一种测量压力导管受力的方法与流程

本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及一种测量压力导管受力的方法。

背景技术：

电生理导管上的力传感技术是最近几年发展起来的技术。该技术在导管的头端内置一个力传感器，以测量在电生理手术时电生理导管头端与消融组织之间的接触力。当前医学研究发现电生理消融造成的穿孔率与电生理消融导管头端与组织之间的接触力有一定的关系。

近几年推出了CF(导管头端受力)电生理导管，这种电生理导管是在Carto(一种电生理标测系统)的基础上新增模块来测量CF值，其原理是通过在变形体的圆周上均匀分布的三个微型线圈，使的当导管头端受力时变形体变形影响三个线圈的空间位置，再通过变形体上另一端的接收线圈来接受三个微型线圈的空间磁向量，从而得出变形体的应变，再通过解调计算设备还原出导管头端的CF值。

以往的计算方法基本都是基于数学张量的计算，计算复杂容易出错。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题提供一种测量压力导管受力的方法，实现对压力导管的简单精确检测。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种测量压力导管受力的方法，所述方法包括以下步骤：

S1、通过测力计测量压力导管的受力，通过光栅压力传感器检测压力导管应变信号，并通过光栅解调仪解调所述光栅压力传感器检测的信号，得到所述压力导管的应变；

S2、利用所述测力计测量得到的受力以及所述光栅解调仪解调得到的应变计算第一修正参数和第二修正参数；

S3、利用所述第一修正值参数和第二修正参数建立压力检测模型：

F₁＝K₁·E_max

F₂＝K₂·E_a2

式中，K1表示所述第一修正参数，K2表示所述第二修正参数，F1表示所述压力导管受到的径向力，F2表示所述压力导管受到的轴向力，E_max表示所述压力导管的最外层应变，E_a2表示所述轴向力引起的第一轴向应变；

S4、实际检测中，利用由所述光栅解调仪测量的所述压力导管的应变以及所述压力检测模型计算得到所述压力导管受到的径向力和轴向力，并计算所述压力导管受到的合力。

优选地，所述步骤S3建立所述压力检测模型之后还包括计算压力修正值的步骤：

改变所述压力导管的受力，利用由所述光栅解调仪解调得到的所述压力导管的应变以及所述压力检测模型计算得到所述压力导管受到的径向力和轴向力，并计算当前所述压力导管受到的合力；

利用测力计测量所述压力导管的受力；

计算当前所述压力导管受到的合力和所述测力计测量所述压力导管的受力的差值，作为所述压力修正值，并利用所述压力修正值对所述步骤S4计算的所述压力导管受到的合力进行修正。

优选地，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、通过测力计测量压力导管的受力，并将所述测力计测量的所述压力导管的受力分解为沿压力导管轴向的轴向力以及沿压力导管径向的径向力；

S12、通过光栅压力传感器检测压力导管应变信号，并通过光栅解调仪解调光栅压力传感器检测的信号得到所述压力导管的应变，并将所述应变分解为径向应变和轴向应变，其中，所述径向应变与所述径 向力引起，所述轴向应变与所述轴向力引起。

优选地，所述步骤S12中，通过所述光栅解调仪测量的所述压力导管的应变包括三个应变：第一应变、第二应变以及第三应变；其中，第一应变分解为第一径向应变和所述第一轴向应变，第二应变分解为第二径向应变和第二轴向应变，第三应变分解为第三径向应变和第三轴向应变；

所述三个应变由三个所述光栅压力传感器的检测信号经过解调得到，三个所述光栅压力传感器均匀分布于所述压力导管的变形体的一个圆周上。

优选地，所述步骤S2中，利用如下公式计算所述第一修正参数和第二修正参数：

$K_1=\frac{F_1}{E_{\max }}$

$K_2=\frac{F_2}{E_{a2}}$

式中，F1表示所述测力计测量的所述压力导管受到的径向力，F2表示所述测力计测量的所述压力导管受到的轴向力，K1表示所述第一修正参数，K2表示所述第二修正参数，E_max表示所述压力导管的最外层应变，E_a2表示所述轴向力引起的所述第一轴向应变。

优选地，所述压力导管的最外层应变E_max通过如下公式计算：

$E_{\max }=\frac{E_{a1}}{\frac{\sqrt{3}K}{\sqrt{4+4K={4K}^2}}}$

其中，

$K=\frac{E_{a1}}{E_{b1}}$

E_a1+E_b1+E_c1＝0

E_a2＝E_b2＝E_c2

式中，Ea1表示所述第一径向应变，Eb1表示所述第二径向应变， Ec1表示所述第三径向应变，Ea2表示所述第一轴向应变，Eb2表示所述第二轴向应变，Ec2表示所述第三轴向应变。

优选地，所述步骤S4中，按照如下公式计算所述压力导管受到的合力：

$F=\sqrt{{F_1}^2+{F_2}^2}$

式中，F表示所述压力导管受到的合力，F1表示所述压力导管受到的径向力，F2表示所述压力导管受到的轴向力。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

S5、计算所述压力导管与组织壁的夹角：

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{F_1}{F}$

式中，θ表示所述压力导管与组织壁的夹角，F表示所述压力导管受到的合力，F1表示所述压力导管受到的径向力。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明的方法能准确、简单、快速的检测压力导管的受力。

附图说明

图1为本发明的一种测量压力导管受力的方法的流程图；

图2为本发明中压力导管连接光栅传感器示意图；

图3为本发明中压力导管受力实力图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明的一种测量压力导管受力的方法的流程图，本发明的方法包括以下步骤：

S1、通过测力计测量压力导管的受力，通过光栅压力传感器检测压力导管应变信号，并通过光栅解调仪解调所述光栅压力传感器检测的信号，得到所述压力导管的应变；

S2、利用所述测力计测量得到的受力以及所述光栅解调仪解调得 到的应变计算第一修正参数和第二修正参数；

S3、利用所述第一修正值参数和第二修正参数建立压力检测模型：

F₁＝K₁·E_max

F₂＝K₂·E_a2

式中，K1表示所述第一修正参数，K2表示所述第二修正参数，F1表示所述压力导管受到的径向力，F2表示所述压力导管受到的轴向力，E_max表示所述压力导管的最外层应变，E_a2表示所述轴向力引起的第一轴向应变；

S4、实际检测中，利用由所述光栅解调仪测量的所述压力导管的应变以及所述压力检测模型计算得到所述压力导管受到的径向力和轴向力，并计算所述压力导管受到的合力。

本发明的方法能准确、简单、快速的检测压力导管的受力

进一步地，所述步骤S3建立所述压力检测模型之后还包括计算压力修正值的步骤：

改变所述压力导管的受力，利用由所述光栅解调仪解调得到的所述压力导管的应变以及所述压力检测模型计算得到所述压力导管受到的径向力和轴向力，并计算当前所述压力导管受到的合力；

利用测力计测量所述压力导管的受力；

计算当前所述压力导管受到的合力和所述测力计测量所述压力导管的受力的差值，作为所述压力修正值，并利用所述压力修正值对所述步骤S4计算的所述压力导管受到的合力进行修正。

进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、通过测力计测量压力导管的受力，并将所述测力计测量的所述压力导管的受力分解为沿压力导管轴向的轴向力以及沿压力导管径向的径向力；

S12、通过光栅压力传感器检测压力导管应变信号，并通过光栅解调仪解调光栅压力传感器检测的信号得到所述压力导管的应变，并将所述应变分解为径向应变和轴向应变，其中，所述径向应变与所述径 向力引起，所述轴向应变与所述轴向力引起。

进一步地，所述步骤S12中，通过所述光栅解调仪测量的所述压力导管的应变包括三个应变：第一应变、第二应变以及第三应变；其中，第一应变分解为第一径向应变和所述第一轴向应变，第二应变分解为第二径向应变和第二轴向应变，第三应变分解为第三径向应变和第三轴向应变；

所述三个应变由三个所述光栅压力传感器的检测信号经过解调得到，三个所述光栅压力传感器均匀分布于所述压力导管的变形体的一个圆周上。

所述步骤S2中，利用如下公式计算所述第一修正参数和第二修正参数：

$K_1=\frac{F_1}{E_{\max }}$

$K_2=\frac{F_2}{E_{a2}}$

式中，F1表示所述测力计测量的所述压力导管受到的径向力，F2表示所述测力计测量的所述压力导管受到的轴向力，K1表示所述第一修正参数，K2表示所述第二修正参数，E_max表示所述压力导管的最外层应变，E_a2表示所述轴向力引起的第一轴向应变。

所述压力导管的最外层应变E_max通过如下公式计算：

$E_{\max }=\frac{E_{a1}}{\frac{\sqrt{3}K}{\sqrt{4+4K={4K}^2}}}$

其中，

$K=\frac{E_{a1}}{E_{b1}}$

E_a1+E_b1+E_c1＝0

E_a2＝E_b2＝E_c2

式中，Ea1表示所述第一径向应变，Eb1表示所述第二径向应变， Ec1表示所述第三径向应变，Ea2表示所述第一轴向应变，Eb2表示所述第二轴向应变，Ec2表示所述第三轴向应变。压力导管的棒材受到力矩弯曲时，其材料的应变在垂直于受力方向的每一层均随距离中心层的距离增大而增大。本发明在压力导管的形变体上安装三个光栅压力传感器，其检测信号传递给光栅解调仪进行解调得到三个应变，如图2所示。三个栅压力传感器均匀分布于所述压力导管的一个圆周上，即三个光栅压力传感器以相互之间成120度夹角的形式分布于压力导管的轴向方向的一个圆周上，所述圆周为正圆，并非椭圆等其他形式的圆形。

进一步地，所述步骤S4中，按照如下公式计算所述压力导管受到的合力：

$F=\sqrt{{F_1}^2+{F_2}^2}$

式中，F表示所述压力导管受到的合力，F1表示所述压力导管受到的径向力，F2表示所述压力导管受到的轴向力，如图3所示。

进一步地，本发明的方法还包括以下步骤：

S5、计算所述压力导管与组织壁的夹角：

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{F_1}{F}$

式中，θ表示所述压力导管与组织壁的夹角，F表示所述压力导管受到的合力，F1表示所述压力导管受到的径向力。

如图3，通过步骤S5可以计算出导管受力的方向，即导管与组织贴靠时的角度，便于,判断导管头端与组织贴靠的面积(因为垂直接触和平行接触的面积是不同的)，以做出相应的调整。

对应于本发明的方法，公开一种压力导管受力检测装置，本发明的装置包括：测力计，用于检测压力导管的受力；光栅压力传感器，设置于所述压力导管的变形体上，用于检测压力导管的应变信号；光栅解调仪，与所述压力导管的光栅压力传感器连接，用于解调所述光栅压力传感器的信号得到所述压力导管的应变；以及处理器，与所述 光栅解调仪连接，利用所述测力计测量得到的受力以及所述光栅解调仪测量的应变建立压力检测模型，并在检测过程中利用由所述光栅解调仪测量的所述压力导管的应变以及所述压力检测模型计算得到所述压力导管受到的径向力和轴向力，计算所述压力导管受到的合力。

压力导管包括导管头端和变形体，如图1所示，压力导管受力时其变形体会弯曲，位于变形体上面的传感器检测到形变，将信号传送给光栅解调仪，有光栅解调仪处理得到应变。优选地，所述光栅解调仪为的型号为SM130，为美国MiCROPIC公司的光纤光栅解调仪，但不限于此一种设备，也可用其他同类设备代替。从图1中看到，压力导管所受的力F可以分解为两个力：分别为沿着导管轴向的力F1和垂直导管轴向的力F2。在测试的时候，分别给导管单纯的F1和F2受力，通过光纤解调仪SM130检测应变。

进一步地，所述处理器包括受力分析单元，其将所述测力计测量的所述压力导管的受力分解为沿压力导管轴向的轴向力以及沿压力导管径向的径向力；且所述受力分析单元将所述应变分解为径向应变和轴向应变，其中，所述径向应变与所述径向力引起，所述轴向应变与所述轴向力引起。优选地，光栅压力传感器为三个，并且均匀分布于所述压力导管的一个圆周上，即三个光栅压力传感器以相互之间成120度夹角的形式分布于压力导管的轴向方向的一个圆周上，所述圆周为正圆，并非椭圆等其他形式的圆形，因此所述光栅解调仪解调得到的应变包括三个应变：第一应变、第二应变以及第三应变；其中，第一应变分解为第一径向应变和第一轴向应变，第二应变分解为第二径向应变和第二轴向应变，第三应变分解为第三径向应变和第三轴向应变。

进一步地，所述处理器包括模型建立单元，其利用所述测力计测量得到的受力以及所述光栅解调仪测量的应变计算第一修正参数和第二修正参数，并利用所述第一修正值参数和第二修正参数建立压力检测模型：

F₁＝K₁·E_max

F₂＝K₂·E_a2

式中，K1表示所述第一修正参数，K2表示所述第二修正参数，F1表示所述压力导管受到的径向力，F2表示所述压力导管受到的轴向力，E_max表示所述压力导管的最外层应变，E_a2表示所述轴向力引起的第一轴向应变。

所述模型建立单元利用如下公式计算所述第一修正参数和第二修正参数：

$K_1=\frac{F_1}{E_{\max }}$

$K_2=\frac{F_2}{E_{a2}}$

式中，F1表示所述测力计测量的所述压力导管受到的径向力，F2表示所述测力计测量的所述压力导管受到的轴向力，K1表示所述第一修正参数，K2表示所述第二修正参数，E_max表示所述压力导管的最外层应变，E_a2表示所述轴向力引起的第一轴向应变。

所述模型建立单元利用如下公式计算压力导管的最外层应变E_max：

$E_{\max }=\frac{E_{a1}}{\frac{\sqrt{3}K}{\sqrt{4+4K={4K}^2}}}$

其中，

$K=\frac{E_{a1}}{E_{b1}}$

E_a1+E_b1+E_c1＝0

E_a2＝E_b2＝E_c2

式中，Ea1表示所述第一径向应变，Eb1表示所述第二径向应变，Ec1表示所述第三径向应变，Ea2表示所述第一轴向应变，Eb2表示所述第二轴向应变，Ec2表示所述第三轴向应变。

进一步地，所述处理器按照如下公式计算所述压力导管受到的合 力：

$F=\sqrt{{F_1}^2+{F_2}^2}$

式中，F表示所述压力导管受到的合力，F1表示所述压力导管受到的径向力，F2表示所述压力导管受到的轴向力。

进一步地，所述处理器还包括修正单元，改变所述压力导管的受力，利用由所述光栅解调仪测量的所述压力导管的应变以及所述压力检测模型计算得到所述压力导管受到的径向力和轴向力，计算当前所述压力导管受到的合力；计算当前所述压力导管受到的合力和由所述测力计测量所述压力导管的受力的差值，作为压力修正值，并利用所述压力修正值对所述压力导管受到的合力进行修正。

进一步地，所述处理器按照如下公式计算所述压力导管与组织壁的夹角：

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{F_1}{F}$

式中，θ表示所述压力导管与组织壁的夹角，F表示所述压力导管受到的合力，F1表示所述压力导管受到的径向力。。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。