜4与弹簧2。连接件3与第一形变膜4可通过医用快干胶4011无缝粘剂。

所述连接件3前端与弹簧2的后端粘接或卡扣连接（卡扣连接可采用现有电池放置槽中的导电触片与导电弹簧的连接方式）。如图1所示，导丝头1发生的触碰力通过弹簧2挤压连接件3，连接件3与导丝壳19可相对运动（连接件3置于导丝壳19内，连接件3不与导丝壳19内壁连接固定。导丝壳19前端可设置向内的折弯22，防止连接件3从导丝壳19内脱出），第一形变膜4发生形变，将触碰力传导到密封腔体9。

如图2所示，弹簧2的后端穿过导丝壳19的前挡板21中心孔与连接件3相连。前挡板21与导丝壳19固定连接为一体。

第一形变膜4可通过医用快干胶4011无缝粘剂与环状凸缘5连接。

所述第一形变膜4和第二形变膜20采用硅胶膜。第一形变膜4和第二形变膜20也可采用可以传导压力并且对人体无害的其他材质。

所述连接件3采用聚四氟乙烯件。聚四氟乙烯具有较高的抗拉硬度27.6Mpa，可用于更好的传导弹簧2传递过来的压力给第一形变膜4及密封腔体9，第一形变膜4与密封压力腔体9整体组成感压密闭压力腔体。

所述第二压力芯片7密封在压力腔体15内的第二形变膜20内，第二形变膜20内填充有导压介质。导压介质可采用生理盐水、甘油、硅油或空气。

第二形变膜20周边可与横隔板6相连，第二形变膜20罩在第二压力芯片7外侧。

压力腔体15和第二形变膜20不是必须要设置的，比如检测的环境压力是气体压力时，气体可直接作用在第二压力芯片7上。

所述第一压力芯片10和第二压力芯片7可采用SMI-1A-48-060-BAUU压力芯片。

如图1、2所示，为设置有本发明传感器的导丝的两种实施例结构，当然本发明的传感器也可应用于现有的其他结构的导丝上，比如弹簧中设置有钢丝的导丝等。

上述在导丝上的应用，只是本发明的一种应用实施例，本发明同样适用于类似的其他应用场景，比如城市自来水、污水管道、天然气管道等场景的介入式检漏等类似场景。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种介入式触碰力监测传感器，包括密封腔体（9），其特征在于密封腔体（9）具有跟随触碰压力和密封腔体（9）外部的环境压力强度变化而产生形变的第一形变膜（4），密封腔体（9）内设置有用于检测触碰压力和密封腔体（9）外部的环境压力导致第一形变膜（4）形变从而产生的压力变化的第一压力芯片（10）。

2.根据权利要求1所述一种介入式触碰力监测传感器，其特征在于所述密封腔体（9）内设置有导压介质。

3.根据权利要求1所述一种介入式触碰力监测传感器，其特征在于还包括用于检测密封腔体（9）外部的环境压力的第二压力芯片（7）。

4.根据权利要求3所述一种介入式触碰力监测传感器，其特征在于所述第二压力芯片（7）设置在压力腔体（15）内，压力腔体（15）与外部连通。

5.根据权利要求4所述一种介入式触碰力监测传感器，其特征在于所述第二压力芯片（7）密封在压力腔体（15）内的第二形变膜（20）内，第二形变膜（20）内填充有导压介质。

6.根据权利要求3所述一种介入式触碰力监测传感器，其特征在于所述第一压力芯片（10）和第二压力芯片（7）均为多个。

7.根据权利要求1所述一种介入式触碰力监测传感器，其特征在于所述密封腔体（9）设置在导丝（14）的导丝头（1）后端的弹簧（2）的后端，压力腔体（15）设置在密封腔体（9）的后端，压力腔体（15）壁上设置有导压孔（12）。

8.根据权利要求1所述一种介入式触碰力监测传感器，其特征在于所述密封腔体（9）的前壁为连接件（3），连接件（3）前端与弹簧（2）的后端相连，密封腔体（9）前部侧壁为第一形变膜（4），第一形变膜（4）前端与连接件（3）后端相连。

9.根据权利要求7所述一种介入式触碰力监测传感器，其特征在于所述弹簧（2）的后端穿过导丝壳（19）的前挡板（21）中心孔与连接件（3）相连。

10.根据权利要求1所述一种介入式触碰力监测传感器，其特征在于所述密封腔体（9）内壁设置有环状凸缘（5），第一形变膜（4）后端与环状凸缘（5）前端相连；所述第一压力芯片（10）设置在环状凸缘（5）的后侧。