阅读说明：本技术 柔性磁导管头端接触力的获取方法及装置 (Method and device for obtaining contact force of head end of flexible magnetic conduit ) 是由 卢才义 陈越猛 张新龙 张煊浩 林志嵩 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种柔性磁导管头端接触力的获取方法及装置,所述方法用于在采用柔性磁导管对心脏部位进行修复治疗时,获取柔性磁导管与心内膜之间的接触力,方法包括：预先建立柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表；获取当前柔性磁导管头端与心内膜间的接触类型；根据接触类型查找关系对照表,获得柔性磁导管与心内膜间的接触力。根据本发明的柔性磁导管头端接触力的获取方法,在通过柔性磁导管进行手术的过程中,仅需获取柔性磁导管头端与心内膜间的接触类型,即可对照关系对照表查找对应接触类型下的柔性磁导管与心内膜间的接触力,从而可以实时监测柔性磁导管头端瞬时接触力,提高治疗效果。(The invention provides a method and a device for acquiring contact force of a head end of a flexible magnetic catheter, wherein the method is used for acquiring the contact force between the flexible magnetic catheter and an endocardium when the flexible magnetic catheter is used for repairing and treating a heart part, and the method comprises the following steps: pre-establishing a relation comparison table of contact force and contact type between the head end of the flexible magnetic catheter and the endocardium; obtaining the contact type between the head end of the current flexible magnetic catheter and the endocardium; and searching a relation comparison table according to the contact type to obtain the contact force between the flexible magnetic catheter and the endocardium. According to the method for acquiring the contact force of the head end of the flexible magnetic catheter, in the process of performing an operation through the flexible magnetic catheter, the contact force between the head end of the flexible magnetic catheter and an endocardium can be searched for under the corresponding contact type by contrasting the relation contrast table only by acquiring the contact type between the head end of the flexible magnetic catheter and the endocardium, so that the instantaneous contact force of the head end of the flexible magnetic catheter can be monitored in real time, and the treatment effect is improved.)

柔性磁导管头端接触力的获取方法及装置

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种柔性磁导管头端接触力的获取方法及装置。

背景技术

现有磁导航技术中，仅涉及对硬质手动导管的头端接触压力进行测定和计算，而在采用柔性磁导管进行手术时，对柔性磁导管与心内膜件的接触力无法测定和计算。因此，不能实时判断导管头端与心内膜面的接触压力。而在导管射频消融手术中，测定导管头端的接触压力对于掌控手术的安全性和近远期疗效至关重要。如果导管头端瞬间张力过大，容易诱发心脏穿孔等并发症。如果导管头端张力过小，容易出现消融损伤程度不够，导致心律失常近期或远期复发。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何获取柔性磁导管头端与心内膜间的接触力，本发明提出了一种柔性磁导管头端接触力的获取方法及装置。

根据本发明实施例的柔性磁导管头端接触力的获取方法，所述方法用于在采用柔性磁导管对心脏部位进行修复治疗时，获取所述柔性磁导管与心内膜之间的接触力，所述方法包括：

预先建立柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表；

获取当前所述柔性磁导管头端与所述心内膜间的接触类型；

根据所述接触类型查找所述关系对照表，获得所述柔性磁导管与心内膜间的接触力。

根据本发明实施例的柔性磁导管头端接触力的获取方法，通过预先建立柔性磁导管头端与心内膜之间的接触力和接触类型之间的关系对照表，在通过柔性磁导管进行手术的过程中，仅需获取柔性磁导管头端与心内膜间的接触类型，即可对照关系对照表查找对应接触类型下的柔性磁导管与心内膜间的接触力，从而可以实时监测柔性磁导管头端瞬时接触力，保证柔性磁导管头端有效接触力，提高治疗效果。另外，方法简单、可靠，可以保证初学者手术操作的安全性。

根据本发明的一些实施例，所述预先建立柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表，包括：

建立与所述心内膜相同的测试环境，所述测试环境包括测试膜，所述测试膜上设有压力检测装置；

设置多组条件测试参数，获取每组所述条件测试参数下所述柔性磁导管与所述测试膜之间对应的接触类型；

通过所述压力检测装置检测每种所述接触类型下的所述柔性磁导管头端与所述测试膜间的接触力，并建立所述柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表。

在本发明的一些实施例中，建立与所述心内膜相同的测试环境，包括：

根据患者当前的体温和血液浓度确定所述测试环境的温度及所述测试膜所在的溶液的浓度。

根据本发明的一些实施例，所述条件测试参数包括：所述测试环境的磁场强度以及施加至所述柔性磁导管的驱动力。

在本发明的一些实施例中，所述获取每组所述条件测试参数下，所述柔性磁导管与所述测试膜之间对应的接触类型，包括：

在每组所述条件测试参数下，计算所述柔性磁导管的张力角；

将所述张力角按角度大小划分成多个区间，每个区间对应相应的接触类型；

根据计算所得的每组所述条件测试参数下的所述张力角所在的区间，确定所述接触类型。

根据本发明的一些实施例，所述计算所述柔性磁导管的张力角，包括：

以所述柔性磁导管头端的中心点为第一点，所述柔性磁导管在伸直状态下，沿所述柔性磁导管的轴向方向距离所述第一点20mm处的位置为第二点，以所述第一点和所述第二点所在的直线为基准线；

当所述柔性磁导管与所述测试膜接触而导致所述柔性磁导管发生形变时，以所述第一点和所述第二点之间的柔性磁导管上距离所述基准线最大的点为第三点，以所述第一点和所述第三点所在的直线为夹角线；

计算所述基准线与所述夹角线之间的角度，即为所述柔性磁导管的张力角。

在本发明的一些实施例中，所述将所述张力角按角度大小划分成多个区间，每个区间对应相应的接触类型，包括：

当所述张力角为0°时，所述接触类型为零接触；

当所述张力角的范围在1°至45°时，所述接触类型为直接触；

当所述张力角的范围在46°至80°时，所述接触类型为侧接触；

当所述张力角的范围在81°至90°时，所述接触类型为横接触。

根据本发明的一些实施例，所述获取所述柔性磁导管头端与所述心内膜的接触类型，包括：

计算所述柔性磁导管的张力角，根据所述张力角所在的区间确定所述接触类型；

其中，计算所述柔性磁导管的张力角包括：

在所述柔性磁导管处于伸直状态时，所述第一点与所述第二点连线的中点为第三点，所述第一点、所述第二点以及所述第三点处均设有用于获取位置坐标的定位电极，所述第一点与所述第三点所在的直线为计算线，计算所述计算线与所述基准线之间夹角作为所述张力角。

在本发明的一些实施例中，所述测试膜采用哺乳动物心内膜。

根据本发明实施例的柔性磁导管头端接触力的获取装置，包括：

位置获取组件，所述位置获取组件通过设于柔性磁导管的上的定位电极获取所述柔性磁导管上对应多个点的位置坐标；

计算模块，根据获取的多个点的位置坐标计算所述柔性磁导管的张力角；

接触类型确定模块，根据计算的所述张力角确定所述柔性磁导管的接触类型；

接触力获取模块，通过查找预先建立的所述柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表，获取所述柔性磁导管头端的接触力。

根据本发明实施例的柔性磁导管头端接触力的获取装置，通过位置获取组件获取柔性磁导管上多个点的位置坐标，由计算模块根据多个点的位置坐标可以计算出导管的张力角，由接触类型确定模块可以根据张力角确定柔性磁导管的接触类型，通过接触力获取模块查找预先建立的柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表，即可获取柔性磁导管头端的接触力。从而可以实时监测柔性磁导管头端瞬时接触力，保证柔性磁导管头端有效接触力，提高治疗效果。另外，方法简单、可靠，可以保证初学者手术操作的安全性

附图说明

图1为根据本发明实施例的柔性磁导管头端接触力的获取方法流程图；

图2为根据本发明实施例的建立柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表的方法流程图；

图3为根据本发明实施例柔性导管与测试膜之间对应的接触类型的获取方法流程图；

图4为根据本发明实施例的柔性导管与测试膜之间对应的接触类型的示意图；

图5为根据本发明实施例的不同接触类型下，柔性磁导管与测试膜之间的接触面积的示意图；

图6为根据本发明实施例的计算柔性导管的张力角的方法流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

相关技术中，对导管与心内膜间的接触力的获取包括以下两种方式：

方式一：通过在导管头端设置三坐标压力传感器，以感知来自导管正头端、头端侧缘360度范围的接触压力。其原理是：外力使压电晶体弹簧变形的程度与其力度成正比，通过经验性校正参数，可以快速计算出瞬时压力及其变化。

方式二：采用光衍射导管测定导管与心内膜间的接触力。其原理是：外力使导管头端变形，影响导管内芯衍射光的传导，影响程度与外力大小成正比，通过经验参数，可以快速计算出瞬间压力及其变化。

上述两种方式均是针对硬质手动导管与心内膜间的接触力的获取。目前，目前，临床上使用的永磁导航系统，由于磁场强度是固定不变的，认为其他因素变化对接触压力的影响较小。当采用电磁驱动柔性磁导管时，柔性磁导管所处的磁场的强度是可以控制变化的，针对该操作环境下柔性磁导管与心内膜间的接触力，尚未有有效获取方法。然而，在导管射频消融手术中，测定柔性磁导管头端的接触力对于掌控手术的安全性和近远期疗效至关重要。如果柔性磁导管头端的接触力过大，容易诱发心脏穿孔等并发症。如果柔性磁导管头端的接触力过小，容易出现消融损伤程度不够，导致心律失常近期或远期复发。

本发明针对如何获取柔性磁导管与心内膜间接触力的问题，提出了一种柔性磁导管头端接触力的获取方法及装置。

根据本发明实施例的柔性磁导管头端接触力的获取方法，方法用于在采用柔性磁导管对心脏部位进行修复治疗时，获取柔性磁导管与心内膜之间的接触力，如图1所示，方法包括：

S100，预先建立柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表；

也就是说，在获取柔性磁导管头端与心内膜之间的接触力之前，可以先建立柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型之间的关系对照表。例如，可以通过实验获取柔性磁导管头端与心内膜之间的关系对照表。

S200，获取当前柔性磁导管头端与心内膜间的接触类型；

S300，根据接触类型查找关系对照表，获得柔性磁导管与心内膜间的接触力。

根据本发明实施例的柔性磁导管头端接触力的获取方法，通过预先建立柔性磁导管头端与心内膜之间的接触力和接触类型之间的关系对照表，在通过柔性磁导管进行手术的过程中，仅需获取柔性磁导管头端与心内膜间的接触类型，即可对照关系对照表查找对应接触类型下的柔性磁导管与心内膜间的接触力，从而可以实时监测柔性磁导管头端瞬时接触力，保证柔性磁导管头端有效接触力，提高治疗效果。另外，方法简单、可靠，可以保证初学者手术操作的安全性。

根据本发明的一些实施例，如图2所示，预先建立柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表，包括：

S110，建立与心内膜相同的测试环境，测试环境包括测试膜，测试膜上设有压力检测装置；

需要说明的是，在建立柔性磁导管与心内膜的接触力和接触类型的关系对照表时，可以以测试膜代替心内膜进行实验测定。测试膜上设置有压力检测装置，当柔性磁导管接触测试膜时，可以通过压力检测装置测定柔性磁导管与测试膜之间的接触力。

S120，设置多组条件测试参数，获取每组条件测试参数下柔性磁导管与测试膜之间对应的接触类型；

也就是说，获取多组条件测试参数下，每组条件测试参数对应的柔性导管与测试膜之间的对应的接触类型。

S130，通过压力检测装置检测每种接触类型下的柔性磁导管头端与测试膜间的接触力，并建立柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表。

在本发明的一些实施例中，建立与心内膜相同的测试环境，包括：

根据患者当前的体温和血液浓度确定测试环境的温度及测试膜所在的溶液的浓度。例如，可以将测试环境的温度设置为患者当前的体温，将测试膜所在的溶液的浓度设置为患者的血液浓度。由此，可以针对不同个体患者构建对应的测试环境，提高了关系对照表数据的准确性。需要说明的是，测试环境的温度也可以直接设置为37℃，测试膜所在溶液可以采用等渗胶体溶液。

根据本发明的一些实施例，条件测试参数包括：测试环境的磁场强度以及施加至柔性磁导管的驱动力。需要说明的是，由于柔性磁导管位于覆盖人体心脏腔室的有效工作磁场内，所以影响柔性磁导管头端与心内膜的接触力的主要因素包括：磁场强度、导管驱动器的牵拉程度、导管头端接触心内膜面的角度以及导管头端接触心内膜面的稳定性。在建立接触力与接触类型的关系对照表时，可以通过改变测试环境的不同磁场强度以及施加至柔性磁导管的驱动力，获取不同磁场强度和不同驱动力作用下，接触力与接触类型之间的关系对照表。

例如，可以测定磁场强度在800～1000高斯范围内接触力与接触类型之间的关系对照表，相邻两组条件测试参数的磁场强度差值为10高斯。

在本发明的一些实施例中，如图3和图4所示，获取每组条件测试参数下，柔性磁导管与测试膜之间对应的接触类型，包括：

S121，在每组条件测试参数下，计算柔性磁导管的张力角；

S122，将张力角按角度大小划分成多个区间，每个区间对应相应的接触类型；

S123，根据计算所得的每组条件测试参数下的张力角所在的区间，确定接触类型。

其中，如图6所示，计算柔性磁导管的张力角，包括：

A100，以柔性磁导管头端的中心点为第一点，柔性磁导管在伸直状态下，沿柔性磁导管的轴向方向距离第一点20mm处的位置为第二点，以第一点和第二点所在的直线为基准线；

A200，当柔性磁导管与测试膜接触而导致柔性磁导管发生形变时，以第一点和第二点之间的柔性磁导管上距离基准线最大的点为第三点，以第一点和第三点所在的直线为夹角线；

A300，计算基准线与夹角线之间的角度，即为柔性磁导管的张力角。

在本发明的一些实施例中，结合图4所示，将张力角按角度大小划分成多个区间，每个区间对应相应的接触类型，包括：

当张力角为0°时，接触类型为零接触；

当张力角的范围在1°至45°时，接触类型为直接触；

当张力角的范围在46°至80°时，接触类型为侧接触；

当张力角的范围在81°至90°时，接触类型为横接触。

对每种接触类型下，可以进一步根据角度范围进行细分组，如下所示：

直接触(1°～45°)分5组：1°～9°，10°～19°，20°～29°，30°～39°，40°～45°；

侧接触(46°～80°)分4组：46°～54°，55°～64°，65°～74°，75°～80°。

横接触(81°～90°)分1组。

根据本发明的一些实施例，获取柔性磁导管头端与心内膜的接触类型，包括：

计算柔性磁导管的张力角，根据张力角所在的区间确定接触类型；

其中，计算柔性磁导管的张力角包括：

在柔性磁导管处于伸直状态时，第一点与第二点连线的中点为第三点，第一点、第二点以及第三点处均设有用于获取位置坐标的定位电极，第一点与第三点所在的直线为计算线，计算计算线与基准线之间夹角作为张力角。

需要说明的是，通过柔性磁导管上的定位电极获取对应位置处的位置坐标为本领域成熟技术手段，在此不再赘述。在得到三个点的位置坐标后，可以根据三个角的坐标计算由第一点、第二点和第三点构成的三角形的边长，进而可以根据三角形边角关系计算得到张力角。

需要说明的是，在获取了接触力和接触类型的对照关系表后，还可以根据接触力和接触类型计算获得柔性磁导管与心内膜之间的接触压强：

根据压力、压强以及接触面积之间的关系式：F＝PS。在试验测得接触力后，可以根据接触类型计算柔性磁导管与测试膜之间的接触面积，进而计算得到柔性磁导管与心内膜之间的接触压强。其中，不同接触类型下，柔性磁导管与测试膜之间的接触面积的计算方法如下：

如图5所示，不同接触类型下，柔性磁导管与测试膜之间的接触面积如图中阴影部分所示：

接触类型为零接触时，接触面积＝0；

接触类型为直接触时，接触面积＝柔性导管头端圆面积；

接触类型为侧接触时，接触面积＝1/2柔性导管头端圆面积+1/4柱体面积；

接触类型为横接触时，接触面积＝1/2柱体面积。

其中，柔性磁导管的头端圆面积和柱体面积的计算方法如下：

柔性磁导管头端圆面积的计算公式为：At＝πr²，r为柔性磁导管横截面的半径。柔性磁导管头端5mm柱体面积的计算公式为：As＝10πr，r为柔性磁导管横截面的半径。

由此，即可计算得到对应接触类型下，柔性磁导管与测试膜之间的接触面积，进而可以根据接触力、接触面积和压强之间的关系式：P＝F/S，计算得到柔性磁导管与测试膜之间的接触压强。

需要说明的是，为了进一步提高接触压强的计算精确度，可以在接触类型为直接触和侧接触时，根据不同张力角大小进一步分组，对接触面积采用对应的公式计算，如下所示：

(1)接触类型为直接触时，可根据张力角大小，分为五组进行接触面积计算：除了电极头端圆面积之外，随着张力角增加，柱体面积逐渐增加，最大增加到1/4电极柱体面积。直接触下五组接触面积计算方法如下：

张力角1°～9°：电极头端圆面积+1/20电极柱体面积；

张力角10°～19°：电极头端圆面积+1/10电极柱体面积；

张力角20°～29°：电极头端圆面积+3/20电极柱状面积；

张力角30°～39°：电极头端圆面积+1/5电极柱状面积；

张力角40°～45°：电极头端圆面积+1/4电极柱体面积。

(2)接触类型为侧接触时，可根据张力角大小，分为四组进行接触面积计算：随着张力角度逐渐增大，电极头端1/2圆面积逐渐减少，电极圆柱体面积逐渐增加到1/2。侧接触下四组接触面积计算方法如下：

张力角46°～54°：1/2电极头端圆面积+1/8电极柱体面积；

张力角55°～64°：3/8电极头端圆面积+1/4电极柱体面积；

张力角65°～74°：1/4电极头端圆面积+3/8电极柱体面积；

张力角°75～80°：1/8电极头端圆面积+1/2电极柱体面积。

由此，可以进一步提高接触面积的计算准确度，获得高精度的柔性磁导管与心内膜接触压强和接触类型之间的关系对照表。在手术时，可以通过获取接触类型，查找关系对照表获得柔性磁导管与心内膜之间的接触压强。

在本发明的一些实施例中，测试膜采用哺乳动物心内膜。例如，可以采用猪的心内膜作为测试膜。猪的心内膜与人的心内膜的结构类似，可以提高关系对照表数据的准确性。

根据本发明实施例的柔性磁导管头端接触力的获取装置，包括：位置获取组件、计算模块、接触类型确定模块和接触力获取模块。

其中，位置获取组件通过设于柔性磁导管的上的定位电极获取柔性磁导管上对应多个点的位置坐标；计算模块根据获取的多个点的位置坐标计算柔性磁导管的张力角；接触类型确定模块据计算的张力角确定柔性磁导管的接触类型；接触力获取模块通过查找预先建立的柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表，获取柔性磁导管头端的接触力。

根据本发明实施例的柔性磁导管头端接触力的获取装置，通过为位置取组件获取柔性磁导管上多个点的位置坐标，由计算模块根据多个点的位置坐标可以计算出导管的张力角，由接触类型确定模块可以根据张力角确定柔性磁导管的接触类型，通过接触力获取模块查找预先建立的柔性磁导管头端与心内膜间的接触力和接触类型的关系对照表，即可获取柔性磁导管头端的接触力。从而可以实时监测柔性磁导管头端瞬时接触力，保证柔性磁导管头端有效接触力，提高治疗效果。另外，方法简单、可靠，可以保证初学者手术操作的安全性。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。