[發明專利]用于微創醫療器械的三維力傳感器

有效

• 申請號: 201710484808.5
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN109115380B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 劉浩;高安柱;周圓圓;王重陽;梁明;王祖祿
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

本發明屬于醫療器械領域，具體地說是一種用于微創醫療器械的三維力傳感器，包括片彈簧、槽式外管、內管、外部光纖、中心光纖、上基座及下基座，其中槽式外管的上下兩端分別與所述上基座及下基座相連，所述片彈簧的外側連接于槽式外管上端端部；所述內管依次穿過下基座、槽式外管，上端與所述片彈簧的內側相連，下端與所述下基座連接；所述中心光纖穿過內管，兩端分別與所述上、下基痤連接，所述內管的外表面上沿周向均勻附著多支外部光纖。本發明提供的力傳感器能夠實現三維力方向上的剛度匹配，具有較小的長徑比，實現高精度的力檢測精度且不過度削弱手術器械的剛度，采用光作為信號采集與傳遞方式，具有良好的電磁兼容特性。

技術領域

本發明屬于醫療器械領域，具體地說是一種用于微創醫療器械的三維力傳感器。

背景技術

在微創診治過程中，手術器械與生物軟組織的接觸力信息對于操作的安全性和有效性至關重要。在傳統的操作過程中，操作者無法獲得量化的信息，憑借手感去感知手術器械與軟組織的接觸情況并且通過視覺進行判斷。力信息能夠對操作者提示和預警。

隨著手術機器人技術的發展，傳統醫生直接操縱手術器械的方式已經發生了改變，多以主從方式，通過操作專用的多自由度手柄遙控手術機器人實現對手術器械的操作。這一變更中斷了人僅有的力感知渠道，醫生只能依靠視覺觀察來判斷器械與組織之間的交互狀況。這一現狀為臨床帶來了諸多不便，而且大大增加了發生風險的機率。譬如，對于胸腹腔內組織操作無法獲知拖拽、縫合等力量，導致組織器官損傷、出血等。對于心臟射頻消融無法獲知射頻消融頭與心肌組織之間的接觸力狀況導致消融能量難以控制，進而發生穿孔或者欠消融。

微創手術正在朝著更加精準的方向發展，接觸力信息的傳感具有重要的意義。力感知技術通常使用彈性體結構將外力作用轉化為微小的應變，并使用各種應變敏感器件進行檢測。為了保持傳感器具有足夠的分辨率并且不對器械的本體剛度產生巨大的削弱，需要合理配置各個方向的剛度。但是現有的力感知技術忽略了剛度配置，多采用應變片、壓敏電阻等作為傳感器件，其信號傳遞形式多為電信號，極易受到醫療環境中的電磁干擾，無法獲取精確的力信息，而且結構復雜、集成困難，臨床應用前景有限。綜上，目前臨床尚缺少集成度高、工作穩定可靠的力傳感器。

發明內容

為了解決微創醫療器械缺少集成度高、工作穩定可靠的力傳感器問題，本發明的目的在于提供一種用于微創醫療器械的三維力傳感器。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明包括片彈簧、槽式外管、內管、外部光纖、中心光纖、上基座及下基座，其中槽式外管的上下兩端分別與所述上基座及下基座相連，所述片彈簧與槽式外管連接；所述內管穿過下基座、槽式外管，上端與所述片彈簧相連，所述內管的下端與所述下基座連接；所述中心光纖穿過內管，兩端分別與所述上、下基痤連接，所述內管的外表面上沿周向均勻附著多支外部光纖；

其中：所述片彈簧的外側與槽式外管上端端部固接，內側與所述內管的上端端部固接，該內管的上端端部設有用于與片彈簧內側連接的軸肩；

所述片彈簧的外側與槽式外管上端端部固接，內側套在所述內管的上端端部、與內管滑動連接，該內管為無軸肩內管；

所述片彈簧為彈性片，在其周向均布有多個柔性鉸鏈；

所述片彈簧包括連接環及懸臂，該連接環的外表面上沿圓周方向均布有多個懸臂，所述連接環與內管的上端端部連接；所述槽式外管的上端端部沿圓周方向均布有與所述懸臂數量相同的凹槽，每個所述懸臂的外端部均插入一個凹槽中，實現所述片彈簧與槽式外管的連接；

所述片彈簧為多個，各片彈簧的內側貫穿在所述內管上，與該內管固接或滑動連接，各所述片彈簧的外側分別與所述槽式外管固接；

所述內管為圓柱狀空心管，外圓周表面為光滑表面；或者，所述內管的外圓周表面沿圓周方向均布有用于附著光纖的光纖槽，該光纖槽沿所述內管的軸向設置；