一种实时测量心血管介入手术中导管介入力和力矩的装置

摘要

本发明实施例公开了一种实时测量心血管介入手术中导管介入力和力矩的装置。所述装置包括外支座，内轴，力传感器，螺钉和尼龙搭扣；力传感器通过双面胶粘贴在所述外支座内圆周；内轴放置于装好力传感器的外支座中，内轴的外壁分别与三个力传感器的钢球过盈接触；裁剪适宜缠绕拇指或食指的公端与母端尼龙搭扣，在所述尼龙搭扣底端剪孔使螺钉穿过，所述螺钉穿过母端粘扣、内轴螺丝孔、公端粘扣，并用螺母拧紧，通过所述尼龙搭扣以适应不同操作者手指的大小，使操作者佩戴所述装置夹持手术中的导管使所述导管进行平移或扭转运动。通过该装置就可以实现对手术过程中的受力信息监控，提高手术安全性；同时还可以通过获得经验丰富医师的操作力和力矩，为虚拟心血管介入手术培训系统提供定量评价标准。

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种实时测量心血管介入手术中导管介入 力和力矩的装置。

背景技术

目前，医疗过程中的微创介入手术以其不开刀、创伤小、恢复快、效果好的特点而 成为目前医院临床治疗的主要手段，微创介入手术的操作过程是：首先医生在病人大腿 或者身体其他部位开一个小口，然后医生把导丝、导管等从此处的血管进入，然后医生 用手把它们一边旋转、一边送入，凭手感和经验到达需要治疗的部位，由于细长而柔软 的微创介入导管，大大降低了医生对手术器械与人体组织的相互作用力的感受，增加了 手术的危险性。

在上述医生送入导管、导丝的过程中，导丝导管只有两个自由度，一个是旋转，一 个是向前向后的推进运动，我们需要在这两个自由度上进行力和力矩的测量，从而进行 受力监控，但现有技术方案对导丝导管介入过程中力和力矩的研究很少，现有技术方案 中缺乏有效的手段和装置来实时测量导管介入力和力矩，从而增加了手术危险性。

发明内容

本发明的目的是提供一种实时测量心血管介入手术中导管介入力和力矩的装置，实 现对手术过程中的受力信息监控，提高手术安全性；同时还可以通过获得经验丰富医师 的操作力和力矩，为虚拟心血管介入手术培训系统提供定量评价标准。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种实时测量心血管介入手术中导管介 入力和力矩的装置，所述装置包括外支座，内轴，力传感器，螺钉和尼龙搭扣；

所述力传感器包含三个，每个力传感器的四个针脚焊上线后通过双面胶粘贴在所述 外支座内圆周；

所述外支座为圆柱筒，所述内轴放置于装好力传感器的外支座中，内轴的外壁分别 与三个力传感器的钢球过盈接触，所述内轴底端与所述外支座内端面接触，且内轴的轴 线与外支座的轴线重合；

裁剪适宜缠绕拇指或食指的公端与母端尼龙搭扣，在所述尼龙搭扣底端剪孔使螺钉 穿过，所述螺钉穿过母端粘扣、内轴螺丝孔、公端粘扣，并用螺母拧紧，通过所述尼龙 搭扣以适应不同操作者手指的大小，使操作者佩戴所述装置夹持手术中的导管使所述导 管进行平移或扭转运动；

当外界与导管顶端或导管侧壁接触产生阻力时，与所述导管成为一体的外支座与内 轴会产生相对运动趋势，对三个力传感器的压力产生变化，根据该三个力传感器的读数 来测量导管实时运动中所受阻力和阻力矩。

所述装置分别戴在拇指和食指上实时测量心血管介入手术中导管的介入力和力矩。

所述三个力传感器均匀分布在所述外支座内圆周120°的三个平面，所述外支座的内 圆面沿轴向120°切出平面侧壁以粘附所述力传感器。

所述装置还包括端盖，所述端盖与所述外支座的上端面接触对齐，并旋转端盖至端 盖的台阶孔与外支座上端面的螺纹孔共轴。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述装置包括外支座，内轴，力传感器， 螺钉和尼龙搭扣；所述力传感器包含三个，每个力传感器的四个针脚焊上线后通过双面 胶粘贴在所述外支座内圆周；所述外支座为圆柱筒，所述内轴放置于装好力传感器的外 支座中，内轴的外壁分别与三个力传感器的钢球过盈接触，所述内轴底端与所述外支座 内端面接触，且内轴的轴线与外支座的轴线重合；裁剪适宜缠绕拇指或食指的公端与母 端尼龙搭扣，在所述尼龙搭扣底端剪孔使螺钉穿过，所述螺钉穿过母端粘扣、内轴螺丝 孔、公端粘扣，并用螺母拧紧，通过所述尼龙搭扣以适应不同操作者手指的大小，使操 作者佩戴所述装置夹持手术中的导管使所述导管进行平移或扭转运动；当外界与导管顶 端或导管侧壁接触产生阻力时，与所述导管成为一体的外支座与内轴会产生相对运动趋 势，对三个力传感器的压力产生变化，根据该三个力传感器的读数来测量导管实时运动 中所受阻力和阻力矩。通过该装置就可以实现对手术过程中的受力信息监控，提高手术 安全性；同时还可以通过获得经验丰富医师的操作力和力矩，为虚拟心血管介入手术培 训系统提供定量评价标准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的 附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得 其他附图。

图1为本发明实施例所述实时测量心血管介入手术中导管介入力和力矩的装置操作示 意图；

图2为本发明实施例所述装置的各部件分解示意图；

图3为本发明实施例所述装置去掉端盖后的俯视图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对发明进行进一步的详细说明，如图1所示为本发明实施例所述实时 测量心血管介入手术中导管介入力和力矩的装置操作示意图，如图2所示为该装置的各部 件分解示意图，由图1可知：在实际操作过程中医生的拇指和食指分别戴上本发明实施例 装置1，然后夹持导管2对导管进行推进或回拉输送或扭转。

由图2可知，所述装置1包括外支座3，三个一维力力传感器4，内轴5，端盖6，三个 螺钉7，和螺母8，垫片9，尼龙搭扣10和螺钉11，其中：

三个力传感器4分别通过双面胶粘附在外支座3的内壁，外支座3的内壁按120°均 分，做出测平面以贴附力传感器4，外支座3的平面壁与圆弧面壁间的间隙系用于力传感 器与放大电路外部接线通道。

如图3所示为本发明实施例所述装置去掉端盖后的俯视图，结合图2和3可知，外支座 3为一圆柱筒，内轴5同轴放入装好力传感器4的外支座3中，内轴5底端面与外支座3内端 面接触，内轴5外壁与三个力传感器4的钢球过盈接触，且内轴的轴线与外支座的轴线重 合。

裁剪适宜缠绕拇指或食指的公端与母端尼龙搭扣，在所述尼龙搭扣底端剪孔使螺钉7 穿过，所述螺钉7穿过母端尼龙搭扣、内轴螺丝孔、公端尼龙搭扣，并用螺母拧紧，通过 所述尼龙搭扣以适应不同操作者手指的大小，使操作者佩戴所述装置夹持手术中的导管 使所述导管进行平移或扭转运动；在具体实现中，可以在粘扣底端上移10mm处剪孔使直 径为1.6mm的螺钉穿过。

具体实现中，当外界与导管顶端或导管侧壁接触产生阻力时，与所述导管成为一体 的外支座与内轴会产生相对运动趋势，对三个力传感器的压力产生变化，根据该三个力 传感器的读数来测量导管实时运动中所受阻力和阻力矩。

所述装置分别戴在拇指和食指上实时测量心血管介入手术中导管的介入力和力矩。

上述三个力传感器可以均匀分布在所述外支座内圆周120°的三个平面，所述外支座 的内圆面沿轴向120°切出平面侧壁以粘附所述力传感器。具体实现中，若力传感器为多 个，则还是均匀分布在所述外支座内圆周上。

具体实现中，上述装置还包括端盖6，如图2所示，端盖6通过三个螺钉7与外支座3联 接，螺钉11穿过母端尼龙搭扣10、内轴5螺纹孔、公端尼龙搭扣10，垫片9用螺母8拧 紧。

下面对本发明实施例所述装置的工作原理进行详细说明，参见图1，当使用者如图1 所示拇指和食指分别戴上本实施例所述装置1夹持导管时，由于摩擦力，导管2与外支座3 成为一体，没有相对运动，三个力传感器4粘附于外支座3与外支座3成为一体，内轴5与 三个力传感器的钢球过盈接触使三个力传感器获得预紧值。

由于采用摩擦系数比较小的材料制作外支座3和内轴5，外支座内端面与内轴下端面 摩擦可以忽略，当外界（例如血管内壁）与导管顶端或导管侧壁接触产生阻力时，与导 管成为一体的外支座3与内轴2就会产生相对运动趋势，对三个力传感器4的压力将产生变 化，此时就可以根据三个力传感器4的读数经过数学模型计算得出导管实时运动中所受阻 力和阻力矩。

例如可以采用如下的力计算公式，拇指上的受力公式为：

其中F₁，F₂，F₃是戴在拇指上的三个力传感器的读数。

食指上的受力公式为：

其中，F₄F₅，F₆是戴在食指上的三个力传感器的读数。

进一步再得出总力F为：

$F=F_x^{\mathrm{TF}}\cos {\alpha }_{\mathrm{TF}}+F_y^{\mathrm{TF}}\sin {\alpha }_{\mathrm{TF}}+F_x^{\mathrm{IF}}\cos {\alpha }_{\mathrm{IF}}+F_y^{\mathrm{IF}}\sin {\alpha }_{\mathrm{IF}}$

其中，α_IF和α_TF为食指和拇指所戴装置与导管的坐标系角度α。在实验中可以通过 操作人为控制使两个坐标系重合，即α为0°。

同理，力矩的计算公式可得出：

$\tau =F_f^{\mathrm{TF}}·d_{\mathrm{TF}}{+F}_f^{\mathrm{IF}}·d_{\mathrm{IF}}$

$\left(\begin{array}{c}{F}_f^{\mathrm{TF}}=F_x^{\mathrm{TF}}\sin {\alpha }_{\mathrm{TF}}+F_y^{\mathrm{TF}}\cos {\alpha }_{\mathrm{TF}}\\ F_f^{\mathrm{IF}}=F_x^{\mathrm{IF}}\sin {\alpha }_{\mathrm{IF}}+F_y^{\mathrm{IF}}\cos {\alpha }_{\mathrm{IF}}\end{array}\right)$

其中d_TF和d_IF分别表示拇指和食指所戴装置中的力传感器钢球顶端所在平面到导 管轴线的距离；为食指上装置沿径向所受力大小，为拇指上装置沿径向所受力大 小。

由此就可以根据三个力传感器的读数来得出导管实时运动中所受阻力和阻力矩，实 现对手术过程中的受力信息监控，提高手术安全性；同时还可以通过获得经验丰富医师 的操作力和力矩，为虚拟心血管介入手术培训系统提供定量评价标准。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替 换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的 保护范围为准。