CN106859620B - 一种动脉血管瘤破裂预警系统及其预警方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动脉血管瘤破裂预警系统及其预警方法。本发明采用超薄柔性的传感器，超薄柔性的温度传感器和超薄柔性的应变传感器通过微创手术的方式植入体内，将应变传感器缠绕贴合在血管瘤的位置，将温度传感器缠绕贴合在血管瘤上下游等距的位置；具有很强的生物兼容性，不会引起体内的排异反应，传感器直接与被测量位置紧密贴合，能够及时准确地测量所测参数，传感器超薄柔性的特点不会对血管和组织造成外力损伤而造成新的病灶，信号通过近场通信的方式传送给移动终端，移动终端中的微处理器具有报警功能，血管瘤的形变值或者局部血压值超过阈值时发出警报，能够方便地长时间监测和测量预警。
Description
技术领域
本发明属于柔性医疗器件领域，具体涉及一种综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警系统及其预警方法。
背景技术
主动脉病理性的扩张，超过正常血管直径的50％，称之为主动脉瘤。主动脉瘤一旦破裂，会造成主动脉血液“火山喷发”，一旦破裂会引起严重的内出血，大部分患者往往来不及救治，在很短的时间内失血性休克，甚至死亡现场死亡率约70％，即使送到医院，手术成功率也只有50％，即便经抢救存活下来的患者术后死亡率也达40％～70％。近10年腹主动脉瘤发病率明显增高。老年人是腹主动脉瘤的高发人群，由于病发前没有任何症状。近年来，随着我国人口老龄化程度的加剧，腹主动脉瘤在我国的发病率也逐年升高。数据显示，每年每10万人中有20人至40人患腹主动脉瘤。腹主动脉瘤本身是一种良性疾病，但是到了一定程度就成了致命的杀手。目前腹主动脉瘤预防和诊断的难点是：诊断难，需要到医院进行医学影像监测才能够知道哪里发生了主动脉瘤生成；主动脉瘤破裂前监测难，从血管瘤破裂到无法救治只有1个小时左右的窗口期，需要及时发现，及时送医。目前主要的治疗方法是：1.内科治病控制高血压，治疗伴随疾病如糖尿病、高脂血症冠心病及心功能不全等。2.外科治疗对已发生破裂的主动脉瘤，尽快行外科治疗。对未破裂的主动脉瘤，如出现腹痛、腰背痛等症状，则具有手术干预的指征。对未破裂且无症状的主动脉瘤，如直径增大至一定程度或增长速率较快，破裂风险增加，则亦具有外科干预的指征。如在腹主动脉瘤，一般直径大于4.5cm，或半年增长大于5mm，即具有外科治疗的指征。
目前市场上还没有应用于动脉血管瘤破裂预防与监测的产品出现。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警系统及方法。
本发明的一个目的在于提出一种综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警系统。
本发明的综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警系统包括：体内植入部分和移动终端；其中，体内植入部分包括应变传感器、一对温度传感器、惠斯通电桥和体内近场通信单元；应变传感器和温度传感器均为超薄柔性的传感器，应变传感器贴附在动脉血管的血管瘤的表面，一对温度传感器分别贴附在动脉血管的血管瘤的上游和下游的表面；应变传感器与三个阻值不变的电阻组成惠斯通电桥，惠斯通电桥的两个输出端电学连接至体内近场通信单元；一对温度传感器也连接至体内近场通信单元；体内近场通信单元贴附在应变传感器和一对温度传感器所在的动脉血管壁表面；移动终端包括依次电学连接的终端近场通信单元、模数转换电路、放大电路、滤波电路和微处理器；模数转换电路、放大电路、滤波电路和微处理器依次电学连接构成信号采集处理单元；终端近场通信单元和信号采集处理单元集成在一块电路板上；移动终端位于人体外；血管瘤的形变导致应变传感器的阻值发生改变，引起惠斯通电桥不平衡，从而产生电流，作为应变信号，输出至体内近场通信单元，并通过惠斯通电桥的温度补偿的作用排除体温和周围环境温度变化对应变传感器测量血管瘤形变带来的影响；一对温度传感器分别测量血液流经引起的温度传感器的电阻值变化，作为温度测量信号，同步传输至体内近场通信单元；体内近场通信单元将应变信号和温度测量信号通过近场通信，传输至终端近场通信单元；终端近场通信单元将应变信号和温度测量信号传输至模数转换电路；模数转换电路将模拟的应变信号和温度测量信号分别转换为数字信号；放大电路对信号进行放大；经过滤波电路，滤除噪声信号；微处理器通过应变信号得到血管瘤的形变值，并与形变阈值相比较，如果大于形变阈值，则微处理器发出警报；微处理器通过温度测量信号计算得到实时局部血压值，并与血压阈值相比较，如果大于血压阈值，则微处理器发出警报。
应变传感器采用箔式应变片的结构，包括粘接层、柔性基底、聚合物保护层、器件层和封装薄膜；其中，柔性基底和封装薄膜采用生物兼容薄膜；粘接层直接接触并粘接在皮肤上，采用高粘度的生物胶，能够有效与人体组织粘接的同时不会引起皮肤的过敏反应；在粘接层上形成柔性基底，以承载上面的器件；在柔性基底上形成刚性的聚合物保护层，承受由柔性基底传递来的变形，减低对器件层的损坏，起到保护器件层的作用；在聚合物保护层上形成器件层，器件层为具有图案的金属薄膜，具有可延展性，根据不同的功能设计成不同的图案形状，通过设计成为可延展的分形结构来实现可延展性；在器件层上形成封装薄膜，将器件整体包裹起来；血管瘤的变形通过柔性基底传递至保护层，引起保护层的变形，从而对器件层形成拉伸或压缩，使得器件层的电阻发生改变，电阻的变化值与血管瘤的形变成正比，应变传感器与三个定值的电阻组成的惠斯通电桥不平衡，通过惠斯通电桥的两个输出端输出电流，作为应变信号，通过惠斯通电桥的温度补偿的作用排除体温和周围环境温度变化对应变传感器测量血管瘤形变带来的影响，通过输出的电流得到血管瘤的形变。柔性基底和封装薄膜采用生物兼容性膜，生物兼容性膜为具有多孔微结构的聚合物薄膜或生物半透膜。利用生物兼容性膜的透气防水性、低致敏性为整体器件提供生物兼容性，使得应变传感器能够在人体组织表面长时间工作而不引起排异反应；封装薄膜同样使用生物兼容薄膜，以保护功能器件的结构完整，不被外部液体破坏电路功能和生物兼容性。应变传感器在测量血管瘤膨胀收缩等小变形的情况下具有高灵敏度、高线性度，极短的响应时间，其柔性的特征可以使应变传感器紧密缠绕在血管瘤的表面而不发生断裂，而且也不会对血管瘤造成额外的损伤，也不会因为应变传感器和血管瘤之间因为之间具有缝隙而使其提前因柔性变形传感器和血管瘤的摩擦而使血管瘤破裂，使用超薄柔性变形传感器测量得到血液流经血管瘤的过程中血管瘤相应的大小尺寸变化，计算得到应变值。
温度传感器采用蛇形金属导线结构；利用金属的温度电阻效应，血管的测量区域的温度变化导致金属的电阻值相应变化，温度越高电阻越大，电阻的变化值和所测量得到的温度值成正比，而且蛇形金属导线结构使柔性温度传感器具有可延展性，蛇形金属导线结构会随着血管的变形而展开收缩，因此蛇形金属导线结构承受的应变值极小，因变形导致的电阻额外变化可以忽略不计。两个相同的超薄柔性的温度传感器分别等距紧密贴附在动脉血管的血管瘤的上游和下游表面，有血液流经温度传感器时，会产生细微的温度变化，通过计算两个温度传感器的温度变化峰值时间差，计算得到血液流经测量区域的速度，即脉搏波速，从而计算得到实时局部的血压值。
本发明的另一个目的在于提供一种综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警方法。
体内植入部分包括应变传感器、一对温度传感器、惠斯通电桥和体内近场通信单元；应变传感器和温度传感器均为超薄柔性的传感器，应变传感器贴附在动脉血管的血管瘤的表面，一对温度传感器分别贴附在动脉血管的血管瘤的上游和下游的表面；应变传感器与三个阻值不变的电阻组成惠斯通电桥，惠斯通电桥的两个输出端电学连接至体内近场通信单元；一对温度传感器也连接至体内近场通信单元；体内近场通信单元贴附在应变传感器和一对温度传感器所在的动脉血管壁表面；移动终端包括依次电学连接的终端近场通信单元、模数转换电路、放大电路、滤波电路和微处理器；模数转换电路、放大电路、滤波电路和微处理器依次电学连接构成信号采集处理单元；终端近场通信单元和信号采集处理单元集成在一块电路板上；移动终端位于人体外。
本发明的综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警方法，包括以下步骤：
1)血管瘤的形变导致应变传感器的阻值发生改变，引起惠斯通电桥不平衡，从而产生电流，作为应变信号，输出至体内近场通信单元，并通过惠斯通电桥的温度补偿的作用排除体温和周围环境温度变化对应变传感器测量血管瘤形变带来的影响；
2)一对温度传感器分别测量血液流经引起的温度传感器的电阻值变化，作为温度测量信号，同步传输至体内近场通信单元；
3)体内近场通信单元将应变信号和温度测量信号通过近场通信，传输至终端近场通信单元；
4)终端近场通信单元将应变信号和温度测量信号分别传输至模数转换电路；
5)模数转换电路将模拟的应变信号和温度测量信号分别转换为数字信号；放大电路对信号进行放大；经过滤波电路，滤除噪声信号；
6)微处理器通过应变信号得到血管瘤的形变值，并与形变阈值相比较，如果大于形变阈值，则微处理器发出警报；
7)微处理器通过温度测量信号，计算得到实时局部血压值，并与血压阈值相比较，如果大于血压阈值，则微处理器发出警报。
其中，在步骤6)中，微处理器通过温度测量信号，计算得到实时局部血压值，具体包括以下步骤：微处理器通过温度测量信号得到两个温度传感器的温度变化峰值，计算两个温度传感器的温度变化峰值时间差，以此获得动脉脉搏波形，通过计算脉搏波的波速来推导得到，通过记录两个温度传感器的温度变化峰值时间差，计算得到血液流经测量区域的速度，即脉搏波速，通过脉搏速度计算得到实时局部的血压值。
本发明的优点：
本发明采用超薄柔性的传感器，超薄柔性的温度传感器和超薄柔性的应变传感器通过微创手术的方式植入体内，在影像学检查结果的引导下，在形成动脉血管瘤的位置附近进行微创手术，将两种传感器植入体内，将应变传感器缠绕贴合在血管瘤的位置，将温度传感器缠绕贴合在血管瘤上下游等距的位置；具有很强的生物兼容性，不会引起体内的排异反应，传感器直接与被测量位置紧密贴合，能够及时准确地测量所测参数，传感器超薄柔性的特点不会对血管和组织造成外力损伤而造成新的病灶，信号通过近场通信的方式传送给移动终端，移动终端中的微处理器具有报警功能，血管瘤的形变值或者局部血压值超过阈值时发出警报，能够方便地长时间监测和测量预警。
附图说明
图1为本发明的综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警系统的结构框图；
图2为本发明的综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警系统的应变传感器的爆炸图；
图3为本发明的综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警系统的温度传感器的示意图；
图4为本发明的综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警系统的应变传感器的器件层的俯视图；
图5为本发明的综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警系统应用于血管瘤预防的一个实施例的模型图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
如图1所示，本实施例的综合血压与血管瘤变形监测的动脉血管瘤破裂预警系统包括：体内植入部分包括应变传感器、一对温度传感器、惠斯通电桥和体内近场通信单元；应变传感器和温度传感器均为超薄柔性的传感器，应变传感器贴附在动脉血管的血管瘤的表面，一对温度传感器分别贴附在动脉血管的血管瘤的上游和下游的表面；应变传感器与三个阻值不变的电阻组成惠斯通电桥，惠斯通电桥的两个输出端电学连接至体内近场通信单元；一对温度传感器也连接至体内近场通信单元；体内近场通信单元贴附在应变传感器和一对温度传感器所在的动脉血管壁表面；移动终端包括依次电学连接的终端近场通信单元、模数转换电路、放大电路、滤波电路和微处理器；模数转换电路、放大电路、滤波电路和微处理器依次电学连接构成信号采集处理单元；终端近场通信单元和信号采集处理单元集成在一块电路板上；移动终端位于人体外。
如图2所示，应变传感器1包括粘接层、柔性基底11、聚合物保护层12、器件层13和封装薄膜14；其中，在粘接层上形成柔性基底11；在柔性基底11上形成刚性的聚合物保护层12；在聚合物保护层12上形成器件层13，器件层为具有图案的金属薄膜；在器件层13上形成封装薄膜14。
如图3所示，温度传感器采用蛇形金属导线结构。
如图4所示，器件层13为具有图案的金属薄膜。
如图5所示，血液5流经动脉血管4，超薄柔性的应变传感器1贴附在动脉血管4的血管瘤的表面，两个超薄柔性的温度传感器2沿着血流方向在应变传感器1的两侧等间距贴附在动脉血管壁的表面；体内近场通信单元3采用具有近场通信功能的线圈，贴附在动脉血管壁4的表面。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
Claims (4)
1.一种动脉血管瘤破裂预警系统，其特征在于，所述预警系统包括：体内植入部分和移动终端；其中，所述体内植入部分包括应变传感器、一对温度传感器、惠斯通电桥和体内近场通信单元；所述应变传感器和温度传感器均为超薄柔性的传感器，应变传感器贴附在动脉血管的血管瘤的表面，一对温度传感器分别贴附在动脉血管的血管瘤的上游和下游的表面；所述应变传感器与三个阻值不变的电阻组成惠斯通电桥，惠斯通电桥的两个输出端电学连接至体内近场通信单元；所述一对温度传感器也连接至体内近场通信单元；所述体内近场通信单元贴附在应变传感器和一对温度传感器所在的动脉血管壁表面；所述移动终端包括依次电学连接的终端近场通信单元、模数转换电路、放大电路、滤波电路和微处理器；所述模数转换电路、放大电路、滤波电路和微处理器依次电学连接构成信号采集处理单元；终端近场通信单元和信号采集处理单元集成在一块电路板上；所述移动终端位于人体外；血管瘤的形变导致应变传感器的阻值发生改变，引起惠斯通电桥不平衡，从而产生电流，作为应变信号，输出至体内近场通信单元，并通过惠斯通电桥的温度补偿的作用排除体温和周围环境温度变化对应变传感器测量血管瘤形变带来的影响；一对温度传感器分别测量血液流经引起的温度传感器的电阻值变化，作为温度测量信号，同步传输至体内近场通信单元；体内近场通信单元将应变信号和温度测量信号通过近场通信，传输至终端近场通信单元；终端近场通信单元将应变信号和温度测量信号传输至模数转换电路；模数转换电路将模拟的应变信号和温度测量信号分别转换为数字信号；放大电路对信号进行放大；经过滤波电路，滤除噪声信号；微处理器通过应变信号得到血管瘤的形变值，并与形变阈值相比较，如果大于形变阈值，则微处理器发出警报；微处理器通过温度测量信号计算得到实时局部血压值，并与血压阈值相比较，如果大于血压阈值，则微处理器发出警报。
2.如权利要求1所述的预警系统，其特征在于，所述应变传感器包括粘接层、柔性基底、聚合物保护层、器件层和封装薄膜；其中，所述柔性基底和封装薄膜采用生物兼容薄膜；所述粘接层直接接触并粘接在皮肤上，采用高粘度的生物胶，能够有效与人体组织粘接的同时不会引起皮肤的过敏反应；在粘接层上形成柔性基底，以承载上面的器件；在柔性基底上形成刚性的聚合物保护层，承受由柔性基底传递来的变形；在聚合物保护层上形成器件层，器件层为具有图案的金属薄膜，具有可延展性，根据不同的功能设计成不同的图案形状，通过设计成为可延展的分形结构来实现可延展性；在器件层上形成封装薄膜，将器件整体包裹起来；血管瘤的变形通过柔性基底传递至保护层，引起保护层的变形，从而对器件层形成拉伸或压缩，使得器件层的电阻发生改变，电阻的变化值与血管瘤的形变成正比，应变传感器与三个定值的电阻组成的惠斯通电桥不平衡，通过惠斯通电桥的两个输出端输出电流，作为应变信号，通过惠斯通电桥的温度补偿的作用排除体温和周围环境温度变化对应变传感器测量血管瘤形变带来的影响，通过输出的电流得到血管瘤的形变。
3.如权利要求2所述的预警系统，其特征在于，根据不同的功能，将器件层设计成不同的图案形状，通过设计成为可延展的分形结构来实现可延展性。
4.如权利要求1所述的预警系统，其特征在于，所述温度传感器采用蛇形金属导线结构。
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