[發(fā)明專利]一種基于微流體電子的柔順變電阻式陣列觸覺傳感器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010450162.0
• 申請日: 2020-05-25
• 公開（公告）號: CN111543954A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳良洲;王祥陽;戴江;陳有林
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G01L1/18
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發(fā)明屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域，公開了一種基于微流體電子的柔順變電阻式陣列觸覺傳感器，任意一個陣列單元包括U形微通道(1)以及密封設(shè)置于U形微通道U形中空結(jié)構(gòu)中的微流體電子(2)，它們共同組成突起(4)并作為電阻傳感單元設(shè)置在基底(5)上；突起除微流體電子部分外，是采用硅橡膠材料；當(dāng)突起與待測對象之間存在力的相互作用時，位于該U形微通道內(nèi)的微流體電子對應(yīng)的電阻將發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)突起對待測對象彈性模量的傳感。本發(fā)明通過對器件內(nèi)部組成及結(jié)構(gòu)及各結(jié)構(gòu)的設(shè)置方式進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)器件觸摸受到壓力變形時，微流體的傳感單元的截面積極大減小，導(dǎo)致電阻值極大的增大，可實(shí)現(xiàn)觸覺力高精確實(shí)時測量，傳感器具有更高的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于微流體電子的柔順變電阻式陣列觸覺傳感器，能夠用于醫(yī)學(xué)觸診。

背景技術(shù)

在醫(yī)學(xué)上，觸診指的是觸摸在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用，是很重要的檢測病情手段。醫(yī)生用手掌或者手指去觸摸病患的器官或者是組織來了解患者的身體情況，幫助診斷患者的病情。在很多情況下，因?yàn)橛|診低成本、傷害最小，所以觸診作為對病患的初步檢查，包括乳腺癌和前列腺癌等癌癥的檢查，是非常重要的。

然而在觸診時，因?yàn)榻M織的各向異性、錯誤的感知手法、觸覺感知的局限性等因素，醫(yī)生很容易漏掉結(jié)節(jié)和腫塊，進(jìn)而導(dǎo)致誤診。同樣值得注意的是，大多數(shù)的身體觸診檢查都缺乏定量信息，易于導(dǎo)致誤診和延誤病情，也同樣會無法持續(xù)追蹤記錄病人的病情。腫瘤通常比健康的軟組織硬得多，這種剛度上的區(qū)別使得使用電子觸覺傳感器非侵入式地檢測和評估皮膚層下腫塊成為可能。

現(xiàn)有技術(shù)中的觸診傳感器包括基于視覺的光學(xué)機(jī)械傳感器，電容應(yīng)變傳感器和基于電阻、壓電和磁原理的剛性傳感器等。很多涉及觸覺成像的傳感器傳感單元為硬質(zhì)的或者傳感單元通常分布在硬質(zhì)基底上，因此不能適用于軟硬不同的組織、也不能與曲率高的皮膚表面相貼合。相比之下，軟的，柔順的傳感器，尤其是彈性模量與皮膚相近的傳感器，很容易符合這樣的應(yīng)用要求，從而產(chǎn)生更加可靠的數(shù)據(jù)來觸診腫瘤。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種基于微流體電子的柔順變電阻式陣列觸覺傳感器，其中通過對器件內(nèi)部組成及結(jié)構(gòu)及各結(jié)構(gòu)的設(shè)置方式進(jìn)行改進(jìn)，傳感器感知功能單元由電子微流體構(gòu)成，并且由于使用硅橡膠材料，感知單元的楊氏模量為40～250KPa(基底可優(yōu)選采用與突起相同的硅橡膠材料，一同倒模制成，彈性模量同樣與40～250KPa數(shù)量級相同)，從而使得整個傳感器的柔順性得到了保證。觸摸受到壓力變形時，微流體的傳感單元的截面積極大減小，導(dǎo)致電阻值極大的增大，可實(shí)現(xiàn)觸覺力高精確實(shí)時測量，傳感器具有更高的靈敏度(如使用Ecoflex 0030，彈性模量為40KPa，使用PDMS彈性模量可以取值250KPa)，對后端有線讀取模塊的精度要求更低，成本低廉，檢測方便，使用舒適。在具體應(yīng)用時，例如對于彈性模量不同的皮膚組織，受到相同的力時，高彈性模量的組織使微流體的阻值變化更大，從而測得組織的彈性模量，而使用不同彈性模量的硅橡膠進(jìn)行倒模，可以調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度和量程范圍。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種基于微流體電子的柔順變電阻式陣列觸覺傳感器，其特征在于，該觸覺傳感器包括若干個基于微流體電子的電阻式陣列單元；任意一個陣列單元包括微流體電子(2)、以及通過硅橡膠共形鍵合形成的U形微通道(1)，所述U形微通道(1)具有呈U形的中空結(jié)構(gòu)，所述微流體電子(2)密封設(shè)置于所述U形微通道(1)的U形中空結(jié)構(gòu)中；所述U形微通道(1)及其內(nèi)的所述微流體電子(2)共同組成突起(4)并作為電阻傳感單元設(shè)置在基底(5)上；所述突起(4)除所述微流體電子(2)部分外，是采用硅橡膠材料；所述基底(5)同樣采用硅橡膠材料；