一种用于监测膀胱尿液容量的穿戴式柔性磁场传感探头

本发明属于医疗健康技术和柔性电子传感领域，更具体地，涉及一种用于监测膀胱尿液容量的穿戴式柔性磁场传感探头。

背景技术：

1、膀胱活动不足病症(uab)是由于多系统原因神经或膀胱平滑肌病变导致的膀胱排空时间延长、膀胱排空不完全。该病症的发病率高，衰老和糖尿病都会导致该病症的发生。并且其并发症多，患者排尿困难，引发尿路感染，甚至肾衰竭，最终会导致患者的死亡。目前，治疗膀胱运动不足的方法主要是间歇性导管插入术，从患者的尿道引入导尿管来排出尿液，患者每天需要完成4到6次导尿操作，极大影响患者的生活质量，并且会造成尿路感染。还有一种治疗方法是神经调节治疗，通过手术植入电极设备，直接刺激底部神经来控制排尿，但是其手术费用高昂，需要更换电池，并且不适用于肌源性患者。

2、目前膀胱活动不足的临床治疗方法存在局限性还可能伴随着并发症，没有一种有效的疗法来治疗所有病因引起的膀胱活动不足。现有的临床研究表明膀胱活动不足的根本原因是膀胱逼尿肌无法提供足够的压力来排空尿液，对此有许多研究者选择绕开复杂的神经-肌肉调控，提出了几种基于接触式软体机器人直接植入的压力控制系统来作为人工逼尿肌去直接挤压膀胱的解决方案。这些植入式的压力控制系统的驱动力主要来自形状记忆合金或热响应性凝胶，并能在相应的刺激下发生物理收缩达到压缩膀胱的目的，并通过在膀胱表面植入基于nfc的压力传感器来实时监测膀胱的尿液容量。但是研究中的动物实验结构表明，这种人工逼尿肌能够有效提高膀胱的内压，改善膀胱排空不全的症状，但是其压力系统的压力不足，只能适用于大鼠等小动物，不足以提供能够驱动人体膀胱排尿的压力。同时植入式的压力传感器的能源的长期供应和性能的稳定性存在一定问题，需要通过手术更换能源，导致其不能实现长期有效的治疗与监测。对此有研究者使用植入式的磁性软体机器人如磁控软体人工膀胱(mrb)和磁性复合网片来充当人工逼尿肌(例如可参见中国专利申请cn114870078a)，外部磁场的驱动下能够输出强大磁力，从而达到排空膀胱的目的，并且在大动物猪身上完成了动物实验，但是它同样没有能够实现长期工作的尿量监测系统。中国专利申请cn114870078a设计了一种磁性复合网片，可被植入在膀胱内侧的外膜层上，能够在外加梯度磁场的条件下充当能够施加正常排尿压力的人工逼尿肌(具体的，在外部磁场的作用下，磁性复合网片内的磁化铁磁颗粒能同外部磁场产生斥力，由于磁化铁磁颗粒中的永磁粒子拥有较高的矫顽力，在外部磁场的作用下，铁磁颗粒拥有可靠的致动，能够输出大量的磁力，起到人工逼尿肌作用，进而挤压排空膀胱)，未涉及尿量监测。目前通过植入人工逼尿肌来治疗膀胱运动障碍(uab)的解决方案亟需一种能够做到高准确度、长时间监测的传感系统。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种用于监测膀胱尿液容量的穿戴式柔性磁场传感探头，其中通过对穿戴式柔性磁场传感探头的组件结构及它们的设置方式进行改进，将磁场传感阵列(如，多个tmr2901芯片排布形成的阵列)排布并封装在柔性封装层中，配合现有技术已研发得到的可植入式的磁性复合网片(可参见中国专利申请cn114870078a)，能够通过磁场传感，实时监测植入体内的磁性复合网片的实时形态(基于植入式的磁性复合网片是贴合在膀胱表面的，能够随着膀胱的膨胀收缩而运动，它所产生的磁场也会随之变化，所以能够通过测试磁性复合网片产生的磁场的变化来监测其实时形态)，从而实现膀胱尿液容量的实时监测。本发明在实际使用时，可以穿戴于人体盆腔处的皮肤上，进行体外监测，能够解决现有的研究中植入式压力传感器能源无法做到长期供应，性能存在不稳定性，导致其不能实现长期有效监测的技术问题。并且，本发明可优选采用聚二甲基硅氧烷树脂作为柔性封装层材料，能够让传感阵列有效贴合人体皮肤表面。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于监测膀胱尿液容量的穿戴式柔性磁场传感探头，其特征在于，该穿戴式柔性磁场传感探头用于配合植入式的磁性复合网片工作，包括柔性封装层和位于该柔性封装层内的磁场传感阵列；

3、其中，所述磁场传感阵列为多个磁阻芯片排布形成的阵列，所述磁阻芯片的引脚通过导线引出所述柔性封装层。

4、作为本发明的进一步优选，所述磁阻芯片为tmr磁阻芯片。

5、作为本发明的进一步优选，所述tmr磁阻芯片具体为tmr2901磁阻芯片、tmr7616磁阻芯片或tmr7608磁阻芯片。

6、作为本发明的进一步优选，所述柔性封装层内设置有2颗tmr磁阻芯片，它们之间的中心间距为7.5mm至15mm。

7、作为本发明的进一步优选，所述导线具体为蛇形导线。

8、作为本发明的进一步优选，所述蛇形导线为蛇形铜箔导线。

9、作为本发明的进一步优选，所述柔性封装层为聚二甲基硅氧烷树脂柔性封装层。

10、按照本发明的另一方面，提供了一种用于膀胱尿液容量监测及辅助膀胱排尿的装置，其特征在于，包括磁性复合网片和穿戴式柔性磁场传感探头，其中，

11、所述磁性复合网片包括磁化铁磁颗粒和复合网片；所述磁化铁磁颗粒嵌入所述复合网片的网格内，以形成柔性磁控覆盖层；所述柔性磁控覆盖层贴合在膀胱内侧的外膜层上，用于在梯度磁场的条件下充当能够施加正常排尿压力的人工逼尿肌，实现辅助膀胱排尿；

12、所述穿戴式柔性磁场传感探头用于配合所述磁性复合网片工作，包括柔性封装层和位于该柔性封装层内的磁场传感阵列；其中，所述磁场传感阵列为多个磁阻芯片排布形成的阵列，所述磁阻芯片的引脚通过导线引出所述柔性封装层；所述穿戴式柔性磁场传感探头用于贴合在盆腔处的人体表皮皮肤上，能够在无外加磁场的条件下，通过对所述磁性复合网片所产生的磁场变化进行传感，从而实现对膀胱尿液容量的监测。

13、作为本发明的进一步优选，记所述磁性复合网片中相邻2个磁化铁磁颗粒之间的边缘间隙为d，则，所述柔性封装层内设置有2颗tmr磁阻芯片，它们之间的中心间距为d至2d。

14、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，得到的穿戴式柔性磁场传感探头能够长期、实时监测膀胱尿液容量，配合植入式的磁性复合网片(可参见中国专利申请cn114870078a，该磁性复合网片被植入在膀胱外膜；cn114870078a的全部内容通过引用结合在本技术中)，可简单的将本发明中的柔性磁场传感探头贴附在与膀胱相对应的人体表面皮肤上(即，盆腔表面皮肤上，肚皮附近的皮肤)，通过外部电路检测磁场传感阵列(如，tmr2901芯片阵列)的传感信号，即可实现对膀胱尿液容量的监测。

15、本发明发明人前期研究得到了一种可植入式的磁性复合网片(可参见中国专利申请cn114870078a)，在人体或大动物体内植入辅助排尿的磁性复合网片后，能够跟随膀胱充盈。将穿戴式柔性磁场传感阵列探头贴附于人体皮肤表面，可以感知磁性复合网片由于膀胱形态变化而产生的磁场强度变化，通过磁场强度的变化，可以实时感知膀胱充盈程度，从而实现膀胱尿液容量的实时监测。不同于前期研究成果中通过外加磁场使磁性复合网片中的铁磁颗粒拥有可靠的致动、输出大量的磁力，本发明则是在无外加磁场的条件下，利用不同膀胱充盈对磁性复合网片形态的改变，通过检测由磁性复合网片形态改变带来的自身磁场强度的变化，从而实现对膀胱充盈量的检测。

16、人体的排尿过程原本是由神经调控，并通过逼尿肌和括约肌的协调运动来完成。但是膀胱运动不足患者的逼尿肌活动不足，不足以排空膀胱，所以通过植入磁性复合网片充当人工逼尿肌来辅助患者排空膀胱，同时磁性复合网片能够随着膀胱的膨胀收缩而运动，其产生的磁场强度也会随之变化，本发明中的穿戴式柔性磁场传感探头通过贴敷在人体皮肤表面，能够感知磁场强度变化情况，达到实时监测膀胱尿液容量的目的。

17、本发明中的穿戴式柔性磁场传感探头，可以穿戴于人体盆腔处的皮肤上，进行体外监测，由于能源是体外供应的，可以随时充电，能够方便的长期供应能源、长期监测膀胱尿液容量。现有技术中基于压力传感器的尿量监测系统往往不能长期工作，这主要是因为这些传感器都是植入到膀胱外膜上(也就是体内植入的)，器件本身需要电源供电；当携带的电源耗尽后，就不能正常工作(当携带的电源耗尽，只能通过手术取出换电)，同时由于人体内复杂的生物环境，也会导致其性能不够稳定。以后文实施例为例，使用本发明中的穿戴式柔性磁场传感探头，模型实验中每注射25ml水，磁场传感探头都能感知到磁场强度的明显变化(波形变化)，精确度高。

18、在临床上治疗膀胱运动不足病症的方式中，目前还没有实时监测膀胱尿液容量的手段，主要是通过插入导尿管来排出尿液。在国内外现有的研究中，他们通过植入式的神经电极(柔性神经电极直接刺激骶神经)或机械加压(比如用形状记忆合金挤压膀胱、用热敏水凝胶挤压膀胱)的方式来治疗膀胱运动不足病症。在这些研究当中，要么没有携带尿量监测模块，要么就是通过植入到膀胱外膜上的压力传感器来监测膀胱尿量(属于体内监测)。本发明中的穿戴式柔性磁场传感探头是在前期研究成果——植入式磁性复合网片的基础上来监测膀胱尿量的，通过监测植入式磁性复合网片形态变化所产生的磁场变化，从而来监测膀胱尿液容量，能够实现体外监测。

19、本发明中的柔性磁场传感探头是基于植入式磁性复合网片所产生的磁场信号的变化来工作的(不需要精确测量磁场的绝对大小，仅需要关注磁场的变化)，通过设置磁阻芯片来感知磁性复合网片的形态变化(与膀胱尿液容量相对应)。并且，考虑到单颗磁阻芯片可能存在监测盲区，随着膀胱的充盈，某些位置磁场强度可能变化不大，为了更好地感知植入式磁性复合网片的磁场变化信号，从而提高膀胱尿量监测的准确度、稳定性，本发明在一个柔性磁场传感探头中设置了由多颗磁阻芯片构成的磁阻芯片阵列，相邻磁阻芯片的中心间距可优选为d至2d，从而能够更好、更稳定地感知植入式磁性复合网片产生的磁场信号变化(其中，d为相邻2个磁化铁磁颗粒之间的边缘间隙；以后文实施例为例，相邻2个磁化铁磁颗粒之间的边缘间隙d＝7.5mm，那么，相邻的2个磁阻芯片的中心间距可优选为7.5mm至15mm)。