[發明專利]一種差動式膜片光纖壓力傳感系統

在審

• 申請號: 201810600964.8
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108814689A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 熊鵬文;黃鑫;熊宏錦;何孔飛;宋愛國;李建清;陳海初;熊根良;張華
• 申請（專利權）人: 南昌大學
• 主分類號: A61B17/34
• 分類號: A61B17/34;A61B90/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 趙艾亮

本發明提供了一種差動式膜片光纖壓力傳感系統，包括由針殼及中空的針腔構成的穿刺針、三組置于針腔內的光纖壓力傳感器，穿刺針前端為針尖、末端為外持部，還包括嵌套在針殼內壁上并安裝在光纖壓力傳感器的前端的彈性膜片；光纖壓力傳感器與彈性膜片集成于針腔內靠近針尖的部分；三組光纖壓力傳感器以針腔軸心線為中心環形陣列分布；光纖壓力傳感器包括為同心環排列由內至外分布的玻璃芯、第一輸出纖芯、輸入纖芯、第二輸出纖芯、光纖包層。本發明可以提高微小應變力的測量精度，能有效感應來自橫向力的微小應變以及一定程度的軸向力微小應變，增強了醫生對穿刺針和軟組織之間的相互作用力覺信息，從而實現精準操控，提高手術的安全性。

技術領域

本發明屬于微小量程高精度光纖壓力傳感技術領域，具體涉及一種差動式膜片光纖壓力傳感系統，適用于微創外科手術。

背景技術

在微創外科手術中，幾乎所有的微創外科手術都缺乏觸覺的直接參與。微創外科手術醫生通常只能獲取手術器械的近端操作力，傳感器一般安裝在微創手術器械(常用的為穿刺針)末端位置，如圖1所示的外持部2，并不能直接獲取手術器械與軟組織之間的直接作用力，導致了微創外科手術醫生的力覺信息的缺失，不能更精準的感應到力的應變大小，給微創手術帶來了風險。而且大部分的微創外科手術器械使用的光纖壓力傳感器采用的是一個輸入一個輸出光纖結構，其光強容易受到光源強度、折射率等影響，造成檢測不精準，大大增加了手術的不確定幾率與危險系數。

發明內容

針對現有技術中的不足與難題，本發明涉及的一種差動式膜片光纖壓力傳感系統能有效的提高微小應變力的測量精度，增強了醫生對手術器械和軟組織之間的相互作用力覺信息，從而實現對手術器械的精準操控，提高手術的安全性。

本發明通過以下技術方案予以實現：

本發明的安裝對象為微創手術器械，具體為穿刺針，所述穿刺針前端為用于刺入人體軟組織的針尖、末端為用于與外部器械連接的外持部，所述穿刺針為中空形狀，包括外圍的針殼以及中空的針腔。

一種差動式膜片光纖壓力傳感系統，包括三組置于所述針腔內的光纖壓力傳感器，本發明還包括嵌套在針殼內壁上的彈性膜片，所述彈性膜片安裝在所述光纖壓力傳感器的前端；所述三組光纖壓力傳感器以針腔軸心線為中心環形陣列分布，所述光纖壓力傳感器兩兩之間相互呈120°，所述光纖壓力傳感器為一個輸入端和兩個輸出端的差動式輸出。

進一步地，所述光纖壓力傳感器的光纖結構為同心環排列由內至外分布的玻璃芯、第一輸出纖芯、輸入纖芯、第二輸出纖芯以及外部的光纖包層。上述結構將光纖束一端分成3束，輸入纖芯為光束輸入、第一輸出纖芯和第二輸出纖芯為兩束光束輸出。

進一步地，所述彈性膜片常由石英膜片制成，可以減小溫度變化帶來的影響。

進一步地，所述光纖壓力傳感器與彈性膜片集成于穿刺針的針腔內靠近針尖的部分。

進一步地，所述光纖壓力傳感器通過環氧樹脂膠固定在針殼內壁上，所述三組光纖壓力傳感器在同一段針腔內，且三組為相同型號、大小、尺寸，所述彈性膜片安裝時將其外沿周邊焊接固定在針殼的內壁上。

進一步地，所述光纖壓力傳感器直徑為100μm。

與現有技術相比，本發明有益效果包括：

(1)光纖傳感技術優點是靈敏度高、抗電磁干擾、絕緣性好、耐腐蝕、可曲繞、體積小以及與光纖傳輸線路的兼容性好等，本發明將光纖壓力傳感器集成在穿刺針的靠近針尖的位置，這是與軟組織接觸最近的位置，提高了醫生對針尖與軟組織之間的力覺分辨率，實現了對微創手術器械的精準操控。

(2)本發明采用的三組光纖壓力傳感器以針腔軸心線為中心環形陣列分布的設計結構，在微創手術中能感應來自橫向力(Fx、Fy)與軸向力(Fz)的微小應變，以橫向力的感應變化較為明顯，也能感應到一定的軸向力的應變。提高了醫生對手術的精準操作。