仪器仪表学报

作者：胡 捷，刘仁鑫，杨卫平，段武茂，文建萍

单位：胡 捷,1.江西农业大学工学院,,刘仁鑫,1.江西农业大学工学院,,杨卫平,1.江西农业大学工学院,,段武茂,1.江西农业大学工学院,,文建萍,1.江西农业大学工学院,

关键词：生物组织;触觉传感器;压电;弹性模量

基金：国家自然科学基金项目(31960683)资助

在粘膜下肿瘤早期诊断中,使用内窥镜获得触觉反馈信息有助于提高生物组织的弹性模量检测精度,进而精准定位血管,确定生物组织的健康状况与类型,从而提高治疗质量。故设计了一种适用于安装在医用内窥镜上的微型压电触觉传感器(PTS,?=2.0mm),该器件主要由两个刚度不同的组件(内部和封装组件)及PVDF压电层构成。基于串联弹簧模型和压电传递方程,建立了PTS/生物组织接触传感数值模型,深入分析PTS的生物组织弹性模量传感规律;采用微机电系统(MEMS)制造工艺,制备了PTS样机,同时搭建PTS/生物组织动态载荷测试平台对猪胃中不同人工肿瘤软/硬特性测试和模型验证。计算结果表明,当PTS接触较硬的生物组织时,大部分的轴向载荷由内部组件-铜球传递,PDMS封装层的形变很小。相反,当PTS接触较软的生物组织时,PDMS封装层产生的形变较大。其次,PVDF层靠近内部组件(铜球)的接触区域产生的响应电压(V)与应力(σ)最大,其与封装层接触区域产生的V与σ较小;实验结果表明,内部组件与封装组件响应电压之比(V1/V2)与生物组织弹性模量(Et)成线性关系,0.2~3.5MPa内,随Et增大,V1/V2增大,且与模型计算结果相吻合。因此,上述测量方法可有效提取生物组织的生物力学信息。

来源：2025年第2期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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