[发明专利]一种基于微流体电子的柔顺变电阻式阵列触觉传感器

说明书

本发明属于医疗器械领域，公开了一种基于微流体电子的柔顺变电阻式阵列触觉传感器，任意一个阵列单元包括U形微通道(1)以及密封设置于U形微通道U形中空结构中的微流体电子(2)，它们共同组成突起(4)并作为电阻传感单元设置在基底(5)上；突起除微流体电子部分外，是采用硅橡胶材料；当突起与待测对象之间存在力的相互作用时，位于该U形微通道内的微流体电子对应的电阻将发生变化，从而实现突起对待测对象弹性模量的传感。本发明通过对器件内部组成及结构及各结构的设置方式进行改进，当器件触摸受到压力变形时，微流体的传感单元的截面积极大减小，导致电阻值极大的增大，可实现触觉力高精确实时测量，传感器具有更高的灵敏度。

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，更具体地，涉及一种基于微流体电子的柔顺变电阻式阵列触觉传感器，能够用于医学触诊。

背景技术

在医学上，触诊指的是触摸在医学诊断中的应用，是很重要的检测病情手段。医生用手掌或者手指去触摸病患的器官或者是组织来了解患者的身体情况，帮助诊断患者的病情。在很多情况下，因为触诊低成本、伤害最小，所以触诊作为对病患的初步检查，包括乳腺癌和前列腺癌等癌症的检查，是非常重要的。

然而在触诊时，因为组织的各向异性、错误的感知手法、触觉感知的局限性等因素，医生很容易漏掉结节和肿块，进而导致误诊。同样值得注意的是，大多数的身体触诊检查都缺乏定量信息，易于导致误诊和延误病情，也同样会无法持续追踪记录病人的病情。肿瘤通常比健康的软组织硬得多，这种刚度上的区别使得使用电子触觉传感器非侵入式地检测和评估皮肤层下肿块成为可能。

现有技术中的触诊传感器包括基于视觉的光学机械传感器，电容应变传感器和基于电阻、压电和磁原理的刚性传感器等。很多涉及触觉成像的传感器传感单元为硬质的或者传感单元通常分布在硬质基底上，因此不能适用于软硬不同的组织、也不能与曲率高的皮肤表面相贴合。相比之下，软的，柔顺的传感器，尤其是弹性模量与皮肤相近的传感器，很容易符合这样的应用要求，从而产生更加可靠的数据来触诊肿瘤。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种基于微流体电子的柔顺变电阻式阵列触觉传感器，其中通过对器件内部组成及结构及各结构的设置方式进行改进，传感器感知功能单元由电子微流体构成，并且由于使用硅橡胶材料，感知单元的杨氏模量为40～250KPa(基底可优选采用与突起相同的硅橡胶材料，一同倒模制成，弹性模量同样与40～250KPa数量级相同)，从而使得整个传感器的柔顺性得到了保证。触摸受到压力变形时，微流体的传感单元的截面积极大减小，导致电阻值极大的增大，可实现触觉力高精确实时测量，传感器具有更高的灵敏度(如使用Ecoflex 0030，弹性模量为40KPa，使用PDMS弹性模量可以取值250KPa)，对后端有线读取模块的精度要求更低，成本低廉，检测方便，使用舒适。在具体应用时，例如对于弹性模量不同的皮肤组织，受到相同的力时，高弹性模量的组织使微流体的阻值变化更大，从而测得组织的弹性模量，而使用不同弹性模量的硅橡胶进行倒模，可以调节传感器的灵敏度和量程范围。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于微流体电子的柔顺变电阻式阵列触觉传感器，其特征在于，该触觉传感器包括若干个基于微流体电子的电阻式阵列单元；任意一个阵列单元包括微流体电子(2)、以及通过硅橡胶共形键合形成的U形微通道(1)，所述U形微通道(1)具有呈U形的中空结构，所述微流体电子(2)密封设置于所述U形微通道(1)的U形中空结构中；所述U形微通道(1)及其内的所述微流体电子(2)共同组成突起(4)并作为电阻传感单元设置在基底(5)上；所述突起(4)除所述微流体电子(2)部分外，是采用硅橡胶材料；所述基底(5)同样采用硅橡胶材料；