用于检测动脉位置以测量血流速度的相控阵列制造技术

一种用于检测动脉位置以测量血流速度的系统，包括第一压电换能器阵列，其包括多个换能器元件，所述换能器元件中的每一者支撑在第一陶瓷基底上，所述第一陶瓷基底具有被构造成放置在用户的皮肤区域的表面上的平坦的下表面，所述第一陶瓷基底被构造成将由换能器元件发射的超声信号耦合到皮肤；相位控制系统被构造成向换能器元件中的每一者供应电致动信号，所述电致动信号针对换能器元件中的每一者被相移。相位控制系统被构造成使供应到换能器元件的电致动信号相移以使得形成超声波束，并且使超声波束朝向位于皮肤区域下方的血管转向。

Phased Array for Detecting Arterial Position to Measure Blood Flow Velocity

A system for detecting artery position to measure blood flow velocity includes a first piezoelectric transducer array comprising a plurality of transducer elements, each of which is supported on a first ceramic substrate having a flat lower surface constructed to be placed on the surface of a user's skin region, and the first ceramic substrate constructed to be a transducer array for measuring blood flow velocity. The ultrasonic signal emitted by the transducer element is coupled to the skin; the phase control system is constructed to supply electrical actuation signals to each of the transducer elements, which are phase shifted for each of the transducer elements. The phase control system is constructed to phase the electro-actuating signal supplied to the transducer element so as to form an ultrasonic beam and to steer the ultrasonic beam towards the blood vessels located below the skin area.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检测动脉位置以测量血流速度的相控阵列
本公开大体涉及用于测量血流速度的系统和方法，并且特别地涉及用于使用相控阵列测量血流速度的系统和方法。
技术介绍
目前，不存在能够检测人类测试受试者的血压的非侵入式小型可穿戴传感器。非侵入式血液估计（estimation）具有许多医疗和个人益处。在很多情况下，如果在较长的时间段内监测血压，则检测人的应激水平可预防心脏病发作或避免倦怠（burnout）疾病。因此，需要一种能够估计血压的传感器，其使得能够在较长的时间段内监测血压。本节中描述的测量原理的主要挑战之一将是以非常高的角分辨率找到动脉相对于换能器阵列的确切位置。对于血流速度测量，有必要精确地知道该角度，因此可以正确扫描动脉以实现最佳信号质量（SNR）并最小化可穿戴装置中的功率。因此，将在本专利申请中提出一种能够以高的空间和角分辨率检测动脉的位置的新概念。附图说明图1描绘了根据本公开的一个实施例的超声压电换能器10。图2描绘了用于使用图1的压电换能器10检测血流速度和测量血压的系统30的实施例。图3描绘了供与图2的系统一起使用的压电换能器的替代实施例。图4描绘了供与图2的系统一起使用的压电换能器的另一个替代实施例。图5描绘了用于相控换能器阵列的1×N换能器元件阵列。图6描绘了用于相控换能器阵列的N×1换能器元件阵列。图7描绘了用于相控换能器阵列的M×N换能器元件阵列。图8是具有沿着阵列的X轴的波束转向（beamsteering）的相控换能器阵列的示意性描绘。图9是具有沿着阵列的Y轴的波束转向的相控换能器阵列的示意性描绘。图10是相控换能器阵列的示意性描绘，其描绘了换能器的测量角度。图11描绘了用于相控换能器阵列的换能器元件的实施例。图12示意性地描绘了相对于血管未对准的相控阵列换能器。图13示意性地描绘了图12的相控阵列换能器的侧视图。图14是具有微机械调节构件的压电换能器的俯视图。图15是图14的换能器的第一侧的立视图。图16是图14的换能器的第二侧的立视图。图17示出了处于第一倾斜位置中的图14的压电换能器。图18示出了处于第二倾斜位置中的图14的压电换能器。图19是组合式多输入多输出（MIMO）阵列和相控阵列血流速度检测系统的框图。图20是图19的组合式多输入多输出（MIMO）阵列和相控阵列血流速度检测系统的双站（bistatic）版本的示意图。具体实施方式出于促进理解本公开的原理的目的，现将参考在附图中图示并在以下书面说明书中描述的实施例。要理解的是，并不旨在由此限制本公开的范围。应进一步理解的是，本公开包括对所图示的实施例的任何变更和修改，并且包括如由本公开所属领域的普通技术人员将通常想到的对本公开的原理的进一步应用。图1中描绘了根据本公开的一个实施例的超声压电换能器10。超声压电换能器10包括压电基底12、上电极14和下电极16。压电基底12由任何合适的压电材料形成，包括例如锆钛酸铅或氮化铝。如果传感器装置的制造涉及CMOS工艺，则可有利地使用氮化铝，因为氮化铝与CMOS工艺兼容。上电极14和下电极16由导电金属形成，诸如铝、铝合金、铂、钽、或任何其他合适的导电金属。如图1中示意性地描绘，上电极14和下电极16被构造成电连接到信号控制系统18，该信号控制系统包括信号产生和/或接收部件。压电换能器10支撑在载体基底20上。载体基底20用作压电换能器10的载体，并且还用作用于将由压电换能器10产生的信号耦合到下层皮肤和组织的耦合构件。基底20包括下表面22和上表面24。基底20的下表面22被构造成抵靠平坦表面26（诸如，患者身体上的平坦的皮肤区域）放置。上表面24位于基底的与下表面22相对的一侧上，并且是压电换能器10所附接到的大致平坦的表面。上表面24被构造成使压电换能器10相对于平坦表面26以固定的非零角度定向。为此，以导致基底20的上表面24相对于基底20的下表面22以预定角度α倾斜的方式制造基底20。预定角度α对应于由换能器发射的超声信号或超声波的期望的入射角度。入射角度是由基底20的下表面22或由平坦表面26限定的平面和垂直于换能器10的平坦表面并与该平面相交的线L之间的角度。基底的上表面24被构造成使压电换能器以预定入射角度α定向，该预定入射角度大于0°且小于90°。预定入射角度α使得单个压电换能器10能够用于基于多普勒效应来确定血流速度（下文更详细地解释）。除了相对于平坦表面26以固定的入射角度α支撑换能器10之外，基底20还被构造成用作用于在压电换能器10和其上放置有基底的下层皮肤之间耦合超声信号的耦合构件。优选地，基底20由滑石陶瓷（steatiteceramic）形成，因为滑石陶瓷产生到皮肤的干燥过渡。替代地，可使用任何合适的基底材料。图2描绘了用于使用图1的压电换能器10检测血流速度和测量血压的系统30的实施例。系统30是双站系统，包括单个超声压电发射器10a和单个超声压电接收器10b。发射器10a和接收器10b各自具有相同的入射角度α，并且相对于彼此镜像对称地布置。在一个实施例中，发射器10a和接收器10b并入到壳体28中，该壳体将发射器10a和接收器10b相对于彼此保持在固定位置处。壳体28可被构造为手持式装置壳体和/或可并入到可穿戴物品中，该可穿戴物品可以戴在用户身体的一部分（诸如，用户的手臂、腿部或胸部）上。系统30包括电连接到压电发射器10a的信号发生器32。信号发生器32被构造成致动（actuate）压电发射器10a以产生期望的超声信号38。为了利用多普勒效应来确定血流速度，信号发生器32被构造成致动压电发射器10a从而以预定频率以脉冲或连续波方式发射超声信号。在一个实施例中，预定频率在2MHz至10MHz的范围内。在一个特定实施例中，预定频率大约为4MHz。超声信号以取决于换能器10a的入射角度α的角度被导引朝向血管36并被血管36反射。压电接收器10b接收经反射的超声信号40并将该信号转换成对应的电信号。信号处理器34电连接到压电接收器10b，并且被构造成处理电信号以确定血管中的血流速度。在一个实施例中，信号处理器34被构造成评估来自压电接收器10b的电信号以基于多普勒效应来确定径向血流速度。例如，接收到的信号40由于血细胞的移动而具有多普勒频移。信号处理器被构造成确定接收到的信号的多普勒频移并根据多普勒频移来计算径向血流速度。信号处理器可被构造成以本领域中已知的任何合适的方式从多普勒频移确定径向血流速度。信号处理器还可被构造成确定血管内的血压值。如本领域中所已知的，血管中的血流速度和血压之间存在直接关系。因此，一旦确定了血流速度，也就可以确定血压的估计值。信号处理器可被构造成以任何合适的方式从血流速度确定血压值。为了致动压电换能器10a、10b并处理接收到的信号，信号产生和处理装置32、34可包括处理器（未示出），诸如中央处理单元、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）装置、或微控制器。处理器可被构造成执行存储在存储器（未示出）中的编程指令。现参考图3，描绘了压电换能器10'的替代实施例，其可与图2的血流速度检测和血压测量系统30一起使用。图3的压电换能器10'是分布式压电换能器。分布式压电换能器10'通过沿一个维度将图1的压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测动脉位置以测量血流速度的系统，所述系统包括：第一压电换能器阵列，其包括多个换能器元件，所述换能器元件中的每一者支撑在第一陶瓷基底上，所述第一陶瓷基底具有被构造成放置在用户的皮肤区域的表面上的平坦的下表面，所述第一陶瓷基底被构造成将由所述换能器元件发射的超声信号耦合到所述皮肤；相位控制系统，其被构造成向所述换能器元件中的每一者供应电致动信号，所述电致动信号针对所述换能器元件中的每一者被相移，其中，所述相位控制系统被构造成使供应到所述换能器元件的电致动信号相移以使得形成超声波束，并且使所述超声波束朝向位于所述用户的皮肤区域下方的血管转向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.30 US 15/2832211.一种用于检测动脉位置以测量血流速度的系统，所述系统包括：第一压电换能器阵列，其包括多个换能器元件，所述换能器元件中的每一者支撑在第一陶瓷基底上，所述第一陶瓷基底具有被构造成放置在用户的皮肤区域的表面上的平坦的下表面，所述第一陶瓷基底被构造成将由所述换能器元件发射的超声信号耦合到所述皮肤；相位控制系统，其被构造成向所述换能器元件中的每一者供应电致动信号，所述电致动信号针对所述换能器元件中的每一者被相移，其中，所述相位控制系统被构造成使供应到所述换能器元件的电致动信号相移以使得形成超声波束，并且使所述超声波束朝向位于所述用户的皮肤区域下方的血管转向。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一超声压电换能器阵列的换能器元件以固定的入射角度受支撑，所述固定的入射角度大于0°且小于90°。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述换能器元件由所述陶瓷基底的上表面以所述固定的入射角度支撑。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述相位控制系统被构造成使供应到所述换能器元件的电致动信号相移，以使得所述超声波束相对于所述血管横向地转向。5.根据权利要求4所述的系统，进一步包括：第二压电换能器阵列，其被构造成接收从所述血管反射的超声波束，所述第二压电换能器阵列被构造成输出对应于接收的超声波束的电信号。6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括：信号处理系统，其被构造成处理由所述第二压电换能器阵列输出的电信号以针对所述超声波束确定所述血管所位于的位置处的测量角度。7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述信号处理系统被构造成处理由所述第二压电换能器阵列输出的电信号以确定所述血管内的血流速度的径向分量。8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述信号处理系统被构造成基于所述血流速度的径向分量来确定所述血管内的血压。9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述相位控制系统被构造成使供应到所述换...

【专利技术属性】
技术研发人员：C皮特斯，T罗兹尼克，J斯特勒，A杜尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE