專利名稱：控制手柄中具有數(shù)字溫度測量的導(dǎo)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例的各個方面涉及導(dǎo)管，并且尤其涉及具有改進(jìn)的溫度測量性能的導(dǎo)管。2.
背景技術(shù)：
導(dǎo)管已普遍用于醫(yī)療實踐多年。導(dǎo)管的應(yīng)用包括刺激心臟中的電活動并繪制其圖像，以及消融電活動異常的位點。此類導(dǎo)管也稱為電極導(dǎo)管。使用時，將電極導(dǎo)管插入主靜脈或主動脈，例如股動脈，然后將其引導(dǎo)至體內(nèi)所關(guān)注的位置，例如心臟中存在異常電活動的心室。當(dāng)導(dǎo)管到達(dá)患者體內(nèi)的所需位置時，內(nèi)科醫(yī)生通過消融過程破壞引起異常電活動的組織，從而試圖消除電信號異常，并恢復(fù)正常心跳或者至少改善心跳。典型的消融過程包括提供參比電極，通常將參比電極用膠帶粘在患者的皮膚上。RF(射頻)電流被施加至頂端電極，并通過周圍介質(zhì)(即，血液和組織)流向參比電極。電流的分布取決于與血液相比電極表面與組織接觸的量，其中血液比組織具有更高的傳導(dǎo)率。由于組織的電阻率出現(xiàn)組織的變熱。組織被充分加熱而使得心臟組織中的細(xì)胞破壞，導(dǎo)致在心臟組織中形成不傳導(dǎo)的消融灶。在這個過程中，由于從被加熱組織至電極本身的傳導(dǎo)，還發(fā)生對電極的加熱。如果電極溫度變得足夠高，則可在電極的表面上形成脫水血液蛋白質(zhì)的薄透明涂層。如果溫度繼續(xù)升高，則所述脫水層會變得越來越厚，導(dǎo)致在電極表面上產(chǎn)生燒焦物和/或血栓。燒焦物和血栓的形成是危險的，因為燒焦物和血栓可以在消融過程中或者消融后移除導(dǎo)管的過程中，從電極上脫落。在臨床實踐中，需要減少或消除燒焦物和血栓的形成，并且對于某種心律失常而言，需要形成更大和/或更深的消融灶。實現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是監(jiān)控消融電極的溫度， 并且基于此溫度控制傳遞到消融電極的射頻電流。如果溫度超過預(yù)先選定的值，則將減小電流，直到溫度降低到該值以下。因此，導(dǎo)管的頂端(例如頂端消融電極)配備有測量溫度的傳感器。在用于測量溫度的眾多溫度傳感器中，熱電偶(TC)因其簡單的構(gòu)造和耐用性得以普遍應(yīng)用。將熱電偶用作溫度傳感器需要使用特殊的電纜和連接器，其制作材料與熱電偶線相同，否則，信號通道(例如，連接器)中的材料過渡會形成額外的異種金屬接合處以及額外的熱電偶接合處。然而，目前沒有可用于一次性醫(yī)療器械(例如，導(dǎo)管)并且具有熱電偶材料(例如，康銅插腳和插座)的已知現(xiàn)成連接器，并且此類插腳和插座以及其他醫(yī)療器械連接器的要求使設(shè)計變得非常困難，這些要求包括高匹配循環(huán)要求，以及高插腳密度和連接質(zhì)量。因此，普通的一次性醫(yī)療器械通常使用現(xiàn)成的連接器進(jìn)行連接，這些連接器未使用適當(dāng)?shù)臒犭娕疾牧?。如此，連接器兩側(cè)的任何材料差異轉(zhuǎn)化為測量誤差。因此，需要提供配備有用于溫度測量的熱電偶的改進(jìn)的導(dǎo)管。具體地講，需要減小由于額外的異種金屬接合處和額外的熱電偶接合處弓丨起的熱電偶測量誤差。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實施例提供了具有改進(jìn)的熱電偶溫度測量性能的導(dǎo)管。根據(jù)示例性實施例，導(dǎo)管包括導(dǎo)管手柄部位的熱電偶信號處理電路，用于對熱電偶電壓信號進(jìn)行數(shù)字化處理，從而可減少手柄中的熱電偶連接和線路，并且可將熱電偶電壓信號的數(shù)字值通過數(shù)字鏈路從手柄傳輸?shù)街鳈C，而無需使用熱電偶線。根據(jù)本發(fā)明的實施例，導(dǎo)管包括具有近端和遠(yuǎn)端的導(dǎo)管軸。導(dǎo)管軸通常包括近側(cè)導(dǎo)管主體、可偏轉(zhuǎn)的中間部分和遠(yuǎn)端頭段，該遠(yuǎn)端頭段包括需要對溫度進(jìn)行感測的頂端消融電極。第一對導(dǎo)體延伸穿過導(dǎo)管軸，并且第一對導(dǎo)體中的每一個具有第一端部和第二端部。將第一對導(dǎo)體的第一端部在導(dǎo)管軸的遠(yuǎn)端處相互連接，以形成第一熱電偶。將手柄連接到導(dǎo)管軸的近端，并且接納第一對導(dǎo)體的第二端部。手柄包括在其中連接到第一對導(dǎo)體的第二端部的數(shù)字化電路，用于對第一熱電偶的電壓信號進(jìn)行數(shù)字化。數(shù)字化電路可包括熱連接到第一對導(dǎo)體的第二端部的等溫塊。數(shù)字化電路可包括用于感測等溫塊溫度的溫度傳感器。該數(shù)字化電路可包括低通濾波器，用于過濾第一熱電偶的電壓信號。該數(shù)字化電路可包括放大器，用于放大第一熱電偶的電壓信號。該數(shù)字化電路可包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于生成對應(yīng)于第一熱電偶的電壓信號的數(shù)字值。該數(shù)字化電路可適用于根據(jù)數(shù)字值計算第一熱電偶的溫度值。該數(shù)字化電路可適用于執(zhí)行冷接點補償。 該數(shù)字化電路能夠通過至少一個數(shù)字地址進(jìn)行識別。導(dǎo)管還可包括延伸穿過導(dǎo)管軸的第二對導(dǎo)體。第二對導(dǎo)體中的每一個具有第一端部和第二端部，并且第二對導(dǎo)體的第一端部在導(dǎo)管軸的近端與遠(yuǎn)端之間的部分相互連接，以形成第二熱電偶。手柄接納第二對導(dǎo)體的第二端部。數(shù)字化電路連接到第二對導(dǎo)體的第二端部，并且適用于對第二熱電偶的電壓信號進(jìn)行數(shù)字化。該數(shù)字化電路可適用于根據(jù)第二熱電偶的數(shù)字化電壓信號計算第二熱電偶的溫度值。該數(shù)字化電路能夠通過至少兩個數(shù)字地址進(jìn)行識別，所述至少兩個數(shù)字地址包括對應(yīng)于第一熱電偶的第一數(shù)字地址和對應(yīng)于第二熱電偶的第二數(shù)字地址。該數(shù)字化電路可包括數(shù)字接口，用于傳輸對應(yīng)于第一熱電偶的電壓信號的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了用于測量溫度的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括主機，以及與主機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的導(dǎo)管。該導(dǎo)管包括具有近端和遠(yuǎn)端的導(dǎo)管軸，以及延伸穿過導(dǎo)管軸的一對導(dǎo)體。這對導(dǎo)體中的每一個具有遠(yuǎn)端和近端。將這對導(dǎo)體的遠(yuǎn)端在導(dǎo)管軸的遠(yuǎn)端處相互連接，以形成熱電偶。將手柄連接到導(dǎo)管軸的近端，并且接納這對導(dǎo)體的近端。手柄包括在其中連接到這對導(dǎo)體的近端的數(shù)字化電路，用于對熱電偶的電壓信號進(jìn)行數(shù)字化。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了使用導(dǎo)管測量溫度的方法。該方法包括通過熱電偶感測導(dǎo)管的導(dǎo)管軸遠(yuǎn)端處的溫度，將熱電偶的電壓信號傳輸?shù)脚c導(dǎo)管軸的近端連接的手柄，并且通過位于手柄處的電路對熱電偶的電壓信號進(jìn)行數(shù)字化，以生成對應(yīng)于溫度的數(shù)字值。該方法還包括通過位于手柄處的電路進(jìn)行冷接點補償。該方法還包括采用低通濾波器處理熱電偶的電壓信號。該方法還包括通過數(shù)字鏈路將數(shù)字值傳輸?shù)竭h(yuǎn)離手柄的主機。
通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將更加清楚地了解本發(fā)明的特征和各個方面，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的導(dǎo)管的側(cè)視圖。圖2A為圖1的導(dǎo)管的側(cè)剖視圖，其包括導(dǎo)管主體與沿第一直徑截取的中間段之間的接合部。圖2B為圖1的導(dǎo)管的側(cè)剖視圖，其包括導(dǎo)管主體和沿與第一直徑大致垂直的第二直徑截取的中間段之間的接合部。圖2C為沿C-C線截取的圖2A和2B的導(dǎo)管的端部剖視圖。圖2D為沿2D-2D線截取的圖4的導(dǎo)管的端部剖視圖。圖3為圖1的導(dǎo)管的側(cè)剖視圖，包括中間段和連接器配管之間的接合部。圖4為圖1的導(dǎo)管的側(cè)剖視圖，包括連接器配管和頂端電極之間的接合部。圖5為圖1導(dǎo)管的控制手柄的側(cè)剖視圖。圖6為描述熱電偶測量電路及其等效電路示意圖的圖示。圖7為概念性地示出使用常規(guī)導(dǎo)管測量溫度的裝配的框圖。圖8為概念性地示出包括根據(jù)本發(fā)明實施例的熱電偶信號處理電路的導(dǎo)管手柄的圖示。圖9為示意性地示出根據(jù)本發(fā)明實施例的熱電偶信號處理電路的圖示。圖10、11和12示出了根據(jù)本發(fā)明的熱電偶信號處理電路的其他示例性實施例。
具體實施例方式下文將對本發(fā)明的實施例進(jìn)行更加完整地描述，并且說明示例性實施例。然而，本發(fā)明可具體表現(xiàn)為多種不同形式，并且不應(yīng)將其理解為受限于本文所述的示例性實施例。 本文中，當(dāng)描述第一元件接合或連接到第二元件時，第一元件可以直接與第二元件連接，或者通過一個或多個第三元件間接與第二元件連接。常規(guī)導(dǎo)管接收來自導(dǎo)管軸的TC(熱電偶)電壓信號，并且通過多個導(dǎo)體使熱電偶電壓信號穿過導(dǎo)管手柄傳輸?shù)竭h(yuǎn)處的主機或控制器，從而進(jìn)一步處理熱電偶電壓信號以確定由熱電偶感測的溫度。由于連接器接口處所使用的一個或多個異種熱電偶線連接，導(dǎo)致此類溫度接口系統(tǒng)受到信號衰減的影響。連接器還產(chǎn)生可變的插腳連接電阻，從而使連接之間產(chǎn)生電壓下降，進(jìn)而導(dǎo)致熱電偶信號分辨率降低。本發(fā)明的各個方面涉及配備有用于感測溫度的熱電偶的改進(jìn)的導(dǎo)管。本發(fā)明的示例性實施例公開了在導(dǎo)管的控制手柄處配備了熱電偶信號處理電路的導(dǎo)管，這樣，手柄中的熱電偶信號處理電路便可處理(例如，數(shù)字化)熱電偶電壓信號，并且作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈路輸出到主機。圖1的圖示示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的導(dǎo)管10的側(cè)視圖。導(dǎo)管10包括具有近端和遠(yuǎn)端的細(xì)長導(dǎo)管軸或主體12，位于導(dǎo)管軸12遠(yuǎn)側(cè)具有單向或雙向偏轉(zhuǎn)的中間段14，位于中間段的遠(yuǎn)端處具有頂端電極17的頂端段15，以及位于導(dǎo)管軸12的近端的手柄16(例如， 控制手柄)。如圖2A和2B所示，導(dǎo)管主體12包括具有單個軸向或中央腔19的細(xì)長管狀構(gòu)造。導(dǎo)管主體12是柔韌的(即可彎曲)，但沿其長度基本上是不可壓縮的。導(dǎo)管主體12可為任何合適的結(jié)構(gòu)，并且可由任何合適的材料制成。目前優(yōu)選的結(jié)構(gòu)包括由聚氨酯或PEBAX制成的外壁20。外壁20包括由不銹鋼等制成的嵌入式編織網(wǎng)，以增大導(dǎo)管主體12的抗扭剛度，使得當(dāng)旋轉(zhuǎn)控制手柄16時，導(dǎo)管10的中間段14能夠以相應(yīng)的方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)管主體12的外徑并非決定性因素，但優(yōu)選地為不大于約9F (弗倫奇)，更優(yōu)選地不大于約7F。同樣，外壁20的厚度也不是決定性因素，但要足夠薄，使得中央腔19可容納拉線、一根或多根導(dǎo)線和任何其他所需的線材、電纜或配管。如果需要，外壁20的內(nèi)表面可襯有加強管21，以得到改善的扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。在一個實施例中，導(dǎo)管10具有外壁20，外壁的外徑為約0. 090英寸至約0. 094英寸，而內(nèi)徑為約0. 061英寸至約0. 065英寸。中間段14包括具有多個內(nèi)腔的一短段配管22，如圖2C所示。在一個實施例中，第一內(nèi)腔30容納有一根或多根導(dǎo)線50、用于監(jiān)控頂端電極17中的組織溫度的熱電偶TC(例如，熱電偶線43和44)，以及用于封裝在頂端段14中的電磁定位傳感器75的電纜74。第二和第三內(nèi)腔32、34中的每一個容納有拉線64。第四內(nèi)腔35容納有沖洗管61，用于向頂端電極提供流體。配管22由合適的非毒性材料制成，所述材料優(yōu)選比導(dǎo)管主體12更具柔性。在一個實施例中，配管22是編織聚氨酯，即具有嵌入的編織不銹鋼或類似材料的網(wǎng)的聚氨酯。內(nèi)腔的數(shù)量以及每個內(nèi)腔的尺寸并非決定性因素，但是根據(jù)不同的實施例，內(nèi)腔應(yīng)足以容納導(dǎo)線、拉線、電磁傳感器電纜、熱傳感器和/或沖洗管。圖加和圖2b中示出了將導(dǎo)管主體12附接到中間段14上的優(yōu)選方式。中間段14 的近端包括接納導(dǎo)管主體12外壁20的內(nèi)表面的外周凹口沈。中間段14和導(dǎo)管主體12通過膠或類似材料附接。如果需要，可在導(dǎo)管主體內(nèi)的加強管21的遠(yuǎn)端與中間段的近端之間設(shè)置間隔區(qū) (未示出)。該間隔區(qū)使導(dǎo)管主體和中間段的接合處形成柔韌性的過渡區(qū)，其使此接合處平滑地彎曲而不會折疊或扭結(jié)。具有此類間隔區(qū)的導(dǎo)管在美國專利No. 5，964，757中有所描述，該專利的全部公開內(nèi)容以引用方式并入本文。如圖4所示，頂端段15包括頂端電極17，該電極可通過單個內(nèi)腔連接器配管23連接到中間段14的配管22。連接器配管為電磁定位傳感器75和從配管22延伸出來的各種組件提供空間，以便根據(jù)需要使它們自身重新定向，從而錨固在頂端電極17中。為此，在頂端電極的遠(yuǎn)側(cè)表面上設(shè)置有盲孔。在本發(fā)明所公開的實施例中，盲孔51用于接納導(dǎo)線50的遠(yuǎn)端，盲孔53用于接納熱電偶的遠(yuǎn)端，而盲孔55用于接納電磁傳感器75的遠(yuǎn)端。頂端電極中還形成了沖洗通道56，以接納沖洗管61的遠(yuǎn)端。通道55與橫向支管57和流體口 59 連通，從而使通過沖洗管61遞送的流體能夠流到頂端電極外面。如圖2B所示，拉線64用于使中間段14發(fā)生雙向偏轉(zhuǎn)。拉線64延伸穿過導(dǎo)管主體12，通過T形桿錨固件在拉線的近端處錨固到控制手柄16上，并且在其遠(yuǎn)端處錨固到靠近中間段14的遠(yuǎn)端的配管23上，如美國專利No. 5，893，885和6，066，125中大致所述，這些專利的全部公開內(nèi)容均以引用方式并入本文。拉線由任何合適的金屬制成，例如不銹鋼或鎳鈦諾，并且優(yōu)選地用Teflon. RTM.等材料涂覆。涂層使拉線64具有潤滑性。拉線64 的直徑優(yōu)選地在約0. 006至約0. 010英寸的范圍內(nèi)。壓縮螺旋彈簧66位于導(dǎo)管主體12中，并且圍繞每根拉線64，如圖2B所示。壓縮螺旋彈簧66從導(dǎo)管主體12的近端延伸至中間段14的近端。壓縮螺旋彈簧66由任何合適的金屬制成，優(yōu)選的是不銹鋼。每個壓縮螺旋彈簧66自身緊密地纏繞，以提供柔韌性，即彎曲性，但可抗壓縮。壓縮螺旋彈簧66的內(nèi)徑優(yōu)選地稍大于拉線64的直徑。拉線64上的 Teflon. RTM.涂層使得它能在壓縮螺旋彈簧66內(nèi)自由滑動。每個壓縮螺旋彈簧66的外表面均覆蓋有柔韌的非導(dǎo)電鞘管68，例如由聚酰亞胺管制成的鞘管。美國專禾Ij No. 6，064，905,6, 477，396和7，366，557中描述并描繪了合適的導(dǎo)管軸構(gòu)造的實例，這些專利的全部公開內(nèi)容以引用方式并入本文。使得中間段14偏轉(zhuǎn)的拉線64相對于導(dǎo)管主體12的縱向運動通過控制手柄16 的適當(dāng)操縱來完成。適用于本發(fā)明的控制手柄的實例公開于美國專利No. Re 34，502、 5，897，529和7，377，906，這些專利的全部公開內(nèi)容以引用方式并入本文。圖5的圖示示出了導(dǎo)管10的手柄16的側(cè)剖視圖。圖5概念性地示出了電路板18 位于手柄16中，并且連接到從導(dǎo)管軸12延伸出來的熱電偶。本文中，手柄16和電路板18 可以具有任何合適的形狀和尺寸。作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，電路板在手柄中的位置可根據(jù)手柄中的結(jié)構(gòu)和組件而變化，所述結(jié)構(gòu)和組件例如控制中間段14偏轉(zhuǎn)的機構(gòu)、以及延伸穿過控制手柄并沿導(dǎo)管軸向遠(yuǎn)側(cè)延伸超出導(dǎo)管軸的各種線、電纜和配管。電路板18包括熱電偶信號處理電路，該電路與熱電偶20配合，從而可以處理來自熱電偶20的電壓信號， 并將該信號數(shù)字化，然后輸出到主機。例如，熱電偶由漆包線對組成，其中一條線為銅線43(例如40號銅線)，另一條線 44為康銅線。線43和44彼此電絕緣，只在其遠(yuǎn)端連接在一起(例如，纏繞在一起)、并覆蓋有一小段塑性配管58 (例如聚酰胺)，再覆蓋有環(huán)氧樹脂。然后用聚氨酯膠水等將塑性配管58連接到頂端電極17中盲孔53的遠(yuǎn)端部分。線43和44延伸穿過導(dǎo)管軸12的中央腔19，并且連接到手柄16中的電路板18。 線43和44由不同金屬或金屬合金構(gòu)成，并在感測端部(即，導(dǎo)管軸的頂端電極17)處連接在一起，該感測端部稱為熱接點。熱電偶輸出連接到電路板18的線43和44的另一端部兩端的電壓差(熱電偶電壓信號)，該端部稱為冷接點，其保持在已知的溫度下。在某些應(yīng)用中，冷接點的溫度可能高于熱接點。在這種情況下，熱電偶輸出電壓的極性完全顛倒。因此，熱電偶測量其熱接點和冷接點之間的溫度差，而非冷接點處的絕對溫度。已將常用的金屬對與合金的各種熱電偶的輸出電壓制成表格。用單個大寫字母指定標(biāo)準(zhǔn)金屬對，例如 “T”代表康銅-銅熱電偶，由于其具有較高的精度和適當(dāng)?shù)木€性范圍，故成為醫(yī)學(xué)應(yīng)用中最為常用的熱電偶類型。制表數(shù)據(jù)建立在假定冷接點溫度為0°C的基礎(chǔ)上。因此，要獲得熱接點感測點的絕對溫度，則必須測量冷接點溫度并相應(yīng)地調(diào)節(jié)熱電偶的輸出電壓。該技術(shù)稱為冷接點補償。圖6為描述熱電偶測量電路100及其等效電路示意圖的圖示。參見圖6，熱電偶測量電路100包括T型熱電偶101，該熱電偶連接到器械104的連接器102。將熱接點106放置在目標(biāo)物附近以感測其溫度。熱電偶測量電路100由其等效電路IOOa示意性表示，其中Jl代表熱接點106，J2代表冷接點(即，熱電偶101和連接器102之間的連接)。冷接點J2位于等溫塊120 (或等溫屏障)上，以使得冷接點J2的絕對溫度可被測定?？赏ㄟ^(例如)合適的熱敏電阻器122測定等溫塊120的溫度，從而可以確定參比溫度?？商峁┚哂凶銐蛟鲆娴姆糯笃鱽矸糯鬅犭娕茧妷盒盘?，以覆蓋所需的熱電偶溫度范圍。因為熱電偶101在本質(zhì)上是非線性裝置，所以可通過本領(lǐng)域熟知的基于合適硬件和 /或軟件的方法對熱電偶電壓信號進(jìn)行補償。線性化提高了由熱電偶101測得的溫度的精度，并擴大了由熱電偶101測得的溫度范圍。圖7為概念性地示出使用常規(guī)導(dǎo)管測量溫度的裝配的框圖。參見圖7，導(dǎo)管200包括手柄和T型熱電偶204。熱電偶204的熱接點可位于導(dǎo)管 200的頂端，熱電偶204的銅線和康銅線通過手柄連接器206(例如插腳和插座)連接到電纜300。此處，由手柄連接器206形成了兩個熱電偶連接，即，熱電偶204的康銅線和手柄連接器206的鍍金插腳之間的連接(以Cl表示)，以及電纜300的康銅線和手柄連接器206 的鍍金插腳之間的連接(以C2表示)。電纜300的另一個端部通過器械400的前面板連接器402(例如插腳和插座)連接到器械400。此處，由前面板連接器402形成了另外兩個熱電偶連接，即，電纜300的康銅線和連接器402的鍍金插腳之間的連接(以C3表示)，以及器械400內(nèi)的康銅線和連接器402的鍍金插腳之間的連接(以C4表示)。由于連接器206 和402并非由適當(dāng)?shù)臒犭娕疾牧现瞥?，故不與康銅線匹配，因此熱電偶連接(Cl、C2、C3和 C4)中的每一個引入了誤差電壓，從而導(dǎo)致測量誤差。在圖7的常規(guī)裝配中，由于熱電偶電壓信號通過異種材料的連續(xù)連接點而逐步衰減，因此使用熱電偶204測量溫度、以及將微弱熱電偶電壓信號(例如低毫伏范圍)通過由不同金屬/金屬合金(例如非熱電偶金屬)制成的異種連接器插針的多個連接器對輸出到溫度讀數(shù)儀表(例如器械400)時，會產(chǎn)生測量誤差。根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過在導(dǎo)管手柄中實施熱電偶信號處理電路以使導(dǎo)管手柄冷接點處的熱電偶電壓信號數(shù)字化，可消除或減少熱電偶信號衰減。圖8為概念性地示出包括根據(jù)本發(fā)明實施例的熱電偶信號處理電路的導(dǎo)管手柄 500的圖示。參見圖8，位于導(dǎo)管手柄500內(nèi)的熱電偶信號處理電路包括冷接點等溫塊502，該等溫塊接納來自導(dǎo)管軸(未示出)的熱電偶504。等溫塊502可由具有高熱導(dǎo)率的材料(例如銅或其他具有高熱導(dǎo)率的合適材料)小塊維持。與熱電偶504連接的輸入連接506與等溫塊502電絕緣，但與其熱連接。在一個實施例中，等溫塊502中可包括完整的信號處理電路。此外，信號處理電路可包括低通濾波器508、低電平直流放大器510、溫度傳感器512、冷接點補償電路514、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器516和數(shù)字處理單元518。在一些實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器516和數(shù)字處理單元518可包括在相同的電路模塊(例如集成電路)中。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，上述信號處理電路可包括所述元件的一些或全部，并且可包括本領(lǐng)域熟知的其他電路元件。低通濾波器508消除或減少了信號飽和，例如，當(dāng)導(dǎo)管為消融導(dǎo)管時由于消融信號采集而產(chǎn)生的信號飽和。在一些實施例中，可省略低通濾波器508。模數(shù)轉(zhuǎn)換器516將熱電偶電壓信號數(shù)字化，得到其相應(yīng)的數(shù)字值，該數(shù)字值隨后接受數(shù)字處理單元518的處理。 例如，數(shù)字處理單元518可提供諸如開放式熱電偶檢測與報警、冷接點補償、線性化以及計算被熱電偶504感測到的溫度等功能。此外，數(shù)字處理單元518包括數(shù)字接口 518a，用于通過數(shù)字鏈路與主機(例如計算機或控制器)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，使得熱電偶504的數(shù)字化數(shù)據(jù)可傳輸?shù)街鳈C，以便進(jìn)行進(jìn)一步處理或顯示。然而，本發(fā)明并不限于上述熱電偶信號處理電路。相反，導(dǎo)管手柄500中的熱電偶信號處理電路可具有各種修改形式和等同構(gòu)造。此外，數(shù)字處理單元518可能無法計算熱電偶504的溫度，但可以通過數(shù)字接口 518a將數(shù)字化的熱電偶電壓傳輸?shù)街鳈C，主機會根據(jù)數(shù)字化的熱電偶電壓信號計算熱電偶504的溫度。如圖8的實施例所述，將導(dǎo)管手柄500處的熱電偶電壓信號數(shù)字化減少了通過連接器和整個系統(tǒng)的材料過渡次數(shù)，從而可避免與這些過渡相關(guān)的測量誤差。導(dǎo)管手柄500 可通過任何合適的數(shù)字鏈路(例如單線通信連接)與主機連接。因此，可在導(dǎo)管手柄500 和主機之間的連接線路中避免使用特殊的熱電偶線(例如康銅線)，從而顯著降低成本。示例性實施例下文將公開本發(fā)明的示例性實施例，以進(jìn)一步說明本發(fā)明的各個方面和特征。然而，這些示例性實施例僅為示例性的，并且本發(fā)明并不限于這些示例性實施例。圖9為示意性地示出根據(jù)本發(fā)明實施例的熱電偶信號處理電路600的圖示。參見圖9，熱電偶信號處理電路600可通過導(dǎo)管手柄處的一個或多個電路板(例如印刷電路板)實施。熱電偶電壓信號從連接到熱電偶信號處理電路600的熱電偶602輸出。此處，熱電偶602和熱電偶信號處理電路600之間的連接形成冷接點604。冷接點604 處的熱電偶電壓信號在導(dǎo)管手柄處通過集成電路(10606(例如嫩乂現(xiàn)，型號052760)數(shù)字化，該集成電路通過數(shù)字鏈路608(例如，單個雙絞線連接、單總線等)與主機(例如計算機)進(jìn)行通信。集成電路606可具有唯一的地址(例如，64位地址)，該地址允許主機或總線主控器進(jìn)行肯定識別和選擇。由于這種唯一的地址，熱電偶信號處理電路600的多個單元可共用相同的數(shù)字鏈路608，并且軟件可自動識別并處理連接到信號處理電路600之一的任何指定熱電偶的數(shù)據(jù)。熱電偶602的相關(guān)信息可儲存在集成電路606自身中。作為另外一種選擇，集成電路606的唯一地址使得與熱電偶602相關(guān)的信息和其他參考數(shù)據(jù)能夠儲存在主機或總線主控器中。在本發(fā)明的一個實施例中，集成電路606通過單總線(即，數(shù)字鏈路680)與單總線主控器連通。此處，單總線主控器執(zhí)行接觸存儲器執(zhí)行(touch memory executive (TMEX))協(xié)議來控制集成電路606，并通過單總線傳輸雙向數(shù)據(jù)和電力。可使用短時隙和長時隙進(jìn)行半雙工和比特序列數(shù)據(jù)傳輸，以分別編碼二進(jìn)制“ 1，，和“0”，并在通信空閑時間傳輸電力。如圖9的實施例所述，集成電路606將熱電偶602的冷熱接點間產(chǎn)生的毫伏水平電壓數(shù)字化，同時其片上溫度傳感器繼續(xù)監(jiān)測冷接點604處的溫度。集成電路606的唯一地址允許信號處理電路600的多個單元在相同的數(shù)字鏈路608上運行。此外，集成電路606 可包括用戶可訪問的存儲器，該存儲器用于存儲傳感器的特定數(shù)據(jù)，例如熱電偶類型、位置及其投入使用的日期。這使得集成電路606可與任何熱電偶類型一起使用，因為主機或總線主控器使用存儲的數(shù)據(jù)確定根據(jù)所用熱電偶類型和由片上溫度傳感器所報告的冷接點溫度進(jìn)行的計算是否正確。在圖9中，集成電路606為MAXIM DS2760，它為熱電偶602的應(yīng)用提供了完整的信號調(diào)節(jié)和數(shù)字化解決方案，DS2760包括10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器、13位溫度模數(shù)轉(zhuǎn)換器和12 位正號電流模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它還提供了可鎖定的32字節(jié)EEPROM存儲器，其中可存儲相關(guān)使用者或傳感器文檔，從而最大限度地降低由于熱電偶標(biāo)記錯誤導(dǎo)致的誤差機率。此處，熱電偶602可直接連接到DS2760的模數(shù)轉(zhuǎn)換器電流輸入。DS2760的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿刻度量程為士64mV(LSB為15. 625 μ V)，即使是對于K型熱電偶的較低電壓輸出，也可提供優(yōu)于1°C 的分辨率。
因此，可使用DS2760 (即，集成電路606)將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶轉(zhuǎn)變成具有多點能力的智能傳感器。在圖9中，電容器Cl和肖特基(Schottky) 二極管Dl形成半波整流器，當(dāng)總線電壓為5V時，該半波整流器通過獲取空閑通信周期中來自總線(即數(shù)字鏈路680)的電力， 為DS2760提供電力。肖特基二極管D2跨接總線的DATA和GND，通過將進(jìn)入地下的信號擺幅限制到約-0. 4V而提供電路保護(hù)。如果沒有二極管D2，那么總線上超過0. 6V的負(fù)信號擺幅可能正向偏置DS2760的寄生基底二極管，并干擾其正常功能。在總線主控器的控制下， DS2760監(jiān)測熱電偶602的熱接點和冷接點之間產(chǎn)生的電壓，并使用其內(nèi)部溫度傳感器測量冷接點604處的溫度。總線主控器采用此信息計算熱接點處的實際溫度。將熱電偶602連接到信號處理電路600時，應(yīng)當(dāng)將其盡可能靠近地連接到DS2760，以使這些連接與DS2760 集成電路組裝內(nèi)的電路之間存在的溫度差最小化。正確使用銅布線和弓I線布置技術(shù)，可在熱電偶弓I線連接信號處理電路600的銅布線的點內(nèi)部及周邊形成等溫塊，從而將冷接點604處的連接保持在基本相同的溫度。因為溫度差導(dǎo)致電壓差，所以應(yīng)將印刷電路板布線排布在一起，并且用保持在每個導(dǎo)體上的等量連接有效替代常規(guī)導(dǎo)管手柄內(nèi)使用的昂貴熱電偶補償電纜。DS2760將給定溫度下兩種相異金屬的熱接點和冷接點之間由于塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生的毫伏級電壓信號數(shù)字化，并將該信息傳送到主機或主控器，使得可以計算熱接點處的正確溫度。在一些實施例中，信號處理電路 600可通過無線數(shù)據(jù)鏈路與主機進(jìn)行通信。圖10、11和12示出了根據(jù)本發(fā)明的信號處理電路600的其他示例性實施例。由于它們的具體實施技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，因此將省略其詳細(xì)說明。在圖10的實施例中，信號處理電路600包括熱電偶702，該熱電偶連接到具有冷接點補償?shù)暮线m熱電偶放大器704(例如，型號為AD594/AD595的模擬裝置)。當(dāng)導(dǎo)管為消融導(dǎo)管時，可將合適的消融信號降低單元706 (例如鐵氧體單元)連接到熱電偶702和放大器704之間，用于過濾消融信號提取。放大器704將冷接點補償?shù)臒犭娕茧妷盒盘柊l(fā)送到單線模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片708 (例如MAXIM的DSM50型模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，從而將信號數(shù)字化并通過單總線傳輸?shù)街鳈C。在圖11的實施例中，信號處理電路600包括熱電偶70 ，該熱電偶連接到合適的熱電偶冷接點補償器70 (例如LINEAR TECHNOLOGY的LTlOW型熱電偶冷接點補償器)和合適的放大器710。將放大器710的模擬輸出通過單線模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片708a(例如MAXIM 的DSM50型模數(shù)轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，以便通過單總線傳輸?shù)街鳈C。在圖12中，信號處理電路600包括通過等溫塊804連接到多個熱電偶(800a、 800b、800c、800d)的處理模塊802 (例如，BURR-BROWN的MSC1200型處理模塊)。等溫塊804 的溫度由處理模塊802通過進(jìn)行冷接點補償?shù)臏囟葌鞲衅?06測定。處理模塊802包括用于將模擬熱電偶電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的模數(shù)轉(zhuǎn)換器80 ，以及用于根據(jù)該數(shù)字值計算由熱電偶(800a、800b、800c、800d)感測的溫度的微控制器單元(MCU)802b。此外，MCU 802b 可進(jìn)行冷接點補償和線性化。處理模塊802包括數(shù)字接口單元802c，該數(shù)字接口單元通過合適的數(shù)字鏈路(例如3 1、12(、單線等)與主機進(jìn)行通信，從而將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)從信號處理電路600傳輸?shù)街鳈C。雖然結(jié)合本文視為實用示例性實施例的內(nèi)容對本公開進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解， 本發(fā)明不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明旨在涵蓋所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)所包括的各種修改形式和等同構(gòu)造。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)管，包括導(dǎo)管軸，所述導(dǎo)管軸具有近端和遠(yuǎn)端；延伸穿過所述導(dǎo)管軸的第一對導(dǎo)體，所述第一對導(dǎo)體中的每一個具有第一端部和第二端部，所述第一對導(dǎo)體的所述第一端部在所述導(dǎo)管軸的所述遠(yuǎn)端處相互連接，以形成第一熱電偶；以及手柄，所述手柄連接到所述導(dǎo)管軸的所述近端，并且接納所述第一對導(dǎo)體的所述第二端部，所述手柄包括在其中連接到所述第一對導(dǎo)體的所述第二端部的數(shù)字化電路，用于將所述第一熱電偶的電壓信號數(shù)字化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路包括熱連接到所述第一對導(dǎo)體的所述第二端部的等溫塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路還包括溫度傳感器，用于感測所述等溫塊的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路包括低通濾波器，用于過濾所述第一熱電偶的所述電壓信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路包括放大器，用于放大所述第一熱電偶的所述電壓信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于生成對應(yīng)于所述第一熱電偶的所述電壓信號的數(shù)字值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路適用于根據(jù)所述數(shù)字值計算所述第一熱電偶的溫度值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路適用于進(jìn)行冷接點補償。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路能夠通過至少一個數(shù)字地址進(jìn)行識別。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，還包括延伸穿過所述導(dǎo)管軸的第二對導(dǎo)體，所述第二對導(dǎo)體中的每一個具有第一端部和第二端部，所述第二對導(dǎo)體的所述第一端部在所述導(dǎo)管軸的所述近端和所述遠(yuǎn)端之間的部分相互連接，以形成第二熱電偶，其中所述手柄接納所述第二對導(dǎo)體的所述第二端部，并且其中所述數(shù)字化電路連接到所述第二對導(dǎo)體的所述第二端部，并且適用于將所述第二熱電偶的電壓信號數(shù)字化。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路適用于根據(jù)所述第二熱電偶的所述數(shù)字化電壓信號計算所述第二熱電偶的溫度值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路能夠通過至少兩個數(shù)字地址進(jìn)行識別，所述至少兩個數(shù)字地址包括對應(yīng)于所述第一熱電偶的第一數(shù)字地址和對應(yīng)于所述第二熱電偶的第二數(shù)字地址。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)管，其中所述數(shù)字化電路包括數(shù)字接口，用于傳輸對應(yīng)于所述第一熱電偶的所述電壓信號的數(shù)據(jù)。
14.一種用于測量溫度的系統(tǒng)，包括主機；以及與所述主機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管包括導(dǎo)管軸，所述導(dǎo)管軸具有近端和遠(yuǎn)端；延伸穿過所述導(dǎo)管軸的一對導(dǎo)體，所述對的導(dǎo)體中的每一個具有遠(yuǎn)端和近端，所述對的導(dǎo)體的所述遠(yuǎn)端在所述導(dǎo)管軸的所述遠(yuǎn)端處相互連接，以形成熱電偶；以及手柄，所述手柄連接到所述導(dǎo)管軸的所述近端，并且接納所述對的導(dǎo)體的所述近端，所述手柄包括連接到所述對的導(dǎo)體的所述近端的數(shù)字化電路，用于將所述熱電偶的電壓信號數(shù)字化。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字化電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于生成對應(yīng)于所述熱電偶的所述電壓信號的數(shù)字值。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字化電路適用于根據(jù)所述數(shù)字值計算所述熱電偶的溫度值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述數(shù)字化電路包括數(shù)字接口，用于傳輸對應(yīng)于所述熱電偶的所述電壓信號的數(shù)據(jù)。
18.一種用導(dǎo)管測量溫度的方法，所述方法包括 通過熱電偶感測所述導(dǎo)管的導(dǎo)管軸遠(yuǎn)端處的溫度；將所述熱電偶的電壓信號傳輸?shù)竭B接到所述導(dǎo)管軸近端的手柄；以及通過位于所述手柄處的電路將所述熱電偶的所述電壓信號數(shù)字化，以生成對應(yīng)于所述溫度的數(shù)字值。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括通過位于所述手柄處的所述電路進(jìn)行冷接點補償。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括通過低通濾波器處理所述熱電偶的所述電壓信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括通過數(shù)字鏈路將所述數(shù)字值傳輸?shù)竭h(yuǎn)離所述手柄的主機。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制手柄中具有數(shù)字溫度測量的導(dǎo)管。本發(fā)明提供了一種精度提高的溫度感測導(dǎo)管。所述導(dǎo)管包括具有近端和遠(yuǎn)端的導(dǎo)管軸，以及延伸穿過所述導(dǎo)管軸的第一對導(dǎo)體。所述第一對導(dǎo)體中的每一個具有第一端部和第二端部，并且所述第一對導(dǎo)體的所述第一端部在所述導(dǎo)管軸的所述遠(yuǎn)端處相互連接，以形成第一熱電偶。手柄，所述手柄連接到所述導(dǎo)管軸的所述近端，并且接納所述第一對導(dǎo)體的所述第二端部，并且所述手柄包括連接到所述第一對導(dǎo)體的所述第二端部的數(shù)字化電路，用于將所述第一熱電偶的電壓信號數(shù)字化。
文檔編號A61B18/12GK102525640SQ20111033372
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者I·方, T·塞爾基 申請人:韋伯斯特生物官能公司