基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置及其方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置及其方法，其特征在于，该监测装置包括一心脏冠状动脉支架、两集成电路和一外部处理设备；所述心脏冠状动脉支架作为天线使用，两所述集成电路分别固定设置在所述心脏冠状动脉支架的血管的入口和出口处；每一所述集成电路均包括一能量供应模块、一压力传感器、一存储器、一数据处理器和一第一射频收发模块，每一所述能量供应模块用于为所述集成电路供电；所述压力传感器将检测到的血压信号经所述存储器传输至所述数据处理器，所述数据处理器将血压信号转化为数字信号，并通过所述第一射频收发模块将数字信号经所述心脏冠状动脉支架传输到所述外部处理设备。本发明可以广泛应用于心血管疾病的状态监测中。
【专利说明】
基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置及其方法
技术领域
[0001] 本发明是关于一种基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置及其方法，涉及医疗 监测技术领域。
【背景技术】
[0002] 当今社会，生活节奏的加快以及不科学的饮食习惯、自我保健意识的缺乏等因素， 导致心血管疾病发病率越来越高，全世界每年死于心血管疾病的人数高达1500万人，居各 种死因首位。目前，我国心血管疾病患者已经超过2.7亿人，我国每年死于心血管疾病近300 万人，占我国每年总死亡病因的51%，且伴随人口老龄化趋势，心血管患病率还在持续上升 中。
[0003] 心血管疾病具有"发病率高、死亡率高、复发率高，并发症多"的特点，冠心病是心 血管疾病中较常见的一种，它是供给心脏营养物质的血管一冠状动脉发生严重粥样硬化或 痉挛，使冠状动脉狭窄或阻塞，形成血栓，造成管腔闭塞，导致心肌缺血缺氧或梗塞的一种 心脏病，亦称缺血性心脏病，在临床上主要表现为心绞痛或心肌梗塞。冠心病的治疗方式一 般分为药物治疗、外科手术和介入治疗三大类。药物治疗虽有诸多优点，但是周期长、见效 慢、副作用大，常规的药物难以消除动脉内壁积累的大量脂类斑块从而使血管畅通。心脏冠 状动脉支架是冠心病手术中最重要的部分，心脏冠状动脉支架介入手术完成后，需要定期 进行复查。目前，心脏冠状动脉支架一般是独立介入，其上不再附加任何其他部件。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种体积小，辐射小，同时可以对心脏冠状动 脉支架血管的血压进行实时监测的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置及其方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种基于心脏冠状动脉支架的压强 差监测装置，其特征在于，该监测装置包括一心脏冠状动脉支架、两集成电路和一外部处理 设备;所述心脏冠状动脉支架作为天线使用，两所述集成电路分别固定设置在所述心脏冠 状动脉支架的血管的入口和出口处;每一所述集成电路均包括一能量供应模块、一压力传 感器、一存储器、一数据处理器和一第一射频收发模块，每一所述能量供应模块用于为所述 集成电路供电；所述压力传感器将检测到的血压信号经所述存储器传输至所述数据处理 器，所述数据处理器将血压信号转化为数字信号，并通过所述第一射频收发模块将数字信 号经所述心脏冠状动脉支架传输到所述外部处理设备。
[0006] 进一步，所述外部处理设备包括发射天线、接收天线、第二射频收发模块、处理器、 传输模块和工作站，由所述第二射频收发模块经所述发射天线向体内的所述集成电路发射 电磁波传输能量，同时经所述接收天线接收体内所述集成电路发向体外的血压信号，所述 射频收发模块将接收到的血压信号经所述处理器和传输模块发送至所述工作站。
[0007] 进一步，所述心脏冠状动脉支架包括两个以上的横向支撑结构和若干纵向支撑结 构，每一所述横向支撑结构均由一金属丝弯曲形成环形支架，相邻两所述环形支架之间通 过若干交错设置的所述纵向支撑结构固定连接，使支架撑开后形成网状结构，所述心脏冠 状动脉支架由等长的两节支架构成，每节所述支架的一端均与一所述集成电路输出端连 接，每节所述支架的另一端分别设置有绝缘材料。
[0008] 进一步，所述环形支架采用正弦波结构或锯齿波结构。
[0009] 进一步，所述心脏冠状动脉支架作为天线的谐振频率f设置为：
[0010] 7 = C1N + C2n + C\l J
[0011] 式中，N为环形支架的数量、η为环形支架中波形的起伏数量、1为纵向支撑结构的 长度、Cl、C2和C3均为正系数。
[0012] 进一步，两所述集成电路设置在一长条形结构上，长条形集成电路沿所述心脏冠 状动脉支架轴向布置。
[0013] 进一步，每一所述集成电路均采用分段式结构，分段式集成电路沿心脏冠状动脉 支架轴向布置。
[0014] 进一步，每一所述集成电路均采用方形结构，包裹在其外部的生物可兼容性外壳 采用圆形结构。
[0015] 进一步，每一所述集成电路均采用环形结构，环形集成电路所在平面与所述心脏 冠状动脉支架的切面平行。
[0016] -种基于所述压强差监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下内容：1)设置一 包括有压力传感器、数据处理器、第一射频收发模块和外部处理设备的压强差监测装置，其 中，外部处理设备包括接收天线、第二射频收发模块、处理器、传输模块和工作站;2)两个压 力传感器分别采集心脏冠状动脉支架血管两端的血压信号，并分别通过相应数据处理器处 理后传输至第一射频收发模块，两第一射频收发模块对接收的血压信号分别进行调制后通 过天线发送到外部处理设备;3)接收天线将接收到的心脏冠状动脉支架血管两端的血压信 号经第二射频收发模块进行解调后并经处理器处理后发送到工作站。
[0017] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明包括心脏冠状动脉支 架、两集成电路和外部处理设备，两集成电路分别固定设置在心脏冠状动脉支架血管的入 口和出口处对心脏冠状动脉支架血压进行实时监测，可以获得心脏冠状动脉支架内血压情 况，通过心脏冠状动脉支架血管两端的压强差能够有效地对心脏冠状动脉支架的工作状态 进行监测。2、本发明由于采取实时检测的方式，病人无需去医院做造影即可了解自身健康 状况，降低了成本和风险，减少了患者的痛苦，使医生得到的反馈更加快速有效。3、本发明 可以在手术治疗植入支架的同时植入集成电路，避免病人二次手术的痛苦。本发明可以广 泛应用于心血管疾病的状态监测中。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明的集成电路结构示意图；
[0019] 图2是本发明的数据处理器采用NRF51822芯片时的结构示意图；
[0020]图3是本发明的外部处理设备结构不意图；
[0021]图4是本发明心脏冠状动脉支架采用锯齿波形状结构示意图。
【具体实施方式】
[0022] 以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更 好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
[0023] 如图1所示，本发明的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置，包括一心脏冠状 动脉支架、两集成电路和一外部处理设备；心脏冠状动脉支架作为天线用于进行能量和信 号传输，两集成电路分别固定设置在心脏冠状动脉支架血管的入口和出口处，每一集成电 路均包括一能量供应模块、一压力传感器、一存储器、一数据处理器和一第一射频收发模 块。每一能量供应模块经作为天线的冠状动脉支架通过第一射频收发模块接收由外部处理 设备辐射至体内的电磁波，通过无线射频能量收集的方式为集成电路上其他部件供电。压 力传感器将检测到的血压信号传输至存储器进行存储，数据处理器可从存储器读取数据， 将其转化为数字信号，并加载集成电路ID、时间戳等信息，通过第一射频收发模块将数字信 号经作为心脏冠状动脉支架的天线传输到外部处理设备，完成数据测量、信号发射功能。其 中，能量供应模块还可以采用微型电池作为替代，以便直接为集成电路上的各部件供电。 [0024] 在一个优选的实施例中，如图2所示，数据处理器可以采用NORDIC公司生产的 NRF51822芯片。该芯片ADC转换引脚J6并联连接两压力传感器，VDD电源引脚Jl连接能量供 应模块，XC1、XC2引脚J37-J38连接时钟电路，￥00_?厶^犯1^阶2引脚130-132连接第一射频 收发模块，P0.0 1引脚J5连接电源检测电路，DECl引脚J39经第三电容C3接地;VSS引脚J33、 J34并联后接地，VSS引脚J33、J34并联后连接能量供应模块，位于AVDD引脚与VSS引脚之间 并联第四电容C4』EC2引脚J29经第十电容ClO与EXP_GND引脚J49连接后接地;VSS引脚J13 接地，SWCLK引脚经第三电阻R3接地。
[0025]其中，时钟电路包括第一电容CU第二电容C2和晶振XI，晶振Xl控制端管脚1经第 二电容C 2接地，晶振X1输出端管脚2经第一电容C1接地；晶振X1控制端管脚1还连接至 NRF51822芯片的XCl引脚J37,晶振Xl输出端管脚2还连接至NRF51822芯片的XC2引脚J38。 [0026] 电源检测电路包括第一电阻RU第二电阻R2和电容C13,第一电阻Rl-端接高电平 (即能量供应模块），第一电阻Rl另一端经第二电阻R2接地;位于第二电阻R2两端并联电容 (：13，且第一电阻1?1另一端与第二电阻1?2之间通过导线连接至置?51822芯片的？0.01引脚 J5。
[0027]在一个优选的实施例中，如图3所示，外部处理设备包括发射天线、接收天线、第二 射频收发模块、处理器、传输模块和工作站。由第二射频收发模块经发射天线向体内的集成 电路发射电磁波传输能量，同时并经接收天线接收体内的集成电路发向体外的血压信号； 第二射频收发模块将接收到的血压信号经处理器、传输模块发送至工作站，以备后续使用。 其中，工作站可以采用智能手机、智能手表等移动终端。
[0028]在一个优选的实施例中，工作站内设置有信号处理系统，信号处理系统计算安装 有心脏冠状动脉支架的血管两端的压强差，并判断在预设时间内获取的压强差是否在预设 范围内，从而判断安装有心脏冠状动脉支架的血管是否出现了再狭窄的现象。
[0029]在一个优选的实施例中，如图4所示，心脏冠状动脉支架包括两个以上的横向支撑 结构1和若干纵向支撑结构2,每一横向支撑结构1均由一金属丝弯曲形成环形支架;相邻两 环形支架之间通过若干交错设置的纵向支撑结构2固定连接，使支架撑开后形成网状结构。 环形支架可以采用正弦波结构或锯齿波结构。心脏冠状动脉支架由等长的两节支架构成， 每节支架的一端均与一集成电路输出端连接，由两节支架构成集成电路天线的两极进行馈 电。其中，在每节支架的另一端分别设置有绝缘材料，通过绝缘材料固定该节支架结构的稳 固性。在本实施例中，该心脏冠状动脉支架作为天线时，其辐射性能更好，频带更宽。
[0030] 心脏冠状动脉支架作为天线的谐振频率f设置为：
[0031]
[0032] 式中，N为环形支架的数量、η为环形支架中波形的起伏数量、1为纵向支撑结构的 长度、C1 XdPC3均为正系数。其中，Ν、η和1越大，谐振频率越小。使用时，由于不能调整心脏 冠状动脉支架的尺寸，所以通过调整环形支架的数量Ν、环形支架中波形的起伏数量η以及 纵向支撑结构的长度1来调整天线的谐振频率。
[0033] 在一个优选的实施例中，每一集成电路外部包裹有生物可兼容性外壳。每一集成 电路可以通过一固定栓固定在心脏冠状动脉支架外侧，固定栓的一端焊接在集成电路的焊 盘上，另一端与心脏冠状动脉支架外壁连接在一起;固定栓暴露在生物可兼容性外壳外面， 生物可兼容性外壳能避免产生人体的排异反应。优选的，生物可兼容性外壳有一定柔韧性， 可以弯曲。生物可兼容性外壳的材料优选采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)。制作时，可将集成电 路放在模具中，用聚二甲基硅氧烷进行填充封装，把固定栓留在外面从而制备出带生物可 兼容性外壳和固定栓的集成电路。
[0034] 在一个优选的实施例中，固定栓和心脏冠状动脉支架的焊点处还可以覆盖有生物 可兼容性药膜。由于固定栓和心脏冠状动脉支架的焊接可能会破坏心脏冠状动脉支架外面 的生物可兼容性外壳，在固定栓和心脏冠状动脉支架焊接处覆盖一层药膜，可进一步防止 人体的排异反应发生。
[0035] 在一个优选的实施例中，每一集成电路均由柔性电路板和形成在该柔性电路板上 由晶圆制成的各模块电路芯片制成，以适应体积限制，并能随心脏冠状动脉支架形状的变 化进行弯曲，但是其长度不超过心脏冠状动脉支架长度，且为了不堵塞血管，其截面积不超 过0.3mmX0.1 mnin
[0036] 在一个优选的实施例中，两集成电路设置在一长条形结构上，长条形集成电路沿 心脏冠状动脉支架轴向布置;每一集成电路均可以采用分段式结构，分段式集成电路沿心 脏冠状动脉支架轴向布置，集成电路外部包裹有生物可兼容性外壳;每一集成电路均可以 采用方形结构，包裹在其外部的生物可兼容性外壳采用圆形结构;每一集成电路均可以采 用环形结构，环形集成电路所在平面与心脏冠状动脉支架的切面平行。
[0037] 下面通过具体实施例详细说明采用本发明的基于心脏冠状动脉支架的压强差监 测装置对冠心病患者的血压进行监测的具体过程：
[0038] 1、两个压力传感器分别采集心脏冠状动脉支架血管两端的血压信号，并分别通过 相应数据处理器处理后传输至第一射频收发模块，两第一射频收发模块对接收的血压信号 分别进行调制后通过天线发送到外部处理设备。
[0039] 2、接收天线将接收到的心脏冠状动脉支架血管两端的血压信号经第二射频收发 模块进行解调后，并经处理器处理后发送到工作站。
[0040]在具体实施例中，采用本发明的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置对心脏 冠状动脉支架工作状态进行检测的过程：
[0041] 设置在工作站内的信号处理系统将接收的安装有心脏冠状动脉支架的血管两端 的压强差与预设值进行比较，如果在设定时间内心脏冠状动脉支架血管两端的压强差处于 预设范围内，确定心脏冠状动脉支架工作状态良好，认为安装有心脏冠状动脉支架的血管 没有发生再狭窄现象;如果在设定时间内心脏冠状动脉支架血管两端的压强差不在预设范 围内，确定心脏冠状动脉支架工作状态出现异常，认为安装有心脏冠状动脉支架的血管发 生再狭窄现象。另外，可以根据获取的心脏冠状动脉支架血管两端的压强差作为参考值进 一步了解心脏冠状动脉支架的工作情况。
[0042] 上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都 是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除 在本发明的保护范围之外。
【主权项】
1. 一种基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置，其特征在于，该监测装置包括一心 脏冠状动脉支架、两集成电路和一外部处理设备； 所述心脏冠状动脉支架作为天线使用，两所述集成电路分别固定设置在所述心脏冠状 动脉支架的血管的入口和出口处;每一所述集成电路均包括一能量供应模块、一压力传感 器、一存储器、一数据处理器和一第一射频收发模块，每一所述能量供应模块用于为所述集 成电路供电；所述压力传感器将检测到的血压信号经所述存储器传输至所述数据处理器， 所述数据处理器将血压信号转化为数字信号，并通过所述第一射频收发模块将数字信号经 所述心脏冠状动脉支架传输到所述外部处理设备。2. 如权利要求1所述的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置，其特征在于，所述外 部处理设备包括发射天线、接收天线、第二射频收发模块、处理器、传输模块和工作站，由所 述第二射频收发模块经所述发射天线向体内的所述集成电路发射电磁波传输能量，同时经 所述接收天线接收体内所述集成电路发向体外的血压信号，所述射频收发模块将接收到的 血压信号经所述处理器和传输模块发送至所述工作站。3. 如权利要求1所述的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置，其特征在于，所述心 脏冠状动脉支架包括两个以上的横向支撑结构和若干纵向支撑结构，每一所述横向支撑结 构均由一金属丝弯曲形成环形支架，相邻两所述环形支架之间通过若干交错设置的所述纵 向支撑结构固定连接，使支架撑开后形成网状结构，所述心脏冠状动脉支架由等长的两节 支架构成，每节所述支架的一端均与一所述集成电路输出端连接，每节所述支架的另一端 分别设置有绝缘材料。4. 如权利要求3所述的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置，其特征在于，所述环 形支架采用正弦波结构或锯齿波结构。5. 如权利要求3或4所述的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置，其特征在于，所 述心脏冠状动脉支架作为天线的谐振频率f设置为：式中，N为环形支架的数量、η为环形支架中波形的起伏数量、1为纵向支撑结构的长度、 Cl、C2和C3均为正系数。6. 如权利要求1或2或3或4所述的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置，其特征在 于，两所述集成电路设置在一长条形结构上，长条形集成电路沿所述心脏冠状动脉支架轴 向布置。7. 如权利要求1或2或3或4所述的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置，其特征在 于，每一所述集成电路均采用分段式结构，分段式集成电路沿心脏冠状动脉支架轴向布置。8. 如权利要求1或2或3或4所述的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置，其特征在 于，每一所述集成电路均采用方形结构，包裹在其外部的生物可兼容性外壳采用圆形结构。9. 如权利要求1或2或3或4所述的基于心脏冠状动脉支架的压强差监测装置，其特征在 于，每一所述集成电路均采用环形结构，环形集成电路所在平面与所述心脏冠状动脉支架 的切面平行。10. -种基于如权利要求1~9任一项所述压强差监测装置的监测方法，其特征在于，包 括以下内容： 1) 设置一包括有压力传感器、数据处理器、第一射频收发模块和外部处理设备的压强 差监测装置，其中，外部处理设备包括接收天线、第二射频收发模块、处理器、传输模块和工 作站； 2) 两个压力传感器分别采集心脏冠状动脉支架血管两端的血压信号，并分别通过相应 数据处理器处理后传输至第一射频收发模块，两第一射频收发模块对接收的血压信号分别 进行调制后通过天线发送到外部处理设备； 3) 接收天线将接收到的心脏冠状动脉支架血管两端的血压信号经第二射频收发模块 进行解调后并经处理器处理后发送到工作站。
【文档编号】A61B5/0215GK105943006SQ201610392944
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】任勇, 吴巍巍, 史清宇, 刘磊, 王景璟, 李 灿, 孟越, 马骏, 李亮
【申请人】任勇