[发明专利]用于膝盖置换的类半月板分布压力传感器及其制备方法

说明书

一种压力传感器及其制备方法，该压力传感器包括两个传感器阵列和一类半月板的结构体，其中，所述两个传感器阵列并排地设置于所述类半月板的结构体左右两侧的中间平面上。该压力传感器的制备方法包括如下步骤：制作具有凹半月板三维结构的模具；将聚二甲基硅氧烷与固化剂均匀混合倒入模具中加热固化；剥离固化后的聚二甲基硅氧烷，得到具有半月板三维形状的上下透明柔性衬底层；采用柔性FCB电路制作上下电极层，中间层为碳纳米管/聚二甲基硅氧烷复合材料；将传感器阵列用聚二甲基硅氧烷作为胶水安装在类半月板的结构体的中间平面上，得到所述压力传感器。本发明的压力传感器具有鲁棒性好、重复性好、检测范围小、动态响应稳定等优点。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种用于膝盖置换的类半月板分布压力传感器及其制备方法。

背景技术

目前，膝关节损伤修复术和全膝关节置换术已成为膝关节置换的有效方法，市场需求量很大。随着全膝关节置换术手术需求的不断增加，手术中膝关节假体间接触压力的准确测量和假体的调整越来越受到重视。人造半月板与关节头的紧密度和半月板假体的厚度将直接影响膝关节与人体匹配的程度。传统的确定人造膝关节相对位置的方法很大程度上取决于外科医生的个人经验和感觉来调整韧带的连接，这会导致许多不确定性。另外，由高硬度材料制成的模拟半月板结构的压力测量垫片已经被开发出来，但是其难以与关节头和关节窝形成包裹性良好的表面接触，导致压力数据与真实的人体半月板相比存在较大的误差并且难以获得丰富的压力分布信息。因此，需要研制一种在膝盖置换手术中能够与关节形成良好包裹性的、灵敏度高的制作方便的半月板式压力传感器。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于膝盖置换的类半月板分布压力传感器及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种用于膝盖置换的类半月板分布压力传感器，包括两个传感器阵列和一类半月板的结构体，其中，所述两个传感器阵列并排地设置于所述类半月板的结构体左右两侧的中间平面上。

其中，所述类半月板的结构体的材料为硅氧烷类聚合物，优选为聚二甲基硅氧烷。

其中，所述两个传感器阵列均通过FPC接口与外部电路连接，以进行信号传输。

其中，所述两个传感器阵列均采用上下电极层和中间压敏电阻的三明治结构，其中，所述压敏电阻单元由碳纳米管/聚二甲基硅氧烷复合材料构成，具有平坦的表面与所述上下电极层接触。

其中，所述上下电极层的材料包括聚酰亚胺PI和其上的铜电极。

其中，所述上下电极层分别由纵向和横向连接线组成。

其中，所述压敏电阻单元由外部扫描电路独立选择，从而避免了串扰。

其中，所述压敏电阻单元的复合材料发生的应变能够导致材料内部碳纳米管导电通道的数量发生变化，改变了传感器阵列单元的电阻，从而外部扫描电路能有效地采集电阻变化的电信号并进行实时分析。

作为本发明的另一方面，提供了一种用于膝盖置换的类半月板分布压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

制作具有凹半月板三维结构的模具；

将聚二甲基硅氧烷与固化剂均匀混合倒入模具中加热固化；

剥离固化后的聚二甲基硅氧烷，得到具有半月板三维形状的上下透明柔性衬底层；

采用柔性FCB电路制作上下电极层，中间层为碳纳米管/聚二甲基硅氧烷复合材料；

将传感器阵列用聚二甲基硅氧烷作为胶水安装在类半月板的结构体的中间平面上，并且将类半月板的结构体的缝隙用聚二甲基硅氧烷密封，得到所述压力传感器。