【摘 要】
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心血管疾病是世界范围内损害人类健康的严重疾病,每年因心血管疾病死亡的人数正逐年递增,因此及早预测心血管疾病成为了医学领域内研究的重点之一。目前临床通过刚性传感器对人体进行连续动脉压检测,而这些商业化的检测产品无法做到对人体实时、连续、长期的监测。因此,本课题拟开发一种能够实现微型化、集成化和智能化的柔性超声波微传感器,它可以佩戴在人体手腕处实现实时血压波形监测。这种无创监测方式为预防心血管疾病和完
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“基于二维材料的柔性器件集成构筑及其在人体生理信号监测中应用基础研究”,项目编号:61771156；
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心血管疾病是世界范围内损害人类健康的严重疾病,每年因心血管疾病死亡的人数正逐年递增,因此及早预测心血管疾病成为了医学领域内研究的重点之一。目前临床通过刚性传感器对人体进行连续动脉压检测,而这些商业化的检测产品无法做到对人体实时、连续、长期的监测。因此,本课题拟开发一种能够实现微型化、集成化和智能化的柔性超声波微传感器,它可以佩戴在人体手腕处实现实时血压波形监测。这种无创监测方式为预防心血管疾病和完善智慧医疗微系统提供硬件支持。首先探究超声波在人体组织中的传播机理,研究脉冲回波法检测人体血管直径基本原理并查阅相关文献得到人体动脉压压力波形与血管腔直径的关系模型。接着研究柔性传感器单元所有组成部分:封装层、柔性电极层、压电层、粘接层和声匹配层,结合有限元仿真软件Comsol多物理场耦合功能探究传感器的性能及传感器发射声场分布的影响规律从而设计出各个组成部分的布置形式、材料和重要物理参数。其次设计柔性超声波微传感器结构的制备工艺,并制备出对应样品。设计切实可行的为传感器的组装与封装工艺,在实际操作中不断的对组装以及封装工艺进行改进,得到比较适应,容易操作的工艺流程。接着对制备得到的柔性超声传感器进行性能的测试,搭建血压检测平台对传感器的发射/接收性能进行测试,主要测试传感器反射回传感器的信号脉冲是否清晰明显。综合测试结果不断地优化传感器系统的设计,最终达到其较为优异的性能。最后将优化后的柔性超声波微传感器黏合于桡动脉处进行人体动脉压检测,编写程序将收集到的脉冲信号转化为桡动脉压力波形,设计对照实验将柔性器件与医用电子血压计测量出舒张压与收缩压对比验证柔性器件的误差,实验显示柔性器件的收缩压的误差在5 mm Hg以内,舒张压的误差在7 mm Hg以内,收缩压与舒张压的误差范围在8 mm Hg内。接着设计一套初步判断人体血管硬化趋势的数值化标准,并对实验对象的脉搏波波形利用制定的标准进行分析,验证制定的标准具有一定的可行性。实验证明,柔性超声波微传感器能够实现人体手腕部血压的非侵入式实时检测,对建立血压连续监测提供理论和技术指导。
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