心腦血管類疾病是當今人類健康的頭號殺手,對其早期的診斷和發(fā)病治療均十分困難。人體動脈血壓波形蘊含著豐富的心臟、血管、血壓等臟器的生理信息,是臨床上評估這類疾病的重要手段。目前針對連續(xù)動脈壓波形檢測的商用儀器多為傳統(tǒng)剛性結構,難以做到微型化、集成化和智能化,無法對人們日常生活中動脈血壓波形進行連續(xù)、實時、長期監(jiān)測。鑒于此,本課題擬開發(fā)出柔性超聲波血壓傳感器,可貼附于體表實現日常血壓波形的無創(chuàng)連續(xù)檢測,為人體健康監(jiān)測和疾病預測智慧醫(yī)療微系統(tǒng)提供硬件支持。首先研究了傳統(tǒng)醫(yī)用超聲傳感器的結構及功能,探究了基于脈沖-回波法的動脈血壓波形無創(chuàng)連續(xù)檢測原理,根據器件的工作原理完成了傳感器的總體結構設計,主要包括柔性電極層、壓電陣列層、粘結層和封裝層四個部分,并對傳感器各組件的結構設計和選材進行了深入討論。其次,采用仿真軟件對傳感器進行模態(tài)分析和聲場分析,以傳感器的發(fā)射頻率和指向性為目標,對傳感器結構及相應特征參數進行優(yōu)化設計,并對傳感器的發(fā)射功率、中心位移幅值和發(fā)射電壓響應等相關性能指標進行了仿真研究。仿真結果表明:所設計的器件諧振頻率為2.068MHz,發(fā)射功率為7.64W。進一步地,基于器件結構... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：碩士

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世界衛(wèi)生組織2018年發(fā)布的2006-2016全球致死前十原因

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文2外界影響因素較大，需要定期校準[3]。黨中央一直把人民生命健康放在優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略地位，為提高我國人民健康水平，對心腦血管疾病做到早檢測、早發(fā)現、早治療，亟需開展針對動脈壓實時監(jiān)測的微傳感器新原理、新結構、新器件的研究。目前基于力、電、電化學等原理的檢測方式對動脈血壓的測量受皮膚組織的影響較大，而超聲波有著指向性強、穿透性好、能量高等諸多優(yōu)點，其在彩超、超聲碎石、超聲波手術刀等醫(yī)學檢測和治療中已發(fā)揮著廣泛而重要作用。因此，需要深入研究柔性超聲傳感器及其陣列的構筑方法，探索動脈壓超聲波檢測原理，建立動脈壓波形與傳感器輸出的電信號之間的關系模型，實現對人體動脈壓非侵入式、實時、連續(xù)的檢測，為心血管疾病的早期發(fā)現、預防、治療提供硬件支持。1.2國內外研究現狀及分析1.2.1人體動脈壓波形的無創(chuàng)檢測方法人體動脈壓壓力波形的獲取主要分為有創(chuàng)動脈壓測量方法和無創(chuàng)動脈壓測量方法[4]。其中，有創(chuàng)檢測雖然是動脈壓力波形測量的金標準，但是由于其創(chuàng)傷性大、價格昂貴、操作難度高，并且患有凝血障礙的患者無法使用，因此該方法的使用場合極其有限。我們日常生活中常見到的基于柯式音法的水銀式血壓計以及基于示波法的電子血壓計大多是袖帶式的，由于存在充放氣的過程，故無法長時間測量人體血壓的連續(xù)值�，F有無創(chuàng)的動脈壓波形測量方法研究主要集中在脈搏波測量法和超聲法兩種。圖1-2脈搏波傳遞時間示意圖（1）脈搏波測量法如圖1-2所示，脈搏波傳遞時間（PulseTransmitTime，PTT）是通過計算鎖骨下動脈（動脈開始端）和股動脈（動脈結束端）的脈搏時間差，并已知該段血

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文7的像具有良好的對比度（~10×）和較高的分辨率（100μm），該成果可應用在高分辨率的短程超聲成像。圖1-10D.A.Horsley課題組制作的微型超聲傳感器陣列為克服壓電超聲傳感器普遍存在的帶寬不足問題，2015年新加坡國立大學的C.K.Lee課題組[17]使用PZT壓電陶瓷設計并制作了一種大長寬比結構傳感器，如圖1-11所示，可在較窄頻率范圍內同時激發(fā)多種振動模態(tài)，實驗測得該器件在水中具有95%的-6dB帶寬，遠高于傳統(tǒng)超聲波器件，工作時可同時保證較高的像深和軸向分辨率，具備替代傳統(tǒng)超聲成像傳感器的潛力。圖1-11C.K.Lee課題組制作的超高帶寬微型超聲波傳感器國內也圍繞這一方面進行了研究，2008年，中科院聲學所的郝震宏團隊[18]使用氧化鋅薄膜制作了微型超聲傳感器，測得諧振頻率為71.36kHz，并進行了初步的發(fā)射接收實驗。2013年，蘇州醫(yī)工所的李章劍團隊[19]通過有限元分析了微型壓電超聲傳感器各組成部分的厚度影響規(guī)律，并通過改變匹配層厚度改善了傳感器的輻射聲場特性。同年，任天令課題組[20]在2013年使用鋯鈦酸鉛研制出了超高密度的壓電超聲傳感器陣列，如圖1-12所示，振元間距僅20μm，同時開發(fā)了厚壓電膜沉積、低應力硅-硅鍵合和體硅去除等關鍵制造工藝，該傳感器可應用于高質量的三維醫(yī)學成像。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]面向骨質損傷輔助治療的柔性壓電超聲換能器研究[D]. 朱奇峰.蘇州大學 2018
[2]超聲換能器聲匹配層設計方法及其聲學特性研究[D]. 牛今丹.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[3]基于PZT厚膜的MEMS超聲換能器[D]. 張晉弘.中國科學技術大學 2009
[4]磁控濺射制備Al膜和Cu膜的結構與性能研究[D]. 程丙勛.四川大學 2007



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