CN113301845A - 用于超声呼吸监测中的运动补偿的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本文所描述的是用于超声呼吸监测中的运动补偿的示例方法、设备和系统。一种呼吸检测系统包括：第一探头，其放置在患者的身体的前侧；和第二探头，其放置在身体的背侧。第一探头包括超声换能器、第一加速度计单元和磁场传感器单元，并且第二探头包括第二加速度计单元和磁场传感器单元。由于患者的呼吸，身体的腹部区域移动，当超声束朝向患者的身体内的内部结构(内部组织区域)时产生测量误差。针对这样的测量误差的校正使用来自第一和第二加速度计单元和磁场传感器单元的输入数据。
Description
技术领域
本公开涉及用于患者的超声呼吸监测中的运动补偿的方法、设备和系统，包括校正起因于呼吸期间的腹部区域的运动的测量误差。
背景技术
呼吸的测量和监测对于患者的各种各样的医学状况的处理是重要的。胸膈是主要呼吸肌，并且其功能障碍可以是许多呼吸障碍和状况的症状。
为了监测呼吸，已经利用各种超声换能器装置探头。例如，超声换能器装置可以位于探头的壳体中并且通过超声透声材料嵌入其中，诸如硅橡胶材料或允许超声波的通过的另一材料。超声换能器探头可以使用具有其两个胶粘层之间的加强网的双面胶粘带放置在患者的身体的皮肤表面上。
虽然这样的探头可能在监测患者的呼吸性质中是有用的，但是考虑由在呼吸期间患者的前表面上的探头的运动引起的误差信号的校正是重要的。例如，身体的腹部区域随着患者呼吸移动，其使得探头移动。在一些情况下，这样的误差信号的幅度可能对于测量可靠性是重要的。
发明内容
本公开涉及用于校正超声呼吸监测期间的测量误差的系统和方法，其中，测量误差起因于呼吸期间患者的身体中的腹部运动。本发明的实施例检测身体中的各种组织和结构的运动，包括，例如，脾、肝、或肾。但是，出于图示本发明的实施例的原理的目的，以下讨论主要集中于肝的运动检测。例如，当比较利用附接到人体的前侧并且随着腹壁移动的腹部探头完成的测量结果时，肝偏移似乎比在利用机械固定探头测量时小大约30％至40％。
这些测量误差由施加到探头上的呼吸运动引起，抵消沿着超声束的方向的回波距离变化。这样的误差可以提出评价患者的呼吸模式和参数的确定性的风险，特别地对于具有医学关心的呼吸问题的患者。因此，本公开的方面涉及有效地补偿这样的非常不需要的误差并且提供呼吸监测中的较高准确度。
在实施例中，如权利要求1中所定义的，呼吸检测系统包括第一探头和第二探头。第一探头被配置为被放置在患者的身体的前侧上，并且第二探头被配置为被放置在身体的背侧上。第一探头包括超声换能器、第一加速度计单元、和第一磁场单元，其中，超声换能器、第一加速度计单元、和第一磁场单元固定定位在第一探头中。超声换能器固定定位在第一探头内并且具有以相对于第一探头的前平面的锐角取向的收发面。超声换能器被配置为在收发面处产生超声束以用于传输到患者的身体内的内部结构中。第二探头包括第二加速度计单元和第二磁场单元，其中，第二加速度计单元和第二磁场单元固定定位在第二探头中。超声换能器、第一和第二加速度计单元、和第一和第二磁场单元耦接到信号处理器。第一和第二加速度计单元和第一和第二磁场单元的组合被配置为产生校正输出信号，该校正输出信号是在患者的呼吸时超声换能器的空间位置移动和取向的函数。因此获得的信号被用于校正第一传感器与人体内的移动组织之间的距离的超声测量结果以便提供更准确的输出信号。
在呼吸检测系统的另一实施例中，如权利要求26中所定义的，呼吸检测系统包括：第一探头，其包括：超声换能器，其固定定位在第一探头内并且具有以相对于第一探头的前平面的锐角取向的收发面，其中，超声换能器被配置为在收发面处产生超声束以用于传输到患者的身体内的内部结构中，第一加速度计单元，和第一磁场单元，其中，超声换能器、第一加速度计单元、和第一磁场单元固定定位在第一探头中；以及第二探头，其包括：第二加速度计单元，和第二磁场单元，其中，第二加速度计单元和第二磁场单元固定定位在第二探头中；其中，超声换能器、第一和第二加速度计单元、和第一和第二磁场单元耦接到信号处理器，其中，第一探头被配置为被放置在患者的身体的前侧上，其中，第二探头被配置为被放置在患者的身体的背侧上，以及其中，信号处理器被配置为基于来自第一和第二加速度计单元和来自与第二磁场单元相互作用的第一磁场单元的输入，计算患者的腹壁相对于患者的身体内的内部结构的期望运动方向的运动和取向，腹壁的运动和取向与与患者的呼吸肌相关联的呼吸参数有关。
在另一实施例中，如在权利要求38中所定义的，公开了一种用于患者的呼吸参数的基于超声的检测中的运动补偿的方法。方法包括：将第一探头附接到患者的前身体表面，第一探头具有超声换能器、第一加速度计单元、和第一磁场单元；将第二探头附接到患者的背身体表面，第二探头具有第二加速度计单元、和第二磁场单元；以及提供信号处理器，其耦接到超声换能器、第一和第二加速度计单元、和第一和第二磁场单元。方法还包括：从第一探头中的超声换能器将超声束发送到患者的身体内的内部结构中；在第一探头中的超声换能器从内部结构接收超声回波信号；通过第二磁场单元生成发送到第一磁场单元并且由第一磁场单元检测的磁场；以及使用信号处理器使用来自第一加速度计单元的导出参数计算第一加速度计单元相对于固定坐标系的取向；以及进一步计算导出参数作为表示超声束的取向和第一磁场单元的取向的单位向量。此外，方法包括：使用信号处理器使用另外的导出参数计算第二加速度计单元相对于固定坐标系的取向，以及计算另外的导出参数，包括身体背部支撑倾斜角(α)和表示从第二磁场单元到第一磁场单元的空间方向、第二磁场单元的取向、和呼气期间的内部结构的期望运动方向的单位向量，使用信号处理器基于磁场的检测来计算第一和第二磁场单元之间的任何变化距离；以及使用信号处理器处理来自计算取向的结果、来自第一和第二加速度计单元的导出参数、和变化距离以生成校正参数来补偿由超声换能器的运动引起的接收的超声回波信号中的测量误差。
参考附图下面详细描述了进一步的特征和优点以及各种实施例的结构和操作。应注意到，本文所描述的特定实施例不旨在是限制性的。仅出于说明性目的，在此呈现这样的实施例。基于在此包含的教导，附加的实施例对于(一个或多个)相关领域的技术人员而言将是清楚的。
附图说明
在此并入并且形成说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且连同描述一起还用于解释发明的原理并且使得相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。
图1A-1C图示了根据本公开的实施例的示出超声换能器装置布置的人体躯干的示例图。
图2A和图2B图示了根据本公开的实施例的用于肝、脾或肾的运动检测的人体上的探头位置的示例图。
图3图示了根据本公开的实施例的前超声换能器装置探头的后透视图。
图4图示了根据本公开的实施例的图3的探头的后平面图。
图5图示了本公开的实施例的前超声换能器装置探头的第一实施例的剖面。
图6图示了本公开的实施例的前超声换能器装置探头的第二实施例的剖面。
图7图示了本公开的实施例的前超声换能器装置探头的第三实施例的剖面。
图8图示了本公开的实施例的前超声换能器装置探头的第四实施例的剖面。
图9图示了本公开的实施例的前超声换能器装置探头的第五实施例的剖面。
图10图示了本公开的实施例的前超声换能器装置探头的第六实施例的剖面。
图11图示了本公开的实施例的前超声换能器装置探头的第七实施例的剖面。
图12图示了本公开的实施例的前超声换能器装置探头的第八实施例的剖面。
图13图示了根据本公开的实施例的探头中的第一和第二材料的安装之前的图9和图10的探头的透视前全视图。
图14图示了根据本公开的实施例的从不同角度的图13的探头的另一透视前全视图。
图15图示了根据本公开的实施例的图13和图14的探头的透视前剖视图。
图16图示了根据本公开的实施例的待放置在人体的背侧上并且与人体的前侧上的前探头进行接口的后探头的透视后视图。
图17图示了根据本公开的实施例的第四材料的安装和粘合体的可选应用之前的图16的透视前全视图。
图18图示了根据本公开的实施例的图17的探头的透视前剖视图。
图19图示了根据本公开的实施例的在第四材料的安装之前的后探头的剖面。
图20图示了根据本公开的实施例的在第四材料的安装之后的图19的剖视图。
图21图示了根据本公开的实施例的在第五材料、粘合构件、或双面胶粘带材料的粘合体的添加之后的图20的剖视图。
图22图示了根据本公开的实施例的用于执行与范围计算和运动补偿有关的信号处理的发明系统的实施例的简化框示意图。
图23图示了根据本公开的实施例的示出用于使用对准人肝的超声束的呼吸检测的基本原理的剖面图。
图24图示了根据本公开的实施例的示出呼吸期间的人体的胸部和腹部区域的运动的剖面图。
图25图示了根据本公开的实施例的示出呼吸期间的腹部形状改变的效果的剖面图。
图26图示了根据本公开的实施例的示出还如图1A、图1B或图2所示的后(辅助)传感器探头布置的剖面图。
图27图示了根据本公开的实施例的示出从前和后探头中的加速度计导出信号的示意图。
图28图示了根据本公开的实施例的示出与范围计算和运动补偿有关的信号处理的示意图。
图29图示了根据本公开的实施例的示出从正x轴看到的第一旋转(p)的示例图形。
图30图示了根据本公开的实施例的示出在如从正y轴看到的第二旋转之前的重力向量的取向的示例图形。
图31图示了根据本公开的实施例的示出从正y轴看到的探头坐标和测量的加速度的示例图形。
图32图示了根据本公开的实施例的示出在从全局正x轴看到的第一旋转之后的情况的示例图形。
图33图示了根据本公开的实施例的在第二旋转之后的测量的加速度向量的方向。
图34图示了根据本公开的实施例的校准设置。
本发明的实施例将参考附图描述。
具体实施方式
以下详细描述参考附图以图示与本公开一致的示例性实施例。对“一个示例性实施例”、“示例性实施例”、“举例示例性实施例”等的详细描述中的引用指示所描述的示例性实施例可以包括特定特征、结构或者特点，但是每个示例性实施例可以不必包括特定特征、结构或者特点。而且，这样的短语不必指代相同示例性实施例。进一步地，当在结合示例性实施例描述特定特征、结构或者特点时，其在(一个或多个)相关领域的技术人员的知识内结合明确描述或未明确描述的其他示例性实施例实现这样的特征、结构或者特点。
本文所描述的示例性实施例被提供用于说明目的，并且是非限制性的。其他示例性实施例是可能的，并且可以对本公开的精神和范围内的示例性实施例进行修改。因此，详细描述不旨在限制本发明。相反，本发明的范围仅根据以下权利要求和其等同来定义。
实施例可以被实现在硬件(例如，电路)、固件、软件、或其任何组合中。实施例也可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，其可以由一个或多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算设备)可读的形式存储或者发送信息的任何机构。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存设备；电、光、声或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)，以及其他。进一步地，固件、软件、例程、指令可以在本文中被描述为执行某些动作。然而，应当理解，这样的描述仅为了方便起见，并且这样的动作实际上起因于计算设备、处理器、控制器、或执行固件、软件、例程、指令等的其他设备。进一步地，任何实现变化可以由通用计算机执行，如下文所描述的。
出于该讨论的目的，对术语“模块”或术语“单元”的任何引用应当被理解为包括软件、固件、或硬件(诸如芯片、微芯片、和器件、或其任何组合中的一个或多个)、和其任何组合中的至少一个。另外，将理解到，每个模块或单元可以包括实际设备内的一个、或超过一个组件，并且形成所描述的模块的一部分的每个组件可以合作或者独立于形成模块的一部分的任何其他组件运行。相反地，本文所描述的多个模块或单元可以表示实际设备内的单个组件。进一步地，模块或者单元内的组件可以在单个设备中或者以有线或无线方式分布在多个设备中间。
示例性实施例的以下详细描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，使得其他人可以通过应用(一个或多个)相关领域的技术人员的知识在无需过度实验的情况下针对各种应用容易地修改和/或适配这样的示例性实施例而不脱离本公开的精神和范围。因此，这样的适配和修改旨在在基于本文呈现的教导和指导的示例性实施例的意义和多个等同物内。应当理解，本文中的措辞或者术语出于描述而非限制的目的，使得本说明书的措辞或者术语将鉴于本文中的教导由(一个或多个)相关领域的技术人员解释。
图1A-1C图示了根据本公开的实施例的示出超声换能器装置布置的人体躯干的示例图。特别地，图1A示出了在其上超声换能器装置前探头102和不同的后探头104分别地附接到人类的前侧103和背侧105的人类的躯干101的右视图。图1B示出了后探头104的试探性位置，并且图1C示出了前探头102的试探性位置。在一些实施例中，前和后探头可以分别地被称为第一和第二探头。
尽管探头102、104被看到定位接近于右锁骨中线106，但是将理解到，这些探头可以对线106横向地和/或在沿着线106的方向的与图1B和图1C所示的位置不同的位置处定位。右锁骨中线被表示为106，并且左锁骨中线被表示为108。如果超声束朝向身体中的脾，则探头优选地定位在线108附近。如果超声束朝向肾，则探头优选地被定位在线106或线108附近取决于身体中的肾的所选择的一个。
将容易地理解到，内部组织区域或者内部结构的运动的测量不限于肝。可以使用可以从自身体表面由超声访问的任何薄壁软组织。除肝之外，根据一些实施例，对于记录膈膜运动，脾和肾可以是特别感兴趣的。
本发明参考涉及检测肝的运动的检测的当前优选模式来描述。本描述被用于便于解释本发明的各种实施例的结构、原理和操作并且旨在是示例性而不是限制性的。
图2A和图2B图示了根据本公开的实施例的用于肝、脾或肾的运动检测的人体上的探头位置的示例图。类似于图1，图2A图示了人体101上的探头位置，其中，探头102、104适合地链接或耦接到处理器(例如，图22所示的信号处理器134)和显示器109。图2B图示了用于患者的身体中的肝、脾或肾的运动检测的前探头102位置。
图3图示了根据本公开的实施例的前超声换能器装置探头102的后透视图。图4图示了根据本公开的实施例的图3的探头102的后平面图。
超声换能器装置前探头102进一步参考图5、图6、图9和图10描述。所图示的探头102被配置为被放置在人类的前身体表面103上以便朝向内部结构引导超声束并且从内部结构接收超声回波信号。内部结构是人类的肝、脾、或肾中的至少一个。在一些实施例中，组织区域可以被称为患者的身体内的内部结构。
图5、图6、图9和图10所图示的探头具有在非限制性示例中适合地由硬壳塑性材料制成的壳体110，其具有超声换能器112定位在其中的腔111。换能器112的收发面113在相对于壳体的前平面114的锐角Ω处取向，在壳体的腔的腔口处或附近。在一些实施例中，锐角适合地在0至60度的范围内。
换能器112借助于至少包括朝向前平面114延伸的超声非透声材料的第一材料的主体115固定定位在壳体110的腔111中。将可观察的是，第一材料的主体115围绕从收发面113朝向前平面114延伸的凹口116。
包括超声透声材料的第二材料的主体117的第一部分被定位在凹口116中，在朝向前平面114的换能器的收发面113处和前面。另外，第二材料的主体117的第二部分被应用到第一材料的主体的前表面115'上并且与其整体地接合制成。在一些实施例中，主体117的第一和第二部分是整体的。
图7、图8、图11和图12图示了前超声换能器装置探头的附加的实施例。特别地，在与图5、图6、图9和图10的实施例不同的图7、图8、图11和图12的实施例中不存在壳体110和壳体腔111。相反，在图7、图8、图11和图12的实施例中，壳体简单地由适合地具有与主体115的材料类型相同的材料类型的第一材料的主体118构成或形成。
如图9-12的实施例所示，应注意到，换能器112以与在图5-8的实施例中的方式不同的方式支撑。例如，在图5-8中，换能器112由印刷电路板119和主体115支撑。在图9-12中，凹口与超声非透声材料的开放式插座状构件120一致，并且换能器112被安装在开放式插座状构件120的底部区域处。构件120的材料展现声学阻尼性质，并且构件120的外壁被配置为接合第一材料的主体115、118。在图9-12中，换能器112和开放式插座状构件120从印刷电路板119延伸。具有定位在其中的换能器112以及印刷电路板的构件120由第一材料的主体115、118支撑并且嵌入在第一材料的主体115、118中。
探头102还包含加速度计单元121(示意性地示出的)和磁场检测单元122，其嵌入(例如，封装)在第一材料的主体115、118中。加速度计单元121、磁场检测单元122、和换能器112连接或者耦接到印刷电路板119和信号处理器134(如图22所示)。信号处理器下面关于图22进一步描述。
具有腔111和第一材料的主体115的壳体110适合地包括具有相容性质的材料，特别地以很好地结合在一起，而且适合地具有例如类似的热膨胀性质。例如，用于壳体110的材料可以包括适合的塑性材料或(一个或多个)聚合物和/或第一材料的主体115可以包括超声非透声硅橡胶材料等。为了使硅橡胶材料超声不透声，各种可能的添加物是可用的(例如，碳酸钙、二氧化钛、氧化锌、石英、玻璃、或其他添加物)。具有添加物的硅橡胶的示例是
RT 602A/B。为了使塑性材料超声不透声，可以使用相同或者类似的添加物。因此，如果插座状构件120由塑性材料形成，则可以使用这样的添加物。在一些情况下，硅橡胶或塑性材料中的这样的添加物的声学阻尼性质可以取决于粒子大小和粒子质量密度(例如，优选地，粒子密度与塑料的硅橡胶的密度高度不同，这两者是大约1000kg/m3)。
根据图5-8的实施例(例如，在不存在壳体110的情况下)，形成探头壳体的第一材料的主体118具有后表面区域(诸如，不面对人体的皮肤的表面区域)，诸如图3和图4中可见的后表面区域。在一些实施例中，那里存在的第一材料优选地具有不粘结的表面性质。
应注意到，在图7和8的实施例中，第一材料的主体118创建凹口116，并且在图11和图12中，主体118围绕在其中换能器定位的插座构件120。第一材料的主体115、118的前表面115'、118'具有附接到其的第二材料的主体117。第二材料的主体的前表面117'可以展现以下中的一个：固有胶粘性质、用于粘合构件或双面粘合带的附接面、和用于第三材料的主体的胶粘层的接合面。
如果第二材料的主体117的前面117'具有胶粘表面性质，则探头可以被提供有可移除的保护盖123，该盖在将探头应用到身体110的皮肤上之前是可移除的。在该特定情况下，探头具有适合于一次性使用的自粘合类型，但是假如面117'不以带将不粘附的这样的方式被污染，双面胶粘类型可以在探头的首次使用之后附接到面117'。
如果前面117'不被用于将探头102直接粘附到皮肤，那么，如由一般元件124所指示的，粘合构件或双面胶粘带附接到第二材料的主体117的前面117'。粘合构件或双面胶粘带可以至少在由换能器收发面113面向的区域处是超声透声的。附加地或者备选地，覆盖第二材料的主体117的前面117'的一般元件124是超声透声的第三材料的主体的胶粘层。
第一和第二材料在探头102中被提供作为整体结构，并且这两种材料展现类似或相容热和机械性质。进一步地，第二材料和第三材料是以下中的至少一个：相同的、性质相容的、和接合相容的。第一、第二和第三材料中的至少一个的主体材料类型包括硅橡胶材料。如果第一和第二材料是类似的，则超声不透声第一材料具有其添加组件以有效地获得其期望性质。例如，添加物，诸如碳酸钙、二氧化钛、氧化锌、石英、玻璃等，可以添加到硅橡胶材料以使硅橡胶材料不透声。在示例实施例中，第一材料是具有一个或多个添加物的硅橡胶，而第二和第三材料是硅橡胶。许多适合的硅橡胶材料是可商购的。例如，超声不透声硅橡胶材料是
RT 602 A/B，并且超声透声材料是
RT601 A/B。实际上，重要的是，添加物不干扰硅橡胶的设置过程并且是生物相容的并且展现对硅橡胶材料的极好粘附度。
图13图示了根据本公开的实施例的探头中封装的第一和第二材料的安装之前的图9和图10的探头的透视前全视图。特别地，图13示出了在安装第一材料的嵌入(例如，封装)主体115并且将填充凹口116的第二材料的主体117向下应用到换能器收发面113并且进一步覆盖第一材料的主体115的前面115'之前的探头102。
根据本公开的实施例，图14图示了从不同角度的如图13所示的探头102的另一透视前全视图，而图15图示了如图13和图14所示的探头102的透视前剖视图。出于清晰的缘故，尚未示出从电缆125到印刷电路板119上的布线。在一些实施例中，电缆125提供电路板119、处理器和显示器109之间的电连接(参见图2A)。
如上文所讨论的，第一前探头102被配置为与第二后探头104合作或者接口。这些探头(图1A、图1B、图1C和图2所示的)被包括在被配置为定位在人类的身体表面上的呼吸检测系统中。
在前探头102中，超声换能器112如参考图5-12所描述地固定定位以产生从前表面平面114向外并且朝向身体内的内部结构或组织区域引导的超声束。进一步地，探头102包含第一加速度计单元121和第一磁场单元122。
第二后探头104在图16-21中更详细地示出。探头104具有以塑性材料的壳体构件的形式并且具有相关联的腔127的壳体126，其中，第二加速度计单元128和第二磁场单元129固定定位并且适合地连接到共同印刷电路板。出于清晰的缘故，尚未示出从电缆131连接到印刷电路板的接线。在一些实施例中，电缆131提供电路板130、处理器和显示器109之间的电连接(参见图2A)。
换能器112、第一和第二加速度计单元121、128、和第一和第二磁场单元122、129链接到信号处理器134，如参考图22将进一步描述的。第二加速度计单元128提供支撑人体的背侧的表面的倾斜角的测量结果。在图示的实施例中，第一磁场单元122的磁场传感器装置是磁性拾取线圈。在实施例中，第一和第二加速度计单元121、128各自展现至少两个加速度计。在实施例中，第一加速度计单元121包括三轴加速度计装置。
从第一和第二加速度计单元121、128并且通过使用第一和第二磁场单元122、129提供到信号处理器134的输出信号是在呼吸期间附接到患者的前侧的第一探头102的空间位置运动和取向的函数。空间位置运动和取向与起因于由患者造成的呼吸的以下中的至少一个有关：起伏、滚动、俯仰和偏转类型运动。
第二加速度计单元128和第二磁场单元129借助于第四材料的主体132固定定位在第二壳体126的腔127中。
第四材料的主体132的前面平面132'提供以下中的一个：胶粘性质、用于粘合构件或双面胶粘带的附接面、和用于第五材料的主体的胶粘层的接合面。在图21中，粘合构件、双面胶粘带、和用于第五材料的主体的胶粘层的接合面通常由附图标记133表示。
第一、第二、第三、第四、和第五材料中的至少一个适合地具有硅橡胶类型。为了避免身体的背侧上的可能皮肤溃疡，邻接或者接触人体的背皮肤区域的第二探头的至少表面区域展现生物相容材料，第二探头的邻接表面区域(例如，与皮肤接触的探头表面的区域)适合地在5-100cm2的范围内。在上文所描述的示例实施例中，第一材料是具有包括以使硅橡胶超声不透声的添加物的硅橡胶，并且第二和第三材料是超声透声硅橡胶。继续示例实施例，第四和第五材料是硅橡胶。在一些实施例中，第四和第五材料可能不需要考虑超声方面，因为超声换能器可能不存在于背侧定位的第二探头104中。在附加的实施例中，第一、第二、第三、第四、和第五材料是可商购的。
在一些实施例中，信号处理器134(图22所示的)控制要由第二磁场单元生成的磁场的强度、频率和持续时间。信号处理器被配置为基于来自第一和第二加速度计单元121和128和来自与第二磁场单元129相互作用的第一磁场单元122的输入，计算患者的身体的腹壁相对于讨论中的内部结构的期望运动方向的运动和取向。运动和取向与与患者的腹部肌肉相关联的呼吸参数有关。
如上文所描述的，患者的内部结构或者组织区域是患者的肝、脾或肾中的至少一个。将容易地理解到，内部结构的检测运动是患者的身体中的胸膈运动的函数。
如图22所示，处理器134具有与其相关联的数据存储135，以存储监测的过程期间的患者的呼吸数据，以及显示器136，以观察当前或存储的呼吸数据的视觉表示。处理器134其中还包括与换能器112一起操作的收发机部分134'。在一些实施例中，如果患者的一个或多个呼吸参数移动离开可接受的参数范围，处理器134可以使得呼吸警报单元137生成一个或多个视觉和/或听觉警报。适合地，前探头102具有第一探头身份序列号装置138，并且类似地后探头104具有第二探头身份序列号装置139。这些序列号138、139对于使用中的相应探头是独特的，并且可不能够改变。
进一步地，配准和操作比较器单元140被提供并且链接或者耦接到处理器134。在一些实施例中，在患者上的呼吸检测系统的使用之前和/或期间，患者的身份序列号(例如，社会保险、税务个人代码、或另一标识符)可以使用链接到处理器134的键盘134录入单元140中。特别地，关于传染性患者上的使用，可以重要的是，前和后探头102、104在移除时不在另一患者上使用。单元140可以因此包括防止这样的二手使用的操作模式控制器。在其他情况下，如果探头102、104在原患者上而非在新患者上被重复使用，二手使用可以是可接受的。
在一些实施例中，如果探头102、104被重复使用太多次，则探头的可靠性可能随时间恶化。因此，操作模式控制器可以电子地将探头的重复使用次数限于预定义使用次数，例如，3至10次使用，此后，处理器134和单元140可以有效地阻止来自装置138、139的序列号。在其他情况下，探头102、104可以具有相应自胶粘前面117'、132'，如通常可以由ICU(重症监护室)用于一次性使用。针对这些一次性使用探头，一旦系统关闭可以阻止探头身份，并且探头从患者移除。在一些实施例中，电源142可以将电力递送到处理器134、数据存储135、显示器136、和单元137、140。在附加的实施例中，探头102、104的所需电力经由处理器134来递送。
在本文中参考图23-26描述了用于呼吸监测期间的测量误差的运动补偿的示例方法。为了更容易地理解系统的功能，根据本公开的实施例，还对图27和图28进行参考，图27示意性地图示了来自前和后探头中的加速度计的信号的导出，并且图28示意性地图示了与范围计算和运动补偿有关的信号处理。
示例方法在患者的呼吸参数的基于超声的检测中使用。检测使用从和至前探头102(位于人体的前侧的)中的超声换能器装置112引导的超声束143。超声束143从人类的前身体表面引导到身体内的内部结构或组织区域并且反射回到探头102作为超声回波信号。
在实施例中，方法包括：
(a)将第一探头102附接到患者的前身体表面，第一探头102具有超声换能器112、第一加速度计单元121、和第一磁场单元122，
(b)将第二探头104附接到患者的背身体表面，第二探头104具有第二加速度计单元128、和第二磁场单元129，
(c)提供信号处理器134，其耦接到换能器112、第一和第二加速度计单元121、128、和第一和第二磁场单元122、129，
(d)从第一探头102中的超声换能器112将超声束发送到患者的身体内的内部结构(或组织区域)中，
(e)在第一探头102中的超声换能器112处从内部结构接收超声回波信号，
(f)通过第二磁场单元129生成发送到第一磁场单元122并且由第一磁场单元122检测的磁场，
(g)使用信号处理器134使用来自单元121的导出参数计算第一加速度计单元121相对于固定坐标系的取向，并且进一步计算导出参数作为表示超声束143(参见图23-26)的取向和第一磁场单元的取向的单位向量，
(h)使用信号处理器134使用来自单元128的导出参数计算第二加速度计单元128相对于固定坐标系的取向，并且进一步计算导出参数，包括：身体背部支撑倾斜角(α)和表示从第二磁场单元129(例如，电磁体)到第一磁场单元122(例如，位于前探头102中的传感器装置)的空间方向、第二磁场单元129的取向、和呼气期间的内部结构或组织区域(例如，肝、脾或肾)的期望运动方向，
(i)在信号处理器134中基于磁场的检测来计算第一和第二磁场单元122、129之间的任何变化距离，以及
(j)使用信号处理器134处理来自步骤(g)-(i)中的计算的结果以生成校正参数来补偿由归因于患者的呼吸的腹壁运动引起的接收的超声回波信号中的测量误差。
更特别地，处理步骤(j)可以包括：
(k)分解表示在第一探头102中包含的第一磁场单元122与沿着超声束方向143的背侧定位的第二磁场单元129之间的距离的向量，
(l)在时间上微分分解的表示距离的向量以产生增量运动值，
(m)将步骤(l)中的增量运动值添加到在至少相同时间间隔内由通过使用来自内部结构的超声回波信号检测的增量多普勒效应运动值，
(n)针对超声束143与内部结构的运动方向之间的角度的瞬时余弦值校正步骤(m)的添加的运动值，以及
(o)合计校正和添加的运动值以便获得描述校正的呼吸参数的内部结构位置变化。
下文现在将更详细地讨论对于前探头的运动校正的需要。尽管以下讨论主要涉及肝运动检测的方面，但是将理解到，本公开的实施例也可以适用于其他组织的运动检测，诸如人类的脾或肾。
在针对超声换能器装置探头的评价的探索性临床研究，应注意到，由这样的仪器所提供的测量再现性是不佳的，并且腹部表面上的探头的重定位导致测量的肝(和隔膜)运动幅度的不期望的改变或偏差。通过分析针对这一点的可能原因，标识可能有助于偏差的两个因素。
第一，患者的腹部表面上的探头在患者呼吸时上下移动。该运动具有沿着超声束方向143的向量分量，并且探头的运动给定肝144的真实运动的可变低估，如图23和图24所示。当肝144在吸气期间朝向探头102移动时，探头将同时移动离开肝，并且在呼气期间反之亦然。该发生使用不被允许移动的机械固定探头实验上确认，这导致与自由移动探头相比较的肝运动的大约40％更高估计。
图23和图24图示了根据本公开的实施例的示出使用对准人肝的超声束的呼吸检测和呼吸期间的人体的胸部和腹部区域的运动的基本原理的剖面图。特别地，图23和图24的剖面图示出了肝144的运动145和探头的运动146，并且探头的运动可以如何被认为是具有两个分量。一个分量147沿着超声束方向143。该分量将直接地影响并且干扰肝144的估计运动。
第二，腹部表面是圆锥形的，而非圆柱形的。该腹部形状将引起换能器112和探头102的可变倾斜，并且将因此影响超声束143的方向。就在其中前探头102被放置以便声学进入肝144的肋缘下面，在苗条人类受检者在可以存在表面的相当大的凹度。并且在肥胖人类受检者中，表面是凸的，如图25所示。因此，声束143与肝运动的方向145之间的固定45°角度的假定可能是无效的。
因此，本发明的实施例减轻上文所讨论的问题。
图26图示了示出通过使用背(辅助)或后传感器探头104的布置的距离测量148的基本原理的剖面图。在非限制性示例中，人体在床垫上是仰卧的(例如，脸向上平躺)。
探头102被装备有使用重力向量的方向来估计倾斜的3轴加速度计模块，这允许超声束相对于肝的运动的实际空间方向的计算。
在实施例中，如果患者身体是仰卧的，额外的第二(辅助)传感器后探头104在患者的背侧上的位置处添加，垂直地在前探头102下面。如果患者处于直立姿势，则前和后探头102、104可以对齐，粗略地与人类的脊柱方向成直角。
后面的第二传感器探头104包含用于测量患者在其上休息的床的倾斜角的附加加速度计单元128，因为大多数ICU患者具有升高的床。倾斜角测量结果可以被用于具有实际肝运动方向的估计。
后传感器探头104还包含单元129中的电磁体，其生成由前探头102的单元122中的磁体拾取线圈感测的弱交变磁场。电磁体和磁体拾取线圈的使用允许基于磁场强度与距离之间的已知关系的前探头102的上下运动的连续测量。通过获得这些计算，探头102的运动可以然后包括在肝运动的估计中。
因此，将理解到，关于探头取向和垂直运动的精确知识允许补偿前探头运动和腹部表面形状的影响。
在本发明的实施例的开发中，解决了一些潜在的安全问题。
磁场：患者的后面的电磁体适合地以33kHz的频率生成随着距离的逆立方衰减的弱磁场。在所有方向上，场强度在距圆柱形磁体中心线超过15mm的距离处低于27μT。例如，27μT是针对在3kHz与10MHz之间的频率处对公众的连续全身暴露的推荐的最大磁场强度。这意味着接近于背部传感器的几毫升皮肤和皮下组织将暴露于高于27μT的场强度，但是始终低于100μT，其是用于连续职业全身暴露的对应限制。
前探头102中的新加速度和磁性传感器装置和后探头中的加速度传感器装置128：已经添加到探头102、104的加速度计121、128和磁性拾取线圈122是没有任何能量发射的被动装置。因此，它们不具有伤害患者的任何潜在性。
患者的背侧上的物理褥疮：后传感器探头104可能具有用于产生褥疮的潜在性。这已经在传感器的设计期间被考虑。在一个实施例中，探头104被适合地封装在生物相容的软硅橡胶中，并且具有例如用于与患者的皮肤接触的圆形5cm直径平坦接触表面或者5至100cm2的范围内的表面，没有锐边并且具有朝向其圆周的锥形。适合的附接位置是作为肋骨篮与骨盆之间的软组织区域的患者的后翼，这有助于均匀机械压力分布。在一个实施例中，对皮肤的附接是通过使用用于前探头的若干附接选项中的一个，诸如双面硅橡胶带。如果第四材料或第五材料的主体是胶粘的，则后探头可以经由这些胶粘材料中的一个附接到人体的背侧。
为了防止褥疮，传感器附接区域中和附近的皮肤可以在后探头的每日重新附接并且还在对患者的日常护理访问期间仔细检查。皮肤刺激的发生可以被记录为不利事件，并且这样的情况中的患者可以从进一步的参与排除。
电气安全：探头102、104适合地完全并且密封封装在电绝缘材料中，诸如具有20kV/mm的电绝缘的硅橡胶。在实施例中，从探头内的电导体到表面的最短距离是至少1mm。至少第一和第四材料的主体展现这样的电绝缘性质。
在一些实施例中，装置适合地从递送12VDC的医学级外部电源供电。在装置内发现的最高电压优选地不超过18至24VDC。
示例实施例：运动补偿
现在将讨论基于组合磁性距离测量的重力向量的加速度计读数的运动补偿的简化方法。出于简化呈现的缘故，假定传感器探头102运动基本上沿着垂直于患者的人体在其上休息的床垫的平面的方向。
后(辅助)传感器探头104取向
后传感器探头取向(例如，位于患者的背侧上的探头104)的计算可以被表达为相对于全局坐标系的旋转矩阵，以及导出参数的计算：
-床垫倾斜角(α)的正弦和余弦；以及
-单位向量描述：
ο从后探头104到前探头102的方向。这也是前探头102的期望运动方向，
ο电磁体129的取向，以及
ο期望的肝运动方向145，正方向朝向患者的头部。
前传感器探头取向
利用导出参数对前探头102取向的计算基于加速度计121读数的输入和床垫与后(辅助)探头104的倾斜。
基于关于如何对前探头和后探头进行取向的用户指令，输出是：
-单位向量描述：
ο超声束方向143
ο磁体拾取取向149
从后探头到前探头的距离
距离根据磁性拾取信号、从电磁体129到拾取件122的方向、和电磁体129和拾取信号122的取向来计算。该计算还使用在系统的生产期间确定的单个校准值(k)。
运动补偿
后探头与前探头之间的距离148沿着声束方向143分解并且微分以给出增量运动。这被添加到在相同时间间隔内由多普勒系统检测的增量运动。合计运动然后针对声束与肝运动方向之间的角度的瞬时余弦来校正。位移然后通过积分来计算。
一般方面
所有加速度计读数被转换以符合坐标系，其中，轴方向是：
X：朝向患者的头部，
Y：朝向患者的左臂侧，以及
Z：向下。
假定三轴加速度计的IMU(惯性测量单元)以90°的整数倍安装，坐标系转换通过排列和变号的组合完成。
除非另外指明，否则，在全局固定坐标系中给定公式和图示中的所有坐标和旋转。
针对其中加速度计读数仅被用于角取向的确定的以下计算，其不需要从原始二进制格式转换为十进制单位，只要数字格式是有符号的。
后探头104取向：
加速度计读数是：aAx、aAy、和aAz(有符号的，任意单位)
假定电线直接向外指向患者的右侧，并且线、铁氧体磁棒和加速度计y轴是平行的。
探头104的取向可以通过两个旋转的序列描述：
1)解释患者背部的局部横向曲率的围绕全局x轴的ρ的初始旋转(滚动)；以及
2)解释床的倾斜的围绕全局Y轴的α的旋转(俯仰)。
旋转通过将探头和其测量的重力向量当作硬主体并且执行将重力向量与负全局z轴对齐的旋转来导出。第一旋转将重力方向与x-z平面对齐。例如，图29图示了示出从正x轴看到的第一旋转(ρ)的示例图形，其可以被计算如下：
等式(1)
并且
等式(2)
并且对应的旋转矩阵是：
等式(3)
图30示出了在如从正y轴看到的第二旋转之前的重力向量的取向的示例。第二旋转被计算如下：
等式(4)
等式(5)
以及
等式(6)
注意，sin(α)和cos(α)通常被用于前探头102取向的计算。角α自己可能不需要被评价。
对应的旋转矩阵是：
等式(7)
因此，全旋转是：
等式(8)Raux＝RA2RA1
后探头104的第二磁场单元129中的电磁体的单位向量取向是：
等式(9)
在全局坐标系中表达的肝运动的单位向量方向是：
等式(10)
从后电磁体129到前传感器拾取件122的单位向量是：
等式(11)
前探头102取向：
加速度计读数：aPx、aPy、和aPz
床倾斜角是：α(来自背部传感器，被表达为sin(α)和cos(α))。
以使所测量的加速度垂直并且向上的方式定位探头102并且确保探头102x轴和身体中心线在相同平面内的旋转的序列是：
1)解释身体表面的局部锥形的围绕y的
的旋转；
2)解释右翼中的探头102的位置的围绕x的θ的旋转；以及
3)围绕y的α(床倾斜)的最后旋转。
计算通过找到包括探头102和将所测量的重力向量与全局负z轴(向上)对齐的其相关联的所测量的重力向量的硬体的旋转的序列来导出。
针对旋转(1)，初始条件由以下等式12-19呈现并且由图31图示。例如，图31图示了从正y轴看到的探头坐标和测量的加速度。第一旋转以
的角围绕y轴，其使得所测量的加速度向量指向使得到全局y-z平面的剩余距离是gP sin(α)。
等式包括：
等式(12)
等式(13)
以及
等式(14)
等式(15)
以及
等式(16)
应当注意，以下条件将被实现用于有效计算：
在一些实施例中，探头102位移中的用户误差(例如，不适当的取向)可能引起该状况。如果这种情况发生，则误差消息可以给出，并且会话可以重新开始。
旋转角
具有以下性质：
等式(17)
等式(18)
因此，旋转矩阵是：
等式(19)
针对旋转(2)，情况由图32和相关等式20-22说明。例如，图32示出了从全局正x轴看到的旋转(1)之后的情况。围绕全局x轴的下一旋转(2)可以使加速度向量进入全局x-z平面内。等式包括：
等式(20)
以及
等式(21)
因此，旋转矩阵是：
等式(22)
图33示出了旋转(2)之后的所测量的加速度向量的方向。围绕全局y轴的最后旋转将向量与全局坐标系的负z轴对齐。
针对旋转(3)，旋转矩阵：
等式(23)
作为注释，RP3可以与来自等式(7)的RA2相同并且可能不需要重新计算。
全旋转然后被计算如下：
等式(24)Rfront＝RP3 RP2 RP1
超声束方向(45°向下)是：
等式(25)
在一些实施例中，这些三角函数优选地是预计算的。
磁体拾取件122的取向(在一个实施例中，以围绕探头x轴的26°旋转成角的)是：
等式(26)
在一些实施例中，这些三角函数还优选地是预计算的。
磁体距离测量148：
距离的计算的输入是：
Ncal：校准期间的信号读数。假定第二磁场单元129中的发射磁体和第一磁场单元122中的接收磁体在平坦表面上彼此平行取向并且正交于在系统被校准时其中心线之间的距离。
Scal：校准期间的磁体122、129之间的距离；
Nmeas：测量期间的信号读数；
vmm：从磁体129到拾取件122的单位向量；
vmaget：给定电磁体129的取向的单位向量；以及
vpickup：给定前探头102中的磁体拾取件122的取向的单位向量。
针对来自偶极的外部磁场的公式被计算如下：
等式(27)
S是沿着由vmm给定的方向的距偶极的距离，并且|μ|是磁体偶极矩的幅度。注意，向量与向量的乘法是标量积。弯曲(^)指示单位向量。
来自拾取线圈122的接收信号(Nmeas)将是根据以下等式与拾取件122平行的场的分量：
等式(28)
此处，k是组合|μ|、线圈的物理性质、放大、ADC性质、解调和信号平均的常量。常量k由校准过程确定。
关于S求解等式28给出以下距离(Smag)：
等式(29)
校准：
K在校准期间被确定。假定铁氧体磁棒定位在距彼此Scal的距离处，并且如图34所指示地取向，那么求解等式28提供：
等式(30)
代入针对描述图34中的校准设置的几何形状的向量Vmagnet、Vpickup和Vmm的值导致：
等式(31)
注意，针对Scal的测量单位与针对Smag的单位相同。如果校准利用拾取件旋转26°执行(将装配探头放置在平坦表面上)，那么k相反变为：
等式(32)
校准的距离测量的实际实现方案
常量k根据等式31在探头的每个系统的生产期间确定并且被存储在非易失性存储器中。在本文所描述的该示例实施例中，针对Scal的实际值是0.25m。
运动补偿
本文所描述的运动补偿方法补偿束取向、床面角度、和腹部表面运动的连续变化。假定腹部表面在垂直于床垫的方向(vmm)上移动。
来自探头中的不同传感器的数据被预调节为具有相同采样率和延迟，并且基于超声的距离测量(Sultr)的符号使得朝向患者头部的肝的运动是正的。字母德尔塔(Δ)表示连续样本之间的差。
当针对磁体距离测量与超声束之间的角度和针对超声束与肝运动之间的角度校正时的两个连续样本点之间的肝的增量运动是：
等式(33)
可以注意到，如果Vbeam和Vliver接近于彼此垂直(例如如
可以发出错误消息或警报，因为测量结果然后将是非常角度相关并且不准确的。
肝144的瞬时速度被发现为：
等式(34)
其中，Δt是样本之间的时间。
肝的位置通过ΔSliver的求和来找到。
因此，可以总结到，为了补偿与人类的肝、脾和肾中的一个的内部结构有关的运动检测误差，利用前和后探头中的3轴加速度计单元以基于重力方向测量倾斜并且使用前探头中的磁场单元在发射磁场的第二磁场单元的帮助下测量探头的上下运动是有用的。通过添加要定位在人类的背侧上的后探头，该探头具有第二加速度计单元，测量患者在其上休息的床的倾斜角也是可能的，假定肝沿着与床面相同的方向移动。然后，计算肝运动与超声束之间的角而不是假定束具有例如45°的固定值是可能的。本公开从而提供计算上下运动对所提供的超声多普勒信号的贡献的可能性，并且从而补偿相关信号误差。
应理解到，具体实施方式章节而非发明内容和摘要章节旨在被用于解释权利要求。发明内容和摘要章节可以阐述如由(一个或多个)发明人预期的本发明的一个或多个但并非所有示例性实施例，并且因此，不旨在以任何方式限制本发明和随附的权利要求。
上文已经在图示指定功能和其关系的实现方案的功能构建块的帮助下描述了本发明的实施例。为了便于描述，本文已经任意定义了这些功能构建块的边界。只要适当地执行指定功能和其关系，就可以定义替代边界。
特定实施例的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，使得其他人可以通过应用本领域技术内的知识在无需过度实验的情况下针对各种应用容易地修改和/或适配这样的特定实施例而不脱离本发明的一般概念。因此，这样的适配和修改旨在在基于本文呈现的教导和指导的所公开的实施例的等同物的意义和范围内。应当理解，本文中的措辞或者术语出于描述而非限制的目的，使得本说明书的措辞或者术语将鉴于教导和指导由技术人员解释。
本发明的宽度和范围不应当由上文所描述的示例性实施例中的任一个限制，而是应当仅根据以下权利要求和其等同物定义。
Claims (57)
1.一种呼吸检测系统，包括：
第一探头(102)，其包括：
超声换能器(112)，其固定定位在第一探头内并且具有以相对于第一探头(102)的前平面(114)的锐角(Ω)取向的收发面(113)，其中，超声换能器(112)被配置为在收发面(113)处产生超声束(143)以用于传输到患者的身体内的内部结构中，
第一加速度计单元(121)，以及
第一磁场单元(122)，其中，超声换能器(112)、第一加速度计单元(121)、和第一磁场单元(122)固定定位在第一探头(102)中；以及
第二探头(104)，其包括：
第二加速度计单元(128)，以及
第二磁场单元(129)，其中，第二加速度计单元(128)和第二磁场单元(129)固定定位在第二探头(104)中；
其中，超声换能器(112)、第一和第二加速度计单元(121；128)、及第一和第二磁场单元(122；129)耦接到信号处理器(134)，
其中，第一探头(102)被配置为被放置在患者的身体(101)的前侧(103)上，以及
其中，第二探头(104)被配置为被放置在身体(101)的背侧(105)上，以及
其中，第一和第二加速度计单元(121；128)和第一和第二磁场单元(122；129)的组合被配置为在由患者呼吸时，产生作为超声换能器(112)的空间位置运动和取向的函数的输出信号。
2.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中，第一和第二加速度计单元(121；128)各自包括至少两个加速度计。
3.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中，第一加速度计单元(121)包括三轴加速度计装置。
4.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中，空间位置运动和取向与以下中的至少一个有关：起伏、滚动、俯仰和偏转类型运动。
5.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，
其中，超声换能器(112)借助于第一材料的主体(115)被定位在第一探头(102)中，第一材料包括朝向第一探头(102)的前平面(114)延伸的超声非透声材料，
其中，第一材料的主体(115)围绕从收发面(113)朝向前平面(114)延伸的凹口(116)，
其中，包括超声透声材料的第二材料的第一主体部分(117)被定位在凹口中，在朝向前平面(114)的超声换能器(112)的收发面(113)处和前面，以及
其中，第二材料的第二主体部分(117)被应用到第一材料的主体的前表面上并且与其整体地接合制成，第一和第二主体部分是整体的。
6.根据权利要求5所述的呼吸检测系统，其中，超声换能器(112)在定位在凹口(116)内的插座状构件(120)内接合，并且其中，插座状构件(120)由超声非透声材料形成。
7.根据权利要求5所述的呼吸检测系统，其中，第二材料的主体(117)的前表面包括固有胶粘性质、用于粘合构件(124)或双面粘合带的附接面(117')、或者用于第三材料的主体的胶粘层的接合面。
8.根据权利要求7所述的呼吸检测系统，其中，粘合构件(124)或双面粘合带至少在由超声换能器(112)的收发面(113)的前面的超声束路径定义的区域中是超声透声的。
9.根据权利要求7所述的呼吸检测系统，其中，第三材料的主体的胶粘层是超声透声的。
10.根据权利要求7所述的呼吸检测系统，其中，第一加速度计单元(121)和第一磁场单元(122)通过使用第一材料固定定位在第一探头(102)中。
11.根据权利要求7所述的呼吸检测系统，其中，第二加速度计单元(128)和第二磁场单元(129)借助于第四材料的主体固定定位在第二探头(104)中。
12.根据权利要求11所述的呼吸检测系统，其中，第四材料的主体(132)的前表面(132')包括胶粘性质、用于粘合构件或双面胶粘带的附接面、或者用于第五材料的主体的胶粘层的接合面。
13.根据权利要求12所述的呼吸检测系统，其中，第一、第二、第三、第四和第五材料中的至少一个具有硅酮类型。
14.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中，第一磁场单元(122)和第二磁场单元(129)中的第一个包括磁场传感器装置，并且其中，第一磁场单元(122)和第二磁场单元(129)中的另一个包括电磁体装置，电磁体装置被配置为生成待由磁场传感器装置检测的磁场，并且其中，磁场与第一和第二探头(102；104)之间的距离有关。
15.根据权利要求14所述的呼吸检测系统，其中，信号处理器(134)控制所生成的磁场的强度、频率和持续时间。
16.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中，第一探头(102)被配置为被放置在患者的身体的前侧(103)上在当患者的身体仰卧时定位在患者的身体的背侧(105)上的第二探头(104)垂直上方的位置处。
17.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中，第一探头(102)被配置为被放置在患者的身体的前侧(103)上在与患者的身体的背侧(105)上的第二探头(104)对齐的位置处。
18.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中，第二加速度计单元(128)提供支撑患者的身体的背侧(105)的表面的倾斜角的测量结果。
19.根据权利要求14所述的呼吸检测系统，其中，磁场传感器装置是磁性拾取线圈。
20.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中，被配置为接触患者的身体的背皮肤区域的第二探头(134)的表面(132'；133)包括生物相容材料，并且其中，第二探头(104)的表面的皮肤接触区域在5至100cm2的范围内。
21.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中，信号处理器(134)被配置为基于来自第一和第二加速度计单元(121；128)和来自与第二磁场单元(129)相互作用的第一磁场单元(122)的输入，计算患者的腹壁相对于患者的身体内的内部结构(144)的期望运动方向的运动和取向，腹壁的运动和取向与与患者的呼吸肌相关联的呼吸参数有关。
22.根据权利要求21所述的呼吸检测系统，其中，内部结构是患者的肝(144)、脾或肾中的一个。
23.根据权利要求21所述的呼吸检测系统，其中，内部结构(144)的期望运动是患者的身体中的胸膈运动(145)的函数。
24.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中：
第一探头(102)中的超声换能器(112)被配置为从内部结构接收超声回波信号；
第二磁场单元(129)被配置为生成发送到第一磁场单元(121)并且由第一磁场单元(121)检测的磁场；
信号处理器(134)被配置为：
使用来自第一加速度计单元(121)的导出参数计算第一加速度计单元(121)相对于固定坐标系的取向，
计算导出参数，作为表示超声束的取向和第一磁场单元(122)的取向的单位向量，
使用来自第二加速度计单元(128)的另外的导出参数计算第二加速度计单元(128)相对于固定坐标系的取向，
计算另外的导出参数包括身体背部(105)支撑倾斜角(α)和表示从第二磁场单元到第一磁场单元(122)的空间方向的单位向量，
计算第二磁场单元(129)的取向，
计算呼气期间的内部结构(144)的期望运动方向，以及
基于磁场的检测计算第一和第二磁场单元(122；129)之间的任何变化距离，
超声束的取向、第一磁场单元(122)的取向和第二磁场单元(129)的取向相对于固定坐标系；以及
信号处理器(134)还被配置为处理来自第一和第二加速度计单元(121；128)的计算的取向的结果、来自第一和第二加速度计单元的导出参数、和变化距离以生成校正参数来补偿接收的超声回波信号中的测量误差。
25.根据权利要求24所述的呼吸检测系统，其中，为了生成校正参数，信号处理器还被配置为：
分解表示沿着超声束的方向的第一磁场单元(122)与第二磁场单元(129)之间的距离的向量；
在时间上微分表示距离的分解向量以产生增量运动值；
将增量运动值添加到在至少相同时间间隔内通过使用来自内部结构的超声回波信号检测的增量多普勒效应运动值；
针对超声束与内部结构的运动方向之间的角度的瞬时余弦值校正添加的运动值；以及
合计校正和添加的运动值以获得描述校正的呼吸参数的内部结构位置变化。
26.一种呼吸检测系统，包括：
第一探头(102)，其包括：
超声换能器(112)，其固定定位在第一探头(102)内并且具有以相对于第一探头(102)的前平面(114)的锐角(Ω)取向的收发面(113)，其中，超声换能器(112)被配置为在收发面(113)处产生超声束(143)以用于传输到患者的身体内的内部结构(144)中，
第一加速度计单元(121)，以及
第一磁场单元(122)，其中，超声换能器(112)、第一加速度计单元(121)、和第一磁场单元(122)固定定位在第一探头(102)中；以及
第二探头(104)，其包括：
第二加速度计单元(128)，以及
第二磁场单元(129)，其中，第二加速度计单元(128)和第二磁场单元(129)固定定位在第二探头(104)中；
其中，超声换能器(112)、第一和第二加速度计单元(121；128)、和第一和第二磁场单元(122；129)耦接到信号处理器(134)，
其中，第一探头(102)被配置为被放置在患者的身体的前侧(103)上，以及
其中，第二探头(104)被配置为被放置在患者的身体的背侧(105)上，
其中，信号处理器(134)被配置为基于来自第一和第二加速度计单元(121；128)和来自与第二磁场单元(129)相互作用的第一磁场单元(122)的输入，计算患者的腹壁相对于患者的身体内的内部结构的期望运动方向的运动和取向，腹壁的运动和取向与与患者的呼吸肌相关联的呼吸参数有关。
27.根据权利要求26所述的呼吸检测系统，其中，内部结构是患者的肝(144)、脾或肾中的一个。
28.根据权利要求26所述的呼吸检测系统，其中，内部结构的期望运动是患者的身体中的胸膈运动的函数。
29.根据权利要求26所述的呼吸检测系统，其中：
第一探头(102)中的超声换能器(112)被配置为从内部结构接收超声回波信号；
第二磁场单元(129)被配置为生成发送到第一磁场单元(121)并且由第一磁场单元(121)检测的磁场；
信号处理器(134)被配置为：
使用来自第一加速度计单元(121)的导出参数计算第一加速度计单元(121)相对于固定坐标系的取向，
计算导出参数作为表示超声束的取向和第一磁场单元(122)的取向的单位向量，
使用来自第二加速度计单元(128)的另外的导出参数计算第二加速度计单元(128)相对于固定坐标系的取向，
计算另外的导出参数包括身体背部支撑倾斜角(α)和表示从第二磁场单元到第一磁场单元(122)的空间方向的单位向量，
计算第二磁场单元(129)的取向，
计算呼气期间的内部结构(144)的期望运动方向，以及
基于磁场的检测计算第一和第二磁场单元(122；129)之间的任何变化距离；以及
信号处理器(134)还被配置为处理来自第一和第二加速度计单元(121；128)的计算的取向的结果、来自第一和第二加速度计单元的导出参数、和变化距离以生成校正参数来补偿接收的超声回波信号中的测量误差。
30.根据权利要求29所述的呼吸检测系统，其中，为了生成校正参数，信号处理器还被配置为：
分解表示沿着超声束的方向的第一磁场单元(122)与第二磁场单元(129)之间的距离的向量；
在时间上微分分解的表示距离的向量以产生增量运动值；
将增量运动值添加到在至少相同时间间隔内由通过使用来自内部结构的超声回波信号检测的增量多普勒效应运动值；
针对超声束与内部结构的运动方向之间的角度的瞬时余弦值校正添加的运动值；以及
合计校正的和添加的运动值以获得描述校正的呼吸参数的内部结构位置变化。
31.根据权利要求1所述的呼吸检测系统，其中，第一探头(102)被配置为被放置在患者的身体上以朝向患者的身体内的内部结构引导超声束并且从内部结构接收超声回波信号，
第一探头(102)还包括具有腔(111)的壳体(110)，
超声换能器(112)被定位在腔(111)中，超声换能器(112)的收发面(113)在相对于壳体的前平面(114)的锐角(Ω)处，在壳体(110)的腔(111)的腔口处或附近，
其中，超声换能器(112)固定定位在壳体(110)的腔(111)中，
其中，超声非透声材料的开放式插座状构件(120)定义从收发面(113)朝向前平面(114)延伸的凹口，
其中，超声透声材料的的第一主体部分(117)被定位在凹口中，在朝向前平面(114)的超声换能器(112)的收发面(113)处和前面，
其中，第一加速度计单元(121)和第一磁场检测单元(122)连接到壳体(110)的腔(111)内的印刷电路板(119)，
其中，第一探头(102)的前表面展现以下中的至少一个：固有胶粘性质、用于粘合构件或双面胶粘带的附接面、或者用于胶粘主体层的接合面，以及
其中，超声换能器(112)被配置为连接到信号处理器(134)的收发机部分。
32.根据权利要求31所述的呼吸检测系统，其中，超声换能器(112)被安装在开放式插座状构件(120)的底部区域处，其材料展现声学阻尼性质。
33.根据权利要求31所述的呼吸检测系统，其中，超声换能器(112)和开放式插座状构件(120)从印刷电路板(119)延伸。
34.根据权利要求31所述的呼吸检测系统，其中，第一探头(102)的主体的前表面(114)具有粘合表面性质并且被提供有保护盖(123)，保护盖在将第一探头(102)应用到患者的身体的皮肤上之前是可移除的。
35.根据权利要求31所述的呼吸检测系统，其中，粘合构件或双面粘合带附接到前表面，并且粘合构件或双面粘合带至少在由超声换能器的收发面前面的超声束路径定义的区域中是透声的。
36.根据权利要求31所述的呼吸检测系统，其中，超声透声材料的第一主体部分的材料类型是硅酮材料类型。
37.根据权利要求31所述的呼吸检测系统，其中，锐角(Ω)在0至60度的范围内。
38.一种用于人类的呼吸参数的基于超声的检测中的运动补偿的方法，该方法包括：
将第一探头(102)附接到人类的前身体表面(103)，第一探头(102)具有超声换能器(112)、第一加速度计单元(121)、和第一磁场单元(122)；
将第二探头(104)附接到人类的背身体表面(105)，第二探头(104)具有第二加速度计单元(122)、和第二磁场单元(129)；
提供信号处理器(134)，其耦接到超声换能器(112)、第一和第二加速度计单元(121；128)、和第一和第二磁场单元(122；129)；
从第一探头(102)中的超声换能器(112)将超声束发送到人类的身体内的内部结构(144)中；
在第一探头(102)中的超声换能器(112)处从内部结构接收超声回波信号；
通过第二磁场单元(129)生成发送到第一磁场单元(122)并且由第一磁场单元(122)检测的磁场；
使用信号处理器(134)使用来自第一加速度计单元(121)的导出参数计算第一加速度计单元(121)相对于固定坐标系的取向；以及还计算导出参数作为表示超声束的取向和第一磁场单元(122)的取向的单位向量；
使用信号处理器(134)使用另外的导出参数计算第二加速度计单元(128)相对于固定坐标系的取向，以及计算另外的导出参数，包括身体背部支撑倾斜角(α)和表示从第二磁场单元(129)到第一磁场单元(122)的空间方向、第二磁场单元(129)的取向、和呼气期间的内部结构的期望运动方向的单位向量，
使用信号处理器(134)基于磁场的检测来计算第一和第二磁场单元(122；129)之间的任何变化距离；以及
使用信号处理器(134)处理来自第一和第二加速度计单元(121；128)的计算取向的结果、和来自第一和第二加速度计单元(121；128)的另外的导出参数、由第一和第二磁场单元(122；129)测量的变化距离以生成校正参数来补偿由超声换能器(112)的运动引起的接收的超声回波信号中的测量误差。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，生成校正参数包括：
分解表示沿着超声束的方向的第一磁场单元(122)与第二磁场单元(129)之间的距离的向量；
在时间上微分分解的表示距离的向量以产生增量运动值；
将增量运动值添加到在至少相同时间间隔内通过使用来自内部结构的超声回波信号检测的增量多普勒效应运动值；
针对超声束与内部结构的运动方向之间的角度的瞬时余弦值校正添加的运动值；以及
合计校正和添加的运动值以获得描述校正的呼吸参数的内部结构位置变化。
40.根据权利要求38所述的方法，其中，内部结构是人类的肝、脾或肾中的一个。
41.根据权利要求38所述的方法，其中，信号处理器(134)被配置为基于来自第一和第二加速度计单元(121；128)和来自与第二磁场单元(129)相互作用的第一磁场单元(122)的输入，计算人类的腹壁相对于内部结构的期望运动方向的运动和取向，腹壁的运动和取向与与人类的腹部肌肉相关联的呼吸参数有关。
42.根据权利要求38所述的方法，其中，内部结构的运动是人类的身体中的胸膈运动的函数。
43.根据权利要求38所述的方法，其中，束取向、床角度、腹部表面运动的连续变化在补偿中被使用。
44.根据权利要求39所述的方法，其中，束取向、床角度、腹部表面运动的连续变化在补偿中被使用。
45.根据权利要求43所述的方法，其中，补偿假定人类的腹部表面在垂直于人类休息在其上的表面的方向(vmm)上移动。
46.根据权利要求44所述的方法，其中，补偿假定人类的腹部表面在垂直于人类休息在其上的表面的方向(vmm)上移动。
47.根据权利要求38所述的方法，还包括：
使用第一和第二加速度计单元(121；128)基于重力方向来测量倾斜，其中，第一和第二加速度计单元(121；128)包括3轴加速度计单元；以及
在由第二磁场单元(129)发射的磁场的帮助下使用第一磁场单元(122)测量第一探头(102)的上下运动，其中，所测量的倾斜和所测量的上下运动被用于补偿测量误差。
48.根据权利要求45所述的方法，其中，第一和第二加速度计单元(121；128)包括3轴加速度计单元。
49.根据权利要求38所述的方法，还包括：使用第二探头(104)的第二加速度计单元(128)测量人类在其上休息的床面的倾斜角(α)，假定内部结构沿着与床面相同的方向移动。
50.根据权利要求47所述的方法，还包括：使用第二探头(104)的第二加速度计单元(128)测量人类在其上休息的床面的倾斜角(α)，假定内部结构沿着与床面相同的方向移动。
51.根据权利要求48所述的方法，还包括：使用第二探头(104)的第二加速度计单元(128)测量人类休息在其上的床面的倾斜角(α)，假定内部结构沿着与床面相同的方向移动。
52.根据权利要求38所述的方法，还包括：针对每个运动增量计算超声束与内部结构的运动方向之间的角，而不是假定角具有固定值。
53.根据权利要求39所述的方法，还包括：针对每个运动增量计算超声束与内部结构的运动方向之间的角，而不是假定角具有固定值。
54.根据权利要求47所述的方法，还包括：针对每个运动增量计算超声束与内部结构的运动方向之间的角，而不是假定角具有固定值。
55.根据权利要求48所述的方法，还包括：针对每个运动增量计算超声束与内部结构的运动方向之间的角，而不是假定角具有固定值。
56.根据权利要求52所述的方法，其中，内部结构是人类的肝、脾或肾中的一个。
57.根据权利要求53所述的方法，其中，内部结构是人类的肝、脾或肾中的一个。
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