迈向基于全印刷柔性换能器低频特征提取的新型超声系统

超声是医疗健康中的关键技术，正被探索用于无创、可穿戴、连续监测生命体征。然而，其在这一场景中的广泛应用仍受限于当前设备的尺寸、复杂性与功耗。此外，此类应用要求适应人体解剖结构，而当前换能器技术难以实现。本文提出一种基于全印刷、无铅、柔性聚合物超声换能器的新型超声系统原型，其弯曲半径有望良好适应人体解剖结构。我们的应用场景聚焦于连续血流监测。我们实现了硬件包络滤波器，以高效地将高频超声信号搬移到较低频谱。这降低了计算与功耗需求，而对本文所提任务几乎无性能退化。我们在一个模拟人体血流的装置上验证方法：使用流动体模与蠕动泵模拟 3 种不同心跳节律：60、90 与 120 次每分钟。我们的超声装置从设定泵频中重建蠕动泵频率，误差小于 0.05 Hz（3 bpm），原始回波与包络回波均如此。模拟预处理显示出超过 6 倍的信号带宽缩减潜力：在 12.5 MHz 激励的换能器脉冲回波信号被降至约 2 MHz。从而能以廉价方式让消费级 MCU 在 mW 级功耗范围内采集与处理信号。