与超声波监测器一起使用的凝胶垫制造技术

一种构建在ＰＣＢ上的超声波监测器包含凝胶垫，所述凝胶垫由凝胶层和隔膜层组成。超声波信号通过所述凝胶垫在所述超声波监测器与活体受检者之间传输。在所述ＰＣＢ中换能器元件下方形成气隙以提供更有效的信号传输。这些特征提供了低功率、低成本、更有效的超声波监测器。可将所述整个超声波监测器包封在塑料、凝胶或两者中以提供防水特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量活体受检者的心率和脉搏率的超声波监测器。
技术介绍
测量活体受检者的心率和脉搏率已成为身体锻炼和健康监测中颇有价值的工具。脉搏率是通过计算受检者的动脉脉动速率而测量的。心率是通过基于心电图(例如，EKG和ECG)感应心脏的电活动而测量的。想要增加耐力或行为的个体可能希望在维持靶心率的同时进行锻炼。相反，有心脏病或其它与心脏有关的病症史的受检者应避免超出某一心率或脉搏率以减少对其心脏不必要的应力。受检者的心率与脉搏率是相关的。心率可定义为特定时间周期内心脏收缩的次数，通常以每分钟的搏动来定义。脉搏定义为由于通过心脏收缩而被迫通过脉管的血液量增加而产生的脉管的有节奏的扩张。由于心脏收缩通常产生可测量为脉搏的血液量，所以心率与脉搏率理想地是相同的。然而，在不规律的心搏或过早心搏期间，脉搏率可能不同于心率。在此情况下，心脏收缩不会迫使足够的血液通过血管以致可以被测量为脉搏。需要连续心率读数的大多数受检者选择需要胸带的监测器。尽管它连续地提供心率，但胸带较笨重且通常佩带不便。除了胸带解决方案外，便携式患者监测器(例如，生命征象监测器、胎儿监测器)可对受检者执行例如心律失常分析、药物剂量计算、ECG波形级联等测量功能。然而，这些监测器通常相当大且通过令人不舒适的引线而附接到受检者。腕部的桡动脉较浅的深度提供用于在腕部实现连续脉搏检测的许多优点。监测腕部的压力脉冲的现有传感器并不有效。压力脉冲由于动脉与传感器之间的组织而衰减。大多数高频率信号分量由于这种衰减而丢失。另外，肌肉运动可能在压力传感器处产生大量噪音。低频率噪音信号使可靠地识别低频率血压脉冲非常困难。开发了使用声纳技术的超声波监测器来克服噪音信号问题。超声波监测器传输超声波能量作为脉冲信号。当电源驱动换能器元件(例如，压电晶体)以产生脉冲信号时，在所有方向(包含待测量对象(例如血管)的方向)上产生超声波脉冲信号。超声波脉冲信号的到达脉管的部分接着被脉管反射。当血管经历运动(例如，由于来自心脏收缩的血液流动而导致的扩张)时，所反射的脉冲信号经历频率偏移，也称为多普勒频移(Doppler shift)。当超声波信号源或雷达信号的观察者处于运动中时，将导致频率明显偏移。这称为多普勒效应(Doppler effect)。如果R是从超声波监测器到血管的距离，那么超声波监测器与目标之间的双向路径中含有的波长λ的总数目为2R/λ。假定将以相同单位测量距离R和波长λ。由于一个波长对应于2π弧度的角偏移(angular excursion)，所以电磁波在其往返通过血管期间所形成的总角偏移Φ为4πR/λ弧度。当血管经历运动时，R和相位Φ连续不断地变化。Φ相对于时间的变化等于频率。其为多普勒角频率Wd，由下式给定Wd=2πfd=dΦdt=4πλdRdt=4πVrλ]]>其中，fd是多普勒频率偏移，且Vr是目标相对于超声波监测器的相对(或径向)速度。因此，频率偏移的量与反射信号的移动对象的速度有关。因此，对于心率监测器应用来说，血液通过血管的流动速率或流动速度与所反射的信号的多普勒频移的量有关。可使用压电晶体作为功率产生器和信号检测器两者。在此情况下，以脉冲模式发射超声波能量。在输出电源被切断之后，所反射的信号接着由同一晶体接收。接收所反射的信号所需的时间取决于所述源与对象之间的距离。使用单个晶体来测量心率由于源与对象之间的距离较短而需要高速功率切换。另外，肌肉运动产生损害系统中的信噪比的反射。肌肉运动噪音的频率范围类似于从血管壁运动中检测到的频率偏移。因此，用这种方法测定心率非常困难。然而，这种途径的优点是低成本和低功率消耗。在一些超声波信号系统中，使用两个压电元件来连续测量脉搏。所述两个元件定位在底板(base plate)上，与血液方向成某一角度。在连续脉搏率测量过程中，由于血液流动而产生的多普勒频移的频率高于由于肌电伪迹(muscle artifact)或组织运动而产生的偏移的频率。因此，即使肌肉运动引发的信号具有较大振幅，其可通过高通滤波器而去除以保留较高频率的血流信号。连续模式逊于脉冲模式的缺点是较高成本和较多功率消耗。此项技术中已知若干种安装在腕部的超声波监测器装置。然而，超声波信号倾向于在不同密度的两个媒介的界面处衍射并衰减。因此，媒介中或监测器与受检者皮肤之间的空气使超声波能量传输不可靠。现有的超声波监测器需要在换能器模块与活体受检者之间施加水或含水凝胶以消除任何气隙。因为水和含水凝胶均在露天快速蒸发，所以其并非可行的解决方案。Lo等人的第10/758,608号美国专利申请案、第20040167409号美国专利申请案揭示了使用热塑性和热固性凝胶作为超声波信号的传输媒介以克服与水和含水凝胶解决方案相关联的问题。在第6,716,169号美国专利中，Muramatsu等人揭示了以硅凝胶(一种热固性凝胶)为主的软接触层作为超声波信号传输的媒介。这些凝胶主要由截留在轻微交联弹性体网络中的大量非蒸发(在周围条件下)液体稀释液组成。这些交联网络的性质可为物理的(例如，在热塑性凝胶中)或其性质可为化学的(例如，热固性凝胶)。两种凝胶类型均具有不足之处。第一，液体稀释液尽管截留在弹性体网络中，但仍可能在较长时段的接触后扩散到使用者的皮肤中。由于硅凝胶使用硅油作为稀释液，所以硅凝胶的扩散是关系到健康的重要问题。因此，需要具有一种防止油扩散到活体受检者中的凝胶设计。第二，这些已知方法的软凝胶难以处理。尽管较软的凝胶允许与皮肤较好地接触并形成较好的超声波传输，但软凝胶较软弱且难以处理。极其需要具有一种易于处理但仍保持良好的超声波传输的凝胶设计。第三，已知现有技术系统的凝胶容易聚集污垢。凝胶表面上的污垢导致与皮肤的接触不良并影响超声波传输。发射换能器的效率是佩带于腕部的心率监测器和其它小型心率监测器的重要特征。发射换能器进行的超声波信号发射可通过使用反射体而变得更有效。可通过在换能器的一个或一个以上侧部使用反射体来反射从目标产生出的发射信号。一些心率监测器包含泡沫物质，其在压电晶体下方具有气孔。如图1所说明，泡沫层120可放置在超声波模块110内处于换能器130和140下方。泡沫材料气孔部分地抑制超声能量穿透并提供相当有效的超声信号反射。利用这种泡沫背衬，导向泡沫的一些超声波信号被朝向所需方向反射。并入泡沫层的缺点是，其是在制造期间手动安装的。其它现有系统通过在底板上用沟道使两个压电晶体分离来增加效率。这将换能器之间的串扰减小到某一程度，但不能消除由底板引起的负载或阻尼效应。需要一种改进的心率监测器，其通过传输媒介来提供连续的心率读数，所述传输媒介使换能器与活体受检者之间的气隙最小。所述传输媒介不应在监测期间变干，留下令人不舒适的湿膜，或易于积聚污垢。还需要一种更具有功率效益但生产起来较便宜的超声波监测器。
技术实现思路
概括地说，本专利技术涉及超声波监测器。所述超声波监测器在活体受检者体外使用超声波信号来测量活体受检者的身体内部的运动。所述运动可以是心搏收缩、流动血液或血管本身的运动。根据从这些运动收集到的信息，监测器内的电子元件可测定活体受检者的血液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波监测器，其包括：发射换能器，其经配置以发射超声波信号；接收换能器，其经配置以接收反射的超声波信号；电路，其处理所述接收到的超声波信号；外壳，其包含所述发射换能器、所述接收换能器和所述电路；和 凝胶垫，其附接到所述外壳，所述凝胶垫具有凝胶层和隔膜，所述超声波信号和所反射的超声波信号通过所述凝胶垫在所述换能器与受检者的皮肤之间传输。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯英清罗，张龙永，
申请(专利权)人：萨鲁特伦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]