脊髓神经根受力传感微系统

摘要

本发明提供了一种脊髓神经受力传感微系统，包括柔性压力传感器和神经根牵开器。柔性压力传感器为电容结构，由保护层、感应层、压敏层和分析层组成。其中，所述感应层是导电性能良好的柔性材料；压敏层是基于柔性弹性材料的高密度微针结构阵列；分析层是FPCB的焊盘阵列；保护层为传感器封装，是中空的五面长方体结构。神经根牵开器为中空结构，由钩头、钩杆及手柄组成，利用医用不锈钢制备。所述脊髓神经受力传感微系统，其重点在于：装配柔性压力传感器的神经根牵开器可量化术中神经根在三维空间的受力，并利用显示模块实时预警，防止神经受损。本发明针对传统神经根牵开器的不足之处，为脊柱外科手术安全实施提供保障，具有积极的临床实际意义。

说明书

技术领域

本公开属于传感技术和生物医学技术领域，涉及脊髓神经根受力传感微系统。

背景技术

当今社会的脊柱疾病患者日益增加，脊柱疾病严重影响着人们的日常生活与工作。神经根牵开器是脊柱外科手术：髓核摘除、腰椎融合术中必需的器械，其作用是在切除突出的髓核，或切除髓核后在椎间隙植入人工髓核、腰椎间植骨融合器等手术中充分的显露手术操作区域。在手术中使用神经根牵开器周期性地向手术对侧牵拉神经根是标准手术操作术式。手术中神经根的操作区域仅为1.5cm×2cm，极为狭小，神经根易受牵拉、挤压等作用的影响，很容易因为手术操作不当损伤神经根。神经根牵开器牵拉神经根的程度以及时间是影响脊柱外科手术成功率的重要因素。

传统的神经根牵开器无法精确量化神经根的三维受力情况，凭借外科医生长期积累的经验判断神经根的紧张度进行术中操作，无法判断神经根牵开器对神经根的作用力。对神经根牵拉不足无法充分显露手术视野，给摘除椎间盘带来很大困难，器械操作不当触碰神经根造成损伤；对神经根牵拉过度容易引起医源性神经功能损伤，导致患者术后出现腰椎手术失败综合征。同时传统神经根牵开器无法实时动态监测神经根受损情况，手术中医生需要多次中断手术以监测神经根受损程度，导致手术效率低，手术时间长。传统神经根牵开器带来的问题是脊柱外科手术中迫切需要解决的问题之一。

因此，针对传统神经根牵开器的不足之处，有必要研制集成柔性压力传感器的脊髓神经受力传感微系统，量化术中神经根的三维空间受力大小及位置，为脊柱外科手术安全实施提供保障，增加手术成功率，具有积极的临床实际意义。

发明内容

本公开提供了集成柔性压力传感器的脊髓神经受力传感微系统，用于术中神经根三维空间受力的实时监控，在神经根受损时及时预警。

脊髓神经根受力传感微系统由柔性压力传感器及神经根牵开器组成。

柔性压力传感器如图1所示，包括保护层1、感应层2、压敏层3和分析层4。压力传感器采用电容型传感器结构，其中感应层2为电容结构的上电极层，用于感应三维空间的压力；压敏层3为电容结构的介质层，用于传输感应层感应到的压力；分析层4为电容结构的下电极层，用于计算分析作用于传感器上的压力大小及位置。

所述感应层2为长方形结构，利用具有良好导电性能的柔性导电材料：聚乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸（PEDOTS/PSS）或石墨烯或导电织物制备。

所述压敏层3为高密度微针结构阵列。利用翻模技术，选用高弹性的柔性材料，可以是聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备。首先制备微针结构模具，然后将PDMS滴注于模具上；利用匀胶机甩胶，使PDMS均匀涂布于模具上；利用烘箱对其加热固化，得到所需微针结构。

所述分析层4为长方形检测单元阵列。利用柔性印刷电路板（FPCB）的焊盘制备。如图2所示，通过对传感单元划分区域，根据每个传感单元之间受力比例大小，得到传感器受力位置。在面积很小的情况下保证高数据通量，利用多传感单元传感采集整合压力信息，获得完整全面的压力信息。

所述保护层1为压力传感器的封装，利用翻模技术制备。首先制备如图所示3的保护层模具，包括内模具5和外模具6。内模具5具有突出的长方体结构；外模具6具有凹陷的长方体结构，包裹内模具5，向外模具6灌注物料PDMS，内模具5向下按压，挤出多余PDMS，二者间隙内充满PDMS。其中，内模具5与外模具6一面紧贴，且利用边缘凸台斜角控制内模具5可以下压的距离，以此保证传保护层厚度。将充满PDMS的模具放入烘箱固化，取下模具，得到如图4所示的缺少两面的空心长方体保护层。在神经根牵开器钩头沉积一层PDMS，固化后，将脱模得到的保护层及沉积PDMS的钩头放入等离子去胶机轰击，粘合二者，得到如图5所示的五面空心长方体保护层。然后将传感器置于保护层内部。

所述神经根牵开器如图6所示，包括钩头7、钩杆8、钩杆9及手柄10，利用医用不锈钢制备，为“L”型，其中钩杆8为等腰梯形，钩杆9的靠近钩杆8的过渡区为等腰梯形，钩杆9靠近手柄10处为长方形，钩杆8与钩杆9的过渡区为四分之一圆弧。

所述神经根牵开器具有上盖层及下壳层。上盖层和下壳层扣紧后，中间构成中空结构，用于放置传感器及FPCB。其中钩杆8的钩头近端装载压力传感器，传感器外表面朝向与钩头朝向一致，如图7所示；手柄处装载数据处理模块、蓝牙模块、报警模块、电池模块。

所述显示系统装载于神经根牵开器手柄处；也可位于上位机显示器，利用蓝牙模块传输压力数据。

所述压力传感器的保护层与神经根牵开器利用等离子去胶机轰击表面，去除表面沾污颗粒，实现二者黏附。

所述神经根牵开器装配所有模块后，在表面生长聚对二甲苯薄层，实现柔韧性、密封性、抗干扰性、生物相容性良好的表面封装。

所述脊髓神经受力传感微系统在检测压力的同时可以在显示系统上实时显示神经根受力大小，显示系统可以为数字式也可以为表盘式；数据处理模块及时对神经根的受损情况进行判定，当神经根的受损情况接近不可恢复的阈值时，报警模块进行报警，实时提醒医生调节对神经根的牵拉。

所述脊髓神经受力传感微系统可以精准检测神经根在三维空间的压力大小及传感器受力位置，对神经根受损情况实时监测，进行受损预警。可以代替传统医用神经根拉钩，系统性调控神经根牵开器对神经根的作用力大小，预防腰椎手术失败综合征，实现实时反馈神经根受力情况，为治疗腰椎间盘突出症提供一种更好的医疗器械。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

附图说明

图1为柔性传感器结构示意图，包括保护层1、感应层2、压敏层3和分析层4；

图2为柔性传感器分析层结构示意图；

图3为柔性传感器保护层模具示意图，包括内模具5和外模具6；

图4为翻模得到的部分保护层模具示意图；

图5为柔性传感器五面空心长方体保护层示意图；

图6为神经根牵开器示意图，包括钩头7、钩杆8、钩杆9及手柄10；

图7为装配柔性压力传感器的神经根牵开器示意图。