基于悬式振膜阻尼特性的心血管血流参量检测光纤微传感器基础研究

基本信息
批准号:61801030
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:23.50
负责人:张雯
学科分类:
依托单位:北京信息科技大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:朱桂贤,韩静,刘佳,李泽萱,张鑫鹏,卢建中,孟帅
关键词:
光纤传感微纳机电系统技术悬式振膜血流参量检测粘性阻尼特性
结项摘要

Cardiovascular blood flow and blood viscosity are vital life parameters, which are significant for accurate diagnosis and medical treatment of cardiovascular diseases. However, current technical bottlenecks including one-sided parameters, discontinuous measurement, and crucial parameters missing, seriously affect the medical treatment, even endanger the life of patients..In this project, an optical fiber microsensor featuring a suspension vibrating membrane is proposed, whose main scientific focus is on the viscous damping vibration principle and mechanism of the micro-scale suspension vibrating membrane in non-newtonian fluid. The research method is a combination of theoretical analysis, dynamics modeling, numerical simulation, and experimental research. The scientific research will be carried out by applying basic theories including unsteady hemodynamics, multilayer irregular plate and shell vibration theory, and the weak laser analysis and processing. Main research contents and innovations are: (1) sensing models and matching mechanism of cardiovascular blood flow fluctuation and blood viscosity; (2) design and optimization of the suspension vibrating membrane; (3) microsensor precision forming and biocompatibility encapsulation; (4) real-time detection system and simulation performance test of blood flow parameters..Featuring the novelty of structure, principle, and application, this project proposes a novel optical fiber microsensor for cardiovascular blood flow parameters measurement based on damping characterization of a suspension vibrating membrane, which not only has strong theoretical research value and broad application prospects, but also provides new theoretical and technical solutions for the detection and monitoring of complex, extreme, and severe working conditions of other similar research fields.

心血管血流波动及血液粘稠度是重要的体征参数,对心血管疾病精准诊疗意义重大。然而现有仪器存在指标反映片面、测量过程不连续、重要参数缺失等技术瓶颈,严重影响诊疗效果,甚至危及患者生命。.本项目以非牛顿流体内微尺度悬式振膜多场耦合粘性阻尼振动规律及机制为主要科学问题,提出一种悬式振膜光纤微传感器。采用理论分析、动力学建模、数值模拟、实验研究相结合的研究方法,应用非定常血流动力学、多层不规则板壳振动理论、弱激光分析与处理等基本理论开展研究。主要研究内容及创新点:(1)心血管血流波动及血液粘稠度传感模型与匹配机制;(2)悬式振膜结构设计及优化分析;(3)微传感器精密成型与生物相容性封装;(4)血流参量实时检测系统及模拟性能测试。.本项目提出血流参量检测光纤微传感器新结构、新原理、新应用,具有很强的理论研究价值及广泛的应用前景,并为其他相似领域的复杂恶劣工作环境检测与监测提供了新的解决思路和技术途径。

项目摘要

针对临床心血管血流参量检测过程中存在的指标反应片面、测量过程不连续、重要指标缺失等技术瓶颈,本项目将光纤传感技术与MEMS传感技术与相结合并进一步扩展,考虑心血管血流环境的复杂性与特殊性,提出一种基于悬式振膜阻尼特性的心血管血流参量检测光纤微传感器,利用位移相干检测融合粘性阻尼振动模型,实现心血管血流波动与血液粘稠度参量的实时检测与监测。.项目执行周期三年,取得的主要研究进展如下:(1)针对心血管血流环境流场特征及动力学特性,研究了基于变腔长光纤F-P干涉结构的瞬态微压检测模型和基于粘性阻尼MEMS不规则膜系振动的非牛顿流体粘滞系数检测模型。(2)开展了悬式振膜结构设计,并以灵敏度为提升目标,进行了支承方式与悬臂结构等参数优化;仿真分析了多场耦合作用下的悬式振膜干涉模型,实现了相干特性的光谱可视化。(3)开展了基于光纤传感与MEMS工艺的微传感器精密成型研究,试制了微传感器样件,并实现了使用高性能聚烯烃热塑弹性体材料的生物相容性封装。(4)模拟血液流场环境,设计并搭建血流参量实时检测系统,调节流体脉动频率、流量、温度等关键参数进行模拟性能测试,结合多光束干涉时频转换与滤波算法,对温度漂移信号进行实时补偿分析。.在本项目的支持下,研究团队共发表SCI/EI检索论文12篇,申请国家发明专利30余项,其中7项已授权,项目组研究成员均取得了较大的学术收获和个人进步。本项目研究的血流参量检测光纤微传感器及其关键技术,不仅适用于精准医学信息获取与处理领域,在其他相似领域的复杂恶劣工作环境检测与监测中也有广泛的应用前景。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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