一个小型的FBG触觉传感器用于柔性尿道镜的尖端
Shiyuan Dong1,2, Sen Ma3, Tenglong Zhou1,2
1Opto-Electronic Engineering and Technology, Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Shenzhen 518055, China.
Sensors (Basel, Switzerland)
|May 14, 2025
概括
一个新的1.5毫米纤维布拉格格 (FBG) 触摸传感器为灵活的尿路透镜提供实时力监测. 这种创新的传感器在内镜手术过程中准确测量力,提高了外科手术的精度和安全性.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 传感技术 传感技术
- 最少侵入性的手术
背景情况:
- 灵活的尿管镜需要精确的力量反来安全地操纵组织.
- 现有的传感器往往缺乏微型化和精度,这对于微妙的内镜手术来说是非常必要的.
- 实时力监测可以防止组织损伤并改善外科手术结果.
研究的目的:
- 开发和验证一种基于纤维布拉格格 (FBG) 的微型触摸传感器,用于灵活的尿管镜力监测.
- 通过创新的弹性体设计,提高传感器灵敏度和横向力阻力.
- 为了实现实时,精确的力检测在尿道镜的维度约束范围内.
主要方法:
- 设计了一个1.5毫米直径的传感器,采用双FBG配置 (轴向受力限制,横向温度补偿).
- 采用了创新的弹性体结构,并排平行线元素,以优化变形和应力分布.
- 进行了有限元分析以比较设计,并进行了ex vivo尿路透镜模拟以验证性能.
- 使用分割方法对传感器进行校准,以确定双范围灵敏度.
主要成果:
- 与传统设计相比,新型弹性体设计显著提高了轴心灵敏度和横向力阻力.
- 双FBG配置成功地分离了力和温度信号.
- 实现了~283.85 pm/N (0-0.5 N) 和~258.57 pm/N (0.5-1 N) 的双范围灵敏度,最大误差为0.07 N.
- 在模拟尿路显微镜中有效检测到组织与仪器的相互作用和接触事件.
结论:
- 开发的1.5毫米FBG触摸传感器为灵活尿道镜程序中的实时力反提供了一个有希望的解决方案.
- 传感器的小型化,精度和增强的结构稳定性满足了内镜手术的苛刻要求.
- 这项技术有可能提高外科手术的精度,减少组织创伤,并提高尿路透镜期间的患者安全.
