ДАТЧИК СИЛЫ И ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ КАТЕТЕР
FORCE SENSOR AND ELECTROPHYSIOLOGICAL CATHETER

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к области техники медицинских инструментов и, более конкретно, к датчику силы и электрофизиологическому катетеру.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В последние годы были разработаны катетерные системы для интервенционного лечения, например, аритмий сердца и стабильной гипертензии. Например, при лечении фибрилляции предсердий, одного типа аритмии сердца, абляционный или картирующий катетер может быть введен в сердце через вену или артерию для нахождения положения или пути аберрантных электрических сигналов посредством эндокардиального картирования, и затем в это положение или путь может быть подана энергия для их абляции для устранения или изменения нежелательных электрических сигналов, посредством чего обеспечиваются лечебные результаты. Другим примером является лечение стабильной гипертензии посредством абляции почечной артерии, при котором абляционный катетер может быть артериально введен в артерию, соединяющую брюшной отдел аорты и почку, для абляции и блокирования парасимпатического нервного пути для снижения кровяного давления.
При абляционной терапии считается очень важным, насколько сильно электрод, расположенный на дистальном конце используемого катетера, контактирует с целевой стенкой сосуда или тканью. Слабый контакт будет приводить к поверхностному абляционному повреждению и, таким образом, будет неспособен обеспечить эффективную блокаду аберрантных электрических сигналов или проводимости нервов. Однако избыточно сильный контакт, вероятно, может приводить к перфорации ткани, т.е., к повышению риска возникновения угрозы безопасности. Для предотвращения этих проблем существующие катетеры этого типа с датчиками силы на дистальном конце могут эффективно воспринимать силу контакта между электродом и стенкой сосуда или тканью. Например, в таком катетере могут быть обеспечены магнитные датчики положения для восприятия силы контакта между его дистальным концом и целевым органом. Однако такие датчики на практике страдают от некоторых ограничений, таких как тенденция давать искаженные результаты вследствие помех от внешних магнитных полей и ограничение других функциональностей катетера, таких как трехмерное магнитное позиционирование, вследствие использования магнитных полей. Также существуют катетерные системы, использующие чувствительные к силе материалы в качестве датчиков силы для восприятия нагрузок на дистальном конце. Хотя такие системы пригодны для измерения аксиальной нагрузки, они являются неточными при измерении неаксиальной нагрузки. Также существуют другие катетеры, использующие волоконнооптические системы для восприятия сил контакта со стенкой сосуда или органом, но их трудно упаковывать и изготавливать, а также они являются дорогостоящими и требуют внешних устройств обеспечения электрических сигналов.
На фиг. 1 схематично показан общепринятый электрофизиологический катетер с датчиком силы, проходящий через внутрисердечную направляющую канюлю. Как показано на фиг. 1, направляющая канюля 20 устанавливает канал, через который электрофизиологический катетер с датчиком 10 силы может быть доставлен в тело для выполнения соответствующей интервенционной процедуры. Электрофизиологический катетер может быть абляционным катетером, картирующим катетером или электрофизиологическим катетером другого типа.
Электрофизиологический катетер включает в себя дистальный конец, на котором расположен датчик 10 силы. Датчик 10 силы выполнен с возможностью получать величину и направление силы контакта, которая возникает, когда дистальный конец катетера приводится в контакт с поверхностью стенки сосуда или ткани. Другими словами, датчик 10 силы выполнен с возможностью измерять силу противодействия в ответ на силу контакта, прикладываемую дистальным концом катетера к стенке сосуда или ткани.
На практике, для направления таких электрофизиологических катетеров на различные целевые места, проектируют отличные направляющие канюли 20 с дистальными концами, имеющими разные криволинейные формы. Дополнительно, такая направляющая канюля 20 должна быть сконструирована таким образом, чтобы она была относительно жесткой, для сохранения спроектированной криволинейной формы при обеспечении того, чтобы соответствующий электрофизиологический катетер мог достигнуть целевого места. Следовательно, когда электрофизиологический катетер направляется через направляющую канюлю 20, датчик 10 силы, как правило, подвергается сильной деформации под действием значительных сил, прикладываемых направляющей канюлей 20.
Это требует того, чтобы датчик 10 силы мог выдерживать большие изгибающие нагрузки. Иначе под действием большой силы датчик 10 силы может разрушиться, что приведет к отказу или к сокращенному сроку службы датчика деформаций, находящегося в нем, вследствие нагрузки, превышающей его диапазон измерений.
Как показано на фиг. 2, общепринятый датчик 10 силы может включать в себя упругую трубку 1, имеющую стенку, в которой образованы один или более пробитых поперечных пазов 11 (т.е., паз, сформированный посредством прорезания стенки упругой трубки 1) для увеличения упругости упругой трубки 1 (особенно металлической трубки) и усиления любой ее деформации под действием поперечных пазов 11. Тогда датчик деформаций на упругой трубке 1 может воспринимать усиленную деформацию и выводить электрический сигнал, указывающий на ее изменение. Предпочтительно, такие множественные поперечные пазы 11 формируют вдоль разных периферических окружностей и разносят друг от друга в круговом направлении со смещением. А именно, ортогональные проекции этих поперечных пазов 11 на одну плоскость предпочтительно распределены в смещенной в круговом направлении схеме.
Каждый поперечный паз 11 является дугообразным пазом, вырезанным вдоль окружности стенки упругой трубки 1 и снабженным на каждом из обоих его противоположных концов продольным пазом 12 для ослабления концентрации напряжений на противоположных концах поперечного паза 11 и, таким образом, увеличения его прочности на растяжение.
Однако, как показано на фиг. 3a и 3b, когда упругая трубка 1 растягивается под действием силы, поперечный паз 11 будет аксиально деформироваться на обеих его аксиальных сторонах от начальных положений, указанных пунктирными линиями на фигуре, что будет все же приводить к проблеме «концентрации напряжений» на противоположных концах. В частности, когда деформация превышает некоторый предел, поперечный паз 11 может растрескаться или даже разрушиться на противоположных концах, что приведет к устойчивому отказу датчика деформаций вследствие избыточной деформирующей нагрузки, превышающей его максимальный диапазон измерений.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение датчика силы и электрофизиологического катетера. Датчик силы может быть эффективно предохранен от любого значительного воздействия при направлении электрофизиологического катетера через канюлю. Таким образом, он удерживается в пределах заданного диапазона деформаций, что предотвращает разрушение упругой трубки датчика и обеспечивает увеличенный срок службы любого датчика деформаций, находящегося в нем.
Для решения вышеупомянутой задачи настоящее изобретение обеспечивает датчик силы, содержащий упругую трубку и датчик деформаций, расположенный на упругой трубке, причем:
датчик силы дополнительно содержит прорезанный поперечный паз, сформированный в упругой трубке, причем поперечный паз имеет первую стенку и вторую стенку;
датчик силы дополнительно содержит по меньшей мере одну первую ограничивающую структуру, расположенную между двумя противоположными концами поперечного паза, причем каждая из упомянутой по меньшей мере одной первой ограничивающей структуры содержит первый ограничивающий участок и второй ограничивающий участок, причем первый ограничивающий участок соединен с первой стенкой, второй ограничивающий участок соединен со второй стенкой; и
когда поперечный паз деформируется аксиально, первый ограничивающий участок и второй ограничивающий участок способны ответно друг относительно друга до тех пор, пока они не сцепятся друг с другом.
Для решения вышеупомянутой задачи настоящее изобретение дополнительно обеспечивает электрофизиологический катетер, содержащий дистальный конец и вышеупомянутый датчик силы, расположенный на дистальном конце.
Предпочтительно, первый ограничивающий участок является охватывающим участком с первой внутренней поверхностью, и второй ограничивающий участок является охватываемым участком со второй внешней поверхностью, причем первая внутренняя поверхность и вторая внешняя поверхность расположены напротив друг друга и образуют зазор между первой внутренней поверхностью и второй внешней поверхностью, и причем второй ограничивающий участок заключен в пределах первого ограничивающего участка.
Предпочтительно, датчик силы содержит множество первых ограничивающих структур, разнесенных друг от друга по одной и той же круговой поверхности.
Предпочтительно, охватываемый участок и охватывающий участок соответствуют друг другу по форме.
Предпочтительно, датчик силы дополнительно содержит по меньшей мере одну вторую ограничивающую структуру, расположенную между противоположными концами поперечного паза, причем каждая из упомянутой по меньшей мере одной второй ограничивающей структуры содержит третий ограничивающий участок, соединенный с первой стенкой, и четвертый ограничивающий участок, соединенный со второй стенкой, и
когда поперечный паз деформируется аксиально, третий ограничивающий участок и четвертый ограничивающий участок способны ответно друг относительно друга до тех пор, пока они не сцепятся друг с другом.
Предпочтительно, третий ограничивающий участок является охватываемым участком с третьей внешней поверхностью, и четвертый ограничивающий участок является охватывающим участком с четвертой внешней поверхностью, причем третья внешняя поверхность и четвертая внешняя поверхность расположены напротив друг друга и образуют зазор между третьей внешней поверхностью и четвертой внешней поверхностью, и причем третий ограничивающий участок заключен в пределах четвертого ограничивающего участка.
Предпочтительно, первый ограничивающий участок, второй ограничивающий участок, третий ограничивающий участок и четвертый ограничивающий участок имеют одинаковую форму.
Предпочтительно, датчик силы содержит множество первых ограничивающих структур, и причем каждая из упомянутой по меньшей мере одной второй ограничивающей структуры расположена между двумя соседними из упомянутых первых ограничивающих структур, третий ограничивающий участок является участком между двумя соседними из упомянутых первых ограничивающих участков, и четвертый ограничивающий участок является зазором между двумя соседними из упомянутых вторых ограничивающих участков.
Предпочтительно, внешняя поверхность второго ограничивающего участка и внешняя поверхность третьего ограничивающего участка расположены аксиально напротив друг друга и образуют зазор между внешней поверхностью второго ограничивающего участка и внешней поверхностью третьего ограничивающего участка.
Предпочтительно, второй ограничивающий участок содержит второй вертикальный участок и второй горизонтальный участок, и третий ограничивающий участок содержит третий вертикальный участок и третий горизонтальный участок, причем второй вертикальный участок соединен со второй стенкой, третий вертикальный участок соединен с первой стенкой, и второй и третий горизонтальные участки вместе обеспечивают сцепление.
Предпочтительно, охватываемые участки являются трапецеидальными, L-образными или Т-образными.
Предпочтительно, датчик силы дополнительно содержит два продольных паза, расположенные на соответствующих противоположных концах поперечного паза.
Предпочтительно, поперечный паз простирается в криволинейной форме на круговой поверхности упругой трубки.
Предпочтительно, поперечный паз сформирован в упругой трубке лазерным резанием.
Предпочтительно, датчик силы содержит множество поперечных пазов и множество датчиков деформаций, поперечные пазы разнесены друг от друга по упругой трубке в аксиальном направлении упругой трубки и смещены друг относительно друга вдоль кругового направления упругой трубки, причем каждый из датчиков деформаций расположен между двумя противоположными концами соответствующего одного из поперечных пазов.
Согласно настоящему изобретению датчик силы включает в себя упругую трубку и датчик деформаций, расположенный на упругой трубке. Прорезанный поперечный паз сформирован в упругой трубке, и по меньшей мере одна первая ограничивающая структура расположена между двумя противоположными концами поперечного паза. Каждая первая ограничивающая структура включает в себя первый ограничивающий участок, соединенный со стенкой поперечного паза, и второй ограничивающий участок, соединенный с другой стенкой поперечного паза. В случае аксиальной деформации, возникающей в поперечном пазу, первый и второй ограничивающие участки будут одновременно перемещаться друг относительно друга. В частности, когда аксиальная деформация достигает некоторого уровня, эти два ограничивающих участка будут сцепляться друг с другом. В результате, поперечный паз удерживается в пределах заданного диапазона деформаций, что может предотвратить разрушение упругой трубки и обеспечить увеличенный срок службы датчика деформаций.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 схематично показывает общепринятый электрофизиологический катетер с датчиком силы, проходящий через внутрисердечную направляющую канюлю.
Фиг. 2 является структурным схематическим изображением упругой трубки в общепринятом датчике силы.
Фиг. 3а является структурным схематическим изображением поперечного паза в общепринятой упругой трубке, который не деформирован аксиально.
Фиг. 3b является другим структурным схематическим изображением поперечного паза, который аксиально деформирован.
Фиг. 4а является схематичным изображением в перспективе упругой трубки с L-образной ограничивающей структурой согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4b является видом сверху, схематично показывающим L-образную ограничивающую структуру фиг. 4а, которая расположена на каждом из противоположных концов поперечного паза.
Фиг. 5а является видом сверху, схематично показывающим трапецеидальную ограничивающую структуру на каждом из противоположных концов поперечного паза согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5b является схематичной иллюстрацией поперечного паза фиг. 5а, который подвергся аксиальной деформации.
Фиг. 6а является схематичным изображением в перспективе ограничивающей структуры в форме большой дуги в упругой трубке согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6b является видом сверху, схематично показывающим ограничивающую структуру в форме большой дуги фиг. 6а, которая расположена на каждом из противоположных концов поперечного паза.
Фиг. 6с является схематичной иллюстрацией поперечного паза фиг. 6b, который подвергся аксиальной деформации.
Фиг. 6d является видом сверху, схематично показывающим множество ограничивающих структур в форме большой дуги на противоположных концах поперечного паза согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7а является схематичным изображением в перспективе множества L-образных ограничивающих структур в упругой трубке согласно пятому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7b является схематичным видом сверху, частично показывающим множество L-образных ограничивающих структур фиг. 7а, которые расположены на противоположных концах поперечного паза.
Фиг. 7с является схематичным видом сверху, частично показывающим ограничивающие структуры с фиг. 7а, которые расположены на противоположных концах поперечного паза, когда поперечный паз совсем не деформируется.
Фиг. 7d является схематичным видом сверху, частично показывающим ограничивающие структуры с фиг. 7а, которые расположены на противоположных концах поперечного паза, после подвергания поперечного паза деформации.
Фиг. 8 является схематичным изображением в перспективе множества трапецеидальных ограничивающих структур в упругой трубке согласно шестому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9 является диаграммой, схематично показывающей сравнение характеристик выдерживания изгибающей нагрузки, вычерченных для упругих трубок, соответственно, имеющих общепринятый поперечный паз и модифицированный поперечный паз фиг. 7а.
На этих фигурах,
10 означает датчик силы; 1 - упругую трубку; 11 - поперечный паз; 111 - первую стенку; 112 - вторую стенку; 12 - продольный паз; 13 - первый ограничивающий участок; 14 - второй ограничивающий участок; 15 - третий ограничивающий участок; 16 - четвертый ограничивающий участок; и
20 - направляющую канюлю.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Конкретные варианты осуществления предлагаемого датчика силы и электрофизиологического катетера будут описаны более подробно со ссылкой на сопутствующие чертежи, чтобы настоящее изобретение стало более очевидным, и его было легче понять. Настоящее изобретение не ограничено нижеследующими конкретными примерами, и обычные альтернативы, хорошо известные специалистам в данной области техники, также находятся в пределах его объема.
Дополнительно, в то время как настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на прилагаемые схематичные фигуры, эти фигуры представлены только с целью обеспечения подробного описания примеров, а не для ограничения настоящего изобретения в каком-либо смысле.
Используемые здесь термины «проксимальный» и «дистальный» описывают относительные ориентации, положения и направления между элементами или действиями, видимыми врачу, работающему с изделием. Не в качестве ограничения, «проксимальный конец» обычно относится к концу изделия, близкому к врачу во время нормальной работы, в то время как «дистальный конец» обычно относится к его концу, который первым входит в пациента. «Аксиальный» и «продольный» относятся к аксиальному направлению упругой трубки, в то время как «круговой» и «поперечный» относятся к ее круговому направлению.
Используемые в описании изобретения формы единственного числа включают в себя множественные упоминаемые объекты, если контекст ясно не указывает на иное. Используемый в описании изобретения термин «или», в общем, используется в смысле, включающем в себя «и/или», если контекст ясно не указывает на иное.
Согласно настоящему изобретению, для улучшения стойкости к разрушению упругой трубки, каждый поперечный паз 11 удерживается в пределах заданного диапазона деформаций, что обеспечивает то, что упругая трубка 1 не разрушится. Для этой цели, по меньшей мере одна первая ограничивающая структура добавляется между противоположными концами каждого поперечного паза 11.
В ответ на аксиальную деформацию поперечного паза 11 будет происходить относительное перемещение в упомянутой по меньшей мере одной первой ограничивающей структуре, и при достижении предельного положения возникнет сцепление, определяющее максимальную величину деформации поперечного паза 11. Таким образом, любое значительное воздействие может быть эффективно предотвращено, когда электрофизиологический катетер будет направляться через канюлю, и упругая трубка 1 может удерживаться в пределах заданного диапазона деформаций, что предотвращает разрушение упругой трубки и обеспечивает увеличенный срок службы датчика деформаций. В общем, такой датчик деформаций обеспечивает диапазон измерения деформаций, составляющий ±20000 единиц микродеформации. Соответственно, упомянутая по меньшей мере одна первая ограничивающая структура, в общем, выполнена с возможностью ограничивать максимальную величину деформации таким образом, чтобы она не превышала 20000 единиц микродеформации.
Согласно настоящему изобретению, каждая первая ограничивающая структура может включать в себя первый ограничивающий участок и второй ограничивающий участок. Первый ограничивающий участок соединен с первой стенкой поперечного паза 11. При любой аксиальной деформации первой стенки, первый ограничивающий участок будет подвергаться синхронному аксиальному смещению. Дополнительно, второй ограничивающий участок соединен со второй стенкой поперечного паза 11. Подобным образом, когда вторая стенка деформируется аксиально, синхронное аксиальное смещение будет ответно возникать на втором ограничивающем участке. Первая стенка противоположна второй стенке вдоль направления в ширину поперечного паза 11.
Таким образом, когда упругая трубка 1 растягивается под действием силы, как первая, так и вторая стенки будут деформироваться соответствующим образом, приводя в движение первый и второй ограничивающие участки друг относительно друга (т.е., друг к другу или друг от друга). Когда аксиальная нагрузка находится ниже заданного порога (например, 500 г), относительное перемещение первого и второго ограничивающих участков будет помещаться в заданном зазоре и не приведет к контакту между ними. Однако когда аксиальная нагрузка превысит заданный порог, первый и второй ограничивающие участки будут перемещаться друг к другу или друг от друга до тех пор, пока не будет достигнуто предельное положение, где они взаимодействуют с обеспечением сцепления с защелкиванием, которое предотвращает дальнейшее перемещение любого из них. В этот момент, поперечный паз 11 деформируется на максимально допустимую величину под действием сцепления с защелкиванием первого и второго ограничивающих участков.
Очевидно, что для управления максимальной величиной деформации поперечного паза 11 необходим аксиальный зазор между первым и вторым ограничивающими участками для обеспечения аксиального относительного перемещения между этими двумя ограничивающими участками при обеспечении пространства для деформации сжатия или растяжения упругой трубки 1. Таким образом, максимальной величиной деформации можно управлять, вообще говоря, ниже 20000 единиц микродеформации, посредством соответствующего установления размера этого зазора.
Различные примеры ограничивающей структуры согласно вариантам осуществления настоящего изобретения будут более подробно описаны ниже со ссылкой на фиг. 4а - 9, но настоящее изобретение не ограничено этими приведенными примерами.
Как показано на фиг. 4a и 4b, в первом варианте осуществления поперечный паз 11, сформированный в упругой трубке 1, имеет первую стенку 111 и вторую стенку 112, расположенные вдоль направления в ширину паза. Направление в ширину определяется как аксиальное направление, когда центральная ось поперечного паза совпадает с центральной осью упругой трубки. Первый ограничивающий участок 13 расположен на первой стенке 111, в то время как второй ограничивающий участок 14 расположен на второй стенке 112. Первый и второй ограничивающие участки 13, 14 оба являются L-образными участками, которые соответствуют друг другу по форме. Конкретно, первый ограничивающий участок 13 является охватывающим L-образным участком с первой внутренней поверхностью, в то время как второй ограничивающий участок 14 является охватываемым L-образным участком со второй внешней поверхностью. Когда упругая трубка 1 не нагружается, первая внутренняя поверхность и вторая внешняя поверхность противоположны друг другу с зазором между ними. Таким образом, когда упругая трубка 1 подвергается действию силы, второй ограничивающий участок 14 может перемещаться вместе с поперечным пазом 11 относительно первого ограничивающего участка 13 (т.е., с приближением к нему или удалением от него) и всегда заключен в пределах первого ограничивающего участка 13 без удаления из него.
Как показано на фиг. 5a и 5b, во втором варианте осуществления поперечный паз 11, сформированный в упругой трубке 1, также имеет первую стенку 111 и вторую стенку 112. Первый ограничивающий участок 13 расположен на первой стенке 111, в то время как второй ограничивающий участок 14 расположен на второй стенке 112. В этом варианте осуществления первый ограничивающий участок 13 является трапецеидальным охватывающим участком, в то время как второй ограничивающий участок 14 является трапецеидальным охватываемым участком. Согласно тем же самым принципам, когда упругая трубка 1 растягивается под действием силы (как показано на фиг. 5b), трапецеидальные охватываемый и охватывающий участки будут перемещаться друг от друга до тех пор, пока не будет достигнуто предельное положение, где максимальная ширина поперечного сечения трапецеидального охватываемого участка больше минимальной ширины поперечного сечения трапецеидального охватывающего участка (т.е., ширины отверстия), что обеспечивает упирание внешней поверхности трапецеидального охватываемого участка во внутреннюю поверхность трапецеидального охватывающего участка и, таким образом, приводит к сцеплению с защелкиванием между ними.
Как показано на фиг. 6а - 6с, в третьем втором варианте осуществления поперечный паз 11, сформированный в упругой трубке 1, также имеет первую стенку 111 и вторую стенку 112. Первый ограничивающий участок 13 расположен на первой стенке 111, в то время как второй ограничивающий участок 14 расположен на второй стенке 112. В этом варианте осуществления первый ограничивающий участок 13 является охватывающим участком в форме большой дуги, в то время как второй ограничивающий участок 14 является охватываемым участком в форме большой дуги. Согласно тем же самым принципам, когда упругая трубка 1 растягивается под действием силы (как показано на фиг. 6с), охватываемый и охватывающий участки в форме большой дуги будут перемещаться друг от друга до тех пор, пока не будет достигнуто предельное положение, где внешняя поверхность охватываемого участка в форме большой дуги тесно упирается во внутреннюю поверхность охватывающего участка в форме большой дуги, что приведет к сцеплению с защелкиванием между ними, поскольку охватываемый участок в форме большой дуги имеет по меньшей мере один участок, имеющий ширину поперечного сечения, которая больше ширины отверстия охватывающего участка в форме большой дуги.
Специалистам в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение не ограничено приведенными выше тремя реализациями первого и второго ограничивающих участков, поскольку эти участки могут также предполагать любую другую пригодную форму или структуру, например, форму, подобную букве «Т», форму, подобную лепестку, или структуру, имеющую одну или более сторон, при условии, что второй ограничивающий участок может быть заключен в пределах первого ограничивающего участка и не может быть удален из него без структурного повреждения.
Фиг. 6d показывает четвертый вариант осуществления, который подобен третьему варианту осуществления за исключением того, что множественные первые ограничивающие структуры расположены на противоположных концах поперечного паза 11 и разнесены друг от друга. Для краткости, сходные элементы двух вариантов осуществления здесь описываться не будут. Расположение множества первых ограничивающих структур придает упругой трубке 1 повышенную стойкость к ударам и прочность. Даже когда какая-либо из первых ограничивающих структур отказывает, остальные первые ограничивающие структуры могут все же обеспечивать ограничивающий эффект. Дополнительно, упругая трубка 1 также получает улучшенную вязкость и улучшенную способность к восприятию.
Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает пятый вариант осуществления. Пятый вариант осуществления подобен первому варианту осуществления, за исключением того, что между двумя соседними первыми ограничивающими структурами расположена вторая ограничивающая структура, которая включает в себя третий ограничивающий участок 15, соединенный с первой стенкой 111 поперечного паза 11, и четвертый ограничивающий участок 16, соединенный со второй стенкой 112 поперечного паза 11. Для краткости, сходные элементы двух вариантов осуществления здесь описываться не будут. В ответ на аксиальную деформацию поперечного паза 11, третий и четвертый ограничивающим участки 15, 16 могут перемещаться друг относительно друга до тех пор, пока они не сцепятся друг с другом.
Как показано на фиг. 7а, третий ограничивающий участок 15 является охватываемым участком с третьей внешней поверхностью, в то время как четвертый ограничивающий участок 16 является охватывающим участком с четвертой внутренней поверхностью, которая противоположна третьей внутренней поверхности с зазором между ними. Дополнительно, третий ограничивающий участок 15 ограничен в пределах четвертого ограничивающего участка 16. В этом варианте осуществления первый ограничивающий участок 13, второй ограничивающий участок 14, третий ограничивающий участок 15 и четвертый ограничивающий участок 16 имеют одинаковую форму. Фактически, третий ограничивающий участок 15 составлен из участка между двумя соседними первыми ограничивающими участками 13, в то время как четвертый ограничивающий участок 16 составлен из зазора между двумя соседними вторыми ограничивающими участками 14.
Более конкретно, как показано на фиг. 7c и 7d, каждый второй ограничивающий участок 14 имеет второй вертикальный участок и второй горизонтальный участок, и третий ограничивающий участок 15 имеет третий вертикальный участок и третий горизонтальный участок. Второй вертикальный участок соединен со второй стенкой 112, в то время как третий вертикальный участок соединен с первой стенкой 111. Второй горизонтальный участок аксиально противоположен третьему горизонтальному участку, в результате чего формируется механизм защелкивания. Здесь, обращенные друг к другу поверхности второго и третьего горизонтальных участков называются их «внутренними поверхностями», а соответствующие противоположные поверхности называются их «внешними поверхностями». Сначала, существует зазор между внутренними поверхностями двух горизонтальных участков (как показано на фиг. 7с), который допускает относительное перемещение (в общем, перемещение приближения) двух ограничивающих участков. Когда соответствующая деформация будет увеличиваться, горизонтальные участки двух ограничивающих участков в конце концов сцепятся друг с другом (как показано на фиг. 7d). А именно, внутренние поверхности двух горизонтальных участков входят в сцепление друг с другом, что предотвращает дальнейшее перемещение этих двух горизонтальных участков друг к другу. Другими словами, после осуществления перемещения приближения из положений, показанных на фиг. 7с, горизонтальные участки двух ограничивающих участков 14, 15 достигают предельного положения, где их внутренние поверхности упираются друг в друга и определяют, таким образом, максимальный предел деформации поперечного паза 11. В других вариантах осуществления горизонтальные участки двух ограничивающих участков 14, 15 могут также перемещаться друг от друга из положений, показанных на фиг. 7с, до тех пор, пока внешняя поверхность второго горизонтального участка во втором ограничивающем участке 14 не упрется во внутреннюю поверхность первого ограничивающего участка 13 (как показано на фиг. 7b) таким образом, что их дальнейшее относительное перемещение опять станет невозможным.
Фиг. 8 показывает шестой вариант осуществления, который подобен пятому варианту осуществления, за исключением того, что первый ограничивающий участок 13, второй ограничивающий участок 14, третий ограничивающий участок 15 и четвертый ограничивающий участок 16 все являются трапецеидальными. Для краткости, сходные элементы двух вариантов осуществления здесь описываться не будут. Конечно, в других вариантах осуществления первый ограничивающий участок 13, второй ограничивающий участок 14, третий ограничивающий участок 15 и четвертый ограничивающий участок 16 могут также иметь любую другую пригодную форму, например, Т-образную форму, что не ограничено в настоящем изобретении. В случае, когда первый ограничивающий участок 13, второй ограничивающий участок 14, третий ограничивающий участок 15 и четвертый ограничивающий участок 16 имеют одинаковую форму, две охватываемые ограничивающие структуры будут одинаково прочными, что предотвращает раннее разрушение любой из них вследствие меньшей силы. Дополнительно, одинаковая форма позволяет обеспечить максимизированную площадь контакта между ними, что предотвращает возникновение недостаточного контакта между ними. Дополнительно, в общем, множество L-образных ограничивающих структур может обеспечить более надежное сцепление, чем множество ограничивающих структур с другими формами, такими как трапецеидальная форма или форма большой дуги.
Экспериментальные результаты показывают, что общепринятый поперечный паз 11 без какой-либо ограничивающей структуры, расположенной между его противоположными концами, может выдерживать максимальную изгибающую нагрузку 463 г, и упругая трубка 1 разрушится после увеличения нагрузки, как указано кривой s2 на фиг. 9. Несмотря на это, очень вероятно, что при продвижении через направляющую канюлю 20 датчик 10 силы будет подвергаться действию нагрузки 500 г или более, когда продвижение будет слишком быстрым или будет приложена неподходящая движущая сила. Напротив, максимальная изгибающая нагрузка, которую может выдерживать поперечный паз 11, имеющий структуру фиг. 7a и 7b, больше 900 г, как указано кривой s1 на фиг. 9, что несомненно соответствует практическим требованиям. Фиг. 9 является диаграммой, схематично показывающей сравнение характеристик выдерживания изгибающей нагрузки, вычерченных для упругих трубок, соответственно, имеющих общепринятый поперечный паз и модифицированный поперечный паз фиг. 7а, в которой горизонтальная ось представляет смещение изгиба (измеренное в мм) и в которой вертикальная ось представляет изгибающую нагрузку (измеренную в граммах).
В любом из вышеупомянутых вариантов осуществления поперечный паз 11 может простираться в криволинейной форме на круговой поверхности упругой трубки 1. А именно, поперечный паз 11 кажется изогнутым на виде спереди упругой трубки 1 и дугообразным на виде сверху упругой трубки 1. Предпочтительно, поперечный паз образуют в упругой трубке 1 лазерным резанием. Датчик 10 силы дополнительно включает в себя датчик (датчики) деформаций, расположенный на внешней стенке упругой трубки 1. Число датчиков деформаций соответствует числу поперечных пазов. Каждый датчик деформаций может быть обеспечен либо на прорезанной, либо на непрорезанной секции упругой трубки 1. Здесь, термин «прорезанная секция» относится к участку, окружающему один из поперечных пазов (т.е., датчик деформаций может покрывать поперечный паз 11), в то время как термин «непрорезанная секция» относится к участку упругой трубки 1, который не прорезан. Предпочтительно, каждый датчик деформаций расположен на непрорезанной секции упругой трубки 1. Более предпочтительно, множественные поперечные пазы 11 аксиально разнесены друг от друга по упругой трубке 1 и смещены друг относительно друга вдоль ее кругового направления, причем каждый датчик деформаций предпочтительно расположен между противоположными концами соответствующего поперечного паза.
Наконец, в то время как выше было описано несколько предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничено объемом этих раскрытых вариантов осуществления. Например, в случае множества обеспеченных ограничивающих структур, все они могут иметь одинаковую структуру, или одна или более из них могут иметь отличающуюся структуру.
Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения датчик силы включает в себя упругую трубку и датчик деформаций, расположенный на упругой трубке. Поперечный паз сформирован в упругой трубке, и по меньшей мере одна первая ограничивающая структура расположена между противоположными концами поперечного паза. Каждая первая ограничивающая структура включает в себя первый ограничивающий участок, соединенный со стенкой поперечного паза, и второй ограничивающий участок, соединенный с другой стенкой поперечного паза. В случае возникновения аксиальной деформации поперечного паза первый и второй ограничивающие участки будут ответно перемещаться друг относительно друга. В частности, когда аксиальная деформация достигает некоторого уровня, эти два ограничивающих участка сцепляются друг с другом. В результате поперечный паз удерживается в пределах заданного диапазона деформаций, что может предотвратить разрушение упругой трубки и обеспечить увеличенный срок службы датчика деформаций. В частности, добавление одной или более таких ограничивающих структур не приведет к увеличению структурной сложности или ухудшению общего внешнего вида упругой трубки, и сами ограничивающие структуры очень легко образовывать, и они пригодны для промышленного производства и применения.
Описание, представленное выше, является просто описанием нескольких предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения и никоим образом не ограничивает его объем. Любые изменения и модификации, реализуемые специалистами в данной области техники на основе вышеупомянутых идей изобретения, попадают в пределы объема, определенного прилагаемой формулой изобретения.