1.一种心脏射频消融导管系统,包括与控制系统电连接的导管,所述导管包括导管主体(1),导管尖端(2)与所述导管主体(1)通过可形变的连接件(3)连接,所述导管尖端(2)、连接件(3)与所述导管主体(1)内部连通,其特征在于:所述导管尖端(2)包括用于检测组织共振频率的传感系统、传递射频能量的电极(11)和与所述电极(11)接触的多个温度传感器(12),在所述传感系统的压电陶瓷(13)两端的所述导管尖端(2)上设置有尖端绝缘部,所述控制系统根据组织共振频率变化计算组织弹性,所述控制系统根据所述电极(11)工作的电源功率、所述传感系统与所述温度传感器(12)检测到的数据通过深度学习算法建立模型,计算出消融尺寸;
所述压电陶瓷(13)为双层环形结构,内层为接收振动信息的拾取器(131),所述拾取器(131)与控制系统的处理器电性连接,外层为产生振动的振荡器(132),在所述振荡器(132)和所述拾取器(131)之间设置有间隙,所述振荡器(132)与自振荡电源电性连接,所述拾取器(131)与处理器电性连接,所述自振荡电源向所述振荡器(132)施加自振荡激励信号,并通过所述拾取器(131)接收振动信息,达到实时检测共振频率;
由于传感系统共振频率f的变化与其接触的物体的声阻抗有关,共振频率的变化Δf表示为:式中f0为传感系统的固有频率,l是导管尖端的长度,v0是传感器系统振动速度,Z0是传感系统的声阻抗,qx是物体声阻抗Zx的声抗部分;
物体声阻抗Zx的相关表达式如下:
Zx=rx+iqx
‑1
qx=mxω‑kxω
式中rx是物体声阻抗Zx的声阻部分,ω是传感系统振动角频率,mx是物体质量,kx是物体表面刚度,其中,物体的质量mx和刚度kx表示为:式中,S为接触表面积,ρ、v、E分别为接触物体的密度、泊松比、杨氏模量,系数a11由泊松比v决定,本导管的接触表面积表示为 其中Rtip为尖端半径;
在消融过程中,传感系统相关参数视为固定值,因此有:
Δf∝qx
在消融过程中,导管接触表面积S恒定,物体的密度和泊松比变化小,因此上述关系进一步表示为:Δf=c1E+c2
式中c1、c2为常数,计算出杨氏模量E,即得出组织的弹性;
所述控制系统通过深度学习算法建立模型,计算出消融尺寸的具体步骤如下:
步骤1,收集低保真度数据集,采用有限元模型通过耦合多个在射频消融过程中同时发生的物理场,建立射频消融的热—电—机械场模型,并分别设置不同的边界条件,最终进行仿真运算,分析并记录不同消融条件下的物理变量及相应的消融尺寸,作为低保真度数据集,记为 其中x=[p1,p2,p3],为输入变量;p1、p2、p3分别代表共振频率、电极温度和电源功率,y为消融尺寸,作为预测变量;Nl为低保真度数据数量;
步骤2,收集高保真度数据集,对多组实物样本在不同射频消融条件下,进行射频消融实物实验,记录消融条件及相应的物理变量,收集到的数据集作为高保真度数据集,将其记为 其中Nh为高保真度数据数量;
步骤3,使用多保真度神经网络,利用低保真度数据集和高保真度数据集训练该神经网络,预测所使用的多保真度神经网络主要含有三个全连接子神经网络NNL、NNH和基于物理信息神经网络PINN;
步骤4,输入射频消融过程中的实际参数x,得到的PINN输出值yP(x)即为对应的消融尺寸预测值;
所述步骤3的具体步骤如:步骤3.1,给定低保真度数据 将 作为输入变
量, 作为标签值,训练低保真度神经网络NNL,其输出值记为yL(x);
步骤3.2,给定高保真度数据 将 作为NNL的输入值,得到低保真度预
测值 将 作为输入变量, 作为标签值,训练高保真度
神经网络NNH,其输出值记为yH(x);其中NNH分为两个全连接子神经网络:无激活函数的线性部分NNH_l和带有激活函数的非线性部分NNH_nl,输出值分别记为Fl(x,yL)和Fnl(x,yL),高保真预测值yH的表达式如式1所示:yH(x,yL)=Fl(x,yL)+Fnl(x,yL) (1);
步骤3.3,给定 通过上述神经网络NNL和NNH,得到所有输入点的高保真度预测值 根据射频消融多物理场所对应的偏微分方程,建立神经网络PINN,将作为输入变量, 作为标签值,训练PINN,其输出值记为yP(x);
步骤3.4,多保真度神经网络中的损失函数采用均方误差(MSE),其具体公式如式2所示:式中,N为数据集中数据的数量,Ai与Fi分别为第i个点的真实值与预测值。
2.根据权利要求1所述一种心脏射频消融导管系统,其特征在于:所述导管尖端(2)包括设置在所述电极(11)内部的内壁(14),所述内壁(14)前端与所述电极(11)之间设置有空腔(15),所述导管尖端(2)内部的管腔与所述电极(11)上的数个贯穿的小孔通过所述空腔(15)连通。
3.根据权利要求2所述一种心脏射频消融导管系统,其特征在于:在所述内壁(14)与所述电极(11)之间设置有多个隔套(16),多个所述隔套(16)与所述内壁(14)一体成型,且沿所述内壁(14)轴线方向环向设置在所述内壁(14)外侧壁上,多个所述温度传感器(12)位于所述隔套(16)内,且与所述电极(11)内壁(14)紧贴。
4.根据权利要求3所述一种心脏射频消融导管系统,其特征在于:在所述连接件(3)内设置有柔性导管(31),所述柔性导管(31)与所述导管尖端(2)内部的管腔、导管主体(1)内部的管腔粘接,并贯穿所述导管内部。
5.根据权利要求4所述一种心脏射频消融导管系统,其特征在于:所述尖端绝缘部包括前端壳体(17)和后端壳体(18),所述压电陶瓷(13)两端分别粘连在所述前端壳体(17)与所述后端壳体(18)上,所述前端壳体(17)的前端内侧与所述内壁(14)外侧螺纹连接,所述前端壳体(17)的前端外侧与所述电极(11)的内侧螺纹连接,所述后端与所述连接件(3)螺纹连接。
6.根据权利要求5所述一种心脏射频消融导管系统,其特征在于:所述导管主体(1)与所述尖端绝缘部均采用生物相容性聚合物制成。