基于注射器的低成本数字压痛仪：一种具有USB接口的便携式疼痛定量评估解决方案

本研究创新性地开发了一种基于注射器、Arduino微控制器和压电传感器的低成本数字压痛仪（PPT/PT），通过压力测痛法实现伤害性刺激的定量评估。该设备与商用压痛仪数据高度吻合（R=0.892-0.953），且具备USB实时数据传输功能，为疼痛管理提供了造价低于150美元的高精度解决方案。

　　

引言：疼痛困扰着30%的全球人口，准确评估面临巨大挑战。压力测痛法（Algometry）作为主流评估手段，通过施加递增压力刺激测定压痛阈值（PPT）和疼痛耐受（PT）。现有商用设备虽精度可靠（如BASELINE机械压痛仪、AMF-500数字测力计），但高昂成本（900-数千美元）限制其普及。此前虽有注射器改良方案，但存在校准复杂、缺乏数字接口等缺陷。

材料与方法：研究团队以塑料注射器（3-60?ml）为核心，构建包含T型鲁尔阀、XGZP6847A压电传感器（CFSensor）和Arduino?UNO微控制器的系统。注射器推杆端部粘接1?cm²橡胶探针，通过3?mm导管连接传感器。压力数据通过Arduino?IDE脚本以CSV格式输出，采样频率达15?kHz。验证实验采用NUL-210压力传感器（SES）和NUL-225测力板作为金标准，在22名健康志愿者（30.38±2.85岁）的四个解剖位点（前臂中点、斜方肌、大腿中点、足底）进行三重测试。

结果：设备性能验证显示优异特性：1）压力测量线性相关（R=0.996，P<0.001），标准误差仅0.1%-3.4%；2）通过波义耳定律计算的力值（F_CALC）与直接测量（F_NUL225）高度吻合（R=0.999）；3）Bland-Altman分析显示与商用设备差异<15%。人体测试数据表明：60?ml注射器系统与AMF-500在前臂测试的相关系数达0.82（P<0.001），在斜方肌区域更提升至0.953。

讨论：该装置突破性地解决了三大痛点：1）成本控制在150美元以下；2）实现数字化实时数据传输；3）保持临床级精度（与商用设备偏差<5%）。特别值得注意的是，不同容积注射器（3-60?ml）均呈现压力-体积反比关系，验证了设备的广泛适用性。未来通过增加手柄等人体工学改进，可扩展至疼痛耐受（PT）测量领域。

这项研究为疼痛定量评估提供了革命性工具，其模块化设计更预留了整合电生理信号（如ECG、EMG）的扩展空间。随着进一步认证，这种开源硬件方案有望成为疼痛医学领域的"听诊器级"基础设备。