CN103392115A - 压力传感器的应力补偿 - Google Patents

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Abstract

一种压力感测系统，提供代表了在所选位置处的压力的大小的信号。一种传感器模块，包括第一变换器，产生具有对施加至该压力传感器模块的压力和应力的相关联的第一响应的第一信号，和第二变换器，产生具有对施加至该传感器模块的压力和应力的相关联的第二响应的第二信号。响应于该第一信号和该第二信号计算所计算的压力、弯曲压力误差、和弯曲补偿的压力。

Description

压力传感器的应力补偿
技术领域
本公开一般地涉及物理传感器中的应力补偿。特定地，其涉及压力传感器的应力补偿。
背景技术
物理信号的传感器一般敏感于多个物理影响。在传感器设计的领域中，要确保传感器对于感兴趣的物理参数最为敏感。挑战在于将一个物理现象的感测元件与混淆物理现象隔离开。
例如，被置于可对传感器施加变化的机械负载的环境内的传感器可在物理信号测量中经历应力引起的误差。经常期望的是测量或监测患者体内的压力。血压、颅压、或者其他腔内或内部身体压力可被监测，用于评估患者情况且可被用于管理或控制医药治疗。除压力外，被植入患者体内的压力传感器可经历温度变化以及移动和物理力。例如，由于跳动的心脏、呼吸引起的运动、或身体运动可导致压力传感器模块的弯曲或应力。通过将压力传感器放置在正常操作条件下不弯曲的坚固的外壳内或上，传感器模块可至少部分地与其他移动和力隔离。
然而，足够坚固以防止由于在传感器上所施加的力引起的弯曲或应力的外壳或传感器平台，当被结合至可植入医疗设备（IMD）时，可能是不理想的或患者所难以容忍的。例如，在用于监测血压的经静脉导线中，对于该导线所增加的坚固度可使得该导线难以或不可能沿患者的心脏血管系统的曲折路径前进并导航。当遭受与心跳或其他运动相关联的弯曲或移动时，沿柔性导线本体被植入的传感器外壳的坚固度可引起外壳和柔性导线本体之间的不期望的应力。因此，需要用于补偿由施加至该压力传感器的应力所引起的弯曲误差的压力传感器及相关联的方法。
附图说明
图1是根据本公开的至少一个实施例的被配置为监测患者心脏中的压力的可植入医疗设备（IMD）100的示图。
图2是用于监测变换器信号并提供压力信号的应力补偿的医疗设备系统的功能框图。
图3包含根据本公开的至少一个实施例的传感器模块的组件的部分展开透视俯视图。
图4是（在变化的施加的弯曲的力矩）因变于实际施加的压力的弯曲压力误差的一阶曲线。
图5A和5B示出在用于建立用于计算弯曲压力误差的方程系数的校准程序过程中使用的校准测试设备装置。
图6是用于建立用于计算弯曲压力误差的方程系数的一个方法的流程图。
图7是根据至少一个实施例的用于监测压力信号的方法的流程图。
图8是用于建立压力弯曲误差Pb的可选实施例的流程图。
详细描述
在以下描述中，将参照示例性实施例。应当理解，可在不背离本公开的范围的情况下使用其他实施例。
图1是根据本公开的至少一个实施例的被配置为监测患者心脏110的可植入医疗设备（IMD）100的示图。在这个示图中，人类心脏110被图示为示出被植入在心脏110内的感测导线120、130的两个可能位置。每一个感测导线120、130具有位于导线远端的远端尖锐组件140。该远端尖锐组件140被用作将导线的远端植入心脏的腔室的锚定。
感测导线120、130还各自包括位于向着导线远端的传感器模块150、160。每一个传感器模块150、160包括至少两个变换器和用于测量封围在传感器模块外壳内的变换器信号的电路。传感器模块150、160提供代表了在植入位置处的绝对压力和身体温度的大小的信号。这些信号从传感器模块150、160，经由通过感测电线120、130延伸的电导体（在其近端耦合至IMD100的连接块180）传输至IMD100。
图1中的导线和传感器位置意在示出携载传感器模块的导线的可能位置和配置。例如，传感器模块150被置于靠近右心室顶点处，而模块160被基本置于右心室流出道中。随着应用，传感器位置可变化。例如，可采用单个右心室传感器模块来监测右心室中的压力来代替此处如图所示的两个传感器。
在其他实施例中，该系统可采用比图1中所示的更多或更少的感测导线。在可选实施例中，感测导线120、130可位于心脏110中与图1中所示的那些不同的其他位置处，或者沿心血管系统的其他位置，包括静脉或动脉位置。此外，在一些实施例中，该系统可在每个导线上采用包含比一个传感器模块150、160更多的导线120、130。
在又一些其他实施例中，传感器模块可被植入无导线设计中，其中包括传感器模块和遥测通信电路的可部署的外壳被部署到身体部位用于监测压力。无线传感器经由无线遥测将信号发送至IMD100或者至外部设备。可由本发明的系统采用的植入性医疗设备（IMD）通信系统的示例包括但不限于，在共同转让的美国专利No.7,013,178(Reinke等人)和美国专利No.7,139,613(Reinke等人)中所公开的系统，这些专利的公开内容通过引用被结合至此的相关部分中。
在图1的图示实施例中，部署传感器模块150、160用于测量患者的血压。在可选实施例中，可将压力传感器部署在其他身体腔室或腔体中，诸如沿消化道、在膀胱中、在胸腔或腹腔中、或在诸如脑部、肌肉等的器官中或沿着这些器官等。可部署压力传感器模块用于测量流体压力或组织内或组织之间的压力，诸如肌肉压力。
图2是用于监测压力信号并提供压力信号的应力补偿的医疗设备系统的功能框图50。可对应于图1中的模块150或160的传感器模块51以有线或无线通信的方式被耦合至IMD61，以确保从传感器模块51到IMD处理器和控制器59的信号传输。
传感器模块51包括压力变换器52，该压力变换器52被设置为用于产生与施加在包含或携载变换器52的传感器模块外壳（在图2中未示出）的压力相关的电信号输出53。压力变换器52可被实现为任何压力敏感的变换器，包括但不限于压电、电容性、电磁、压阻、光学、或电位器式变换器。压力变换器52还经历施加在封围变换器52、54、和56的外壳上的温度变化和应力。压力变换器52产生电信号53，该电信号随施加至包含变换器52的传感器模块外壳的压力P、温度T、和应力或弯曲B而变化。由于施加在传感器外壳上的弯曲或应力引起的在输出信号53中造成的应力引起的变化，单独使用变换器52的输出信号53来导出压力测量或监测压力的相对变化将导致错误测量。
为了补偿压力变换器信号53的应力引起的误差，设置第二信号变换器54，该第二信号变换器也敏感于应力、温度、和压力，但是不具有与压力传感器52相同的依赖性。在具有对于温度和压力变化的附加依赖性下，变换器54产生与施加在传感器外壳维持变换器52、54、和55上的应力或弯曲相关的信号。
第三变换器56被包括，该第三变换器56产生敏感于温度和压力的变化（以及任选的应力）的电输出信号57，但是相比第一和第二变换器52和54对于这些变量具有不同的依赖性。选择并配置变换器52、54、和56以使得信号53对于压力最为敏感、信号55对于应力或弯曲最为敏感、且信号57对于温度最为敏感。以此方式，每一个变换器输出信号53、55、和57可随着压力、温度、和弯曲这三个变量变化，但是变化方式独立，这允许使用这三个信号来独立地解出每一个变量。
信号处理器58接收变换器输出信号53、55、和57并计算三个测量信号S1、S2、和S3，这些测量信号被提供来供处理器与控制器59用于使用这三个信号中的至少两个来计算所计算的压力（并不是补偿弯曲引起的压力信号变化）和弯曲压力误差。S1、S2、和S3以任意组合从变换器信号中推导出，来获得对压力最敏感（但对于温度和弯曲也敏感）的测量信号S1、对温度最敏感（且可对于弯曲和压力敏感）的测量信号S2、和对弯曲最敏感（且可对于温度和压力敏感）的测量信号S3。
单独从S1计算出的压力测量将包括由于传感器模块的应力或弯曲引起的误差。弯曲压力误差是使用在传感器模块上的应力与实际所施加的压力和计算出的压力之间的差异之间的关系或测量信号S1所计算得的修正项。使用对于弯曲最敏感的该第三变换器信号S3来计算压力修正项，信号处理器58可计算对于温度和应力或弯曲的影响而修正的压力信号。
因此信号处理器58处理变换器输出信号53、55、和57来计算三个测量信号S1、S2、S3，从这三个信号中，处理器与控制器59可计算对于温度变化和对于应力引起的误差而修正的压力测量，此处也被称为补偿弯曲的压力信号。
处理器与控制器59可使用至少S2附加地计算温度信号输出。在一些实施例中，可控制温度来使得温度变化不影响压力变换器信号53。在这个情况下，使用S3来补偿S1的由于应力引起的压力误差。在一些传感器模块设计中，一个变换器56被实现为MEM或结合在传感器模块的刚性部分上的其他传感器，且可与压力传感器隔离从而一个输出信号57基本仅随着温度变化且被用于提供S2。
处理器与控制器59接收S1、S2、和S3并计算修正的压力测量来控制由治疗传递单元22所传递的治疗和/或生成经由通信单元24通信的报告、数据、或其他信息。通信单元24可包括遥测通信系统、显示器、患者警告、或用于将从经修正的压力信号中导出的信息或数据通信至患者或临床医生的其他功能。
由信号处理器58和处理器与控制器59执行的用于计算经修正的压力测量的操作可完全在传感器模块51中的信号处理器58中实现、完全在IMD61（通信地耦合至传感器模块51用于接收变换器输出信号53、55、和57）中的处理器与控制器59中实现，或者以分布式方式在包括于IMD系统50内的处理组件上实现。
图3包含根据本公开的至少一个实施例的传感器模块150、160的组件的部分展开透视俯视图。传感器模块150、160感测在植入位置处的压力并传输与绝对压力、温度、和通过位于传感器模块的近端235处的馈通针297从外部施加到植入位置处的静态和动态力矩（moment）的大小关联的信号。
在展开示图中，传感器模块150、160由第一和第二钛圆柱形外壳半部件270、280构成。当圆柱形外壳半部件270、280被结合在一起时，它们提供围绕着陶瓷混合电路衬底230的组装的钛外壳。
在这个说明性实施例中，传感器模块150、160包括电容类型的压力变换器。传感器模块150、160被认为包含形成对气隙压力敏感的电容器的第一容性板210（此处也被称为“敏感元件（pick-off）”电容器(Cpo)）和形成气隙参考电容器（Cref）的第二容性板220。Cpo提供对于模块150、160的压力、温度、和弯曲敏感的信号。Cref板220位于向着传感器模块的远端225。Cref提供敏感于温度和弯曲的且相比Cpo具有较小的对于压力的敏感度的信号。每一个电容器板210、220电耦合至衬底230的顶侧。传感器模块150、160还包括三个涂镀的绝缘体（standoff）240、250、260。
当圆柱形外壳半部件270、280被组装时，电容器板210、220与圆柱形外壳半件270的内表面290间距为这三个绝缘体240、250、260的高度。气隙压力敏感的电容器Cpo的电容随着施加在位于圆柱形外壳半件270上的隔膜295上的压力和力矩的量而变化。当传感器模块150、160被植入患者体内时，模块150、160内的温度可随身体温度而变化，例如在发烧或运动期间。温度引起的在传感器模块内压力的变化将影响隔膜295的偏斜且将因此也引起Cpo210的电容变化。
可使用温度的测量来补充温度引起的压力的变化。这可结合电容测量来执行，诸如在美国专利No.5,564,434（Halperin等人）中所公开的那样，该专利通过引用全部并入此处。可选地，温度变化可独立于使用任何温度测量技术的电容测量。
该Cref板220相对于隔膜295位于衬底230的外围区域内。隔膜295在Cref板220的外围区域内的偏斜基本小于隔膜295在Cpo板210的区域内的偏斜。相比电容Cpo，电容Cref相对较小地敏感于压力的变化。然而，当施加至传感器模块150、160的弯曲力矩发生变化时，Cpo和Cref测量的变化可引起测量误差。
传感器模块150、160包括位于衬底230的底面侧的混合电路232。电路232包括提供如图2中所示的测量信号S1、S2、和S3的电路，用于计算对于温度和弯曲力矩补偿的经修正的压力测量的算法中的处理。在一个实施例中，测量信号S1是对于电容Cpo和Cref的测量，这可对应于图2中的变换器52和54。S1可被表达为这些电容（或与之相关的测量）的比值且这样的比值此处被称为占空比，DCpo。
S2被设置为关联于温度的测量信号。S3被设置为关联于弯曲力矩的测量信号，例如Cref和相对不敏感于弯曲力矩的第三电容器Coc的测量，如下文进一步地描述的。这些电容Cref和Coc可分别对应于图2中的变换器54和56的输出信号55和57。测量信号S3可被表达为这些电容或与之关联的测量的比值，此处被称为占空比DCref。
因此，S1测量信号可主要受到对于传感器模块施加的外部压力的影响，且其次受到施加的温度和弯曲力矩的影响。S2将主要受到施加到传感器模块的温度变化的影响，且其次受到施加的压力和弯曲力矩的影响。S3将主要受到施加到传感器模块的弯曲或应力的影响，且其次受到施加的压力和温度的影响。为了以较高的准确度来测量压力，对于压力敏感的测量信号S1，该测量信号对于压力具有最高敏感度且还受到温度和弯曲力矩影响，需要被补偿从而混淆（confound）温度和弯曲力矩的变化。可通过使用附加测量信号S2和S3来实现这个补偿。
在37摄氏度的身体温度和740mmHg大气压且对于传感器模块150、160没有施加弯曲时，Cref和Cpo电容器的电容将基本相等且被测得为50%占空比（被计算为Cpo与Cpo+Cref的比值）。这个占空比此处被称为DCpo，因为这是Cpo的电容与Cref和Cpo的电容之和的比值。
可通过将一个电容充电至参考电容同时将第二个电容放电至地，来提供电容比值的测量。将两个电容连接在一起从而在两者之间分享电荷将引起成同C1与C1+C2的比值（此处被称为占空比，DC）成比例的电压。然后，这个电压可被预处理且由高分辨率的模拟-数字转换器来数字化用于数字处理。参考美国专利No.7,623,053（Terry等）和美国专利No.7,714,757(Denison等人)，这两个专利的整体通过引用被结合至此。要了解的是，为了使用三个变换器信号53、55、和57（图2中示出）来获得三个测量信号S1、S2、和S3，可以时间复用的方式获得信号。
通过提供与电容比值成比例的电压来进行电容测量是用于获得与由动态物理条件变化引起的变换器的电容变化相关的信号的一个方法。可使用其他方法，诸如电容与时间间隔转换以及时间间隔或时间间隔比值的测量。可参考美国专利No.5,535,752（Halperin等人），该专利通过引用整体结合于此。
在其他实施例中，占空比，或更具体地，信号输出的占空比，可使用图2中所示的变换器信号的任何时间-、电压-、或其他转换的测量来确定。使用以占空比表达的变换器信号的比值来提供对于压力、温度、或弯曲敏感的测量信号S1、S2、S3，而不是直接的变换器信号，消除了成比例地或以相同方式影响个别变换器信号的任何因素，即，诸如特定类型的漂移之类的共模信号。电容测量和之后确定的这些测量的占空比是测量信号S1、S2、和S3——特别是当S1、S2、和S3是从容性变换器获得时——的一个方法。应当认识到，在其他实施例中，从图2中所示的三个变换器信号中导出的其他信号测量可被代入下述方程中用于计算所计算的压力和弯曲压力误差。
在可选实施例中，此处呈现的说明性实施例的基于电容的变换器可由用于测量感兴趣的参数的其他类型的变换器和测量信号转换所取代。作为示例，薄膜偏转的基于应力的测量，例如使用压阻膜，可替换用于确定对于压力敏感的信号S1的压力引起的薄膜偏转的基于容性的测量。类似地，在基本敏感于弯曲力矩、但是基本不敏感于压力的传感器胶囊（sensor capsule）区域内的基于应力的测量，可替换用于产生S3。
通过对于具有基本不同的温度响应的两个电路参数的比较，可生成相对温度测量。例如，可使用具有两个不同温度系数的两个电路参考电压来生成温度信号S2。应当了解的是，可构想众多传感器模块配置用于提供对于压力、温度、和弯曲力矩各自具有不同敏感度的变换器信号，且从这些变换器信号中生成分别具有对于压力、温度、和弯曲的主要敏感度的测量信号S1、S2、和S3。
参看图3，混合电路232包括图3中示意地示出的“芯片上”电容器（Coc）234。由于该芯片上电容器被结合在集成电路232中，因此该电容器敏感于压力和弯曲。Coc将敏感于电荷电流中温度引起的变化。通过设置这两个气隙电容器，Cpo和Cref，可计算出补偿温度变化的绝对压力测量Pc。通过增加第三、芯片上电容器Coc，可计算弯曲误差，Pb。Pb相关联于由传感器模块150、160的弯曲引起的压力变化。通过提供第三电容器Coc，电容测量Cpo、Cref、和Coc是可用的。通过获取随着三个已知的影响（即，患者身体的实际压力变化、温度引起的压力变化、和弯曲引起的压力变化）而变化的三个信号，可计算经温度补偿的和经弯曲补偿的压力信号。
在图示实施例中，Cref和Coc的组合可被认为是从中可确定敏感于应力的信号S3的变换器，且信号S3可组合S1使用来如下文所进一步描述地用于确定弯曲压力误差。在可选实施例中，取代Cref和Coc的组合，可使用另一个对于应力敏感的元素来替代确定敏感于应力的信号S3。例如，可在传感器模块150、160中包括被配置为应力传感器的微机电系统（MEMS）设备。MEMS设备可沿传感器外壳270、280被放置、偏离传感器外壳270、280的中心轴，从而该设备经历施加至传感器模块150、160的弯曲力矩并产生与所施加的弯曲力矩相关联的信号。在其他实施例中，可使用其他类型的应力传感器来提供对于应力具有主要敏感度的信号S3。
图4是在所施加的各种弯曲力矩Ma1、Ma2、和Ma3下，因变于实际施加的压力（Pa）302的弯曲压力误差Pb304的一阶曲线300。当所施加的压力增加时，压力传感器上的弯曲的影响因此导致所测得的压力的增加。如曲线306、308、和310所示地，这个弯曲引起的压力增加，Pb304，在所预期的操作条件范围上，与增加的所施加的压力基本成线性增加。然而，这个线性关系的斜率，如具有不同斜率m1、m2、和m3的线306、308、和310所示，随着不同的弯曲力矩Ma1、Ma2、和Ma3而变化。Pa对于Pb的二阶影响被包括在如下方程中，但是为了说明简洁起见，没有被表示在图4中。
为了确定Pb的精确值，施加至传感器的实际弯曲力矩Ma、和实际施加的压力Pa，都需要知道。由于在植入条件下，实际弯曲力矩和实际施加的压力是未知的，因此使用与Ma和Pa有关的估算以及校准常数来计算Pb的估算。
在一个实施例中，压力弯曲误差Pb的通用方程由下式给出：
[1]Pb=f(DCpo,ADCtemp)xmf
其中f(DCpo,ADCtemp)是DCpo（代表上述S1）和ADCtemp（代表S2）的函数。ADCtemp是经数字转换的对于温度的独立测量，基于具有不同温度响应的两个电路参数的比较。项mf代表力矩分数，这将在下文详细描述。
DCpo在上文被定义为气隙、压力敏感的电容器Cpo和气隙电容Cref的占空比，且由电容Cpo与Cpo+Cref的比值给出。DCpo将高度敏感于所施加的压力的变化且因此可使用DCpo的函数来计及所施加的压力Pa对于Pb的影响，如图4中绘制的关系所示。所计算的压力Pc，补偿温度而非弯曲，是DCpo的函数。因此，在一些实施例中，所计算的、温度补偿的应力Pc的函数f(Pc)可替换项f(DCpo,ADCtemp)。
式1中力矩分数项mf是施加至压力传感器的弯曲的分数测量。mf是实际施加至传感器的和在操作条件下所预期的最大弯曲的比值。Mf可在0（没有施加弯曲）和1（所施加的弯曲等于在操作条件下所预期的最大弯曲）之间变化。由于实际施加的力矩Ma并非由压力传感器测得，可使用被确定为最大弯曲的分数的弯曲力矩的相对变化来估算所施加的弯曲对于Pb相对Pa关系曲线的影响。如下文将进一步描述地，使用从三个传感器电容器Cpo、Cref、和Coc中获得的电容测量来计算力矩分数。
在式1中，f(DCpo,ADCtemp)可被表达为线性函数。例如，当被确定为Pc的函数时：
[2]f(DCpo,ADCtemp)=Fx(Pc–G)
其中G是图4中所示的截距322，且F是在不变的弯曲力矩下的Pa相对Pb的曲线。当式2被代入式1中时，Pb变为：
[3]Pb=Fx(Pc–G)xmf
在一阶估算中，项mf可被认为是“斜率调整”项，因为项mfxF定义了Pb对Pa关系的一阶斜率，这是依赖于mf的。在校准步骤过程中，所计算的温度补偿的压力测量Pc的压力弯曲误差Pb可相对于实际施加的压力而被测量。然后，当施加已知的力矩分数且施加至少两个不同的实际压力时，可在校准步骤过程中确定斜率F和截距G。下文将进一步描述用于确定式3中的F和G的校准步骤。
在一个实施例中，力矩分数，mf，可由下式计算：
[4]mf=H(DCref–DCref0)+K(Pc–Pc0)+L(ADCtemp–ADCtemp0)
其中H、K、和L是常数。式4可被一般地认为mf=H*(S3-c3)+K(S1-c1)+L*(S2-c2)，其中H、K、和L是校准系数且c1、c2、和c3对应于当在零弯曲力矩且在受控的压力和温度下测得的测量信号S1、S2、和S3时测得的常数。
在式4中，S3被表示为DCref，即电容Cref与Cref+Coc的比值。DCref0是在受控的温度和施加的压力下在零弯曲力矩测得的DCref。S1被表示为计算出的、经温度补偿的压力Pc，且Pc0是在受控的温度和施加的压力下在零弯曲力矩测得的Pc。S2被表示为ADCtemp，数字化转换的温度测量，且ADCtemp0是当施加零弯曲力矩时在受控的温度和压力下的温度测量。
Cref和Coc电容测量将基本同等地受到测量电路变化的影响。Coc将不敏感于弯曲，因为它被结合在混合电路板中。当Cref由于弯曲而变化时，DCref因此将受到弯曲的影响，但是由测量电路变化中的变化而归一化（且因此较大程度地不敏感于温度变化）。当压力和温度保持不变但是弯曲力矩从零变化至某个未知量的弯曲时，DCref和DCref0之间的相对差异将因此关联于弯曲力矩中的相对变化。可使用这个相对变化来估算力矩分数mf。
在可选实施例中，相关联于力矩分数的相对变化的另一个电信号可代替式4中的（DCref–DCref0）项。例如，如果被实现为MEMS设备的应力传感器被结合在结合图3所描述的传感器模块外壳中，可使用该MEMS设备信号来确定替换DCref–DCref0的弯曲力矩的相对变化。
除了Cref的弯曲引起的变化外，DCref将受到可改变Cref的压力变化的影响。DCref和DCref0之间的相对变化因此将取决于弯曲力矩和压力变化。因此，第二项(Pc–Pc0)被包括在mf式4中来计及对于Cref和DCref的与压力相关的影响的效果。Pc和Pc0是已经补偿了温度变化的压力测量。Pc的从在固定温度和所施加的压力处的Pc0的相对变化将关联于所施加的弯曲力矩的变化且因此也被包括在mf式4中。
第三项，“L(ADCtemp–ADCtemp0)”被包括在式4中，来考虑温度对于DCref和Pc的更高阶的影响。在一些实施例中，常数L可被假设等于0，从式4中取消该第三项。如果Pb的温度敏感度被发现对于特定传感器模块设计而存在，可使用下述校准步骤，对于至少两个温度而重复，来确定常数L和ADCtemp0。
项DCref–DCref0和Pc–Pcref0，乘以式4中包括的系数H和K，提供与电容器测量Cpo和Cref（被设置为占空比）的变化（由于弯曲力矩中的相对变化引起的）关联的测量。如下进一步描述地，在校准步骤过程中确定式4中的常数DCref0、Pc0、H、和K(以及任选的L)。弯曲力矩的这个相对变化被计算为力矩分数，即，从在零弯曲力矩测得的占空比开始，在所施加的弯曲的过程中测得的占空比的相对变化。该力矩分数被用在式3中来反映弯曲力矩对于Pb相对Pa关系的斜率的影响。
更特定地，使用电容Cpo、Cref、和Coc而计算的力矩分数被用于“修正”定义Pb和Pa关系的式F(Pc–G)的斜率，因为这个关系的一阶斜率依赖于所施加的力矩，如图4中所示。注意，当式4被代入式3中时，该展开的形式包括没有被表示在图4所图示的说明性线中的二阶项（Pc2）。该二阶项Pc2将引起图4中所示的线成为非线性，例如，Pa的抛物线函数，而不是如图所示地Pb对Pa的线性依赖。
图5A和5B示出在用于确定计算Pb所需要的值的校准步骤过程中使用的校准测试设备装置400和420。在图5A中，测试设备装置400包括测试设备402来完全封住传感器模块150、160并用于将模块150、160保持在零弯曲力矩位置。温度控制与测量模块404在测试设备402中施加受控温度并测量实际施加的温度。压力控制与测量模块406在测试设备402中施加受控量的压力并测量实际施加的压力。
在校准步骤过程中，信号恢复盒410从传感器模块150、160处接收信号。记录下计算Pc并确定Pb所需的电容、电容器充电时间间隔、占空比、经转换的模拟电压信号、和/或经数字转换的信号。
在图5B中，测试设备装置420包括测试设备422，用于开完全封住传感器模块150、160。测试设备422被设计为将传感器模块150、160保持在与传感器操作条件过程中所预期的最大应力相对应的最大弯曲力矩配置中。这个最大力矩位置可基于被部署至用于监测压力的所选位置的传感器模块的体内图像。通过将传感器模块150、160保持在零弯曲力矩位置（在固定402中）和最大弯曲力矩位置（在固定422）中，可在不实际地测量弯曲力矩的情况下确定计算Pb所需的校准常数。这个测试设备装置藉此消除了需要施加并测量受控量的弯曲力矩。
温度控制与测量模块424在测试设备422中施加受控温度并测量实际施加的温度。压力控制与测量模块426在测试422中施加受控量的压力并测量实际施加的压力。
在校准步骤过程中，信号恢复盒430从传感器模块150、160处接收信号。可记录计算Pc和Pb所需的电容、电容器充电时间间隔、占空比、经转换的模拟电压信号、和/或经数字转换的信号并将它们转移至微处理器，用于处理并确定校准常数。
尽管在图4A和4B中将测试设备装置400和420图示为分立系统，应该了解的是，该测试装置可以是可被配置为具有两个不同测试装置402和422的单个系统。可选地，可设置单个测试装置402、422，允许施加至传感器模块150、160的弯曲力矩在至少零弯曲位置和最大弯曲位置（具有任选中间弯曲位置）之间被调整
图6是用于计算在压力监测过程中修正所计算的压力测量的压力弯曲误差的方程系数的一个方法的流程图500。流程图500以及在本文中示出的其他流程图旨在示出医疗设备系统的功能操作，并且不应当被解释为反映实践所述方法所必需的软件或硬件的特定形式。相信的是，软件的特定形式可主要由用于信号感测与监测的设备中所采用的特定系统体系结构所确定的。在本文中的公开内容给出的任何现代IMD系统的情境中提供实现所述功能的软件在本领域技术人员的能力范围内。
结合此处呈现的流程图而描述的方法可在包括用于使可编程处理器执行所述方法的指令的计算机可读介质中实现。“计算机可读介质”包括但不限于任何易失性或非易失性介质，诸如RAM、ROM、CD-ROM、NVRAM、EEPROM、闪存等。这些指令可被实现为一个或多个软件模块，这些软件模块可由其本身执行或者与其他软件组合执行。计算机可读介质可进一步包括诸如闪存或EEPROM之类非易失性介质，被包含在可由通信方法所获取的传感器模块中，诸如在上述结合的‘178专利(Reinke等)中所表示的。
流程图500所示的过程一般在传感器的植入或部署之前被执行。例如，使用图4A和4B中所示的测试装置来执行该过程，该测试装置允许施加受控的温度、受控的压力、和受控的弯曲。通过将传感器保持在中性位置（零弯曲）并且通过使用测试装置420中的特定装置在传感器上施加形状来实现受控的弯曲。所施加的形状对应于在操作情况过程中预期发生的最大弯曲力矩。
在框501，对于传感器模块施加零弯曲力矩，且在框502测得Pc0和DCref0。这些零弯曲参考测量被存储作为常数并被用于计算由式4给出的力矩分数。在压力和温度的单个受控值下记录Pc0和DCref0。例如，可零弯曲力矩、37摄氏度、和740mmHg下记录Pc0和DCref0。
在框504，在受控的设置之间改变压力。施加零弯曲力矩和不变的温度，如，37摄氏度。记录实际施加的压力且在框506对于所选择数量的所施加的压力而计算经温度补偿的压力Pc。实际施加的压力可在所期望的操作压力范围上改变。例如，压力可在约450mmHg和900mmHg之间改变。
在框508，Pc相对于实际施加的压力Pa的误差被确定为两者之间的差异。该误差可被称为在0弯曲（Prflat）处的残余压力。在零弯曲处的实际压力和所计算的压力之间的这个差异可被认为偏置。在已知实际施加的压力Pa和所计算的压力Pc的范围上的Prflat的情况下，允许在如下文进一步描述的力矩方程中求解校准系数。
在框510，对于传感器模块施加最大力矩。所施加的实际弯曲力矩或应力不必测得量化的值。而是，施加在传感器模块上的形状，对应于在部署后传感器操作过程中所预期的模块的最大应力或弯曲。在这个位置，传感器模块被认为是具有1的力矩分数。因此，在求解系数F和截距G时，式3中的力矩分数项可被设置为等于一。类似地，在求解系数H和K时，在式4左侧的力矩分数可被设置为相同。
为了求解式3中的系数F和截距G，当mf为1时需要在两个或更多个所施加的压力处对Pb和Pc的测量。在框514，对于至少两个不同的施加的压力而测量DCpo（或者其模拟或经数字转换的测量）。例如，在相同步骤中可在约450mmHg到约900mmHg范围内改变压力。
使用Dcpo、或者其模拟或经数字转换的测量，在框516，对于每一个所施加的压力计算Pc。在框518，在最大弯曲力矩（Prmax）处的残余压力误差被计算为Pc和实际施加的压力Pa之间的差异。
在所计算出的压力Pc中由弯曲所造成的误差Pb，是对于给定的施加压力，在最大力矩Prmax处测得的残余压力与在零弯曲（Prflat）处测得的残余压力或偏置之间的差异。在框520处，对于每一个所施加的压力计算这个弯曲引起的压力变化Pb。
在式3中，力矩分数被设置为1（最大力矩分数），使得Pb=F(Pc–G)。在压力范围上计算Pb的值且已知在相同所施加的压力处相对应的所计算出的Pc的情况下，允许生成Pb对Pc的曲线。在框522，对于Pb和Pc数据施加曲线拟合方法来解出式3的斜率F和截距G。在可选实施例中，式3可被写为Pb=F(DCpo–G)，且生成Pb和DCpo数据的曲线且解出F和G。
为了求解式5中的系数H和K，需要在所施加的压力的范围（可少至两个所施加的压力）上的DCref和Pc数据。当力矩分数被设置为等于1（最大弯曲），且DCref0和Pc0是之前在框502中测得的已知的值，H和K是可使用在不同施加压力处的DCref和Pc测量解出的两个未知数。
因此，对于当在框516处计算Pc时所施加的相同实际压力中的至少两个，在框524处，在最大弯曲力矩测得DCref。应该认识到，可在框516处计算Pc的同时测得DCref。进一步注意的是，此处所呈现的流程图中示出的框图的顺序可被改变且在一些情况下可省略一些步骤或者可增加一些步骤，但仍可成功地实现获得方程来使用电容测量建立Pb来修正所计算出的压力测量的最终结果。
在框526，通过对于当mf被设置为等于1时的DCref对Pc数据施加曲线拟合技术来求解系数H和K。在框528，DCref0、Pc0、系数F、H、和K以及截距G被存储在IMD的存储器（或其他处理设备）中作为常数用于使用式3和4来计算传感操作过程中（或之后的离线过程中）的弯曲引起的压力Pb。
图7是根据一个实施例的用于监测压力信号的方法的流程图。在框601，根据经编程的监测协议来开始压力监测。在各实施例中，可持续地、以经编程的间隔、或响应于使用另一个生理学信号的检测事件、或初始、停止、或调节所传递的治疗的触发基础，来执行压力监测。
在框602，测量Cref、Cpo、和Coc的电容来计算占空比DCref和DCpo。如上所述，DCref是气隙参考电容器Cref和Cref与Coc之和的比值。DCpo是Cpo和Cpo与Cref之和的比值。如下文进一步所述地，可使用Cpo和Coc的比值计算第三占空比来替换上式1中的DCpo。
在框604，使用DCpo计算Pc，其可首先被转换为具有所施加的增益与偏置的数字信号。可按上述结合的Halperin的‘752专利中所述地确定Pc。一般而言，Pc代表了补偿温度变化但没有修正由于传感器模块的弯曲引起的误差的压力测量。在其他实施例中，Pc可以是没有包括温度补偿的所计算出的压力测量。Pc可根据使用压力传感器模块用于计算压力的任何所实现的方法来计算。
在框605，使用式4和在图6中所示的方法中确定的所存储的常数DCref0、Pc0和系数H、K（以及任选的L和ADCtemp0）来计算力矩分数mf。在框602和604处获得的所测得的信号DCref和Pc被设置为用于计算mf的输入。
在框606，计算弯曲压力误差Pb。使用上述式3、所计算出的mf、在图6所示的方法过程中所确定的所存储的系数F和截距G、和所测得的DCpo或Pc设置作为输入来计算Pb。
在一些实施例中，如式1中所示的f(DCpo,ADCtemp)，可使用用从芯片上参考电容器Coc处测得的电容测量的可选占空比。例如，以项f(DCpo,ADCtemp)的式1中所使用的占空比DCpo，可以是Cpo与电容Cpo和Coc之和的比值，而不是Cref。类似于Cref，Coc可对着温度对于充电电流的影响而改变。Coc可不敏感于压力和弯曲压力且因此可被用作归一化Cpo的基准信号来修正在改变电流时温度引起的变化（但是没有修正电容中由于传感器模块内部压力的变化引起的温度引起的变化）。
在框608，计算了经修正的压力测量P，其被修正或补偿Cpo和Cref中的弯曲引起的变化。弯曲补偿的压力P是Pc和Pb之间的差异。然后这个经修正的压力测量可被用于监测患者情况、监测生理学情况、监测治疗的有效性或者需要调节治疗的需要等。任何医疗压力监测应用可实现此处描述的弯曲补偿装置方法来修正当模块经受弯曲力时在压力传感器模块上的应力的影响的压力测量。进一步，任何压力监测应用可使用所描述的装置和方法来修正在基于电容器的电容变化的所测得的压力信号中弯曲引起的变化的压力测量。
图8是用于建立压力弯曲误差Pb的值的可选实施例的流程图700。替代生成并存储在使用DCref和Pc的所测得的值来计算Pb的式中使用的常数，可在部署传感器模块前生成Pb值的查询表。然后该Pb值的查询表被存储在IMD中（或相关于在从IMD接收数据的外部处理器）并被用于修正弯曲误差的所计算出的压力测量。
在框701，使用测试装置400向传感器模块施加零弯曲。在框702，在所预期的操作压力范围内改变所施加的压力。温度被控制在常数值，例如，37摄氏度。
在框704，测得DCpo且在框706使用DCpo来计算压力Pc。在框708，计算残余压力Pr(flat)（Pr(平坦)），为所计算的压力Pc和实际施加的压力Pa之间的差异。
在对于所施加的压力范围获得在零弯曲力矩的Pr(flat)后，在框710对于传感器模块施加非零弯曲力矩。通过使用测试设备402、422向传感器模块施加不同程度的弯曲，可在弯曲力矩的范围上改变弯曲力矩。可选地，可施加最大弯曲力矩。在实际压力范围上测得在最大弯曲力矩处的Pb。然后可内插在所施加的压力范围的所施加的零弯曲和最大弯曲之间的Pb值。Pb值的分辨率可依赖于所施加的弯曲力矩和压力的数量。最少两个压力，例如，最小和最大预期的操作压力，和两个弯曲力矩，例如零和最大弯曲，被施加，来获得Pb值。然后可从所测得的Pb值中内插或外推附加Pb值。
在框712，测得DCpo和DCref。在框714，使用DCpo测量计算Pc。在框716，计算在所施加的弯曲力矩Pr(moment)（Pr(力矩)）处的残余压力，为所计算出的压力Pc和所施加的压力Pa之间的差异。计算弯曲压力误差Pb，作为对于给定施加压力Pa的Pr(flat)和Pr(moment)之间的差异。
在框720，对于所测得的DCref和所计算的压力Pc值的阵列，将Pb存储在值的查询表中。在传感器操作过程中，使用所测得的DCref和所计算出的Pc来从查询表中查询Pb的值。然后从Pc中减去Pb来计算经修正的压力测量P。在可选实施例中，可对于DCref和DCpo值的阵列而生成Pb的值的查询表。
因此，参看特定实施例，在上述描述中已经呈现了用于提供弯曲补偿的压力测量的装置和相关联的方法。应当理解，可对所参考的实施例作出各种修改而不背离如在所附权利要求书中阐述的本公开的范围。

Claims (15)

1.一种压力感测系统，用于提供代表了在所选位置处的压力的大小的信号，所述系统包括：
传感器模块，包括：
第一变换器，产生具有对施加至所述压力传感器模块的压力和弯曲的相关联的第一响应的第一信号，和
第二变换器，产生具有对施加至所述压力传感器模块的压力和弯曲的相关联的第二响应的第二信号，所述第二响应不同于所述第一响应；和
处理器，被配置为，响应于所述第一信号和所述第二信号，来确定所计算的压力、弯曲压力误差、和经弯曲补偿的压力。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一变换器是电容变换器。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二变换器包括微机电系统（MEMS）设备。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为使用所述第一信号确定所计算的压力，所述所计算的压力包括由于所述传感器模块的弯曲引起的误差，和使用所述第一信号和所述第二信号确定所述弯曲压力误差。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二变换器包括：
第一组件和第二组件，所述第一组件产生具有对施加在所述模块上的弯曲和温度的第一响应的第一输出，且所述第二组件产生具有对施加在所述模块上的弯曲和温度的第二响应的第二输出，所述第二组件输出相应不同于所述第一组件输出响应；
所述处理器被配置为使用所述第一输出和所述第二输出来确定所述第二信号，并使用所述第一信号和所述第二信号来确定所述弯曲压力误差。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，确定所述弯曲压力误差包括使用所述第一信号和所述第二信号确定力矩分数，所述力矩分数是施加至所述传感器模块的弯曲力矩的相对变化的估算。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述处理器被配置为从所述第一信号和所述第一组件输出信号与所述第二组件输出信号中的一个来确定所计算的压力，并且使用所述所计算的压力和所述第二信号来确定所述弯曲压力误差。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，确定所述所计算的压力包括使用所述第一信号和所述第一组件输出信号与所述第二组件输出信号中的一个来确定一比值，并且确定所述第二信号包括使用所述第一组件输出信号与所述第二组件输出信号来确定一比值。
9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述传感器模块还包括衬底和安装在所述衬底上的混合电路，其中所述第一变换器包括第一气隙电容器，所述第一组件包括第二气隙电容器，且所述第二组件包括结合在所述混合电路中的电容器。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器模块还包括衬底和安装在所述衬底上的混合电路，所述混合电路包括具有与第一温度响应关联的第一输出的第一组件和具有与不同于所述第一温度响应的第二温度响应相关联的第二输出的第二组件；
所述处理器进一步被配置为使用所述第一输出和所述第二输出确定温度信号，且使用所述温度信号确定所述弯曲压力误差。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，还包括与所述处理器相关联的存储器，所述存储器存储在所述传感器模块的零弯曲处确定的温度信号的测量，
所述处理器进一步被配置为使用所存储的温度信号测量和在所述传感器模块的未知弯曲力矩处的温度信号测量之间的差异来确定所述弯曲压力误差。
12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
与所述处理器相关联的存储器，所述存储器存储在所述传感器的零弯曲力矩处确定的所计算的压力和当对应于已知力矩分数的弯曲力矩被施加至所述传感器模块时在校准步骤过程中确定的系数，
所述处理器被配置为使用在所述传感器模块的未知弯曲力矩处确定的所计算的压力和在所述零弯曲力矩处确定的存储的所计算的压力之间的差异和施加至所述差异的系数来确定所述弯曲压力误差。
13.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括与所述处理器相关联的存储器，所述存储器存储使用在所述传感器的零弯曲力矩处测得的所述第二信号而确定的参考测量、以及当对应于已知力矩分数的弯曲力矩被施加至所述传感器模块时在校准步骤过程中确定的系数，
所述处理器被配置为使用在所存储的参考测量和在施加至所述传感器模块的未知弯曲力矩处的所述第二信号的测量之间的差异、和施加至所述差异的所述系数，来确定所述弯曲压力误差。
14.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述经弯曲补偿的压力被确定为所计算的压力和所述弯曲压力误差之间的差异。
15.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述处理器相关联的存储器，所述存储器存储对应于所计算的压力的范围和就施加至所述传感器模块的已知弯曲力矩的范围存储的参考测量范围的弯曲压力误差值的查询表，所述处理器被配置为当未知弯曲力矩被施加至所述传感器模块使从所述第二信号确定参考测量并使用所计算的压力和参考测量从所述查询表中确定所述弯曲压力误差。
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