DE10335313B4 - Force sensor, force sensor unit, elongate device and method for detecting a force - Google Patents
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Abstract
Sensor zum Erfassen von einer auf eine langgestreckte Einrichtung, insbesondere eine langgestreckte medizintechnische Einrichtung, wie einen Katheter, wirkenden Kraft (F) mit einer nicht vernachlässigbaren Kraftkomponente in Längsrichtung der langgestreckten Einrichtung, umfassend – einen Kraftaufnehmer (3) für die zu erfassende Kraft, – einen Anschluß zum Anbringen des Sensors (1) an die langgestreckte Einrichtung, – mindestens einen Lichteinkoppelbereich, welcher mit wenigsten einem Licht in den Sensor (1) einkoppelnden Lichtwellenleiter (11) optisch verbindbar ist, – einen Lichtintensitätsmodulator, der eine vorbestimmbare Intensität des in den Sensor (1) einkoppelbaren Lichts (21) entsprechend der an dem Kraftaufnehmer (3) angreifenden Kraft (F) moduliert, und – wenigstens einen Lichtauskoppelbereich, über welchen das Licht (21) modulierter Intensität in wenigstens einen Lichtleiter (11) auskoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reflektor mit einer dem wenigstens einen Lichtauskoppelbereich (17) zugeordneten Reflexionsfläche (15) versehen ist, die ihre Reflexionseigenschaften abhängig von der zu erfassenden Kraft (F) ändern kann, vorzugsweise sich insbesondere irreversibel oder reversibel und abhängig von der zu erfassenden Kraft (F) verformen, insbesondere vergrößern und/oder verkleinern, kann, in dem eine unebene Reflexionsfläche (15) vorgesehen ist, auf welche die an dem Kraftaufnehmer (3) angreifende Kraft (F) derart wirken kann, dass sich der Grad der Unebenheit abhängig von der Kraft (F) ändert und einen mit dem wenigstens einen Lichtauskoppelbereich (17) optisch verbundenen Bereich der Reflexionsfläche (15) erweitert und/oder eingrenzt.Sensor for detecting a force (F) acting on an elongate device, in particular an elongate medical device, such as a catheter, with a non-negligible force component in the longitudinal direction of the elongated device, comprising: - a force transducer (3) for the force to be detected; a terminal for attaching the sensor (1) to the elongated device, - at least one Lichteinkoppelbereich, which at least one light in the sensor (1) einkopoppeln optical waveguide (11) is optically connectable, - a light intensity modulator having a pre-definable intensity of the in the Sensor (1) einkoppelbaren light (21) in accordance with the force on the force transducer (3) acting force (F) modulated, and - at least one Lichtauskoppelbereich, through which the light (21) of modulated intensity in at least one light guide (11) can be coupled out, characterized characterized in that a reflector with a we at least one Lichtauskoppelbereich (17) associated reflection surface (15) is provided, which can change their reflection properties depending on the force to be detected (F), preferably in particular irreversible or reversible and deformed depending on the force to be detected (F) deform, especially enlarge and and / or downsize, in which an uneven reflection surface (15) is provided, to which the force (F) acting on the force transducer (3) can act such that the degree of unevenness changes depending on the force (F) and one with the at least one Lichtauskoppelbereich (17) optically connected region of the reflection surface (15) expands and / or limited.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kraftsensor, eine Kraftsensoreinheit, eine langgestreckte Einrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Kraft.The invention relates to a force sensor, a force sensor unit, an elongate device and a method for detecting a force.
Ein besonderer Anwendungsfall dieser Erfindung betrifft die Kathetertechnik, die von einer langgestreckten Einrichtung zum zumindest teilweise Einführen in einen Organismus durch eine Körperöffnung bestimmt ist. Diese langgestreckten Einrichtungen kommen vor allem in der minimalinvasiven Chirurgie an insbesondere menschlichen Körpern zum Einsatz. Damit bei der Invasion der langgestreckten Einrichtung keine Körpergefäße durch die körpernahe Spitze der von dem behandelnden Arzt manuell zu bedienenden langgestreckten Einrichtung verletzt werden, orientiert sich der Arzt notwendigerweise daran, welche Kräfte ihm an einer Handhabe der langgestreckten Einrichtung mitgeteilt werden. Wegen der Reibung und der eingeschobenen im Verlauf der Invasion des Katheters in den Körper kontinuierlich zunehmende Kathetermasse gibt die dem behandelnden Arzt an der Handhabe mitgeteilte Kraft einen kaum noch nutzbaren Aufschluß über den tatsächlich an der Katheterspitze auftretenden Widerstand. Damit der behandelnde Arzt der Handhabe des Katheters die richtige Betätigungskraft mitteilen kann, ist ein außergewöhnlich reicher Erfahrungsschatz bei der Bedienung von Kathetern erforderlich.A particular application of this invention relates to the catheter technique, which is defined by an elongated means for at least partially introducing it into an organism through a body orifice. These elongated devices are mainly used in minimally invasive surgery on especially human bodies. So that during the invasion of the elongated device no body vessels are injured by the proximal tip of the elongated device to be operated manually by the attending physician, the physician necessarily orientates himself by what forces are communicated to him at a handle of the elongated device. Because of the friction and the inserted in the course of the invasion of the catheter into the body continuously increasing catheter mass gives the treating physician notified to the handle a barely usable information about the actually occurring at the catheter tip resistance. In order for the treating physician to be able to communicate the correct actuating force to the handle of the catheter, an extraordinarily rich amount of experience in the operation of catheters is required.
Aus der
Gemäß der
Die
Im Stand der Technik [H. Emanuelsson, et al., Initial Experiences With a Miniaturized Pressure Transducer During Coronary Angioplasty”, Catheterization and Cardiovascular Diagnosis 24 (1991), Seiten 137–143] ist ein faseroptischer Drucksensor bekannt, der zur Integration in Führungsdrähte mit einem Durchmesser von 0,36 mm geeignet ist und zur Messung des Blutdrucks dient. Es kann mit diesem Sensor ein Druck lateral, nicht aber eine Kraft senkrecht auf die Achse eines Führungsdrahts bestimmt werden, weshalb dieser Sensor zur Erfassung der Vorschub-/Kontaktkraft nicht geeignet ist.In the prior art [H. Emanuelsson, et al., "Initial Experiences With a Miniaturized Pressure Transducer During Coronary Angioplasty", Catheterization and Cardiovascular Diagnosis 24 (1991), pp. 137-143] discloses a fiber optic pressure sensor suitable for integration into guidewires having a diameter of 0.36 mm is suitable and used to measure blood pressure. It can be determined with this sensor, a pressure lateral, but not a force perpendicular to the axis of a guide wire, which is why this sensor is not suitable for detecting the feed / contact force.
Häufig werden auch phasensensitive Auswertungsverfahren im Messkopf angewendet, in dem Abstände von reflektierenden Flächen im Bereich der Wellenlänge des eingesetzten Lichtes moduliert werden. Aufgrund der kleinen Modulationswege sind diese Verfahren sehr empfindlich gegenüber Temperaturausdehnungen der Konstruktionswerkstoffe und weisen hohe Montagekosten aufgrund extrem kleiner Fertigungstoleranzen auf. Neben der sehr exakten Montage ist auch immer ein robuster Rahmen zur Halterung der reflektierenden Fläche notwendig. Dies ist für die Messung eines Druckes, der immer gleichmäßig verteilt und senkrecht auf eine Fläche wirkt, nicht nachteilig. Für eine Kraftmessung bildet ein stabiler Rahmen aber einen Kraftnebenschluss, der einen nicht vorhersagbaren Teil der Messkraft an dem Sensor vorbei leitet und so eine exakte Kraftmessung verhindert. Vorteilhaft kann also ein Sensor angewendet werden, der große Verformungen bereitstellt, die Kraft vollständig aufnimmt, eine axiale Kraft in ein bestimmbares Ausgangssignal wandelt und günstig herstellbar ist.Frequently, phase-sensitive evaluation methods are also used in the measuring head in which distances of reflecting surfaces in the range of the wavelength of the light used are modulated. Due to the small modulation paths, these methods are very sensitive to thermal expansion of the construction materials and have high assembly costs due to extremely small manufacturing tolerances. In addition to the very exact installation is always a robust frame for holding the reflective surface necessary. This is for measuring a pressure that is always evenly distributed and perpendicular to a surface, not detrimental. For a force measurement, however, a sturdy frame forms a force shunt which directs an unpredictable portion of the measuring force past the sensor, thus preventing accurate force measurement. Advantageously, therefore, a sensor can be used, which provides large deformations, the force completely absorbs, converts an axial force into a determinable output and is inexpensive to produce.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen einfach aufgebauten Sensor bereitzustellen, der in langgestreckte Einrichtungen von weniger als 3 mm Durchmesser, insbesondere 0,33 mm (1 French), integrierbar ist und Kräfte erfassen kann, welche zumindest teilweise an der langgestreckten Einrichtung in deren Längsrichtung angreifen. Hierbei soll eine vollflächige Krafteinkopplung zu genauen Messergebnissen führen, der Modulationsgrad soll deutlich höher als der bei einfacher Abstandsmodulation sein, seitliche Kräfte sollen nicht zu übermäßigen Fehlmessungen führen und der Sensor soll kostengünstig gefertigt werden können.It is an object of the invention to provide a sensor of simple construction, which can be integrated into elongate devices of less than 3 mm diameter, in particular 0.33 mm (1 French), and can detect forces which at least partially on the elongate device in the longitudinal direction attack. Here, a full-surface force coupling should lead to accurate measurement results, the degree of modulation should be significantly higher than that of simple distance modulation, lateral forces should not lead to excessive incorrect measurements and the sensor should be able to be manufactured inexpensively.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist der erfindungsgemäße Sensor dazu ausgelegt, eine Kraft zu erfassen, die an einer langgestreckten Einrichtung, insbesondere einer langgestreckten medizintechnischen Einrichtung, wie einem Katheter oder Führungsdraht, angreift, welche Kraft eine nicht vernachlässigbare Kraftkomponente in Längsrichtung der langgestreckten Einrichtung aufweisen kann. Der erfindungsgemäße Sensor hat einen Kraftaufnehmer, an dem zumindest der wesentliche Teil der zu erfassenden Kraft entweder über die langgestreckte Einrichtung oder direkt in den Sensor gerichtet einleitbar ist. Der Sensor soll erfindungsgemäß derart beschaffen sein, daß er an der langgestreckten Einrichtung anbringbar und insbesondere bei bereits existierenden langgestreckten Einrichtungen nachrüstbar ist. Erfindungsgemäß weist der Sensor mindestens einen Lichteinkoppelbereich auf, an dem Licht in den Sensor insbesondere in einer vorab festgelegten, bekannten Intensität eintreten kann. Der Lichteinkoppelbereich ist mit wenigstens einem Lichtwellenleiter optisch verbunden, welche Verbindung im Inneren des Sensors oder außerhalb realisierbar ist, wobei der Lichtwellenleiter vorzugsweise außerhalb des Sensors an eine Lichtquelle anschließbar ist. Der erfindungsgemäße Sensor hat einen Lichtintensitätsmodulator, der die vorab bestimmte Intensität des in den Sensor einkoppelbaren Lichts in Abhängigkeit von der Kraft, die über den Kraftaufnehmer in den Sensor eingeleitet ist, moduliert, also abhängig von der Kraft ändert. Der erfindungsgemäße Sensor weist einen Lichtauskoppelbereich auf, der zugleich auch den Lichteinkoppelbereich bilden kann und über welchen das Licht modulierter Intensität in wenigstens einen Lichtleiter auskoppelbar ist. Dabei kann der selbe Lichtleiter verwendet werden, der bereits zum Einkoppeln des Lichts in den Sensor genutzt ist. Die modulierte oder unmodulierte Lichtintensität kann von einer insbesondere sensorexternen Auswerteinheit bewertet werden, die unter Nutzung eines Proportionalverhältnisses zwischen der Intensitätsänderung und der Kraft den zu ermittelnden Kraftbetrag bestimmen kann.This object is solved by the features of
Der erfindungsgemäße Sensor bietet die folgenden Vorteile gegenüber den oben genannten bekannten Kraftsensoren:
- – mit dem erfindungsgemäße Sensor besteht die Möglichkeit, eine Kraftsensorik in langgestreckten Einrichtungen zu integrieren, welche eine laterale Erstreckung oder einen Durchmesser von weniger
als 3 mm, insbesondere 0,33 mm (1 French), aufweisen; - – der erfindungsgemäße Sensor ist wegen der geringen Teileanzahl für eine Massenproduktion geeignet;
- – der einfache Aufbau des erfindungsgemäßen Sensor erfüllt ohne weiteres die hohen Anforderung der Hygiene in der Medizintechnik;
- – mit dem erfindungsgemäßen Sensor können aufgrund der Nutzung der sensiblen Lichtintensitätsmeßgröße sehr genaue Kraftbetrags- und/oder Kraftwirkungsmessungen erreicht werden; und
- – der erfindungsgemäße Sensor verzichtet auf elektrische Leitungen, die insbesondere bei einem Einsatz von einem Magnetresonanztomographen wegen der dabei auftretenden elektromagnetischen Wechselfeldern die Meßergebnisse verfälschend beeinflussen können.
- - With the sensor according to the invention it is possible to integrate a force sensor in elongate devices, which have a lateral extent or a diameter of less than 3 mm, in particular 0.33 mm (1 French);
- - The sensor according to the invention is suitable because of the small number of parts for mass production;
- - The simple construction of the sensor according to the invention readily meets the high requirement of hygiene in medical technology;
- - Due to the use of the sensitive Lichtintensitätsmeßgröße very accurate Kraftbetrags- and / or force measurements can be achieved with the sensor according to the invention; and
- - The sensor according to the invention dispenses with electrical lines, which can affect the measurement results in particular when using a magnetic resonance imaging because of the electromagnetic alternating fields occurring in the process.
Der erfindungsgemäße Sensor kann Kräfte dem Betrag und/oder der Wirkrichtung nach in Echtzeit und insbesondere kontinuierlich erfassen. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Sensor dazu ausgelegt, eine Kraft hauptsächlich in Längsrichtung der langgestreckten Einrichtung zu erfassen.The sensor according to the invention can detect forces in the amount and / or direction of action in real time and in particular continuously. In particular, the sensor according to the invention is designed to detect a force mainly in the longitudinal direction of the elongate device.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist ein Reflektor vorgesehen, der eine dem wenigstens einem Lichtauskoppelbereich zugeordnete Reflexionsfläche aufweist. Die Reflexionsfläche ist derart kraft- oder druckempfindlich ausgebildet, daß es seine Reflexionseigenschaften in Abhängigkeit von der an dem Kraftaufnehmer angreifenden Last ändern kann. Vorzugsweise stellen sich die anfänglichen, unbelasteten Reflexionseigenschaften des Reflektors nach Lösen der Last selbständig wieder her. Bei bestimmten Einwegprodukten kann es allerdings vorteilhaft sein, im Hinblick auf günstige Herstellungskosten auf eine Reversibilität der Reflexionseigenschaften zu verzichten. Vorzugsweise ändert sich die Reflexionsfläche auf eine Kraftwirkung dahingehend, daß sie vergrößert oder verkleinert wird.In a preferred embodiment of the invention, a reflector is provided, which has a reflection surface assigned to the at least one light outcoupling region. The reflection surface is designed to be so sensitive to force or pressure that it can change its reflection properties as a function of the load acting on the load cell. Preferably, the initial, unencumbered reflection properties of the reflector automatically restore after the load has been released. In the case of certain disposable products, however, it may be advantageous to dispense with a reversibility of the reflection properties with regard to favorable production costs. Preferably, the reflecting surface changes to a force effect such that it is increased or decreased.
Die Reflexionsfläche ist uneben, insbesondere gewölbt, ausgestaltet. Durch die Unebenheit der Reflexionsfläche wird das eingekoppelte Licht mehr oder minder stark reflektiert. Diese Verschlechterung oder Verbesserung der Reflexionseigenschaften kann durch den Krafteintrag in den Kraftaufnehmer des Sensors dadurch verändert werden, daß sich der Grad der Unebenheit entsprechend ändert. Bei einer gewölbten Reflexionsfläche kann diese vorzugsweise bei einem Krafteintrag abgeflacht oder eingeebnet werden, wodurch eine höhere oder geringere Lichtintensität auf eine vorbestimmte Stelle geschaffen werden kann, welche vorzugsweise der Lichtauskoppelbereich des Sensors ist. Damit kann eine gegenüber der vorbestimmten, bekannten Anfangsintensität höhere oder niedrigere Intensität erzeugt werden, welche als zunehmende oder abnehmende Kraft an der langgestreckten Einrichtung von der Auswerteinheit interpretiert werden kann.The reflection surface is uneven, in particular curved, designed. Due to the unevenness of the reflection surface, the coupled-in light is reflected more or less strongly. This deterioration or improvement of the reflection properties can be changed by the force input into the force sensor of the sensor in that the degree of unevenness changes accordingly. In the case of a curved reflection surface, it can preferably be flattened or flattened when a force is introduced, as a result of which a higher or lower light intensity can be created at a predetermined point, which is preferably the light outcoupling region of the sensor. In this way, a higher or lower intensity than the predetermined, known initial intensity can be generated, which can be interpreted by the evaluation unit as an increasing or decreasing force on the elongate device.
In einer besonderen Weiterentwicklung der Erfindung ist ein kugelförmiger Kraftaufnehmer vorgesehen, welcher auf seiner dem Lichtein- und/oder Lichtauskoppelbereich zugewandten Seite reflektierend ausgestaltet ist. In a particular further development of the invention, a spherical force transducer is provided, which is designed to be reflective on its side facing the light input and / or light outcoupling region.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann die insbesondere unebene Reflexionsfläche derart formbeständig sein, daß sie die Abmessungen des Lichtauskoppelbereichs irreversibel oder reversibel erweitert und/oder begrenzt. Insbesondere ist das dem Lichtauskoppelbereich definierende Material weicher als die formbeständige Reflexionsfläche ausgeführt, so daß bei einem Krafteintrag auf den Kraftaufnehmer des Sensors die insbesondere unebene Reflexionsfläche mit dem Material in Eingriff kommt und letzteres auf eine die Form der Reflexionsfläche einprägende Weise vergrößert und/oder verkleinert.In a further development of the invention, the particular uneven reflection surface can be dimensionally stable in such a way that it irreversibly or reversibly expands and / or limits the dimensions of the light outcoupling region. In particular, the material defining the light outcoupling region is softer than the dimensionally stable reflection surface, so that when force is applied to the force transducer of the sensor, the uneven reflection surface in particular engages with the material and the latter is enlarged and / or reduced to a manner impressing the shape of the reflection surface.
Mit dieser weiterbildenden Ausführung wird die Teileanzahl des Sensors weiter reduziert, weil mit den Härteeigenschaften von Hauptbauteilen die Funktionen von Unterbauteilen des Sensors mitübernommen werden.With this further development, the number of parts of the sensor is further reduced, because the functions of sub-components of the sensor are taken over with the hardness properties of main components.
Vorzugsweise wird das aus dem Sensor austretende Lichtintensitätssignal monochromatisch und/oder über ein Spektrum ausgewertet.Preferably, the light intensity signal emerging from the sensor is evaluated monochromatically and / or over a spectrum.
Desweiteren betrifft die Erfindung eine Sensoreinheit, welche wenigstens einen Lichtwellenleiter, der an wenigstens einer Lichtquelle anschließbar oder angeschlossen ist, und einen erfindungsgemäßen Sensor aufweist.Furthermore, the invention relates to a sensor unit which has at least one optical waveguide which can be connected or connected to at least one light source, and a sensor according to the invention.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der erfindungsgemäße Sensor an der Endfläche des wenigstens einen Lichtwellenleiters angeordnet, wobei vorzugsweise der Sensor insbesondere mit seinem Kraftaufnehmer, in unmittelbarem Kontakt mit dem wenigstens einen Lichtwellenleiter stehen kann.In one development of the invention, the sensor according to the invention is arranged on the end surface of the at least one optical waveguide, wherein preferably the sensor, in particular with its force transducer, can be in direct contact with the at least one optical waveguide.
Damit die Kraft einem bestimmten Sensoraufbau gemäß in den Sensor, insbesondere am Kraftaufnehmer, vorbestimmbar einleitbar ist, kann ein Adapter zwischen der langgestreckten Einrichtung und dem Sensor angeordnet sein.So that the force can be predeterminedly introduced into the sensor, in particular on the force transducer, according to a specific sensor structure, an adapter can be arranged between the elongate device and the sensor.
Zudem betrifft die Erfindung eine langgestreckte Einrichtung, insbesondere eine medizinischtechnische langgestreckte Einrichtung, wie einen Katheter, welche Einrichtung wenigstens einen Lichtwellenleiter, der an wenigstens einer Lichtquelle angeschlossen ist, und einen erfindungsgemäßen Sensor aufweist, der mit dem Lichtwellenleiter optisch verbunden ist.In addition, the invention relates to an elongate device, in particular a medical-technical elongated device, such as a catheter, which device has at least one optical waveguide which is connected to at least one light source, and a sensor according to the invention, which is optically connected to the optical waveguide.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist bei der langgestreckten Einrichtung der erfindungsgemäße Sensor oder die erfindungsgemäße Sensoreinheit im Bereich des distalen Endes der langgestreckten Einrichtung positioniert, wobei ein geringer Abstand von dem distalen Ende bevorzugt ist. Der Sensor soll nicht direkt den Kräften ausgesetzt werden, vielmehr sollen die Kräfte über ein Adapterstück der langgestreckten Einrichtung auf den Sensor oder die Sensoreinheit übertragen werden.In a development of the invention, in the case of the elongate device, the sensor according to the invention or the sensor unit according to the invention is positioned in the region of the distal end of the elongate device, wherein a small distance from the distal end is preferred. The sensor should not be exposed directly to the forces, but the forces should be transmitted via an adapter piece of the elongated device to the sensor or the sensor unit.
In einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich der wenigstens eine Lichtwellenleiter längs der langgestreckten Einrichtung von dem Sensor vorzugsweise zu einer Auswerteinheit. Vorzugsweise ist der Sensor an wenigstens einem Führungsdraht der langgestreckten Einrichtung angebracht.In one development of the invention, the at least one optical waveguide extends along the elongate device from the sensor, preferably to an evaluation unit. Preferably, the sensor is attached to at least one guidewire of the elongate device.
In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird die Längserstreckung der langgestreckten Einrichtung im wesentlichen ausschließlich durch den wenigstens einen Lichtwellenleiter gebildet. Führungsdrähte sind damit nicht notwendig, wenn für den Lichtwellenleiter ein Fasermaterial ausgewählt wird, das sowohl die entsprechenden optischen Eigenschaften als auch die notwendige Festigkeit und Flexibilität besitzt.In a particular embodiment of the invention, the longitudinal extension of the elongate device is formed essentially exclusively by the at least one optical waveguide. Guide wires are therefore not necessary if a fiber material is selected for the optical waveguide, which has both the corresponding optical properties and the necessary strength and flexibility.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen einer auf eine langgestreckte Einrichtung wirkende Kraft. Danach wird eine Anfangsintensität einer Lichtmeßgröße vorbestimmt, die Lichtmeßgröße in Abhängigkeit von der Kraft moduliert, die modulierte Lichtintensität mit der vorbestimmten Anfangsintensität verglichen und eine nicht vernachlässigbare Kraftkomponente in Längsrichtung der langgestreckten Einrichtung anhand des Verhältnisses von Anfangsintensität zur modulierter Intensität bestimmt.Finally, the invention relates to a method for detecting a force acting on an elongate device. Thereafter, an initial intensity of a photometric quantity is predetermined, the quantity of photometry modulated as a function of the force, the modulated luminous intensity compared with the predetermined initial intensity, and a non-negligible longitudinal force component of the elongate device determined from the ratio of the initial intensity to the modulated intensity.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen zeigenFurther advantages, features and characteristics of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which show
Die in den
Der kugelförmige Körper
In der Ausführung gemäß
Wie in
Es ist denkbar auch eine diametral der Reflexionsfläche
Wird eine im wesentlichen längs des Wellenleiters
Über eine Kalibrierung des Kraftsensors bezüglich des Verhältnisses Wölbungsgrad/Kraft, Wölbungsgrad/wirksame Reflexionsfläche, wirksame Reflexionsfläche/modulierte Intensität kann eine quantitative Kraftauswertung anhand der modulierten Lichtintensität erfolgen.By means of a calibration of the force sensor with regard to the ratio of degree of curvature / force, degree of curvature / effective reflection surface, effective reflection surface / modulated intensity, a quantitative evaluation of the force can take place on the basis of the modulated light intensity.
Sollte der Lichtwellenleiter
Der in
Wie in
Sollte der Lichtwellenleiter
In
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---|---|---|---|---|
US20070142749A1 (en) * | 2004-03-04 | 2007-06-21 | Oussama Khatib | Apparatus for medical and/or simulation procedures |
DE102006031635A1 (en) * | 2006-07-06 | 2008-01-17 | Werthschützky, Roland, Prof. Dr.-Ing. | Minaturisable force sensor for detecting a force vector |
EP2122318A2 (en) | 2007-03-07 | 2009-11-25 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Medical apparatus with a sensor for detecting a force |
US9510786B2 (en) * | 2011-06-22 | 2016-12-06 | Biosense Webster (Israel) Ltd. | Optical pressure measurement |
EP2586363A1 (en) | 2011-10-24 | 2013-05-01 | VascoMed GmbH | Catheter and catheter system |
EP2617456A1 (en) * | 2012-01-19 | 2013-07-24 | VascoMed GmbH | Catheter and catheter system |
EP2617453A1 (en) * | 2012-01-19 | 2013-07-24 | VascoMed GmbH | Catheter and catheter arrangement |
US9372126B2 (en) * | 2013-01-29 | 2016-06-21 | St. Jude Medical, Atrial Fibrillation Division, Inc. | Low-complexity optical force sensor for a medical device |
US10001367B2 (en) | 2013-05-24 | 2018-06-19 | The Boeing Company | Fiber optic position sensor and method for using |
DE102014220320A1 (en) * | 2014-10-07 | 2016-04-07 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Optical pressure measuring device |
EP3411113B1 (en) | 2016-02-04 | 2019-11-27 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Delivery system with force sensor for leadless cardiac device |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3580082A (en) * | 1969-11-07 | 1971-05-25 | Bendix Corp | Pressure transducer |
US4599908A (en) * | 1985-03-18 | 1986-07-15 | Sheridan Thomas B | Opto-mechanical touch sensor |
DE69106367T2 (en) * | 1990-07-27 | 1995-07-27 | Cosurvey Optics | PRESSURE TRANSFORMER WITH OPTICAL FIBER. |
DE4410463A1 (en) * | 1994-03-25 | 1995-09-28 | Siemens Ag | Fibre optical sensor esp. for force or displacement measurement |
US5987995A (en) * | 1997-07-17 | 1999-11-23 | Sentec Corporation | Fiber optic pressure catheter |
US6221023B1 (en) * | 1995-12-01 | 2001-04-24 | Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho | Sensor for intra-corporeal medical device and a method of manufacture |
DE10055629A1 (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-23 | Manfred Gortat | Optical pressure sensor, comprising a liquid crystal through which light from a waveguide passes, being modified in a measurable way by a pressure wave, then reflected along the same waveguide |
US20020162399A1 (en) * | 2000-03-07 | 2002-11-07 | Masayoshi Esashi | Pressure sensor and method of manufacturing the same |
DE10303270A1 (en) * | 2003-01-28 | 2004-08-05 | Technische Universität Darmstadt | Medical device with an elongated device |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3236435C2 (en) * | 1982-10-01 | 1984-08-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München | Fiber optic sensor |
US5339799A (en) * | 1991-04-23 | 1994-08-23 | Olympus Optical Co., Ltd. | Medical system for reproducing a state of contact of the treatment section in the operation unit |
DE19527957C1 (en) * | 1995-07-29 | 1996-08-22 | Karlsruhe Forschzent | Optoelectronic tactile pressure sensor linked to data processor |
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2004
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Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3580082A (en) * | 1969-11-07 | 1971-05-25 | Bendix Corp | Pressure transducer |
US4599908A (en) * | 1985-03-18 | 1986-07-15 | Sheridan Thomas B | Opto-mechanical touch sensor |
DE69106367T2 (en) * | 1990-07-27 | 1995-07-27 | Cosurvey Optics | PRESSURE TRANSFORMER WITH OPTICAL FIBER. |
DE4410463A1 (en) * | 1994-03-25 | 1995-09-28 | Siemens Ag | Fibre optical sensor esp. for force or displacement measurement |
US6221023B1 (en) * | 1995-12-01 | 2001-04-24 | Kabushiki Kaisha Tokai Rika Denki Seisakusho | Sensor for intra-corporeal medical device and a method of manufacture |
US5987995A (en) * | 1997-07-17 | 1999-11-23 | Sentec Corporation | Fiber optic pressure catheter |
US20020162399A1 (en) * | 2000-03-07 | 2002-11-07 | Masayoshi Esashi | Pressure sensor and method of manufacturing the same |
DE10055629A1 (en) * | 2000-11-10 | 2002-05-23 | Manfred Gortat | Optical pressure sensor, comprising a liquid crystal through which light from a waveguide passes, being modified in a measurable way by a pressure wave, then reflected along the same waveguide |
DE10303270A1 (en) * | 2003-01-28 | 2004-08-05 | Technische Universität Darmstadt | Medical device with an elongated device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
H. Emanuelsson, et.al.: Initial Experiences With a Minaturized Pressure Transducer DuringCoronary Angioplasty. Catheterization and Cardiovascular Diagnosis 24 (1991), Seiten 137-143 * |
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Publication number | Publication date |
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