一种辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器及其制备方法

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器及其制备方法。

背景技术

主动脉是体循环中的主干血管，主动脉瓣位于左心室和主动脉之间，是抑制射入主动脉的血流回流入左心室的薄膜，承担着压力与损耗。主动脉瓣病变会严重威胁生命安全。TAVR(transcatheter aortic valve replacement,经导管主动脉瓣置换术)相比于传统的开胸手术，以介入方法植入支架替换病变瓣膜，该手术将人工瓣膜经过主动脉输送到靠近左心室的位置，在主动脉瓣处释放，以人工瓣膜替代原生的瓣膜进行工作，无需开胸对身体损伤小。

瓣周漏等是TAVR术后的主要并发症之一。目前为避免此类并发症，TAVR手术的决策过程大多基于术前和术中成像的测量结果。术前规划主要方式为，通过术前成像的测量结果，判断与评估人工瓣膜的型号选择与植入位置。此种评估方法缺乏定量判断的数值依据，缺少直观的能够预见结果的判断方法。针对这一问题，提出了通过患者CT医疗影像构建出患者特异性的主动脉三维模型。例如，现如今的3D打印技术可以通过CT数据建立起患者的医疗3D模型，使用3D打印的器官模型可以增强3D可视化，并增加对生物假体瓣膜和患者原生解剖之间物理相互作用的理解，改善术前规划。然而，3D打印技术打印出器官模型后，仍然需要经验非常丰富的医生结合自身的临床经验进行术前规划。因此，如果能够给予医生更直观、定量的辅助信息，从而辅助医生对生物假体瓣膜植入情况进行评估、对生物假体瓣膜尺寸选择和植入高度进行决策，将会更有利于主动脉瓣置换术前规划的有效及高效实施。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器及其制备方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器，其特征在于，包括：

PDMS柔性基底层；所述PDMS柔性基底层的上表面镀银；

第一电极层，其下表面粘结在所述PDMS柔性基底层的镀银层之上；

压电薄膜层；所述压电薄膜层的上下表面均镀银，其中下表面粘结在所述第一电极层之上；

第二电极层，其下表面粘结在所述压电薄膜层之上；

保护层，覆盖在所述压电薄膜传感器的整个上表面；

其中，所述第一电极层和所述第二电极层均通过引线将电信号向外输出。

在一个实施例中，本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器，其特征在于，所述第一电极层包括：铝银合金电极层。

在一个实施例中，本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器，其特征在于，所述第二电极层包括：铝银合金电极层。

在一个实施例中，本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器，其特征在于，所述压电薄膜层包括：PVDF压电薄膜。

在一个实施例中，本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器，其特征在于，所述保护层包括：固化的环氧胶水。

在一个实施例中，本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器，其特征在于，用于主动脉瓣置换术前规划。

第二方面，本发明提供了一种辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，包括：

制备固态的PDMS柔性基底层，并在所述PDMS柔性基底层上表面制备镀银层；

将第一电极层粘结在所述PDMS柔性基底层的镀银层上，并为所述第一电极层连接引线以向外输出电信号；

在所述第一电极层上表面粘结压电薄膜；所述压电薄膜的上下表面均镀银；

在所述压电薄膜的上表面的镀银层上粘结第二电极层，并为所述第二电极层连接引线以向外输出电信号；

在当前样品的整个上表面灌注环氧胶水并使其固化，得到制备完成的压电薄膜传感器。

在一个实施例中，本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，在所述第一电极层上表面粘结压电薄膜，包括：

将压电薄膜上下表面边缘处的镀银层去除，然后在所述第一电极层上表面粘结压电薄膜。

在一个实施例中，本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器的制备方法，其特征在于，所述将压电薄膜上下表面边缘处的镀银层去除，包括：

腐蚀掉压电薄膜的边缘处的镀银层。

本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器具有如下有益效果：

本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器为夹层式的结构，从下往上依次是压电薄膜传感器的柔性基底层、第一电极、压电薄膜层、第二电极和保护层。测量时，在主动脉根部模型内部放置本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器，该压电薄膜传感器采集放置位置的压力。根据采集到的压力，可以得到生物假体瓣膜与主动脉壁之间的压力二维分布图，由此为依据就可以直观地对生物假体瓣膜植入情况进行评估，从而辅助医生进行不同生物假体瓣膜尺寸选择和植入高度的决策。

以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器的构成3×3传感器阵列的结构示意图；

图3是利用本发明实施例提供的压电薄膜传感器所采集的压力可视化分布示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明实施例提供了一种辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器及其制备方法。

首先，对本发明实施例提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器进行详细的说明。如图1所示，本发明实施例提供的压电薄膜传感器包括；PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)柔性基底层、第一电极层、压电薄膜层、第二电极层和保护层。

其中，PDMS柔性基底层的上表面镀银。

第一电极层，其下表面粘结在PDMS柔性基底层的镀银层之上。

示例性的，第一电极层可以是铝银合金电极层。

压电薄膜层，压电薄膜层的上下表面均镀银，其中下表面粘结在第一电极层之上。

示例性的，压电薄膜层可以是PVDF(polyvinylidene difluoride，聚偏二氟乙烯)压电薄膜层。

第二电极层，其下表面粘结在压电薄膜层之上。

示例性的，第二电极层可以是铝银合金电极层。

保护层，覆盖在压电薄膜传感器的整个上表面。

示例性的，保护层可以是固化的环氧胶水。

第一电极层和第二电极层均通过引线将电信号向外输出。

本发明实施例提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器为夹层式的结构，从下往上依次是压电薄膜传感器的柔性基底层、第一电极、压电薄膜层、第二电极和保护层。测量时，在主动脉根部模型内部放置本发明提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器，该压电薄膜传感器采集放置位置的压力。根据采集到的压力，可以得到生物假体瓣膜与主动脉壁之间的压力二维分布图，由此为依据就可以直观地对生物假体瓣膜植入情况进行评估，从而辅助医生进行不同生物假体瓣膜尺寸选择和植入高度的决策。

优选地，本发明实施例提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器用于主动脉瓣置换术前规划。具体的，在主动脉瓣置换术前规划阶段，通过患者CT医疗影像构建出患者特异性的主动脉三维模型，将该主动脉三维模型进行3D打印，在打印好的主动脉三维模型上安装压电薄膜传感器，医生在主动脉三维模型上模拟TAVR手术，从而通过压电薄膜传感器在模拟TAVR手术过程中进行压力采集与监测，从而利用采集到的压力数据辅助医生进行患者特异性手术过程压力评估。

示例性的，在一种应用方式中，可以采用如图2所示的3×3阵列式排布的压电薄膜传感器阵列，该传感器阵列能够采集到9组不同位置的压力情况，由于阵列的基底为柔性基底，因此容易将其与打印好的主动脉三维模型进行匹配安装。安装好压电薄膜传感器阵列后，对采集到的9组数据进行归一化处理并可视化显示，可以得到如图3所示的生物假体瓣膜与主动脉壁之间的压力二维分布图。由此，医生可以直观地看到施术过程中的压力分布，从而参考压力分布情况对生物假体瓣膜植入情况进行评估、对生物假体瓣膜尺寸进行选择以及进行植入高度的决策，从而在术前预测并发症，以降低术后并发症和死亡率的风险。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器的制备方法，下面将对本发明实施例提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器的制备方法进行详细说明。

在实际应用中，为了使辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器采集到的不同位置的信息，使得决策结果更加准确，会采用如图2所示的压电薄膜传感器阵列来实现信息采集。本发明实施例将基于图2所示的3×3的传感器阵列结构介绍辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器的制作方法。需要说明的是，此制备方法对于制备单个压电薄膜传感器或制备多个压电薄膜传感器构成的传感器阵列都通用。

本发明实施例提供的辅助主动脉瓣置换的压电薄膜传感器的制备方法，包括以下步骤：

第一步：制备固态的PDMS柔性基底层，并在PDMS柔性基底层上表面制备镀银层。

示例性的，首先把固化剂和PDMS溶液按1:10的比例均匀混合形成混合PDMS溶液。然后将混合PDMS溶液经过1.5小时的抽真空处理以滤除溶液中的气泡。再然后将抽除气泡后的混合PDMS溶液涂抹在光滑玻璃片上使其自然散开。接下来将该涂抹了混合PDMS溶液的玻璃片放在35℃恒温加热板上加热3.5小时，得到固态的柔性PDMS基底。最后，对得到的固态的柔性PDMS基底上表面进行镀银操作。PDMS的弹性能够最大限度的保证振动的传递，且绝缘性能良好，能尽可能地使传感器发挥出最佳性能。

第二步：将第一电极层粘结在PDMS柔性基底层的镀银层上，并为第一电极层连接引线以向外输出电信号。

示例性的，在PDMS柔性基底层的镀银层上规划3*3阵列排布的压电薄膜传感器的位置，规划规则为使得每两个相邻的压电薄膜传感器间的距离为3mm。需要说明的是，此实施例中制备的压电薄膜传感器是直径为3mm的圆形传感器。因此，首先选取9个直径为3mm的圆形电极片，在选取的电极片的下表面分别涂抹高浓度速干型导电银浆。将这些涂抹了导电银浆的电极片分别粘贴到提前规划好的位置上，形成第一电极层并分别从每个第一电极层连接引线以向外输出电信号。

可选地，第一电极层采用铝银合金电极层。

第三步：在第一电极层上表面粘结压电薄膜；压电薄膜的上下表面均镀银。

示例性的，首先选取9块直径为3mm的圆形压电薄膜，选取的压电薄膜的上下表面均镀银。进一步的，将每一个压电薄膜上下表面边缘处的镀银层去除，保证压电薄膜的上下表面导电层的物理分离。去除压电薄膜的边缘镀银层后，可以使用万用表对压电薄膜进行检测，查看压电薄膜的上下导电层是否存在短路现象。直至确认压电薄膜不存在短路现象后，在第一电极层的上表面粘结压电薄膜。

其中，将压电薄膜上下表面边缘处的镀银层去除，可以通过腐蚀掉压电薄膜的边缘处的镀银层的方法来实现。

可选的，压电薄膜可以是PVDF压电薄膜。PVDF压电薄膜与传统的压电材料相比，具有频响宽(0-500MHz)、动态范围大(10

由于普通的PVDF压电薄膜厚度小，柔软度高，且表面所镀的导电层很薄，不能采用焊接等常规方式连接第一电极层，因此本发明实施例在每个PVDF压电薄膜的下表面涂抹高浓度速干型导电银浆后将PVDF压电薄膜粘贴到第一电极层的上表面，形成PVDF压电薄膜层。

第四步：在压电薄膜的上表面的镀银层上粘结第二电极层，并为第二电极层连接引线以向外输出电信号。

同样的，可以先选取9个直径为3mm的圆形电极片，分别在每个PVDF压电薄膜的上表面的镀银层上涂抹高浓度速干型导电银浆后，将选取的电极片分别粘贴到PVDF压电薄膜的上表面，形成第二电极层，并分别为每个第二电极层连接引线以向外输出电信号。

可选地，第二电极层采用铝银合金电极层。

第五步：在当前样品的整个上表面灌注环氧胶水并使其固化，得到制备完成的压电薄膜传感器。

具体的，在当前样品的上表面灌注一层环氧胶水，加固PDMS柔性基底和PVDF压电薄膜的粘贴并起到保护PVDF压电薄膜的作用。需要注意的是，灌注环氧胶水时需要在薄膜表面施加一定的压力，来保证压电薄膜与环氧胶水形成的保护层之间的粘结。环氧胶水固化后就得到制备完成的压电薄膜传感器。

在实际应用中，在开始使用压电薄膜传感器进行压力数据测量之前，可以先对制备的压电薄膜传感器进行标定。标定时将压电薄膜传感器放在测力计平台上，对压电薄膜传感器施加不同大小的力，通过置于传感器下方的数字标尺记录所施加的力，并通过记录的力与接触面积来计算压强并对其进行标定。

压电薄膜传感器标定好之后，可以通过电荷放大器连接数据采集卡对信号进行采集，记录信号值并根据标定的标准值进行比对，可以得出每个阵元的压力值，对其进行归一化处理，可以得到压力分布。

本发明实施例中，压电薄膜与保护层粘结性良好，结构稳定，不仅能确保振动的最大限度传递，还能保证设计的传感器具有较高的抗冲击性与抗氧化性，柔韧性几乎与PVDF压电薄膜的高柔韧性一致，十分适用于生物组织的结构表面。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。