CN112004467A

CN112004467A - 利用固有频率位移机制使用连续波激励进行传感器响应读取的方法

Info

Publication number: CN112004467A
Application number: CN201980027487.3A
Authority: CN
Inventors: 阿米尔·科恩; 尤瓦尔·贝克尔; 埃里奇·S·塔马姆
Original assignee: Microtech Medical Technologies Ltd
Current assignee: Microtech Medical Technologies Ltd
Priority date: 2018-04-24
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2020-11-27
Also published as: IL279401A; WO2019207358A3; JP2021520109A; EP3784124A2; WO2019207358A2; US20190320997A1

Abstract

本发明的方法和系统总体上涉及测量包括不可压缩流体的系统中的环境压力。特别是，该方法和系统涉及监测体腔内的压力。可以通过在无源传感器(100)处发送频率梳并测量无源传感器的频率响应来测量环境压力，所述频率梳在所发送频率之间具有非均匀间隔。在一个实施例中，激励出传感器的高次谐波并对其进行测量，以确定环境压力。在另一个实施例中，测量所发送频率之间的频率的频率响应，以确定环境压力。

Description

利用固有频率位移机制使用连续波激励进行传感器响应读取的方法

本申请要求2018年4月24日提交的序列号为62/661,925号的美国临时申请的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于在包括不可压缩流体的系统中测量环境压力的方法和系统。特别是，所述方法和系统涉及监测体腔内的压力。

背景技术

现有技术的压力测量系统基于无源机械式谐振器(即，传感器)的共振频率的测量。在标准操作模式下，这种传感器由位于外部的超声换能器提供的驱动力激励，该超声换能器发出跨越预定频率范围的一组超声波信号。由于所述驱动力，传感器将以反映其频谱响应的振幅和相位进行振荡，最大幅度响应预计出现在共振频率处。在压力传感器的情况下，传感器的共振频率作为压力函数进行变化，从而允许人们通过检测共振频率而确定传感器所经受的环境压力。然而，由于所传输的用于激励传感器的能量远大于传感器产生的信号能量，因此，传输的能量“掩盖”了传感器在所传输频率下的响应。

临床上非常需要一种压力监测系统，该系统可以提供准确的体腔压力测量，同时允许医生无创地监测这些压力，并避免这种“掩盖”。

现有技术的设备通过查询最低共振频率处或附近的无源压力传感器来检测压力。但是，在某些情况下(例如，非线性系统)，通过激发系统的一次谐波而获得的信息可能无法提供足够的信息以准确地计算环境压力。因此，需要利用无源压力传感器的频率响应来计算环境压力的更为稳健的方法。

发明内容

本发明涉及一种用于测量体腔压力的方法和设备。该设备是一种无源机械式谐振器，在各个实施例中，该无源机械式谐振器可以是传感器设备，这种无源机械式谐振器是微型的、无源的、可植入的和无线的，以允许对门静脉压力进行非侵入性的频繁监测。这种传感器设备是微型的，以允许安全地植入到目标血管内。在一个实施例中，传感器设备结构包括单个传感器单元，该传感器单元具有厚度大于至少1微米的传感器膜片，并且传感器设备的整体尺寸范围为0.1mm-1mm宽(w)，0.1mm-1mm深(d)，0.1mm-0.75mm高(h)。传感器设备的总体积将优选不超过0.3立方毫米。用于传感器设备的体积范围(单位mm³)的其他示例为例如0.005-0.008，0.01-0.09，或0.1-0.3。该设备是无源的，以允许主治医生根据要求或需要经常性地监测患者。本发明可用于查询包括不可压缩流体的系统中的周围条件，特别是在测量门静脉和/或肝压力时。

本发明的一个目的是提供一种使用植入并锚定在体腔中的传感器设备测量体腔压力的方法，包括以下步骤：将声波的频率梳施加于传感器；接收由频率梳在传感器中激发的频率；并将接收到的所施加频率的高次谐波作为声学数据进行处理，用以确定可振动传感器的频率响应，例如共振频率，从而确定传感器所处环境的环境流体压力。

本发明的另一目的是提供一种通过布置在对象系统中的传感器设备来测量对象系统中环境流体压力的方法，其中，该传感器设备包括具有传感器膜片的振动传感器，所述传感器膜片具有共振频率响应和较高阶频率响应(诸如二次谐波频率)，取决于环境压力条件以及每个给定压力下的多个频率响应，该方法包括以下步骤：使传感器经受声波的频率梳，以便在传感器中引起声共振或振动；检测作为来自传感器的反射信号的声共振；处理检测到的声共振以确定环境流体压力。

附图说明

图1示出的是根据本发明用于测量门静脉压力的设备。

图2示出的是根据本发明用于测量、解释和显示门静脉压力的系统。

图3示出了作为压力函数的线性频谱响应的示例，其中，每个不同的曲线表示不同的频率。

图4示出了作为压力函数的二次谐波处的线性频谱压力响应的示例。

图5示出了二次谐波处的频谱压力响应的示例，其作为通过使用特殊梳校正的压力的函数。

图6A-6C示出了减去诸频率处的响应之前和之后的信号。

具体实施方式

本发明的方法和设备总的来说涉及测量包括不可压缩流体的系统中的环境压力。就本申请的目的而言，“不可压缩流体”总体上是指不蒸发、不可压缩、可流动的介质，例如液体、浆液和凝胶。与当前用于测量环境流体压力的传统设备相比，该设备所具有的微型尺寸，以及该设备和方法相对较低的侵入性，特别适合于医疗和生理应用，包括但不限于测量：i)血管/动脉/静脉压力，例如门静脉高压症下的血管/动脉/静脉压力；ii)脑室脊髓液压力；iii)诸如尿道、膀胱、肾脏和胆管内的腹内压力；诸如此类。可以通过在无源传感器处发送频率梳并测量无源传感器的频率响应来测量环境压力，所述频率梳在所发送频率之间具有非均匀间隔。在一个实施例中，传感器的高次谐波被激发并被测量，以确定环境压力。在另一个实施例中，测量所发送频率之间的频率的频率响应，以确定环境压力。该方法可适用于涉及流体(即，不可压缩的流体，例如液体)所流经的身体系统的任何疾病或状况。

本发明的一个目的是提供一种无源机械式谐振器，其在诸实施例中可以是传感器设备，用于测量包括不可压缩流体(例如液体)的系统中的环境流体压力。所述传感器设备可以是裸露的可振动传感器，或者是容纳在空腔中的可振动传感器，空腔具有或不具有用于密封壳体的底部薄膜。在一个实施例中，所述传感器设备包括具有传感器膜片的可振动传感器，该传感器膜片具有响应于环境流体压力条件的共振频率。所述传感器膜片的厚度在1微米至200微米的范围内，并形成腔室的一侧。该腔室由传感器膜片和大致垂直于传感器膜片的多个壁限定。该腔室可以用设置在其中的具有预定压力的可压缩气体密封。使用阳极粘结工艺用粘结层密封所述腔室。粘结层可以提供将可振动传感器附接到锚定装置的手段。因此，包括裸露的可振动传感器的传感器设备可以是具有传感器膜片和腔室的、任何形状的气密密封的、基本上或部分为非固体的部件。作为替代方式，可振动传感器可以是声学活性固体，即：没有腔室的传感器膜片。在任一方面中，可振动传感器都是生物相容的，即：在人体内部基本上不发生反应。

在另一个实施例中，可振动传感器可以设置在由壳体限定的空腔中。在该实施例中，一盖板覆盖壳体空腔，使得粘结层面对盖板。一基板构成了壳体的基础。所述基板可以包含孔口，该孔口将可振动传感器的传感器膜片暴露于待测量的身体环境。在该实施例的一个方面中，壳体还包括底部薄膜。该底部薄膜对于外部流体和/或组织可以是半渗透的或不可渗透的，并且可以包封不可压缩的流体。

在一个实施例中，可将传感器设备植入门静脉中，从而提供止血和腹腔内压力的组合。在另一个实施例中，传感器设备可以被植入肝和门静脉系统的每一个中。门静脉植入可以使用肋内或剑突下途径通过经肝穿刺进行，而肝静脉植入可以通过经颈静脉法进行。按照这种方式，系统可以提供关于肝静脉系统之间的压力梯度的信息。在后一个实施例中，系统在同一时段既提供门肝压力梯度，又提供门静脉压力。植入传感器还可以包括以下步骤：将传感器锚定到身体组织或器官，或者将传感器固定到支架上，并且植入该支架。

下面参照附图讨论和解释本发明。提供的附图作为对本发明的示例性理解，并且示意性地示出了本发明的特定实施例和细节。技术人员将容易地意识到等同地落在本发明范围内的其他类似示例。附图无意于限制所附权利要求书中界定的本发明范围。

图1示出了本发明的传感器设备系统。传感器设备100测量植入后传感器设备的环境压力。传感器设备100被加以由频率发送器103产生的声波频率梳101。按照本申请中使用的情形，频率梳是指所有沿着大体相同方向发射的、在校准后频率范围上的声波集合。在某些实施例中，频率梳可具有3至16个不同频率的波。如本领域中已知的那样，频率发送器103可以包括适合于可控制地产生声能束(例如但不限于声束或超声束)的任何换能器。一般来说，这种换能器被称为触觉换能器，能够将电信号转换为例如可以感觉到或用于做功的振动。例如，换能器提供的视场包括例如4-16cm的穿透深度和3cm的束斑直径，生成一个测量椭球。换能器可以用合适的压电换能器来实现，但是也可以使用本领域中已知的其他换能器，例如但不限于电容换能器、宽带电容换能器、复合压电换能器、电磁换能器、各种换能器阵列类型和这些换能器的各种合适的组合，被配置成用于获得不同的频率和/或波束形状。例如，可以使用由Vemco、PCB压电电子和Hardy仪器制造的声发送器。声波频率梳101指向传感器设备100，产生调制声波105，所述调制声波105由超声接收器106检测。对调制声波105进行后续处理，使设备100中的环境压力能够被计算出来。本发明还可以与任何压力传感器或任何非线性传感器一起使用。其他此类传感器是RFID传感器和带有线圈、电容器和电阻器的电传感器。实际的电气部件永远不会产生完美的线性频率响应。当在高信号电平下运行时，这种非线性会加剧。有源部件(如二极管和晶体管)的使用具有固有的非线性效应。这种非线性效应导致更高次谐波的产生，其可以与本发明一起使用。

本发明的一个方面涉及一种可植入的传感器设备，其包括用于测量环境流体压力的微型传感器设备。该传感器设备包括具有传感器膜片的可振动传感器，该传感器膜片具有对环境压力条件的频率响应。可振动传感器的传感器膜片形成腔室的一侧，腔室中驻留有预定压力的可压缩气体。腔室进一步由至少一个壁限定，该至少一个壁优选地大致垂直于传感器膜片。在一个实施例中，可振动传感器由硅制成，但是可以使用其他合适的材料，例如金属、

或其他玻璃、氮化硼，等等。金属的非限制性例子包括例如钛、金、不锈钢、铂、钽或任何合适的金属、合金、诸如镍钛诺等形状记忆合金。腔室可以用粘结层密封，该粘结层形成腔室的与传感器膜片相反的一侧。在可振动传感器包括用于密封腔室的粘结层的情况下，粘结层也可以用于附接到锚定装置。在一个实施例中，粘结层为设置在可振动传感器中的腔室提供气密密封。粘结层可以包括

玻璃、硅或其他合适的材料。

一般来说，可振动传感器是通过从较大材料面板上蚀刻适当的形状和材料制造的。例如，所述较大材料面板可以用掩膜覆盖，该掩模限定多个期望的可振动传感器的形状，然后进行蚀刻，蚀刻可以是例如化学蚀刻或物理蚀刻。掩模保护面板上那些在蚀刻过程中不得被去除的区域，以产生所需的形状。例如，在蚀刻过程中，具有多个精确测量的切口的掩模覆盖较大材料面板，直到在较大面板中产生的所需形状的腔室达到基本上等于掩模中切口的深度为止，这时，形成多个可振动的传感器。腔室的深度可以由多种因素控制，例如在使用化学蚀刻的情况下：挥发性，持续时间和化学处理的次数。然后，可以通过在连续的腔室之间进行切分而从较大面板上切割出来每个可振动传感器，使得腔室每一侧上保留的材料量将是在可振动传感器中限定腔室的壁的厚度。保留在腔室底表面和较大面板底部之间的材料的量将是传感器膜片的厚度。需要进行结合的任何材料都可以例如通过铜焊或焊接进行连接。

如上所述，可振动传感器可以另外包括由例如

或其他适合材料形成的粘结层，以便气密地密封可振动传感器，优选是通过将粘结层结合到腔室的壁上，使得粘结层和传感器膜片大致平行。在一个实施例中，粘结层和传感器膜片形成可振动传感器腔室的相对的壁。粘结层可以提供用于附接到锚固件或其他部件上的表面。

本发明的另一方面涉及一种用于确定任何体腔中的压力的方法。一旦传感器设备100(图1)安放就位，就使用如图1所示的发送器/接收器阵列103、106来收集数据。声束频率梳101由频率发送器103产生，并被施加(即发射)到无源传感器设备100。一般是通过将频率发送器103定位成紧密接近但仍在外部接近传感器设备100而启动频率梳101，其中“紧密接近”是根据本发明的设备和方法的足以将频率梳101施加到传感器设备100的任何距离。当受到频率梳101激励时，可振动传感器振动并产生调制声波105(即，频率响应)。所述调制声波105由超声接收器106接收，超声接收器106也放置成紧密接近传感器设备100。

图2显示了本发明的系统的处理和显示系统300的一个实施例，并且示出了系统中传感器设备的操作。图2参考图1，图1示出了本发明系统的一般性传感器设备100。

参考图2，超声接收器106将数据305发送到处理单元301。数据305可以包括无线电波、电信号、数字信号、波形信号，或足以传送由超声接收器106接收的调制声波105的声学特性的任何其他方式。处理单元301使用调制声波105的特性来解释数据305，以确定传感器设备100的频率响应。传感器的频率响应在本文中被定义为在给定的环境压力下，传感器响应于来自频率发送器103的超声波振动的传输而发出的振动的频率，包括至少一个共振频率。例如，当传感器设备100经受“正常”即无症状的生理状况时，传感器设备100的频率响应是已知的。传感器设备100的内部压力，即空腔内的压力，是已知的并且基本恒定。例如，在门静脉系统中，传感器设备100的频率响应根据静脉压力的变化而变化。在给定压力下，低频声波102(例如50kHz)将通过在可振动传感器2中激励振动，在传感器设备100中激发振动的至少一个频率响应。高频声波(例如750kHz)可用于查询激励后的可振动传感器。这导致可以由超声接收器106检测到的调制声波105。

可以根据本发明测量的一种类型的频率响应是共振频率。最低能量的共振频率通常已知为基频。许多物体具有多于一个的共振频率，并且可以以共振频率的整数倍(例如2x，3x，4x，5x等)振动。例如，传感器设备100的基频以及一个或多个高次谐波频率可以被识别为以下频率，即：呈现出从传感器设备100返回的峰值振动振幅或相对最大振幅的频率。

在一个实施例中，在具有N个频率(f_i，i＝1……N)的频率梳内的多个频率是初始频率的整数倍。在上述情景下，由于所发送频率的相长干涉，传感器将在频率梳的所有频率显示出受激响应。这种响应的结果是传感器的频谱响应在高次谐波中发生翘曲或失真，这可能会导致系统性能的急剧下降。为了避免这样的响应，频率梳被设计为使用非均匀间隔且不是谐振器共振频率倍数的频率。图3示出了传感器针对被校准以激发传感器r的共振频率的标准频率梳的示例性频谱响应；而图4示出了传感器针对被校准以激发传感器的二次共振频率的标准频率梳的示例性频谱响应。特别是，图3示出了信号功率(以分贝为单位)作为压力(以毫米汞柱为单位)函数的一个例子，其中，每个不同的曲线表示不同的频率。每个峰值是在不同压力下的共振频率。图4示出了信号功率(以分贝为单位)作为压力(以毫米汞柱)函数的一个例子，其中，每一条曲线都确定了一特定频率下的响应。从图4中可以看出，任何一个响应曲线都没有绝对最大值。相反，与高次谐波一起使用的线性系统(例如图4中所示的系统)包括局部最大值，或者在极端情况下包括伪最大值峰值，这样可能由于所发送频率的相长干涉而提供错误结果，从而在确定环境压力时导致错误结果。

标准频率梳由一组等间隔的频率组成，即，f＝f₁+df*(n-l)。这对于检测在传感器设备的高次谐波(例如，二次谐波)下受到激励的传感器是无效的，因为许多物体具有的谐波频率是一次谐波频率的倍数，这导致了失真。具体而言，接收器拾取由传感器反射的频率以及由换能器发送的频率。如果来自换能器的加在一起的两个频率等于传感器的高次谐波频率，则数据将失真，这是因为响应的原因是未知的。例如，使用38kHz、39kHz、40kHz，41kHz和42kHz的传统频率梳，如果接收器在80kHz检测到大的响应，则可能是具有40kHz共振频率的传感器在其二次谐波做出响应，但是也可能是38kHz波和42kHz波或者39kHz波和41kHz波之间相长干涉的结果。这会使数据失真，从而使其无法使用。为了克服这种失真，使用了一种非均匀间隔的频率梳，其中没有一个频率对加起来是第三频率的数值的两倍，也就是说，整个频率梳满足方程f_m+f_n≠2f_l，其中，f_m、f_n和f_l是频率梳中的不同频率。一种非均匀间隔的频率梳的例子如下：

f[kHz]＝50.l，50.5，51，51.6，52.1，52.5，53，53.6，54.3，54.6，55.4，55.8，56.6，56.9，57.5，57.9

所述非均匀间隔的频率梳可沿着某一频率范围扫描以检测传感器的频率响应(该频率响应可以包括或可以不包括共振频率)。传感器的校准曲线提供了与不同压力相对应的频率范围。可以根据校准曲线选择频率梳中使用的频率以便与所需的压力范围相对应。因为频率梳是不均匀间隔的并且满足方程f_m+f_n≠2f_l，所以，任何响应将都能归因于一种可能的原因。找到符合这种要求的更多可能的频率梳的一种方法是：使非线性频率梳移动一个恒定频率，这会保持如上所述该系统所需的特性。将非线性频率梳中的每个频率乘以一个常数，也会保持频率梳所需的特性。这允许人们调整非线性频率梳以适应不同的传感器或压力范围。

本发明还可以与频率的三次谐波一起使用。在该实施例中，频率梳必须满足方程3f_i≠f_i+f_j+f_k，其中，f_i、f_j和f_k是不同频率。这种频率梳的一个例子如下：

f[kHz]＝50.l，50.5，51，51.6，52.1，52.5，53，53.6

与用于二次谐波的频率梳一样，找到满足该要求的更多可能频率梳的一种方法是：使非线性频率梳移动一个恒定频率，这可保持如上所述该系统所需的性能。将非线性频率梳中的每个频率乘以一个常数，也可以保持频率梳的所需特性。这允许人们调整非线性频率梳以适应不同的传感器或压力范围。

图5中示出了一种使用上述本发明的非均匀频率梳测量的示例性频率响应。图5示出了频谱压力响应的例子，该频谱压力响应是通过沿着频率范围扫描非均匀间隔的频率梳而校正的压力的函数。每条曲线都有一个最大值。鉴于如上所述的本发明频率梳的性质，可以容易地确定最大值是压力传感器的谐波频率，还是仅仅是换能器自身产生的波的反射，亦或是在相长干涉之后。这种确定是清楚的，因为每个最大值只能由一个特定的相长干涉或者初始频率的高次谐波引起。一旦确定，相关曲线就可用于确定传感器的压力。

在替代实施例中，代替使用响应频率的相对最大值和最小值作为参考点，本发明处理在相对最大值和最小值之间的频率响应。相对最大值和最小值之间的信号的幅度与传感器的相对变化率成正比。传感器的相对变化率由压力变化率、传感器的相对灵敏度以及传感器的品质因子确定，即：中心频率除以带宽。在一个实施例中，频率梳必须满足不等式df_梳>df_{系统分辨率}，其中，df表示频率的变化。满足该不等式使得可以测量出现在梳频率之间的间隙中的频率。为了获得间隙频率的测量值，没有测量梳频率。图6A显示了标准线性频率梳的全信号响应。图6B显示了图6A的图表，但进行了放大，以显示该图表的峰值之间的响应。图6C显示在去除发送频率处的值之后的信号。这些图显示了中间响应是如何被直接发送所引起的响应所掩盖的。因为在这种技术中使用了中间响应，所以频率分辨率必须高于频率梳中频率之间的间隔。通过测量仅仅在所发送频率之间的频率，可获得如图6C所示的有用响应，图6C表示传感器响应。这使得能够基于传感器的已知比例计算传感器共振频率。在一些实施例中，该技术可以与线性频率梳一起使用。在其他实施例中，可以与非线性频率梳一起使用。

传感器设备100中激励的实际共振频率和高次谐波频率与正常条件下传感器设备的共振频率和高次谐波频率之间的差，与正常条件和实际压力之间的压力差相关。因此，可以基于测量出来的传感器设备100的共振频率来计算实际压力。

在本发明的一个实施例中，发送器是环形低频压电换能器，取决于所需的精度，其工作范围例如为0-100kHz，30-100kHz或50-100kHz。然而，应当注意，本领域中已知的任何其他合适的频率换能器都可用于实施本发明。在一个替代性实施例中，频率梳由20KHz至100KHz范围内的频率组成。在另一个实施例中，频率梳在一定范围的频率上移动。

在本发明的另一实施例中，频率发送器103是环形频率发射换能器，其被实现为低噪声(即，低范围或低带宽)频率发生器单元，该单元设计成产生例如750kHz的声波频率梳101。然而，应当注意，声波的其他不同值也可以用于实现本发明。

在本发明的一个实施例中，例如在图2中所示，超声接收器106可以是盘状高频接收压电换能器。频率发送器103和超声接收器106例如是型号为CLI 7900的通用超声探头，可以从例如美国加利福尼亚州圣克莱门特的Capistrano Labs，Inc通过商业途径获得。当包括声波频率梳101的声波指向传感器设备100时，超声接收器106接收在传感器设备100中激发的调制声波105，以及其他噪声，例如从测量环境中其他材料反射的信号或干扰。超声接收器106生成代表其接收到的返回声信号的电信号。由超声接收器106产生的电信号由本文描述的系统(例如如图2所示)处理。

在另一个实施例中，频率发送器103具有30-90kHz的工作范围，并且例如以50kHz发送声频；频率发送器103例如以具有窄带宽(范围)的大约750kHz进行发送；超声接收器106可以例如在750(高)±50(低)kHz的范围内操作。频率发送器103和超声接收器106可以替代地在适合于与本文公开的设备和方法一起使用的任何范围内操作，并且在特定环境中测量流体压力时特别需要。在各实施例中，接收器是带宽为基频的至少100％的宽带接收器。

超声接收器106是换能器，用于在声波频率梳101查询传感器时接收从传感器返回的信号。例如，所述换能器可以使用合适的压电换能器实现。本领域中已知的其他类型的换能器也可以用于实现该换能器，例如但不限于电容换能器、宽带电容换能器、复合压电换能器、电磁换能器、各种换能器阵列类型、cMUT、钹式换能器和这些换能器的各种合适组合，被配置为获得不同频率和/或波束形状。例如，可以使用由Vemco、PCB压电电子和Hardy仪器制造的声接收器。

调制声波105是以可逆方式组合声波101的结果，以获得具有所需频率、波长和/或振幅的波形。因此，能将未调制噪声(例如由传感器设备100环境中的材料的声波反射所引起)与由传感器设备100激发的调制声波105区别开来。当根据频率(以MHz为单位)分析所接收的信号幅度(以dB为单位)时，该幅度峰值出现在传感器设备100的共振频率处。超声接收器106将调制声波105传送到处理和显示系统以进行解释和使用，处理和显示系统的细节显示在图2中。

在一个实施例中，通过将压力测量值与心率或脉搏测量值相关联，将传感器设备100中激励的振动与噪声区分开。在该实施例中，在查询期间，例如，在心脏的至少一个扩张和收缩周期(脉搏周期)期间，进行多次压力测量。在脉搏周期期间中，整个血管系统的压力将随着心脏将血液吸入并迫使血液流出而不断变化。因此，以与脉搏周期相关的一致方式变化的声信号通过传感器中的激励得以证明。从例如查询环境中的周围组织反射的噪声，不会产生与脉搏周期相关的连续变化的信号。以上特征不限于单个实施例；相反，可以应用这些特征和功能来代替本文中其他实施例和概念，或与它们相结合。脉搏周期和波形可以由外部设备测量，例如使用脉搏血氧仪、心率监测器、ECG等。任选的是，这些仪器可被连接到本发明的压力监测系统，以将脉搏或脉搏波形输入到系统中，用于与从传感器获取的压力波形进行相关，以确定所获取信号的有效性。

根据本发明的一个方面，将植入的传感器设备100加以声波频率梳101，频率梳101在传感器设备100中激励出振动，然后反射的声波表现为调制声波105。超声接收器106接收调制声波105，并将调制声波105的特性传送到处理和显示系统以进行解释和使用，处理和显示系统的细节显示在图2中。

返回图2，图2显示了本发明处理和显示系统300的一个实施例，来自超声接收器106的数据305被传输给处理单元301，处理单元301确定传感器设备100周围的环境的压力。数据305经由有线连接308或无线连接309在超声接收器106和处理单元301之间传送。有线连接308例如是电缆或一体式连接等。无线连接309例如通过发射无线电波、声波或其他已知的用于远程通信数据的媒介进行操作。

处理单元301可以包括计算机、工作站或者其他电气或机械装置，该计算机、工作站或者其他电气或机械装置被编程以执行本文所述以及使用该方法所需的数据转换和/或显示。举一个非限制性例子，本发明可以在标准工作站个人计算机上实施，例如由戴尔、IBM、惠普等制造的个人计算机，这些计算机一般包括至少一个处理器，例如由Intel、AMD、德州仪器等制造的处理器。处理单元301还包括专用硬件和/或软件，例如，诸如国家仪器PCI-6115数据采集板之类的数据采集系统，或者可以包括为此目的定制设计的装置。

处理单元301的输出是压力测量结果，压力测量结果被处理单元301或显示单元302或它们的组合转换为可用的、可显示的测量结果。例如，压力测量结果可以按数值单位mmHg或Torr进行报告，或者可以与预定的任意比例相关地进行显示。显示单元302可以包括监测器、数字显示器、LCD或其他能够显示数值测量结果的音频或视频装置。如在图2的实施例中所显示的，例如在具有处理单元和显示单元的计算机的情况下，显示单元302通过连接306连接到处理单元301或与处理单元301集成在一起，所述连接306任选地包括作为远程元件的单独的有线元件、或者相对于处理单元301和/或显示单元302而言的整体元件、接口303和输入/输出元件304(诸如键盘、鼠标、磁盘驱动器、光笔等)，以允许用户收集、操纵、跟踪和记录数据。连接306任选地可以是远程连接307，其通过传输无线电波、声波或其他已知的远程传输方法进行操作。

本领域普通技术人员将理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对通过实施例在本文中具体示出和描述的内容进行多种变型、增加、修改和其他应用。因此，由以下权利要求书所限定的本发明的范围旨在包括所有可预见的变型、增加、修改或应用。

Claims

1.一种用于检测共振频率的系统，包括：

无源机械式谐振器；

超声换能器；

接收器，所述接收器联结于处理器；

所述超声换能器被配置为产生信号，所述信号包括具有多个非均匀间隔频率的频率梳，

所述接收器接收调制的声信号；以及

所述处理器处理所述调制的声信号以确定共振频率。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述频率梳在一频率范围上移动。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个非均匀间隔频率在20KHz-100KHz的范围内。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个非均匀间隔频率之和不是所述谐振器的共振频率的倍数。

5.根据权利要求3所述的系统，其中，所述接收器是宽带接收器，其带宽为基频的至少100％。

6.一种使用无源机械式谐振器确定共振频率的方法，所述方法包括以下步骤：

产生声信号，所述声信号包括具有多个非均匀间隔频率的频率梳，

接收调制的声信号，

处理所述调制的声信号以确定共振频率。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括使所述频率梳移动一频率范围。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个非均匀间隔频率在20KHz-100KHz的范围内。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述多个非均匀间隔频率不是所述谐振器的共振频率的倍数。

10.一种使用无源机械式谐振器确定共振频率的方法，所述方法包括以下步骤：

产生声信号，所述声信号包括具有多个频率的频率梳，

接收调制的声信号，

从返回信号中减去频率梳；以及

处理所述调制的声信号以确定共振频率。

11.根据权利要求16所述的方法，还包括使所述频率梳移动一频率范围。

12.根据权利要求16所述的方法，其中，所述多个频率在20KHz-100KHz的范围内。