CN118830807A - 一种具有可调力感知功能的触诊探头及触诊检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有可调力感知功能的触诊探头及触诊检测设备，包括：支撑组件和检测组件，支撑组件包括基座、外壳和第一半球，外壳罩设在基座的外侧，第一半球与基座连接；检测组件包括第二半球和感应模块，第二半球与感应模块贴合，感应模块嵌设在基座内，且第二半球与外壳抵接；感应模块包括弹性层、传递层和敏感层，弹性层和敏感层分别设置在传递层两侧，弹性层包括液态金属层，液态金属层内设置有电阻丝，电阻丝连接可变电流。本发明通过调节电阻丝的电流的大小控制液态金属相态，进而控制压敏电阻的灵敏度，最终达到触诊探头力感知功能可调的目的。既能确保高精度检测，又能实现对深层组织的大范围检测，实现一器多用，提高触诊的效率。

Description

一种具有可调力感知功能的触诊探头及触诊检测设备

技术领域

本发明涉及医疗检测器械技术领域，尤其是指一种具有可调力感知功能的触诊探头及触诊检测设备。

背景技术

触诊探头作为医学检查领域中的关键工具，在临床实践中得到了广泛应用。医生可以借助触诊探头获取患者体内组织的详尽信息，包括但不限于组织的质地、硬度、肿块的大小和深度等。这种直接的触觉感知方式为医生提供了一种非侵入性且实用的手段，有助于评估患者的生理状况、发现异常结构或病变，从而支持准确的诊断和治疗决策。

目前，微创手术中的触诊探头设计主要着眼于改进其外形结构，而在力感知能力方面的创新相对较为缺乏。并且触诊探头力感知功能通常具有固定的灵敏度和量程，不同手术场景的力感知需求差异较大，在实际使用过程中需要根据不同的探测部位，更换不同量程的探头，难以实现一器多用，导致微创手术的效率和可靠性低的缺陷。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中触诊探头压力不可调，难以实现一器多用，导致微创手术的效率和可靠性低的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有可调力感知功能的触诊探头，包括：

支撑组件，所述支撑组件包括基座、外壳和第一半球，所述外壳罩设在所述基座的外侧，所述第一半球设置在所述外壳远离基座的一端；

检测组件，所述检测组件包括第二半球和感应模块，所述第二半球的端面与所述感应模块贴合，所述感应模块嵌设在所述基座内，且所述第二半球与所述外壳抵接；所述感应模块包括弹性层、传递层和敏感层(力感知芯片)，所述弹性层和敏感层分别设置在所述传递层两侧，所述弹性层包括液态金属层，所述液态金属层内设置有电阻丝，所述电阻丝两端连接可变电流；所述敏感层表面开设有多个镂空孔，所述镂空孔内设置有悬臂梁，所述悬臂梁靠近传递层一侧的表面设置有压敏电阻。

在本发明的一个实施例中，所述传递层靠近压敏电阻的一侧设置有多个凸起，且所述凸起为金字塔状。

在本发明的一个实施例中，所述敏感层嵌设在所述传递层内，所述传递层上开设有与所述敏感层配合的第一安装槽；所述敏感层中心设置有固定孔，所述传递层上设置有与所述固定孔配合的固定轴。

在本发明的一个实施例中，所述弹性层还包括基底和上表面，所述基底内开设有第二安装槽，所述液态金属层嵌设在所述第二安装槽内，且所述上表面覆盖在所述基底表面。

在本发明的一个实施例中，所述敏感层的表面设置有多个电极，所述电极与所述压敏电阻电连接。

在本发明的一个实施例中，所述基座上设置有与所述感应模块配合的第三安装槽，所述第三安装槽内设置有PCB板，所述电极与所述PCB板电连接。

在本发明的一个实施例中，所述支撑组件还包括中空底杆，所述基座设置在所述中空底杆上；所述基座上开始有过线孔，所述过线孔与所述中空底杆连通。

在本发明的一个实施例中，所述外壳的表面周向开设有多个柔性槽。

在本发明的一个实施例中，所述基座上开设有第一轴孔，所述外壳上开设有与所述第一轴孔位置相对应的第二轴孔。

一种触诊检测设备，包括所述的具有可调力感知功能的触诊探头，还包括电源，所述控制电源与所述电阻丝电连接。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的一种具有可调力感知功能的触诊探头及触诊检测设备，通过调节电阻丝的电流的大小控制液态金属相态，进而控制弹性层的杨氏模量，进而控制压敏电阻的灵敏度，最终达到触诊探头力感知功能可调的目的。既能确保对表层组织的高精度检测，又能实现对深层组织的大范围检测，实现一器多用，提高触诊的效率，同时确保患者的安全性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体结构剖视图；

图3是本发明的整体结构爆炸图；

图4为图3中基座的结构示意图；

图5为图3中外壳的结构示意图；

图6为图3中感应模块的结构爆炸图；

图7为图6中弹性层的结构爆炸图；

图8为图6中传递层的结构示意图；

图9为图6中敏感层的结构示意图；

图10为图6中敏感层的接线示意图；

说明书附图标记说明：1、支撑组件；2、检测组件；11、基座；12、外壳；13、第一半球；14、中空底杆；21、第二半球；22、感应模块；23、PCB板；111、第三安装槽；112、过线孔；113、第一轴孔；121、柔性槽；122、第二轴孔；221、弹性层；222、传递层；223、敏感层；2211、液态金属层；2212、电阻丝；2213、基底；2214、上表面；2215、第二安装槽；2221、凸起；2222、固定轴；2223、第一安装槽；2231、镂空孔；2232、悬臂梁；2233、压敏电阻；2234、电极；2235、固定孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

参照图1-图10所示，本发明公开了一种具有可调力感知功能的触诊探头，包括：

支撑组件1，所述支撑组件1包括基座11、外壳12和第一半球13，所述外壳12罩设在所述基座11的外侧，所述第一半球13设置在所述外壳12远离基座11的一端；

检测组件2，所述检测组件2包括第二半球21和感应模块22，所述第二半球21的端面与所述感应模块22贴合，所述感应模块22嵌设在所述基座11内，且所述第二半球21与所述外壳12抵接；所述感应模块22包括弹性层221、传递层222和敏感层223(力感知芯片)，所述弹性层221和敏感层223分别设置在所述传递层222两侧，所述弹性层221包括液态金属层2211，所述液态金属层2211内设置有电阻丝2212，所述电阻丝2212两端连接可变电流；所述敏感层223表面开设有多个镂空孔2231，所述镂空孔2231内设置有悬臂梁2232，所述悬臂梁2232靠近传递层222一侧的表面设置有压敏电阻2233。

具体地，支撑组件1设置在整个触诊探头的外侧，第一半球13的一端为使用端，在检测过程中与患者直接接触；基座11用于安装检测组件2；外壳12罩设在基座11外侧，第一半球13通过外壳12将检测压力传递至检测组件2。检测组件2中的第二半球21的圆弧端与外壳12抵接。第二半球21受力变形后将压力传递至与其贴合的感应模块22，通过感应模块22对压力进行检测。

在本发明中感应模块22的结构包括弹性层221、传递层222和敏感层223三个部分，压力依次通过弹性层221、传递层222和敏感层223，由敏感层223上的压敏电阻2233检测信号的变化。其中弹性层221中电阻丝2212嵌设在液态金属层2211内，在使用过程中电阻丝2212连接电源，通过控制电流的大小控制电阻丝2212的温度，增大电流后电阻丝2212的温度升高，液态金属层2211受热呈熔融状态，减小电流后，液态金属层2211恢复固态。进而改变整个弹性层221的相态。不同状态下的弹性层221杨氏模量不同，当外部力施加到具有不同杨氏模量的弹性层221时，具有较高杨氏模量的弹性层221，由于其本身的物理特性，对于施加的力能进行较强的抵抗变形能力，因此会产生相对较小的形变。这种较小的形变将会传递到力敏感层223，使得力敏感层223产生的信号输出也相应减小。因此，在同样的力的作用下，具有较高杨氏模量的弹性层221会使整个检测灵敏度降低。相反，具有较低杨氏模量的弹性层221对施加的力的抵抗变形能力较弱，因此会产生相对较大的形变。这种较大的形变在传递到力敏感层223时，会使得力敏感层223产生的信号输出增大。因此，在同样的力的作用下，具有较低杨氏模量的弹性层221会使压阻传感器的灵敏度提高。

作为本发明的优选方案，在上述结构中，传递层222的材料为PDMS(聚二甲基硅氧烷)，是一种具有低杨氏模量的高等级弹性体。第二半球21为质地较软的材料，受力后会发生形变。电阻丝2212为漆包电阻丝2212，避免与液态金属层2211直接接触。且电阻丝2212在液态金属层2211中呈回形分布，保证电阻丝2212均布在液态金属层2211中。其次，敏感层223的压敏电阻2233为悬臂梁2232式传感，具体地，敏感层223上开设的镂空孔2231内安装有悬臂梁2232，悬臂梁2232上的压敏电阻2233会根据悬臂梁2232形变产生特定电信号，提高检测的精准度。最后，第一半球13与外壳12之间为卡槽连接，第一半球13上设置有凹槽，外壳12顶部设置有凸起2221进行配合连接。

本发明中当第一半球13不受力时，第二半球21不会发生形变，感应模块22内的悬臂梁2232不会发生形变，悬臂梁2232上的压敏电阻2233不会变化。当探头工作时，第二半球21发生形变，第二半球21挤压到弹性层221，感应模块22内的悬臂梁2232发生形变，悬臂梁2232上的压敏电阻2233信号变化。弹性层221内的电阻丝2212通过的电流不同，产生的热量不同，液态金属层2211的相态不同。当电流较大时，电阻丝2212产生的热量高，液态金属层2211加热融化成为为液态。弹性层221的杨氏模量较小，其更容易发生形变，可以向传感器芯片传递较大变形，导致传感器对力敏感度更高，触诊探头对力的感知灵敏度更高，力感知范围较小，适用于检测表层结节。当电流较小时，产生的热量较低，液态金属层2211是固态，弹性层221的杨氏模量较大，发生形变的能力较弱，压敏电阻2233对力的敏感度会变小，整个检测组件2的量程相对较大，触诊探头的力感知范围较大，适用于检测深层结节。

本发明通过调节电阻丝2212的电流的大小，可以控制液态金属层2211的相态，进而控制弹性层221的杨氏模量，进而控制压敏电阻2233的灵敏度，最终达到触诊探头力感知功能可调的目的。

进一步地，所述传递层222靠近压敏电阻2233的一侧设置有多个凸起2221，且所述凸起2221为金字塔状。

具体地，在使用过程中传递层222受力后发生形变，通过多个凸起2221与悬臂梁2232接触，提高检测的灵敏度。

进一步地，所述敏感层223(力感知芯片)嵌设在所述传递层222内，所述传递层222上开设有与所述敏感层223配合的第一安装槽2223；所述敏感层223中心设置有固定孔2235，所述传递层222上设置有与所述固定孔2235配合的固定轴2222。

具体地，敏感层223的尺寸与第一安装槽2223的尺寸大小相等，使敏感层223完全嵌设在传递层222内；敏感层223通过固定孔2235套在传递层222的固定轴2222上，使传递层222与敏感层223刚好接触。

作为本发明的优选方案，传递层222的加工需要先制备倒模模具，主要通过湿法刻蚀/干法刻蚀在硅片正表面刻蚀出微触点结构与中心固定轴2222孔，凸起2221结构为金字塔结构。并通过旋转匀胶的方法在其表面旋涂一定厚度的PDMS，待PDMS凝固后将其取下便形成了力传递层222。

进一步地，所述弹性层221还包括基底2213和上表面2214，所述基底2213内开设有第二安装槽2215，所述液态金属层2211嵌设在所述第二安装槽2215内，且所述上表面2214覆盖在所述基底2213表面。

具体地，基底2213内的第二安装槽2215用于放置液态金属层2211，顶部的上表面2214用于对液态金属层2211的密封。作为本发明的优选方案，基底2213和上表面2214的材料同样为PDMS。

进一步地，所述敏感层223的表面设置有多个电极2234，所述电极2234与所述压敏电阻2233电连接；所述基座11上设置有与所述感应模块22配合的第三安装槽111，所述第三安装槽111内设置有PCB板23，所述电极2234与所述PCB板23电连接。

具体地，敏感芯片采用MEMS硅微加工工艺在SOI硅片使用离子注入工艺结合金属镀膜、刻蚀、深度反应离子刻蚀技术制作而成。压敏电阻2233与PCB板23之间的连接是通过导线进行连接，压敏电阻2233有金属引脚，借助打线机将金属引脚通过导线与PCB板23上的相应接点连接；传递层222通过硅胶粘合在PCB板23上，传递层222将敏感层223(力感知芯片)扣在其内部，不仅可以传递力的信息，还可以保护内部敏感电阻，弹性层221用硅胶将其粘合在力传递层222上面。作为本发明的优选方案，上述PCB板23为柔性PCB板23。

进一步地，所述支撑组件1还包括中空底杆14，所述基座11设置在所述中空底杆14上；所述基座11上开始有过线孔112，所述过线孔112与所述中空底杆14连通。

具体地，中空底杆14用于对基座11的安装基座11，其次在操作过程中，中空底杆14作为手持部方便操作。基座11上的过线孔112与中空底杆14连通，将连接线束从过线孔112穿入至中空底杆14，然后连接电源和上位机。

进一步地，所述外壳12的表面周向开设有多个柔性槽121。具体地，在使用过程中第一半球13的一端与患者直接接触，通过外壳12传递至第二半球21。在本申请中通过在传递外壳表面设置柔性槽121，使外壳12为低刚度柔性微结构，作为本发明的优选方案，相邻两个柔性槽121结构保持了平行四边形机构的特性，继承了其受力变形的优点，实现了力和变形之间良好的传递功能。此外，该柔性结构能够实现微型化尺寸，通过这些微型化尺寸的设计和优化，能够改变其力传递的效果，从而选择合适的力感知效果。所选用的材料为AL7075合金，弹性模量为71.7GPa，抗拉屈服强度为503MPa，强度高，生物相容性好。

进一步地，所述基座11上开设有第一轴孔113，所述外壳12上开设有与所述第一轴孔113位置相对应的第二轴孔122。

具体地，基座11和外壳12之间采用固定销轴进行连接，将第一轴孔113和第二轴孔122对齐后，再将固定销轴穿设进去。其次，在本发明中，第二半球21与感应模块22之间、感应模块22与基座11之间和基座11与中空底杆14之间均用硅胶粘连固定。

实施例二

一种触诊检测设备，包括所述的具有可调力感知功能的触诊探头，还包括电源(附图中未展示)，电源与所述电阻丝2212电连接。作为本发明的优选方案，电源为可变直流电源，通过改变直流电源的大小，控制电阻丝2212温度的变化。

在实际操作过程中，针对不同深度的结节进行电流的调节。具体地，当检测表层结节时，增大电流，弹性层221的杨氏模量较小，其更容易发生形变，可以向感应模块22传递较大变形，导致感应模块22对力敏感度更高，触诊探头对力的感知灵敏度更高，力感知范围较小，检测更加精准。当检测深层结节时，需要更大的力接触到结节，此时需要保证较大的量程。因此需要减小电流量，电阻丝2212产生的热量较低，液态金属层2211是固态，整个弹性层221的杨氏模量较大，发生形变的能力较弱，压敏电阻2233对力的敏感度会变小，整个检测组件2的量程相对较大，触诊探头的力感知范围较大。

本发明介绍了一种具有可调力感知功能的触诊探头及触诊检测设备，它通过内置的感应模块22可以感知外部施加在触诊探头上的力度，来实现精确的触诊操作；因为其力感知功能可调，所以适用于需要小量程的表层结节的检测，同时也适用于需要大量程的结节检测，实现一器多用；本发明可以帮助外科医生更高效地进行手术操作。医生可以根据力度反馈进行快速调整，并更好地掌控手术过程中的力度，从而提高手术的效率和成功率从而降低医疗费用。同时，它还可以减少手术并发症发生的风险，从而降低患者治疗费用。本发明根据触诊探头在特定用途和操作需求下的实际情况，可以合理调节压敏电阻2233的灵敏度和力量范围。既能确保对表层组织的高精度检测，又能实现对深层组织的大范围检测，实现一器多用，提高触诊的效率，同时确保患者的安全性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种具有可调力感知功能的触诊探头，其特征在于，包括：

支撑组件，所述支撑组件包括基座、外壳和第一半球，所述外壳罩设在所述基座的外侧，所述第一半球设置在所述外壳远离基座的一端；

检测组件，所述检测组件包括第二半球和感应模块，所述第二半球的端面与所述感应模块贴合，所述感应模块嵌设在所述基座内，且所述第二半球与所述外壳抵接；所述感应模块包括弹性层、传递层和敏感层，所述弹性层和敏感层分别设置在所述传递层两侧，所述弹性层包括液态金属层，所述液态金属层内设置有电阻丝，所述电阻丝两端连接可变电流；所述敏感层表面开设有多个镂空孔，所述镂空孔内设置有悬臂梁，所述悬臂梁靠近传递层一侧的表面设置有压敏电阻。

2.根据权利要求1所述的具有可调力感知功能的触诊探头，其特征在于：所述传递层靠近压敏电阻的一侧设置有多个凸起，且所述凸起为金字塔状。

3.根据权利要求1所述的具有可调力感知功能的触诊探头，其特征在于：所述敏感层嵌设在所述传递层内，所述传递层上开设有与所述敏感层配合的第一安装槽；所述敏感层中心设置有固定孔，所述传递层上设置有与所述固定孔配合的固定轴。

4.根据权利要求1所述的具有可调力感知功能的触诊探头，其特征在于：所述弹性层还包括基底和上表面，所述基底内开设有第二安装槽，所述液态金属层嵌设在所述第二安装槽内，且所述上表面覆盖在所述基底表面。

5.根据权利要求1所述的具有可调力感知功能的触诊探头，其特征在于：所述敏感层的表面设置有多个电极，所述电极与所述压敏电阻电连接。

6.根据权利要求5所述的具有可调力感知功能的触诊探头，其特征在于：所述基座上设置有与所述感应模块配合的第三安装槽，所述第三安装槽内设置有PCB板，所述电极与所述PCB板电连接。

7.根据权利要求1所述的具有可调力感知功能的触诊探头，其特征在于：所述支撑组件还包括中空底杆，所述基座设置在所述中空底杆上；所述基座上开始有过线孔，所述过线孔与所述中空底杆连通。

8.根据权利要求1所述的具有可调力感知功能的触诊探头，其特征在于：所述外壳的表面周向开设有多个柔性槽。

9.根据权利要求1所述的具有可调力感知功能的触诊探头，其特征在于：所述基座上开设有第一轴孔，所述外壳上开设有与所述第一轴孔位置相对应的第二轴孔。

10.一种触诊检测设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的具有可调力感知功能的触诊探头。