本发明专利技术公开了一种桡动脉血流测速装置及其实现方法，桡动脉血流测速装置内包含柔性超声收发模块，并使用硅胶封装以贴合皮肤表面，整体呈现贴片状结构。本发明专利技术采用压电驱动以及超声多普勒原理，通过两个柔性超声阵列实现发射和接收，并使用连续多普勒算法进行桡动脉血流速度测算。本发明专利技术制作的桡动脉血流测量装置体积小巧、贴合皮肤、同时具有驱动电压低、测量精准度高的特点。这些优势让其在进行桡动脉入路的经皮冠状动脉介入治疗中能够有效监测术中止血效果，防止桡动脉阻塞，同时在可穿戴智能健康监测方面具有良好的应用前景。能健康监测方面具有良好的应用前景。能健康监测方面具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种桡动脉血流测速装置及其实现方法
[0001]本专利技术属于超声
，具体涉及一种桡动脉血流测速装置及其实现方法。
技术介绍
[0002]目前，桡动脉入路已经成为当代经皮冠状动脉介入治疗(PCI)的默认入径，且绝大多数患者容易接受。经桡动脉介入治疗可减少住院时间及费用，患者术后可立即行走，且肥胖及外周血管疾病患者选择桡动脉入路较为适宜。此外，桡动脉入路还可避免出现与股动脉入路相关的并发症。
[0003]而桡动脉入路最常见的并发症是桡动脉闭塞。在过去的15年里，全世界桡动脉阻塞(RAO)的持续并发症约占10％，中国约为6％，桡动脉闭塞会妨碍同侧再次进行桡动脉入路手术、血液透析患者动静脉瘘的使用以及冠状动脉病变严重需旁路移植时患者桥血管的使用。这促使人们需要在桡动脉闭合时实现快速、彻底止血，以帮助预防桡动脉闭塞。此时，若加入实时的超声监测，医护人员就定量地知悉患者桡动脉通路血流量情况，并施加最为合适的止血压迫力。
[0004]现有的医用超声探头大多为线阵、凸阵，其表面大多为刚性，不能很好地贴合人体皮肤表面，导致测量结果出现较大的误差或对皮肤表面产生过多的压迫力，这会让患者的体感不适，医护人员更有可能由于缺乏对患者桡动脉处血流量的精确了解，施加了不合适的压迫力而导致桡动脉闭塞等并发症。
技术实现思路
[0005]专利技术目的：针对现有桡动脉血流测速技术不好贴合人体皮肤表面，测量结果误差较大的缺点，本专利技术提供一种桡动脉血流测速装置，具有体积小巧、贴合皮肤、同时驱动电压低、测量精准度高的特点。本专利技术还提出了基于此柔性超声阵列的连续多普勒测速算法，可以实时显示血流速度。
[0006]技术方案：为解决上述问题，本专利技术采用一种桡动脉血流测速装置，包括两个柔性超声收发模块和柔性封装材料；一个柔性超声收发模块用于发射超声波，另一个柔性超声收发模块用于接收超声波；
[0007]所述柔性超声收发模块包括柔性衬底、若干块压电复合材料和两个引脚；所述若干块压电复合材料安装在柔性衬底上；所述柔性衬底与两个引脚相连；
[0008]所述两个柔性超声收发模块封装于柔性封装材料中，两个柔性衬底的底面均与封装材料底面呈10
°
～30
°
夹角并朝向中点相对放置用以使声束交叉。
[0009]进一步的，所述柔性封装材料采用与人体声抗阻相匹配的硅胶材料。
[0010]进一步的，所述柔性衬底底面与柔性封装材料底面呈20
°
夹角。
[0011]进一步的，所述若干块压电复合材料每块都为相同大小的矩形，每块压电复合材料安装在柔性衬底上形成一个压电材料单元，每个压电材料单元之间采用“岛
‑
桥”结构相互连接。
[0012]进一步的，所述压电复合材料包括声匹配层和背衬层。
[0013]进一步的，所述两个引脚上涂有导电银浆，两个引脚与柔性衬底的两条连接线成直角，两个引脚与柔性衬底总体呈T型。
[0014]进一步的，柔性材料采用聚酰亚胺经激光加工而成的材料制成。
[0015]有益效果：本专利技术中的桡动脉血流测速装置相对于现有技术，其显著优点如下：
[0016](1)本专利技术采用压电驱动以及超声多普勒原理，通过两个柔性超声阵列即可实现发射和接收，并使用连续多普勒算法进行桡动脉血流速度测算。
[0017](2)采用激光加工技术，装置体积小巧、贴合皮肤、同时具有驱动电压低、测量精准度高的特点。
[0018](3)重量轻，测量过程舒适度高。这些优势让其在进行桡动脉入路的经皮冠状动脉介入治疗中能够有效监测术中止血效果，防止桡动脉阻塞，同时在可穿戴智能健康监测方面具有良好的应用前景。
[0019]本专利技术还提供基于上述桡动脉血流测速装置的实现方法，具体步骤包括：
[0020]1)创建几何模型及有限元模型；具体操作如下：
[0021]1.1)在Matlab和COMSOL软件中按照实际的尺寸对单阵元和多阵元换能器建立相应的几何模型；
[0022]1.2)根据材料的特性设置属性参数，包括压电材料的尺寸、中心频率，相邻压电阵元之间的间距；
[0023]1.3)采用自由划分方式进行网格划分；
[0024]2)设置边界条件，利用Matlab和COMSOL进行瞬态声学分析；
[0025]3)进行仿真结果分析与优化：根据桡动脉实际深度，对比不同中心频率和阵元间距的柔性阵列在桡动脉实际深度激发出的声场强度，选取最合适的压电材料中心频率和阵元间距；
[0026]4)连续波多普勒测速；具体方法如下：
[0027]4.1)采集超声信号；
[0028]4.2)使用正交调制将信号分为同相信号和正交信号；
[0029]4.3)对信号进行滤波处理，排除部分干扰；
[0030]4.4)利用回波信号计算多普勒频移，并通过多普勒自相关法求解出桡动血流速度，显示结果，其原理如下式所示；
[0031][0032][0033]其中T
PRF
表示脉冲重复周期，I和Q分别表示回波信号的同相和正交信号，f
d
表示多普勒频移，θ为波束与血流之间的夹角，c为声速，f0为换能器中心频率，v为最终桡动脉血流速度，M表示用于计算的信号个数。
[0034]4.5)通过对压电阵列施加延时激励，实现波束的角度偏转，向皮下斜方向发射，扩大测量范围。
[0035]有益效果：此实现方法相较于现有技术，其显著优点如下:
[0036](1)连续多普勒相比脉冲回波多普勒由于不受奈奎斯特采样定律限制，可以具有更高的采样率。而桡动脉血流检测仅需知道其速度而无需获取图像，因此采用了连续多普勒进行测速。
[0037](2)测速利用回波信号估算多普勒频移，并使用自相关法求解沿波束方向的速度分量。
[0038](3)结合了合理的仿真和设计，使得血流速度的求解精度更高。
附图说明
[0039]图1为一种桡动脉血流测速装置三维结构示意图；
[0040]图2为一种桡动脉血流测速装置侧视图；
[0041]图3为一种桡动脉血流测速装置超声收发模块俯视图；
[0042]图4为一种桡动脉血流测速装置的三阵元瞬态声场仿真图；
[0043]图5为一种桡动脉血流测速装置的单阵元声场仿真图；
[0044]图6为一种桡动脉血流测速装置的实现方法的流程图；
[0045]图7为一种桡动脉血流测速装置通过施加延时激励实现声束角度偏转示意图。
具体实施方式
[0046]如图1至图3所示，本实施例中的一种桡动脉血流测速装置，包括两个柔性超声收发模块1和柔性封装材料2；两个柔性超声收发模块1分别用于发射超声波和接收超声波。每个柔性超声收发模块1包括柔性衬底11、三块压电复合材料12和两个引脚13。
[0047]柔性衬底11采用聚酰亚胺经激光加工而成的材料制成，厚度为200微米，具有良好的可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种桡动脉血流测速装置，其特征在于，包括两个柔性超声收发模块(1)和柔性封装材料(2)；一个柔性超声收发模块(1)用于发射超声波，另一个柔性超声收发模块(1)用于接收超声波；所述柔性超声收发模块(1)包括柔性衬底(11)、若干块压电复合材料(12)和两个引脚(13)；所述若干块压电复合材料(12)安装在柔性衬底(11)上；所述柔性衬底(11)与两个引脚(13)相连；所述两个柔性超声收发模块(1)封装于柔性封装材料(2)中，两个柔性衬底(11)的底面均与封装材料(2)底面呈10
°
～30
°
夹角并朝向中点相对放置用以使声束交叉。2.根据权利要求1所述的桡动脉血流测速装置，其特征在于，所述柔性封装材料(2)采用与人体声抗阻相匹配的硅胶材料。3.根据权利要求2所述的桡动脉血流测速装置，其特征在于，所述柔性衬底(11)底面与柔性封装材料(2)底面呈20
°
夹角。4.根据权利要求3所述的桡动脉血流测速装置，其特征在于，所述若干块压电复合材料(12)每块都为相同大小的矩形，每块压电复合材料(12)安装在柔性衬底(11)上形成一个压电材料单元，每个压电材料单元之间采用“岛
‑
桥”结构相互连接。5.根据权利要求4所述的桡动脉血流测速装置，其特征在于，所述压电复合材料(12)包括声匹配层和背衬层。6.根据权利要求5所述的桡动脉血流测速装置，其特征在于，所述两个引脚(13)上涂有导电银浆(14)，两个引脚(13)与柔性衬底(11)的两条连接线成直角，两个引脚(13)与柔性衬底(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴大伟，徐铮，陈建中，华佳，曹佳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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