[发明专利]用于微创医疗器械的三维力传感器

说明书

本发明属于医疗器械领域，具体地说是一种用于微创医疗器械的三维力传感器，包括片弹簧、槽式外管、内管、外部光纤、中心光纤、上基座及下基座，其中槽式外管的上下两端分别与所述上基座及下基座相连，所述片弹簧的外侧连接于槽式外管上端端部；所述内管依次穿过下基座、槽式外管，上端与所述片弹簧的内侧相连，下端与所述下基座连接；所述中心光纤穿过内管，两端分别与所述上、下基痤连接，所述内管的外表面上沿周向均匀附着多支外部光纤。本发明提供的力传感器能够实现三维力方向上的刚度匹配，具有较小的长径比，实现高精度的力检测精度且不过度削弱手术器械的刚度，采用光作为信号采集与传递方式，具有良好的电磁兼容特性。

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体地说是一种用于微创医疗器械的三维力传感器。

背景技术

在微创诊治过程中，手术器械与生物软组织的接触力信息对于操作的安全性和有效性至关重要。在传统的操作过程中，操作者无法获得量化的信息，凭借手感去感知手术器械与软组织的接触情况并且通过视觉进行判断。力信息能够对操作者提示和预警。

随着手术机器人技术的发展，传统医生直接操纵手术器械的方式已经发生了改变，多以主从方式，通过操作专用的多自由度手柄遥控手术机器人实现对手术器械的操作。这一变更中断了人仅有的力感知渠道，医生只能依靠视觉观察来判断器械与组织之间的交互状况。这一现状为临床带来了诸多不便，而且大大增加了发生风险的机率。譬如，对于胸腹腔内组织操作无法获知拖拽、缝合等力量，导致组织器官损伤、出血等。对于心脏射频消融无法获知射频消融头与心肌组织之间的接触力状况导致消融能量难以控制，进而发生穿孔或者欠消融。

微创手术正在朝着更加精准的方向发展，接触力信息的传感具有重要的意义。力感知技术通常使用弹性体结构将外力作用转化为微小的应变，并使用各种应变敏感器件进行检测。为了保持传感器具有足够的分辨率并且不对器械的本体刚度产生巨大的削弱，需要合理配置各个方向的刚度。但是现有的力感知技术忽略了刚度配置，多采用应变片、压敏电阻等作为传感器件，其信号传递形式多为电信号，极易受到医疗环境中的电磁干扰，无法获取精确的力信息，而且结构复杂、集成困难，临床应用前景有限。综上，目前临床尚缺少集成度高、工作稳定可靠的力传感器。

发明内容

为了解决微创医疗器械缺少集成度高、工作稳定可靠的力传感器问题，本发明的目的在于提供一种用于微创医疗器械的三维力传感器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括片弹簧、槽式外管、内管、外部光纤、中心光纤、上基座及下基座，其中槽式外管的上下两端分别与所述上基座及下基座相连，所述片弹簧与槽式外管连接；所述内管穿过下基座、槽式外管，上端与所述片弹簧相连，所述内管的下端与所述下基座连接；所述中心光纤穿过内管，两端分别与所述上、下基痤连接，所述内管的外表面上沿周向均匀附着多支外部光纤；

其中：所述片弹簧的外侧与槽式外管上端端部固接，内侧与所述内管的上端端部固接，该内管的上端端部设有用于与片弹簧内侧连接的轴肩；

所述片弹簧的外侧与槽式外管上端端部固接，内侧套在所述内管的上端端部、与内管滑动连接，该内管为无轴肩内管；

所述片弹簧为弹性片，在其周向均布有多个柔性铰链；

所述片弹簧包括连接环及悬臂，该连接环的外表面上沿圆周方向均布有多个悬臂，所述连接环与内管的上端端部连接；所述槽式外管的上端端部沿圆周方向均布有与所述悬臂数量相同的凹槽，每个所述悬臂的外端部均插入一个凹槽中，实现所述片弹簧与槽式外管的连接；

所述片弹簧为多个，各片弹簧的内侧贯穿在所述内管上，与该内管固接或滑动连接，各所述片弹簧的外侧分别与所述槽式外管固接；

所述内管为圆柱状空心管，外圆周表面为光滑表面；或者，所述内管的外圆周表面沿圆周方向均布有用于附着光纤的光纤槽，该光纤槽沿所述内管的轴向设置；