[發明專利]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

• 申請號: 202010450162.0
• 申請日: 2020-05-25
• 公開（公告）號: CN111543954A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 陳良洲;王祥陽;戴江;陳有林
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;G01L1/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明屬于醫療器械領域，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)以及密封設置于U形微通道U形中空結構中的微流體電子(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形微通道內的微流體電子對應的電阻將發生變化，從而實現突起對待測對象彈性模量的傳感。本發明通過對器件內部組成及結構及各結構的設置方式進行改進，當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，導致電阻值極大的增大，可實現觸覺力高精確實時測量，傳感器具有更高的靈敏度。

技術領域

本發明屬于醫療器械技術領域，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，能夠用于醫學觸診。

背景技術

在醫學上，觸診指的是觸摸在醫學診斷中的應用，是很重要的檢測病情手段。醫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，因為觸診低成本、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，因為組織的各向異性、錯誤的感知手法、觸覺感知的局限性等因素，醫生很容易漏掉結節和腫塊，進而導致誤診。同樣值得注意的是，大多數的身體觸診檢查都缺乏定量信息，易于導致誤診和延誤病情，也同樣會無法持續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。

現有技術中的觸診傳感器包括基于視覺的光學機械傳感器，電容應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的或者傳感單元通常分布在硬質基底上，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用要求，從而產生更加可靠的數據來觸診腫瘤。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發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，其中通過對器件內部組成及結構及各結構的設置方式進行改進，傳感器感知功能單元由電子微流體構成，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，導致電阻值極大的增大，可實現觸覺力高精確實時測量，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行倒模，可以調節傳感器的靈敏度和量程范圍。

為實現上述目的，按照本發明，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形的中空結構，所述微流體電子(2)密封設置于所述U形微通道(1)的U形中空結構中；所述U形微通道(1)及其內的所述微流體電子(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；