一种主动气压式目标对象生理信息检测装置及检测系统

技术领域

本发明属于医疗器械领域，更具体地，涉及一种主动气压式目标对象生理信息检测装置及检测系统。

背景技术

勃起功能障碍，是最常见的一种男性性功能障碍，是一种阴茎持续不能达到或维持足够的勃起以完成满意性生活的病症，全球发病率达到25％以上，在男性性功能障碍中发病率占有很高的比重。

目前，临床上针对勃起功能障碍的诊断大多数具有一定的侵入性、偶然性，并且检测的要求比较复杂和昂贵，导致多数勃起功能障碍潜在患者没有得到及时的诊断和治疗。

国内外也有企业研发出可穿戴式的检测男性生殖器健康状况的设备，包括被动式间接测量法(Snap-Guage、Erectometer等)和主动式测量法(Rigiscan)。被动式的测量舒适性好、成本低，但是准确度不高，主动式的测量准确度高，但是舒适性低、价格昂贵、检测设备体积大导致只能用于医院的临床检测中。这些方法都只能测量目标对象阴茎单一的硬度数据，单一的数据容易造成错误的分析。

因此，亟需一种舒适性好、体积小、方便操作、可连续测量信息、多信号数据综合判断的目标对象阴茎生理信息检测装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种主动气压式目标对象生理信息检测装置及检测系统，其目的在于，实现对目标对象硬度和周长的同步准确检测。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种主动气压式目标对象生理信息检测装置，包括定向膨胀环、柔性拉伸环和驱动控制组件，其中：

所述定向膨胀环和柔性拉伸环均为环形，且在轴向上连接；

所述定向膨胀环包括凹型骨架和凸型气腔，所述凹型骨架采用柔性材料A，凸型气腔采用柔性材料B，所述柔性材料A的刚度大于柔性材料B；所述凸型气腔内部有空腔，凸型气腔上部嵌套固定在凹型骨架内，且凸型气腔下侧面为定向膨胀环的内侧；

所述柔性拉伸环为可拉伸环形结构，其内设有导电材料；

所述驱动控制组件用于向凸型气腔内输入气体，并检测凸型气腔内气压，以及检测柔性拉伸环的电阻值，进而得到目标对象硬度和周长。

作为进一步优选的，所述定向膨胀环采用聚二甲基硅氧烷制成，在制作凹型骨架时，PDMS预聚物和PDMS交联剂的比例为3:1～10:1，在制作凸型气腔时，PDMS预聚物和PDMS交联剂的比例为12:1～30:1。

作为进一步优选的，所述定向膨胀环和柔性拉伸环通过柔性的蛇形结构活动连接。

作为进一步优选的，所述蛇形结构采用聚二甲基硅氧烷制成。

作为进一步优选的，在定向膨胀环的横截面上，空腔占定向膨胀环的面积比例为1:2～1:5。

作为进一步优选的，所述柔性拉伸环为三明治结构，其内层和外层为柔性材料，内层和外层之间均匀喷涂有导电材料，导电材料两端各引出一根柔性电极，该柔性电极与所述驱动控制组件连接。

作为进一步优选的，所述定向膨胀环和柔性拉伸环内侧均设有防护层。

作为进一步优选的，所述驱动控制组件包括PCB板和集成在PCB板上的压电陶瓷泵、气压检测器、微控制器，其中，所述PCB板与所述定向膨胀环和柔性拉伸环连接，所述压电陶瓷泵、气压检测器和凸型气腔内空腔依次连接，并形成回路；所述压电陶瓷泵用于向凸型气腔内输入气体，所述气压检测器用于检测凸型气腔内压强，所述微控制器用于控制压电陶瓷泵工作，并接收所述气压检测器和微控制器检测信号。

作为进一步优选的，该装置包括数个定向膨胀环和柔性拉伸环，且定向膨胀环、柔性拉伸环轴向间隔排列连接。

按照本发明的另一方面，提供了一种阴茎勃起功能检测系统，其包括上述主动气压式目标对象生理信息检测装置。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明装置集成了两种柔性传感器装置，可对目标对象的周长和硬度进行同步检测，可实现综合评估，避免单一信息造成的错误分析，提高了整个系统的精确度和稳定性，特别适合于检测男性生殖器勃起生理状况。

2.本发明定向膨胀环采用充气驱动，同时采用柔性材料制作，且具备刚度梯度设计，改善了原来设备与目标对象阴茎接触时应力集中的问题，在提高了目标对象的舒适性和检测准确性。

3.对凹型骨架和凸型气腔均采用聚二甲基硅氧烷材料，并通过调控其中PDMS预聚物和PDMS交联剂的比例，使凹型骨架刚度高于凸型气腔的刚度，同时便于两者结合固定。

4.现有多模态传感器通常各传感器之间为刚性连接，导致其中某个传感器发生位移或者扰动，其他传感器都会发生串扰现象，影响数据的测量；本发明利用柔性蛇形结构进行连接，将各传感器之间在径向方向上的位移独立化，解决了多传感器之间测量串扰的问题。

5.现有男性生殖器检测设备基本不具有可拓展性，封装程度比较高，只能针对特定情况进行测量；本发明可通过蛇形结构进行拓展，并联多个定向膨胀环和可拉伸环，从而可针对不同情况进行改良和设计，增强了设备的泛用性。

6.本发明装置体积小、舒适性高、集成度高，不用携带复杂冗余的检测设备，不必局限于医院的监测室中进行检测，随时随地即可完成检测。

附图说明

图1为本发明实施例主动气压式目标对象生理信息检测装置结构示意图；

图2为本发明实施例主动气压式目标对象生理信息检测装置剖视图；

图3为本发明实施例定向膨胀环的剖面图；

图4为本发明实施例蛇形结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一定向膨胀环，101-凹型骨架，102-凸型气腔，2-柔性拉伸环，3-蛇形结构，4-第二定向膨胀环，5-电池，6-微型气压检测器，7-微控制器，8-微型压电陶瓷泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明实施例提供的一种主动气压式目标对象生理信息检测装置，如图1和图2所示，包括定向膨胀环、柔性拉伸环和驱动控制组件，其中：

定向膨胀环和柔性拉伸环均为环形，且在轴向上活动连接；整体装置表现出良好的柔顺性，将环形装置套设在目标对象上时，其可以适应目标对象的动作并随之产生柔性形变。

定向膨胀环采用了两种刚度不同的柔性材料，远离环形中轴线部分的三个方向均使用刚度较大的柔性材料，靠近环形中轴线部分的内部和表面使用刚度较小的柔性材料。具体的，如图3所示，定向膨胀环包括凹型骨架101和凸型气腔102，凹型骨架采用柔性材料A，凸型气腔采用柔性材料B，柔性材料A的刚度大于柔性材料B；凸型气腔内部有空腔，凸型气腔上部嵌套在凹型骨架内，且凹型骨架位于环形外侧，凸型气腔位于环形内侧。该具备刚度梯度的设计，使得在向气腔中充入气体时，整个定向膨胀环中刚度较小部分的材料先进行膨胀，即目标对象横截面指向圆心的方向，使其具备定向膨胀的性质。

进一步的，定向膨胀环采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料，在制作凸型气腔时，加入PDMS预聚物和PDMS交联剂的比例为12:1～30:1，固化后得到刚度较小的腔体；在制作凹型骨架时，加入正常质量的PDMS预聚物，再倒入质量比例更高的PDMS交联剂，具体PDMS预聚物和PDMS交联剂的比例为3:1～10:1，固化后得到刚度更大的骨架；凹型骨架和凸型气腔通过胶水进行连接。

进一步的，定向膨胀环的横截面上，空腔占定向膨胀环的面积比例为1:2～1:5，优选为1:4。

柔性拉伸环为三明治结构，使用柔性材料作为基底和外层保护层，中间层均匀喷涂可导电材料，并在两端各引出一根柔性电极，与驱动控制组件中相对应的引脚进行连接。

进一步的，如图4所示，定向膨胀环和柔性拉伸环之间使用柔性的蛇形结构进行连接，具体用胶水使蛇形结构与定向膨胀环、柔性拉伸环进行连接。蛇形结构由软材料制作，制作方式如下：3D打印相应模具，向模具里灌注软材料，加热固化，取模。蛇形结构在具备连接能力的同时，具备良好的抗串扰能力。连接一端的物体发生移动时，蛇形结构可以利用自身的结构特性和储能特性，将两个可定向膨胀的柔性气腔柔性拉伸传感装置三者在径向方向上的位移独立化。

进一步的，定向膨胀环和柔性拉伸环的内侧设置有一层防护层，可使用医用纱布或临床可以使用的亲和性材料。

所述驱动控制组件包括PCB板和集成在PCB板上的微型压电陶瓷泵8、微型气压检测器6、微控制器7、微型电池5，其中，微型压电陶瓷泵在电压的作用下，可向凸型气腔输出相对应体积的气体；微型气压检测器位于在微型压电陶瓷泵和凸型气腔气路中，实时对该气路中的气压进行检测。PCB板与定向膨胀环、柔性拉伸环连接(可直接粘合)，定向膨胀环的内部空腔通过柔性气管依次与微型气压检测器和微型压电陶瓷泵相连并形成回路，集成在PCB板的下方。微控制器用于对整体装置的控制和信号检测，微型电池5用于为装置供电。柔性拉伸环所引出的两根电极与PCB板上对应引脚进行连接。

通过上述装置检测目标对象周长和硬度，包括如下步骤：

将装置套至于目标对象上后，开始工作。微控制器进行循环，每间隔若干分钟，微控制器向微型压电陶瓷泵发出信号，微型压电陶瓷泵进行工作，输出一定体积的气体。这些输出的气体流经微型气压检测器，最终流入凸型气腔中，使定向膨胀环进行定向膨胀，微控制器实时检测微型气压检测器输出的信号值，该信号值可以反应气腔内部的压强。目标对象的硬度与气腔可膨胀的体积成反比，即目标对象硬度越高，气腔可膨胀的体积越小。由于微型压电陶瓷泵每次所充入气腔的气体体积为一个固定的数值，参考理想气体方程，如下式：

pV＝nRT

其中，p为压强，V为气体体积，T为温度，n为气体摩尔量，R为摩尔气体常数。

目标对象硬度越高，气腔可膨胀的体积越小，气腔内部的压强值越大。通过微型气压检测器输出的数据，即可对目标对象的硬度进行测量，与此同时，微控制器实时对柔性拉伸环输出的信号进行检测，获取此时目标对象的周长。

以下为具体实施例：

装置采用两个定向膨胀环(第一定向膨胀环1和第二定向膨胀环4)以及一个柔性拉伸环2，第一定向膨胀环1和第二定向膨胀环4位于柔性拉伸传感装置的两侧，并通过蛇形结构进行连接。

将该装置套至阴茎上，微控制器向微型压电陶瓷泵发出信号，压电陶瓷泵进行工作，输出一定体积的气体。这些输出的气体会流经微型气压检测器，最终流入第一定向膨胀环和第二定向膨胀环的气腔中，使定向膨胀环进行定向膨胀。定向膨胀是由于定向膨胀环是一个多级刚度的结构，在充入气体时，刚度较小的材料会先进行膨胀，整体就表现为定向膨胀环向环形的径向方向进行膨胀。

微控制器实时检测微型气压检测器输出的信号值。微型气压检测器输出的信号值是气腔内的压强，压强可以反映出气腔可膨胀的体积数值，阴茎的硬度与气腔可膨胀的体积成反比，即阴茎硬度越高，气腔可膨胀的体积越小，在充入一定体积气体的情况下，阴茎的硬度越高，气腔内的压强越高。通过微型气压检测器输出的信号就可以推断出目标对象阴茎的硬度信息。与此同时，微控制器实时对柔性拉伸环输出的信号进行检测，在柔性拉伸传感设备被拉伸时，其传感器中的电流通过的路径更长，其对应的电阻值更大，故通过检测其电阻值来判断其拉伸量，进而检测此时目标对象阴茎的周长。

在进行夜间阴茎勃起功能检测时，微控制器进行循环，每间隔2分钟进行一次判断。在判断阶段，如果阴茎硬度值和周长值都达到勃起的阈值，则判断阴茎发生勃起现象。如果两者中有一者或者都没有达到阈值，则判定阴茎没有发生勃起现象，微型压电陶瓷泵停止向气腔内输出空气，气腔体积复原，微控制器停止对微型气压检测器和柔性拉伸环的信号接受，进入休眠状态，降低电量消耗。

如果判断发生勃起现象，则进入检测状态。在检测阴茎硬度值方面，微控制器控制微型压电陶瓷泵输出更多体积的气体，该气体会通过微型气压检测器后，通入可膨胀的柔性环形气腔。按照标准，向气腔内充入更高硬度值所对应体积的气体量，实时对微型气压检测器输出的信号进行分析，判断目标对象阴茎具体的硬度等级，这一过程持续15秒，若目标对象阴茎的硬度达到该输出气压对应的标准，则充入更高硬度值对应气压的气体量，持续15s，直至检测出阴茎的硬度值。在检测阴茎周长值的方面，微控制器持续接受柔性拉伸传感装置传输出来的长度增量信息，该数据与判断阶段测量的长度信息进行对比结合，就可以得出此时目标对象阴茎的周长信息。

整个流程持续一整晚，每间隔2分钟进行判断一次，如发生勃起，则进入检测状态，在检测完成后，进入休眠阶段，间隔2分钟进入下一次判断；如没发生勃起，则进入休眠阶段，间隔2分钟进入下一次判断。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。