基于拱形悬臂梁的分布式阴道压力监测装置及其监测方法

本发明涉及医疗器械，具体地说，是一种基于拱形悬臂梁的分布式阴道压力监测装置及其监测方法。

背景技术：

1、近年来，女性盆底功能障碍性疾病频发，20～39岁和50～79岁女性中盆底功能障碍性疾病的发病率分别为19.7％～50.3％和41％～77.2％，且呈现逐年上升的趋势。女性盆底功能障碍性疾病主要包括盆腔器官脱垂、尿失禁等，其会损害性功能、膀胱及肠道功能，严重时会引起全身不适，严重影响女性生活质量和身心健康。盆底肌肉锻炼和临床手术是治疗盆底功能障碍性疾病的常用方法，但手术对于盆底功能的影响仍存在不确定性。压力测量是临床上评估盆底功能最有效的方法，但目前主要通过指诊检测、三维超声、核磁共振及静水压力测量等进行定性检测，缺乏定量的评价方法。

2、对于盆底功能的定量评价，国外学者提出的方法包括：基于鸭嘴钳结构的阴道压力监测装置，通过测量鸭嘴钳根部的形变测量阴道压力，但其测量位置对于测量结果影响较大；带力传感器的阴道探头，在探头可伸缩支杆前端设置力传感器，可测量阴道周向不同位置力的大小，但操作难度大，患者舒适性差；压力传感阵列：通过阵列排布的大气压力传感器测量硅胶壳体内部压力实现阴道内壁压力测量，这种间接测量的方法仍存在测量精度低的缺点。

3、中国专利文献cn202310907656.0，申请日2023-07-24，专利名称为：一种阴道肌力收缩测量装置及其监测方法，包括：中心杆，所述中心杆一端固定有弧面端头；弧形撑板，所述弧形撑板外侧设置有薄膜压力传感器，多个弧形撑板以中心杆为中心均匀圆周分布，各弧形撑板之间通过弧形弹力连接部连接，弧形撑板和弧形弹力连接部形成环形结构。

4、上述专利文献设置测量装置，能够在使用时，将弧面端头插入至阴道内，移动扩撑组件，在传动板的传动下，将弧形撑板向外扩撑，利用薄膜压力传感器检测阴道肌力收缩情况；由于各弧形撑板之间通过弧形弹力连接部连接，保障了结构的密封性；弧形撑板的扩撑改变了环形结构的尺寸，从而满足了不同的测量需求。但是关于一种操作方便，测量范围广，测量精准的技术方案，而关于这种方案未见公开。

5、综上所述，亟需一种操作方便，测量范围广，测量精准的阴道压力监测装置，而关于这种基于拱形悬臂梁的分布式阴道压力监测装置目前还未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种操作方便，测量范围广，测量精准的阴道压力监测装置。

2、本发明的第二个目的是：提供一种基于拱形悬臂梁的分布式阴道压力监测方法。

3、为解决上述技术问题，本发明提供了一种技术方案：

4、基于拱形悬臂梁的分布式阴道压力监测装置，所述的阴道压力监测装置包括基底、力传感单元组件、上盖、尾杆；所述的力传感单元组件安装在基底中；所述的上盖盖合在基底上；所述的尾杆位于基底的一侧；

5、所述的力传感单元组件安装在基底中；所述的力传感单组件包括8个力传感单元；分别为第一力传感单元、第二力传感单元、第三力传感单元、第四力传感单元、第五力传感单元、第六力传感单元、第七力传感单元、第八力传感单元，其中，第一力传感单元、第二力传感单元相向排列，第三力传感单元、第四力传感单元相向排列，第五力传感单元、第六力传感单元相向排列，第七力传感单元、第八力传感单元相向排列；

6、所述的力传感单元包括触键、拱形悬臂梁、电阻应变片；所述的拱形悬臂梁一侧连接触键；另一侧连接电阻应变片；所述触键为双层拱形结构，内层一侧与拱形悬臂梁连接，外层外径与基底、上盖相同，触键突出于上盖，与阴道前壁/后壁接触用于传导压力；所述拱形悬臂梁基本形状设置变截面矩形梁，中部加工为拱形，悬臂梁平面侧一端固定于基底上，拱形侧另一端与触键连接；所述电阻应变片粘贴于拱形悬臂梁平面侧与拱形结构对应位置，其电阻值通过与三个等值电阻构成1/4电桥进行测量。

7、力传感单元组件在受到阴道内壁/外壁压力作用时，力传导至拱形悬臂梁并使其产生表面应变，引起粘贴于拱形悬臂梁表面的电阻应变片电阻值发生变化，进而结合电阻应变片电阻值与应变间的关系得到接触力与应变片电阻变化值间的对应关系，通过监测电阻值的变化实现分布式压力测量。

8、作为一种优选的技术方案，所述基底为半圆柱筒结构，前端设置有1/4球壳，中部设置有固定台组件，为力传感单元提供支撑结构；其中，固定台组件包括8个固定台，分别为第一固定台、第二固定台、第三固定台、第四固定台、第五固定台、第六固定台、第七固定台、第八固定台；第一固定台、第三固定台、第五固定台、第七固定台设置于基底左侧，第二固定台、第四固定台、第六固定台、第八固定台设置于基底右侧。

9、作为一种优选的技术方案，所述第一力传感单元固定于第二固定台之上，第二力传感单元固定于第一固定台之上，第三力传感单元固定于第四固定台之上，第四力传感单元固定于第三固定台之上，第五力传感单元固定于第六固定台之上，第六力传感单元固定于第五固定台之上，第七力传感单元固定于第八固定台之上，第八力传感单元固定于第七固定台之上。

10、作为一种优选的技术方案，所述上盖为半圆柱筒结构，前端设置有1/4球壳，内径、外径与基底相同并于与基底构成圆柱体，且前端为半球形；所述上盖中部设置有矩形开孔，用于将第一力传感单元至第八力传感单元的触键从此处露出，与阴道前壁/后壁接触。

11、作为一种优选的技术方案，所述尾杆为阶梯式圆柱筒，前端外径与基底、上盖内径匹配，构成相对封闭结构，并排布传感器信号线。

12、作为一种优选的技术方案，所述电阻应变片为箔式电阻应变片。

13、作为一种优选的技术方案，所述触键与拱形悬臂梁连接连接，拱形悬臂梁与固定台连接，基底与上盖、尾杆连接均通过胶粘方式完成；所述的基底、触键、上盖、尾杆均为树脂材料通过光固化3d打印方式制备，拱形悬臂梁由黄铜材料制备。

14、为实现上述第二个目的，本发明的技术方案是：

15、8.一种利用权利要求1-7任一项所述分布式阴道压力监测装置的监测方法，具体包括以下步骤：

16、s1、当触键接触到阴道前壁/后壁接触时，第一力传感单元至第八力传感单元分别测量组织-触键接触时两者间的相互作用力，以牛顿为单位表示；

17、s2、拱形悬臂梁在接触力作用下产生表面应变，且拱形悬臂的拱形结构使得应变集中分布于电阻应变片粘贴区域，通过计算拱形悬臂梁的等效表面应变分析该拱形悬臂梁的力学模型，得到在接触力作用下各拱形悬臂梁的表面应变并计算出电阻应变片的电阻变化值，从而实现阴道压力单点测量；

18、s21、计算拱形悬臂梁的等效表面应变以及电阻应变片的电阻变化值的具体方法如下：

19、将x0处长度为δx的梁视为矩形截面梁，将拱形视为

20、表示的抛物线，电阻应变片的粘贴区域为(-l/2，l/2)，此时，f为施加到拱形悬臂的力的大小；f的施加位置与x0距离为l，x0处矩形截面梁的高度h为：

21、

22、其中，h为拱形悬臂梁的厚度，l为电阻应变片的长度；x0为拱形悬臂梁中心原点；

23、则梁的宽度为b，该段矩形梁表面的应变为：

24、

25、其中，e为拱形悬臂梁材料的弹性模量，则该段矩形梁表面的形变为：

26、

27、电阻应变片粘贴区域的总变形量δl为：

28、

29、则有：

30、

31、拱形悬臂梁等效表面应变ε为：

32、

33、电阻应变片的电阻变化值δr为：

34、

35、其中，k为电阻应变片电阻值随应变变化系数，r0为电阻应变片标称电阻值。依据式，通过1/4电桥电路测量电阻应变片的电阻变化值，即可测量相应力传感单元处的阴道压力值；

36、s3、通过s2所述方法，测量第一力传感单元至第八力传感单元所接触的阴道内壁压力，实现阴道压力分布式监测。

37、本发明的优点表现在：

38、1、本发明的基于拱形悬臂梁的分布式阴道压力监测装置，其测量原理是利用盆底肌压力在监测装置中产生形变，而形变会引起力传感单元组件2的电阻发生变化，从而直接测量阴道内壁的压力，测量精度高。而现有技术中，通过阵列排布的大气压力传感器测量硅胶壳体内部压力实现阴道内壁压力测量，这种间接测量的方法仍存在测量精度低的缺点。

39、2、装置设置有基底，其中，基底一方面为力传感单元组件进行支撑，另一方面，基底整个形状为微型的圆柱状结构，方便置入阴道中，能够实现在狭小的空间进行测量。而现有技术中有的压力监测装置体积大，不方便置入，患者舒适度差。

40、3、力传感单组件包括8个力传感单元。该设计的效果的是：每个力传感单元能够实现阴道不同位置的测量，实现了对阴道不同位置的测量，即实现阴道压力分布式测量。为患者盆底功能障碍疾病诊断做预判，提供了诊断的准确率。其次，力传感单元由拱形悬臂梁以及电阻应变片组成的，实现狭小空间下微小力的精确测量。而现有技术中有的气囊的结构方式，占用空间大，且不能对微小力进行测量。

41、4、8个力传感单元相互错落分布，使其在基底上的触键形成线性分布，能够为阴道全段进行压力测量。

42、5、力传感单元包括触键、拱形悬臂梁、电阻应变片；所述的拱形悬臂梁一侧连接触键；另一侧连接电阻应变片。该设计的效果是：设计巧妙，通过触键能够感知阴道压力并对压力进行传导，通过拱形悬臂梁、电阻应变片，能够对触键传导的压力所产生的形变，结合电阻变化的关系，就能测量出作用于触键的阴道压力大小，压力测量灵敏，灵敏度高，测量精度高。因为设计拱形悬臂梁，稍微一点力就能触发形变，从而计算压力大小。