CN115211898A - 一种检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本说明书实施例提供一种检测装置及方法。所述装置包括所述生物信号传感模块包括由至少两个信号传感单元构成的信号传感单元阵列；所述信号传感单元用于发射探测信号以及接收反射信号并生成对应的反射电信号；所述反射信号包括被测量区域所反射的探测信号；所述处理电路，用于从至少两个反射电信号中筛选目标信号；所述目标信号用于表示测量区域中的动脉血管所反射的反射信号。上述装置在保证检测装置的便携性的同时，提高了测量的准确性，从而实现方便准确地对血管壁位置进行测量。

Description

一种检测装置及方法
技术领域
本说明书实施例涉及血管壁检测技术领域，特别涉及一种检测装置及方法。
背景技术
随着人们对于自身健康的重视程度不断提高，针对血压测量、心率测量等生物信号测量的需求程度也在不断提高。为了实现上述测量，实际应用中的一种重要的方式就是对血管壁进行检测，通过获取血管壁位置来进一步确定上述测量结果。
但是，在目前的实际应用中，当需要检测血管壁位置时一般需要利用到一些大型医疗设备，例如B超、血管造影等，操作者本身也对应有较高的操作要求。若将测量装置设计为较小的模组时，则往往会存在用户使用不当、测量不准确等因素，影响用户的测量过程，从而对测量结果造成干扰，严重降低了测量的准确性。因此，如何在保证测量装置的便捷性的同时，提高针对血管壁的测量结果的准确性，是当前所亟需解决的问题。
发明内容
本说明书实施例的目的是提供一种检测装置及方法，以解决如何方便准确地实现动脉血管检测以实现血压测量的技术问题。
为了解决上述技术问题，本说明书实施例提出了一种检测装置，包括生物信号传感模块和处理电路；所述生物信号传感模块包括由至少两个信号传感单元构成的信号传感单元阵列；所述信号传感单元用于发射探测信号以及接收反射信号并生成对应的反射电信号；所述反射信号包括被测量区域所反射的探测信号；所述处理电路，用于从至少两个反射电信号中筛选目标信号；所述目标信号用于表示测量区域中的动脉血管所反射的反射信号。
本说明书实施例还提出了一种检测方法，包括：发射探测信号；所述探测信号包括由信号传感单元阵列中的信号传感单元生成的信号；所述信号传感单元阵列中包含有至少两个信号传感单元；接收反射信号并生成对应的反射电信号；所述反射信号包括被测量区域所反射的探测信号；从所述反射电信号中筛选目标信号；所述目标信号用于表示动脉血管所反射的反射信号。
由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例中，所述血管壁检测装置通过包含有多个信号传感单元的阵列，向测量区域中发射探测信号，并使得这些信号传感单元都能够接收到相应的反射信号，进而能够利用通过反射信号所生成的反射电信号。处理电路在获取到这些反射电信号后，可以从中筛选得到目标信号，以通过所述目标信号确定动脉血管反射信号的情况，进而能够基于所述目标信号实现动脉血管壁的测量。上述装置及方法在保证检测装置的便携性的同时，基于阵列的形式也确保了测量结果能够反映血管壁位置的实际变化情况，提高了测量的准确性，从而实现方便准确地对血管壁位置进行测量。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书实施例一种血管壁检测装置的结构图；
图2为本说明书实施例一种检测装置集成方式的示意图；
图3A为本说明书实施例一种信号传感单元阵列的结构示意图；
图3B为本说明书实施例一种信号传感单元阵列的结构示意图；
图3C为本说明书实施例一种信号传感单元阵列的结构示意图；
图3D为本说明书实施例一种信号传感单元阵列的结构示意图；
图4为本说明书实施例一种超声换能器的结构图；
图5A为本说明书实施例一种超声换能器中匹配层形貌的示意图；
图5B为本说明书实施例一种超声换能器中匹配层形貌的示意图；
图6A为本说明书实施例一种超声换能器的电极结构示意图；
图6B为本说明书实施例一种超声换能器的电极结构示意图；
图6C为本说明书实施例一种超声换能器的电极结构示意图；
图7A为本说明书实施例一种1-3型超声换能器阵列的结构示意图；
图7B为本说明书实施例一种1-3型超声换能器阵列的结构示意图；
图8为本说明书实施例一种血管壁检测装置的结构图；
图9为本说明书实施例一种信号传感单元所发出的信号周期的示意图；
图10为本说明书实施例一种超声换能器回波信号的示意图；
图11为本说明书实施例一种信号处理过程的示意图；
图12为本说明书实施例一种血管壁检测方法的流程图；
图13为本说明书实施例一种血管壁检测方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
为了解决上述技术问题，首先介绍本说明书实施例一种血管壁检测装置100。如图1所示，所述血管壁检测装置100可以包括生物信号传感模块110和处理电路120。
所述血管壁检测装置可以单独实现血管壁的检测，也可以与其他设备配合实现血管壁的检测。如图2所示，所述检测装置可以独立地放置在人体的手腕桡动脉、颈部颈动脉、手指或者脚趾动脉或心脏附近动脉等位置，并实现对应位置的血管壁检测。所述检测装置也可以集成在其他设备上，例如，可以集成在可穿戴设备中，如智能手表的表盘下方或表带中，也可以集成在智能手机上，如智能手机的正面、背面或侧面，还可以集成在平板电脑等计算机设备上。相应的，在集成于其他设备上时，可以基于这些设备的输出模块与用户进行交互，例如显示相应的检测图像、利用语音或文字的形式指导用户测量等。实际应用中对所述血管壁检测装置的设置方式不做限制，在此不做赘述。
需要说明的是，在所述血管壁检测装置包含有生物信号传感模块和处理电路的情况下，所述生物信号传感模块和处理电路可以分别设置在不同的区域，并通过有线或无线的方式实现通信。例如，在所述血管壁检测装置集成于智能手表上时，可以只将生物信号传感模块设置在智能手表的表带上，而将处理电路设置于智能手表的内部，从而提升了所述检测装置的应用便利性。
生物信号传感模块可以是发出探测信号。所述探测信号在接触到其他物质之后可以基于物质的特性以不同的强度和方向进行反射。在接收到反射的探测信号后，基于所发射的信号的参数，可以实现对测量区域的探测，具体的，例如，可以实现对血管壁的检测。
相应的，为了获取反射信号的参数，所述生物信号传感模块还可以实现信号的接收，具体的可以是实现发射的探测信号的接收。而为了便于处理电路能够处理并利用接收到的探测信号，所述生物信号传感模块还可以在接收到反射的探测信号后，生成对应的反射电信号。所述反射电信号可以是能够基于电路所传输的电信号，所述反射电信号可以用于反映反射信号的各项参数，例如信号幅值、信号频率等，从而使得处理电路能够基于所述反射电信号所包含的信息进行处理，以得到血管壁位置和/或血管壁脉动信息等。
所述生物信号传感模块中可以包括由至少两个信号传感单元构成的信号传感单元阵列。所述信号传感单元阵列中包括至少两个信号传感单元。信号传感单元基于预先设定的方式排布为相应的阵列形状，所述阵列例如可以为直线阵列、矩形阵列、圆形阵列和椭圆阵列中的至少一种。如图3A所示，为信号传感单元以直线阵列的形式进行排布的示例。如图3B所示，为信号传感单元以矩形阵列的形式进行排布的示例。如图3C所示，为信号传感单元以圆形阵列的形式进行排布的示例。如图3D所示，为信号传感单元以椭圆阵列的形式进行排布的示例。实际应用中还可以根据需求将阵列排布为其他方式，并不限于上述示例，在此不再赘述。
为了保证阵列中至少有一颗超声换能器能够接收到血管壁信号，组成阵列的单个超声换能器间距可以为0.5-2mm，超声换能器阵列形式可以是(1～7)x(1～7)中任意组合形式。此外，为了保证超声波波束能高效辐射血管截面，阵列长边需与血管血流方向垂直，从而增大超声波换能器发射的信号被血管反射的可能性。
由于在实际应用中，用户一般无法准确地识别动脉的位置，在基于现有技术中的方式对血管进行检测时，容易使得检测设备无法准确发射信号至血管，而利用多个信号传感单元构成信号传感单元阵列，使得阵列中存在有至少一个信号传感单元所发送的探测信号能够被测量区域中的血管所反射。在接收到各个信号传感单元所生成的反射电信号后，通过分析这些反射电信号的特性，可以确定其中对应于血管所反射的信号，从而实现动脉血管的准确检测。相应的，还可以利用其他信号传感单元的信号对最终的结果进行优化，从而进一步提升针对血管壁的检测结果。
在一些实施方式中，所述信号传感单元可以为发出超声波探测信号的超声换能器单元或发出探测光信号的光学传感单元。相应的，所述超声换能器单元可以接收到反射的超声波，光学传感单元也能够接收到反射的光信号。
所述超声换能器单元可以包括压电式超声换能器、电容式超声换能器和磁致伸缩式超声换能器中的至少一种。超声换能器是一种将输入的电功率转化为机械功率(超声波)的设备。通过将电流转化为超声波进行发送，实现了超声波测距的需求。由于超声波具有指向性强、能量损失小等特点，使得超声波测距得到了广泛的应用。相应的，在向人体皮下组织发射超声波后，动脉血管会反射相应的超声波，根据所发射的超声波的性质以及接收到的反射的超声波的时间差即可确定血管壁的位置。相应的，根据血管壁基于时间的位置变化情况也可以确定对应的心脉信息。
下面以所述信号传感单元为超声换能器单元的情况，对相应的示例进行介绍。在所述信号传感单元为光学传感单元或其他传感单元的情况下，也可以进行相应调整而得到对应于各个示例的方案。
所述信号传感单元阵列可以是由多颗超声换能器组合得到的超声换能器阵列，其中的每个超声换能器相互独立且具有相同的结构。
针对所述超声换能器的结构，如图4所示，所述超声换能器单元依据与测量区域的距离依次由皮肤耦合层、匹配层、顶电极、压电材料层和底电极构成，其中，皮肤耦合层为贴近测量区域的一层，底电极为远离测量区域的一层。
为了加强超声换能器与皮肤之间的贴合效果，排除超声换能器与皮肤之间的空气间隙，增强超声波的穿透率，可以在超声换能器中设置所述皮肤耦合层。所述皮肤耦合层即用于加强超声换能器单元与测量区域的皮肤之间的贴合效果。皮肤耦合层要求弹性模量接近皮肤弹性模量，通常为MPa量级，适宜选择橡胶、有机硅胶、PDMS等材料。
匹配层是介于压电材料层与待测人体组织间的过渡材料结构，由于压电材料的声阻抗一般远大于人体组织的声阻抗，使得压电材料在电激励下产生的机械振动无法迅速穿透并进入皮肤组织形成高强度的窄声波脉冲，所以在压电材料层和皮肤组织之间需设置用于声阻抗过渡的匹配层。匹配层材料为环氧树脂或其他有机材料，可由单层单一材料或多层多种材料形成，整体厚度尺寸为0.05-5mm。匹配层要求材质声衰减低、声阻抗适中，如环氧树脂、塑料、橡胶等有机物，为了调节声阻抗值，可在匹配层中掺入固体颗粒，比如金属钨、铝、氧化锆、氧化铝等。进行匹配层制作时，可以设置一层或多层具有特定形貌的声匹配层。单层匹配时，匹配层厚度通常为1/4波长的奇数倍以获得高强度窄声波脉冲。根据超声换能器工作频率，匹配层厚度在0.01-5mm。其中，匹配层可全部或部分覆盖于顶电极上方。实际应用中，匹配层表面与顶电极表面平行或与顶电极表面之间可以形成特定角度，如图5A所示；匹配层表面可以维持平整光滑，也可以形成特定表面结构，如锯齿状，以提升声匹配性能，如图5B所示。
针对所述匹配层和/或皮肤耦合层的制备，可以采用但不限于丝网印刷法、流延法、切割法和研磨法等。丝网印刷法是通过制备具有特定图形与厚度的钢网，通过丝网印刷的方式将流体特定尺寸的匹配层转移至待制备匹配层的压电材料表面；流延法是通过制备具有特定厚度的匹配层基材，再通过后续机械、激光、粘接等加工方式可实现特定尺寸匹配层的制备；切割法是通过线切割等其他切割工艺从匹配层棒材切割获得特定厚度匹配层基材，再通过后续机械、激光、粘接等加工方式可实现特定尺寸匹配层的制备；研磨法是通过机械、化学等研磨方式将超声换能器中匹配层的厚度减薄至设计值。
压电材料层可以是PZT材料，所述PZT材料可以是PZT-5A或其他PZT配比材料。电极层可以是金、银或其他金属材料，厚度可以为0.01-50μm，如图4所示，主要位于压电材料层厚度方向两侧。电极层结合压电材料层可以实现超声换能器的电学驱动、回波信号接收和机械连接，从而能够将电能转换为超声机械能，以及实现发射的超声波的接收。
所述压电材料层和电极层之间可以对应于平行电极结构、翻边电极结构和打孔翻边电极结构。
平行电极结构如图6A所示，顶电极和底电极分别位于压电材料层厚度方向的两侧，基于压电材料层的侧边实现绝缘。
翻边电极结构如图6B所示，在平行电极结构的基础上，顶电极通过在压电材料层的一侧涂覆金属材料，将顶电极翻转至底电极的一侧，并在该侧通过绝缘带与底电极之间实现电气绝缘。
打孔翻边电极结构如图6C所示，在平行电极结构的基础上，通过在压电材料层的厚度方向打孔，并在孔内涂覆金属材料，也能够将顶电极翻转至底电极的一侧，相应的，在翻转孔位于底电极一侧形成一圈绝缘层以保证与原底电极电气绝缘。
上述三种结构分别具有不同的特点，其中平行电极结构较为简单，而翻边电极结构和打孔翻边电极结构由于通过电极翻边的形式将顶电极和底电极转移至同一侧，后续只需通过单侧SMT就可以实现电学连接和机械固定。实际应用中可以根据需要选取相应的结构。
由于在利用超声技术对动脉血管进行测量时，需要求超声波波束辐射血管横截面。为保证超声波波束能够辐射血管截面，其长边长度需大于测试位置正下方动脉血管直径。而人体不同部位动脉直径在0.5-15mm不等，因此可根据不同的使用位置，设计不同的超声换能器尺寸，使其长边略大于所对应测试位置正下方动脉血管直径。
理论上，超声换能器尺寸越大，超声波束宽度越大，用户越容易对准动脉血管，测试过程中对超声换能器的放置位置的敏感性越低；但随着超声换能器尺寸的增大，其接收到的血管附近的其他组织的超声回波信号也随之增大且组分变得复杂，会降低超声换能器的瞬态空间分辨率，最终导致无法从超声回波信号中分离提取出血管对应信号。因此，超声换能器的尺寸存在一个最优区间。本实施例中将超声换能器单元长度或宽度方向尺寸设置为0.5-10mm，厚度方向尺寸设置为0.1-5mm，使得换能器发出的超声波波束部分或全部覆盖被测动脉血管，用于实现高效的血管特征识别与提取。基于上述尺寸，超声换能器工作频率为1-20MHz，具体频率可根据换能器尺寸进行调节，以保证换能器为血管管壁位置动态跟踪提供足够的空间分辨率。
在多个超声换能器构成超声换能器阵列的情况下，可以在保证阵列长边大于待测位置血管直径的前提下，减小每颗换能器的尺寸，提升瞬态空间分辨率，从而利于分离和提取血管特征信息。通过利用数量较少、尺寸较小的单颗超声换能器通过阵列排布的方式构成生物信号传感模块，能够有效地提高测量精度，降低成本。
在一些实施方式中，所述信号传感单元阵列也可以是1-3型超声换能器阵列，所述1-3型超声换能器阵列基于与测量区域之间的距离依次由皮肤耦合层、匹配层、顶电极、PZT-聚合物复合材料层和底电极构成，其中，皮肤耦合层最为贴近测量区域，底电极最为远离测量区域。
所述1-3型超声换能器阵列中皮肤耦合层、匹配层和电极的结构与上述单个超声换能器的结构基本相同，具体可以参照上述示例中的介绍，在此不做赘述。
PZT-聚合物复合材料层由PZT粉末回填于预成型聚合物基体中烧结而成，其中，PZT粉末成型所得的PZT压电陶瓷柱在聚合物基体中以阵列形式排布形成超声换能器阵列。从制备工艺的角度，无需将单个超声换能器组合得到阵列，而是在制备时能够直接获取到包含有多个压电陶瓷柱的阵列，这些压电陶瓷柱即可作为对应的信号传感单元。相应的，各个PZT压电陶瓷柱的底部分别贴合有底电极，从而实现超声波的生成以及反射信号的接收。
其中，阵列的排列规律包括但不限于直线、矩形、圆形或椭圆等，为保证阵列中至少有一个PZT压电陶瓷柱能接收到血管壁信号，PZT压电陶瓷柱在聚合物基体中的排列间距为0.5-2mm，实际长度或宽度方向尺寸为0.5-10mm，厚度方向尺寸为0.1-5mm，使用时1-3型超声换能器的长边方向需与血管血流方向垂直，使换能器发出的超声波波束部分或全部覆盖被测动脉血管。尺寸同时限定了超声换能器工作频率为1-20MHz，以保证换能器为血管位置动态跟踪提供足够的空间分辨率。
所述1-3型超声换能器阵列中顶电极和底电极之间也可以具有不同的结构。如图7A所示，为平行电极结构，即顶电极和底电极分别位于压电材料层厚度方向的两侧，基于压电材料层的侧边实现绝缘；如图7B所示，为翻边电极结构，即顶电极通过在压电材料层的一侧涂覆金属材料，将顶电极翻转至底电极的一侧，并在该侧通过绝缘带与底电极之间实现电气绝缘。具体的对于上述结构的描述可以参照由多颗超声换能器构成阵列的实施方式中的介绍，在此不再赘述。
所述1-3型超声换能器阵列中的PZT压电陶瓷柱之间的相对位置与角度由预成型聚合物基体严格控制，相较于由多颗超声换能器构成的阵列具有更小的颗与颗之间的位置公差，因此，在获取超声换能器阵列与测试区域中的血管之间的夹角时具有更高的准确性，从而能够更为有效地指导用户对测试区域或测试角度进行调整。此外，由于单颗1-3型超声换能器较单颗超声换能器相比，尺寸增大，因此降低了电极、匹配层的加工工艺难度，从而降低了成本。
在一些实施方式中，在利用信号传感单元发送探测信号至测量区域时，可以驱动单颗超声换能器或单颗PZT压电陶瓷柱独立工作。具体的，可以基于预设驱动顺序按照轮流循环的方式依次驱动各个信号传感单元发射探测信号；其中，各个信号传感单元具有独立的发射信号和接收信号的周期。在该类实施方式中，在一个激励信号周期内仅驱动单颗超声换能器或PZT压电陶瓷柱工作，在该超声换能器或PZT压电陶瓷柱结束反射信号的采集后，在下一个激励信号周期内再驱动另一颗超声换能器或PZT压电陶瓷柱工作。基于上述流程，按照预先设定的顺序，驱动全部或部分超声换能器或PZT压电陶瓷柱工作。相应的，在测量过程中，可以基于反射信号进行分析，动态调整不同位置的超声换能器信号驱动和采集频率以提升信号采集效率。
在另一些实施方式中，可以驱动至少两个信号传感单元以配合工作形式发射探测信号。在该种工作形式下，一次信号周期内可以驱动至少一个信号传感单元发射探测信号，并由至少两个信号传感单元接收反射的探测信号，即一颗或多颗超声换能器或PZT压电陶瓷柱所发射的超声波经由血管壁反射后可以同时被不同颗超声换能器或PZT压电陶瓷柱所接收。通过该种工作方式，可以根据不同超声换能器或PZT压电陶瓷柱接收相应的超声回波时延，得到超声换能器与血管之间的夹角，从而对用户的测试位置或测试角度进行指导调整。
相应的，在所述血管壁检测装置需要对用户的测试位置或测试角度进行指导调整的情况下，所述血管壁检测装置还可以包含有相应的输出设备。所述输出设备可以是扬声器，用于输出声音信息，也可以是显示器，用于输出图像或文字信息。在需要对用户的测量位置或角度进行调整时，可以输出相应的信息来给予用户相应的提示，使得调整装置以获取较好的测量结果。
在一些实施方式中，所述血管壁检测装置中还可以包含有信号驱动模块和生物信号采集模块，如图8所示。
其中，所述信号驱动模块驱动所述生物信号传感模块发出探测信号；所述信号驱动模块还用于调节生物信号传感模块发出的探测信号的信号参数；所述信号参数包括信号频率、信号幅度、脉冲信号周期、填充信号个数中的至少一种。此外，所述信号驱动模块中还可以包含有电源模块，用于给所述信号驱动模块进行供电。
所述信号采集模块用于获取生物信号传感模块所生成反射电信号，并对所述反射电信号进行模数转换生成探测数字信号；所述信号采集模块还用于发送所述探测数字信号至处理电路。所述信号采集模块中包含有高速AD/C模块，可以将生物信号传感模块所生成的模拟信号转化为数字信号，其中，高速AD/C模块的采样频率fs需大于两倍脉冲信号频率fa，才可以通过采集所得信号还原被测生物信息。当生物信号传感装置为超声换能器时，生物信号采集模块采集到的生物信号为与其激励信号形式相似的脉冲信号，其中包含皮肤表层、脂肪层、血管管壁位置等生物信息。采集到的生物信号的动态空间分辨率为C/fs，其中，C为人体组织中的超声波声速。动态空间分辨率将决定同一生物特征在时域上的位置精度，例如当fs为40MHz时，C为1500m/s时，动态空间分辨率为18.75μm。所述信号采集模块也可以包含有电源模块，用于给所述信号采集模块供电。
所述信号驱动模块和信号采集模块可以与处理电路集成于同一个模块中，也可以分别设置在不同的位置，对此不做限制。
所述生物信号传感模块在工作时，可以分别对应有激励时段、感应时段和待机时段。如图9所示，所述生物信号传感模块在所述激励时段内负责发出探测信号，所发出的探测信号可以为正弦波或方波；所述正弦波或方波的频率与信号传感单元中心频率之间的差值不大于频率调节阈值。所述频率调节阈值用于保证探测信号的频率与信号传感单元中心频率之间的接近程度，例如可以取为±10％以内，以保证获得高的驱动效率和更清晰的回波信号。激励信号的周期数将决定待测组织的静态空间分辨率，本方案采用<10个周期的驱动信号以实现静态空间分辨率<0.1mm。根据超声换能器的特性，信号调幅模块可将激励信号幅值Vpp调制为几伏至几十伏的等幅或调幅信号，以实现高的驱动效率。
在感应时段内所述生物信号传感模块可以接收反射的探测信号。具体的，在所述感应时段内，激励信号为0，被驱动换能器处于超声回波信号采集状态。相应的，所采集到的回波信号的波形可以如图10所示。
在待机时段内，激励信号为0，被驱动换能器处于待机状态，若超声换能器以阵列形式存在，此时段内，其他超声换能器可以处于激励或感应状态。
所述激励时段、感应时段和待机时段的时长可以基于实际应用的需求进行调整，以达到优化信号质量、降低换能器阵列功耗等效果。
所述处理电路可以是设置有相应处理逻辑的电路，例如蚀刻对应电路的电路板。基于所述处理逻辑，所述处理电路可以从获取到的反射电信号中筛选得到目标信号。其中，所述目标信号可以用于表示测量区域中的动脉血管所反射的反射信号，即所述目标信号可以对应于动脉血管所反射的信号，也可以是这些反射信号中最接近于动脉血管所反射的信号，从而能够基于所述目标信号较为准确地实现对于动脉血管的血管壁位置的测量。
具体的，可以实现对于反射电信号的处理，从而根据所述反射电信号确定所述测量区域中的血管管壁位置和血管壁脉动信息；所述血管壁脉动信息用于反映血压信息和心率信息。
具体的，所述处理电路在获取血管壁位置和血管壁脉动信息时，可以先对所述反射电信号进行信号预处理。信号预处理是反射电信号的所对应的数据进行数据合并、滤波等处理，以提升信号信噪比。通常是对信号进行带通滤波或匹配滤波，带通滤波器中心频率与激励信号相同，带宽1～2MHz。经过带通滤波器后，带内有效信号被保留，带外的噪声被去除；匹配滤波的参考信号为经过带通滤波后的激励信号或典型的回波信号，匹配滤波将增强回波信号中具有参考信号特征的信号的信噪比。在进行预处理后得到的信号可以如图11中t1-t4所分别对应的波形图所示，图中的四个波形分别表示在不同的时间通过信号传感单元所获取的信号对应的波形。
之后，针对降噪处理得到的生物信号，可以通过多普勒频移分析等方法，识别并实时跟踪血管管壁位置。血管具有与心脏跳动周期相同的收缩与舒张现象，因此血管管壁位置具有与心脏跳动相同的律动周期，该运动频率通常为0.5～3Hz，分析该现象引起的多普勒频移，可以快速地对回波信号中血管管壁所在位置进行识别并跟踪。图11中针对同一位置的血管壁在不同时间所对应的波形中分别进行了标识。
之后，可以将跟踪所得的血管管壁位置信息通过滤波等处理，获取血管管壁的脉动信息，通常进行平滑滤波，减少噪声干扰。如图11所示，根据血管管壁位置变化量图，可以综合不同时间回波信号的波形，得到管壁位置随时间变化的关系图，从而得到血管管壁位置的脉动信息。
在生物信号传感模块中包含多个信号传感单元的情况下，处理电路还可以根据不同信号传感单元所获取到的信号，对信号质量进行评估，从而根据评估结果选取最佳测试位置，实现动态调整测试进度和优化最终信号质量的效果。
由于血管管壁的位置变化情况可以反映血压的变化，可以根据所述血管管壁的位置变化情况获取血压变化情况。相应的，由于心率与动脉中的血管壁变化情况相同步，根据血管管壁位置随时间的变化情况，也可以识别得到心率信息。具体的获取方式可以基于实际应用情况进行设置，在此不再赘述。
基于上述实施例的介绍，可以看出，所述血管壁检测装置通过包含有多个信号传感单元的阵列，向测量区域中发射探测信号，使得阵列中至少有一个信号传感单元所发射的探测信号能够被测量区域中的血管所反射，进而能够利用通过反射信号所生成的反射电信号，实现对测量区域中的血管管壁位置的确定，以及对所述测量区域中的血管壁脉动信息的获取。上述方法在保证检测装置的便携性的同时，基于阵列的形式也确保了测量结果能够反映血管壁位置的实际变化情况，提高了测量的准确性，从而实现方便准确地对血管壁位置进行测量。
基于上述血管壁检测装置，本说明书实施例还提出一种血管壁检测方法。如图12所示，所述血管壁检测方法可以包括以下具体步骤。
S1210：发射探测信号；所述探测信号包括由信号传感单元阵列中的信号传感单元生成的信号；所述信号传感单元阵列中包含有至少两个信号传感单元。
信号传感单元可以向测量区域发射探测信号。测量区域可以是能够对动脉进行测量的相应肢体区域。探测信号可以被动脉所反射，从而能够根据反射得到的信号参数实现血管壁位置的探测。相应的，信号传感单元也可以接收所反射的探测信号。对于所述信号传感单元的具体介绍可以参照装置部分的描述，在此不再赘述。
在一些实施方式中，所述信号传感单元可以是在信号驱动模块的驱动下发射所述探测信号。对于所述信号驱动模块的介绍可以参照装置部分的描述，在此不再赘述。
S1220：接收反射信号并生成对应的反射电信号；所述反射信号包括被测量区域所反射的探测信号。
生物信号传感模块在接收到反射的探测信号后，可以根据反射的探测信号生成相应的反射电信号。反射电信号可以用于反映反射信号的频率、幅值等参数。由于所反射的探测信号中至少包含有一个是由测量区域中的血管所反射，因此可以根据所述反射电信号实现对血管壁位置的准确检测。具体的生成电信号的过程可以基于实际应用的需要进行设置，在此不再赘述。
生物信号传感模块在生成所述反射电信号后，可以将所述反射电信号发送至处理电路进行处理。
在一些实施方式中，所述装置中包含有信号处理模块的情况下，也可以是经由所述信号处理模块对反射电信号进行处理后再发送至处理电路。具体的对于所述信号处理模块的描述可以参照装置部分的描述，在此不再赘述。
S1230：从所述反射电信号中筛选目标信号；所述目标信号用于表示动脉血管所反射的反射信号。
所述处理电路在获取血管壁位置和血管壁脉动信息时，可以先对所述反射电信号进行信号预处理。信号预处理是对反射电信号的所对应的数据进行数据检测、滤波等处理，以提升信号信噪比。通常是对信号进行带通滤波，带通滤波器中心频率与激励信号相同，带宽1～2MHz。经过带通滤波器后，只有在激励信号附近的回波信号被保留，频带外的噪声被去除。在进行预处理后得到的信号可以如图11中t1-t4所分别对应的波形图所示，图中的四个波形分别表示在不同的时间通过信号传感单元所获取的信号对应的波形。
之后，针对降噪处理得到的生物信号，可以通过匹配滤波、多普勒频移分析等方法，识别并实时跟踪血管管壁位置。匹配滤波的参考信号为经过带通滤波后的激励信号。匹配滤波将增强回波信号中具有参考信号特征的信号的幅值。血管具有与心脏跳动周期相同的收缩与舒张现象，因此血管管壁位置具有与心脏跳动相同的律动周期，该移动频率通常为0.5～3Hz，分析该现象引起的多普勒频移，可以快速地对回波信号中血管管壁所在位置进行识别并跟踪。图11中针对同一位置的血管壁在不同时间所对应的波形中分别进行了标识。
之后，可以将跟踪所得的血管管壁位置信息通过滤波等处理，获取血管管壁的脉动信息，通常进行平滑滤波，减少高频噪声干扰。如图11所示，根据血管管壁位置变化量图，可以综合不同时间回波信号的波形，得到管壁位置随时间变化的关系图，从而得到血管管壁位置的脉动信息。
在生物信号传感模块中包含多个信号传感单元的情况下，处理电路还可以根据不同信号传感单元所获取到的信号，对信号质量进行评估，从而根据评估结果选取最佳测试位置，实现动态调整测试进度和优化最终信号质量的效果。
由于血管管壁的位置变化情况可以反映血压的变化，可以根据所述血管管壁的位置变化情况获取血压变化情况。相应的，由于心率与动脉中的血管壁变化情况相同步，根据血管管壁位置随时间的变化情况，也可以识别得到心率信息。具体的获取方式可以基于实际应用情况进行设置，在此不再赘述。
基于上述血管壁检测方法，本说明书还提出一种血管壁检测方法的实施流程。如图13所示，在实际应用中，当用户放置检测装置并保证接触良好的情况下，利用该装置获取超声数据。处理电路根据超声数据判断放置位置是否正确，在不正确的情况下，提示用户调整放置装置的位置，直至放置位置正确为止。此时，装置提示用户正式测量开始，并获取超声数据。对超声数据进行处理后，显示血管壁位置。装置可以通过根据测量结果自行判断或询问用户的方式判断测量是否结束。若判断测量结束，则提示用户测量结束，否则重复测量步骤直至测量结束为止。
通过上述实施方式，保证了用户测量时检测装置与测量区域之间的匹配程度，保证了所发出的探测信号能够准确发送至血管，提高了测量结果的准确性。
虽然上文描述的过程流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是，应当清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。
本申请是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本说明书实施例可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书实施例，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“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说明书实施例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。此外，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。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (16)

1.一种检测装置，其特征在于，包括生物信号传感模块和处理电路；
所述生物信号传感模块包括由至少两个信号传感单元构成的信号传感单元阵列；所述信号传感单元用于发射探测信号以及接收反射信号并生成对应的反射电信号；所述反射信号包括被测量区域所反射的探测信号；
所述处理电路，用于从至少两个反射电信号中筛选目标信号；所述目标信号用于表示测量区域中的动脉血管所反射的反射信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号传感单元为发出超声波探测信号的超声换能器单元或发出探测光信号的光学传感单元。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，在所述信号传感单元为发出超声波探测信号的超声换能器单元的情况下，所述超声换能器单元依据与待测区域的距离依次由皮肤耦合层、匹配层、顶电极、压电材料层和底电极构成；
所述皮肤耦合层用于加强超声换能器单元与测量区域的皮肤之间的贴合效果；
所述匹配层用于将超声换能器向测量区域发射的探测信号转换为高强度窄声波脉冲；
所述顶电极、压电材料层和底电极用于将电能转换为超声机械能，以及实现发射的超声波的接收。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述顶电极、压电材料层和底电极之间为平行电极结构、翻边电极结构和打孔翻边电极结构中的一种结构；
所述平行电极结构下，顶电极和底电极分别位于压电材料层的两侧；
所述翻边电极结构下，顶电极经由压电材料层的侧边延伸至对应于底电极的一侧，并与所述底电极之间通过绝缘带实现电气绝缘；
所述打孔翻边电极结构下，所述顶电极贯穿压电材料层延伸至对应于底电极的一侧，并与所述底电极之间通过绝缘带实现电气绝缘。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述超声换能器单元的长度和/或宽度尺寸为0.5-10mm，厚度尺寸为0.1-5mm。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号传感单元陈列包括直线阵列、矩形阵列、圆形阵列和椭圆阵列中的至少一种；
所述信号传感单元阵列中的信号传感单元之间的间距为0.5-2mm。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号传感单元阵列包括1-3型超声换能器阵列，所述1-3型超声换能器阵列基于与测量区域之间的距离依次由皮肤耦合层、匹配层、顶电极、PZT-聚合物复合材料层和底电极构成；
所述皮肤耦合层用于加强超声换能器单元与测量区域的皮肤之间的贴合效果；
所述匹配层用于将超声换能器向测量区域发射的探测信号转换为高强度窄声波脉冲；
所述PZT-聚合物复合材料层中包括至少两个PZT压电陶瓷柱；所述PZT压电陶瓷柱分别贴合有底电极；所述PZT压电陶瓷柱用于构成所述信号传感单元阵列中的信号传感单元。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测装置还包括信号驱动模块；所述信号驱动模块驱动所述生物信号传感模块发出探测信号；所述信号驱动模块还用于调节生物信号传感模块发出的探测信号的信号参数；所述信号参数包括信号频率、信号幅度、脉冲信号周期、填充信号个数中的至少一种。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测装置还包括信号采集模块；所述信号采集模块用于获取生物信号传感模块所生成反射电信号，并对所述反射电信号进行模数转换生成探测数字信号；所述信号采集模块还用于发送所述探测数字信号至处理电路；
相应的，所述处理电路根据所述探测数字信号确定所述测量区域中的血管管壁位置和血管壁脉动信息。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，信号传感单元向测量区域发射探测信号的形式，包括：
基于预设驱动顺序按照轮流循环的方式依次驱动各个信号传感单元发射探测信号；其中，各个信号传感单元具有独立的发射信号和接收信号的周期，或，
驱动至少两个信号传感单元以配合工作形式发射探测信号；其中，包括：在一次信号周期内驱动至少一个信号传感单元发射探测信号，并由至少两个信号传感单元接收反射的探测信号。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述测量区域包括所述生物信号传感模块放置的区域；所述驱动至少两个信号传感单元以配合工作形式发射探测信号，包括：
根据不同信号传感单元接收反射的探测信号的信号接收时延，计算生物信号传感模块与动脉血管之间的夹角；
基于所述生物信号传感模块与动脉血管之间的夹角在目标测量区域内提示用户调整角度；所述目标测量区域中包括的动脉血管反射至少一个信号传感单元所发出的探测信号。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生物信号传感模块对应有激励时段、感应时段和待机时段；
所述生物信号传感模块在所述激励时段内发出的探测信号为正弦波或方波；所述正弦波或方波的频率与信号传感单元中心频率之间的差值不大于频率调节阈值；
所述生物信号传感模块在所述感应时段内接收反射的探测信号；
所述生物信号传感模块在所述待机时段内处于待机状态。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理电路还用于根据所述目标信号确定所述动脉血管的血管壁位置。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述根据所述目标信号确定所述动脉血管的血管壁位置，包括：
对所述反射电信号进行信号预处理；所述信号预处理包括数据检测、滤波、去噪中的至少一种处理方式；
基于匹配滤波和/或多普勒频移分析识别血管管壁位置。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述基于匹配滤波和/或多普勒频移分析识别血管管壁位置之后，还包括：
综合血管管壁位置和对应的时间节点确定血管壁脉动信息；所述血管壁脉动信息用于反映血压信息和心率信息。
16.一种检测方法，其特征在于，包括：
发射探测信号；所述探测信号包括由信号传感单元阵列中的信号传感单元生成的信号；所述信号传感单元阵列中包含有至少两个信号传感单元；
接收反射信号并生成对应的反射电信号；所述反射信号包括被测量区域所反射的探测信号；
从所述反射电信号中筛选目标信号；所述目标信号用于表示动脉血管所反射的反射信号。
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