具有光纤负载感应能力的医疗装置系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于器官或血管的诊断或治疗的装置，其中具有至少两个光纤传感器配置在远端末梢中的可形变体（５）耦合到处理逻辑（６），其编程以计算响应于检测到的因远端末梢与器官或血管壁的组织接触而偏转引起的光纤传感器光学特征变化的多维力矢量。力矢量可用于协助直接或自动的使用机器人系统（３）操纵可形变体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及探测和治疗器官的装置，其能够计算因装置远端末梢和 器官壁组织之间的接触导致的多维力矢量。
技术介绍
多年来，各种器官或血管的探察和治疗通过使用基于导管的诊断和 治疗系统而变得可行。此类导管由通向被探察或治疗器官腔的血管引入 或另可直接通过做在器官壁上的切口引入。这样，病患避免了开放性外 科手术过程所特有的外伤和延长的恢复时间。为了提供有效诊断或治疗，常需要首先非常精确的绘制被诊断区 域。例如当需要选择性的消融心脏中当前路径来治疗心房纤维颤动时会 执行这种绘制。常常，绘制过程因为心脏在整个心动周期期间的周期性 运动导致的定位被治疗区域的困难而变得复杂。以前所知的用于绘制血管或心脏内部的系统在，比如，美国专利序号6546271和6226542中有描述。那些专利中描述的导管利用电磁、磁 或声感传感器来绘制导管远端末梢的空间位置，然后构建出血管或器官 内部的三维造影。这种先前所知的绘制系统的一个缺点是它们依赖导管的手动反馈和/ 或阻抗测量来判断导管何时被合适的放置在血管或器官中。那些系统不 测量血管或器官壁的接触力，也不检测导管作用在器官或血管壁上的可 能改变真实壁位置的接触力。相反，先前所知的绘制方法耗费时间，依 赖医师的技术，并且不能补偿过度接触力产生的假象。因此需要提供检测和监视绘制导管和器官或血管壁之间接触力的装 置和方法来允许更快和更精确的绘制。还需要提供允许过程自动化的装 置和方法，从而改进测量的电生理值和空间坐标的记录，比如通过只记录那些接触力落在预定范围之内的值。一旦血管或器官的解剖图绘制好，相同或不同的导管可以用来实现 治疗。根据将被应用在血管或器官上的特定治疗，导管可以包含任意数目的末端效应器，比如RF消融电极，旋转切割头，激光消融系统，注 射针头或低温流体传递系统。典型的系统在比如，美国专利号 6120520、 6102926、 5575787、 5409000和5423807中描述。因为这种末端效应器的有效性常常依赖于令末端效应器与器官或血 管壁组织的接触，所以许多先前所知的治疗系统包括了可扩展的篮子或 钩子用来稳定接触组织导管远端末梢。然而这种安排会因为器官或血管 的运动而固有地不精确。此外先前所知的系统无法提供感知由组织壁运 动施加到导管远端末梢的负载的能力。比如，在心脏消融系统的例子中， 一种极端情况是治疗系统的末端 效应器和组织壁之间产生的间隙会导致治疗无效和不恰当的消融组织区 域。另一种极端，如果导管的末端效应器和组织壁接触用力过度，如果 不小心刺穿组织，会导致心脏压塞。如前所述，需要提供一种基于导管的诊断或治疗系统来允许感应作 用在导管远端末梢上的负载，包括跟随器官或组织运动产生的周期性负 载。进一步需要有一种连接用来控制末端效应器的操作的负载感应系 统，使得仅当检测到接触力落在预先定义的范围之内时或手动或自动地 操作末端效应器。美国专利号6695808提出几个解决方案以测量由于接触组织表面而 产生的接触力，包括机械的，电容的，电感的和电阻的压力感应设备。 然而，这些设备的一个缺点是它们相对的复杂而且必须被密封以避免血 液或其它液体干扰测量。另外，这种负载感应设备会导致导管远端末梢 的插入截面的增大。再进一步，该专利中所描述的那类传感器会受到电 磁干扰。一种先前所知的用于解决医疗环境中潜在电磁干扰的办法是使用基 于光的系统而非电气测量系统，比如在Bosselman的美国专利号 6470205中描述的。该专利描述了一种用来进行外科手术包含通过关节接点接合的一系列刚性连接的机器人系统。大量布拉格(Bragg)光栅 被布置在关节接点处使得每个关节的弯曲角度可以光学地确定，比如， 通过使用干涉仪测量布扭格光栅反射的光的波长的变化。计算弯曲角度 并不需要知道刚性连接的特性。Bucholtz的国际^Hf号WO 01/33165描述了另一种空间定位系统， 其中，通过三个一组的光纤应变传感器测量的波长变化用于计算导管或 其它医疗仪器的空间位置。尽管该公开透露应变传感器可被放入一个可 形变的覆盖物里，和Bosselman的一样，但是没有描述弯曲角度的计 算，因为需要可形变的覆盖物的材质特征。相应的，需要提供诊断和治疗的装置，比如导管或导索，其能够感 应作用于装置远端末梢的负载，但基本不增加装置的插入截面。进一步值得提供诊断和治疗的装置，比如导管或导索，其能够计算 作用于装置远端末梢的力并基本不受电磁干扰。
技术实现思路
如前所述，本专利技术的目的是提供能够感应作用于装置远端末梢的负 载的诊断或治疗装置，包括因器官或组织运动引起的周期性负载。本专利技术另一个目的是提供检测和监控比如绘制导管或导索的装置和 器官或血管壁之间接触力的装置和方法，以促进这种绘制的速度和精度。本专利技术进一步的目的是提供能够使绘制或治疗过程自动化的装置和 方法，从而所测量的改进电生理值和空间坐标的记录，比如通过只记录 接触力落在预定范围之内的值。本专利技术另 一个目的是提供装置，其中连接负载感应系统以控制诊断 或治疗装置末端效应器的操作，使得只有当检测到接触力落在预先定义 的范围之内时，才手动或自动的操作末端效应器。本专利技术另一个目的是提供能够感应作用于装置远端末梢的负载，但 基本上不增加装置插入截面的诊断和治疗装置。本专利技术进一步的目的是提供能够计算作用于装置远端末梢的力并基本上不受电磁干扰的诊断和治疗装置。本专利技术另一个目的是提供用于空心体器官，比如心脏，在器官运动 的时候能够感应作用于装置远端末梢的负载的装置，以此来最优化布置 于远端末梢中的末端效应器的操作。通过提供例如导管的医疗设备来实现本专利技术的这些和其它目的，该 医疗设备包含可形变体，其远端末梢中配备至少两个光纤传感器以与可 形变体一起形变，和处理逻辑，其被编程用于至少计算响应所检测到的 光纤传感器光特征变化的两维力矢量。本专利技术的装置可以配置成导管或 导索或可以用于其它需要知道组织接触力的医疗装置。更优选地，本专利技术的装置包含非共面的布置于可形变体中的三个光 学传感器。比如，三个光纤传感器可以布置在装置的几何轴心的等边三 角形顶点上，尽管也可釆用其它的配置。使用三个这种光纤传感器有利 于允许三维力矢量的计算。光纤传感器优选地从光纤布拉格光栅(FBG),本征型法布里-珀罗干涉仪(IFPI)，非本征型法布里-珀罗千涉仪 (EFPI)，长周期光栅(LPG)， 二臂、三臂或四臂迈克尔逊干涉仪(MI)， 布里渊散射应变传感器或基于强度的光纤应变传感器中挑选。进一步根据本专利技术的原理，该装置包括处理逻辑，比如编程通用目 的微处理器或专用集成电路，其工作地连接以接受来自光纤传感器的输 出信号，并根据所使用的光纤传感器的个数，从输出信号计算两维或三力。更优选地，特定于每个可形变体的力-应变变换矩阵在制造时就确定 下来，该力-应变转换通过合适的存储器设备、标记或标签和可形变体建 立联系。根据本专利技术的一个方面，可使用两个光纤传感器，只要装置的可形 变体的中性轴的特性突出。更优选地，在可形变体远端末梢内布置三个 光纤传感器来允许作用于可形变体的形变(伸长或收缩)可用三个或更 多的非共面点测量。极小的光纤传感器尺寸在装置的远端末梢中提供了充足空间放置其它的诊断或治疗设备。当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于诊断或治疗血管或器官的装置，该装置包括：可形变体，具有远端末梢；至少两个光纤传感器，附着在远端末梢中；以及处理逻辑，工作地耦合以接收光纤传感器的输出，编程该处理逻辑以计算对应于远端末梢和器官或血管的组织壁之间接触力的多维力矢量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔瓦尼利奥，尼古拉斯埃比，丹尼尔伊诺蒂，
申请(专利权)人：恩杜森斯公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]