用于对心脏和其它内脏组织成像的可穿戴超声成像装置

背景技术：

1、正常的心脏功能对于维持全身组织的全身灌注至关重要。心血管疾病，尤其是老年人的心血管疾病，在死亡率、发病率和残疾方面造成了巨大负担(材料和方法)。由于心脏功能是不断变化的，长时间段内持续监测对于提供可靠和准确的诊断至关重要。采样不足可能会错过关键瞬态信号(材料和方法)。用于基于心电图、心冲击描记图、心震图、光电容积描记图和电阻抗断层扫描连续评估心脏功能的常规方法仅提供有限或间接的信息(材料和方法)。另一方面，临床成像方法，如磁共振成像、x射线计算机断层扫描、正电子发射断层扫描、单光子发射计算机断层扫描，光学电压图、光学相干断层扫描和超声检查是直接和准确的(材料和方法，表s1)。然而，由于设备设置繁琐和成本高昂，现有的临床成像方法都仅用于短期使用。基于导管的超声换能器可以提供短期连续的心脏记录，但具有侵入性，并且通常需要麻醉，这可能会影响测量结果。

技术实现思路

1、一方面，提供了一种可穿戴超声装置以执行成像，包含例如用于高分辨率、实时和长期心脏成像。在一些实施例中，材料制造和成像算法被选择和设计成使得可穿戴装置能够在不同的视图中检查四个心腔。装置与人皮肤之间可靠的机械耦接允许在运动期间进行连续的超声心动图记录。深度学习模型从连续图像记录中自动提取左心室容积，从而同时产生每搏输出量、心输出量和射血分数的波形。这些实施例使得能够在各种环境中以显著提高的准确度动态监测心脏性能。

2、在一些实施例中，一种可拉伸且柔性的成像装置，其适形于其所附接的患者组织的形状，所述成像装置包含可拉伸且柔性的封装基板和覆盖层。所述基板可移除地附接到患者组织。超声换能器阵列安置在所述基板与所述覆盖层之间，以发射和接收超声波。换能器元件被布置成使得来自接收到的超声波的数据可被处理成特定患者组织的超声图像。可拉伸且柔性的电互连分层结构安置在所述覆盖层或所述基板与所述换能器阵列之间，并且操作性地耦接到所述换能器元件，使得所述电互连分层结构被配置成寻址所述换能器元件。控制器被配置成实施波束成形算法。所述控制器与所述电互连分层结构操作性地通信，以生成所述特定患者组织的所述超声图像。

3、提供本
技术实现要素：
的目的是以简化形式介绍精选的概念，这些概念在以下具体实施方式中进一步描述。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用作确定所要求保护的主题的范围的辅助手段。此外，所要求保护的主题不限于解决本公开的任何部分中所指出的任何或所有缺点的实施方案。

技术特征：

1.一种可拉伸且柔性的成像装置，其适形于其所附接的患者组织的形状，所述可拉伸且柔性的成像装置包括：

2.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述波束成形算法选自包含以下各项的群组：平面波算法、单焦点算法、平面波复合算法和宽波束复合算法。

3.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述超声换能器阵列中的所述换能器元件被布置成多个彼此重叠且交叉的线性阵列。

4.根据权利要求3所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述多个线性阵列包含两个用于生成同时双平面超声图像的线性阵列。

5.根据权利要求3所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述多个线性阵列包含三个或多于三个用于生成表示不同图像平面的三个或多于三个同时超声图像的线性阵列。

6.根据权利要求4所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述两个线性阵列彼此正交。

7.根据权利要求3所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述线性阵列中的每一个的长度和宽度各自由至少两个换能器元件限定。

8.根据权利要求3所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述多个线性阵列中的所述换能器元件的节距介于0.01mm与2cm之间。

9.根据权利要求8所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述多个线性阵列各自的长度介于0.5mm与50cm之间。

10.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述换能器阵列的孔径与节距的比率为30-60。

11.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述超声换能器阵列是被配置成生成三维容积超声图像的二维阵列。

12.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述超声换能器阵列是周期性或非周期性阵列。

13.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述可拉伸电互连分层结构包括液态金属电极，所述液态金属电极包含聚合物基质中的多层液态金属。

14.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述可拉伸且柔性的电互连分层结构包括碳纳米管。

15.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述换能器元件是压电换能器元件。

16.根据权利要求15所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述压电换能器元件包括1-3复合材料。

17.根据权利要求15所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述压电换能器元件包括pmn-pt单晶。

18.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述换能器元件是压电微机械超声(pmut)换能器元件或电容微机械超声(cmut)换能器元件。

19.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其进一步包括电磁屏蔽层，所述电磁屏蔽层定位于所述覆盖层与所述可拉伸电互连分层结构之间。

20.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述可拉伸且柔性的封装基板和所述覆盖层包括三嵌段共聚物。

21.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述患者的所述特定组织是所述患者的内脏器官。

22.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述可拉伸且柔性的封装基板被配置成能可移除地附接到的所述患者组织是所述患者的表皮。

23.根据权利要求1所述的可拉伸且柔性的成像装置，其中所述控制器通过电阻抗匹配电路电耦接到并且操作性地耦接到所述可拉伸电互连分层结构。

24.一种生成患者的患者组织的超声图像的方法，所述方法包括：

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述特定组织是所述患者的内脏器官。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述内脏器官是心脏，并且所述超声图像是超声心动图。

27.根据权利要求24所述的方法，其中所述特定组织选自由以下组成的群组：下腔静脉、腹主动脉、脊柱和肝脏。

28.根据权利要求24所述的方法，其中所述发射采用选自包含以下各项的群组的波束成形方案：平面波算法、单焦点算法、平面波复合算法和宽波束复合算法。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述接收采用选自包含以下各项的群组的波束成形方案：延迟和求和算法、延迟乘法和求和算法以及滤波延迟乘法和求和算法。

30.根据权利要求26所述的方法，其中所述心脏的所述超声心动图基于四个包含以下各项的标准视图：心尖四腔视图、心尖双腔视图、胸骨旁长轴视图和胸骨旁短轴视图。

31.根据权利要求28所述的方法，其中所述波束成形方案采用相位校正算法来补偿所述换能器阵列在附接到所述患者组织时的变形。

技术总结
提供一种可拉伸且柔性的成像装置，其适形于其所附接的患者组织的形状，所述可拉伸且柔性的成像装置包含可拉伸且柔性的封装基板和覆盖层，所述可拉伸且柔性的封装基板和所述覆盖层可移除地附接到患者组织。超声换能器阵列安置在所述基板与所述覆盖层之间，以发射和接收超声波。换能器元件被布置成使得来自接收到的超声波的数据可被处理成特定患者组织的超声图像。可拉伸且柔性的电互连分层结构安置在所述覆盖层或所述基板与所述换能器阵列之间，并且操作性地耦接到所述换能器元件，使得所述电互连分层结构被配置成寻址所述换能器元件。控制器被配置成实施波束成形算法。所述控制器与所述电互连分层结构操作性地通信，以生成所述特定患者组织的所述超声图像。

技术研发人员：徐升,胡鸿杰,黄皓,李漠涵
受保护的技术使用者：加利福尼亚大学董事会
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15