本研究由来自奥地利林茨的Sendance GmbH和约翰内斯·开普勒大学（Johannes Kepler University Linz）软物质物理研究所及软材料实验室的研究团队完成。主要作者包括Vera Pamminger、Robert Koeppe、Clemens Schartmüller、Thomas Stockinger和通讯作者Martin Kaltenbrunner。该研究成果于2026年8月26日发表于《Science Advances》期刊，题为“DigiPalp: quantifying palpation of tissue hardness and surface geometry with a smart sensor-equipped glove”。

本研究属于生物医学工程与可穿戴传感技术交叉领域，核心目标是解决传统医学触诊（palpation）中主观性强、可重复性差、无法提供定量数据的问题。触诊作为医学评估的基石已有数百年历史，医生通过手指按压感知组织硬度、纹理和异常结节，从而判断是否存在肿瘤等病变。然而，这一过程依赖医师个人经验，难以进行客观记录、纵向比较或标准化培训。近年来虽有多种传感器技术尝试量化触诊，但这些设备多为独立工具而非集成式可穿戴设备，破坏了传统触诊的自然操作方式。已有的智能手套或仅能测力，或仅能扫描表面几何，无法将三维表面形貌与组织硬度数据相结合。本研究的核心目标便是开发一种能够实时同步获取表面三维坐标与对应点组织硬度的智能手套系统，即DigiPalp，在保持手指自然活动度和传统触诊工作流程的前提下，实现所谓的“4D触觉扫描”——三维空间坐标加上每一个测量点处的硬度信息。

DigiPalp系统的核心技术实现依赖于两类传感器的深度融合：定制压阻式（piezoresistive）压力传感器与电磁位置传感器（electromagnetic position sensor）。压力传感器厚度仅为300微米，直接置于圆柱形电磁位置传感器之上，两者共同集成于手套的拇指、食指、中指和无名指的指腹部位，通过硅胶封装固定在织物手套表面。传感器导线以蜿蜒形态布置于手背，并用硅胶封装，提供了高达30%的拉伸能力，确保手部和手指的完整活动范围不受影响。压力传感器为实验室自制，每个传感器均进行单独标定，信号在0至500 kPa范围内经过至少20000次加载循环验证，表现出可靠的稳定性和一致性。位置测量采用NDI Europe GmbH的Aurora电磁跟踪系统，在边长0.5米的立方体测量体积内实现了均方根误差小于0.5毫米的三维定位精度。系统以25 Hz刷新率实时传输和处理数据，测量者可在连接的计算机上实时观察每个手指的当前位置和压力值。

本研究的工作流程涵盖了系统设计与制造、硬度表征方法建立、体外模型验证以及人体活体扫描四个主要阶段。在第一阶段，研究团队设计并制造了智能手套的硬件系统，包括压力传感器的制备、硅胶封装的传感器阵列、与手套纺织品的结合，以及安装于前臂的3D打印外壳。压力传感器的制造基于0.11毫米厚的柔性印刷电路板（flex-PCB），其上设有两个电极，压阻材料由Loctite ECI 7004HR E&C和Loctite NCI 7002 E&C油墨按60:40比例混合后切割成直径3.6毫米的圆形，通过热激活胶带在160°C下热压10秒固定于电极上。第二阶段中，研究团队定义了定量硬度度量指标。当指端压力传感器检测到超过阈值pth = 15 kPa的压力时，系统自动记录此刻的三维位置作为物体表面点s0；随后随着手指继续施压，系统持续采集多组原始压力-位置数据对（p, s），并将其转换为相对数据对（δp, δs），其中δp = p − p0表示施加于手指的压力增量，δs = |s − s0|表示手指当前位置相对于表面点的位移距离。对于均质材料，δp与δs之间呈近似线性关系，其斜率δp/δs即作为定量硬度指标——材料越硬，斜率越大。当手指压力开始下降时，硬度测量自动停止。任何包含少于五个数据点或压力范围δp小于10 kPa的测量均被舍弃以保证线性拟合精度。测量通常在0.5秒内完成。第三阶段为体外模型验证，研究团队铸造了六种不同Shore硬度的均质硅胶立方体（4厘米边长，硬度范围从Shore 30OO到Shore 30A），将其置于聚乳酸（PLA）刚性模具中进行测量。每种硬度至少进行15次测量，结果显示六种硬度水平均可被可靠区分，Pearson相关系数达到0.946 ± 0.051，验证了线性拟合的有效性。此外，团队还测试了不同厚度硅胶软层在刚性基底上的硬度响应，发现当层厚与最大压入深度δsmax处于同一数量级时，测得的δp/δs斜率不仅取决于材料本身硬度，还受底层基底影响，从而能够实现对已知硬度软层厚度的测量——对于Shore 30OO和Shore 50OO硅胶，2.5毫米、5毫米和10毫米层厚均可可靠区分。在肿瘤模拟测试中，研究团队构建了四种球形组织模型：三种在半径20毫米的柔软Ecoflex 00-30硅胶球体内分别嵌入了半径5毫米、10毫米和15毫米的Dragon Skin 30硬质硅胶结节，另有一个不含结节的均匀对照模型。每个模型至少进行10次测量，所有含结节的模型与均匀对照模型之间的硬度斜率差异均达到统计学显著水平（Dunnett事后检验，*p < 0.05和***p < 0.005），证明DigiPalp能够检测到半径小至5毫米的皮下硬结。第四阶段为人体活体验证，研究团队对一名女性志愿者进行了躯干正面的完整4D扫描，覆盖从髋骨上端到颈部的区域。志愿者身穿薄T恤，在电磁场发生器定义的0.5米立方测量体积内保持静止。扫描结果以点云形式呈现了胸骨、肋骨、乳房和髋骨上端等解剖结构的空间位置及其硬度分布。扫描速率约为每分钟30个测量点，随后使用Delaunay三角剖分将点云数据转化为连续4D模型，模型分辨率随测量点数量增加而提升——150个数据点与750个数据点生成的模型质量差异显著。

研究结论表明，DigiPalp智能手套系统成功实现了实时4D触觉扫描能力，将三维表面测绘与逐点组织硬度测量融合于同一可穿戴平台。该系统在软组织相关硬度范围内可区分六个硬度等级，能够检测隐藏在软硅胶层下7毫米深处的木质骨骼状结构，以及同色异硬度材料中肉眼不可见的13毫米宽字母结构。空间分辨率主要由压力传感器活性区域直径3.6毫米决定。系统的力测量范围0至50 kPa，硬度测量斜率上限约为500 kPa/mm。研究还发现，该设备经过15个月间隔后无需重新标定即可保持功能，但建议定期重新标定以补偿传感器蠕变和漂移。初步多操作者测试显示未经训练者间变异性可达35%。本研究的科学价值在于首次在可穿戴手套形态下实现了表面几何与组织硬度的同步定量扫描，为医学触诊的客观化提供了新的技术路径。应用价值涵盖临床诊断筛查（尤其是乳腺肿瘤等浅表硬结检测）、医学生标准化培训、定制矫形器或假肢的快速解剖建模，以及未来结合机器人触觉复现的远程诊疗。系统模块化设计还允许集成其他亚毫米精度定位技术，甚至将电磁场发生器安装于手腕或手背，实现在急救转运等非固定环境下的自由测量。消毒方面，喷雾消毒剂不影响设备结构或传感器性能，但浸泡水中会导致硅胶与纺织品粘合层逐渐退化。总体而言，DigiPalp为将主观的医学触诊转化为可记录、可比较、可传输的定量数据提供了一套创新且实用的工程解决方案。