CN108430365B - 微型电感式位置传感器 - Google Patents

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Abstract

一种导管包括近端部段和远端部段。导管构造为响应于在远端部段上施加力而允许远端部段与近端部段之间的相对移动。导管还包括电感式传感元件，其构造为测量近端部段与远端部段之间的位移。

Description

微型电感式位置传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月20日提交的临时申请No.62/270,016的优先权，该临时申请通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及医用导管。
背景技术
在消融治疗中，可能有利的是评估消融元件与旨在消融的组织之间的接触。在介入心脏电生理学(EP)手术中，例如，该接触可用于评估所提供的消融治疗的有效性。可通过了解导管的一部分是否与目标组织接触，以及导管的该部分按压在目标组织上达到何种程度，来协助其它基于导管的治疗和诊断。组织在导管上施加反作用力，其可被测量来评估接触以及导管在目标组织上的按压程度。
发明内容
本公开涉及使用电感式传感元件来测量导管末端的相对位移的技术。当结合对位移的已知阻力、对于导管末端的安装结构的这种弹簧常数，位移测量值还提供导管末端上的接触力的指示。
在示例1中，一种导管包括：近端部段；远端部段，所述导管构造为响应于在所述远端部段上施加力而允许所述远端部段与所述近端部段之间的相对移动；以及电感式传感元件，其构造为测量所述近端部段与所述远端部段之间的位移。
在示例2中，示例1的导管，还包括：在所述近端部段与所述远端部段之间的弹簧，其中所述电感式传感元件构造为基于对在所述远端部段上施加力的已知阻力以及所述近端部段与所述远端部段之间的所测位移来测量所述远端部段上的力。
在示例3中，示例1或示例2的导管，其中所述电感式传感元件是多个电感式传感元件之一，所述多个电感式传感元件中的每个构造为测量所述近端部段与所述远端部段之间的位移。
在示例4中，示例3的导管，其中所述多个电感式传感元件包括围绕所述导管的纵向轴线布置的三个电感式传感元件。
在示例5中，示例3或示例4的导管，其中所述多个电感式传感元件中的每个定位在所述弹簧的中心穿孔内。
在示例6中，示例3或示例4的导管，其中所述弹簧是多个弹簧之一，并且其中所述多个电感式传感元件中的每个定位在所述多个弹簧之一的中心穿孔内。
在示例7中，示例1-6中任一个的导管，其中所述电感式传感元件定向为测量沿着大约平行于所述导管的纵向轴线的方向的位移。
在示例8中，示例1-7中任一个的导管，其中所述电感式传感元件包括：磁性芯体；以及导电线圈绕组，所述导电线圈绕组构造为连同在所述远端部段与所述近端部段之间的移动而相对于所述磁性芯体移动，其中所述导电线圈绕组的电感基于其相对于所述磁性芯体的位置而变化。
在示例9中，示例8的导管，其中所述磁性芯体相对于所述远端部段基本固定，并且其中所述导电线圈绕组相对于所述近端部段基本固定。
在示例10中，示例8或示例9的导管，其中所述电感式传感元件还包括在所述磁性芯体与所述导电线圈绕组之间的电绝缘管，其中所述导电线圈绕组安装到所述电绝缘管。
在示例11中，示例10的导管，其中所述导电线圈绕组包括在所述电绝缘管上的电迹线。
在示例12中，示例8或示例9的导管，其中所述导电线圈绕组包括绝缘层，其中所述绝缘层的至少一部分邻近所述磁性芯体。
在示例13中，示例8-12中任一个的导管，还包括在所述磁性芯体与所述导电线圈绕组之间的润滑层。
在示例14中，示例1-13中任一项所述的导管，其中所述远端部段包括构造为提供消融治疗的消融元件。
在示例15中，一种用于测量力的***，该***包括：根据示例1-14中任一个的导管；以及控制电路，其构造为接收来自所述电感式传感元件的表明所测位移的信号，并且基于对在所述远端部段上施加力的已知阻力以及所述近端部段与所述远端部段之间的所测位移，来计算所述远端部段上的力的大小和方向。
在示例16中，一种导管包括：近端部段；远端部段，所述导管构造为响应于在所述远端部段上施加力而允许所述远端部段与所述近端部段之间的相对移动；以及电感式传感元件，其构造为测量所述近端部段与所述远端部段之间的位移。
在示例17中，示例16的导管，还包括在所述近端部段与所述远端部段之间的弹簧，其中所述电感式传感元件构造为基于对在所述远端部段上施加力的已知阻力以及所述近端部段与所述远端部段之间的所测位移来测量所述远端部段上的力。
在示例18中，示例16的导管，其中所述电感式传感元件是多个电感式传感元件之一，所述多个电感式传感元件中的每个构造为测量所述近端部段与所述远端部段之间的位移。
在示例19中，示例18的导管，其中所述多个电感式传感元件包括围绕所述导管的纵向轴线布置的三个电感式传感元件。
在示例20中，示例18的导管，其中所述多个电感式传感元件中的每个定位在所述弹簧的中心穿孔内。
在示例21中，示例18的导管，其中所述弹簧是多个弹簧之一，并且其中所述多个电感式传感元件中的每个定位在所述多个弹簧之一的中心穿孔内。
在示例22中，示例16的导管，其中所述电感式传感元件定向为测量沿着大约平行于所述导管的纵向轴线的方向的位移。
在示例23中，示例16的导管，其中电感式传感元件包括：磁性芯体；以及导电线圈绕组，所述导电线圈绕组构造为连同在所述远端部段与所述近端部段之间的移动而相对于所述磁性芯体移动，其中所述导电线圈绕组的电感基于其相对于所述磁性芯体的位置而变化。
在示例24中，示例23的导管，其中所述磁性芯体相对于所述远端部段基本固定，并且其中所述导电线圈绕组相对于所述近端部段基本固定。
在示例25中，示例23的导管，其中所述电感式传感元件还包括在所述磁性芯体与所述导电线圈绕组之间的电绝缘管，其中所述导电线圈绕组安装到所述电绝缘管。
在示例26中，示例25的导管，其中所述导电线圈绕组包括在所述电绝缘管上的电迹线。
在示例27中，示例23的导管，其中所述导电线圈绕组包括绝缘层，其中所述绝缘层的至少一部分邻近所述磁性芯体。
在示例28中，示例23的导管，还包括在所述磁性芯体与所述导电线圈绕组之间的润滑层。
在示例29中，示例16的导管，其中所述远端部段包括构造为提供消融治疗的消融元件。
在示例30中，一种用于测量力的***包括：导管，该导管包括：近端部段；远端部段，所述导管构造为响应于在所述远端部段上施加力而允许所述远端部段与所述近端部段之间的相对移动；以及电感式传感元件，其构造为测量所述近端部段与所述远端部段之间的位移；以及控制电路，其构造为接收来自所述电感式传感元件的表明所测位移的信号，并且基于对在所述远端部段上施加力的已知阻力以及所述近端部段与所述远端部段之间的所测位移，来计算所述远端部段上的力的大小和方向。
在示例31中，示例30的***，其中所述电感式传感元件是多个电感式传感元件之一，所述多个电感式传感元件中的每个构造为测量所述近端部段与所述远端部段之间的位移。
在示例32中，示例31的***，其中所述多个电感式传感元件中的每个定位在所述弹簧的中心穿孔内。
在示例33中，示例31的***，其中所述弹簧是多个弹簧之一，并且其中所述多个电感式传感元件中的每个定位在所述多个弹簧之一的中心穿孔内。
在示例34中，示例30的***，其中所述远端部段包括构造为提供消融治疗的消融元件。
在示例35中，非暂时性计算机可读介质包括指令，用于使一个或更多个可编程处理器：接收来自电感式传感元件的表明所测位移的信号，所测位移代表响应于在远端部段上施加力而在导管的近端部段与远端部段之间的相对移动；基于对在所述远端部段上施加力的已知阻力以及所述近端部段与所述远端部段之间的所测位移，来计算所述远端部段上的力的大小和方向；以及将力的大小和方向的指示实时或近似实时地输出到用户界面。
尽管公开了多个示例，但本公开的再一些示例将从示出和描述本公开的说明性示例的以下详细描述中对于本领域技术人员变得显而易见。相应地，附图和详细描述被视为在本质上是说明性的而不是限制性的。
附图说明
图1A-1C示出了根据本公开的实施例的具有导管的用于测量位移的***，所述导管包括构造为测量导管的近端部段与远端部段之间的位移的电感式传感元件。
图2是根据本公开的实施例的用于控制包括电感式传感元件的导管的多种功能的电路的框图。
图3是根据本公开的实施例的导管的远端的透视图，所述导管包括构造为测量导管的近端部段与远端部段之间的位移的电感式传感元件。
图4是根据本公开的实施例的导管的远端的剖视图，所述导管包括构造为测量导管的近端部段与远端部段之间的位移的电感式传感元件。
图5示出了根据本公开的实施例的电感式传感元件的配置，所述电感式传感元件用于测量导管的近端部段与远端部段之间的位移，且在近端部段与远端部段之间具有单个弹簧。
图6A-6C示出了根据本公开的实施例的处于多个传感位置处的电感式传感元件。
图7示出了根据本公开的实施例的电感式传感元件的配置，所述电感式传感元件用于测量导管的近端部段与远端部段之间的位移，且在该配置中弹簧环绕电感式传感元件中的每个。
尽管本公开适合于多种修改和替代形式，但是特定示例已通过示例方式在附图中示出，并且在以下被详细描述。然而，意图不是要将本公开限制于所描述的特定示例。相反，本公开旨在覆盖如权利要求书所限定的落于本公开的精神内的所有修改方案、等同方案和替代方案。
具体实施方式
多种心脏异常可归因于心脏组织的不适当的电活动。这种不适当的电活动可以包括但不限于电信号的产生、电信号的传导和/或组织的机械收缩，使得其不支持高效和/或有效的心脏功能。例如，心脏组织的某区域可能在心动周期期间过早地或要不然不同步地变得电活性，从而导致该区域和/或相邻区域的心脏细胞无节奏地收缩。结果是未择时为用于最佳心输出量的异常心脏收缩。在一些情形中，心脏组织的某区域可能提供故障电路径(例如，短路)，其导致心率失常，比如心房颤动或室上性心动过速。在一些情形中，失活组织(例如，瘢痕组织)对于故障心脏组织可能是优选的。
心脏消融是一种手术，通过其治疗心脏组织以使组织失活。旨在消融的组织可能关联于不适当的电活动，如上所述。心脏消融能损伤组织并且防止组织不适当地产生或传导电信号。例如，直线、圆形或其它形式的损伤心脏组织能阻断错误电信号的传播。在一些情形中，心脏消融旨在引起心脏组织的死亡，并且使瘢痕组织重新形成在损伤部位上，在这里瘢痕组织不关联于不适当的电活动。损伤疗法包括电消融、射频消融、冷冻消融、微波消融、激光消融和外科手术消融等等。尽管心脏消融治疗在本文中作为示例被提及，但是本公开的多种示例可涉及其它类型的组织的消融和/或涉及非消融诊断和/或提供其它治疗的导管。
可通过微创方式来提供消融治疗，比如利用通过血管引入到心脏的导管，而不是通过外科手术打开心脏以直接进入(例如，如在外科心房迷宫手术中那样)。例如，可使用单个导管来执行心脏的内表面的电生理学研究，以识别电激活模式。从这些模式，临床医生能识别不适当的电活动区域，并且消融心脏组织以便杀死或隔离与不适当电激活相关联的组织。然而，在基于导管的手术中缺乏直接通路可能要求临床医生仅通过单个导管与心脏组织相互作用，并且掌握导管所收集的或以其它方式关联于手术的全部信息。特别地，可能具有挑战性的是确定治疗元件的位置(例如，对组织的接近程度)、损伤的质量、以及组织是否完全损伤、欠损伤(例如，仍能够产生或传导不期望的电信号)或过损伤(例如，烧穿或以其它方式弱化心脏壁)。损伤的质量可取决于消融元件与目标组织之间的接触程度。例如，勉强接触组织的消融元件可能未充分地定位为提供有效的消融治疗。相反地，过度按压到组织中的消融元件可能提供过多消融能量或者造成穿孔。
本公开涉及用于评估导管的一部分(例如，消融元件)与组织之间的接触程度的方法、装置和***等等。了解接触程度，比如导管与组织之间的接触所产生的力的大小和方向，可有利于确定目标组织的损伤程度。关于心脏组织的损伤程度的信息可用于确定组织是否应该被进一步损伤，或者组织是否被成功地消融，等等。附加地或替代地，当引导导管时，接触的指示信号可能是有用的，因为当导管在患者体内前进时，用户可能感觉不到从组织施加在导管上的力，从而导致血管或心脏组织受损或穿孔。
图1A-1C示出了用于感测来自身体内的数据和/或提供治疗的***100的示例。例如，***100可构造为标测心脏组织和/或消融心脏组织，等等。***100 包括经由把手114连接到控制单元120的导管110。导管110可包括细长管状构件，该细长管状构件具有与把手114连接的近端115以及构造为被引入到心脏 101或身体的其它区域内的远端116。如图1A中所示，导管110的远端116在左心房内。
如图1B中所示，导管110的远端116包括近端部段111、位置传感部段112 和远端部段113。近端部段111、位置传感部段112和远端部段113可以沿着基本取向彼此同轴地对齐，如图1B中所示。具体而言，近端部段111、位置传感部段112和远端部段113中的每个与共用纵向轴线109同轴地对齐。纵向轴线 109可延伸通过近端部段111、位置传感部段112和远端部段113中的每个的径向中心，并且可延伸通过作为一个整体的远端116的径向中心。近端部段111、位置传感部段112和远端部段113可被机械地偏置以取得基本取向。在一些示例中，近端部段111与远端部段113的同轴对齐可对应于基本取向。如示出的，远端116(至少沿着近端部段111、位置传感部段112和远端部段113)直线延伸。在一些示例中，近端部段111、位置传感部段112和远端部段113的这种直线布置可对应于基本取向。
远端部段113或任何其它部段可呈构造为感测电活动(比如电心脏信号) 的电极的形式。在另一些示例中，这种电极可附加地或替代地用于向组织提供消融能量。
导管110包括力传感能力。例如，如在图1B和图1C中所示的，导管110 构造为感测因与心脏101的组织117接合而产生的力。远端部段113可以是相对刚性的，而远端部段113的近端侧的部段可以是相对柔性的。特别地，位置传感部段112比起远端部段113和近端部段111可以是更柔性的，使得当导管110的远端116与组织117接合时，位置传感部段112弯曲，如图1C中所示。例如，导管110的远端116可以大体上是直的，如图1B中所示。当远端部段113 与组织117接合时，导管110的远端116可在位置传感部段112处弯曲，使得远端部段113相对于近端部段111移动。如图1B和图1C中所示，在位置传感部段112弯曲的同时，来自组织的法向力使远端部段113移动而脱离与近端部段 111同轴对齐(例如，相对于纵向轴线109)。如此，近端部段111和远端部段 113可以是刚硬的，以便不因力而发生弯曲，而位置传感部段112可以不那么刚硬，并且弯曲以适应施加在导管110的远端116上的力。在导管110的远端116 内的一个或更多个电感式传感元件能够感测位置传感部段112的弯曲程度，以确定力的大小和方向，如本文进一步讨论的。
***100的控制单元120包括用于显示信息的显示器121(例如，液晶显示器或阴极射线管)。控制单元120还包括用户输入装置122，其可以包括用于接收用户输入的一个或更多个按钮、双态键、轨迹球、鼠标、触摸板或类似物。用户输入装置122可以附加地或替代地定位在把手114上。控制单元120可包含用于执行本文提及的功能的控制电路。控制电路的一部分或全部可以替代地定位在把手114内。
图2示出了显示能够执行本文提及的功能的控制电路的示例的框图。该或其它控制电路可以容纳在控制单元120内，其可以包括单个壳体或多个壳体，部件分布在多个壳体间。控制电路可以附加地或替代地容纳在把手114内。控制单元120的部件可由电力供应器(未示出)供电，该电力供应器将电力供应到***100和控制单元120的部件中的任一个。电力供应器可以***到电源插座中和/或从电池提供电力，等等。
控制单元120可以包括导管接口123。导管接口123可以包括接收来自把手 114的线绳的插塞。导管110可以包括多个导体，用以在远端116与近端115之间传送电信号，以及进一步传送到导管接口123。是通过导管接口123使得控制单元120(和/或把手114，如果控制电路被包括在把手114中的话)能将电信号发送到导管110内的任何元件和/或接收来自导管110内的任何元件的电信号。导管接口123能将信号传导到控制单元120的部件中的任一个。
控制单元120可以包括超声子***124，其包括用于操作***100的超声功能的部件。尽管图2中示出的控制电路的所示示例包括超声子***124，但应该理解的是并非全部示例都包括超声子***124或用于使组织成像的任何电路。超声子***124包括构造为产生用于超声传输的信号的信号发生器以及信号处理部件(例如，高通滤波器)，所述信号处理部件构造为过滤和处理如在传感模式中由超声换能器接收到并且通过导管110中的导体传导到超声子***124的反射超声信号。超声子***124能经由导管接口123将信号发送到导管110内的元件和/或经由导管接口123接收来自导管110内的元件的信号。
控制单元120可以包括消融子***125。消融子***125包括用于操作*** 100的消融功能的部件。尽管图2中显示的控制电路的所示示例包括消融子***，但应该理解的是并非全部示例都可以包括消融子***125或者用于产生消融治疗的任何电路。消融子***125包括消融发生器，用以根据特定构造(例如，在待通过一个或更多个电极输出的射频消融的情况下的高频交流信号)提供不同的治疗输出。例如，在美国专利No.5,383,874和美国专利No.7,720,420中进一步描述了将消融能量提供到目标部位，这些专利中的每个通过引用以其整体并入，用于所有目的。消融子***125可以支持任何其它类型的消融治疗，比如微波消融。消融子***125能将信号或其它类型的消融能量通过导管接口123 传送到导管110。
控制单元120还包括力传感子***126。力传感子***126包括用于测量导管110所经受的力的部件。这类部件可以包括信号处理器、模数转换器、运算放大器、比较器和/或用于调节和测量一种或更多种信号的任何其它电路。力传感子***126能经由导管接口123将信号发送到导管110内的元件，和/或经由导管接口123接收来自导管110内的元件的信号。
超声子***124、消融子***125和力传感子***126中的每个可以将信号发送到处理器127，并且接收来自处理器127的信号。处理器127可以是用于执行计算机功能的任何类型的处理器。例如，处理器127能执行存储在存储器128 内的程序指令以实施本文提及的任何功能，比如确定导管110所经受的力的大小和方向。
控制单元120还包括输入/输出子***129，其可经由与一个或更多个用户界面的连接来支持用户输入和输出功能。例如，输入/输出子***129可以支持显示器121以显示本文提及的任何信息，比如组织、导管110以及导管110所经受的力的大小和方向的图示，等等。在一些示例中，这种信息的显示可以是实时的或者近似实时的，使得临床医生可以在外科手术期间接收关于导管110 所经受的力和/或位置的主动反馈，所述主动反馈足以允许临床医生基于由信息的实时或近似实时的显示所提供的主动反馈来控制导管以完成手术。输入/输出子***129能经由用户输入装置122记录密钥和/或其它输入条目，并且将条目路由到其它电路。
单个处理器127或多个处理器能执行一个或更多个子***的功能，并且正因如此，***可以共享控制电路。尽管本文中提出了不同的子***，但是电路可以在更多或更少数量的子***之间分配，这些子***可以被分别或一起容纳。在多个示例中，电路不分布在子***之间，而是被提供为统一的计算***。无论分布式或统一式，部件都能被电连接以协调并共享资源来执行功能。
图3示出了导管110的远端116的详细视图。如图3中所示，导管110包括导管轴132。导管轴132可从远端部段113延伸到把手114(图1A)，并且由此可沿着位置传感部段112、近端部段111并进一步向近端方向到近端115限定导管110的外表面(图1A)。导管轴132可以是由多种聚合物(比如聚氨酯、聚酰胺、聚醚嵌段酰胺、硅树脂和/或其它材料)形成的管。在一些示例中，导管轴132可以是相对柔性的，并且至少沿着位置传感部段112可以不对远端部段 113提供任何材料机械支撑(例如，通过沿着位置传感部段112薄化导管轴132 的壁来促进)。
如示出的，近端部段111可处于位置传感部段112的近端侧，并且邻近位置传感部段112。近端部段111的长度在不同示例之间可有所不同，并且可为五毫米到五厘米，但是不同的长度也是可能的。位置传感部段112的长度在不同示例之间也可有所不同，并且取决于如将在本文中进一步讨论的下方特征的长度。位置传感部段112邻近远端部段113。如图3中所示，远端部段113可由电极130 限定。电极130可为消融电极。在一些其它示例中，远端部段113可以不是电极。电极130可呈能够容纳其它部件的外壳形式。电极130可以包括多个端口 131。在一些示例中，端口131可以流体地连接到冲洗流体源，以冲洗邻近远端部段113的容积。在一些示例中，容纳在电极130内的一个或更多个超声换能器可通过端口131或通过末端外壳中的附加专用孔来传输和接收信号。附加地或代替换能器，一个或更多个微型电极可以被并入末端外壳组件中。
图4示出了在移除导管轴132以暴露处于导管轴132下方的各个部件之后的图3的导管110的远端116的内部的侧视图。图5示出了位置传感部段112，其包括用于测量导管110的近端部段134与远端部段136之间的位移的电感式传感元件140与处于近端部段134与远端部段136之间的单个弹簧138的配置。
如图4中所示，近端部段111可以包括近端毂134，远端部段113可以包括远端毂136，并且位置传感部段112可以包括一个或更多个电感式传感元件140。电感式传感元件140在近端毂134与远端毂136之间延伸，以便测量其间的位移。电感式传感元件140构造为输出指示近端部段111与远端部段113之间的相对移动的一个更多个信号。
近端毂134和远端毂136中的一者或两者可由聚合物材料(比如聚乙烯或 PEEK)形成，或者可由金属(比如不锈钢)形成。近端毂134和远端毂136中的一者或两者可由金属、聚合物和/或其它材料的复合物形成。
电感式传感元件140定位在弹簧138的中心穿孔内。弹簧138提供近端部段111与远端部段113之间的柔性结构连接。弹簧138可由弹性材料例如聚合物材料、金属(例如不锈钢、镍钛诺)或其它材料形成。在一些示例中，弹簧138 可以由不锈钢海波管形成，并且可以可选地包括横向狭槽，所述横向狭槽设计为提供期望的弯曲阻力和/或期望的运动范围。
来自电感式传感元件140的位置信息，当结合对位移的已知阻力、对于弹簧138的这种弹簧常数以及导管轴132时，来自电感式传感元件140的位移测量值还提供导管末端上的接触力的指示。此外，通过围绕共用纵向轴线109布置一个阵列的电感式传感元件140，还可以基于不同电感式传感元件140的相对运动来计算力方向信息。例如，可以围绕共用纵向轴线109布置三个或更多个电感式传感元件140以提供三维力信息。
在一些示例中，电感式传感元件140中的一个或更多个可以定向为测量沿着大约平行于纵向轴线109的方向的位移。在另一些示例中，电感式传感元件 140中的一个或更多个可以定向为测量沿着相对于纵向轴线109倾斜的方向的位移。在任一示例中，当确定位移测量值和接触力时，都应该考虑电感式传感元件140相对于近端毂134和远端毂136的机械构造。在一些特定示例中，电感式传感元件140可以构造为测量在约1毫米的范围内以1微米或更小值为增量的距离。当然，测量位置增量和范围的变化可根据设计要求进行，并且处于本公开的精神内。
在基本取向中，近端毂134、远端毂136和弹簧138可相对于纵向轴线109 同轴地对齐，如图4中所示。例如，纵向轴线109可延伸通过近端毂134、远端毂136和弹簧138中的每个的相应径向中心。内管146可延伸通过导管110(例如，从把手114，图1A)、通过近端毂134、弹簧138、以及远端毂136。内管 146可以包括一个或更多个管腔，在其内一个或更多个导体(未示出)可从近端 115(图1A)延伸到远端部段113，比如用于与一个或更多个电气元件(例如，超声换能器、电极、应变传感器、或其它部件)连接。冷却剂流体可被附加地或替代地路由通过内管146。在多个示例中，导管110是开放冲洗的(例如，通过多个端口131)，以允许冷却剂流体从远端部段113流出。多个其它示例涉及非冲洗式导管110。
系绳148可附接到近端毂134的近端。一起考虑图1A和图4，系绳148可附接到把手114内的偏转机构，以引起远端116的偏转。可以在把手114上使用旋钮、滑动件、或柱塞来在系绳148中产生张紧或松弛。
如图4中所示，位置传感部段112可从近端毂134的远端边缘延伸到远端毂136的近端边缘。如此，近端毂134可为近端部段111的一部分，并且甚至可以限定近端部段111的长度(图1A)。同样地，远端毂136可为远端部段113 的一部分。位置传感部段112可为被弹簧138主要地或完全地机械地支撑的相对柔性的部分。如此，近端毂134和远端毂136可比弹簧138更刚硬，使得被引导在远端部段113上的力导致远端116沿着弹簧138而不是沿着远端部段113 或近端部段111弯曲。
弹簧138的结构在不同示例中可以有所不同，并且弹簧138可以代表任何弹簧，其具有正确的尺寸要求和弹簧常数，使得在所需范围中的力可以得到测量。例如，弹簧138包括由细长材料(比如线、扁平带或其它形状的细长材料) 形成的螺旋线圈。在相同或不同示例中，弹簧138可以包括管状结构，其具有横向狭槽，比如垂直狭槽和/或倾斜狭槽。在相同或不同示例中，弹簧138可以包括在近端毂134与远端毂136之间串联或并联布置的多个弹簧元件。在相同或不同示例中，弹簧138可以提供对弯曲力的单向阻力或者对弯曲力的方向依赖性阻力。通过这种方式，弹簧138的构造可以呈任何种类的适当形式和结构，并且弹簧138的构造不应限于本公开的特定示例。
图6A-6C示出了在多个传感位置处的电感式传感元件140。更具体而言，图6A示出了在相对较低电感位置处的电感式传感元件140，图6B示出了在中等电感位置处的电感式传感元件140，并且图6C示出了在相对较高电感位置处的电感式传感元件140。
电感式位置传感器140包括三个功能部件，尽管这些部件的精确机械配置可以有所不同。电感式位置传感器140可以是任何类型的电感式传感器，其包括例如扁平线圈或围绕芯体缠绕的线圈。具体而言，电感式传感元件140包括磁性芯体152、线圈绕组156和绝缘层154，其发挥功能以使线圈绕组156和磁性芯体152电绝缘。电感式位置传感器140可以进一步包括在线圈绕组156与磁性芯体152之间的润滑层。
磁性芯体152包括磁性材料，比如铁磁性材料。磁性芯体152可以是单件或多部段材料。
线圈绕组156围绕磁性芯体152形成细长电导体的一组绕组。通常地，线圈绕组156可以由比如铜线等绝缘线形成。例如，线可以是规格大于50AWG的铜线。在另一些示例中，线圈绕组156可以代表被印刷或沉积在比如绝缘层154 等基板上的电迹线。
绝缘层154发挥功能以电气地分离线圈绕组156和磁性芯体152。在一些示例中，绝缘层154可以包括在线圈绕组156的线上的绝缘。替代地或附加地，绝缘层154可以包括聚合物管，比如聚酰亚胺，但是也可以使用比如塑料、陶瓷和金属等其它材料。例如，线圈绕组156可以安装到管。在一些这种示例中，管的长度可以长于线圈绕组156，使得即使当磁性芯体152的位置不与线圈绕组 156重叠(图6A )，仅与线圈绕组156部分地重叠(图6B )时，磁性芯体152也与线圈绕组156同轴地受到限制。在相同或不同示例中，相对较低磁导率的材料可以固定到磁性芯体152的一个或两个端部，以允许线圈绕组156滑动超过磁性芯体152的端部，同时保持与磁性芯体152同轴地受到限制。
在一些示例中，绝缘层154可以兼作线圈绕组156与磁性芯体152之间的润滑层。在相同或不同示例中，可以在线圈绕组156与磁性芯体152之间施加润滑物质，以在线圈绕组156相对于磁性芯体152移动期间减轻摩擦。
电感式位置传感器140可以进一步包括保护线圈绕组156的外侧的可选层，因为线圈绕组156的细长导体可能有点脆弱。
电感式位置传感器140基于线圈绕组156和磁性芯体152的相对位置经由线圈绕组156的引线158提供可检测的电感。例如，线圈绕组156所提供的电感L由以下公式1定义，其中n＝匝数，A＝芯体的面积，l＝线圈的长度，μ＝芯体的磁导率：
L＝μ*n2*A/l (公式1)
然而，芯体的磁导率根据线圈的芯体内的材料而有所不同。例如，空气的相对磁导率大约是1，而铁的相对磁导率大约是5000。为此原因，当磁性芯体152填满线圈绕组156的整个线圈容积时(图6C )，电感式传感元件140提供相对较高的电感。相比之下，当磁性芯体152完全在线圈绕组156的整个线圈容积外时(图6A )，电感式传感元件140提供相对较低的电感。在磁性芯体152部分地处于线圈绕组156的线圈容积内的情况下(图6B )，电感式传感元件140提供根据磁性芯体152位于线圈绕组156的线圈容积内的比例而有所不同的电感。通过这种方式，通过检测来自线圈绕组156的引线158的电感，线圈绕组156 相对于磁性芯体152的确切位置可以例如通过处理器127和力传感子***126 (图2)得到确定。
通过这种方式，随着磁性芯体152移动进出线圈绕组156的环形域，电感式传感元件140提供线圈绕组156的电感的变化。在图6A 的特定示例中，磁性芯体152刚好位于线圈绕组156的环形域外，但是仍在形成绝缘层154的管内。在这种状态下，磁性芯体152与线圈绕组156的磁场存在最小的相互作用以提供相对较低的电感。在图6B 的特定示例中，磁性芯体152的大部分已移动到线圈绕组165的环形域中，导致磁性芯体152与线圈绕组165之间的显著磁性相互作用，以提供中等水平的电感。最后，在图6C 的特定示例中，磁性芯体152突出到线圈绕组165的两个端部外，并且磁性芯体152与线圈绕组165之间的磁性相互作用高，从而得到最大电感的状态。
线圈绕组156可以构造为连同在远端部段136与近端部段134之间的移动相对于磁性芯体152移动，其中近端部段134的电感基于其相对于磁性芯体152 的位置而变化。在一些示例中，线圈绕组156可以相对于近端部段134基本固定，而磁性芯体152可以相对于导管110的远端部段136基本固定。例如，将线圈绕组156基本固定到近端部段134能够有助于从导管110的近端到引线158 的更容易连接。在另一些示例中，线圈绕组156中的一个或更多个可以相对于远端部段136基本固定，且相应的磁性芯体152相对于导管110的近端部段134基本固定。
图7示出了位置传感部段162，其代表对位置传感部段112(图5)的替代方案。与位置传感部段112类似，位置传感部段162包括用于测量导管110的近端部段134与远端部段136之间的位移的电感式传感元件140的配置。与位置传感部段112形成对比，位置传感部段162包括多个弹簧168，且电感式传感元件140之一定位在弹簧168之一的中心穿孔内，使得弹簧168之一环绕电感式传感元件140中的每个。位置传感部段162的相同标记的元件应该视为与位置传感部段112的相应相同标记的元件相同或相似。为简洁起见，相对于位置传感部段112描述的与位置传感部段162相同或相似的细节将相对于位置传感部段162被有限地或不详细地描述。
弹簧168提供近端部段111与远端部段113之间的柔性结构连接。弹簧168 可以各自由弹性材料例如聚合物材料、金属(例如不锈钢、镍钛诺)或其它材料形成。在一些示例中，弹簧168可以各自由不锈钢海波管形成，并且可以可选地包括横向狭槽，所述横向狭槽设计为提供期望的弯曲阻力和/或期望的运动范围。
来自电感式传感元件140的位置信息，当结合对位移的已知阻力、对于弹簧168的这种弹簧常数以及导管轴132(图3)时，来自电感式传感元件140的位移测量值还提供导管末端上的接触力的指示。此外，通过围绕共用纵向轴线布置一个阵列的电感式传感元件140，还可以基于不同电感式传感元件140的相对运动来计算力方向信息。例如，可以围绕共用纵向轴线布置三个或更多个电感式传感元件140以提供三维力信息。
如图7中所示，位置传感部段162可从近端毂134的远端边缘延伸到远端毂136的近端边缘。如此，近端毂134可为近端部段111的一部分，并且甚至可以限定近端部段111的长度(图1A)。同样地，远端毂136可为远端部段113 的一部分。位置传感部段162可为被弹簧168主要地或完全地机械地支撑的相对柔性的部分。如此，近端毂134和远端毂136可比弹簧168更刚硬，使得被引导在远端部段113上的力导致远端116沿着弹簧168而不是沿着远端部段113 或近端部段111弯曲。
弹簧168的结构在不同示例中可以有所不同。弹簧168中的每个可以代表任何弹簧，其具有正确的尺寸要求和弹簧常数，使得在所需范围中的力可以得到测量。例如，弹簧168中的一个或更多个可以包括由细长材料(比如线、扁平带或其它形状的细长材料)形成的螺旋线圈。在相同或不同示例中，弹簧168 中的一个或更多个可以包括管状结构，其具有横向狭槽，比如垂直狭槽和/或倾斜狭槽。在相同或不同示例中，弹簧168中的一个或更多个可以包括在近端毂134与远端毂136之间串联或并联布置的多个弹簧元件。在相同或不同示例中，弹簧168中的一个或更多个可以提供对弯曲力的单向阻力或者对弯曲力的方向依赖性阻力。此外，弹簧168可以各自相对于彼此具有大致相同的结构，或者各个弹簧168可以相对于一个或更多个其它弹簧168提供独特的结构。通过这种方式，弹簧168的构造可以呈任何种类的适当形式和结构，并且弹簧168的构造不应限于本公开的特定示例。
本文公开的各种技术可以由计算机程序指令执行。这些程序指令可以被提供到处理器，比如处理器127。计算机程序指令可以由处理器执行，以使一系列操作步骤被处理器执行，以产生计算机执行的过程。计算机程序指令还可以使至少一些操作步骤被平行执行。此外，一部分步骤还可以跨越多于一个的处理器得到执行。此外，一个或更多个过程还可以与其它过程同时得到执行，或者甚至以不同于所示的顺序得到执行，而不背离本发明的范围或精神。
计算机程序指令可存储在任何适当的计算机可读介质(包括任何非暂时性计算机可读介质)上，包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、快闪存储器或其它存储技术、CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)或其它光学存储器、磁盒、磁带、磁盘存储器或其它磁性存储装置、或可用于存储所需信息并且可被计算装置比如控制单元120访问的任何其它介质。
在不背离本公开的范围的情况下，可以对讨论的示例性示例进行多种修改和增加。例如，尽管上述示例涉及特定特征，但是本公开的范围还包括具有不同特征组合的示例以及不包括全部所描述特征的示例。因此，本公开的范围旨在包括如落在权利要求书的范围内的所有这种替代方案、修改和变型及其所有等同方案。

Claims (12)

1.一种导管，包括：
近端部段；
远端部段，所述导管构造为响应于在所述远端部段上施加力而允许所述远端部段与所述近端部段之间的相对移动；以及
电感式传感元件，其构造为测量所述近端部段与所述远端部段之间的位移，其中所述电感式传感元件包括：
导电线圈绕组；
磁性芯体，其被部分地接收在所述导电线圈绕组内；和
电绝缘管，其处于所述磁性芯体与所述导电线圈绕组之间，其中所述导电线圈绕组安装到所述电绝缘管，并且其中所述管具有长于所述导电线圈绕组的长度的长度，使得所述磁性芯体被同轴地限制在所述线圈绕组内，
其中所述导电线圈绕组被构造成连同在所述远端部段与所述近端部段之间的移动而相对于所述磁性芯体移动，其中所述导电线圈绕组的电感基于其相对于所述磁性芯体的位置而变化。
2.根据权利要求1所述的导管，还包括：在所述近端部段与所述远端部段之间的弹簧，其中所述电感式传感元件构造为基于对在所述远端部段上施加力的已知阻力以及所述近端部段与所述远端部段之间的所测位移来测量所述远端部段上的力。
3.根据权利要求2所述的导管，其中，所述电感式传感元件是多个电感式传感元件之一，所述多个电感式传感元件中的每个构造为测量所述近端部段与所述远端部段之间的位移。
4.根据权利要求3所述的导管，其中，所述多个电感式传感元件包括围绕所述导管的纵向轴线布置的三个电感式传感元件。
5.根据权利要求3所述的导管，其中，所述多个电感式传感元件中的每个定位在所述弹簧的中心穿孔内。
6.根据权利要求3所述的导管，
其中所述弹簧是多个弹簧之一，并且
其中所述多个电感式传感元件中的每个定位在所述多个弹簧之一的中心穿孔内。
7.根据权利要求1所述的导管，其中，所述电感式传感元件定向为测量沿着大约平行于所述导管的纵向轴线的方向的位移。
8.根据权利要求1所述的导管，
其中所述磁性芯体相对于所述远端部段基本固定，并且
其中所述导电线圈绕组相对于所述近端部段基本固定。
9.根据权利要求1所述的导管，其中，所述导电线圈绕组包括在所述电绝缘管上的电迹线。
10.根据权利要求1所述的导管，还包括：在所述磁性芯体与所述导电线圈绕组之间的润滑层。
11.根据权利要求10所述的导管，其中，所述远端部段包括构造为提供消融治疗的消融元件。
12.一种用于测量力的***，所述***包括：
根据权利要求1-11中任一项所述的导管；以及
控制电路，其构造为接收来自所述电感式传感元件的表明所测位移的信号，并且基于对在所述远端部段上施加力的已知阻力以及所述近端部段与所述远端部段之间的所测位移，来计算所述远端部段上的力的大小和方向。
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