CN116322513A - 可穿戴听诊装置 - Google Patents

Abstract

本文提供了用于测量来自受试者的听觉信号以确定受试者的状态的系统、装置和方法。测量的听觉信号可以提供一种工具来监测疾病状态或异常生理状况(例如，喘息、积液、异常心脏杂音或心律等)的发展。

Description

可穿戴听诊装置

交叉引用

本申请要求于2020年8月19日提交的美国临时申请号63/067,502的权益，该申请通过引用并入本文。

背景技术

传统的听诊利用听诊器来观察生物系统(例如，人肺、胃肠道、心脏等)发出的听觉信号，指示出受试者的健康状态。不幸的是，由于听诊的典型单点测量性质，可能会丢失此类信号起源之处的空间信息。此外，通过听诊器实现的典型听诊的繁琐性质限制了这种技术在及时提供单一测量的专业医生解释中的应用。因此，对于能够持续听诊以确定受试者健康状况变化的平台存在未满足的需求。

发明内容

本公开提供了测量受试者发出的听觉信号的装置、系统和方法。在一些情况下，本公开描述了一个或多个定位在受试者周围的听诊模块，每个听诊模块能够独立地测量受试者的离散表面处的听觉信号。定位在受试者周围的一个或多个听诊模块可包括独特的空间地址，其结合陀螺仪和加速度计信息可提供检测到的听觉信号的3-D空间定位。

本公开通过自动化和多路复用受试者的听觉信号的测量来解决上述未满足的需求。在一些情况下，本公开提供了以已知间距和角位移围绕受试者定位的听诊模块阵列，使得可以在一个或多个听诊模块中的每一个之间测量到的听觉信号之间计算听觉信号的空间位置。此外，本公开提供了一种处理器和/或计算系统，该处理器和/或计算系统被配置为对听觉信号进行解释和分类，消除了医生的主观解释，并在专家解释者(例如，医生、呼吸治疗师等)缺席的情况下实现平台的更广泛使用。最后，在一些实施例中，本文描述的公开的装置和系统可以以非干扰的方式由受试者固定或以其他方式佩戴，以支持连续的听觉信号监测。这种对听觉信号的连续监测和装置的非干扰性质提供了确定受试者解剖学或生理学的早期变化的意想不到的结果，这些变化可能与疾病状态的发展或变化相关和/或相关联。

在一些方面，本文提供的公开在一些实施例中描述了一种测量生物听觉信号的装置，该装置包括：可穿戴外壳；耦合到可穿戴外壳的一个或多个换能器，其被配置为当受试者穿戴可穿戴外壳时从受试者接收一个或多个听觉信号，其中一个或多个换能器耦合到可穿戴外壳使得一个或多个换能器与受试者的皮肤间隔至少约1毫米的距离。在一些实施例中，该装置还包括一个或多个压力源，该压力源被配置为在受试者的一个或多个区域上引起压力以产生来自受试者的一个或多个听觉信号。在一些实施例中，一个或多个压力源包括吹气。在一些实施例中，一个或多个压力源包括机械致动器。在一些实施例中，一个或多个压力源包括音圈、扬声器或其任何组合。在一些实施例中，外壳是服装。在一些实施例中，外壳是刚性机械结构。在一些实施例中，一个或多个听觉信号包括能够区分受试者的健康状态或不健康状态的数据。在一些实施例中，一个或多个换能器是圆形的。在一些实施例中，该装置还包括与一个或多个压力源、一个或多个换能器、控制模块或其任何组合电连通的处理器。在一些实施例中，控制模块包括个人计算机、云处理架构、个人移动计算设备或其任何组合。

在一些方面，本文提供的公开在一些实施例中描述了一种确定受试者的生理状态的系统，该系统在一些实施例中包括：可穿戴外壳；耦合到可穿戴外壳的一个或多个换能器，其被配置为当受试者穿戴可穿戴外壳时从受试者接收一个或多个听觉信号，其中一个或多个换能器耦合到可穿戴外壳使得一个或多个换能器与受试者的皮肤间隔一定距离；以及一个或多个处理器，其被配置为处理一个或多个听觉信号，从而确定受试者的生理状态。在一些实施例中，该系统还包括一个或多个压力源，该压力源被配置为在受试者的一个或多个区域上引起压力以产生来自所述受试者的一个或多个听觉信号。在一些实施例中，一个或多个压力源包括吹气。在一些实施例中，一个或多个压力源包括机械致动器。在一些实施例中，一个或多个压力源包括音圈、扬声器或其任何组合。在一些实施例中，外壳是服装。在一些实施例中，外壳是刚性机械结构。在一些实施例中，一个或多个听觉信号包括能够区分受试者的健康状态或不健康状态的数据。在一些实施例中，一个或多个换能器是圆形的。在一些实施例中，该系统还包括与一个或多个处理器、一个或多个压力源、一个或多个换能器或其任何组合电连通的控制模块。在一些实施例中，控制模块包括个人计算机、云处理架构、个人移动计算设备或其任何组合。在一些实施例中，状态是：健康、慢性阻塞性肺病、哮喘、肺气肿、肺炎、充血性心力衰竭、其任何组合状态或不确定状态。

在一些方面，本文提供的公开在一些实施例中描述了一种确定受试者的生理状态的方法，该方法包括：使用一个或多个空气耦合听诊模块检测来自受试者的一个或多个听觉信号；处理一个或多个听觉信号以确定来自受试者的一个或多个听觉信号与一个或多个听觉信号的库之间的相关关系；以及根据一个或多个听觉信号之间的相关关系确定受试者的生理状态。在一些实施例中，一个或多个空气耦合听诊模块包括一个或多个换能器、一个或多个冲击元件、一个或多个处理器或其任何组合。在一些实施例中，生理状态包括疾病状态，其中疾病状态包括癌症、慢性阻塞性肺病、肺气肿或其任何组合。在一些实施例中，库包括将受试者的生理状态与相应的一个或多个听觉信号相关联的相关数据集。在一些实施例中，确定是由一种或多种机器学习算法完成的。在一些实施例中，一种或多种机器学习算法包括k均值聚类、神经网络、随机森林、朴素贝叶斯、支持向量机、决策树、逻辑回归、线性回归或其任何组合。在一些实施例中，处理是在基于云的架构中、机载在一个或多个空气耦合听诊模块内、在远程计算机服务器上或其任何组合上完成的。在一些实施例中，确定是在基于云的架构中、机载在一个或多个空气耦合听诊模块内、在远程计算机服务器上或其任何组合上完成的。

在一些方面，本文提供的公开在一些实施例中描述了一种测量生物听觉信号的装置，该装置包括：一个或多个换能器，其被配置为从受试者接收一个或多个听觉信号，其中一个或多个换能器不与受试者接触。

本公开的另一方面提供了一种系统，包括一个或多个计算机处理器和与其耦合的计算机存储器。计算机存储器包括机器可执行代码，其在由一个或多个计算机处理器执行时实施上述或本文别处的任何方法。

根据以下详细描述，本公开的附加方面和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中仅示出和描述了本公开的说明性实施例。如将认识到的，本公开能够具有其他和不同的实施例，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都没有背离本公开。因此，附图和描述应被视为本质上是说明性的，而不是限制性的。

援引并入

本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请都具体且单独地指明通过引用并入。在通过引用并入的出版物和专利或专利申请与说明书中包含的公开内容相矛盾的情况下，说明书旨在取代和/或优先于任何此类矛盾的材料。

附图说明

本公开的新颖特征在所附权利要求中具体阐述。通过参考阐述说明性实施例的以下详细描述以及附图(本文也称为“图”)，其中利用了本公开的原理，将获得对本公开的特征和优点的更好的理解，其中：

图1A-图1B图示了如本文的一些实施例中所述的被配置为容纳一个或多个听诊模块(图1A)的服装，并且示出了如本文的一些实施例中所述的听诊模块和内部组件(图1B)的详细视图。

图2图示了如本文的一些实施例中所述的本文公开的听诊系统的示意图。

图3图示了如本文的一些实施例中所述的用于确定受试者的生理状态的方法的流程图。

具体实施方式

本公开提供了被配置为检测、分析或解释由受试者产生的一个或多个听觉信号的装置、系统和方法。在一些情况下，受试者是哺乳动物受试者。在一些情况下，哺乳动物受试者是人。在一些情况下，一个或多个听觉信号可以提供数据或信息以确定受试者的生理状态。在一些情况下，受试者的生理状态可以包括受试者的生理或解剖学变化的存在或缺乏，这些变化可能指示出疾病的发展。在一些情况下，疾病可以是癌症、慢性阻塞性肺病、肺气肿、哮喘、急性呼吸窘迫综合征、充血性心力衰竭、心脏杂音、心房颤动、血凝块、心脏病发作、血管动脉瘤、心室和/或心房肥大或其任何组合。在一些情况下，听觉信号的检测可以包括听觉信号的被动检测。在一些情况下，听觉信号可以按解剖学或生理学特征分类。例如，一种或多种听觉信号可被分类为肺喘息、噼啪声或指示出受试者肺功能或受试者肺部是否存在流体的其他声音。

在一些情况下，本文描述的装置、系统和方法可以提供外部物理力以确定受试者的机械特性。在一些情况下，机械特性可以包括受试者体内流体的存在或缺乏、组织机械特性的变化或其任何组合。在一些情况下，组织机械特性的变化可以指示出受试者的生理或解剖学状态的变化。

在一些情况下，系统可以包括一个或多个电连通的元件，其被配置为检测听觉信号、处理听觉信号、向系统用户显示信息、接收来自系统用户的输入，或其任何组合动作。在一些情况下，用户可以是医生、护士、执业护士或受试者本身。在一些情况下，该信息可以包括关于受试者的生理状态的数据和分析。该系统可以包括一个或多个听诊模块，该听诊模块与被配置为检测来自受试者的听觉信号的控制系统的元件电连通。该系统可以包括一个或多个压力源，该压力源被配置为向受试者施加压力。在一些情况下，该系统可以包括与一个或多个压力源和一个或多个听诊模块电连通的控制模块，以检测由受试者和由一个或多个压力源施加的压力之间的相互作用产生的听觉信号。替代地或组合地，控制模块可以与一个或多个听诊模块电连通以在一个或多个压力源不产生压力的情况下检测受试者的一个或多个听觉信号。

听诊模块

在一些实施例中，本文提供的公开描述了如图1A-图1B所示的听诊模块104。如本文别处所述，一个或多个听诊模块可以被配置为检测来自受试者的听觉信号。在一些情况下，一个或多个听诊模块可定位于距受试者一定距离处。在一些情况下，一个或多个听诊模块可不与受试者接触。

在一些情况下，一个或多个听诊模块104可以机械耦合在外壳102内，外壳102被配置为相对于受试者定位一个或多个听诊模块以测量受试者的听觉信号。在一些情况下，如图1A所示，外壳可以包括服装。在一些情况下，服装可以穿在受试者的衣物下面。在一些情况下，服装可以覆盖受试者的胸部。在一些情况下，服装可以宽松地穿在受试者身上。在一些情况下，服装可以提供进入受试者的胸腔中心区域以进行心胸手术的通道。在一些情况下，心胸手术可包括修复气胸、腹腔镜手术、心脏导管插入术、经皮冠状动脉介入术或其任何组合的手术。在一些情况下，服装可以包括抗微生物特性。在一些情况下，外壳可以包括腕环或腕带。在一些情况下，腕环或腕带可完全或部分包裹或环绕受试者的手臂或手腕。在一些情况下，外壳可以包括刚性机械结构。

在一些情况下，一个或多个听诊模块可以与一个或多个电源106电连通。在一些情况下，一个或多个电源可以包括一个或多个电池。在一些情况下，一个或多个电池可以是可充电的。在一些情况下，一个或多个电源可以包括模拟电流(AC)到直流(DC)转换器，其可以转换电插座的输出以为一个或多个听诊模块供电。

在一些情况下，一个或多个听诊模块与受试者之间的距离可以是约1mm至约25mm。在一些情况下，一个或多个听诊模块与受试者之间的距离可以是约1mm至约2mm、约1mm至约3mm、约1mm至约4mm、约1mm至约5mm、约1mm至约8mm、约1mm至约10mm、约1mm至约12mm、约1mm至约14mm、约1mm至约16mm、约1mm至约18mm、约1mm至约25mm、约2mm至约3mm、约2mm至约4mm、约2mm至约5mm、约2mm至约8mm、约2mm至约10mm、约2mm至约12mm、约2mm至约14mm、约2mm至约16mm、约2mm至约18mm、约2mm至约25mm、约3mm至约4mm、约3mm至约5mm、约3mm至约8mm、约3mm至约10mm、约3mm至约12mm、约3mm至约14mm、约3mm至约16mm、约3mm至约18mm、约3mm至约25mm、约4mm至约5mm、约4mm至约8mm、约4mm至约10mm、约4mm至约12mm、约4mm至约14mm、约4mm至约16mm、约4mm至约18mm、约4mm至约25mm、约5mm至约8mm、约5mm至约10mm、约5mm至约12mm、约5mm至约14mm、约5mm至约16mm、约5mm至约18mm、约5mm至约25mm、约8mm至约10mm、约8mm至约12mm、约8mm至约14mm、约8mm至约16mm、约8mm至约18mm、约8mm至约25mm、约10mm至约12mm、约10mm至约14mm，约10mm至约16mm、约10mm至约18mm、约10mm至约25mm、约12mm至约14mm、约12mm至约16mm、约12mm至约18mm、约12mm至约25mm、约14mm至约16mm、约14mm至约18mm、约14mm至约25mm、约16mm至约18mm、约16mm至约25mm或约18mm至约25mm。在一些情况下，一个或多个听诊模块与受试者之间的距离可以是约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约8mm、约10mm、约12mm、约14mm、约16mm、约18mm或约25mm。在一些情况下，一个或多个听诊模块与受试者之间的距离可以是至少约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约8mm、约10mm、约12mm、约14mm、约16mm或约18mm。在一些情况下，一个或多个听诊模块与受试者之间的距离可以是至多约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约8mm、约10mm、约12mm、约14mm、约16mm、约18mm或约25mm。

听诊模块104可以包括：(a)一个或多个换能器元件114，其被配置为检测由受试者产生的听觉信号的声波和/或压力波；(b)一个或多个压力源112；(c)与一个或多个换能器元件114和/或一个或多个压力源112电连通的处理器108。在一些情况下，一个或多个换能器元件可以是微机械超声换能器，例如电容微机械超声换能器(cMUT)或压电微机械超声换能器(pMUT)。在美国专利申请号17/004,568中提供了cMUT的示例，该申请通过引用并入本文。在一些情况下，处理器可以与一个或多个电路元件电连通。在一些情况下，一个或多个电路元件可以包括：无线(例如，蓝牙)发射器和/或接收器、超声数字信号处理(DSP)专用集成电路、功率调节器、无线(例如，蓝牙)发射器和接收器天线或其任何组合。在一些情况下，听诊模块可以包括散热结构，例如散热器。

在一些情况下，一个或多个换能器元件114可包括约1个元件至约20个元件。在一些情况下，一个或多个换能器元件114可包括约1个元件至约2个元件、约1个元件至约4个元件、约1个元件至约6个元件、约1个元件至约8个元件、约1个元件至约10个元件、约1个元件至约12个元件、约1个元件至约14个元件、约1个元件至约16个元件、约1个元件至约18个元件、约1个元件至约20个元件、约2个元件至约4个元件、约2个元件至约6个元件、约2个元件至约8个元件、约2个元件至约10个元件、约2个元件至约12个元件、约2个元件至约14个元件、约2个元件至约16个元件、约2个元件至约18个元件、约2个元件至约20个元件、约4个元件至约6个元件、约4个元件至约8个元件、约4个元件至约10个元件、约4个元件至约12个元件、约4个元件至约14个元件、约4个元件至约16个元件、约4个元件至约18个元件、约4个元件至约20个元件、约6个元件至约8个元件、约6个元件至约10个元件、约6个元件至约12个元件、约6个元件至约14个元件、约6个元件至约16个元件、约6个元件至约18个元件、约6个元件至约20个元件、约8个元件至约10个元件、约8个元件至约12个元件、约8个元件至约14个元件、约8个元件至约16个元件、约8个元件至约18个元件、约8个元件至约20个元件、约10个元件至约12个元件、约10个元件至约14个元件、约10个元件至约16个元件、约10个元件至约18个元件、约10个元件至约20个元件、约12个元件至约14个元件、约12个元件至约16个元件、约12个元件至约18个元件、约12个元件至约20个元件、约14个元件至约16个元件、约14个元件至约18个元件、约14个元件至约20个元件、约16个元件至约18个元件、约16个元件至约20个元件或约18个元件至约20个元件。在一些情况下，一个或多个换能器元件114可包括约1个元件、约2个元件、约4个元件、约6个元件、约8个元件、约10个元件、约12个元件、约14个元件、约16个元件、约18个元件或约20个元件。在一些情况下，一个或多个换能器元件114可包括至少约1个元件、约2个元件、约4个元件、约6个元件、约8个元件、约10个元件、约12个元件、约14个元件、约16个元件或约18个元件。在一些情况下，一个或多个换能器元件114可包括至多约2个元件、约4个元件、约6个元件、约8个元件、约10个元件、约12个元件、约14个元件、约16个元件、约18个元件或约20个元件。

在一些情况下，处理器可以被配置为处理由一个或多个换能器元件114检测到的听觉信号。

在一些情况下，听诊模块104可以包括可以是印刷电路板的电路110。在一些情况下，处理器108、一个或多个电路元件、一个或多个换能器元件114和一个或多个压力源112可以通过印刷电路板电路电连通。在一些情况下，印刷电路板可包括至少1个导电层、至少2个导电层、至少3个导电层或至少4个导电层。在一些情况下，印刷电路板可包括多达1个导电层、多达2个导电层、多达3个导电层或多达4个导电层。在一些情况下，一个或多个换能器元件114可以在电路110上布置成阵列。在一些情况下，一个或多个换能器元件114可以布置成圆形阵列、线性阵列、多边形阵列或其任何组合的阵列。

在一些情况下，听诊模块104可以包括一个或多个压力源112，该压力源112被配置为产生指向受试者的压力。在一些情况下，一个或多个压力源112可以包括机械冲击器，例如配置为将机械振动传递到受试者中的弹簧负载的CAM。在一些情况下，一个或多个压力源112可以包括声学冲击器，例如磁性音圈，和/或配置为将低频压力波传递到受试者中的扬声器。

在一些情况下，听诊模块104可以完全或部分地密封在外壳内。在一些情况下，外壳可以包括塑料外壳。在一些情况下，听诊模块可包括圆形、矩形、正方形、三角形、梯形或其形状的任何组合。在一些情况下，外壳可以提供一个或多个开口，使得一个或多个换能器元件114可以接收和/或传输来自受试者的听觉信号。在一些情况下，外壳可以完全或部分地包围一个或多个压力源，使得一个或多个压力源可以定位成与受试者接触，而一个或多个换能器元件114可以与受试者之间保持一定距离。

在一些情况下，封闭的听诊模块104的直径可以是约5mm至约50mm。在一些情况下，封闭的听诊模块104的直径可以是约5mm至约10mm、约5mm至约15mm、约5mm至约20mm、约5mm至约25mm、约5mm至约30mm、约5mm至约35mm、约5mm至约40mm、约5mm至约45mm、约5mm至约50mm、约10mm至约15mm、约10mm至约20mm、约10mm至约25mm、约10mm至约30mm、约10mm至约35mm、约10mm至约40mm、约10mm至约45mm、约10mm至约50mm、约15mm至约20mm、约15mm至约25mm、约15mm至约30mm、约15mm至约35mm、约15mm至约40mm、约15mm至约45mm、约15mm至约50mm、约20mm至约25mm、约20mm至约30mm、约20mm至约35mm、约20mm至约40mm、约20mm至约45mm、约20mm至约50mm、约25mm至约30mm、约25mm至约35mm、约25mm至约40mm、约25mm至约45mm、约25mm至约50mm、约30mm至约35mm、约30mm至约40mm、约30mm至约45mm、约30mm至约50mm、约35mm至约40mm、约35mm至约45mm、约35mm至约50mm、约40mm至约45mm、约40mm至约50mm或约45mm至约50mm。在一些情况下，封闭的听诊模块104的直径可以是约5mm、约10mm、约15mm、约20mm、约25mm、约30mm、约35mm、约40mm、约45mm或约50mm。在一些情况下，封闭的听诊模块104的直径可以是至少约5mm、约10mm、约15mm、约20mm、约25mm、约30mm、约35mm、约40mm或约45mm。在一些情况下，封闭的听诊模块104的直径可以是至多约10mm、约15mm、约20mm、约25mm、约30mm、约35mm、约40mm、约45mm或约50mm。

在一些情况下，一个或多个换能器元件114可以被配置为检测从约1kHz至约20kHz的听觉信号。在一些情况下，一个或多个换能器元件114可以被配置为检测从约1kHz至约2kHz、约1kHz至约4kHz、约1kHz至约6kHz、约1kHz至约8kHz、约1kHz至约10kHz、约1kHz至约12kHz、约1kHz至约14kHz、约1kHz至约16kHz、约1kHz至约18kHz、约1kHz至约20kHz、约2kHz至约4kHz、约2kHz至约6kHz、约2kHz至约8kHz、约2kHz至约10kHz、约2kHz至约12kHz、约2kHz至约14kHz、约2kHz至约16kHz、约2kHz至约18kHz、约2kHz至约20kHz、约4kHz至约6kHz、约4kHz至约8kHz、约4kHz至约10kHz、约4kHz至约12kHz、约4kHz至约14kHz、约4kHz至约16kHz、约4kHz至约18kHz、约4kHz至约20kHz、约6kHz至约8kHz、约6kHz至约10kHz、约6kHz至约12kHz、约6kHz至约14kHz、从6kHz至约16kHz、约6kHz至约18kHz、约6kHz至约20kHz、约8kHz至约10kHz、约8kHz至约12kHz、约8kHz至约14kHz、约8kHz至约16kHz、约8kHz至约18kHz、约8kHz至约20kHz、约10kHz至约12kHz、约10kHz至约14kHz、约10kHz至约16kHz、约10kHz至约18kHz、约10kHz至约20kHz、约12kHz至约14kHz、约12kHz至约16kHz、约12kHz至约18kHz、约12kHz至约20kHz、约14kHz至约16kHz、约14kHz至约18kHz、约14kHz至约20kHz、约16kHz至约18kHz、约16kHz至约20kHz或约18kHz至约20kHz的听觉信号。在一些情况下，一个或多个换能器元件114可以被配置为检测来自约1kHz、约2kHz、约4kHz、约6kHz、约8kHz、约10kHz、约12kHz、约14kHz、约16kHz、约18kHz或约20kHz的听觉信号。在一些情况下，一个或多个换能器元件114可以被配置为检测来自至少约1kHz、约2kHz、约4kHz、约6kHz、约8kHz、约10kHz、约12kHz、约14kHz、约16kHz或约18kHz的听觉信号。在一些情况下，一个或多个换能器元件114可以被配置为检测来自至多约2kHz、约4kHz、约6kHz、约8kHz、约10kHz、约12kHz、约14kHz、约16kHz、约18kHz或约20kHz的听觉信号。

听诊系统

本文提供的公开的方面可以包括听诊系统201，如图2所示，其被配置为检测听觉信号218和/或将受试者的听觉数据传输到控制模块208和/或用户界面210。在一些情况下，听觉数据的传输可以通过蓝牙、WIFI或其任何组合传输205来完成。在一些情况下，如本文别处所述，该系统可包括听诊模块200。听诊模块可以被配置为检测来自受试者的表面216的听觉信号218。一个或多个听诊模块可包括处理后端202，该处理后端202可包括蓝牙和/或WIFI数据发射和接收244和/或超声数字信号处理240集成电路。

在一些情况下，听诊模块200可以包括一个或多个超声换能器元件226，其定位在距受试者216的表面一定距离222处，被配置为检测来自受试者的表面216的听觉信号218。在一些情况下，听觉信号218可以由受试者产生。在一些情况下，如本文别处所述，听觉信号218可以由一个或多个压力源(224、220)和受试者的相互作用产生。

在一些情况下，处理后端202可以包括电路，例如时钟241、中央处理单元(CPU)238、模数转换器235、数模转换器232、滤波器234、发射脉冲发生器236、冲击控制器230、多普勒检测器240、无线数据发射器和接收器244、加速度计陀螺仪集成电路246或其任何组合，其被配置为控制系统元件(例如，一个或多个超声换能器元件226和/或一个或多个压力源224)、发射数据、接收数据或其任何组合。

在一些情况下，受试者216产生的听觉信号218可以被与超声发射/接收控制器228电连通的一个或多个超声换能器元件226检测到。在一些情况下，与CPU 238电连通的发射脉冲发生器236可以产生一个或多个脉冲信号，该脉冲信号可以与数模转换器235电连通。然后传输到数模转换器235的一个或多个脉冲信号可以电传输到超声换能器元件226以产生指向受试者的一个或多个区域的超声信号。然后由于由受试者218产生的音频信号，指向受试者216的一个或多个区域的超声信号可用于检测受试者的一个或多个区域的运动。

替代地或组合地，CPU 238可以向冲击控制器230提供驱动信号，该冲击控制器230被配置为为一个或多个压力源224提供驱动信号，然后可以在受试者216内产生听觉信号，该听觉信号可以被一个或多个超声换能器元件226检测到。在一些情况下，听诊模块200的时钟241可以提供共同时间信号以比较由一个或多个超声换能器元件226检测到的听觉信号，从而确定听觉信号波前的方向性或方向向量。在一些情况下，时钟241可以向发射/接收控制器228提供时间时钟信号以以已知时间间隔对检测到的听觉信号进行采样。检测到的听觉信号然后可以由滤波器234滤波。在一些情况下，滤波器234可以包括带通滤波器、陷波滤波器、低通滤波器、高通滤波器或其任何组合。在对听觉信号进行滤波之后，该信号然后可以由模数转换器235数字化并且传递给多普勒检测电路240。在一些情况下，多普勒检测电路240可以将数字化数据(即，以距离为单位的受试者的表面位移的多普勒超声数据)转换成相对位移。然后可以将相对位移转换成音频数据。在一些情况下，时钟241可以向多普勒检测电路提供时间时钟信号以以已知时间间隔对数字化模拟听觉信号进行采样。然后可以将数据准备到具有用于每个听诊模块200的离散通道的数据分组缓冲器242中以确定检测到的听觉信号的起源。在一些情况下，同步加速度计和/或陀螺仪数据可以由加速度计陀螺仪集成电路246产生并且由CPU 238与数据分组缓冲器242中的数字化听觉信号数据捆绑在一起。在一些情况下，加速度计陀螺仪集成电路246可以测量空间定向(例如，滚动、俯仰、偏航)、角定向、加速度、速度或其任何组合数据。在一些情况下，由加速度计陀螺仪集成电路246测量的数据可以提供一个或多个空间向量以定位听觉信号在受试者内起源的位置。

在(例如，异步地)获取听觉信号的通道并将其捆绑到数据分组缓冲器244中之后或期间，系统然后可以将数据无线传输到控制模块208，以经由与天线204电连通的无线数据发射器和接收器244进行进一步处理。在一些情况下，无线传输可以是蓝牙传输、WIFI传输或其任何组合。该信号然后可由控制模块208对应的天线206和无线数据发射器和接收器245检测。控制模块CPU 238然后可以产生驱动分析电路250的时钟信号252以处理存储在数据分组缓冲器243中的听觉信号的所有通道和/或其中的一部分。

替代地，听觉信号的通道可以经由无线传输系统244、204传输以在基于云的处理架构中被处理。

在一些情况下，分析电路250和/或基于云的处理架构可以执行一个或多个处理操作以对听觉信号中的听觉信号进行分类。在一些情况下，处理操作可以包括互相关、特征向量相关、Ahn-park相关或其任何组合。替代地或组合地，处理操作可以是由先前在标记的听觉信号库上训练的机器学习算法进行的分类。在一些实施例中，机器学习算法可以包括深度神经网络(DNN)。深度神经网络可以包括卷积神经网络(CNN)。CNN例如可以是U-Net、ImageNet、LeNet-5、AlexNet、ZFNet、GoogleNet、VGGNet、ResNet18或ResNet等。其他神经网络例如可以是深度前馈神经网络、递归神经网络、LSTM(长短期记忆)、GRU(门控循环单元)、自动编码器、变分自编码器、对抗自编码器、去噪自编码器、稀疏自编码器、玻尔兹曼机、RBM(受限BM)、深度信念网络、生成对抗网络(GAN)、深度残差网络、胶囊网络或注意力/变换器网络等。

在一些情况下，机器学习模型可以包括聚类、标量向量机、内核SVM、线性判别分析、二次判别分析、邻域成分分析、流形学习、卷积神经网络、强化学习、随机森林、朴素贝叶斯、高斯混合、隐马尔可夫模型、蒙特卡罗、限制玻尔兹曼机、线性回归或其任何组合。

在一些情况下，机器学习算法可以包括集成学习算法，例如装袋、提升和堆叠。机器学习算法可以单独应用于为每个通道提取的多个特征，使得每个通道可以具有机器学习算法的单独迭代或者一次应用于从所有通道或通道子集提取的多个特征。

在一些情况下，听觉信号的分类通道和由加速度计陀螺仪集成电路246确定的每个通道的空间信息可用于确定受试者内通道的听觉信号的3-D空间位置。

在一些情况下，系统可以包括用户界面210，其中用户可以与每个通道的原始听觉信号、分类的听觉信号、听觉信号分类的重建空间图像或其任何组合信号进行交互，以及对其进行探索或可视化。在一些情况下，用户界面210可以显示覆盖在人体躯干模型上的3-D空间图和/或听觉信号分类图像以帮助可视化。在一些情况下，CPU 238可以将听觉信号传输到用户界面，该用户界面可以包括个人计算机212、膝上型计算机、智能手机、平板电脑或其任何组合。替代地或组合地，基于云的处理架构可以将听觉信号的通道无线传输到用户界面210。在一些情况下，用户可以经由键盘214和鼠标215与听觉信号进行交互。在一些情况下，用户可以通过使用用户界面来调整或调谐听诊系统201的参数(例如，一个或多个超声换能器元件226的灵敏度和/或增益、一个或多个压力源224产生的压力、由一个或多个压力源224施加的压力的频率等或其任何组合)以提高检测到的听觉信号的通道的信噪比。

方法

如图3所示，本文提供的公开的方面可以包括确定受试者的生理状态的方法300。在一些情况下，方法300可以包括以下步骤：(a)使用一个或多个空气耦合听诊模块检测来自受试者的一个或多个听觉信号(302)；(b)处理一个或多个听觉信号以确定来自受试者的一个或多个听觉信号与一个或多个听觉信号的库之间的相关关系(304)；(c)根据一个或多个听觉信号之间的相关关系确定受试者的生理状态(306)。在一些情况下，本文别处描述的空气耦合听诊模块可包括一个或多个换能器、一个或多个压力源、一个或多个处理器或其任何组合。

在一些情况下，生理状态可以包括生命体征。在一些情况下，生命体征可以包括血压、脉搏、血流、血细胞比容或其任何组合。在一些情况下，生理状态可以包括疾病状态。疾病状态可包括癌症、慢性阻塞性肺病、肺气肿、哮喘、急性呼吸窘迫综合征、充血性心力衰竭、心脏杂音、心房颤动、血凝块、心脏病发作、血管动脉瘤、心室肥大、肺炎或其任何组合。在一些情况下，该库可以包括将受试者的生理状态与相应的一个或多个分类的听觉信号相关联的相关数据集。在一些情况下，一个或多个分类的听觉信号可以由专家解释者(例如，医务人员、住院医师、主治医师、呼吸治疗师、护士等)进行分类。在一些情况下，步骤306的确定可以通过一种或多种机器学习算法完成，如本文别处所述。在一些情况下，步骤304的处理可以在基于云的架构中、机载在一个或多个空气耦合听诊模块内、在远程计算机服务器上或其任何组合上完成。在一些情况下，步骤306的确定可在基于云的架构中、机载在一个或多个空气耦合听诊模块内、在远程计算机服务器上或其任何组合上完成。

在一些情况下，本文提供的公开可以包括确定听觉信号的空间起源的方法。在一些情况下，该方法可以包括以下步骤：(a)使用一个或多个空气耦合听诊模块检测来自受试者的一个或多个听觉信号；(b)确定来自一个或多个空气耦合听诊模块内的一个或多个超声换能器的听觉信号的波前方向；以及(c)比较相似听觉信号的波前方向的空间重叠，从而确定听觉信号的空间起源。在一些情况下，一个或多个听诊模块可以包括蓝牙传输电路。在一些情况下，蓝牙传输电路可以被配置为在一个或多个听诊模块之间通信以确定一个或多个听诊模块之间的相对角度和距离。在一些情况下，一个或多个听诊模块中的给定听诊模块的相对角度可由听诊模块的加速度计或陀螺仪电路确定。在一些情况下，一个或多个听诊模块之间的相对角度和距离可以经由蓝牙天线在一个或多个听诊模块之间传输。

尽管以上步骤示出了根据实施例的每个方法或操作集，但是本领域的普通技术人员将认识到基于本文描述的教导的许多变化。这些步骤可以以不同的顺序完成。可以添加或省略步骤。一些步骤可以包括子步骤。许多步骤可以尽可能多地重复。

每个方法或操作集的一个或多个步骤可以用本文描述的电路来执行，例如，一个或多个处理器或逻辑电路(例如用于现场可编程门阵列的可编程阵列逻辑)。电路可以被编程以提供每个方法或操作集的一个或多个步骤，并且程序可以包括存储在非暂时性计算机可读存储器上的程序指令或逻辑电路(例如，可编程阵列逻辑或例如，现场可编程门阵列)的编程步骤。

只要术语“至少”、“大于”或“大于或等于”出现在一系列两个或更多个数值中的第一个数值之前，术语“至少”、“大于”或“大于或等于”适用于该系列数值中的每个数值。例如，大于或等于1、2或3相当于大于或等于1、大于或等于2或大于或等于3。

只要术语“不超过”、“小于”或“小于或等于”出现在一系列两个或更多个数值中的第一个数值之前，术语“不超过”、“小于”、或“小于或等于”适用于该系列数值中的每个数值。例如，小于或等于3、2或1相当于小于或等于3、小于或等于2或小于或等于1。

本文中的某些发明实施例考虑数值范围。当存在范围时，范围包括范围端点。此外，每个子范围和该范围内的值都像明确写出一样存在。术语“约”或“大约”可表示在特定值的可接受误差范围内，这将部分取决于如何测量或确定该值，例如，测量系统的限制。例如，根据本领域的实践，“约”可以表示在1个标准差之内或超过1个标准差。替代地，“约”可意指给定值的多达20％、多达10％、多达5％或多达1％的范围。在申请和权利要求中描述特定值的情况下，除非另有说明，否则可以认为术语“约”的意思是在特定值的可接受误差范围内。

虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些实施例仅作为示例提供。本发明并非旨在受说明书内提供的具体示例的限制。尽管已经参考前述说明书描述了本发明，但是本文的实施例的描述和图示不意味着以限制意义来解释。在不背离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替换。此外，应当理解，本发明的所有方面并不局限于本文所述的取决于各种条件和变量的具体描述、配置或相对比例。应当理解，在实施本发明时可以采用本文描述的本发明实施例的各种替代方案。因此，预期本发明还应涵盖任何此类替代、修改、变化或等同物。所附权利要求旨在限定本发明的范围，并且这些权利要求及其等同物范围内的方法和结构由此被覆盖。

Claims (32)

1.一种测量生物听觉信号的装置，所述装置包括：

(a)可穿戴外壳；

(b)一个或多个换能器，其耦合到所述可穿戴外壳并且被配置为当受试者穿戴所述可穿戴外壳时从所述受试者接收一个或多个听觉信号，其中所述一个或多个换能器耦合到所述可穿戴外壳，使得所述一个或多个换能器与所述受试者的皮肤间隔至少约1毫米的距离。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括一个或多个压力源，所述压力源被配置为在所述受试者的一个或多个区域上引起压力以产生来自所述受试者的所述一个或多个听觉信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述一个或多个压力源包括吹气。

4.根据权利要求2所述的装置，其中所述一个或多个压力源包括机械致动器。

5.根据权利要求2所述的装置，其中所述一个或多个压力源包括音圈、扬声器或其任何组合。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述外壳是服装。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述外壳是刚性机械结构。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个听觉信号包括能够区分所述受试者的健康状态或不健康状态的数据。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个换能器是圆形的。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括与所述一个或多个压力源、所述一个或多个换能器、控制模块或其任何组合电连通的处理器。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制模块包括个人计算机、云处理架构、个人移动计算设备或其任何组合。

12.一种确定受试者的生理状态的系统，所述系统包括：

(a)可穿戴外壳；

(b)耦合到所述可穿戴外壳的一个或多个换能器，其被配置为当所述受试者穿戴所述可穿戴外壳时从所述受试者接收一个或多个听觉信号，其中所述一个或多个换能器耦合到所述可穿戴外壳，使得所述一个或多个换能器与所述受试者的皮肤间隔一定距离；以及

(c)一个或多个处理器，其被配置为处理所述一个或多个听觉信号，从而确定所述受试者的所述生理状态。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括一个或多个压力源，所述压力源被配置为在所述受试者的一个或多个区域上引起压力以产生来自所述受试者的所述一个或多个听觉信号。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述一个或多个压力源包括吹气。

15.根据权利要求13所述的系统，其中所述一个或多个压力源包括机械致动器。

16.根据权利要求13所述的系统，其中所述一个或多个压力源包括音圈、扬声器或其任何组合。

17.根据权利要求12所述的系统，其中所述外壳是服装。

18.根据权利要求12所述的系统，其中所述外壳是刚性机械结构。

19.根据权利要求12所述的系统，其中所述一个或多个听觉信号包括能够区分所述受试者的健康状态或不健康状态的数据。

20.根据权利要求12所述的系统，其中所述一个或多个换能器是圆形的。

21.根据权利要求12所述的系统，还包括与所述一个或多个处理器、所述一个或多个压力源、所述一个或多个换能器或其任何组合电连通的控制模块。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述控制模块包括个人计算机、云处理架构、个人移动计算设备或其任何组合。

23.根据权利要求12所述的系统，其中所述状态是：健康、慢性阻塞性肺病、哮喘、肺气肿、肺炎、充血性心力衰竭、其任何组合状态或不确定状态。

24.一种确定受试者的生理状态的方法，所述方法包括：

(a)使用一个或多个空气耦合听诊模块检测来自所述受试者的一个或多个听觉信号；

(b)处理所述一个或多个听觉信号以确定来自所述受试者的所述一个或多个听觉信号与一个或多个听觉信号的库之间的相关关系；以及

(c)根据所述一个或多个听觉信号之间的所述相关关系确定所述受试者的所述生理状态。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述一个或多个空气耦合听诊模块包括一个或多个换能器、一个或多个压力源、一个或多个处理器或其任何组合。

26.根据权利要求24所述的方法，其中所述生理状态包括疾病状态，其中所述疾病状态包括癌症、慢性阻塞性肺病、肺气肿或其任何组合。

27.根据权利要求24所述的方法，其中所述库包括将所述受试者的生理状态与相应的一个或多个听觉信号相关联的相关数据集。

28.根据权利要求24所述的方法，其中确定是由一种或多种机器学习算法完成的。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述一种或多种机器学习算法包括k均值聚类、神经网络、随机森林、朴素贝叶斯、支持向量机、决策树、逻辑回归、线性回归或其任何组合。

30.根据权利要求24所述的方法，其中处理是在基于云的架构中、机载在所述一个或多个空气耦合听诊模块内、在远程计算机服务器上或其任何组合上完成的。

31.根据权利要求24所述的方法，其中所述确定是在基于云的架构中、机载在所述一个或多个空气耦合听诊模块内、在远程计算机服务器上或其任何组合上完成的。

32.一种测量生物听觉信号的装置，所述装置包括：

一个或多个换能器，其被配置为从受试者接收一个或多个听觉信号，其中所述一个或多个换能器不与所述受试者接触。

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