[发明专利]一种用于微创手术的三维力传感手术针

说明书

本发明公开一种用于微创手术的三维力传感手术针，包括微创手术针，所述微创手术针包括与细软管固接以用于液体或药物的注射与吸取的医用手术针头、一个与医用手术针头连接的中空金属管，在中空金属管的外表面上沿圆周方向120°轴向均布有三个光纤光栅传感器；光纤光栅解调仪与光纤光栅传感器连接，向光纤光栅传感器发射激光，接收光纤光栅传感器返回特定波长的激光信号，将激光信号转换为数字电信号并解调出各个光栅点所对应的波长；数据采集与力解耦计算设备接收光纤光栅解调仪发送的各个光栅区对应的波长进行分析和计算，实时得到微创手术针前端的受力信息，由显示设备实时显示。本发明用于实时检测手术过程中的操作力。

技术领域

本发明涉及微创手术技术领域，特别是涉及一种用于微创手术的三维力传感手术针。

背景技术

微创手术过程中，手术工具与人体生物软组织的接触力信息对手术操作的安全性有重要影响。手术操作工程中，医生仅凭经验和视觉信息来间接感知手术工具与人体生物软组织的接触力，进行一些特定手术操作时，如穿刺手术和显微手术时，往往不能够准确感知操作力大小。这一现状为临床手术增加了发生风险的几率，一旦手术操作力过大，极易对患者产生二次手术伤害，甚至不可逆转的创伤。

目前，微创手术正朝着精准智能化的方向发展，能够实时感知手术操作过程中的接触力对提高手术的安全性有着重要的意义。但是，目前大多数三维力传感器无法提供注射通道而难以与微创手术针相结合。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的问题，而提供一种用于微创手术的基于光纤布拉格光栅传感器的三维力传感手术针，是具有三维力传感功能的微创手术针，能够实现三自由度力检测，以解决现有技术中的三维力传感器往往占用中间通道，无法提供微创手术针所需工作通道的问题。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种用于微创手术的三维力传感手术针，包括微创手术针，光纤光栅解调仪，数据采集与力解耦计算设备，显示设备；所述微创手术针包括与细软管固接以用于液体或药物的注射与吸取的医用手术针头、一个与所述医用手术针头连接的中空金属管，在所述中空金属管的外表面上沿圆周方向120°轴向均布有三个光纤光栅传感器；

所述光纤光栅解调仪与所述光纤光栅传感器连接，用于向光纤光栅传感器发射激光，接收光纤光栅传感器返回特定波长的激光信号，将激光信号转换为数字电信号并解调出各个光栅点所对应的波长；

所述数据采集与力解耦计算设备与所述的光纤光栅解调仪通信连接，向所述光纤光栅解调仪发送检测命令，并接收光纤光栅解调仪发送的各个光栅区对应的波长进行分析和计算，实时得到微创手术针前端的受力信息；

所述显示设备通过通信连接所述数据采集和力解耦计算设备，用于实时显示微创手术针前端的受力信息。

优选的，所述中空金属管采用超弹性镍钛合金管。

优选的，所述中空金属管的部分外表面有一段高度的平行切槽结构，每层切槽由多个切槽间隔形成，多层切槽构成所述平行切槽结构，以提高光纤光栅传感器在轴向力检测的灵敏度。

优选的，所述光纤光栅传感器采用多栅区布拉格光纤光栅传感器，同一光纤光栅传感器上有两段光栅区A和光栅区B，且光栅区A与光栅区B的初始反射波长不同。

其中，所述的微创手术针前端的受力检测的步骤如下：

S1获取中心波长步骤：

分别获取各个光纤光栅传感器的中心波长；

S2获取波长变化量的步骤：

获取平行布置的光纤光栅传感器的检测波长，并基于所述平行布置的光纤光栅传感器的中心波长和检测波长得到所述平行布置的光纤光栅传感器的波长变化量；

S3温度补偿步骤：