可佩戴超声装置的制作方法

可佩戴超声装置
1.相关申请
2.本技术要求2020年1月24日提交的美国临时申请序列号为62/965,276的优先权并享有其申请日。上述申请的内容通过引用并入本文。
3.背景
4.本专利申请的主题大体上涉及超声设备，更具体地说，涉及一种配置用于与各种生物医学应用一起使用的可佩戴超声装置。
5.申请人据此通过引用将在本技术中引用或提及的任何和所有专利和公开的专利申请并入本技术中。
6.作为背景，超声波用于许多不同领域，通常作为穿透介质以测量其反射特征的工具。在医学中，除了其他应用之外，超声成像设备通常用于内部器官、肌肉、肌腱和位于患者体内的其他对象的诊断医学成像。传统的超声成像设备能够提供复杂的实时图像，并能够利用先进的信号处理技术提取独特的特征。然而，它们通常是大的、固定的和昂贵的。具有有限移动性的中等尺寸的成像设备，例如车载计算机系统(computer-on-wheels system)，也可以获得与较大系统大致相似的性能。近年来，这种设备的手持版本以及可佩戴版本也已经被开发出来，它们提供了相对更多的移动性。然而，据申请人所知，在生物医学和临床应用中，这些已知设备中没有一个能够同时获取患者的内部器官、肌肉、肌腱和其他软组织的超声成像、电生理学、血液动力学和代谢信息。
7.本发明的方面满足这些需要并提供了另外的相关优点，如在下面的概述中描述的。
8.应注意，上述背景说明包括有助于理解本发明各方面的信息。这并不是承认本文提供的任何信息是现有技术或与目前要求保护的发明相关，或者明确或隐含引用的任何出版物是现有技术。
9.概述
10.本发明的各方面教导了构造和使用方面的一些益处，其产生了下面描述的示例性优点。
11.本发明通过提供一种可佩戴超声装置解决了上述问题，该超声装置被配置用于与各种生物医学应用(包括肌肉骨骼(“msk”)成像和分析)一起使用。在至少一个实施例中，该装置提供超声模块、电生理(“ep”)模块和近红外光谱(“nirs”)模块中的至少一个，超声模块被配置用于获得至少一个超声模块位于其上的用户身体的一部分(为了简单起见，在下文中称为“目标部位”)的至少一个超声图像，电生理(“ep”)模块被配置用于检测目标部位的生物电信号，近红外光谱(“nirs”)模块被配置用于监测目标部位的氧合状态和/或生化测量。
12.通过下面结合附图更详细的描述，本发明的各方面的其他特征和优点将变得明显，附图借助于举例的方式说明了本发明的各方面的原理。
13.附图简述
14.附图示出了本发明的各方面。在这些图中：
15.图1是根据至少一个实施例的示例性可佩戴超声装置的横截面示意图；
16.图2a、图2b和图2c是根据至少一个实施例的示例性超声换能器的示例性压电传感器和电极的示意图；
17.图3是根据至少一个实施例的示例性压电传感器的另一示意图；
18.图4是根据至少一个实施例的示例性压电传感器阵列的另一示意图；
19.图4a是由图4的线4a限定的截面的详细视图；
20.图5a和图5b是根据至少一个实施例的示例性压电传感器阵列的示意图；
21.图6是根据至少一个实施例的示例性可佩戴超声装置的示意图；
22.图7是根据至少一个实施例的示例性超声收发器的示意图；
23.图8是根据至少一个实施例的示例性电生理(“ep”)模块的示意图；
24.图9是根据至少一个实施例的示例性近红外光谱(“nirs”)模块的示意图；
25.图10是根据至少一个实施例的另一示例性可佩戴超声装置的横截面示意图；和
26.图11是根据至少一个实施例的又一示例性可佩戴超声装置的横截面示意图。
27.上述附图在本发明的示例性实施例中的至少一个中示出了本发明的各方面，本发明的示例性实施例在下面的描述中被进一步详细地界定。根据一个或更多个实施例，在不同附图中由相同附图标记表示的本发明的特征、元件以及方面代表相同、等同或相似的特征、元件或方面。
28.详细描述
29.现在转向图1，显示了配置用于与各种生物医学应用(包括肌肉骨骼(“msk”)成像和分析)一起使用的可佩戴超声装置20的示例性实施例的示意性横截面示图。在至少一个实施例中，装置20提供以下中的至少一个：超声模块22，其被配置用于获得至少一个超声模块22所位于的用户身体的一部分(为了简单起见，在下文中称为“目标部位”24)的至少一个超声图像；电生理(“ep”)模块26，其被配置用于检测目标部位24的生物电信号；以及近红外光谱(“nirs”)模块28，其被配置用于监测目标部位24的氧合状态和/或生化测量，其中的每一个都在下面被进一步讨论。首先，应该注意，图1中所示的部件的特定布置仅仅是示例性的。因此，在另外的实施例中，如下面进一步讨论的，各种部件可以采用许多其他布置。
30.在至少一个实施例中，超声模块22提供至少一个超声换能器30，用于在7-14mhz范围内进行浅层(superficial)扫描，在2-6mhz范围内进行深层目标扫描。然而，在另外的实施例中，至少一个超声换能器30可以在现在已知或以后开发的任何其他范围内操作，能够允许装置20基本上执行本文描述的功能。此外，在至少一个实施例中，至少一个超声换能器30被配置为以脉冲-回波(pulse-echo)配置进行操作，即，其被配置为发射并随后接收超声脉冲，以便获得至少一个超声图像。在至少一个实施例中，至少一个超声换能器30包括至少一个压电传感器32。在至少一个这样的实施例中，超声换能器30包括被配置为至少一个阵列34的多个压电传感器32，给定阵列34中的压电传感器32的数量范围在2和256之间。然而，在另外的实施例中，可以使用任何其他数量的压电传感器32。在至少一个替代实施例中，如图10所示，例如，除了或代替至少一个压电传感器32，至少一个超声换能器30包括至少一个微机电(“mem”)传感器102，例如至少一个电容微机械超声换能器(“cmut”)或压电微机械超声换能器(“pmut”)。cmut和pmut都是基于悬挂在硅基板中形成的空腔上的膜的振荡。
31.在至少一个实施例中，至少一个超声换能器30位于至少一个弹性基板38上。在至
少一个这样的实施例中，弹性基板38由柔性和/或可拉伸的材料构成。例如，在至少一个这样的实施例中，该材料包括硅基材料、橡胶、热塑性弹性体、聚合材料、箔(例如与环氧树脂混合的那些)和各种织物中的至少一种。在至少一个另外的实施例中，弹性基板38由本质上透明的、柔性的并且适形的材料构成。此外，在至少一个实施例中，该材料是生物相容的、无胶乳的、无毒的和不致敏的。在另外其他的实施例中，弹性基板38可以包括现在已知或以后开发的具有柔性和/或刚性-柔性特性的任何其他材料(或材料的组合)，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。在至少一个实施例中，弹性基板38由复合环氧材料(“cem”)、玻璃纤维或纸基类材料制成，为印刷电路板(“pcb”)提供坚实的基础。例如，在至少一个这样的实施例中，材料包括环氧树脂(fr4、fr5、fe-3)、pf树脂(xpc、fr1、fr2)和聚酯树脂中的至少一种。在至少一个替代实施例中，弹性基板38被定位和用于执行超声模块22、ep模块26或nirs模块28的任何层的功能，只要它被放置在执行功能的层的位置并且它的材料特性是合适的。在至少一个实施例中，弹性基板38具有大约180微米或更小的厚度，使得装置20具有大约25毫米或更小的总厚度。然而，在另外的实施例中，弹性基板38可以具有任何其他厚度，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。在至少一个实施例中，弹性基板38被配置为具有嵌入在弹性基板38内或上方的信号迹线的柔性膜，并且至少一个压电传感器32被附接到弹性基板38。在至少一个替代实施例中，至少一个压电传感器32和信号迹线被同时丝网印刷到弹性基板38上，这可以提供许多好处。例如，在至少一个这样的实施例中，将至少一个压电传感器32和信号迹线同时丝网印刷到弹性基板38上可以减少制造过程中涉及的步骤数量。此外，至少一个压电传感器32(相对于弹性基板38)的尺寸、形状和布置可以自由定制，这取决于给定实施例中装置20的预期用途。具体地，至少一个压电传感器32的形状可以被修改为具有圆角，以便引入孔径变迹(aperture apodization)，从而改善旁瓣抑制。其他示例性形状可以包括(但绝不限于)环形、六边形、圆形、矩形等。此外，在至少一个这样的实施例中，其中至少一个压电传感器32包括夹在两个或更多个电极42之间的压电材料40(如图2a、图2b和图2c所示，并在下面进一步讨论)，假定电极42之间的距离(至少部分地基于压电材料40的厚度)限定了它们之间的激励频率，则可以实现在多个电极42之间具有不同的距离，从而使得至少一个超声换能器30能够在多个频率下工作并具有改善的带宽。
32.在至少一个实施例中，对于相控阵列操作，阵列34的两个相邻压电传感器32的中心之间的距离小于约0.5λ，对于线性阵列操作，该距离小于约0.75λ-3λ，其中λ＝c/f，λ为频率为f且纵向声速c≈1500m/s的超声波信号的波长。下文表1中给出了上述极限的一些数值示例。
[0033][0034]
表1
[0035]
在至少一个实施例中，如图3所示，每个压电传感器32的宽度w相对小于间距p，假定压电传感器32之间需要小切口k(即分隔)，以便为每个压电传感器32提供声学元件间隔离。此外，在至少一个实施例中，每个压电传感器32具有厚度或高度h，该厚度或高度至少部分取决于超声换能器30工作的谐振频率。在下表2中显示了不同材料的厚度的几个示例。此
外，在至少一个实施例中，每个压电传感器32具有长度l，与其他两个维度相比，该长度l较少受到设计约束的限制。
[0036][0037]
表2
[0038]
在至少一个实施例中，给定压电传感器32的厚度/高度h是声波频率的函数。在至少一个这样的实施例中，每个压电传感器32具有大约300微米或更小的高度h。然而，在另外的实施例中，每个压电传感器32可以具有任何其他高度h，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。
[0039]
在至少一个实施例中，至少一个压电传感器32可由任何合适的材料制成，材料包括但不限于柔性压电涂层(膜、糊剂或涂料)、陶瓷换能器或聚合物块换能器。此外，在至少一个实施例中，至少一个压电传感器32可以包括石英、聚偏二氟乙烯、包括pzt和丝网印刷陶瓷的陶瓷、磁致伸缩(magneto strictive)或包括模制陶瓷和弯曲件的复合材料。例如，压电材料可以从由聚偏二氟乙烯(pvdf)及其共聚物、锆钛酸铅pb(zr，ti)o3、偏铌酸铅pb(nb2o6)、改性的钛酸铅pbti3、(pb，ca)ti03、(pb，sm)ti03、钛酸钡batio3、pmn-pt(l-x)pb(mg1/2，nb2/3)o 3-xpb-tio3、pzn-pt/bt pb(zn1/2，nb2/3)o3-x pbtio3-batio3、(l-x)pb(zn1/2,nb2/3)o3-x(ypbtio3-(l-y)pbzro3)组成的组中选择。在至少一个实施例中，至少一个压电传感器32由柔性压电涂层(膜、糊剂或涂料)组成，例如pvdf或其共聚物。本领域技术人员将会理解，柔性压电涂层的最新发展(例如第10,079,336号美国专利)提供了可以应用于各种基板上的压电材料40。当然，在本发明的至少一个实施例中，可以使用其他柔性压电涂层。
[0040]
另外，如图2a所示，在至少一个实施例中，多层压电材料40可相互堆叠，电极42位于其间。在至少一个另外的实施例中，如图2b所示，多个压电传感器32可以以并排布置定位。将至少一个压电传感器32和信号迹线同时丝网印刷到弹性基板38上的另一个好处是能够集成额外的资源，例如ep模块26和/或nirs模块28，如下面进一步讨论的。因此，如附图中所示(以及如本文所述)，至少一个压电传感器32和相应的弹性基板38中的每一个的大小、形状、尺寸、配置和数量仅仅是示例性的。在另外的实施例中，至少一个压电传感器32和相应的弹性基板38中的每一个可以采用现在已知或以后开发的任何其他大小、形状、尺寸、配置和/或数量，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。在另外其他的实施例中，现在已知或以后开发的用于将至少一个压电传感器32定位在弹性基板38上的任何其他技术(或技术的组合)都可以替代使用。
[0041]
在至少一个另外的实施例中，压电材料40可夹在多个电极42之间，电极42以行列结构排列，以形成准二维阵列。这种实施例的示例在图4和图4a中示出，其中电极42排列成3
×
3矩阵，并且压电材料40基本上位于电极42之间，在所述电极42重叠的区域中(如图4a所示)。
[0042]
在至少一个实施例中，至少一个超声换能器30被配置为对目标部位24进行b模式扫描(或“b扫描”)。然而，在另外的实施例中，至少一个超声换能器30可以被配置成执行现
在已知或以后开发的其他类型的扫描，包括但不限于a模式(或“振幅模式”)、c模式、m模式(或“运动模式”)、多普勒模式、脉冲反转(pulse inversion)模式、谐波模式等。至少一个超声换能器30的定位取决于需要至少一个超声图像的用户身体部分。此外，如上所述，在至少一个实施例中，至少一个超声换能器30包括被配置为至少一个阵列34的多个压电传感器32。在至少一个这样的实施例中，至少一个阵列34可以以多种配置来布置。例如，如图5a的示意图所示，可以布置两个或更多个线性阵列34，以便获取目标部位24的正交横截面。作为另一个示例，如图5b的示意图所示，至少一个阵列34可以被配置为弯曲件(curve)(而不是线性的)。作为又一个示例，至少一个阵列34可以被配置为凸的弯曲件，从而提供相对较宽的视场。此外，至少一个阵列34的大小至少部分取决于将要使用装置20的具体上下文。如上所述，在至少一个实施例中，给定阵列34中的压电传感器32的数量范围在2和256之间。然而，在另外的实施例中，可以使用任何其他数量的压电传感器32。因此，如附图中所示(以及如本文所述)的至少一个阵列34的大小、形状、尺寸、配置和数量仅仅是示例性的。在另外的实施例中，至少一个阵列34可以采用现在已知或以后开发的任何其他大小、形状、尺寸、配置和/或数量，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。
[0043]
在至少一个实施例中，其中至少一个超声换能器30被配置为对目标部位进行b模式扫描，并包括配置为至少一个线性阵列34的多个压电传感器32，相邻或连续压电传感器32的子集被配置为在任何给定时间同时被激励/激活。子集的每个压电传感器32的信号可以是相同的或呈现特定的时间延迟，以提供聚焦或波束控制，而子集的每个压电传感器32上的不同信号振幅可以被应用来实现变迹。可以使用多线采集技术来提高得到的至少一个超声图像的帧速率。在另外其他的实施例中，可以利用多线传输来进一步提高帧速率，包括同时激励相同或不同频率的多个超声波束。此外，在至少一个实施例中，实施谐波成像以提高图像分辨率。
[0044]
在至少一个实施例中，如图1所示，至少一个压电传感器32的底表面44提供至少一个匹配层46，该匹配层被配置用于提供声阻抗适配。当声波36遇到其各自的声阻抗具有相对较大的差异的两层之间的边界时，声波36在边界处被反射。因此，在至少一个实施例中，使用多个匹配层46使得每个匹配层46的声阻抗能够逐渐变化以最小化反射。在至少一个这样的实施例中，至少一个匹配层46(或至少一个匹配层46的至少最底部的一个)被配置为直接地(即，粘附到用户的皮肤)或间接地(即，粘附到服装或其他材料，该服装或其他材料又与用户的皮肤接触)选择性地将至少一个超声换能器30粘附到目标部位24。在至少一个实施例中，匹配层46的数量(至少部分)取决于至少一个压电传感器32的特性。通常，已经发现，较高数量的匹配层46导致相对较好的适配(即，较少的能量被反射到至少一个超声换能器30)和宽带操作，这提高了至少一个超声图像的轴向分辨率。在至少一个实施例中，其中至少一个压电传感器32被丝网印刷到相应的至少一个弹性基板38上，该至少一个弹性基板38本身可以被配置成用作匹配层46。在至少一个实施例中，类似于至少一个弹性基板38，至少一个匹配层46由柔性和/或可拉伸的材料构成。例如，在至少一个这样的实施例中，该材料是硅粘合凝胶。在另外的实施例中，该材料是橡胶、硅树脂、热塑性弹性体或其它聚合材料(例如聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸、聚醚砜等)中的至少一种。此外，在至少一个实施例中，其中至少一个匹配层46被配置为与用户的皮肤直接接触，该至少一个匹配层46是生物相容的、无胶乳的、无毒的和不致敏
的。在另外其他的实施例中，至少一个匹配层46可以包括现在已知或以后开发的具有柔性和/或可拉伸特性的任何其他合适的材料(或材料的组合)，其能够允许至少一个匹配层46基本上执行本文描述的功能。
[0045]
在至少一个实施例中，其中至少一个匹配层46由聚合材料构成，聚合材料的声阻抗可通过加入一种或更多种填料来提高。合适的填料包括但不限于pzt、钨、氧化铝、石英玻璃、碳化钨、钛、玻璃粉等，玻璃粉是优选的。在至少一个这样的实施例中，填料颗粒的尺寸在大约0.1-50微米的范围内，优选为大约0.5-5微米。所用填料的量将是赋予所需声阻抗所必需的量。通常，使用约2至约50体积％的填料，优选约5至约30体积％的填料。优选的聚合材料是硅橡胶。
[0046]
在至少一个实施例中，如图1所示，超声模块22还提供耦合层48，耦合层48定位成与至少一个匹配层46(或至少一个匹配层46的最底部的一个)的底表面50接触，并配置成直接(即，粘附到用户皮肤上)或间接(即，粘附到服装或其他材料上，该衣服或材料进而与用户的皮肤接触)选择性地将超声模块22(以及进而将装置20)粘附到目标部位24。在至少一个实施例中，耦合层48包括透声硅胶或其他能够在超声模块22和目标部位24之间传输超声信号的粘合材料。“透声(sonolucent)”是指凝胶能够传输超声脉冲而不会引入明显的干扰或衰减，从而可以从目标部位24获得可接受的声学响应。因此，耦合层48的材料可以根据其在超声模块22和相邻目标部位24之间提供坚固且无空隙的接触的能力来选择。耦合层48的声阻抗应该接近相邻目标部位24的声阻抗，以提供阻抗匹配。在至少一个实施例中，耦合层48是匹配层46的一部分，并且根据这种匹配层46的设计准则来选择耦合层48的阻抗。在至少一个实施例中，其中至少一个压电传感器32被丝网印刷到相应的至少一个弹性基板38上，该至少一个弹性基板38本身可以被配置成用作耦合层48。此外，在至少一个实施例中，耦合层48提供了临时背衬，其被配置为在耦合层48被粘附到目标部位24之前被剥离。在至少一个实施例中，耦合层48具有大约100至500微米的厚度(例如，100、200、300、400、500微米或其间的某个范围)。然而，在另外的实施例中，耦合层48可以具有任何其他厚度，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。此外，在至少一个实施例中，其中至少一个耦合层48被配置为与用户的皮肤直接接触，该至少一个耦合层48是生物相容的、无胶乳的、无毒的和不致敏的。在另外其他的实施例中，至少一个耦合层48可以包括现在已知或以后开发的具有上述特性的任何其他合适的材料(或材料的组合)，能够允许至少一个耦合层48基本上执行本文描述的功能。
[0047]
在至少一个实施例中，如图1所示，超声换能器30还提供了至少一个背衬层52，背衬层52定位成与至少一个压电传感器32接触，并与能量旨在辐射的相应侧(即目标部位24所在的位置)相对，使得至少一个压电传感器32基本夹在至少一个背衬层52和目标部位24之间。该至少一个背衬层52被配置用于吸收由该至少一个压电传感器32辐射的不指向目标部位24的任何超声波，从而防止任何回响和/或共振，这些回响和/或共振原本会减小从该至少一个压电传感器32发射的脉冲的带宽。在至少一个实施例中，其中至少一个压电传感器32被丝网印刷到相应的至少一个弹性基板38上，该至少一个弹性基板38本身可以被配置成用作背衬层52。因此，在至少一个实施例中，至少一个背衬层52由具有接近至少一个压电传感器32的声阻抗并且具有相对高的阻尼系数的材料制成。在这样的实施例中，因为至少一个背衬层52的声阻抗类似于至少一个压电传感器32的声阻抗，并且因为至少一个背衬层
52的材料的吸收，大部分向后传输的波快速衰减并变成热量，并且只有非常小的一部分可以反弹回来。在至少一个实施例中，至少一个背衬层52由载钨环氧树脂、热解物(pyrolytic)、黄铜、碳等中的至少一种构成。在另外其他的实施例中，至少一个背衬层52可以包括现在已知的或以后开发的任何其他合适的材料(或材料的组合)，其能够允许至少一个背衬层52基本上实现本文描述的功能。
[0048]
继续参考图1，在至少一个实施例中，超声模块22还提供了一对导电层54，其定位成将至少一个压电传感器32夹在中间，从而使导电层54集成了每个压电传感器32的电极42，以及集成了将其互连到与超声模块22相关的电子系统(下文称为“微电子模块”56，如下文所述)的迹线。在至少一个实施例中，导电层54各自包括薄金属膜(例如铝、铜、金、钼、铱、镁、银、氟化锂及其合金)或者非金属材料。此外，在至少一个实施例中，每个导电层54的厚度通常为约200μm或更小(例如，约200、180、160、140、120、100、90、80、70、60、50、40、30μm或更小)。优选地，每个导电层54的厚度小于10μm(例如，约10、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0.8、0.6、0.4、0.2μm或更小或其间的某个范围)。此外，在至少一个实施例中，导电层54是柔性的。在至少一个这样的实施例中，导电层54由透明导电聚合物材料构成，例如氧化铟锡(ito)、掺氟氧化锡(fto)、zno-ga2o3、zno-al2o3、sno2-sb2o3和聚噻吩。此外，导电层54可以由镀在透明基板上的银或铜栅格或汇流条组成，或者由沉积在具有聚(3，4-乙烯二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸盐)(pedot：pss)涂层的基板上的银纳米线或纳米颗粒组成。可以添加额外的导电聚合物层来提高导电性。在至少一个实施例中，导电层54可以是碳基的，例如碳纳米管(“cnt”)、碳纳米线或石墨烯等。一个优选的导电层54(导电且对红外辐射透明)包括石墨烯。虽然一层或两层石墨烯是优选的，但是导电层54可以各自包括大约1至20层石墨烯(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20层或其间的某个范围)。在至少一个实施例中，导电层54可以包括由绝缘材料分开的几个内部导电层54，以便管理大量的轨道。
[0049]
继续参考图1，在至少一个实施例中，超声换能器30还提供一对封装层58，其定位成将一对导电层54(以及进而将至少一个压电传感器32)夹在中间，使得封装层58被配置成将至少一个压电传感器32与周围环境隔离。在至少一个实施例中，封装层58基本上不透湿气和氧气。一般来说，装置20的湿气和氧气敏感部件应该由具有气体渗透性能的材料包围。封装层58优选实现10-4
g/ni2/天或更低、10-5
g/m2/天或更低、甚至更优选约10-6
g/ni2/天或更低的低水蒸气渗透率。在至少一个实施例中，封装层58由例如玻璃或塑料构成。在至少一个实施例中，封装层58由柔性和/或可拉伸的材料构成。例如，在至少一个这样的实施例中，该材料包括硅基材料、橡胶、热塑性弹性体、聚合材料、箔(例如与环氧树脂混合的那些)和各种织物中的至少一种。理想情况下，与有机层直接接触的基板将具有优异的阻隔能力，能够耐热、提供柔韧性、具有持续的可靠性并且可以大规模生产。
[0050]
如上所述，在至少一个实施例中，装置20还提供电生理(“ep”)模块26，其配置用于检测目标部位24的生物电信号。在至少一个这样的实施例中，至少一个ep模块26被配置为表面肌电(“semg”)传感器，以便检测由肌肉纤维(肌细胞)产生的电势。emg振幅的频率范围是20μv-5μv；然而，在另外的实施例中，可以用其他振幅来代替。当募集更多的肌肉纤维来维持恒定的负荷或支持负荷的增加时，semg信号的振幅增加。在至少一个实施例中，semg信号反映了由运动神经元驱动的肌肉激活，并且可以非侵入性地从皮肤表面收集。作为一种
有效的工具，semg传感器可用于神经肌肉疾病的诊断、肌肉疲劳的评估和假肢操纵的人机界面。在至少一个这样的实施例中，当将各种模态的semg传感器与超声模块22的功能相结合时，装置20能够用于各种各样的上下文，包括但不限于：锻炼和训练；识别肌肉、肌腱和其他软组织损伤；识别疲劳的肌电表现；评估病理学中的emg信号修饰；评估运动协调和治疗效果；识别神经系统疾病；识别废用、不动和身体不活动；和测量由于年龄引起的神经肌肉变化。在至少一个实施例中，装置20被配置为与用户的皮肤紧密/密切接合(以便消除或至少最小化装置20的运动伪影或位移)，基本上在感兴趣的肌肉的顶部。
[0051]
在至少一个实施例中，如图6所示，装置20还提供至少一个超声收发器60，其与超声模块22的至少一个压电传感器32进行电通信。在至少一个这样的实施例中，装置20提供比超声收发器60相对更多数量的压电传感器32，使得至少一个超声收发器60与多个压电传感器32电通信。在至少一个这样的实施例中，装置20提供至少一个模拟双向多路复用器62，其与至少一个超声收发器60和相应的多个压电传感器32电通信。在图6的示意图中示出了多路复用器62的示例性配置。然而，应当注意，如附图中所示(以及如本文所述)的至少一个多路复用器62的配置和数量仅仅是示例性的。在另外的实施例中，至少一个多路复用器62可以采用现在已知或以后开发的任何其他配置(相对于至少一个超声收发器60和相应的多个压电传感器32)和/或数量，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。在至少一个实施例中，在装置20提供多个多路复用器62的情况下，多路复用器62被布置成多层构造，每层之间的信号迹线根据多路复用器62和压电传感器32的数量而变化。例如，在至少一个这样的实施例中，层数等于多路复用器62的数量；而在至少另一个这样的实施例中，层数等于压电传感器32的数量除以多路复用器62的数量的商。在另外其他的实施例中，可以替换使用任何其他数量的层、以及所述层之间的信号迹线的任何其他布置，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。
[0052]
在至少一个实施例中，如图7的简化示意图所示，至少一个超声收发器60本身由脉冲发生器64、发射/接收开关(“t/r开关”)66、低噪声放大器(“lna”)68、可变增益放大器(“vga”)70、低通滤波器(“lpf”)72和模数转换器(“adc”)74组成。更详细地说，在至少一个这样的实施例中，至少一个超声收发器60能够发射具有几个离散级别的超声脉冲，以提供振幅变迹。在另外其他的实施例中，至少一个超声收发器60可以发射具有任何波形的脉冲，并且随后执行精确的振幅变迹，这甚至包括发射有限的衍射束，例如零阶贝塞尔束(zeroth-order bessel beam)。
[0053]
再次参考图6，在至少一个实施例中，装置20还提供至少一个控制器78，其与超声模块22、ep模块26和/或nirs模块28中的每一个进行电通信。因此，在这样的实施例中，控制器78被配置为与超声模块22、ep模块26和/或nirs模块28中的每一个对接并管理它们，并且处理目标部位24的至少一个超声图像。在至少一个这样的实施例中，处理可以包括图像重建和/或数据压缩。在至少一个替代实施例中，超声模块22、ep模块26和/或nirs模块28中的一个或更多个提供它们自己的专用电源80。在至少一个实施例中，控制器78还与至少一个收发器82电通信，该收发器82被配置用于传输至少一个超声图像以及与其相关联的任何数据，以选择外部设备，例如与装置20通信的计算和电气设备。在至少一个另外的实施例中，至少一个收发器82还被配置为也从这样的外部设备接收选择信息。至少一个收发器82可以利用现在已知或以后开发的任何基于有线或无线的通信协议(或协议组合)，包括但不限于
wi-fi和蓝牙-le。
[0054]
此外，在至少一个实施例中，控制器78与至少一个数据存储设备84(本地或远程)进行选择性通信，数据存储设备84被配置用于存储至少一个超声图像和任何与之相关的数据。应当注意，术语“数据存储设备”旨在包括现在已知或以后开发的任何类型的电子存储介质(或存储介质的组合)，例如本地硬盘驱动器、ram、闪存、安全数字(“sd”)卡、外部存储设备、网络或云存储设备、集成电路等。
[0055]
在至少一个另外的实施例中，在装置20包括另外的模块(诸如例如，ep模块26和/或nirs模块28)时，控制器78被配置用于管理任何此类另外的模块。此外，在装置20提供ep模块26的实施例中，控制器能够在检测到目标部位24中的生物电信号和/或电生理参数的特定值时选择性地触发超声图像采集，这防止了在不相关的时段进行测量，并且优化了旨在用于超声成像的能量的使用。这种功能还允许在特定情况下或检测到特定事件时进行采集。在至少一个这样的实施例中，控制器78能够在非常快速的重复运动期间优化目标部位24的超声图像的采集，即使采集速率很低也能够优化其超声图像的采集，假设超声图像采集过程可以与周期性运动同步，则超声图像或它们的线可以沿着几个周期采集。在另外其他的实施例中，控制器78可以被配置成选择性地控制装置20的其他方面和/或功能，诸如例如以“低功率模式”运行各种部件。在至少一个实施例中，控制器78是现场可编程门阵列(“fpga”)、数字信号处理器(“dsp”)、微控制器和微处理器中的至少一种。
[0056]
继续参考图6，在至少一个实施例中，装置20还提供电源80。电源80可以是现在已知的或以后开发的能够为超声模块22、ep模块26和/或nirs模块28中的每一个提供必要的电力的任何电源，包括但不限于一个或更多个电池(可充电的或其它的)、ac适配器、dc适配器等。在至少一个替代实施例中，超声模块22、ep模块26和/或nirs模块28中的一个或更多个提供它们自己的专用电源80。
[0057]
在至少一个实施例中，如图8所示，ep模块26被配置为多通道、紧凑的无线采集系统，提供至少一个电极42、前端信号调节电路86、电源80、控制器78和无线通信模块88，例如蓝牙-le模块。在至少一个实施例中，ep模块26提供生物相容的印刷电极阵列来捕获生物电信号。此外，在至少一个实施例中，如图1所示，ep模块提供至少一个电极阵列，其包括32个或更少的电极42(例如，大约32、30、28、26、24、22、20、18、16、14、12、10、8、6、4、2)以及参考电极90。然而，在另外的实施例中，可以使用任何其他数量的电极42。在至少一个实施例中，参考电极90位于两个差分电极42之间，以避免生物电信号记录中的不对称，并且在该电极42的配置时电极间的间距增加。然而，小的电极间的间距是优选的，因为这将减少从相邻活动肌肉检测到的串扰信号的量。因此，作为优选的折衷方案，电极间的间距被设定为大约32至8毫米(例如，大约32、31、30、29、28、27、26、25、24、23、22、21、20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8毫米，或者其间的某个范围)。然而，在另外的实施例中，可以利用任何其他间距，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。此外，在至少一个实施例中，电极42具有约100微米或更小的厚度(例如，约100、90、80、70、60、50、40、30、20、10、5μm或更小)。然而，在另外的实施例中，电极42可以具有任何其他厚度，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。ep模块26可以可选地包括具有不同尺寸和形状的电极42，例如矩形、圆形、椭圆形、环形或盘形电极。在非限制性示例中，电极42阵列的特征在于盘形导体和至少一个与盘形导体同心的环形导体，它们设置在基板上以便捕获生物电信号，并被配置成向导体的电压
提供不同的权重，从而产生多个输出，对应于不同的基于灵敏度的空间分布，根据捕获待测量的生物电势的要求来配置。在至少一个实施例中，ep模块26还提供耦合层48，其定位成与至少一个电极42(或至少一个电极42阵列中最底部的一个电极)的底表面接触，并被配置成直接(即，粘附到用户的皮肤)或间接(即，粘附到服装或其他材料，其继而与用户的皮肤接触)来选择性地将ep模块26(以及进而将装置20)粘附到目标部位24。在至少一个实施例中，耦合层48包括凝胶(例如，具有粘附属性的水凝胶)。水凝胶可以是导电的，并且能够在目标部位24和ep模块26之间传输生物电信号。
[0058]
在至少一个实施例中，ep模块26的电极42和导电轨道由导电金属油墨/糊剂组成，该导电金属油墨/糊剂通过使用金属纳米粒子、金属有机复合物或金属盐作为前体(主要为银基)、导电聚合物制成，因为其导电性通常低于其金属对应物，但其粘附性和机械稳定性更好，且通常不需要后处理步骤。可替代地，石墨烯或cnt的分散体也可用于印刷以产生导电电极42和/或轨道(导体图案)。在至少一个这样的实施例中，例如，ep模块26的电极42和导电轨道包括银聚合物糊剂、可拉伸的银导体糊剂、医用级导电ag/agcl油墨或聚(3，4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)，因为它们具有灵活的加工和持久的导电性。
[0059]
如上所述，在至少一个实施例中，装置20还提供了近红外光谱(“nirs”)模块28，其被配置用于监测目标部位24的氧合状态和/或生化测量。在至少一个这样的实施例中，如图1和图9所示，至少一个nirs模块28包括由基板支撑的至少一个光电检测器92和至少一个近红外发光二极管(“led”)94，用于肌肉氧合测量(肌肉血氧测定)。
[0060]
人体组织对650-1000纳米之间的近红外范围内的光相对透明。近红外辐射(“nir”)窗口，也称为“光学窗口”，是在组织中具有最大穿透深度的波长范围。事实上，因为nir很少被水和血红蛋白吸收，所以可以很容易地从体表收集光谱读数，主要的吸收物是氧合血红蛋白(hbo2)和脱氧血红蛋白(hhb)的血液发色团。当由led 94发射的近红外光穿过组织时，一部分光被反射和吸收，剩余的光被散射并且可以被至少一个光电检测器92测量。检测到的nirs信号的深度可以由led 94和光电检测器92之间的距离来控制。通常认为，对于3cm的源-检测器距离，皮肤表面下大约1.5cm(源-检测器距离的一半)可以通过香蕉形(banana-shaped)区域被检测到。因此，考虑到不同肌肉的特定解剖结构，led-检测器距离可以在2-7cm的范围内选择，用于肌肉活动检测。然而，在另外的实施例中，可以利用任何其他间隔，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。此外，hbo2和hhb对近红外光具有不同的光吸收特性，收缩肌肉改变了散射回皮肤表面的近红外光的量，并且这种改变可以被光电检测器92检测到。通过使用修正的比尔-朗伯定律(beer-lambert law)，可以计算和量化hbo2和hhb的相对浓度变化。
[0061]
因此，在至少一个实施例中，组合ep模块26和nirs模块28的优点，将有助于从电生理学和新陈代谢的角度理解肌肉活动，为人类健康和生理表现提供更有价值的信息。例如，与semg传感器结合的nirs已经被用于获得用于评估代谢和神经肌肉活动的更可靠的信息，揭示肌肉疲劳或损伤的机制。然而，如果采用了单独的semg和nirs传感器系统，这导致了大的尺寸、麻烦的数据同步、繁琐的信号线和有限的通道。因此，在至少一个实施例中，具有集成的ep模块26和nirs模块28以及超声模块22的装置20对于满足临床实践要求非常重要。
[0062]
在至少一个实施例中，至少一个光电检测器92中的一个或更多个可用于提供参考信号。例如，最接近近红外led 94的光电检测器92可以提供参考强度，其它光电检测器92测
量的强度与该参考强度相对照。以这种方式，可以提供对由近红外led 94发射的信号强度变化的控制和了解，简化了nirs模块28的设计和操作。在至少一个实施例中，光电检测器92可以在每个相邻光电检测器92的中心之间以及在多个另外的光电检测器92的第一光电检测器92的中心和近红外led 94之间间隔10毫米。在其他配置中，可以使用更小的间距(例如8mm的间距)来允许包含更多数量的光电检测器92。例如，光电检测器92可以与近红外led 94分别间隔8mm、16mm、24mm和32mm。在一些配置中，相邻光电检测器92之间的间距可以在5mm和20mm之间、小于5mm、小于1mm或者这些范围内的任何距离或距离范围。在另外的实施例中，可以利用任何其他间隔，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。在至少一个实施例中，光电检测器92被电子地布置和配置成与近红外led 94同步操作。在至少一个这样的实施例中，光度前端100用于操作光电检测器92和94。在至少一个实施例中，近红外led 94可以包括薄光源，该薄光源可以包括例如oled或可印刷的led(有机或无机)。在至少一个这样的实施例中，光源包括位于包括阳极和阴极的两个导电层54(即，电极)之间的柔性发光器，其中柔性发光器响应于施加到阳极和阴极的电流而发光。一种典型的光源使用透明基板、透明阳极、柔性发光器和反射阴极。柔性发光器产生的光通过透明阳极和透明基板发射。这通常被称为底部发射光源。举例来说，在至少一个这样的实施例中，多个光电检测器92基本上线性地布置在源自近红外led 94的位置的路径上，用于测量相对近红外led 94处于不同位置处的光信号。在优选配置中，至少两个光电检测器92用于测量距led 94的至少两个不同距离的光信号强度，以提供作为距离的函数的测量信号与模型的改进拟合，该模型用于基于测量的强度提供氧(+肌)血红蛋白、(o2hb)、脱氧血红(+肌)珠蛋白(hhb)、总血红(+肌)珠蛋白(thb)或肌肉氧饱和度(smo2)中的任何一个或更多个。
[0063]
在至少一个实施例中，导电层54可包括共享电极，使得同一导电层54用作超声模块22、ep模块26和/或nirs模块28的公共阴极或公共阳极。用于ep模块26和/或nirs模块28的阳极包括例如透明导电氧化物(tco)，例如但不限于氧化铟锡(ito)、氧化锌(zno)等。实际上，导电层54将包括将这些部件连接到其相关电子系统的轨道网络。除了包含超声模块22、ep模块26或nirs模块28的阳极或阴极的导电层之外，还可以包括导电层54，以允许所有轨道的正确布线。此外，具有连续导电平面的导电层54可以被认为允许实现阻抗受控的迹线(例如微带或带状线)和/或提供电磁屏蔽。可以考虑导电平面或迹线来收集由装置20的任何元件产生的热量，并将其传导到至少一个散热器，在该散热器处，这种热量可以安全地传递到周围环境。
[0064]
在至少一个实施例中，电子系统中的一个或更多个，例如但不限于，超声收发器60、模拟双向多路复用器62、控制器78、收发器82、电源80、前端信号调节电路86、光度前端100、无线通信模块88、数据存储设备84等，可包含在至少一个微电子模块56(图1)内，微电子模块56定位成与至少一个背衬层52的顶表面96接触。在至少一个另外的实施例中，微电子模块56位于覆盖物98内，覆盖物98位于装置20的各种部件的顶部并与其电接触。在另外其他的实施例中，微电子模块56可以位于装置20上或相对于装置20的其他地方。例如，在至少一个这样的另外实施例中，如图11所示，微电子模块56可以位于装置20的其他部件的外部或与其分离，其中至少一个超声模块22、ep模块26和/或nirs模块28中的每一个都与微电子模块56电通信。这些实施例允许通过传统且相对可靠的工艺来制造微电子模块56，同时还增加了装置20的模块化。在另外其他的这样的实施例中，至少一个超声模块22、ep模块26
和/或nirs模块28中的每一个可以在单个柔性贴片中一起实现(如下面进一步讨论的)，或者单独实现，这至少部分地取决于给定使用情况下所需的技术和目标部位24的位置。
[0065]
在至少一个实施例中，覆盖物98由透明或半透明材料制成。然而，在另外的实施例中，覆盖物98可以由不透明材料构成。覆盖物98可为用户提供舒适性，尤其是当用户从事体育活动时。覆盖物98可以为装置20的各种部件提供保护，防止灰尘和流体进入部件，并提供缓冲以保护装置20免受冲击。如果材料具有合理的低热阻率，覆盖物98可以额外地改善装置20的任何部件和周围环境之间的热传递。
[0066]
应注意，图中所示的装置20的各种部件的配置和布置(包括超声模块22、ep模块26和/或nirs模块28中每一个的部件的相对定位)仅是示例性的。因此，在另外的实施例中，各种部件可以采用现在已知或以后开发的任何其他配置和布置，只要装置20能够基本上执行本文描述的功能。
[0067]
同样如图1所示，在至少一个实施例中，上述装置20的各种部件配置为独立的可佩戴贴片，其可粘附固定在用户皮肤上(或直接接触用户皮肤的服装上)，或可替代地，固定或以其他方式集成在直接接触用户皮肤的服装面料中。在每个这样的实例中，装置20被配置为可佩戴的、灵活的解决方案，用于提供对目标部位的远程流动监视。因此，在装置20用于msk超声波(其通常用于生成全身肌肉、腱、韧带和关节的超声图像，帮助诊断扭伤、拉伤、撕裂和其他软组织状况)的上下文的实施例中，装置20将允许在运动医学和实时保健监控领域中进行实时数据收集，同时还可用于多种高级应用，仅举几个例子，包括人机界面、高级假肢技术(仿生学)、电子皮肤、可佩戴消费电子产品和软机器人。此外，通过在至少一个实施例中结合超声模块22、ep模块26和nirs模块28中的每一个，装置20能够用作新颖的多模态“3合1”系统(或至少“2合1”系统，其中只有ep模块26或nirs模块28中的一个与超声模块22结合)，该系统在各种生物医学和临床应用中同时采集超声成像、生物电信号和氧合状态和/或生化测量，包括但不限于声肌描记术(sonomyography)(“smg”)，肌电图(“emg”)、心电图(“ecg”)、脑电图(“eeg”)、皮肤电反应(“gsr”)、光电容积描记法(“ppg”)、动脉血氧饱和度(“sp02”)、氧(+肌)血红蛋白、(o2hb)、脱氧血红(+肌)珠蛋白(hhb)、总血红(+肌)珠蛋白(thb)、肌肉血氧饱和度(smo2)、肌肉活动、情绪、一氧化碳(“spco”)和血液二氧化碳(“co
2”)的动脉饱和度、血压(“bp”)、呼吸(如呼吸频率(“rf”)和/或呼吸量(“rv”))、心率(“hr”)和/或心率变异性(“hrv”)、脉搏、生物阻抗和温度，如皮肤温度(“st”)和/或核心体温。
[0068]
本说明书的各方面也可描述为以下实施例：
[0069]
1.一种可定位在用户身体的目标部位上的可佩戴超声装置，包括：至少一个超声模块，其被配置用于获得目标部位的至少一个超声图像，该超声模块包括至少一个超声换能器、至少一个导电层和至少一个超声收发器，该至少一个超声换能器位于至少一个弹性基板上、包括至少一个传感器，该至少一个导电层定位成与至少一个传感器电通信，该至少一个超声收发器与至少一个传感器电通信；至少一个电生理(“ep”)模块，其位于至少一个弹性基板上，并被配置用于检测目标部位的生物电信号；至少一个控制器，其经由导电层与超声模块和ep模块中的每一个电通信，该至少一个控制器被配置用于在经由ep模块检测到目标部位中的生物电信号时，选择性地使超声模块获得目标部位的至少一个超声图像。
[0070]
2.根据实施例1所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个传感器是压电传感器或微机电(“mem”)传感器中的至少一个。
[0071]
3.根据实施例1-2所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个传感器是压电传感器，其包括夹在两个或更多个电极之间的压电材料。
[0072]
4.根据实施例1-3所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个超声模块包括一对导电层，该对导电层被定位成将至少一个压电传感器基本夹在其间。
[0073]
5.根据实施例1-4所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个超声模块还包括至少一个匹配层，该至少一个匹配层位于至少一个传感器的底表面上，并且被配置用于提供声阻抗适配。
[0074]
6.根据实施例1-5所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个超声模块还包括至少一个封装层，该封装层被定位成将至少一个导电层与周围环境隔离。
[0075]
7.根据实施例1-6所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个超声模块还包括一对封装层，该对封装层被定位用于将至少一个导电层基本夹在其间。
[0076]
8.根据实施例1-7所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个超声换能器被配置为在7-14mhz的范围内操作以进行浅层扫描，并在2-6mhz的范围内操作以对更深层的目标扫描。
[0077]
9.根据实施例1-8所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个超声换能器被配置为以脉冲-回波配置进行操作。
[0078]
10.根据实施例1-9所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个压电传感器中的每一个具有相对小于其间距的宽度。
[0079]
11.根据实施例1-10所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个超声换能器包括被配置为至少一个阵列的多个相邻布置的传感器。
[0080]
12.根据实施例1-11所述的可佩戴超声装置，其中，对于相控阵列操作，阵列的两个相邻压电传感器的中心之间的距离小于大约0.5λ，对于线性阵列操作，该距离小于大约0.75λ-3λ，其中λ＝c/f，λ是频率为f且纵向声速c≈1500m/s的超声波信号的波长。
[0081]
13.根据实施例1-12所述的可佩戴超声装置，其中，阵列的相邻压电传感器由小切口分开，以便为每个压电传感器提供声学元件间隔离。
[0082]
14.根据实施例1-13所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个超声换能器包括以并排布置定位的多个阵列。
[0083]
15.根据实施例1-14所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个超声换能器包括多个阵列，这些阵列被布置成采集目标部位的正交横截面。
[0084]
16.根据实施例1-15所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个阵列被配置为弯曲件。
[0085]
17.根据实施例1-16所述的可佩戴超声装置，其中，连续传感器的子集被配置为根据需要被同时激活。
[0086]
18.根据实施例1-17所述的可佩戴超声装置，其中，多个传感器夹在以行列结构排列的多个电极之间，以便形成至少一个准二维阵列。
[0087]
19.根据实施例1-18所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个匹配层中的最底部的一个匹配层被配置用于选择性地将对应的至少一个超声换能器粘附到目标部位。
[0088]
20.根据实施例1-19所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个匹配层由硅粘合凝胶、橡胶、硅树脂、热塑性弹性体和聚合材料中的至少一种构成。
[0089]
21.根据实施例1-20所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个匹配层还由生物相
容、无乳胶、无毒且不致敏的材料构成。
[0090]
22.根据实施例1-21所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个匹配层由聚合材料连同至少一种填料构成，填料包括pzt、钨、氧化铝、石英玻璃、碳化钨、钛和玻璃粉中的至少一种，所述至少一种填料被配置用于增加聚合材料的声阻抗。
[0091]
23.根据实施例1-22所述的可佩戴超声装置，其中，超声模块还包括耦合层，耦合层定位成与至少一个超声换能器中最底部的一个的底表面接触，并且被配置成选择性地将超声模块粘附到目标部位。
[0092]
24.根据实施例1-23所述的可佩戴超声装置，其中，耦合层定位成与至少一个匹配层中最底部的一个匹配层的底表面接触。
[0093]
25.根据实施例1-24所述的可佩戴超声装置，其中，耦合层包括透声硅胶或能够在超声模块和目标部位之间传输超声波信号的其他粘合材料。
[0094]
26.根据实施例1-25所述的可佩戴超声装置，其中，耦合层还由生物相容的、无乳胶的、无毒的和不致敏的材料构成。
[0095]
27.根据实施例1-26所述的可佩戴超声装置，其中，耦合层具有近似目标部位的声阻抗的声阻抗，以便提供阻抗匹配。
[0096]
28.根据实施例1-27所述的可佩戴超声装置，其中，超声模块还包括至少一个背衬层，该至少一个背衬层定位成与至少一个传感器的离目标部位最远的一侧接触，至少一个背衬层被配置成吸收由至少一个传感器辐射的不指向目标部位的任何超声波。
[0097]
29.根据实施例1-28所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个背衬层的声阻抗近似于至少一个传感器的声阻抗。
[0098]
30.根据实施例1-29所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个背衬层由载钨环氧树脂、热解物、黄铜和碳中的至少一种构成。
[0099]
31.根据实施例1-30所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个导电层由导电聚合物材料、碳、石墨烯、铝、铜、金、钼、铱、镁、银、氟化锂及其合金中的至少一种构成。
[0100]
32.根据实施例1-31所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个封装层由玻璃和塑料中的至少一种构成。
[0101]
33.根据实施例1-32所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个封装层基本上不透湿气和氧气。
[0102]
34.根据实施例1-33所述的可佩戴超声装置，其中，装置包括比超声收发器相对更多数量的传感器，使得至少一个超声收发器与多个传感器电通信。
[0103]
35.根据实施例1-34所述的可佩戴超声装置，还包括与至少一个超声收发器和相应的多个传感器电通信的至少一个双向多路复用器。
[0104]
36.根据实施例1-35所述的可佩戴超声装置，其中，ep模块包括至少一个电极阵列和至少一个参考电极。
[0105]
37.根据实施例1-36所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个超声收发器包括脉冲发生器、发射/接收开关(“t/r开关”)、低噪声放大器(“lna”)、可变增益放大器(“vga”)和低通滤波器(“lpf”)。
[0106]
38.根据实施例1-37所述的可佩戴超声装置，还包括至少一个收发器，其与至少一个控制器电通信，并且被配置用于与选择的外部设备通信。
[0107]
39.根据实施例1-38所述的可佩戴超声装置，其中，ep模块包括至少一个电极、前端信号调节电路、控制器和通信模块。
[0108]
40.根据实施例1-39所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个弹性基板由硅基材料、橡胶、热塑性弹性体、聚合材料、箔和各种织物中的至少一种构成。
[0109]
41.根据实施例1-40所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个弹性基板还由本质上透明、柔性且适形的材料构成。
[0110]
42.根据实施例1-41所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个弹性基板还由生物相容、无乳胶、无毒且不致敏的材料构成。
[0111]
43.根据实施例1-42所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个弹性基板具有不超过约180微米的厚度，使得装置具有不超过约25毫米的总厚度。
[0112]
44.根据实施例1-43所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个弹性基板提供嵌入在所述弹性基板内或上方的多个信号迹线。
[0113]
45.根据实施例1-44所述的可佩戴超声装置，还包括近红外光谱(“nirs”)模块，其位于至少一个弹性基板上，与至少一个控制器电通信，并被配置用于监测目标部位的氧合状态和/或生化测量。
[0114]
46.根据实施例1-45所述的可佩戴超声装置，其中，nirs模块包括至少一个光电检测器和至少一个近红外发光二极管(“led”)。
[0115]
47.根据实施例1-46所述的可佩戴超声装置，其中，至少一个控制器和超声收发器中的至少一个位于至少一个微电子模块内。
[0116]
48.根据实施例1-47所述的可佩戴超声装置，还包括覆盖物，其被配置用于保护超声模块、ep模块、nirs模块和至少一个微电子模块中的每一个。
[0117]
49.根据实施例1-48所述的可佩戴超声装置，其中，装置被配置为独立的可佩戴贴片，其能够选择性地直接或间接地与目标部位接合。
[0118]
50.一种可定位在用户身体的目标部位上的可佩戴超声装置，包括：至少一个超声模块，其被配置用于获得目标部位的至少一个超声图像，该超声模块包括至少一个超声换能器、一对导电层和至少一个超声收发器：该至少一个超声换能器位于至少一个弹性基板上、包括至少一个压电传感器，该至少一个压电传感器中的每一个包括夹在两个或更多个电极之间的压电材料，该对导电层定位成基本上将至少一个压电传感器夹在其间，该至少一个超声换能器与至少一个压电传感器电通信；至少一个电生理(“ep”)模块，其位于至少一个弹性基板上，并被配置用于检测目标部位的生物电信号；至少一个控制器，其经由导电层与超声模块和ep模块中的每一个电通信，该至少一个控制器被配置用于在经由ep模块检测到目标部位中的生物电信号时，选择性地使超声模块获得目标部位的至少一个超声图像。
[0119]
51.一种可定位在用户身体的目标部位上的可佩戴超声装置，包括：至少一个超声模块，其被配置用于获得目标部位的至少一个超声图像，该超声模块包括至少一个超声换能器、至少一个导电层和至少一个超声收发器，该至少一个超声换能器位于至少一个弹性基板上、包括至少一个传感器，该至少一个导电层定位成与至少一个传感器电通信，该至少一个超声收发器与至少一个传感器电通信；电生理(“ep”)模块和近红外光谱(“nirs”)模块中的至少一个，ep模块定位在至少一个弹性基板上，并被配置用于检测目标部位的生物电
信号，近红外光谱(“nirs”)模块定位在至少一个弹性基板上，并被配置用于监测目标部位的氧合状态和/或生化测量；至少一个控制器，其经由导电层与超声模块中的每一个以及ep模块和nirs模块中的至少一个电通信，该至少一个控制器被配置用于在检测到目标部位中的生物电信号、氧合状态和/或生化测量中的至少一个时，选择性地使超声模块获得目标部位的至少一个超声图像。
[0120]
最后，关于本文所示和所述的本发明的示例性实施例，将理解的是，公开了一种可佩戴超声装置，并将其配置用于与各种生物医学应用(包括肌肉骨骼(“msk”)成像和分析)一起使用。因为本发明的原理可以在除了所示出和描述的配置之外的多种配置中实施，所以应该理解，本发明不以任何方式受到示例性实施例的限制，而是通常针对可佩戴的超声装置，并且能够采取多种形式来实现，而不脱离本发明的精神和范围。本领域的技术人员还应该理解，本发明不限于所公开的构造的特定几何形状和材料，而是可以替代地在不脱离本发明的精神和范围的情况下需要现在已知的或以后开发的其他功能上相当的结构或材料。
[0121]
本文描述了本发明的某些实施例，包括用于实施本发明的发明人已知的最佳模式。当然，这些描述的实施例的变化对于本领域普通技术人员在阅读前面的描述后将变得明显。发明人期望本领域技术人员适当地采用这些变化，并且发明人打算以不同于本文具体描述的方式实施本发明。因此，本发明包括根据适用法律允许的所附权利要求中列举的主题的所有修改和等同物。此外，任何在所有可能的变化中的上述实施例的组合都被本发明所包括，除非本文另有说明或另外与上下文明显矛盾。
[0122]
本发明的替代实施例、元件或步骤的分组不应被解释为限制。每个组成员可以单独地或与本文公开的其他组成员的任何组合一起参考并要求保护。为了方便起见和/或可专利性，预期组中的一个或更多个成员可以被包括在组中或从组中删除。当发生任何此类包含或删除时，该说明书被认为包含经修改的组，从而满足所附权利要求中使用的所有马库什组(markush groups)的书面描述。
[0123]
除非另有说明，否则表示本说明书和权利要求书中使用的特征、项目、量、参数、特性、术语等的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约(about)”修饰。如本文所使用的，术语“约”意味着如此有限制的特征、项目、量、参数、特性或术语包括高于和低于所述特征、项目、量、参数、特性或术语的值的正或负百分之十的范围。因此，除非相反指出，否则说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是可能变化的近似值。至少而不是试图限制等同原则在权利要求的范围内的应用，每个数字指示应至少根据报告的有效数字的数量和通过应用普通舍入技术来解释。尽管提出本发明的广泛范围的数值范围和值是近似值，但是具体示例中阐述的数值范围和值尽可能精确地报告。然而，任何数值范围或值固有地包含必须由其各自的测试测量中发现的标准偏差导致的某些误差。本文的值的数值范围的引用仅仅意在作为单独地提及落在该范围内的每个分开的数值的简写方法。除非本文另有说明，否则将数值范围的每个单独值并入本说明书中，如同在本文中单独列举一样。类似地，如本文所用，除非有相反指示，术语“基本上”是程度术语，意在指示如此限定的特征、项目、数量、参数、特性或术语的近似值，包括本领域普通技术人员可以理解和解释的范围
[0124]
在提及实施例或实施例方面时，术语“可(may)”或“能(can)”的使用也带有“不可”或“不能”的替代含义。因此，如果本说明书公开了实施例或实施例的一个方面可以是或能
够被包括作为本发明主题的一部分，那么负面限制或排除性但书也是明确的，意味着实施例或实施例的一个方面可以不是或不能被包括作为本发明主题的一部分。以类似的方式，参考实施例或实施例的方面使用术语“可选地”意味着这种实施例或实施例的方面可以被包括作为本发明主题的一部分，或者可以不被包括作为本发明主题的一部分。这种负面限制或排除性但书是否适用将取决于该负面限制或排除性但书是否在所要求保护的主题中叙述。
[0125]
在描述本发明的上下文中(尤其是在所附权利要求的上下文中)使用的术语“一(a)”、“一个(an)”、“该”和类似参考应解释为涵盖单数和复数，除非本文另有说明或上下文明显矛盾。此外，用于识别元件的顺序指示符——如“第一”、“第二”、“第三”等——是用来区分元件，并不表示或暗示需要或限制这些元件的数量，也不表示这些元件的特定位置或顺序，除非另有具体说明。本文中描述的所有方法可以以任何合适的顺序进行，除非本文另有指示或另外与上下文明显矛盾。本文所提供的使用的任何和所有示例或示例性语言(例如，“如(such as)”)，仅旨在更好地阐明本发明，并不构成对本发明的范围的限制，除非另外声明。本说明书中的任何语言不应被解释为表示任何未要求保护的元素对本发明的实践来说是必需的。
[0126]
当在权利要求中使用时，无论是提交的还是根据修改添加的，开放式过渡术语“包括(comprising)”(连同其等效开放式过渡短语，如“包括(including)”、“包含”和“具有”)单独或与未列举的主题相结合地包含所有明确列举的元素、限制、步骤和/或特征；命名的元素、限制和/或特征是必要的，但是可以添加其他未命名的元素、限制和/或特征，并且仍然形成权利要求范围内的构造。本文公开的具体实施例可以在权利要求中使用封闭式过渡短语“由
……
组成”或“基本上由
……
组成”来代替“包括(comprising)”或作为对“包括(comprising)”的修正来进一步限定。当在权利要求中使用时，无论是提交的还是根据修改添加的，封闭式过渡短语“由
……
组成”不包括权利要求中没有明确记载的任何元素、限制、步骤或特征。封闭式过渡短语“基本上由
……
组成”将权利要求的范围限制在明确陈述的元素、限制、步骤和/或特征以及不会实质上影响所要求保护的主题的基本和新颖特征的任何其他元素、限制、步骤和/或特征。因此，开放式过渡短语“包括(comprising)”的含义被定义为包含所有具体列举的元素、限制、步骤和/或特征以及任何可选的、额外的未指定的元素、限制、步骤和/或特征。封闭式过渡短语“由
……
组成”的含义被定义为仅包括权利要求中具体列举的那些元素、限制、步骤和/或特征，而封闭式过渡短语“基本上由
……
组成”的含义被定义为仅包括权利要求中具体列举的那些元素、限制、步骤和/或特征，以及不会实质上影响所要求保护的主题的基本和新颖特征的那些元素、限制、步骤和/或特征。因此，作为限制情况，开放式过渡短语“包括”(连同其等效开放式过渡短语)在其含义内包括由封闭式过渡短语“由
……
组成”或“基本上由
……
组成”指定的要求保护的主题。因此，本文中描述的或使用短语“包括”要求保护的实施例在本文中被明确地或固有地清楚地描述、启用和支持短语“基本上由
……
组成”和“由
……
组成”。
[0127]
旨在根据35u.s.c.
§
112(f)进行处理的任何权利要求将以“用于
……
的装置”开始，但在任何其他情况下使用术语“用于”并非旨在引起35u.s.c.
§
112(f)下的处理。因此，申请人保留在提交本技术后，在本技术或继续申请中追求附加权利要求的权利。
[0128]
应理解，逻辑代码、程序、模块、过程、方法以及每种方法的各个要素的执行顺序仅
为示例性的。根据实现方式，它们可以以任何顺序或并行执行，除非在本公开中另有说明。此外，逻辑代码不涉及或不限于任何特定的编程语言，并且可以包括在分布式、非分布式或多处理环境中的一个或更多个处理器上执行的一个或更多个模块。另外，结合本文公开的实施例描述的各种说明性逻辑块、模块、方法和算法过程和序列可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，各种说明性的部件、块、模块和过程动作已经在上文中根据它们的功能进行了描述。这种功能实现为硬件还是软件取决于特定的应用和对整个系统的设计约束。对于每个特定的应用，所描述的功能可以以不同的方式实现，但是这样的实现决定不应该被解释为导致脱离本文档的范围。
[0129]
本文档中使用的短语“非暂时性”除了具有其普通含义外，还表示“持久的或长期存在的”。短语“非暂时性计算机可读介质”除了具有其普通含义之外，还包括任何和所有计算机可读介质，唯一的例外是暂时性传播信号。作为示例而非限制，这包括非暂时性计算机可读介质，例如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(“ram”)。
[0130]
上述方法可用于集成电路芯片的制造。制造者可以以原始晶片形式(即，作为具有多个未封装芯片的单个晶片)、裸管芯或封装形式来分发所得的集成电路芯片。在后一种情况下，芯片安装在单芯片封装中(例如塑料载体，具有固定到母板或其他更高级载体的引线)或多芯片封装中(例如具有表面互连或掩埋互连中的一个或两个的陶瓷载体)。在任何情况下，芯片然后与其他芯片、分立电路元件和/或其他信号处理设备集成，作为(a)诸如主板的中间产品或(b)最终产品的一部分。最终产品可以是包括集成电路芯片的任何产品，从玩具和其他低端应用到具有显示器、键盘或其他输入设备以及中央处理器的高级计算机产品。
[0131]
本说明书中引用和标识的所有专利、专利出版物或其它出版物为了描述和公开的目的以其全部通过引用被单独且明确地并入在本文中，例如，可能结合本发明使用的在这样的出版物中描述的组分和方法。这些出版物仅在本技术的提交日期之前被提供以供其公开。这方面的任何内容都不应被解释为承认发明人无权凭借先前的发明或出于任何其它原因而提前披露这样的公开。关于这些文件内容的日期或表示的所有声明都基于申请人可用的信息，并不构成对这些文件的日期或内容的正确性的任何承认。
[0132]
虽然已经参考至少一个示例性实施例描述了本发明的各方面，但是本领域技术人员应该清楚地理解，本发明不限于此。相反，本发明的范围将仅结合所附权利要求来解释，并且在此澄清发明人认为要求保护的主题即是本发明。