[发明专利]多功能触觉传感器及测量方法

说明书

本发明公开了一种多功能触觉传感器及测试方法。它由硬度检测单元、压敏电阻片、橡胶管以及连接头组成。硬度检测单元用以检测与器械末端接触的组织硬度大小，压敏电阻片用以检测器械末端及侧壁与组织或血管的接触力大小。与现有技术相比，本发明具备如下优点：兼备组织硬度测量、器械末端及侧壁接触力测量的功能，结构简单利于小型化，同时在进行硬度测量时不受接触力大小的影响，并且适用于生物组织的硬度测量。该触觉传感器能够为介入手术等领域提供了安全保障，并为生物组织病情诊断提供关键信息，有助于推动介入手术等领域的进一步发展。

技术领域

本发明涉及一种多功能触觉传感器及测量方法，特别涉及用于生物组织硬度测量以及介入手术器械末端及侧壁接触力测量的传感器及测量方法。

背景技术

近年来，由于不健康的饮食生活习惯、较大的生活及工作压力、人口老龄化等原因，高血压、血脂异常、冠心病等心血管疾病患者越发越多，由心血管疾病引发的致残率和死亡率逐年上升。微创介入手术以出血少、创伤小、痛苦轻和术后恢复快等优点，在当前的心脑血管疾病的诊断和治疗中得到日益广泛的应用。

介入手术器械的操作对医生有严格的要求，稍有不慎就会对组织及血管造成伤害，存在安全隐患，影响手术效率。此外，当人体组织发生病变后，其硬度会发生变化，尽管目前利用影像手段可以得到组织的状态，但无法像触诊那样获取其硬度信息，判断组织是否发生病变。因此介入手术器械应当具备组织硬度测量、器械末端及侧壁接触力测量的功能。

目前，国内外已经研制出具备接触力检测或硬度检测功能的触觉传感器，在接触力检测方面的研究已较为成熟，能够应用于多种要求严苛的场合。相比而言，在硬度检测方面的研究则稍显不足。Sadao Omata等人在Sensors and Actuators A 112(2004)278–285中公开了一种触觉传感器，利用压电陶瓷在接触不同硬度的物体时共振频率会发生改变这一原理，将两片圆形压电陶瓷片贴合，通过检测传感器接触不同硬度的物体时压电陶瓷的共振频率改变量得到物体硬度信息。该传感器结构简单，能够区分不同硬度的物体，但压电陶瓷共振频率太大，在测量生物组织硬度时，质量效应对测量结果的影响大于硬度效应，因此该传感器不适用于生物组织的硬度测量。针对以上问题，Morteza Heydari Araghi等人在Transactions on Mechatronics 18(3):973-980中公开了一种适用于生物组织硬度测量的触觉传感器。引入弹簧阻尼模块，结合压电陶瓷降低整个机械系统的共振频率，通过测量整个机械系统接触物体时的共振频率改变量得到物体硬度信息，避免了压电陶瓷共振频率过高带来的问题，能够很好地应用于生物组织，但其结构复杂，不利于小型化，无法适用于介入手术中。

综合触觉传感器研究现状，尽管目前的触觉传感器已经具备接触力测量或硬度测量的功能，但大部分触觉传感器结构复杂，难以小型化，同时难以兼备生物组织硬度测量、器械末端及侧壁接触力测量的功能，无法适用于介入手术等要求严格的场合，限制了介入手术等先进技术的发展。针对上述情况，本发明提供一种多功能触觉传感器及测量方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种多功能触觉传感器及测量方法，该触觉传感器结构简单，易于小型化，兼备硬度测量、器械末端及侧壁接触力测量的功能，同时适用于生物组织的硬度测量，能够为介入手术提供全面的力觉信息与组织硬度信息，进一步保证介入手术的安全，提高手术效率。

一种多功能触觉传感器，其特征在于：

由右向左依次包括硬度检测单元前端盖、硬度检测单元、硬度检测单元后端盖、顶端压敏电阻片、连接头；

其中硬度检测单元前端盖与硬度检测后端盖将硬度检测单元包络并相互粘合，三者组成用以测量所接触物体硬度的硬度传感器；