RU2799025C1 - Тензометрический датчик, датчик усилия и оперативный медицинский катетер - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к медицине. Тензодатчик включает в себя подложку (1), поперечную чувствительную решетку (13), размещенную на подложке (1), и по меньшей мере две непоперечные чувствительные решетки (11, 12), размещенные на подложке (1) с тем, чтобы располагаться на противоположных концах поперечной чувствительной решетки (13), обе электрически соединены с поперечной чувствительной решеткой (13), при этом две непоперечные чувствительные решетки (11, 12) соединяются друг с другом соединением (210) и совместно используют заземляющий вывод (115) и общий заземляющий интерфейс (113). Один конец заземляющего вывода (115) соединяется с соединением (210) в его середине, а другой конец заземляющего вывода (115) соединяется с заземляющим интерфейсом (113). Две непоперечные чувствительные решетки (11, 12) имеют одинаковые сопротивления и соединяются с концами двух соответствующих незаземляющих выводов (114, 124), имеющих равные сопротивления, а другие концы двух незаземляющих выводов (114, 124) соединяются с двумя соответствующими незаземляющими интерфейсами (122, 112). Также предоставляются датчик усилия и оперативный медицинский катетер. Технический результат заключается в более высокой точности, более быстром достижении устойчивого состояния после присоединения в схему и улучшенной характеристики подавления помех. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к технической области медицинских инструментов и, более конкретно, к тензометрическому датчику, датчику усилия и оперативному медицинскому катетеру.

Уровень техники

Тензометрический датчик, как правило, конструируется посредством присоединения металлической чувствительной решетки на пластмассовую мембранную подложку. Металлическая чувствительная решетка формируется посредством тонкого токопроводящего провода, размещенного в зигзагообразной форме из параллельных линий. Когда тензометрический датчик растягивается, чувствительная решетка будет становиться более узкой и более длинной, что увеличивает ее электрическое сопротивление. Когда тензодатчик сжимается, чувствительная решетка будет расширяться и сокращаться, что уменьшает ее электрическое сопротивление. Оперативный катетер обычно снабжается, на своем дистальном конце, датчиком усилия для обнаружения того, как катетер контактирует с тканью в теле. Тензодатчики могут использоваться, чтобы формировать такие датчики. Более конкретно, тензодатчик может быть прикреплен к круговой стенке упругой трубки, размещенной поблизости от электрода на дистальном конце. Когда электрод приходит в соприкосновение с тканью в теле, катетер может деформироваться и, в свою очередь, вызывать деформацию упругой трубки, которая может удлинять или сокращать чувствительную решетку тензодатчика, приводя к изменению в его сопротивлении. Таким образом, измерение делается возможным.

В настоящее время, обычно используемые коммерчески доступные резистивные тензодатчики типично имеют только одну продольно размещенную чувствительную решетку, состоящую из провода с относительно большой площадью круговой поверхности. Заявитель всегда предлагал компактный тензодатчик, состоящий из подложки и множества продольных чувствительных решеток, размещенных на подложке. Однако, во время практического использования этого тензодатчика, заявитель обнаружили, что он должен быть предварительно нагрет в течение периода времени (примерно от 5 до 6 минут), прежде чем он достигает устойчивого состояния, подходящего для измерения давления. Это может продлевать хирургическое вмешательство и вызывать неудобство использования.

Сущность изобретения

С учетом вышеописанных недостатков предшествующего уровня техники, целью настоящего изобретения является предоставление тензодатчика, датчика усилия и оперативного медицинского катетера. Тензодатчик может быть стабилизирован очень быстро, преодолевая проблему неудобного использования, ассоциированного с существующим тензодатчиком, вызванную требуемым периодом времени для предварительного нагрева.

Для этого тензодатчик, предоставленный в настоящем изобретении, содержит:

подложку;

поперечную чувствительную решетку, размещенную на подложке; и

по меньшей мере, две непоперечные чувствительные решетки, обе размещены на подложке таким образом, чтобы располагаться на противоположных сторонах поперечной чувствительной решетки, и обе электрически соединены с поперечной чувствительной решеткой,

при этом две непоперечные чувствительные решетки соединяются друг с другом поперечным соединителем и совместно используют общий заземляющий вывод и общий заземляющий интерфейс, один конец заземляющего вывода соединен с поперечным соединителем в его середине, другой конец заземляющего вывода соединен с заземляющим интерфейсом, две непоперечные чувствительные решетки имеют равные сопротивления и соединяются с концами двух соответствующих незаземляющих выводов, имеющих равные сопротивления, другие концы двух незаземляющих выводов соединяются с двумя соответствующими незаземляющими интерфейсами.

Необязательно, в тензодатчике, подложка может определять первое направление и второе направление, при этом первое направление является одним из продольного направления и поперечного направления подложки, а второе направление является другим из продольного и поперечного направлений подложки.

Необязательно, в тензодатчике, две непоперечные чувствительные решетки могут быть размещены симметрично, и каждое продольное направление наклонено от первого направления на предварительно определенный угол, при этом поперечная чувствительная решетка размещается во втором направлении.

Необязательно, в тензодатчике, две непоперечные чувствительные решетки могут быть продольными чувствительными решетками, которые размещаются бок о бок и выравниваются друг с другом в первом направлении, при этом поперечная чувствительная решетка размещается во втором направлении, при этом ширины решеток для продольных чувствительных решеток выравниваются с длиной решетки для поперечной чувствительной решетки, или длины решеток для продольных чувствительных решеток выравниваются с шириной решетки для поперечной чувствительной решетки.

Необязательно, в тензодатчике, ширина решетки каждой из чувствительных решеток может быть равна длине его решетки, при этом решетчатые структуры в чувствительных решетках, все являются идентичными.

Необязательно, в тензодатчике, поперечная чувствительная решетка может быть электрически соединена с двумя непоперечными чувствительными решетками через поперечный соединитель, при этом поперечная чувствительная решетка и две непоперечные чувствительные решетки совместно используют общий заземляющий вывод и общий заземляющий интерфейс.

Необязательно, в тензодатчике, поперечная чувствительная решетка может содержать поперечные сегменты провода, которые соединяются с поперечным соединителем в местоположении рядом с серединой поперечного соединителя.

Необязательно, в тензодатчике, заземляющий вывод может содержать поперечный сегмент и продольный сегмент, поперечный сегмент соединяется с поперечным соединителем в его середине, продольный сегмент соединяется с поперечным сегментом на одном конце и с заземляющим интерфейсом на другом конце.

Необязательно, в тензодатчике, поперечная чувствительная решетка может содержать поперечные сегменты провода, размещенные параллельно поперечному сегменту и перпендикулярно продольному сегменту.

Необязательно, в тензодатчике, две непоперечные чувствительные решетки могут включать в себя первую непоперечную чувствительную решетку и вторую непоперечную чувствительную решетку, которые соединяются с первым незаземляющим выводом и вторым незаземляющим выводом, соответственно, при этом один конец поперечной чувствительной решетки соединяется с поперечным соединителем, а другой конец поперечной чувствительной решетки соединяется с третьим незаземляющим выводом, при этом первый, второй и третий незаземляющие выводы имеют одинаковые сопротивления, и при этом третий незаземляющий вывод соединяется с третьим незаземляющим интерфейсом.

Датчик усилия, предоставленный в настоящем изобретении, содержит эластомер и тензодатчики, которые определены в любом из вышеприведенных параграфов, которые предусматриваются на эластомере.

Необязательно, в датчике усилия, эластомер может быть снабжен внутри множеством сквозных щелей, простирающихся по окружности вокруг эластомера, каждая из которых снабжается на каждом своем конце осевой щелью, простирающейся вдоль оси эластомера.

Необязательно, в датчике усилия, осевые щели могут, каждая, иметь длину, которая не меньше ширины решетки или длины решетки для каждой чувствительной решетки в каждом тензодатчике, или не меньше ширины каждой чувствительной решетки по оси эластомера.

Оперативный медицинский катетер, предоставленный в настоящем изобретении, содержит дистальный конец катетера, на котором предусматривается датчик усилия, который определен в любом из вышеприведенных параграфов.

По сравнению с предшествующим уровнем техники, тензодатчик, предоставленный в настоящем изобретении, включает в себя подложку, одну поперечную чувствительную решетку, размещенную на подложке, и две непоперечные чувствительные решетки, обе размещены на подложке таким образом, чтобы располагаться на противоположных сторонах поперечной чувствительной решетки, и обе электрически соединяются с поперечной чувствительной решеткой, при этом две непоперечные чувствительные решетки соединяются друг с другом поперечным соединителем и совместно используют общий заземляющий вывод и общий заземляющий интерфейс, при этом один конец заземляющего вывода соединяется с поперечным соединителем в его середине, а другой конец заземляющего вывода соединяется с заземляющим интерфейсом, при этом две непоперечные чувствительные решетки имеют одинаковые сопротивления и соединяются с концами двух соответствующих незаземляющих выводов, имеющих одинаковые сопротивления, и при этом другие концы двух незаземляющих выводов соединяются с двумя соответствующими незаземляющими интерфейсами. Эта конструкция предоставляет возможность более высокой точности, более быстрого достижения устойчивого состояния, когда соединена в схему, и улучшенную характеристику подавления помех тензодатчика. Согласно настоящему изобретению, посредством применения тензодатчика в датчике усилия в оперативном катетере, период времени для предварительного нагрева катетера в теле человека может быть эффективно сокращен, и сложность, и риск хирургической процедуры, которая должна быть выполнена врачом, и страдание пациента могут быть уменьшены.

Краткое описание чертежей

На чертежах идентичные номера ссылок идентифицируют аналогичные элементы или действия. Размеры и относительные позиции элементов на чертежах необязательно начерчены по масштабу. Например, формы различных элементов и углы необязательно начерчены по масштабу, и некоторые из этих элементов являются преувеличенными и располагаются произвольно, чтобы улучшать понимание чертежа. Кроме того, конкретные формы элементов, которые начерчены, не предназначены, чтобы передавать какую-либо информацию, касающуюся реальной формы конкретных элементов, и были выбраны лишь для того, чтобы облегчать их распознавание на чертежах, при этом:

Фиг. 1 является схематичным чертежом, иллюстрирующим структуру существующего тензодатчика согласно варианту осуществления предшествующего уровня техники;

Фиг. 2 является схематичным чертежом, иллюстрирующим структуру существующего тензодатчика согласно другому варианту осуществления предшествующего уровня техники;

Фиг. 3 является схемой, показывающей схему половины моста Уитстона тензодатчика на фиг. 2;

Фиг. 4 показывает изометрический вид тензодатчика согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 5 показывает вид снизу тензодатчика на фиг. 4;

Фиг. 6 показывает изометрический вид тензодатчика согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг. 7 показывает вид сверху тензодатчика на фиг. 6;

Фиг. 8 является схематичным чертежом, иллюстрирующим структуру датчика усилия согласно варианту осуществления настоящего изобретения, который присоединен к электроду;

Фиг. 9 является видом в вертикальном разрезе эластомера согласно варианту осуществления настоящего изобретения, на котором равномерно распределены два тензодатчика;

Фиг. 10 является видом в перспективе эластомера согласно варианту осуществления настоящего изобретения, на котором равномерно распределены два тензодатчика; и

Фиг. 11 показывает вид сверху электрода, размещенного на дистальном конце катетера для оперативного медицинского катетера согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Цели, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более ясными и очевидными из последующего более подробного описания вариантов его осуществления, которое должно быть прочитано в соединении с сопровождающими чертежами. Следует понимать, что конкретные варианты осуществления, описанные в данном документе, предназначаются просто, чтобы объяснять изобретение, а не ограничивать изобретение.

Как использовано выше в данном документе, термины "проксимальный" и "дистальный" описывают относительные ориентации, относительные позиции и направления между элементами или действиями, когда рассматриваются оперирующим врачом. Без стремления быть ограничивающим, "проксимальный конец" обычно ссылается на конец, более близкий к врачу, а "дистальный конец" обычно ссылается на конец, который входит в пациента первым, во время обычной операции. Термины "осевой" и "периферический" ссылаются на направления, соответственно, вдоль оси и периферийной поверхности эластомера.

Фиг. 1-3 являются схематичными чертежами, иллюстрирующими структуру существующего тензодатчика. Тензодатчик включает в себя три чувствительные решетки: две продольные чувствительные решетки (первую продольную чувствительную решетку 11 и вторую продольную чувствительную решетку 12) и одну поперечную чувствительную решетку (первую поперечную чувствительную решетку 13). Три чувствительные решетки электрически взаимосвязываются соединителями.

В частности, первая продольная чувствительная решетка 11 включает в себя первую решетчатую структуру 111, первый незаземляющий интерфейс 112, заземляющий интерфейс 113, заземляющий вывод 115, соединенный с заземляющим интерфейсом 113 (этот заземляющий вывод является проводом, присоединенным к одному концу первой решетчатой структуры 111 посредством первого соединения 116/117) и первый незаземляющий вывод 114, соединенный с первым незаземляющим интерфейсом 112 (первый незаземляющий вывод 114 является другим проводом, соединенным с другим концом первой решетчатой структуры 111).

Вторая продольная чувствительная решетка 12 включает в себя вторую решетчатую структуру 121, второй незаземляющий интерфейс 122, заземляющий интерфейс 113, совместно используемый с первой продольной чувствительной решеткой 11, заземляющий вывод 115, соединенный с заземляющим интерфейсом 113 (заземляющий вывод соединяется с одним концом второй решетчатой структуры 121 посредством второго соединения 123/125), и второй незаземляющий вывод 124, соединенный со вторым незаземляющим интерфейсом 122 (второй незаземляющий вывод 124 соединяется с другим концом второй решетчатой структуры 121).

Первая поперечная чувствительная решетка 13 включает в себя третью решетчатую структуру 131, третий незаземляющий интерфейс 132, заземляющий интерфейс 113, совместно используемый с первой продольной чувствительной решеткой 11 и второй продольной чувствительной решеткой 12, заземляющий вывод 115, соединенный с заземляющим интерфейсом 113, и третий незаземляющий вывод 134, соединенный с третьим незаземляющим интерфейсом 132. Заземляющий вывод 115 соединяется с одним концом третьей решетчатой структуры 131 посредством части первого соединителя 116 (как показано на фиг. 1) или посредством части второго соединителя 125 (как показано на фиг. 2), и третий незаземляющий вывод 134 соединяется с другим концом третьей решетчатой структуры 131.

Исследования обнаружили, что, во время практического использования, вышеописанный тензодатчик требует пост-калибровки измеренных значений и должен быть предварительно нагрет в течение периода времени, прежде чем он достигает устойчивого состояния, которое делает его доступным для использования. Это создает неудобство использования. Для того, чтобы преодолевать это, заявитель провел обширное исследование и обнаружил, что вышеописанные проблемы связаны с местоположением, откуда протягивается заземляющий вывод.

Как может быть видно из чертежей, в существующем тензодатчике, заземляющий вывод 115, который соединяется с заземляющим интерфейсом 113, простирается из середины между второй продольной чувствительной решеткой 12 и первой поперечной чувствительной решеткой 13 (как показано на фиг. 1), или из середины между первой продольной чувствительной решеткой 11 и первой поперечной чувствительной решеткой 13 (как показано на фиг. 2). Это может вести к неравным сопротивлениям между первым незаземляющим интерфейсом 112 и заземляющим интерфейсом 113 и между вторым незаземляющим интерфейсом 122 и заземляющим интерфейсом 113, которые вызывают вышеописанную проблему.

В частности, как показано на фиг. 2, сопротивление R_112-113 между первым незаземляющим интерфейсом 112 и заземляющим интерфейсом 113 равно сопротивлению R₁₁₁ первой решетчатой структуры плюс сопротивление R₁₁₅ заземляющего вывода плюс сопротивление R₁₁₄ первого незаземляющего вывода и плюс сопротивление R₁₁₇ первого соединителя, и сопротивление R_122-113 между вторым незаземляющим интерфейсом 122 и заземляющим интерфейсом 113 равно сопротивлению R₁₂₁ второй решетчатой структуры плюс сопротивление R₁₁₅ заземляющего вывода плюс сопротивление R₁₂₄ второго незаземляющего вывода плюс сопротивление R₁₂₅ второго соединителя. Поскольку заземляющий интерфейс 113 является совместно используемым интерфейсом, если предполагается, что сопротивление R₁₁₄ первого незаземляющего вывода равно сопротивлению R₁₂₄ второго незаземляющего вывода, для того, чтобы гарантировать, что R_112-113 равно R_122-113, сумма сопротивления R₁₁₁ первой решетчатой структуры и сопротивления R₁₁₇ первого соединителя должна быть равна сумме сопротивления R₁₂₁ второй решетчатой структуры и сопротивления R₁₂₅ второго соединителя. Поскольку сопротивление R₁₁₇ первого соединителя очевидно ниже сопротивления R₁₂₅ второго соединителя, сопротивления двух продольных чувствительных к натяжению решеткам удовлетворяют условию R₁₁₁ > R₁₂₁, требующему, чтобы две продольные чувствительные решетки имели различные размеры провода. Как показано на фиг. 3, провода и соединители в существующем тензодатчике формируют схему моста Уитстона, в котором сопротивление R₁₂₅ второго соединителя соединяется последовательно индивидуально с каждым из сопротивления R₁₂₁ второй решетчатой структуры и сопротивления R₁₃₁ третьей решетчатой структуры, и затем все три соединяются как единое целое параллельно с сопротивлением R₁₁₁ первой решетчатой структуры.

Следовательно, существующий тензодатчик должен быть спроектирован с различными размерами провода двух продольных чувствительных решеток или пост-калибровкой выходных значений усилия. Однако, оба этих варианта подразумевают сложную конструкцию и недостаточную точность. Дополнительно, этот тензодатчик должен предварительно нагреваться в течение 5-6 минут, прежде чем он становится устойчивым и доступным для измерения. Соответственно, оперативный медицинский катетер, применяющий тензодатчик, потребует продленного периода времени для предварительного нагрева после доставки в тело человека. Это может ухудшать использование тензодатчика в оперативном медицинском катетере, увеличивать сложность и риск операционной процедуры, которая должна быть выполнена доктором, и продлевать страдание пациента.

С учетом вышеупомянутых проблем существующего тензодатчика настоящее изобретение предоставляет новый тензодатчик, который обеспечивает более высокую точность, увеличенную устойчивость, когда соединен в схему, и улучшенную характеристику подавления помех, обходится без необходимости пост-калибровки и может достигать устойчивого состояния в очень короткое время. Когда применяется в датчике усилия или оперативном медицинском катетере, тензодатчик настоящего изобретения может эффективно сокращать требуемый период времени для предварительного нагрева катетера в теле человека, уменьшать сложность и риск хирургического вмешательства, которое должно быть выполнено врачом, и облегчать страдание пациента.

Как показано на фиг. 4-7, тензодатчик, предоставленный в настоящем изобретении, включает в себя: подложку 1; одну поперечную чувствительную решетку 13, размещенную на подложке 1; и две непоперечные чувствительные решетки, обе размещены на подложке 1 таким образом, чтобы располагаться на противоположных сторонах поперечной чувствительной решетки 13 соответственно, и обе электрически соединены с поперечной чувствительной решеткой 13.

Две непоперечные чувствительные решетки соединяются друг с другом посредством поперечного соединителя 210 и совместно используют общий заземляющий вывод 115 и общий заземляющий интерфейс 113. Один конец заземляющего вывода 115 соединяется с соединителем 210 в его середине, а другой конец заземляющего вывода 115 соединяется с заземляющим интерфейсом 113. Две непоперечные чувствительные решетки имеют равные сопротивления и соединяются с концами двух незаземляющих выводов, имеющих равные сопротивления, соответственно. Другие концы двух незаземляющих выводов соединяются с двумя незаземляющими интерфейсами, соответственно.

В настоящем варианте осуществления подложка 1 определяет первое направление и второе направление. Первое направление является одним из продольного направления и поперечного направления подложки, а второе направление является другим из продольного и поперечного направлений.

Предпочтительно, соединитель 210 включает в себя третий соединитель 211 и четвертый соединитель 212, которые примыкают и электрически соединяются друг с другом. Заземляющий вывод 115 простирается от места соединения третьего соединителя 211 и четвертого соединителя 212 (т.е., середины соединителя 210). Третий соединитель 211 имеет длину, которая равна длине четвертого соединителя 212. Поперечная чувствительная решетка 13 электрически соединяется посредством поперечного соединителя 210, и совместно использует общий заземляющий вывод 115 и общий заземляющий интерфейс 113, с обеими непоперечными чувствительными решетками. В соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения, совместное использование общего заземляющего интерфейса 113 между тремя чувствительными решетками и соединение заземляющего вывода 115 с серединой соединителя 210 гарантируют, что сопротивление R_112-113 между первым незаземляющим интерфейсом 112 и заземляющим интерфейсом 113 равно сопротивлению R_122-113 между вторым незаземляющим интерфейсом 122 и заземляющим интерфейсом 113. Это придает повышенную устойчивость при присоединении к схеме и улучшенную характеристику подавления помех тензодатчику и предоставляет возможность ему достигать устойчивого состояния очень быстро, значительно сокращая требуемый период времени для предварительного нагрева. Кроме того, тензодатчику требуется иметь меньше заземляющих интерфейсов для соединения с заземляющим интерфейсом внешнего источника питания, приводя к уменьшению в объеме тензодатчика и, следовательно, датчика усилия или оперативного медицинского катетера, использующего тензодатчик. Это помогает уменьшать стоимость хирургического вмешательства и риск инфекции пациента, приводя в результате к увеличенной доле успешных попыток хирургического лечения. Предпочтительно, согласно настоящему изобретению, и длина, и ширина подложки 1 не равны больше 2,0 мм для того, чтобы облегчать присоединение тензодатчика и использование с оперативным медицинским катетером и улучшать его адаптируемость.

В этом варианте осуществления заземляющий вывод 115 включает в себя поперечный сегмент 1151 и продольный сегмент 1152. Поперечный сегмент 1151 присоединяется к соединителю 210 в его середине, а продольный сегмент 1152 присоединяется к поперечному сегменту 1151 на одном конце и к заземляющему интерфейсу 113 на другом конце. В частности, поперечный сегмент 1151 размещается параллельно поперечным сегментам провода в поперечной чувствительной решетке 13, в то время как продольный сегмент 1152 размещается перпендикулярно поперечным сегментам провода в поперечной чувствительной решетке 13. Эта конструкция устраняет смещение поперечной чувствительной решетки 13 и удерживает ее около центра тензодатчика. Таким образом, различные интерфейсы тензодатчика разнесены на правильные расстояния, которые устраняют короткое замыкание во время сварки.

Дополнительно, в этом варианте осуществления, поперечные сегменты провода в поперечной чувствительной решетке 13 присоединяются к соединителю 210 поблизости от его середины. Это предоставляет возможность поперечной чувствительной решетке 13 становиться устойчивой в то же самое время, что и непоперечные чувствительные решетки, таким образом, дополнительно улучшая характеристику тензодатчика во время использования.

Как показано на фиг. 4-5, в варианте осуществления настоящего изобретения, две непоперечные чувствительные решетки являются продольными чувствительными решетками (т.е., первой продольной чувствительной решеткой 11 и второй продольной чувствительной решеткой 12). Первая продольная чувствительная решетка 11 и вторая продольная чувствительная решетка 12 могут быть реализованы как размещенные бок о бок и выровненные друг с другом в первом направлении (т.е., продольные сегменты провода в них простираются в первом направлении), с поперечной чувствительной решеткой 13, размещаемой между ними. Поперечная чувствительная решетка 13 размещается во втором направлении (т.е., поперечные сегменты провода в ней простираются в этом направлении). Ширины решеток для двух продольных чувствительных решеток 11, 12 могут быть выровнены с длиной решетки для поперечной чувствительной решетки 13. Альтернативно, длины решеток двух продольных чувствительных решеток 11, 12 могут быть выравнены с шириной решетки для поперечной чувствительной решетки 13.

В этом варианте осуществления сопротивление R_112-113 между первым незаземляющим интерфейсом 112 и заземляющим интерфейсом 113 тензодатчика равно сопротивлению R₁₁₁ первой решетчатой структуры плюс сопротивление R₁₁₅ заземляющего вывода плюс сопротивление R₁₁₄ первого незаземляющего вывода плюс сопротивление R₂₁₁ третьего соединителя, и сопротивление R_122-113 между вторым незаземляющим интерфейсом 122 и заземляющим интерфейсом 113 равно сопротивлению R₁₂₁ второй решетчатой структуры плюс сопротивление R₁₁₅ заземляющего вывода плюс сопротивление R₁₂₄ второго незаземляющего вывода плюс сопротивление R₂₁₂ четвертого соединителя. Заявитель обнаружил из исследования, что сопротивления соединителей зависят от местоположения, откуда простирается заземляющий вывод. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, присоединение заземляющего вывода 115 к середине соединителя 210 может гарантировать, что левое и правое соединения, т.е., третий соединитель 211 и четвертый соединитель 212, имеют одинаковую длину и сопротивление. Таким образом, когда сопротивление провода первой продольной чувствительной к натяжению решетки 11 равно сопротивлению провода второй продольной чувствительной к натяжению решетки 12, т.е., сопротивление R₁₁₁ первой решетчатой структуры равно сопротивлению R₁₂₁ второй решетчатой структуры, сопротивление R_112-113 между первым незаземляющим интерфейсом 112 и заземляющим интерфейсом 113 будет равно сопротивлению R_122-113 между вторым незаземляющим интерфейсом 122 и заземляющим интерфейсом 113. Это может приводить в результате к увеличенной точности, высокой устойчивости, когда присоединен в схему, более короткому периоду времени для предварительного нагрева, затрачиваемому, чтобы достигать устойчивого состояния (лишь 2-3 секунды в настоящем варианте осуществления по сравнению с 5-6 минутами для существующего тензодатчика), и улучшенной характеристики подавления помех тензодатчика.

Предпочтительно, в этом варианте осуществления, ширина решетки для каждой чувствительной решетки в тензодатчике равна длине его решетки, и решетчатые структуры для чувствительных решеток, все являются идентичными. Кроме того, один конец поперечной чувствительной решетки 13 присоединяется к соединителю 210, а другой конец поперечной чувствительной решетки 13 присоединяется к третьему незаземляющему выводу 134. Третий незаземляющий вывод 134, первый незаземляющий вывод 114 и второй незаземляющий вывод 124 имеют равные сопротивления, и третий незаземляющий вывод 134 присоединяется к третьему незаземляющему интерфейсу 132. Это предоставляет возможность тензодатчику иметь более компактную и более устойчивую структуру.

С учетом того, что, в некоторых случаях, натяжение может возникать не только в направлении центральной оси тензодатчика, но в направлении, отклоненном от него на угол даже вероятно до 90º (например, под действием силы в радиальном направлении (т.е., поперечной силы)), как показано на фиг. 6-7, в другом варианте осуществления настоящего изобретения, две непоперечные чувствительные решетки (т.е., первая непоперечная чувствительная решетка 14 и вторая непоперечная чувствительная решетка 15) размещаются симметрично и ориентируются под предварительно определенным углом относительно первого направления, при этом поперечная чувствительная решетка 13 размещается во втором направлении. Эта компоновка предоставляет возможность измерения как осевого, так и поперечного натяжения тензодатчика, расширяя диапазон его применения.

Предпочтительно, в этом варианте осуществления, в дополнение к вышеописанным структурным деталям тензодатчика, провода в левой и правой непоперечных чувствительных решетках могут быть отклонены на угол для того, чтобы урегулировать измерение двухосного напряжения и анализ в случаях с направлениями главных осей, остающимися неизвестными. Предпочтительно, провода отклоняются на 45º (т.е., формируют угол 45º с первым направлением). Это позволяет тензодатчику урегулировать измерение неизвестных напряжений, насколько возможно, и наблюдать за силами с различных направлений, тем самым, обеспечивая врача более точной информацией о направлении напряжения.

В этом варианте осуществления сопротивление R_141-113 между незаземляющим интерфейсом 141 первой непоперечной чувствительной решетки 14 и заземляющим интерфейсом 113 равно сопротивлению R₁₄₃ решетчатой структуры первой непоперечной чувствительной решетки плюс сопротивление R₁₁₅ заземляющего вывода плюс сопротивление R₁₄₅ незаземляющего вывода первой непоперечной чувствительной решетки плюс сопротивление R₂₁₁ третьего соединителя, и сопротивление R_151-113 между незаземляющим интерфейсом 151 второй непоперечной чувствительной решетки 15 и заземляющим интерфейсом 113 равно сопротивлению R₁₅₃ решетчатой структуры второй непоперечной чувствительной решетки плюс сопротивление R₁₁₅ заземляющего вывода плюс сопротивление R₁₅₅ незаземляющего вывода второй непоперечной чувствительной решетки плюс сопротивление R₂₁₂ четвертого соединителя.

В этом варианте осуществления заземляющий вывод 115 заземляющего интерфейса 113 также простирается от середины соединителя 210, предоставляя возможность левому и правому соединениям, т.е., третьему соединителю 211 и четвертому соединителю 212, иметь одинаковую длину и сопротивление. По существу, сопротивление R_141-113 между первым незаземляющим интерфейсом 141 и заземляющим интерфейсом 113 равно сопротивлению R_151-113 между вторым незаземляющим интерфейсом 151 и заземляющим интерфейсом 113. Это предоставляет возможность увеличенной точности, более короткого периода времени для предварительного нагрева и улучшенной устойчивости при присоединении в схему тензодатчика.

В другом варианте осуществления множество, например, 4 или 6, пар непоперечных чувствительных решеток могут быть размещены на подложке. Непоперечные чувствительные решетки в каждой паре могут быть размещены симметрично относительно поперечной чувствительной решетки, так что две непоперечные чувствительные решетки на противоположных сторонах поперечной чувствительной решетки разнесены от нее на равные расстояния и имеют одинаковые сопротивления. Непоперечные чувствительные решетки соединяются с поперечной чувствительной решеткой посредством поперечных соединителей и совместно используют общий заземляющий вывод и общий заземляющий интерфейс с поперечной чувствительной решеткой. В таких вариантах осуществления те же технические результаты могут быть получены, и настоящее изобретение не ограничивается в каком-либо смысле в этом отношении.

Согласно настоящему изобретению, подложка 1 является полужесткой подложкой. Предпочтительно, подложка 1 выполняется из полужесткого пластмассового материала. Например, материал подложки 1 является материалом, выбранным из полиимида (PI) для специальных полимерных материалов и полиэфирэфиркетона (PEEK), или их сочетания. Более предпочтительно, подложка 1 изготавливается из PEEK-материала, который может придавать отличную жесткость и гибкость подложке 1.

Настоящее изобретение также предоставляет датчик 20 усилия, который включает в себя, как показано на фиг. 8, эластомер 21 и тензодатчики 10 согласно какому-либо из вышеупомянутых вариантов осуществления. Тензодатчики 10 размещаются на эластомере 21. Предпочтительно, в этом варианте осуществления, эластомер 21 является цилиндрическим полым эластомером.

В этом варианте осуществления эластомер 21 предпочтительно имеет, по меньшей мере две простирающихся по окружности сквозные щели 22. Предпочтительно, между противоположными концами каждой сквозной щели 22 размещается один из тензодатчиков 10. Сквозные щели 22 формируются в различных периферийных плоскостях и размещаются в шахматном порядке друг от друга по окружности (т.е., они размещаются в шахматном порядке друг от друга как в осевом, так и круговом направлении).

В этом варианте осуществления, осевая щель 23 предусматривается на каждом из противоположных концов каждой сквозной щели 22. Предпочтительно, осевая щель 23 простирается вдоль оси эластомера 21 по длине не менее ширин решеток или длин решеток для чувствительных решеток в тензодатчиках, или не менее осевой ширины чувствительных решеток по оси эластомера 21. Поскольку решетчатые структуры тензодатчиков 10 будут подвергаться наибольшему натяжению в своих фрагментах около осевых щелей 23, конструкция вышеописанного отрезка предоставляет возможность осевым щелям 23 предоставлять указания, которые могут направлять тензодатчики 10 для присоединения к наиболее напряженным местоположениям. Это предоставляет возможность тензодатчикам 10 выводить более сильные сигналы, из которых лучшие измерения могут быть получены.

В частности, как показано на фиг. 9-10, в этом варианте осуществления, датчик усилия включает в себя эластомер 21 и, по меньшей мере два тензодатчика 10, которые предусматриваются на внешней поверхности эластомера 21 для того, чтобы измерять осевое и круговое натяжение, по меньшей мере в двух различных местоположениях эластомера 21. по меньшей мере два тензодатчика 10 предусматриваются в различных круговых плоскостях и размещаются в шахматном порядке друг от друга по окружности. Ортографические проекции двух тензодатчиков 10 на поперечном сечении эластомера 21 предпочтительно равномерно распределены по окружности эластомера 21.

В этом варианте осуществления предусматриваются два тензодатчика, т.е., первый тензодатчик и второй тензодатчик, например. Первый тензодатчик включает в себя одну подложку, две непоперечные чувствительные решетки и одну поперечную чувствительную решетку. Две непоперечные чувствительные решетки размещаются симметрично и каждая в направлении, отклоненном от оси эластомера на предварительно определенный угол (предпочтительно 45º). Поперечная чувствительная решетка между двумя непоперечными чувствительными решетками размещается по окружности эластомера. Второй тензодатчик включает в себя другую подложку, две продольные чувствительные решетки и одну поперечную чувствительную решетку. Две продольные чувствительные решетки размещаются бок о бок и выравниваются друг с другом по оси эластомера. Поперечная чувствительная решетка между двумя продольными чувствительными решетками размещается по окружности эластомера.

В практических реализациях два тензодатчика 10, прикрепленных к эластомеру 21, могут быть двумя первыми тензодатчиками, или двумя вторыми тензодатчиками, или сочетанием одного первого тензодатчика и одного второго тензодатчика (т.е., два тензодатчика 10 могут быть идентичны или нет). В этом варианте осуществления два тензодатчика способны обнаруживать натяжение в двух различных местоположениях эластомера 21, гарантируя, что практический показатель силы контакта должен быть удовлетворен. Конструкция с двумя тензодатчиками предоставляет возможность более короткой осевой длины эластомера 21 и, следовательно, оперативного медицинского катетера, применяющего датчик усилия, приводя в результате к экономии затрат.

Настоящее изобретение также предоставляет оперативный медицинский катетер, включающий в себя дистальный конец катетера, где предусматривается датчик 20 усилия согласно какому-либо из вышеописанных вариантов осуществления. Оперативный медицинский катетер дополнительно включает в себя электрод 30, присоединенный к датчику 20 усилия, как показано на фиг. 8-11. В этом варианте осуществления датчик 20 усилия включает в себя вышеописанные два тензодатчика для обнаружения сигналов натяжения.

Таким образом, в тензодатчике, датчик усилия и оперативный медицинский катетер предоставляются в настоящем изобретении, совместно используемый заземляющий вывод простирается от середины соединителя в тензодатчике, который может гарантировать, что провода в левой и правой чувствительных к натяжению решетках имеют одинаковый размер и сопротивление и придают более высокую устойчивость при соединении в схему и улучшенную характеристику подавления помех для тензодатчика. Посредством использования тензодатчика в датчике усилия и оперативном катетере требуемый период времени для предварительного нагрева катетера в теле человека может быть эффективно сокращен, и сложность, и риск операционной процедуры, которая должна быть выполнена врачом, и страдание пациента могут быть уменьшены. Дополнительно, компактность тензодатчика настоящего изобретения предоставляет возможность более короткой длины эластомера в датчики усилия и уменьшение в объеме оперативного медицинского катетера, приводя в результате к экономии затрат.

Различные технические признаки вышеупомянутых вариантов осуществления могут быть объединены любым способом. Хотя не все такие сочетания были описаны выше ради краткости, любое из них считается попадающим в рамки этой спецификации, пока не существует противоречия между техническими признаками.

Представленное выше является просто несколькими вариантами осуществления настоящей заявки. Хотя эти варианты осуществления описаны с некоторой спецификой и в некоторых деталях, не следует истолковывать, что они ограничивают рамки настоящей заявки в каком-либо смысле. Отметим, что различные вариации и модификации могут быть выполнены обычными специалистами в области техники без отступления от идеи настоящей заявки. Соответственно, предполагается, что все такие вариации и модификации охватываются рамками этой заявки, которые определены в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (20)

1. Тензодатчик, содержащий:

подложку;

поперечную чувствительную решетку, размещенную на подложке; и

по меньшей мере две непоперечные чувствительные решетки, обе размещены на подложке таким образом, чтобы располагаться на противоположных сторонах поперечной чувствительной решетки, и обе электрически соединены с поперечной чувствительной решеткой,

при этом две непоперечные чувствительные решетки соединяются друг с другом поперечным соединителем и совместно используют общий заземляющий вывод и общий заземляющий интерфейс,

один конец заземляющего вывода соединен с поперечным соединителем в его середине,

другой конец заземляющего вывода соединен с заземляющим интерфейсом, две непоперечные чувствительные решетки имеют равные сопротивления и соединяются с концами двух соответствующих незаземляющих выводов, имеющих равные сопротивления, другие концы двух незаземляющих выводов соединяются с двумя соответствующими незаземляющими интерфейсами.

2. Тензодатчик по п. 1, при этом подложка определяет первое направление и второе направление, первое направление является одним из продольного направления и поперечного направления подложки, второе направление является другим из продольного и поперечного направлений подложки.

3. Тензодатчик по п. 2, при этом две непоперечные чувствительные решетки размещаются симметрично и каждая в направлении, отклоненном от первого направления на предварительно определенный угол, при этом поперечная чувствительная решетка размещается во втором направлении.

4. Тензодатчик по п. 2, при этом две непоперечные чувствительные решетки являются продольными чувствительными решетками, которые размещаются бок о бок и выравниваются друг с другом в первом направлении, при этом поперечная чувствительная решетка размещается во втором направлении, и при этом ширины решеток для продольных чувствительных решеток выравниваются с длиной решетки для поперечной чувствительной решетки, или длины решеток для продольных чувствительных решеток выравниваются с шириной решетки для поперечной чувствительной решетки.

5. Тензодатчик по п. 1, при этом ширина решетки каждой из чувствительных решеток равна ее длине решетки, и при этом решетчатые структуры в чувствительных решетках, все являются идентичными.

6. Тензодатчик по п. 1, при этом поперечная чувствительная решетка электрически соединяется с двумя непоперечными чувствительными решетками через поперечный соединитель, и при этом поперечная чувствительная решетка и две непоперечные чувствительные решетки совместно используют общий заземляющий вывод и общий заземляющий интерфейс.

7. Тензодатчик по п. 6, при этом поперечная чувствительная решетка содержит поперечные сегменты провода, которые соединяются с поперечным соединителем в местоположении рядом с серединой поперечного соединителя.

8. Тензодатчик по п. 1, при этом заземляющий вывод содержит поперечный сегмент и продольный сегмент, поперечный сегмент соединяется с поперечным соединителем в его середине, продольный сегмент соединяется с поперечным сегментом на одном конце и с заземляющим интерфейсом на другом конце.

9. Тензодатчик по п. 8, при этом поперечная чувствительная решетка содержит поперечный сегмент провода, размещенный параллельно поперечному сегменту и перпендикулярно продольному сегменту.

10. Тензодатчик по п. 1, при этом две непоперечные чувствительные решетки включают в себя первую непоперечную чувствительную решетку и вторую непоперечную чувствительную решетку, которые соединяются с первым незаземляющим выводом и вторым незаземляющим выводом соответственно, и при этом один конец поперечной чувствительной решетки соединяется с поперечным соединителем, а другой конец поперечной чувствительной решетки соединяется с третьим незаземляющим выводом, причем первый, второй и третий незаземляющие выводы имеют одинаковые сопротивления, третий незаземляющий вывод соединяется с третьим незаземляющим интерфейсом.

11. Датчик усилия, содержащий эластомер и тензодатчики по любому из пп. 1-10, при этом тензодатчики предусматриваются на эластомере.

12. Датчик усилия по п. 11, при этом эластомер снабжается внутри сквозными щелями, простирающимися по окружности вокруг эластомера, причем каждая из сквозных щелей снабжается на каждом из противоположных своих концов осевой щелью, простирающейся вдоль оси эластомера.

13. Датчик усилия по п. 12, при этом каждая из осевых щелей имеет длину, которая не меньше ширины решетки или длины решетки для каждой чувствительной решетки в каждом тензодатчике или не меньше ширины каждой чувствительной решетки в осевом направлении эластомера.

14. Оперативный медицинский катетер, содержащий дистальный конец катетера, снабженный датчиком усилия на нем по любому из пп. 11-13.

Images