专利名称：用于免用手操作的超声的方法和装置的制作方法
用于免用手操作的超声的方法和装置
本申请涉及诊断领域。其具有与超声监测相关的具体应用并且将通过 具体参考超声监测来进行描述。然而，要意识到，下述还应用于结合超声 成像、测试、治疗等。
超声系统是有价值的诊断工具，其用于实时地提供关于患者状况(诸 如血流、心跳、组织运动等)的关键信息。典型地，超声诊断系统采用例 如基于多普勒效应的无创技术。在这种系统中，测量的高准确度与诊断程 序的简单性相结合。典型地，医学专业人员通过利用手动探头或换能器通 过施加压力和改变探头位置来执行超声。
另外，多普勒系统可以用于在紧急情况下、在手术期间、在ICU中等
检测患者的脉搏和测量血流。在这些情况中，除了其他医务人员之外，还 要求有专门负责超声机器的医学专业人员在场。类似地，在许多超声的治 疗应用中，需要操作者将换能器保持在身体的特定部位。这代价很高，而 且，研究已表明，这会引起不期望的医务人员的健康恶化，诸如因需要在 换能器上施加恒定压力而引起的重复性应激损伤。将换能器直接附接至患 者的皮肤可以避免医务人员的额外工作量并且使得超声监测更具有吸引 力。
一种方法为利用粘合绷带等将超声换能器附接至患者的皮肤。然而， 这种技术并未将超声换能器与患者的皮肤完好地声学耦合。另一方法为将 凝胶衬垫放置在换能器和皮肤之间。又一方法为将常规声学耦合凝胶涂在 皮肤上并且在其之上应用超声换能器。声学衬垫是不利的，因为在衬垫和 皮肤的裂纹之间限定有气包，这会引起过度的声学反射。声学耦合凝胶是 不利的，因为它很滑且可能许可换能器相对于皮肤的移动。
本申请提供新的改进的方法和装置，其克服了上述引用的问题和其他 问题。根据一个方面，公开了一种安装在皮肤上的设备，其包括声学模块和 附接组件。声学耦合层将该模块附贴并声学耦合至皮肤。
根据另一方面，公开了一种声学监测的方法。利用声学耦合层使声学 模块与患者的皮肤附贴并声学耦合。利用该模块发射并接收声学信号以监 测患者的生理参数。
一个优点在于免用手操作的机构，其将超声传感器附贴至皮肤。
在阅读和理解下述详细描述的基础上，本领域普通技术人员将会意识 到本发明的更进一步的优点。
本发明可以由各种部件和部件布置以及各种步骤和步骤布置而变得明 显。附图仅用于图示说明优选实施例的目的，而不应被解释为限制本发明。 图l是超声系统的图解说明， 图 2 是超声组件的底视图 的图解说明 ；
图3是超声系统的另一实施例的图解说明； 图4是监测系统的图解说明。
参考
图1和2，超声组件10包括医学、监测或生物特征设备12，诸如 基于多普勒效应的超声传感器，该超声传感器例如检测、测量和/或监测生 理参数。生理参数的示例为血流、心跳和组织运动。医疗设备12经由附接 组件16附接至患者14，附接组件16将医疗设备12牢固地附接至基面或患 者14的皮肤18。更特定地对第一实施例，附接组件16包括具有粘合材料 层22的衬垫20 (诸如儿科泡沫衬垫)，粘合材料层22将衬垫20与超声传 感器12—起粘附至患者的皮肤。在一个实施例中，超声传感器12包括压 电换能器，该压电换能器包括压电模块、元件或晶体24的阵列。每个压电 模块24包括安装至成形器或支撑30的发射器26和接收器28。成形器30 保持每个模块元件24具有充分的刚性，从而将每个元件24的每对发射器 和接收器之间的方位固定。当然，预期该模块包括收发器。压电模块24与 硬的但具有充分的柔性的覆盖层32相互连接，从而使得换能器可以与患者 的轮廓相符合。当然，对于成像换能器阵列，需要使所有的换能器彼此保 持预选的已知关系。尽管在示范性实施例中图示说明了压电换能器，本领域普通技术人员将意识到，可以采用表现出压电属性的任何其他类型的部
件或材料，从而使得该材料在通电时产生机械效应。还可以采用例如CMUT (电容式微加工超声换能器)的任何其他超声换能器。
将模块24围在柔性覆盖层32中，在一个实施例中，柔性覆盖层32为 柔性有机硅材料。例如，覆盖层32包括诸如T2⑧硅酮的刚性粘合材料层， 其覆盖超声组件10的上表面或第一表面40。附接组件16还包括声学耦合 层34，其设置在超声组件10的下表面或第二表面42，从而与皮肤18直接 接触。例如，耦合层34包括弹性材料层，该层充分发粘或具有粘性，从而 使其粘附至皮肤18，而且，尽管充分稳固以便于防止换能器的滑动，但该 层具有充分的流动性从而使其渗透皮肤中的裂纹并且将其填满，从而消除 了气包。耦合层34的材料具有声透射性，其基本上以声音在人类组织(水) 中的速度传输超声信号，并具有与组织的衰减和声阻抗相接近的相当低的 衰减和声阻抗。适当材料的示例为由Dow Coming制造的介电凝胶 Sylgard⑧。这种凝胶表示可以固化至诸如皮肤的极其柔软的材料的特殊密封 剂。固化凝胶保留了液体的大量应力、减荷(relief)和自愈性质，同时提 供弹性体的尺寸稳定性。如此配制和固化该凝胶，从而使得固化的凝胶的 表面自然地发粘，这允许该凝胶无需底漆就能获得物理粘附。
在一个实施例中，耦合层34为基本刚性的，具有很强的粘合性质。在 另一实施例中，利用外周的粘合附接将传感器有力地推进到皮肤上。
继续参考图2,导线50将超声传感器12连接至监视器单元(诸如CPR 单元52)。任选地，超声组件10可以包括电池、超声、发射/接收控制器和 用于无线通信(诸如体耦合通信)的无线发射器、蓝牙等。用于解释超声 回波的电路(诸如用于将回波数据连接到脉率中的电路)可以部分或全部 安装在超声组件10上。作为另一选项，可以将无线通信和电池模块拴系至 超声组件。
直接将超声组件IO粘附到患者14上防止了超声传感器12的移动并且 同时感测例如颈动脉中的多普勒能量。将超声组件IO从感测因换能器的移 动而生成的假性多普勒能量隔离开。此外，附接组件16的粘附性向医务人 员提供一自由度。具体地，在取脉搏时，医学专业人员可以将超声组件10 放在患者14上但不必将其保持在原位。进一步的脉搏检査可以在不具有对
8换能器组件的进一步个人关注的情况下执行。大的粘合接触面积减少了因
传感器线缆的张力而引起的运动。Sylgard⑧耦合材料提供良好的声学接触， 同时消除了皮肤接触面处的气泡，并且还不易损坏，从而使得长期存储不 成问题。该材料中的较低声速引起波束折射，从而允许更平坦的贴片设计， 因为晶体不必成很陡的角度。
折射增加了超声离开传感器的波束角度，需要其以得到强的多普勒成 分。这使得总体设计甚至更像平坦贴片，因为压电元件不必成很陡的角度 以获得波束离开传感器的很陡的出射角。
参考图3，压电模块24设置在覆盖层和声学耦合层32、 34之间。省略 了图1和图2的具有粘合层22的衬垫20。声学耦合层34包括诸如Sylgard 的粘性弹性有机硅材料。柔性覆盖层32包括诸如T2⑥的刚性无粘性有机硅 材料。在另一实施例中，覆盖层和声学耦合层32、 34都包括诸如Sylgard 的弹性有机硅材料。覆盖层32包括非粘性材料(诸如Teflon)的薄外层以 方便手动操纵。
Sylgard 527⑧提供对皮肤的良好粘合附接，确保不存在气隙，可被去除 和再应用，并且甚至在干燥皮肤的条件下也提供良好的声学耦合。当然预 期可以采用具有适当的声学特性的其他耦合材料以及其他附接。作为另一 示例，可以更改Sylgard 527 的混合特性以平衡刚性/流动性/粘性。通常， 耦合材料需要具有超声波的低的声衰减和良好的声学接触，例如可以填满 皮肤的缝隙和轮廓的类似液体的表面。必须例如利用柔软的粘性材料来避 免接触表面处的气包。
发射器26/接收器28以相对于患者皮肤表面的预定取向安装在每个模 块24中。在替代方案中，可以在每个模块内安装单个发射器和多个接收器 或多个发射器和单个接收器。
通常，期望在模块24中定向发射器26/接收器28，从而使得例如沿颈 动脉上流至脑中的血流平行于发射器26/接收器28的取向。
在示范性实施例中，传感器包括多个模块。甚至在一个模块的发射器 26/接收器28并未适当地定向以测量血流的情况下，余下的发射器26/接收 器28也可以适当地覆盖颈动脉或其他选定的血管并且被定位以测量血液细 胞的流动。此外，多个模块24减少了将超声组件IO不适当地固定在患者上的风险。甚至在超声组件10被稍微偏离地定位情况下，发射器26/接收 器28的多样性也确保至少一对发射器/接收器充分定位于颈动脉之上以提 供检测脉搏的器件。
在上述方式中，执行对来自对象的超声传感器数据的免用手操作的收 集。上述可应用于多种超声成像模态(诸如B-模式、彩色多普勒、CW多 普勒、M-模式)、成像应用和非成像应用(诸如在心脏复苏尝试的过程中的 CPR引导的介入治疗期间的脉搏检测)。作为示例，上述的超声组件可以测 量CPR期间实际的血流以提供关于CPR质量的反馈。
例如，CPR单元52发射数字信号至超声传感器12，超声传感器12触 发发射器26发射CW信号至颈动脉中的血液细胞。反射信号由接收器28 接收。回波信号指示患者的脉搏，并且因而指示灌注，并且由CPR单元进 行处理以测量血流。例如，将回波信号与在统计上适合所接收到的返回的 信号的阈值相比较。如果回波信号高于该阈值，则回波信号指示脉搏并且 确定节律。相反地，如果回波信号低于该阈值，则回波信号不被认为指示 脉搏而是被认为是背景噪声或低速余流。基于所确定的节律和脉搏的缺失， CPR单元确定例如执行CPR是否可取。还可以利用适当的信号处理方法(包 括光谱分析、相关性分析等)对回波信号进行分析，从而更好地推断血流 的存在或缺失。
作为另一示例，在核医学门控研究(诸如心脏成像)中，超声组件10 用于对数据采集进行门控。免用手操作的超声监测提供了避免医学专业人 员对辐射的不必要照射。
上述装置和方法类似地可应用于动物成像、监领U、测试和治疗。当然， 预期可以针对动物的不同大小和/或解剖结构等采用这些装置。
再次参考图1并且进一步参考图4，超声组件10被用于包括第一工作 站112、第二工作站114和主机中心116的健康管理系统110中。第一工作 站或护理提供者工作站112位于例如护理提供者场所(诸如内科医生的办 公室或医院)，并且包括终端120。终端120的一个示例为个人计算机，其 包括适当的软件122 (诸如用户接口软件)和硬件124，用于与主机中心116 连接并且经由主机中心116与第二工作站114连接。终端120经由内联网 或本领域已知的其他连接而连接至第一服务器130。当然，预期为适于应用，健康管理系统110可以包括多个第一工作站
112、多个主机中心116和多个第二工作站114。
第一链路140提供第一工作站112和主机中心116之间的连接。可替 代地，第一工作站112为无线局域网(LAN)或无线广域网(WAN)的无 线工作站。
第二工作站或患者工作站114包括用户接口或患者接口 148，该接口包 括位于患者家中或住处的电视机150或其他患者显示设备。用户接口 148 还包括控制模块、处理器、算法或其他装置152 (诸如机顶盒)，其与电视 机150的视频显示器154连接。控制模块152将数据从模拟线缆、数字线 缆、卫星、数字用户线(DSL)或数字广播电视转换并显示为标准信道频率 (例如信道数)，用于例如在标准模拟电视机150上显示。在另一实施例中， 模块152经由RCA (Radio Corporation of America)或SCART (Syndicat des Constructeurs d'Appareils Radior6cepteurs et T616viseurs)连接器或接口直接 在电视机150上转换并显示数据，而无需将信号编码至电视信道频率上。 在一个实施例中，控制模块152还从线缆或卫星提供者或地方广播TV接收 无线或有线(onoroff-air)数字电视信号或常规模拟电视信号，用于在DTV 监视器上显示。控制模块152还经由第二链路156接收诸如数字电视格式 信号或模拟电视格式信号的信号以及来自主机中心116的患者信息信号。 第二链路156的示例为有线连接、无线连接、卫星连接、光纤光学连接等。
控制模块152经由切换设备、算法或装置160 (诸如本领域已知的音频 /视频(AV)切换设备)连接至视频显示器154。切换设备160提供来自显 示器154 (或VCR、 DVD等)的调谐器的电视接收和自/至主机中心116的 患者信息接收/发射之间的切换。可替代地，采用适合于向视频显示器154 提供接口的任何其他已知类型的输入设备。
例如，患者信息信号包括在视频显示器上显示的用于信息、动作等的 信息、指令和查询。患者信息信号包括视频和音频健康问题程序、音频程 序、视频消息和音频消息、发送健康或生物特征信息的提示等。用户接口 148还包括提供信号至红外收发器168的远程接口设备166。来自收发器168 的信号被提供至控制模块152,并且用作选择至视频显示器154的视频输入、 输入患者信息等。在一个实施例中，远程接口设备166为诸如常用于家庭
ii娱乐系统的设备的远程控制设备。在另一实施例中，远程接口设备166为 诸如键盘或鼠标的计算机输入接口设备。
主机中心116是集中式的，并且包括用于特定功能的各种服务器。主 机中心116的服务器的示例为提供相干视频内容至显示器154的视频服务 器172和收集并传递患者的生物特征测量结果的测量服务器174。主机中心 116包括主机中心终端176，其包括适当的硬件178、软件180和通信链路 182以实现第一工作站112和第二工作站114之间的连接。
还预期主机中心是分布式的，具有行使不同功能的不同部件或子中心。 可替代地，可以存在将多个第二工作站114与一个或多个第一工作站112 连接的多个主机中心116。
在一个实施例中，第二工作站114包括与患者14相关联的一组医学设 备12。例如，除超声组件10之外，医疗设备12可以包括体重计、血压设 备、心电图、脑电图、血氧计、脑电波测量设备、呼吸监测仪、温度计等。 在一个实施例中，生物特征设备12为无线设备，其由患者14佩戴并且连 续地或不时地将生物特征读数通信至主机中心，或者为用来每天一次或多 次地获得读数的有线设备等。另外，或可替代地，患者可以经由远程设备 166手动输入某些测量结果。可替代地，可将生物特征设备12 (诸如起搏 器或输液泵上的传感器等)植入患者体内。将收集到的监测的或手动的患 者数据提供给测量网关184，其将数据发送至测量服务器174以用于处理和 使用。
其他示范性的用户接口设备为个人计算机(PC)、个人数字助理(PDA)、 移动电话、便携式计算机、自动声音响应系统等。同样，显示器相应地为 计算机监视器、掌上通信设备显示器，诸如便携式电话、蜂窝电话或PDA。
下述还可应用于除颤器中(在电击之后检测PEA的存在/不存在以确定 是否应当执行CPR)、从紧急位置至医院的救护车中的监测、医院病床中的 无创心血管监测、手术期间的免用手操作的血流监测(可能存在来自其他 成像模态或治疗性处置的辐射)。
已参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解先前的详细描述的基 础上，其他人员可以做出修改和改变。本发明意欲被解释为包括所有这些 修改和改变，只要它们落在所附权利要求书及其等同物的范围内。
1权利要求
1、一种安装在皮肤上的设备(10)，包括声学模块(24)；以及附接组件(16)，其包括将所述模块(24)附贴并声学耦合至皮肤(18)的声学耦合层(34)。
2、 如权利要求l所述的设备，其中，所述声学模块(24)包括超声换 能器(26、 28)。
3、 如权利要求1所述的设备，还包括多个模块(24)，其通过所述耦 合层(34)附贴并声学耦合至所述皮肤(18)。
4、 如权利要求3所述的设备，还包括柔性覆盖层(32)，其在所述模块(24)之上向周围延伸，以许可为了 符合所述皮肤的轮廓而弯曲。
5、 如权利要求l所述的设备，其中，所述附接组件(16)还包括 粘合衬垫(20、 22)，其围绕所述耦合层(34)在外周延伸。
6、 如权利要求5所述的设备，还包括覆盖层(32)，其覆盖所述模块(24)的与所述耦合层(34)相反的侧， 所述粘合衬垫(20、 22)的内部部分夹在所述覆盖层和耦合层(32、 34) 之间。
7、 如权利要求l所述的设备，其中，所述耦合层(34)包括 介电硅凝胶，其充分发粘以粘附至所述皮肤，并且具有充分的流动性以符合所述皮肤和所述皮肤中的裂纹而不具有气包。
8、 如权利要求1所述的设备，其中，所述声学模块(24)包括B-模式、彩色多普勒、CW多普勒和M-模式超声传感器中的至少之一。
9、 如权利要求l所述的设备，其中，所述声学模块(24)包括无线换 能器。
10、 如权利要求l所述的设备，其中，所述声学模块包括 声学发射器元件(26)、声学接收器元件(28)以及保持所述声学发射器和接收器元件彼此处于固定的关系的成形器(30)。
11、 如权利要求10所述的设备，还包括多个所述模块(24)，其在一侧上的所述声学耦合层(34)和另一侧上 的柔性覆盖层(32)之间柔性地相互连接。
12、 如权利要求ll所述的设备，其中，所述覆盖层和耦合层(32、 34) 中的至少之一包括Sylgard⑧介电凝胶。
13、 如权利要求11所述的设备，其中，所述耦合层(34)包括Sylgard 介电凝胶，并且所述覆盖层(32)包括T2⑧硅酮。
14、 如权利要求ll所述的设备，其中，所述附接组件(16)还包括 衬垫(20)，所述覆盖层和耦合层(32、 34)与其集成在一起。
15、 如权利要求11所述的设备，其中，所述耦合层(34)具有充分低 的声速，并且其中，所述安装在皮肤上的设备(10)基本上平坦。
16、 如权利要求1所述的设备，其中，所述模块(24)包括压电模块 (24)阵列，每个包括发射器(26)，其生成对准所述皮肤下方的运动实体的超声发射； 接收器(28)，其感测指示所述运动的反射的超声发射。
17、 如权利要求1所述的设备，其中，所述模块(24)包括压电模块 (24)阵列，每个包括收发器(26、 28)，其生成对准所述皮肤下方的运动实体的超声发射， 并且感测指示运动的反射的超声发射。
18、 如权利要求1所述的设备，其与心脏除颤单元(52)相结合。
19、 如权利要求1所述的设备，其中，所述耦合层(34)为(a)充 分发粘以将所述模块(24)粘附至所述皮肤，并且在医学程序期间没有进 一步的人类介入的情况下将所述模块保持在原位；(b)充分稳固以防止滑 动；并且(c)具有充分的流动性以在其被附贴时填满所述皮肤中的裂纹。
20、 一种核成像器，在其中使用如权利要求1所述的设备以对数据采 集进行门控。
21、 一种声学监测的方法，包括利用声学耦合层(34)将声学模块(24)与患者的皮肤(18)附贴并 声学耦合；利用所述模块发射并接收声学信号以监测所述患者的生理参数。
22、 如权利要求21所述的方法，其中，所述生理参数包括血流。
23、 如权利要求21所述的方法，其中，将声学模块(24)阵列夹在所 述耦合层(34)和柔性覆盖层(32)之间，并且其中，所述附贴步骤包括 弯曲所述覆盖层和所述耦合层，以使所述阵列符合患者的轮廓。
24、 如权利要求21所述的方法，其中，所述耦合层(34)为(a)充 分发粘以将所述模块(24)粘附至所述皮肤并且在医疗程序期间没有进一 步的人类介入的情况下将所述模块保持在原位；(b)充分稳固以防止滑动; 并且(c)具有充分的流动性以在其被附贴时填满所述皮肤中的裂纹。
25、如权利要求24所述的方法，其中，所述耦合层(34)包括粘合硅 凑走胶0
26、 一种装置，包括耦合器件(34)，其用于将声学模块(24)与患者的皮肤(18)附贴并 声学耦合；以及医学器件(12)，其用于发射并接收声学信号以监测所述患者的生理参数。
27、 一种监测系统(110)，包括声学模块(24)，其感测患者(14)的生理参数； 附接组件(16)，其包括将所述模块(24)附贴并声学耦合至所述患者 (14)的皮肤(18)的声学耦合层(34);以及服务器(142)，其收集所感测的患者数据并将所感测的患者数据传送 至监测工作站(52、 112、 116)。
全文摘要
一种安装在皮肤上的设备(10)包括声学模块(24)和附接组件(16)。声学耦合层(34)将模块(24)附贴并声学耦合至皮肤(18)。
文档编号A61B8/06GK101516269SQ200780035721
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月10日 优先权日2006年9月29日
发明者B·I·拉朱, E·V·科昂-索拉尔, J·M·I·阿泽维多, R·Q·埃尔坎普 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司