CN112842291A - 一种脉搏波速测量系统及无创式血流状况评估系统 - Google Patents

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Abstract

一种脉搏波速测量系统及无创式血流状况评估系统,该脉搏波速测量系统包括计算机程序存储介质、处理装置和两个压力传感器,所述两个压力传感器用于同时分别采集人体两个不同测量位点上的两路脉搏数据,所述处理装置执行计算机程序时进行如下处理,包括:提取所述两路脉搏数据的周期性峰值,确定两路脉搏信号的周期性峰值的时间间隔,根据所述时间间隔和预先测量好的所述两个不同测量位点之间的间距,计算出脉搏波速。本发明可快捷准确实现便携式的脉搏波速测量,且籍此还可实现基于脉搏波速的无创血流状况健康检测,大大降低了血管状况检测的复杂度,从而使得在家庭护理中实时检测血管的状况成为可能。

Description

一种脉搏波速测量系统及无创式血流状况评估系统
技术领域
本发明涉及一种脉搏波速测量系统及无创式血流状况评估系统。
背景技术
脉搏波速(PWV)是一个重要的生理参数,它与血管顺应性密切相关,并且也常被用来评估血压水平,具有极高的医学价值。一般而言,PWV大于14m/s被认为是不正常的,这意味着血管顺应性变差,血管僵硬。老年人的血管弹性降低,因而他们的PWV较高。中青年的PWV数值应该在一个较低的合理水平上,如果PWV数值异常地升高,则可能与高血脂、高血压、血管阻塞、血管狭窄等病理性因素有关。已有通过压力传感器实现对PWV的测量,但传感器灵敏度低、稳定性差,得到的PWV波动很大,甚至会出现负的波速。另一方面,人体的各个器官都需要血液运送养分并排除代谢废物,血流的状况对人体的健康水平十分重要,诸如血管阻塞/狭窄等心血管疾病将引起严重的后果。血管阻塞是一种常见而严重的医学疾病,可由许多生理或病理的原因产生,如冠状动脉成形术后的再狭窄、高血脂引起的动脉粥样硬化等。轻微的血管阻塞经常被忽视,而一旦阻塞程度增大往往会引起严重的后果,如冠心病、脑卒中等。而常规的血流检测方法需要借助有创的穿刺导管,这可能会增加伤口感染的风险,尤其是对于老年人和婴幼儿;或者需要借助超声、CT等笨重昂贵的医疗设备,不利于家庭护理中的长时间连续测量。因此,亟需一种无创的测量装置,准确又便捷实现脉搏波速和血流状况的实时检测。
需要说明的是,在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解,因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述背景技术存在的问题,提供一种脉搏波速测量系统及无创式血流状况评估系统。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种脉搏波速测量系统,包括计算机程序存储介质、处理装置和两个压力传感器,所述两个压力传感器用于同时分别采集人体两个不同测量位点上的两路脉搏数据,所述处理装置执行计算机程序时进行如下处理,包括:提取所述两路脉搏数据的周期性峰值,确定两路脉搏信号的周期性峰值的时间间隔,根据所述时间间隔和预先测量好的所述两个不同测量位点之间的间距,计算出脉搏波速。
进一步地:
所述数据预处理包括去除基线、低通滤波、幅值归一化。
所述两个压力传感器为测量肱动脉脉搏的压力传感器和测量指尖脉搏的压力传感器,或者为测量桡动脉脉搏的两个不同位点的两个压力传感器。
所述压力传感器为柔性压力传感器,包括依次层叠在一起的第一金属电极层、第一驻极体层、第二驻极体层以及第二金属电极层,所述第一驻极体层与所述第二驻极体层之间具有空气腔,所述空气腔内的空气经电晕极化电离出的正负电荷分别由所述第一驻极体层和所述第二驻极体层捕获而形成电荷偶极子,初始状态下所述电荷偶极子与所述第一、第二金属电极层上的感应电荷形成电场平衡,当所述传感器受压变形时,偶极矩改变,所述感应电荷转移而在外电路上形成电流,当释放压力时,所述传感器由于自身弹性恢复原状,在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡。
所述第一驻极体层和/或所述第二驻极体层的内表面上具有凹槽。
所述第一驻极体层的内表面上具有相互平行的多个第一条形凹槽,所述第二驻极体层的内表面上具有相互平行的多个第二条形凹槽,所述第一条形凹槽和所述第二条形凹槽彼此相对,优选还彼此垂直。
所述第一驻极体层和/或所述第二驻极体层的材料选自氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF);所述第一金属电极层和/或所述第二金属电极层的材料选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)。
由所述第一驻极体层与所述第二驻极体层共同形成封闭的空气腔。
一种无创式血流状况评估系统,具有所述的脉搏波速测量系统,所述处理装置还进行如下处理:判断计算的脉搏波速是否超出设定阈值,并根据判断结果生成反映血流状况健康情况的检测结果。
进一步地,所述设定阈值的参考值为14m/s。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明针对心率实时检测和疾病诊断的需求,提出了一种能够准确又简便地实现脉搏波速测量的测量系统,以及一种利用该脉搏波速测量结果实现无创式血管状况检测的系统,其中,利用两个在人体不同位点同时进行脉搏测量的压力传感器,可快捷准确实现便携式的脉搏波速测量,且可实现基于脉搏波速的无创血流状况健康检测,大大降低了血管状况检测的复杂度,从而使得在家庭护理中实时检测血管的状况成为可能,在家庭式的日常护理和智慧医疗方面具有很好的应用价值。
优选实施例提供的柔性压力传感器中具有长时间稳定储存电荷的能力,这使得该传感器可以长期使用而不会有性能上的衰减,即具有优异的稳定性,能够长时间地稳定测量脉搏等微弱压力信号。另外,该传感器灵敏度高,能够以很小的面积测量脉搏,这对于指尖脉搏、静脉脉搏的测量也十分有利。本发明的传感器可实现十分轻薄,具有很好的柔性,可以与皮肤表面良好地接触以获得更清晰的脉搏信号,具有轻薄、柔性、精度高、稳定性好的优点,而且在长时间佩戴时不会给使用者造成不适感。便于同时制作多个传感器,满足实际应用对大批量生产、快速制作成型的需求。
附图说明
图1为本发明实施例的一种便携式脉搏波速测量装置的结构示意图。
图2为本发明实施例的两种脉搏波速测量位点的示意图,包括肱动脉和指尖脉搏的测量(左),两个桡动脉脉搏的测量(右)。
图3为本发明实施例的用于脉搏波速计算的算法的流程图。
图4为本发明实施例的计算两路脉搏信号时间差的示意图。
图5为对手腕施压以模拟血管阻塞的示意图。
图6为血管状况随静压力增加而变化的示意图。
图7示出脉搏波速随静压力增加(即血管阻塞程度增加)而变化的结果(左),用于描述脉搏波速数据的箱型图的解释(右)。
图8为本发明一种实施例的传感器制作流程图。
图9a为本发明一种实施例的传感器的结构示意图。
图9b为图9a所示传感器沿I–I线的截面图。
图9c为图9a所示传感器的分解示意图。
图10为本发明一种实施例的传感器的工作原理。
图11为本发明实施例的具有定点加压装置的系统的结构示意图。
图12为本发明实施例的定点加压装置对手腕处的定点加压效果图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外,连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
参阅图1至图4,在一种实施例中,一种脉搏波速测量系统,包括计算机程序存储介质、处理装置和两个压力传感器,所述两个压力传感器用于同时分别采集人体两个不同测量位点上的两路脉搏数据,所述处理装置执行计算机程序时进行如下处理,包括:提取所述两路脉搏数据的周期性峰值,确定两路脉搏信号的周期性峰值的时间间隔,根据所述时间间隔和预先测量好的所述两个不同测量位点之间的间距,计算出脉搏波速。处理装置可以是以微处理器为核心的电路装置。
在优选的实施例中,所述数据预处理包括去除基线、低通滤波、幅值归一化。
在优选的实施例中,所述两个压力传感器为测量肱动脉脉搏的压力传感器和测量指尖脉搏的压力传感器。在替代性的实施例中,所述两个压力传感器也可以为测量桡动脉脉搏的两个不同位点的两个压力传感器。
在另一种实施例中,一种无创式血流状况评估系统,具有所述的脉搏波速测量系统,所述处理装置还进行如下处理:判断计算的脉搏波速是否超出设定阈值,并根据判断结果生成反映血流状况健康情况的检测结果。
在优选的实施例中,所述设定阈值的参考值为14m/s。
本发明实施例针对脉搏波速实时检测和疾病诊断的需求,提出了一种能够准确又简便地实现脉搏波速测量的测量系统,以及一种利用该脉搏波速测量结果实现无创式血管状况检测的系统,其中,利用两个在人体不同位点同时进行脉搏测量的压力传感器,可快捷实现便携式的脉搏波速测量,且可实现基于脉搏波速的无创血流状况健康检测,大大降低了血管状况检测的复杂度,从而使得在家庭护理中实时检测血管的状况成为可能,在家庭式的日常护理和智慧医疗方面具有很好的应用价值。
在优选的实施例中,所述压力传感器为柔性压力传感器。
参阅图8至图10,优选实施例的柔性压力传感器包括依次层叠在一起的第一金属电极层101、第一驻极体层102、第二驻极体层103以及第二金属电极层104,所述第一驻极体层102与所述第二驻极体层103之间具有空气腔105,所述空气腔105内的空气经电晕极化电离出的正负电荷分别由所述第一驻极体层102和所述第二驻极体层103捕获而形成电荷偶极子,初始状态下所述电荷偶极子与所述第一金属电极层101、第二金属电极层104上的感应电荷形成电场平衡,当所述传感器受压变形时,偶极矩改变,所述感应电荷转移而在外电路上形成电流,当释放压力时,所述传感器由于自身弹性恢复原状,在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡。
在优选的实施例中,所述第一驻极体层102和/或所述第二驻极体层103的内表面上具有凹槽。凹槽的图案可以是周期性的线条凹槽图案、三角锥凹槽图案、长方体凹槽图案等、或者是无周期、无规律的凹槽图案。
在一个特别优选的实施例中,所述第一驻极体层102的内表面上具有相互平行的多个第一条形凹槽,所述第二驻极体层103的内表面上具有相互平行的多个第二条形凹槽,优选地,所述第一条形凹槽和所述第二条形凹槽彼此垂直。
在不同的实施例中,所述第一驻极体层102和/或所述第二驻极体层103的材料可以选自氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)。
在不同的实施例中,所述第一金属电极层101和/或所述第二金属电极层104的材料可以选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)。
在不同的实施例中,所述第一金属电极层101和/或所述第二金属电极层104可以为金属镀膜(如蒸镀金属膜)、丝网印刷或金属胶带粘接形成。
在优选的实施例中,由所述第一驻极体层102与所述第二驻极体层103共同形成封闭的空气腔105。
参阅图8至图10,在另一种实施例中,一种制作所述的高灵敏度柔性压力传感器的方法,包括如下步骤:
制作第一驻极体层102和第二驻极体层103,并将所述第一驻极体层102和所述第二驻极体层103相对接合在一起,两者之间形成空气腔105;
在所述第一驻极体层102的外表面形成第一金属电极层101,在所述第二驻极体层103的外表面形成第二金属电极层104;
其中,通过电晕极化使所述空气腔105内的空气电离出的正负电荷,分别由所述第一驻极体层102和所述第二驻极体层103捕获而形成电荷偶极子。
在优选的实施例中,所述制作第一驻极体层102和第二驻极体层103包括:通过激光雕刻在所述第一驻极体层102和/或所述第二驻极体层103的相对表面上形成凹槽。
在不同的实施例中,所述第一驻极体层102和所述第二驻极体层103的接合方式可以为热压键合、化学试剂键合或胶水粘接。
以下进一步举例描述本发明具体实施例。
图1给出了这种便携式脉搏波速测量装置的结构示意图。通常,需要至少两个传感器同时测量脉搏信号,通过传感器之间的距离和脉搏信号的时间差计算脉搏波速。这两个柔性压力传感器通过表带、手环或医用胶带等可穿戴结构固定在皮肤表面的脉搏测量位点。这两个传感器感测脉搏搏动的输出信号经过放大滤波电路的处理后,被微处理器采样,用于进一步的数据处理、分析和存储。具体而言,微处理器将对采样后的两路脉搏数据进行基线去除处理和数字低通滤波等预处理过程,并计算出这两路脉搏信号的时间差用以计算实时的脉搏波速。进一步地,将得到的脉搏波速结果进行实时显示、或无线发送到手机、电脑等终端,并对异常的脉搏波速值做出相应的预警。
脉搏波速需要从两路同时测量的脉搏信号的时间差和相应的测量位点的间距计算得出。测量位点的选取对于获取稳定可靠的脉搏波速结果至关重要。医疗实践中,通常以颈动脉和股动脉之间的颈股脉搏波速做为衡量动脉硬化程度的金标准。但在日常生活中,这两个测量位点不方便测量;而且颈部聚集了大量的血管和气管,对颈动脉的测量容易对使用者造成压迫感。因此在本发明中,提出了两种替代的测量位点的方案。一种是肱动脉和指尖脉搏的组合:由于距离较远,两路脉搏信号的时间差较大,异常干扰造成的影响将被降低,不易出现脉搏波速的异常值,因而这种测量方案的结果更为可靠、稳定;但测量位点的较远距离使得可穿戴方式的实现较为困难,此时仅实现便携式的效果将更为简单易行。另一种是两个桡动脉脉搏的组合:这两个测量位点接近,两个传感器很容易固定在表带或手环上、以形成可穿戴装置;但两个脉搏的时间差很小,偶然因素将对结果产生很大的影响,脉搏波速测量结果的稳定性较差。因此本发明中,优选肱动脉和指尖脉搏做为测量位点。
图2为脉搏波速测量位点的示意图。(左)肱动脉和指尖脉搏的测量方案;(右)两个桡动脉脉搏的测量方案。
图3给出了用于脉搏波速计算的算法的流程图。对于两个测量位点得到的脉搏数据,进行同样的采样和数据预处理,即去除基线、数字低通滤波和幅值归一化,以得到类似于图4中所展示的平滑且稳定的脉搏波形。脉搏信号具有很强的周期性,因此可通过设定的时间阈值和幅值阈值,分别找出两路脉搏信号每个周期内的最高值,即图4中的圆形标记所表示的点。两路脉搏信号最高值的时间间隔就是用于脉搏波速计算的时间差Δt,它表示脉搏波从一个测量点传递到另一个测量点所需的时间。再结合事先测量好的测量位点的间距ΔL,即可计算出脉搏波速。一般认为,健康人群的脉搏波速不会大于14m/s,因此可将14m/s设定为健康阈值。若测量的脉搏波速结果未超过该阈值,则该装置将测量结果正常地显示在显示屏上;或无线发送到手机、电脑等终端设备。若得到的脉搏波速超出了该阈值,则意味着使用者的心血管状况异常,具有高血脂、血管阻塞等病症的风险,该装置将发出预警,警示使用者及时就医接受进一步的诊断。
进一步地,脉搏波速可用于无创地检测血流状况。血管阻塞或狭窄会引起靶器官供血不足,甚至会导致冠心病、脑卒中等严重后果。现在对血流状况的检测大多数仍然是基于有创的穿刺导管、或者是基于超声、CT等笨重昂贵的医疗设备,不能满足日常生活中无创式快速检测的需求。而对脉搏波速的测量将解决这一问题。
作为一种借助脉搏波速检测血管状况的示例,在图5中,对手腕施加静压力以模拟血管阻塞或狭窄的过程,并在手腕两侧、选取肱动脉和指尖脉搏做为两个测量位点以计算脉搏波速。如图6所示,随着施加压力的增大,血管受到的压迫程度逐渐加深,血管在逐渐变窄。随着血管狭窄/阻塞的增加,相应的脉搏波速结果被绘制在图7中左侧。使用箱型图来描述脉搏波速数据的分布情况,从下到上的五条横线依次表示脉搏波速数据的最小值、第一四分位数、第二四分位数(中位数)、第三四分位数和最大值。箱型图的长度越大意味着脉搏波速数据越分散。
从图7中左侧的测量结果可以看出,随着静压力的增大,即血管被阻塞程度的增大,脉搏波速呈现出先增加后减小的趋势。这可以被解释为:轻度阻塞时(状态II),大多数血液仍能向前流动,根据Moens–Korteweg公式:
Figure BDA0002925012050000081
其中E、h分别是血管壁的杨氏模量和厚度;ρ是血液密度;d是血管直径。因此在其它量不变的情况下,d的减小必然会导致脉搏波速的增加。随后,随着静压力的增大、血管的阻塞程度进一步加深(状态III),此时大部分血液将被反射回流而不是继续前行,血流不畅并造成脉搏波速的下降。因此对脉搏波速的测量可以提供一种无创的血管状况检测的方法。当使用者的脉搏波速出现异常变化,尤其是当脉搏波速远低于正常情况时,意味着血管阻塞的风险很高,使用者应及时就医、进行全面的诊断。
柔性压力传感器
脉搏波速测量系统中优选采用柔性压力传感器。参阅图8至图10,本发明优选实施例提供的柔性压力传感器中,在第一驻极体层102与第二驻极体层103之间具有空气腔105,且所述空气腔105内的空气经电晕极化电离出正负电荷,分别由所述第一驻极体层102和所述第二驻极体层103捕获而形成电荷偶极子,初始状态下所述电荷偶极子与金属电极层101、104上的感应电荷形成电场平衡,当所述传感器受压变形时,偶极矩改变,所述感应电荷转移而在外电路上形成电流,当释放压力时,所述传感器由于自身弹性恢复原状,在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡,由此,柔性压力传感器能够感受脉搏的搏动,输出相应的电流,实现脉搏的测量。
由于驻极体材料具有稳定储存电荷的能力,这使得该传感器可以长期使用而不会有性能上的衰减,即具有优异的稳定性,能够长时间地稳定测量脉搏。另外,该传感器灵敏度高,能够以很小的面积测量脉搏,这对于指尖脉搏、静脉脉搏的测量十分有利。本发明实施例的传感器可实现十分轻薄(50~100μm),具有很好的柔性,可以与皮肤表面良好地接触以获得更清晰的脉搏信号,而且在长时间佩戴时不会给使用者造成不适感。可以同时制作多个传感器,满足实际应用对大批量生产、快速制作成型的需求。本发明实施例的柔性压力传感器在脉搏等生理信号测量、电子皮肤、人机交互界面等领域具有广泛的应用前景。
在一个具体实施例中,基于激光雕刻和热压键合工艺制作柔性压电驻极体传感器。使用激光在两个驻极体薄膜(作为示例采用FEP薄膜)上切割出线条沟槽,让两个FEP薄膜上的线条沟槽彼此垂直放置,热压键合以形成密闭的空气腔。在传感器的一侧蒸镀金属电极之后,通过高压电源对传感器电晕充电,最后在传感器的另一侧贴附金属胶带,作为另一侧的电极。替代实施例中,也可以将蒸镀的金属电极换成贴附的金属胶带,这样可以进一步降低成本,缩短制作周期,并提高传感器长期使用中的鲁棒性。
图8示出传感器制作流程的一种示例。101表示第一金属电极层;102表示第一驻极体层;103表示第二驻极体层;104表示第二金属电极层。所用的驻极体薄膜的材料可以是氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF)等,这里优选为FEP薄膜;所用的金属电极可以是金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)等材料,这里优选为Cu电极。为了达到柔性的效果,驻极体薄膜的厚度可以是10~100μm,这里优选为25μm;金属电极的厚度为0.1μm~10μm,这里优选为10μm。
由于驻极体膜很薄,为了使薄膜平整、以及便于下一步的处理,将驻极体薄膜放置在硬质基底上。所选的硬质基底应平整光滑,表面能低,便于经过后续的处理后,驻极体薄膜还能顺利地被撕下。硬质基底的材料可以被优选为1mm厚的铜板。将驻极体薄膜平整地放在硬质基底上,并用轻柔的纸擦拭数次,以除去驻极体薄膜上的灰尘、并使驻极体薄膜吸附在硬质基底上。随后在驻极体薄膜上刻出凹槽图案。所使用的刻画方法可以是手工刻画、激光雕刻、基于掩膜(如光刻工艺、丝网模具等)的化学试剂刻蚀等,这里优选为激光雕刻工艺。所刻画的凹槽图案可以是周期性的线条凹槽图案、三角锥凹槽图案、长方体凹槽图案等、或者是无周期、无规律的凹槽图案。这里优选为线条凹槽图案。较佳地,凹槽的深度尽量深同时又不打穿驻极体薄膜。
分别在两个驻极体薄膜102、103上进行这样的凹槽刻画。这里优选为线条凹槽,并使得两个薄膜上的线条凹槽互相垂直。随后将这样的两个薄膜彼此相对放置,使它们键合在一起,以形成密闭的空气腔。所使用的键合方式可以是热压键合、化学试剂键合、胶水粘接等,这里优选为热压键合。对于优选的FEP驻极体材料,热压键合的参数是在1MPa的压力和250℃的温度下,热压90s。热压之后两个驻极体薄膜形成一个不可分割的整体,凹槽图案形成密封的空气腔。
随后在驻极体薄膜的一侧设置金属电极层101。设置的方式可以是金属镀膜、丝网印刷、金属胶带粘接等。金属镀膜和丝网印刷可以获得更薄的金属层,以取得更好的柔性效果;但它们的成本较贵,耗时较长。这里优选为金属胶带粘接的方式。而后使用直流高压电源、电晕针和接地电极执行电晕极化。具体实施方案是将金属电极层101放置在接地电极上,在传感器的另一侧上方(例如3cm)处放置电晕针。对电晕针施加负的高压电(-18~-30kV),进行电晕充电2~5min。最后,在驻极体薄膜的另一侧设置金属电极层104,以完成传感器的制作。设置的方式仍然可以是金属镀膜、丝网印刷、金属胶带粘接等。这里仍然优选为金属胶带粘接的方式。
图9a、图9b分别示出传感器完整的结构示意图和沿I–I线的截面图。图9c示出传感器的分解示意图。图10示出传感器的工作原理。在高压电晕极化的过程中,密封的空腔105内的空气将被击穿,电离出等量的正负电荷。随后在电场的作用下,正负电荷分别向上下两侧移动,最终被驻极体薄膜102、103的内壁所捕获,形成大量的电荷偶极子。初始状态下(图10中①),驻极体薄膜沟槽腔壁上捕获的电荷偶极子与金属电极上的感应电荷形成电场平衡,没有电响应。当传感器感受外部压力而压缩变形时(图10中②),偶极矩改变,电场平衡被破坏,金属电极上的感应电荷转移而在外电路上形成电流。释放压力时,传感器由于自身弹性恢复原状,在外电路中形成一个相反的电流(图10中③)。由此,柔性压力传感器能够感受脉搏的搏动,输出相应的电流,实现脉搏的测量。
由于驻极体材料具有稳定储存电荷的能力,因此该传感器持续工作数年。另外,该传感器的输出性质类似于压电传感器,同样具有自驱动的特点,在工作时不需要外接电源,起到低功耗的效果。此外,所提出的制作工艺流程中,激光切割、热压键合、电晕极化、粘贴金属胶带都是很简单的低成本工艺,便于快速制作成型,并降低成本。另外,在这些工艺中,同一批次中可以同时制作多个传感器,这有利于传感器的大批量生产;或者是同一批次中生产制作不同尺寸大小的传感器,可便捷地尺寸调节。
气囊和定点加压装置
参阅图11至图12,在一种实施例中,脉搏波速测量系统中优选采用一种用于定点加压的气囊,包括气囊袖带5和多个子气囊51,所述气囊袖带5上具有用于充气和排气的气口,所述多个子气囊51通过各自的导气管32与所述气囊袖带5相连,所述多个子气囊51的导气管32按照各自在所述气囊袖带5上所处的位置具有相对应的尺寸,且至少一部分导气管的尺寸不同于其余导气管的尺寸,以使得在同一的充气时间内所述至少一部分导气管对应的子气囊51与所述其余导气管对应的子气囊51的充气加压程度不同,从而当所述气囊袖带5佩戴在人体尤其是手腕上时能够对人体的对应部位进行定点加压。
在优选的实施例中,所述多个子气囊51沿所述气囊袖带5的长度方向分布,位于中间位置的至少一个子气囊51的导气管的尺寸大于其余导气管的尺寸。
在更优选的实施例中,所述位于中间位置的至少一个子气囊51的导气管包括多个导气管,其中最中间的导气管的尺寸最大,而两侧的导气管的尺寸以对称形式逐级变小。
在优选的实施例中,所述多个子气囊51的导气管按照各自在所述气囊袖带5上所处的位置具有相对应的材料性质,优选地,位于中间位置的至少一个子气囊51采用比其余导气管更软、更易变形的材料。
本发明实施例提供了一种压力大小定点分布、可调的定点加压装置,采用气体驱动加压方式,多个子气囊通过各自的导气管与气囊袖带相连,并且这些导气管按照各自在所述气囊袖带上所处的位置具有相对应的尺寸,且至少一部分导气管的尺寸不同于其余导气管的尺寸,以使得在同一的充气时间内部分子气囊与其余子气囊的充气加压程度不同,从而当气囊袖带佩戴在人体尤其是手腕上时能够对人体的对应部位进行定点加压,由此,可实现在特定的部位施加更大的压力,起到定点加压的效果。使用时,通过调整气囊袖带的佩戴位置,还可以灵活地调整定点加压的位置。该定点加压装置在脉搏波速测量系统中具有很好的应用前景。
图11是具有定点加压装置的系统示意图。气囊袖带一侧通过导气管31与微泵、微阀和气压传感器相连,实现气体的输入、输出和气压的反馈。另一侧通过导气管32与各子气囊相连,并且对于不同的子气囊,对应的导气管32的粗细不一样。越粗的导气管32,意味着在相同的时间内对应的子气囊的加压程度更大。为了进一步增强定点加压的效果,子气囊的材料不同。两侧的子气囊可以选用更硬、不易变形的材料,而中间的子气囊选用更软、更易变形的材料;在相同的气压下,中间的子气囊将发生更大的变形,对手腕施加更大的压力,这将有助于在特定的部位施加更大的压力,起到定点加压的效果。图12显示了基于分层气囊设计的加压装置对手腕的定点加压效果。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息,而不一定是描述现有技术。因此,在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型,而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中,参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点,但应当理解,在不脱离专利申请的保护范围的情况下,可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种脉搏波速测量系统,其特征在于,包括计算机程序存储介质、处理装置和两个压力传感器,所述两个压力传感器用于同时分别采集人体两个不同测量位点上的两路脉搏数据,所述处理装置执行计算机程序时进行如下处理,包括:提取所述两路脉搏数据的周期性峰值,确定两路脉搏信号的周期性峰值的时间间隔,根据所述时间间隔和预先测量好的所述两个不同测量位点之间的间距,计算出脉搏波速。
2.如权利要求1所述的脉搏波速测量系统,其特征在于,所述数据预处理包括去除基线、低通滤波、幅值归一化。
3.如权利要求1或2所述的脉搏波速测量系统,其特征在于,所述两个压力传感器为测量肱动脉脉搏的压力传感器和测量指尖脉搏的压力传感器,或者为测量桡动脉脉搏的两个不同位点的两个压力传感器。
4.如权利要求1至3任一项所述的脉搏波速测量系统,其特征在于,所述压力传感器为柔性压力传感器,包括依次层叠在一起的第一金属电极层、第一驻极体层、第二驻极体层以及第二金属电极层,所述第一驻极体层与所述第二驻极体层之间具有空气腔,所述空气腔内的空气经电晕极化电离出的正负电荷分别由所述第一驻极体层和所述第二驻极体层捕获而形成电荷偶极子,初始状态下所述电荷偶极子与所述第一、第二金属电极层上的感应电荷形成电场平衡,当所述传感器受压变形时,偶极矩改变,所述感应电荷转移而在外电路上形成电流,当释放压力时,所述传感器由于自身弹性恢复原状,在外电路上形成反向的电流并恢复所述电场平衡。
5.如权利要求4所述的脉搏波速测量系统,其特征在于,所述第一驻极体层和/或所述第二驻极体层的内表面上具有凹槽。
6.如权利要求5所述的脉搏波速测量系统,其特征在于,所述第一驻极体层的内表面上具有相互平行的多个第一条形凹槽,所述第二驻极体层的内表面上具有相互平行的多个第二条形凹槽,所述第一条形凹槽和所述第二条形凹槽彼此相对,优选还彼此垂直。
7.如权利要求4至6任一项所述的脉搏波速测量系统,其特征在于,所述第一驻极体层和/或所述第二驻极体层的材料选自氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF);所述第一金属电极层和/或所述第二金属电极层的材料选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铬(Cr)。
8.如权利要求4至7任一项所述的脉搏波速测量系统,其特征在于,由所述第一驻极体层与所述第二驻极体层共同形成封闭的空气腔。
9.一种无创式血流状况评估系统,其特征在于,具有如权利要求1至8任一项所述的脉搏波速测量系统,所述处理装置还进行如下处理:判断计算的脉搏波速是否超出设定阈值,并根据判断结果生成反映血流状况健康情况的检测结果。
10.如权利要求9所述的无创式血流状况评估系统,其特征在于,所述设定阈值的参考值为14m/s。
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