CN115500808A - 一种环状植入式血流量传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环状植入式血流量传感器，该传感器(1)基于热式测流速原理，实现对患处血流量实时监测的医疗传感器，包括柔性基板(11)以及平铺于柔性基板(11)内部的血流量传感器(12)，所述的血流量传感器(12)包括超声波充电模块(121)、热式流速传感器(122)和电控模块(123)，表面覆盖封装(13)，各电子元件通过导线连接，利用热式流速传感器(122)可测量血流流速，进而判断血管堵塞状况。与现有技术相比，本发明拥有比便携式可穿戴设备更高的精度，可实现对血管血流量的实时监测，预警有效避免血管狭窄可能带来的危险，超声波无线充电技术的使用进一步降低对患者健康的影响，进一步减小耗能。

Description

一种环状植入式血流量传感器
技术领域
本发明属于医疗传感器技术领域，涉及一种环状植入式血流量传感器。
背景技术
中老年心脑血管疾病主要包括心肌梗死、心绞痛、高血压病、动脉粥样硬化、冠心病、脑出血、脑血栓等,其发病率和致残致死率已居各类疾病首位。动脉粥样硬化即血液组织在血管壁沉积，阻塞动脉腔，将导致该动脉所供应的组织或器官缺血坏死，这是冠心病、脑梗死、外周血管病的主要原因。血管支架介入治疗因具备手术创伤小、操作简便、效果好等特点已成为临床上该类心血管堵塞的重要诊疗手段，即在管腔球囊扩张成形的基础上，在病变段置入血管支架以支撑血管狭窄闭塞段，减少血管弹性回缩并对其再塑形。
目前不可降解血管支架主要包括金属裸支架、覆膜支架，前者适用于血管狭窄病变的治疗，而后者使用于动脉瘤病变的治疗。
金属裸支架是早期使用的金属管状结构血管支架，不带有药物涂层，用于扩张血管。裸金属支架晚期再狭窄可能性大，即植入后0.5年或者1-2年支架内长斑块，植入支架的血管会重新再狭窄，几率高达30％，需要进行手术再次重建。覆膜支架是在金属裸支架基础上发展第二代支架，由膜性材料结合金属支架制成。该种支架在支撑血管的同时，还可以起到隔离血管壁与血管内环境的作用。专利CN114366390A公开了一种可抗感染的覆膜支架，该支架具有储存抗感染药物的功能，可向血管释放药物，减少了并发症和再狭窄风险。专利CN111374810A公开了一种自带扩撑定位件的覆膜血管支架，可改善壁面性能，使支架与血管的内壁密封贴合，避免内漏。早年金属裸支架再狭窄发生率约20％，现在覆膜支架再狭窄发生率下降到9％左右，其抗再狭窄性能有了明显的提升，但随着时间的推移，患者仍需定期前往医院检查再狭窄情况，对患者生活有较大影响。
血管支架的再狭窄是目前无法避免的问题之一。血管支架植入体内后，若引起患者血栓的基础疾病未得到根治，极易引发血管支架的再狭窄，若未及时发现，血管将再次堵塞引发急性血栓，危及患者生命。目前医学上对血管支架再狭窄情况的判断仍需由医生借助大型设备判断，患者需要定期前往医院进行检查以避免出现血管堵塞的危险，因此实时监测血管是否堵塞十分重要。
在目前血管狭窄监测技术中，已经存在的主要监测设备和监测方法是数字减影血管造影和血管多普勒超声。数字减影血管造影是诊断血管狭窄最具权威的方法之一。该方法将X光无法穿透的显影剂注入血管中，利用显影剂在X光下显示的影像诊断血管病变。但该方法需要进行血管穿刺，且操作复杂，使用面较窄。血管多普勒超声由超声波发生器发射信号，超声波经过皮肤、肌肉及血管，在移动的红细胞表面发生反射，而后被超声波接收器接收。根据被反射的超声波所产生的频率偏移数据进行血流状态分析。以上两种技术均依靠专用医疗设备实现，要求患者反复到医院预约超声科医生或专科医生实施检查，无法做到日常监测，特别是在血管支架使用的后期，更是需要频繁的进行血管情况监测，传统监测方法更是无法满足这一需求。
另外，目前已公开的穿戴式血流监测技术主要分成三类，便携式超声多普勒技术、光体积描记技术、血流热力学分析技术。三种技术基于不同的原理实现血流量的体外监测，普遍存在误差较大，穿戴不适感等缺点，未被广泛认可。
根据现有专利技术的调研结果得出，现有不可降解血管支架皆有发生再狭窄的风险且没有血流量实时监测功能，现有监测技术往往需要借助大型医疗设备，患者仍需要定期去医院复查，难以及时发现血管堵塞及血管支架再狭窄，对患者生命安全具有威胁。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种环状植入式血流量传感器，本发明可单独植入实现对血管血流量的实时监测，也可以和血管支架一同植入实现了对血管支架术后患处血液流量的实时监测，以便及时掌握血管支架的通堵情况，当患处血流量下降而疑似发生再狭窄时，可以及时向患者预警，尽快采取血栓清除措施或进行血管支架更换手术，保证患者的身体健康。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种环状植入式血流量传感器，该传感器基于热式测流速原理，实现对患处血流量实时监测的医疗传感器，包括柔性基板以及平铺于柔性基板内部的血流量传感器，所述的血流量传感器包括超声波充电模块、热式流速传感器和电控模块，表面覆盖封装，各电子元件通过导线连接，所有导线均有良好的绝缘性、防腐蚀性及生物相容性。
进一步地，所述的热式流速传感器包括加热器和温度传感器。
进一步地，所述的加热器采用陶瓷加热片或金属电阻加热丝，所述的温度传感器采用热敏电阻或金属线圈，所述的加热器和温度传感器通过配套电路铜导线或铝导线连接。
进一步地，所述的加热器采用一整个加热片或一整条电阻丝，或者多个加热片或多条电阻丝在对应位置上的阵列组合，所述加热器的形状包括矩形、菱形、圆形或椭圆形。
进一步地，所述的温度传感器采用一个热敏电阻或一条金属线圈，或者多个热敏电阻或多条金属线圈在对应位置上的阵列组合。
进一步地，所述的电控模块包括无线通信芯片、微处理器和电池，其中无线通信芯片和微处理器采用封装的小型商用模块，电池采用专用于植入式人体设备的微型电池。
进一步地，所述的超声波充电模块利用压电材料压电晶体或压电陶瓷摩擦生电的特性，在体外超声波充电器的作用下为电池充电，电池再为各电子元件供电。
进一步地，所述的柔性基板采用具有生物相容性的聚合物材料聚酰亚胺，承载血流量传感器并与血管壁相连接。
进一步地，所述的封装采用生物兼容性好的聚合物材料聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)，实现血流量传感器的对外绝缘。
进一步地，该传感器单独植入，或者与血管支架共同植入体内，工作时，患者首先由通讯设备向传感器发送工作信号，传感器测量完成后通过无线方式向患者的通信设备递送血液流速信息，及时掌握血管堵通情况供患者查看。
本发明基于热信号，采用不同测量原理测量血液流速，由超声波无线充电，实现对患者患处血流量的实时监测，为血管支架手术患者提供支架再堵塞预警功能。本发明可由无线控制测温进程，在解决无线充电的前提下，进一步减小耗能。
本发明的单个使用时基于热损失原理监测，成对使用时基于热脉冲原理监测。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将血流量传感器植入血管之中，相较于便携式可穿戴设备常用的便携式超声多普勒技术、光体积描记技术、血流热力学分析技术等测量方法，与血液直接接触，拥有更高的精度，可实现对血管支架血流量的实时监测，预警有效避免血管支架再狭窄可能带来的危险；
(2)本发明的超声波无线充电技术相较于传统电磁无线充电技术，有效规避电磁辐射，采用对人体完全无害的超声波作为能量源，进一步降低对患者健康的影响，进一步减小耗能。
附图说明
图1为本发明实施例中环状植入式血流量传感器的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中环状植入式血流量传感器热式流速传感器的结构示意图；
图3为本发明实施例中环状植入式血流量传感器超声波无线充电的流程示意图；
图4为本发明实施例1中环状植入式血流量传感器在人体血管内的工作效果示意图；
图5为本发明实施例1中环状植入式血流量传感器的热损失工作原理示意图；
图6为本发明实施例1中环状植入式血流量传感器的温度-流量关系图；
图7为本发明实施例2中环状植入式血流量传感器与血管支架相结合使用的示意图；
图8为本发明实施例2中环状植入式血流量传感器在人体血管内的工作效果示意图；
图9为本发明实施例2中环状植入式血流量传感器的热脉冲工作原理示意图；
图10为本发明实施例2中环状植入式血流量传感器的电脉冲信号图；
图11为本发明实施例2中环状植入式血流量传感器的温度-时间关系图。
图中标记说明：
1—环状植入式血流量传感器、11—柔性基板、12—血流量传感器、121—超声波充电模块、122—热式流速传感器、1221—加热器、1222—温度传感器、123—电控模块、1231—无线通信芯片、1232—微处理器、1233—电池、13—封装、2—血管、3—体外超声波充电器、4—血管支架。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下述各实施例中所采用的设备如无特别说明，则表示均为本领域的常规设备；所采用的试剂如无特别说明，则表示均为市售产品或采用本领域的常规方法制备而成，以下实施例中没有做详细说明的均是采用本领域常规实验手段就能实现。
一种环状植入式血流量传感器，如图1和2所示，包括柔性基板11、超声波充电模块121、热式流速传感器122、电控模块123和PLGA封装13。其中热式流速传感器122包括加热器1221和温度传感器1222，电控模块包括无线通信芯片1231、微处理器1232和电池1233。所述超声波充电模块121、热式流速传感器122和电控模块123组成的血流量传感器12平铺于柔性基板11上，表面封装13与柔性基板11粘连，将电子元件与外界隔断。各电子元件通过导线连接，所有导线均有良好的绝缘性、防腐蚀性及生物相容性。
在一种优选的实施方式中，如图2所示，所述柔性基板11选用聚酰亚胺，加热器1221采用整体呈圆形的盘状金属电阻加热丝，温度传感器1222采用阵列组合(串联、线性阵列排布)的103FT1005A5P1热敏电阻，配套电路采用直接柔性基板11上通过沉积制造出的铜导线，封装13选用聚乳酸-羟基乙酸共聚物。
在本实施方案中，所述超声波充电模块121利用压电材料压电晶体摩擦生电的特性，外部施加超声波时，压电材料发生振动并产生电荷，经柔性基板11上的铜导线储存至电池1233。如图3所示，传感器1在体内充电，体外超声波充电器3发射超声波，超声波充电模块121将接收的超声波能量转化为电能向电池1233充电，供传感器1使用。所述电控模块123用于接收的来自外部设备发送的工作信号，并控制传感器1工作，将所测流速信息发送至外部设备。
实施例1：
在本实施方案中，所述传感器1通过手术植入血管中，工作环境如图4所示，柔性基底11与血管2壁相连接。
在本实施方案中，血流量传感器12采用热损失工作原理，如图5所示，加热器1221对区域内血液加热，同时由于血液流动会带走热量，温度传感器1222的热损耗与流速间存在一定关系，即温度传感器1222的热量损失可与流量有一一对应关系，如图6所示。
在本实施方案中，通过温度传感器1222可测得该区域温度，并由温度-流量关系求得血液流速；微处理器1232通过无线通信芯片1231向患者的通信设备递送患处血液流速信息。
实施例2：
在本实施方案中，所述传感器1与血管支架4(如用于外周动脉狭窄病变的血管支架EX050403C)相结合，如图7所示，分别置于血管支架4两端。
在本实施方案中，工作环境如图8所示，设备植入方式与一般普通血管支架4相同，柔性基底11与血管2壁相连接。
在本实施方案中，植入体内初次使用时，需对传感器1进行初始化，血管支架4两端加热器1221依次工作，并由另一端的温度传感器1222进行温度测量，若该温度传感器1222可测得温度变化，则该加热器1221处于血管上游，并作为后续测量工作加热器1221，反之该加热器1221处于血管下游，后续不工作。
在本实施方案中，血流量传感器12采用热脉冲工作原理，如图9所示，t1时刻时上游加热器1221工作即开始计时，t2时刻下游温度传感器1222测量到温度变化峰值后停止计时，由时间差与间隔距离测出流速V＝L/Δt(其中Δt＝t2-t1)，如图10和11所示。
在本实施方案中，温度传感器1222的电阻阻值会随着温度的提高而降低，微处理器1232从上游加热器1221工作开始计时，下游温度传感器1222感知到温度变化峰值后停止计时，据此计算出血液流速；微处理器1232通过无线通信芯片1231向患者的通信设备递送患处血液流速信息。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环状植入式血流量传感器，其特征在于，该传感器(1)基于热式测流速原理，实现对患处血流量实时监测的医疗传感器，包括柔性基板(11)以及平铺于柔性基板(11)内部的血流量传感器(12)，所述的血流量传感器(12)包括超声波充电模块(121)、热式流速传感器(122)和电控模块(123)，表面覆盖封装(13)，各电子元件通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的一种环状植入式血流量传感器，其特征在于，所述的热式流速传感器(122)包括加热器(1221)和温度传感器(1222)。
3.根据权利要求2所述的一种环状植入式血流量传感器，其特征在于，所述的加热器(1221)采用陶瓷加热片或金属电阻加热丝，所述的温度传感器(1222)采用热敏电阻或金属线圈，所述的加热器(1221)和温度传感器(1222)通过配套电路导线连接。
4.根据权利要求3所述的一种环状植入式血流量传感器，其特征在于，所述的加热器(1221)采用一整个加热片或一整条电阻丝，或者多个加热片或多条电阻丝在对应位置上的阵列组合，所述加热器(1221)的形状包括矩形、菱形、圆形或椭圆形。
5.根据权利要求3所述的一种环状植入式血流量传感器，其特征在于，所述的温度传感器(1222)采用一个热敏电阻或一条金属线圈，或者多个热敏电阻或多条金属线圈在对应位置上的阵列组合。
6.根据权利要求1所述的一种环状植入式血流量传感器，其特征在于，所述的电控模块(123)包括无线通信芯片(1231)、微处理器(1232)和电池(1233)，其中无线通信芯片(1231)和微处理器(1232)采用封装的小型商用模块，电池(1233)采用专用于植入式人体设备的微型电池。
7.根据权利要求6所述的一种环状植入式血流量传感器，其特征在于，所述的超声波充电模块(121)利用压电材料摩擦生电的特性，在体外超声波充电器(3)的作用下为电池(1233)充电，电池(1233)再为各电子元件供电。
8.根据权利要求1所述的一种环状植入式血流量传感器，其特征在于，所述的柔性基板(11)采用具有生物相容性的聚合物材料聚酰亚胺，承载血流量传感器(12)并与血管(2)壁相连接。
9.根据权利要求1所述的一种环状植入式血流量传感器，其特征在于，所述的封装(13)采用生物兼容性好的聚合物材料聚乳酸-羟基乙酸共聚物，实现血流量传感器(12)的对外绝缘。
10.根据权利要求1所述的一种环状植入式血流量传感器，其特征在于，该传感器(1)单独植入，或者与血管支架(4)共同植入体内，患者首先由通讯设备向传感器(1)发送工作信号，传感器(1)测量完成后通过无线方式向患者的通信设备递送血液流速信息。
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