专利名称：光学测力元件和显微手术器械的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量在三个正交方向X、1、z的力F的显微手术器械的光学测力元件，包括在χ-y平面中延伸的底面、z向轴线、围绕z轴(即z向轴线)的圆柱表面以及与底面相对的适合吸收并传输待测量的力F顶面的单体式圆柱形结构(monolithic cylinderstructure)ο
背景技术：
在微创显微手术和治疗领域，关于施加在器械或工具的稍端的接触力的活体内反馈信息(in-vivo feedback information)是外科医生为改进其介入手术的结果所需的重要参数。减小的进入条件经常影响器械与受到治疗的组织或器官之间的相互作用力的感觉，而且所涉及的力在人的感觉阈值以下。应用本发明的具体案例涉及中耳手术期间的触诊程序，用以估算听骨链(ossicular chain)在鼓室成形术期间的移动性。关于听骨移动性的知识对于决定手术程序以及改进听力水平的(疾病的)预后(prognosis)而言至关重要。例如，用于估算镫骨的移动性的显微手术工具的典型接触力小于10mN，在手术者的触觉敏感度的阈值之下。目前还没有用于中耳的三维测力工具。被报导的唯一器械是一种仅沿一个轴向方向进行测量的用于估算镫骨的工具，如登载于International Journal ofAudiology2006;45:121-128(《国际听力学杂志》2006年45期的121页至128页)上的TakujiKoike 等人的论文“An apparatus for diagnostics of ossicular chain mobility inhumans (用于诊断人的听骨链的移动性的装置)”所述。另一应用本发明的具体案例涉及用于视网膜显微手术的微力感测工具。视网膜显微手术要求精细操纵视网膜组织，而且工具与组织的接触力常常在人的感觉阈值之下。视网膜手术期间，显微手术器械稍端上的典型接触力小于7.5mN。目前还没有用于视网膜手术的三维测力工具。在“International Journalof Computer Assisted Radiology and Surgery” (Int J CARS,《国际辅助放射学与手术杂志》)2009年4月15日网上出版的Iulian 1rdachita等人的论文“Asub-millimetri, 0.25mN resolution fully integrated fibre-optic force sensingtool for retinal microsurgery (亚毫米的、0.25mN分辨率全一体视网膜显微手术的光纤测力工具)”中，报导了一种利用光纤布拉格光栅技术测量两个侧向方向上的微力的器械。因此，期望提供一种用于检测并监控显微手术器械或工具的稍端与待探测和治疗的组织或器官之间的三维接触力的方法。用于导管应用的已被报导的公知系统使用光纤测量技术，来测量导管的稍端处的接触力，其中，测力元件被置于接近稍端处。众所周知，用于导管应用的这种显微手术器械的测力元件包括单体式圆柱形结构。通过在结构的稍端上施加三维力，结构即因结构上的一组切口而按预定的方式变形。这些切口限定了几个弹 性区，使得结构沿x、y和/或z向上的一些方向呈柔性(可挠曲)。整合至结构中的光纤允许确定结构的单独部件的位移，该位移与施加到稍端的力成正比。光纤从结构的底部进入结构，并被引入终止于结构的切口之一中的通道内。发自光纤的光被结构上的与光纤端相对的表面逆反射。光进入光纤，并被估算以确定光纤端与反射光的那个表面的距离。在US20080009750中描述了之前公知的用以测量导管的稍端处的接触力的系统，其涉及一种单体式结构，这种单体式结构设计上非常复杂，并需要在制造期间使结构旋转。此外，该结构是一种壁厚为0.5_、总直径为5_的管。为了制造以及机械稳定性的原因，不可缩小该结构的尺寸。在US20090177095中示出具有三个相同的沿中心轴线彼此分隔开的切口的类似的管式结构。每个切口均通过从一侧(这一侧与另两侧成120°旋转角)进行切削来制成。在这三个切口中的每个切口内，一个光纤端用于测量与该光纤端相对的结构的距离。一些光纤在到达其目的地之前，不可避免地会穿过其他切口。光纤的固定非常苛刻。尽管这个结构在每个单独的切口如前所述的制造期间不得旋转，但在各切口的切削之间却仍然必须使结构旋转。按要求的精度制造仍然非常昂贵。此外，该结构沿轴向呈刚性，沿径向呈柔性，所以其仅适合检测接近于该结构的稍端处的力。在W02009114955中给出另一结构。该结构是通过在χ-y平面、x_z平面或y-ζ平面中(这些平面限定所需柔性区)任一个平面中切削限定叶片部的平面制成的。另外，由三个光纤确定切口处的间隙的距离以确定施加的力。这个结构能够制造得较小，具有小于
2.5mm、介于1.7mm与2mm之间的直径。不幸的是,该结构在z向上非常大,而且还复杂,包含7个切口。相同专利申请中示出的其他形式长度较小，并且只包括两个或四个切口，但是它们被设计成在垂直于轴线的方向上非常柔软(柔性过大)。这些结构制造简单，但是不能用于以上目的，即不能用于中耳手术或视网膜显微手术。这类工具包括位于感测结构的前部的具有稍端的细而长的轴，其中，由于转动惯量，沿垂直于z轴的方向(沿 X向和y向)施加在远稍端的力对结构的影响，与沿相同方向但在接近于结构处施加的力对结构的影响相比，强5到20倍。此外，为了降低感染的风险，医疗器械越来越普遍地变成一次性使用的。因此，结构必须尽可能简单地以低成本制造。所有已知的结构均与导管一起使用，因此被设计用于侧向力Fx、Fy和轴向力Fz，其中，侧向力施加在结构的接近柔性区的顶部，与柔性区的距离不大于结构的直径d的三倍。这些结构不能用于手术，手术中，侧向力被施加到结构的柔性区的远端，其中距离D多达结构的直径d的20倍。已经显示出公知的结构不能通过改变结构的尺寸而适合这种应用。
发明内容
所要解决的问题是提供一种用于显微手术器械的光学测力元件，如本发明的技术领域部分所述，其制造成本低，并且该结构的z向轴线上的灵敏度比垂直于该轴线的x-y方向上的灵敏度高5到20倍。另一问题是提供一种用于中耳手术或视网膜显微手术的显微手术器械，以及用于制造所述元件的方法。感测元件的准确度必须高，且制造成本低。而且，该元件必须具有小直径d。所述问题是通过下列方式特征解决的:根据本发明的一个实施例，提供一种用于显微手术器械的光学测力元件，用以测量三个正交方向X、1、Z上的力F ;该光学测力元件包括单体式圆柱形结构，所述单体式圆柱形结构具有在χ-y平面中延伸的底面、z向轴线、围绕所述z向轴线的圆柱表面、以及与所述底面相对的适合吸收并传递待测量的力F的顶面，所述结构的特征在于三个冲孔状切口 ；所有切口均平行于y向，沿所述Z向轴线分隔开，并且在第一切口与第二切口之间以及第二切口与第三切口之间平行的χ-y表面中准确地形成两个叶片部，所述结构还包括三个通道；所述通道向所述圆柱表面敞开或封闭并且平行于所述z向轴线，从所述底面延伸到所述顶面并穿过所述第一切口，同时绕过所述结构中的另两个所述切口，所述测力元件还包括三个光纤；每个所述光纤固定在所述三个通道中的一个通道；所有所述光纤均从所述底面进入所述结构，穿过所述第一切口并且在所述顶面处或靠近所述顶面终止，同时在所述第一切口中被中断，通过限定出法布里-珀罗干涉腔来建立每个光纤的两个表面。所述元件中，所述通道均可沿其在所述结构中的长度向所述圆柱表面敞开。 所述元件中，所述光纤可由粘合剂固定在所述通道中。所述元件中，所述结构可为钛、陶瓷、聚合物、不锈钢或耐蚀金属的。所述元件中，所述切口可相对于中间的x-z平面镜像对称，而且所述切口根据中心I轴可具有180°旋转对称关系。
所述元件中，所述结构可包含测温装置。所述元件中，在中性位置，位于每个被中断的光纤的所述两个表面之间的每个法布里-珀罗干涉腔的间隙可介于0.0lmm到0.1mm之间。所述元件中，所述第一切口可具有0.05mm到0.5mm的z向宽度。所述元件中，所述第一切口可包括机械限位器，用以保护所述光纤和光纤段两者的端部。所述元件中，所述结构可具有0.5mm到4mm的χ-y方向上的外径。所述元件中，所述结构可具有0.02mm到0.4mm的叶片部厚度。所述元件中，所述光纤和/或光纤段的表面可涂有半反射涂层。所述元件中，所述结构的热膨胀系数可匹配所述光纤和/或光纤段的热膨胀系数。所述元件中，光纤段的热膨胀系数可匹配所述结构的热膨胀系数。所述元件中，所述顶面可包含用于安装轴的接头。所述元件可包括沿所述z向轴线的中心通孔。根据本发明的另一实施例，提供一种显微手术器械，其包括安装在壳体中的根据前述权利要求之一所述的元件以及带有连接器的包含光纤的缆线，其中，所述顶面上安装有长轴，所述长轴伸出所述壳体之外并具有被限定的稍端。根据本发明的又一实施例，提供一种制造本发明的元件的方法，其中，使具有成0°角的劈开或抛光的光纤端的三个单独连续的光纤从所述底面进入所述结构的敞开或封闭的通道，到达所述第一切口 ；并且使具有成0°角的劈开或抛光的光纤端的三个光纤段从所述顶面进入所述通道，到达所述第一切口 ；而且其中，借助相互平行的所述光纤端的表面，并通过在所述光纤端之间限定出所述法布里-珀罗干涉腔，将所述光纤和所述光纤段被固定到所述结构的所述第一切口的两侧。所述制造方法中，可使三个单独连续的光纤从所述底面进入具有所述切口的所述结构的敞开或封闭的通道内，经过所述第一切口并到达所述顶面或靠近所述顶面；而且其中，三个连续的光纤首先被在所述第一切口的两侧固定到所述结构；而且其中，此后在所述第一切口的限定所述法布里-珀罗干涉腔并将所述连续的光纤分成光纤和光纤段的区域中，所述光纤优选通过激光显微机加工而被切割。所述方法中，所有三个切口均可通过放电加工(EDM)，通过在相对于所述结构的x-z平面的平移运动期间沿y向切割所述结构而制成。本发明的基本构思是使单体式结构包含有三个切口，所有切口均按照在这些切口之间形成两个叶片部的方式从相同方向被制成呈冲孔状；而且该结构包含三个固定在与z轴平行的通道内、进入底面并到达或靠近顶面的光纤；然而有光纤的通道仅穿过第一切口，同时绕过结构中的另两个切口，在第一切口内所有光纤具有法布里-珀罗干涉腔(Fabry-Perot cavity)。上述三个切口优选通过Wire-EDM (线割放电加工)制成。因为该结构上的切口被设计成冲孔状，所以在机加工切口的整个过程期间，该结构不必转动。这样提高了结构的精密度并降低了制造成本。
以下附图示出本发明的多个优选实施例:图1是连接到估算单元的根据本发明的显微手术器械的示意图；图2示出通过根据本发明的显微手术器械的纵向剖切图；图3示出根据本发明的光学测力元件的立体图；图4示出通过根据本发明的优选实施例的光学测力元件的纵向剖切图；图5示出图4的光学测力元件的截面图；图6a至图6c示出三个优选形式的带有光纤的通道。其中，附图标记说明如下:I光学测力元件2结构，单体式，圆柱形3底面
4圆柱表面5顶面6切口7叶片部8通道9光纤10光纤的表面11光纤段12光纤段的表面
13法布里-珀罗干涉腔，距离，间隙14测温装置15机械限位器16接头17轴18壳体19缆线20连接器21轴的稍端22显微手术器械23估算单元24柔性接合件F力w第一 切口的宽度D从结构的中心到轴的稍端的距离d外径
具体实施例方式参照附图描述本发明。图1示出根据本发明的显微手术器械22的示意图；显微手术器械22通过连接器20与缆线19内的光纤9，连接到估算单元23 ;估算单元23例如是光电单元，其由用于读取法布里-拍罗干涉腔(Fabry-Perot-cavity)的间隙长度的白光干涉信号调节器(WLI signal conditioner)和用于计算力的向量的微处理器或计算机组成。显微手术器械22能够被外科医生手持，或被自动机械手系统控制(自动机械手系统设在显微手术器械的包含光学测力元件I的壳体18上)。显微手术器械还包括细长的轴17，轴17具有稍端21，稍端21附接到壳体18中的光学测力元件I。光学测力元件(或称感测元件)I的中心与轴17的稍端21之间的总距离为长度D。在使用期间，三维力Fxyz被施加在稍端21处，并被记录在光学测力元件I中。测量信息通过缆线19中的光纤9，并经由连接器20而被传送到估算单元23。如图2所示，光学测力元件I也可称为力传感器元件I或进一步简称为传感器元件1，力传感器元件I在壳体18中位于伸出壳体18之外的细长轴17之后。力传感器元件I包括接头16，轴17牢固地安装在接头16上。传感器元件I的底面3牢固地固定到壳体18 ;然而传感器元件I的剩余部分和轴17则保持自由，并根据被施加于稍端21的力的大小和方向而变形。传感器元件用来测量轴的稍端21处的三维接触力F，而此稍端21可形成笔直的形状、45°角钩状、或适合手术的任何其他形状。传感器元件I安装在壳体18内，因此针对例如由外科医生的手指施加的侧向力，传感器元件受到良好保护抵抗，并且传感器元件更容易与流体或任何外部碎片隔离。壳体18与轴17之间安装有柔性接合件24，用以密闭传感器元件I和固定到传感器元件上的光纤9。接合件24可以是橡胶垫圈(O形圈)、或由金属或合成橡胶材料制成的波纹状元件。柔性接合件24施加到轴17的力必须比稍端接触力F小。
在壳体的与接合件24相对的另一端，光纤9离开壳体进入缆线19内。在图3和图4中示出根据本发明的光学测力元件I的不同视图。力传感器元件I包括单体式圆柱形结构2 ;单体式圆柱形结构2具有在x-y平面中延伸的底面3、z向轴线、围绕z轴(即所述z向轴线)的圆柱表面4和与底面3相对的顶面5，顶面5适合吸收并传递待测量的力F。顶面5优选包含用于安装轴17的接头16。典型地，结构2具有0.5mm到4mm的x-y方向上的外径，并可被机加工成具有通孔或没有通孔。该结构的特征在于三个冲孔状切口 6，全部切口平行于y向。这些切口沿z轴分隔开，并在平行的x-y平面中恰好形成两个叶片部7。第一叶片部7位于第一切口 6与第二切口 6之间，第二叶片部7位于第二切口 6与第三切口 6之间。所有切口 6均为冲孔状并且平行，使得它们看起来是由在多个x-z平面中延伸并沿y向穿过结构2前进的多个冲孔形成的。典型地，叶片部7的z向厚度为0.02mm至0.4mm。在优选实施例中，这些切口 6相对于中间的x-z平面镜像对称，而且这些切口根据中心I轴具有180°旋转对称关系·。第一切口 6和第三切口 6是沿X向和-X向形成的彼此平行的长开口 ；第一切口6和第三切口优选沿X向和-X向具有相等的长度，相互重叠，并且具有相等的0.05mm到
0.5mm的z向宽度W。第二切口 6是一个位于结构2的中心处的通孔。沿着x向,第二切口优选在第一切口和第二切口的重叠区域上延伸，而沿着z向，第二切口几乎在第一切口 6与第三切口 6之间的整个区域上延伸，只留下两个薄的叶片部7。优选地，重叠区域的宽度、且因此第二切口 6的X向宽度至少是结构2的直径d的三分之一。第一切口 6和第三切口的延伸部分在X向上的剩余结构相对地薄，而且当在轴的稍端21处施加侧向力时，允许沿X向和I向弯曲。两个平行的薄叶片部7使结构2沿Z向呈柔性，而沿X向和y向呈刚性。考虑在稍端21处沿X向和y向的作用力Fyx的影响因结构的杠杆力的作用而被放大，而力Fz的影响却没有被放大，在所有三个方向(X向、y向和z向)上结构变形形式的效应是可比较的。结构2还包括三个通道8 ;这三个通道8向圆柱表面4敞开或封闭，并平行于z轴。这些通道从底面3延伸至顶面5或者靠近顶面5，并且只穿过第一切口 6，而绕过结构2内的另两个切口 6。测力元件I还包括三个光纤9，每个光纤9固定在三个通道8中的一个通道中。所有这些光纤9均从底面3进入结构2，穿过第一切口 6并终止于或靠近顶面5，同时在限定光纤段11的第一切口 6中被中断。在被中断处，光纤9和光纤段11通过限定法布里-珀罗干涉腔13，建立起两个平行的表面10、12。这两个表面10、12是通过成0°角劈开、抛光或激光切割光纤端而获得的。通道8用来使光纤9与光纤段11精确地对齐以形成腔13。如图所示，第一切口 6可以是最靠近底面3的切口，或者也可以是最靠近结构2的顶面5的切口。光纤段11和光纤9优选由粘合剂固定在通道8中，位于法布里-珀罗干涉腔的两侧。这种力传感器元件I适合在显微手术器械22中用于测量力F沿三个正交方向X、
1、z的分量，尤其当力被远距离地施加到感测元件时。优选地，结构2是钛、陶瓷、聚合物、不锈钢或耐蚀金属的。此外，结构2的热膨胀系数(TCE)应尽可能地接近于光纤9和/或光纤段11的TCE，以降低对温度变化的灵敏度。因为商用光纤由TCE非常低的熔融石英材料制成，所以为了降低温度灵敏度，光纤段11可由TCE接近于结构材料的TCE的不同材料制成。如果期望的话，结构2可还包括测温装置14，以便为可能的校正的需要而监控温度。为了改善光的传送，每个光纤在法布里-珀罗干涉腔13处的两个表面10、12可涂有半反射涂层。干涉腔13的长度随着柔性结构因施加在轴的稍端处的力产生弹性变形而变化。在中性位置(neutral position),每个法布里-拍罗干涉腔13的处于光纤9的表面10与光纤段11的表面12之间的间隙长度典型地介于0.0lmm到0.1mm之间。腔的长度使用光学干涉测量法来测量，具体地，使用所谓的白光干涉(WLI)测量法(利用例如加拿大的FISO公司的信号调节器)来测量。最后，基于公知的校准程序计算力，其中，由光学腔的三个长度和校准矩阵来出计算力向量的大小和方向。为了防止光纤端10、12因过载导致这两个光纤端机械接触而破坏，第一切口 6可包括机械限位器15。当轴向力Fz施加到结构2时，两个叶片部7弯曲，导致结构的平行于轴向的平移，使得所有的法布里-珀罗干涉腔经受相同的长度改变。另一方面，当侧向力Fxy施加到轴17的稍端21时，因为稍端21与结构2之间相对长的距离，由于转动惯量或转矩大，所以整个结构趋向于在两个叶片部7的高度(level)以及由第一侧向切口 6和第三侧向切口 6产生的两个挠曲部的高度产生侧向弯曲。在此情况下，3个腔根据其位置和所施加的侧向力的方向而经受不同的改变。 结构2适用于在距感测元件I的中心长距离D处施加的力。比值R=D/d典型地在5与20之间，其中，D是稍端21与感测元件I的中心之间的距离,而d是结构2的直径。本发明的主要优点在于，根据本发明的元件I容易制造，根据本发明的元件I允许小尺寸的长度和直径d，根据本发明的元件I能够在有或没有通孔的条件下制造，根据本发明的元件I能够被安装成远离稍端21，而且因为光纤9和光纤段11均沿凹槽和孔(除了具有第一切口 6的柔性区之外)固定到结构2中，所以根据本发明的元件I显示出对温度膨胀(temperature dilatation)只有非常小的影响。柱体结构2的底面3及其任一横截面均可呈圆形、正方形或任何其他形状。如图5所示，通过在x-y平面的中心剖切所述结构，能够在结构2内看到靠近第二切口 6处的带有光纤的三个通道8。可通过选择每个通道8在结构2内的位置，来优化单个间隙长度因施加的力而产生的有效改变。如图6a、图6b和图6c所示，光纤9可固定在不同种类的通道8中。在图6a中，通道作为平行于结构2的圆柱表面4的封闭通孔，是封闭的；而在图6b和图6c中，通道8向着圆柱表面4敞开。光纤可放置在图6b所不的侧向间隙通孔中，或图6c所不的开口侧向凹槽中。开口侧向凹槽的优点是在组装期间，易于将光纤插入通道8，而且制造工艺简易。光纤9和光纤段11例如利用环氧树脂或UV固化粘合剂，而被固定在通道8内。光纤9和光纤段11也可被钎焊或机械夹持就位。光学测力元件I能够制造成小至足以装配在典型的显微手术器械22的把手中，典型地外径d介于Imm与4_之间，并且能够精确地测量在细长轴17的远稍端21处施加的接触力F。
手术器械22的典型的轴17的长度约为40mm，其对应于感测元件I与轴17的稍端21 (接触力F施加在稍端21处)之间的有效距离。对于手持器械22而言，把手典型地长为IOcm到15cm，直径d为5mm。这些尺寸允许手术者舒适地手持并具有工具的精确度，而且在难以进入的小孔口中与显微镜一起工作时，例如在中耳手术或视网膜显微手术的情况下，也具有工具轴和稍端的良好可视性。本发明的结构2的主要优点在于，其仅沿一个方向进行机加工，这使得制造容易且廉价。不需要管状结构。光纤不但固定在结构2的表面上或靠近结构2的表面，而且处于结构2的外形内。柔性的结构2优选通过转动(车削)或通过放电加工(EDM)来制造，或者通过转动(车削)与通过放电加工二者的组合来制造。结构2也可通过激光切割或锯削来制造，或通过组合方式来制造。所述结构可以是金属材料、陶瓷或聚合物的。优选地选择钛或不锈钢。为了生产光学测力元件1，使三个光纤9 (这些光纤具有成0°角的劈开或抛光的光纤端10)从底面3进入结构2的敞开或封闭的通道8，到达第一切口 6 ;并使三个光纤段11 (光纤段11具有成0°角的劈开或抛光的光纤端12)从顶面5进入通道8，到达第一切口 6。六个光纤/光纤段9、11固定到结构2的第一切口 6的两侧，限定出具有相互平行的光纤端10、12表面的法布里-珀罗干涉腔13。在其他实施例中，为了生产光学测力元件1，使三个单独连续的光纤9从顶面3进入具有切口 6的结构2的敞开或封闭的通道8内，经过第一切口并到达顶面5或靠近顶面
5。这三个连续的光纤 9固定到结构2的第一切口 6的两侧。随后，在第一切口 6的一区域内对光纤9进行激光切割，第一切口 6的该区域限定法布里-珀罗干涉腔13并将连续的光纤9分隔成光纤9和光纤段11。典型地，当例如借助于FISO信号调节器使用白光干涉仪时，为读取法布里-珀罗干涉腔的长度13，柔性结构2被设计成使得对于在稍端处沿任何方向施加的最大力F，腔13的变形量处于I μ mm到10 μ m的量级。施加的最大的力取决于期望的工具的应用；施加的最大的力在中耳手术触诊程序中处于IN的量级，而在视网膜手术中处于0.1N的量级。
权利要求
1.用于显微手术器械(22)的光学测力元件，用以测量三个正交方向x、y、z上的力F，该光学测力元件包括单体式圆柱形结构(1)，所述单体式圆柱形结构具有在χ-y平面中延伸的底面(3)、z向轴线、围绕所述z向轴线的圆柱表面(4)、以及与所述底面(3)相对的适合吸收并传递待测量的力F的顶面(5)，所述结构的特征在于三个冲孔状切口(6);所有切口均平行于I向，沿所述z向轴线分隔开，并且在第一切口(6)与第二切口(6)之间的以及第二切口(6)与第三切口(6)之间的平行的x-y表面中准确地形成两个叶片部(7)，所述结构还包括三个通道(8);所述通道向所述圆柱表面(4)敞开或封闭并且平行于所述z向轴线，从所述底面(3)延伸到所述顶面(5)并穿过所述第一切口(6)，同时绕过所述结构(2)中的另两个所述切口(6)，所述测力元件还包括三个光纤(9);每个所述光纤固定在所述三个通道(8)中的一个通道中；所有所述光纤(9)均从所述底面(3)进入所述结构(2)，穿过所述第一切口并且在所述顶面(5)处 或靠近所述顶面(5)终止，同时在所述第一切口(6)中被中断，通过限定法布里-珀罗干涉腔(13)来建立每个光纤的两个表面(10、12)。
2.根据权利要求1所述的元件，其中，所述通道(8)均沿其在所述结构(2)中的长度向所述圆柱表面(4)敞开。
3.根据权利要求1或2所述的元件，其中，所述光纤(9)由粘合剂固定在所述通道(8)中。
4.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，所述结构(2)是钛、陶瓷、聚合物、不锈钢或耐蚀金属的。
5.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，所述切口(6)相对于中间的x-z平面镜像对称，而且所述切口根据中心I轴具有180°旋转对称关系。
6.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，所述结构(2)包含测温装置(14)。
7.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，在中性位置，位于每个被中断的光纤(9)的所述两个表面(10、12)之间的每个法布里-珀罗干涉腔(13)的间隙介于0.0lmm到0.1mm之间。
8.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，所述第一切口(6)具有0.05mm到0.5mm的z向宽度。
9.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，所述第一切口(6)包括机械限位器(15)，用以保护所述光纤(9)和光纤段(11)两者的端部(10、12)。
10.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，所述结构(2)具有0.5mm到4mm的χ-y方向上的外径。
11.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，所述结构(2)具有0.02mm到0.4mm的叶片部厚度。
12.根据前述权利要求之一所 述的元件，其中，所述光纤(9)和/或光纤段(11)的表面(10、12)涂有半反射涂层。
13.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，所述结构(2)的热膨胀系数匹配所述光纤(9)和/或光纤段(11)的热膨胀系数。
14.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，光纤段(11)的热膨胀系数匹配所述结构(2)的热膨胀系数。
15.根据前述权利要求之一所述的元件，其中，所述顶面(5)包含用于安装轴(17)的接头(16)。
16.根据前述权利要求之一所述的元件，包括沿所述z向轴线的中心通孔。
17.显微手术器械，包括安装在壳体(18)中的根据前述权利要求之一所述的元件(I)以及带有连接器(20)的包含光纤(9)的缆线(19)，其中，所述顶面(5)上安装有长轴(17)，所述长轴伸出所述壳体(18)之外并具有被限定的稍端(21)。
18.制造根据权利要求1至16之一所述的元件(I)的方法，其中，具有成0°角的劈开或抛光的光纤端(10)的三个单独连续的光纤(9)从所述底面(3)进入所述结构(2)的敞开或封闭的通道(8)，到达所述第一切口(6);并且具有成0°角的劈开或抛光的光纤端(12)的三个光纤段(11)从所述顶面(5)进入所述通道(8)，到达所述第一切口(6);而且其中，借助相互平行的光纤端的表面(10、12)，并通过在所述光纤端(10、12)之间限定所述法布里-珀罗干涉腔(13)，所述光纤(9)和所述光纤段(11)被固定到所述结构(2)的第一切口(6)的两侧。
19.制造根据权利要求1至16之一所述的元件(I)的方法，其中，三个单独连续的光纤(9)从所述底面(3)进入具有所述切口(6)的所述结构(2)的敞开或封闭的通道(8)内，经过所述第一切口(6)并到达所述顶面或靠近所述顶面(5);而且其中，三个连续的光纤(9)首先被在所述第一切口(6)的两侧固定到所述结构(2);而且其中，此后在所述第一切口(6)的限定所述法布里-珀罗干涉腔(13)并将所述连续的光纤(9)分成光纤(9)和光纤段(11)的区域中，所述光纤(9)优选通过激光显微机加工而被切割。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所有三个切口(6)均通过放电加工，通过在x-z平面中相对于所述结构(2)的 平移运动期间沿I向切割所述结构(2)而制成。
全文摘要
本发明涉及光学测力元件和显微手术器械，该用于显微手术器械(22)的光学测力元件测量三个正交方向x、y、z上的力F并包括具有圆柱表面(4)、顶面(5)及冲孔状切口(6)的单体式圆柱形结构(1)。所有切口平行于y向，沿z轴分开并在这些切口间形成两个叶片部(7)。该结构还包括从底面延伸到顶面并穿过一个切口、而绕过另两个切口的三个通道(8)。测力元件还包括固定在通道(8)中的三个光纤(9)，所有光纤从底面(3)进入结构(2)，穿过第一切口并终止于或靠近顶面(5)，同时在第一切口中被中断，通过限定法布里-珀罗干涉腔(13)来建立每个光纤的两个表面(10、12)。本发明还涉及包括这种元件的显微手术器械以及制造这种元件的方法。
文档编号A61B5/22GK103239241SQ20121022356
公开日2013年8月14日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年2月7日
发明者阿克塞尔·贝特霍尔德斯, 佩尔·略萨斯, 西蒙·赫内恩 申请人:森斯奥普蒂克股份公司