KR20220047985A - 모니터링 패드를 구비한 의료용 초음파 시스템 및 방법 - Google Patents

모니터링 패드를 구비한 의료용 초음파 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20220047985A
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맥심 벨로이스
장-프랑수아 랑크토
휴고 두빌
데베하 야니크 르
베르나르 르페브르
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소노스코프 인크.
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Abstract

환자에게 적용하기 위한 모니터링 패드, 모니터링 패드에 연결되며 복수의 초음파 변환기를 구비한 초음파 탐침, 및 초음파 변환기를 제어하여 초음파 빔을 환자에게 집속하며 결과적인 반사 초음파 빔을 판독하도록 구성된 초음파 빔 형성 장치를 구비한 초음파 시스템이 개시된다. 모니터링 패드는 초음파 젤 패드 및 초음파 젤 패드를 유지하는 지지 구조체를 구비한다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 지지 구조체는 초음파 탐침을 수용하여 초음파 젤 패드가 환자와 초음파 변환기의 사이에 끼워지도록 초음파 젤 패드에 대해 고정된 배열로 초음파 탐침을 유지하도록 기하학적으로 구성된다. 일부 구현에서는, 모니터링 패드가 심전도 전극 및/또는 초음파와 무관한 다른 센서(들)를 구비하며, 초음파 빔 형성 장치가 이들로부터 판독치를 수신한다.

Description

모니터링 패드를 구비한 의료용 초음파 시스템 및 방법
관련 출원
이 특허 출원은, 전체 개시 내용이 참조로서 인용된, 2019 년 8 월 14 일에 출원된 미국 특허 가출원 제 62/886,638 호에 대한 우선권을 주장한다.
본 개시는 의료용 초음파에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 현장 진단 초음파(POCUS: Point-of-Care Ultrasound) 및 모니터링에 관한 것이다.
의료용 초음파(진단 초음파 촬영 또는 초음파 검사로도 공지됨)는 힘줄, 근육, 관절, 혈관, 및 내장과 같은 내부 신체 구조의 초음파 영상을 생성하는 데 사용된다. 초음파 사진으로도 공지된 초음파 영상은 환자 상에 위치한 탐침을 사용하여 초음파 펄스를 환자에게 보내고, 결과적인 반사물을 기록하며, 이 결과적인 반사물을 기반으로 한 초음파 영상을 표시함으로써 만들어진다. 조직마다 반사 특성이 다르므로 초음파 영상에서 상이한 조직이 구별될 수 있다.
초음파 의료 시술은 일반적으로, 의료 전문가가 탐침을 잡고 조작하여 관심 영역의 초음파 영상을 획득하는 과정을 포함한다. 일반적으로 환자와 탐침 사이에 젤(gel)이 배치되어 환자 내로 초음파 펄스가 이동하며 기록을 위해 결과적인 반사물이 탐침으로 다시 되돌아가는 것을 용이하게 한다. 젤은 또한, 의료 전문가가 환자 상에서 탐침을 조작하는 것을 용이하게 하는 데 도움이 될 수 있다.
유감스럽게도, 특히 탐침의 이동으로 인해 젤이 환자의 비교적 넓은 표면에 걸쳐 묻어나기 때문에, 젤로 인해 지저분해질 수 있으며 환자와 탐침 모두의 세정 작업을 촉발할 수 있다. 또한, 특히, 탐침이 환자에 대해 이동함으로 인해 탐침이 환자에 의해 오염될 수 있다. 이 때문에, 탐침은, 예를 들어, 비누와 물을 사용하여, 또는 사차 암모늄 스프레이나 물수건을 사용하여, 매번 사용 후에 세정되어야 한다. 이것은 불편하고 번거로울 수 있다.
현장 진단 초음파(POCUS)는 현대적인 병원이나, 구급차, 또는 외딴 마을이든 환자의 치료가 이루어지고 있는 곳이면 어디든지 환자에 대해 초음파 의료 시술이 수행될 수 있도록 한다. POCUS는, 예를 들어, 심장 소생술과 같은 응급 시술 중에 의료 전문가에게 초음파 촬영 정보를 제공함으로써 매우 아픈 환자를 위한 환자 치료를 개선할 수 있다. POCUS는, 예를 들어, 정기 검진을 받는 임산부와 같은 다른 환자를 위한 환자 치료도 개선할 수 있다.
불행하게도, POCUS의 효과는 의료 전문가가 자신의 전문 기술을 사용하여 탐침을 잡고 조작하는 것에 좌우된다. 이것은 심장 마비와 같은 일부 상황에서는 실용적이지 않거나 가능하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 전 세계적으로 심장 마비 환자를 위한 치료 표준안은 심장 소생술 동안의 제세동기 장치를 이용한 모니터링이다. 제세동기는 전형적으로 전기적 모니터링, 즉, 심박수 및 심장 리듬을 제공하지만, 초음파 촬영 정보는 제공하지 않는다. 따라서, 제세동기를 사용할 때에는 의료 전문가에게 초음파 촬영 정보가 주어지지 않을 수도 있다.
더욱이, 경우에 따라서는 POCUS를 사용한 영상 생성이 어려울 수 있으며, 의사 결정, 진단, 또는 환자 치료를 지연시킬 수 있다. 심장 소생술과 같은 위급한 상황에서는, POCUS가 중요한 정보를 가져올 수 있다는 사실에도 불구하고 이러한 지연으로 인해 POCUS의 사용이 금지될 수 있다. 예를 들어, POCUS는 심장 소생술에서 현재 표준안이 되고 있는 수동 맥박 검사보다 훨씬 더 신뢰할 수 있는 정보인 심장 수축성에 대한 직접적인 정보를 제공할 수 있다.
이 때문에, POCUS는 환자 치료를 개선할 수 있긴 하지만, 여전히 개선되어야 할 부분이 많이 남아 있다. 앞서 언급한 단점 중 일부 또는 전부를 해결하거나 완화하기 위해 POCUS를 개선하는 것이 바람직하다.
환자에게 적용하기 위한 모니터링 패드, 모니터링 패드에 연결되며 복수의 초음파 변환기를 구비한 초음파 탐침, 및 초음파 변환기를 제어하여 초음파 빔을 환자에게 집속하며 결과적인 반사 초음파 빔을 판독하도록 구성된 초음파 빔 형성 장치를 구비한 초음파 시스템이 개시된다. 일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치가 3D 빔 스캐닝 알고리즘을 사용하여 초음파 변환기를 통해 빔 형성을 달성한다. 빔 형성은 환자에게 고정된 채로 남아 있을 수 있는 모니터링 패드 또는 초음파 탐침을 잡거나 조작하지 않고 초음파 의료 시술이 달성될 수 있도록 한다. 이것은 의료 전문가가 자신의 전문 기술을 사용하여 초음파 변환기를 잡고 조작하는 종래의 접근 방식을 개선한 것이다.
환자에게 적용되는 모니터링 패드가 초음파 젤 패드와 초음파 젤 패드를 유지하는 지지 구조체를 구비한다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 지지 구조체는 초음파 탐침을 수용하며 초음파 젤 패드에 대해 고정된 배열로 초음파 탐침을 유지하도록 기하학적으로 구성된다. 초음파 젤 패드가 환자(즉, 환자의 피부)와 초음파 탐침의 사이에 끼워지며, 초음파 젤 패드가 환자의 표면에 묻어나는 일 없이 환자와 초음파 탐침 사이의 초음파 인터페이스의 역할을 한다. 이것은 초음파 의료 시술이 수행된 후의 세정량을 감소시킴으로써 종래의 접근 방식을 개선할 수 있다. 일부 구현에서는, 모니터링 패드가 한 번 사용한 후에 또는 제한된 횟수의 사용 후에 폐기 가능하도록 설계되며, 이것은 초음파 의료 시술 후 세정 작업을 줄이는 데 도움이 될 수 있으며 위생적인 상태를 보장하는 데에도 도움이 될 수 있다.
빔 형성과 함께 초음파 변환기 어레이를 제어하여 초음파 데이터를 획득하며, 초음파와 무관한 적어도 하나의 센서(예를 들어, 심전도 전극)로부터 판독치를 수신하며, 초음파 데이터를 기반으로 한 초음파 영상과 다른 센서로부터의 판독치를 기반으로 한 다른 영상(예를 들어, 심전도)을 동시에 표시하도록 구성된 초음파 빔 형성 장치도 개시된다. 이러한 방식으로, 환자의 심장 및/또는 폐 기능의 모니터링이 가능하며, 이것은 소생실, 수술실, 중환자실, 신생아실 및 병원전 환경에서 매우 유용할 수 있다. 이것은 초음파 시스템이 의료 전문가가 자신의 전문 기술을 사용하여 탐침을 잡고 조작하는 것에 좌우되며, 따라서, 환자를 모니터링하기에 적합하지 않은 종래의 접근 방식을 개선한 것이다.
환자에게 모니터링 패드를 적용하며, 초음파 변환기를 구비한 초음파 탐침을 모니터링 패드에 연결하며, 초음파 빔 형성 장치를 작동시켜 초음파 변환기를 제어하여 초음파 빔을 환자에게 집속하며 결과적인 반사 초음파 빔을 판독하는 단계를 포함하는 방법도 개시된다. 특히, 초음파 빔 형성 장치가 모니터링 패드 또는 초음파 탐침을 유지 또는 조작하지 않고 작동될 수 있다. 다시 말하지만, 이것은 위에 설명된 유사한 이유로 종래의 접근 방식을 개선한 것이다.
본 개시의 다른 양태 및 특징이 본 개시의 다양한 실시예의 다음의 설명을 검토함으로써 당업자에게는 명백해질 것이다.
이제, 실시예가 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 모니터링 패드, 복수의 초음파 변환기를 구비한 초음파 탐침, 및 초음파 빔 형성 장치를 구비한 초음파 시스템을 개략적으로 보여주며;
도 2는 환자 상의 모니터링 패드를 개략적으로 보여주며;
도 3은 모니터링 패드의 분해도와 함께 초음파 탐침의 분해도를 개략적으로 보여주며;
도 4는 초음파 탐침을 수용 및 유지하기 위한 모니터링 패드의 기구의 상세도이며;
도 5a 내지 도 5c는 모니터링 패드에 연결된 초음파 탐침을 개략적으로 보여주며;
도 6a 및 도 6b는 초음파 탐침의 초음파 변환기 어레이를 개략적으로 보여주며;
도 7은 초음파 변환기 어레이 및 초음파와 무관한 다른 센서에 작동 가능하게 결합된 초음파 빔 형성 장치의 블록도이며;
도 8은 초음파 빔 형성 장치에 의해 표시될 수 있는 예시적인 정보를 개략적으로 보여주며;
도 9는 제세동 패드 사이에 모니터링 패드가 예시적으로 배치되어 있는 환자를 개략적으로 보여주며; 및
도 10은 초음파 시스템을 사용하는 방법의 순서도이다.
본 개시의 하나 이상의 실시예의 예시적인 구현이 아래에 제공되지만, 개시된 시스템 및/또는 방법이 현재 공지되어 있든지 또는 존재하든지 임의의 개수의 기술을 사용하여 구현될 수도 있다는 것을 처음부터 이해하여야 한다. 본 개시가 본원에 예시 및 설명된 예시적인 설계 및 구현을 포함하여 아래에 예시된 예시적인 구현, 도면, 및 기술로 결코 제한되어서는 안 되며, 등가물의 전체 범위와 함께 첨부된 청구범위의 범위 내에서 수정될 수도 있다.
초음파 시스템
먼저, 도 1을 참조하면, 초음파 시스템(100)이 개략적으로 도시되어 있다. 초음파 시스템(100)은 환자에게 적용하기 위한 모니터링 패드(800), 모니터링 패드(800)에 연결되며 복수의 초음파 변환기(도시하지 않음)를 구비한 초음파 탐침(700), 및 초음파 변환기를 제어하여 초음파 빔을 환자에게 집속하며 결과적인 반사 초음파 빔을 판독하도록 구성된 초음파 빔 형성 장치(900)를 구비한다. 초음파 빔 형성 장치(900)가 케이블(600)을 통해 초음파 탐침(700)에 결합되지만, 다른 구현에서는 무선으로 결합될 수 있다.
이제, 초음파 시스템(100)의 작동이 예시로서 설명될 것이다. 모니터링 패드(800)가 환자에게 적용될 수 있다. 예를 들어, 환자 상의 모니터링 패드(800)를 개략적으로 보여주는 도 2를 참조한다. 모니터링 패드(800)가 환자의 가슴 상에 적용되는 것으로 도시되어 있지만, 모니터링 패드(800)가 환자 상의 임의의 적절한 위치에 적용될 수 있음이 이해될 것이다. 일부 구현에서는, 아래에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 모니터링 패드(800)가 모니터링 패드(800)를 환자에게 고정하기 위한 접착 층을 구비한다. 그러나, 예를 들어, 스트랩 또는 밴드와 같은 다른 고정 수단이 가능하다.
다시 도 1을 참조하면, 초음파 탐침(700)이 환자에게 적용되는 모니터링 패드(800)에 연결된다. 초음파 시스템(100)의 작동 동안, 초음파 빔 형성 장치(900)가 초음파 탐침(700)의 초음파 변환기를 제어하여 초음파 펄스를 환자에게 보내며 결과적인 반사물을 기록한다. 일부 구현에서는, 초음파 시스템(100)이 결과적인 반사물을 기반으로 한 초음파 영상을 표시한다. 조직마다 반사 특성이 다르므로 초음파 영상에서 상이한 조직이 구별될 수 있다. 일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치(900)가 3D 빔 스캐닝 알고리즘을 사용하여 초음파 변환기를 통해 빔 형성을 달성한다. 빔 형성은 초음파 빔이 환자에게 집속될 수 있도록 한다. 이러한 방식으로, 환자 상에 고정된 채로 남아 있을 수 있는 초음파 탐침(700) 또는 모니터링 패드(800)를 잡거나 조작하지 않고 관심 영역에 대한 초음파 영상이 생성될 수 있다. 이것은 의료 전문가가 자신의 전문 기술을 사용하여 초음파 변환기를 잡고 조작하는 종래의 접근 방식을 개선한 것이다.
일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치(900)가 초음파 탐침(700) 내의 각각의 초음파 변환기를 여기시키기 위한 시간 지연을 제어하여 초음파 에너지가 환자 내부의 미리 정해진 초점에서 동위상이 되도록 환자에게 송신되는 복수의 초음파 빔을 생성하기 위한 송신 회로(도시하지 않음)를 구비하며, 초음파 빔 형성 장치(900)가 미리 정해진 초점으로부터 결과적인 반사 초음파 빔을 판독하기 위한 수신 회로(도시하지 않음)를 구비한다. 일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치(900)가 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 특정 관심 영역에 복수의 초음파 빔을 재집속하도록 구성된다. 송신 회로 및 수신 회로의 세부 사항의 예가 이후, 도 7을 참조하여 제공된다.
일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치(900)가 결과적인 반사 초음파 빔을 기반으로 한 초음파 영상을 표시하기 위한 디스플레이를 구비한다. 일부 구현에서는, 의사의 진단을 지원하기 위해, 초음파 빔 형성 장치(900)가 결과적인 반사 초음파 빔을 기반으로 형태 또는 조직 식별(예를 들어, 특정 절단면)을 자동으로 생성하기 위해 패턴 인식 또는 인공 지능을 구현한다. 구체적인 예로서, 다층 인공 신경망이 표적 형태 또는 조직 식별에 대응하는 패턴을 인식하기 위해 훈련 데이터로 훈련될 수 있으며, 그런 다음 다층 인공 신경망이 훈련 데이터에 의해 나타내어지는 상황과 유사한 상황에 대한 형태 또는 조직 식별을 자동으로 생성하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 예를 들어, 패턴 인식 및 형태 식별을 위해 기계 학습 의사 결정 트리 알고리즘(decision tree algorithm)과 같은 다른 인공 지능 방법이 사용될 수도 있다. 초음파 빔 형성 장치(900)에 의해 구현될 수 있는 추가의 예시적인 알고리즘이 이후 도 7을 참조하여 제공된다.
모니터링 패드
이제, 도 3을 참조하면, 모니터링 패드(800)의 분해도와 함께 초음파 탐침(700)의 분해도가 개략적으로 도시되어 있다. 모니터링 패드(800)는 초음파 젤 패드(830) 및 초음파 젤 패드(830)를 유지하는 지지 구조체(810, 840, 850, 860)를 구비한다. 본 개시의 일 실시예에 따르면, 지지 구조체(810, 840, 850, 860)는 초음파 탐침(700)을 수용하며 초음파 젤 패드(830)가 환자(즉, 환자의 피부)와 초음파 탐침(700)의 사이에 끼워지도록 초음파 젤 패드(830)에 대해 고정된 배열로 초음파 탐침을 유지하도록 기하학적으로 구성된다. 이러한 방식으로, 초음파 젤 패드(830)가 환자와 초음파 탐침(700)의 초음파 변환기 사이의 초음파 인터페이스의 역할을 할 수 있다. 특히, 초음파 젤 패드(830)는 거의 또는 전혀 조작될 필요가 없어 양호한 초음파 인터페이스를 제공한다. 또한, 초음파 젤 패드(830)는 일반적으로 모니터링 패드(800)에 포함되어 환자의 표면 상으로 묻어나지 않기 때문에, 초음파 젤 패드(830)는 종래의 접근 방식에서와 같이 지저분해지는 상태를 야기하지 않는다. 그 결과, 초음파 의료 시술이 수행된 후의 세정량이 종래의 접근 방식에 비해 감소될 수도 있다. 일부 구현에서는, 모니터링 패드(800)가 한 번 사용한 후에 또는 제한된 횟수의 사용 후에 폐기 가능하도록 설계되며, 이것은 초음파 의료 시술 후의 세정 작업을 줄이는 데 추가로 도움이 될 수 있다.
지지 구조체(810, 840, 850, 860)에 대한 다수의 가능성이 있다. 일부 구현에서는, 지지 구조체(810, 840, 850, 860)가 초음파 젤 패드(830)를 유지하며, 초음파 탐침(700)을 수용하며 초음파 젤 패드(830)가 환자와 초음파 탐침(700)의 사이에 끼워지도록 고정된 배열로 초음파 탐침(700)을 유지하도록 구성되는 크래들(cradle)(810)을 구비한다. 일부 구현에서는, 고정된 배열이 초음파 탐침(700)의 표면과 초음파 젤 패드(830)의 사이에 연속적인 압력을 제공한다. 연속적인 압력은 에어 포켓이 제거되거나 감소됨에 따라 초음파 젤 패드(830)가 환자와 초음파 탐침(700)의 초음파 변환기 사이의 초음파 인터페이스의 역할을 할 수 있도록 하는 데 도움이 된다.
도시된 예에서, 크래들(810)이 초음파 젤 패드(830)를 유지하기 위한 스타디움(stadium) 형상으로 도시되어 있다. 그러나, 다른 형상, 예를 들어, 타원형 또는 직사각형이 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 초음파 젤 패드(830)를 유지하는 임의의 적합한 형상이 구현될 수 있다. 일반적으로, 크래들(810)은 초음파 젤 패드(830)가 삽입 및 고정될 수 있도록 기하학적으로 설계된다.
일부 구현에서는, 지지 구조체(810, 840, 850, 860)가 지지 층(860, 850) 및 지지 층(860, 850)에 결합된 클립(840)을 구비한다. 일부 구현에서는, 지지 층(860, 850)이 백킹(backing) 층(860) 및 구조적 지지를 위한 프레임(850)을 구비하며, 클립(840)은 지지 층(860, 850)의 프레임(850)에 대해 초음파 탐침(700)의 케이블(600)을 유지하도록 구성된다. 다른 구현에서는, 백킹 층(860)의 강성이 구조적 지지에 충분한 경우 프레임(850)이 생략된다.
크래들(810), 지지 층(860, 850) 및 클립(840)이 조합되면 초음파 탐침(700)이 초음파 패드(800)에 고정될 수 있게 된다. 일부 구현에서는, 지지 구조체(810, 840, 850, 860)가 적어도 크래들(810), 지지 층(860, 850), 및 클립(840)을 포함한다. 일부 구현에서는, 지지 구조체(810, 840, 850, 860)가 추가적인 구성 요소, 예를 들어, 크래들(810)을 지지 층(860, 850)에 접합하는 접착 층(815)을 포함한다. 다른 구현도 가능하다.
이제, 도 4를 참조하면, 초음파 탐침(700)을 수용 및 유지하기 위한 모니터링 패드(800)의 기구의 상세도가 도시되어 있다. 일부 구현에서는, 초음파 탐침(700)이 수동 압력 인가에 의해 크래들(810)에 클립 고정된다. 도시된 예에서, 크래들(810)의 돌출부가 초음파 탐침(700) 내부로 관통되며, 돌출부의 후크 부분이 초음파 탐침(700)의 대응하는 홈에 고정된다. 그러나, 이것은 초음파 탐침(700)을 수용 및 유지하기 위한 매우 구체적인 하나의 방식으로서, 다른 구현도 가능하며 본 개시의 범위 내에 있다는 것을 이해하여야 한다.
지지 구조체(810, 840, 850, 860)용으로 다수의 가능한 재료가 있다. 구체적인 구현에서, 백킹 층(860)이 폴리우레탄으로 형성된 발포 백킹 층이며, 클립(840)이 실리콘 유지 구조체이며, 크래들(810)은 실리콘 또는 폴리머로 형성된 유지 구조체이다. 그러나, 다른 구현도 가능하다. 예를 들어, 금속, 복합 재료, 탄소 및 엘라스토머 재료가 모니터링 패드의 지지 구조체(810, 840, 850, 860)에 사용될 수 있는 재료이다. 일부 구현에서는, 강성 재료(예를 들어, 금속, 탄소)가 크래들(810) 및 클립(840)에 사용되지만, 지지 층(860, 850)에는 사용되지 않는다. 일부 구현에서는, 구성 요소(810, 840, 850, 860)가 함께 접합된다. 예를 들어, 일부 구현에서는, 크래들(810)이 접착 층(815)을 통해 백킹 층(860)에 접합된다. 그러나, 구성 요소(810, 840, 860)를 조합하기 위한 임의의 적절한 방법이 채용될 수 있다. 다른 구현에서는, 지지 구조체(810, 840, 860)가 단일 재료이며, 상이한 구성 요소의 조합체가 아니다.
일부 구현에서는, 지지 구조체(810, 840, 850, 860)의 지지 층(860, 850)이 초음파 젤 패드(830)의 아래 영역에 배치되지 않는다. 오히려, 지지 층(860, 850)이 일반적으로, 초음파 젤 패드(830)를 둘러싼다. 이러한 방식으로, 초음파 시술 동안 초음파 펄스 및 결과적인 반사물이 지지 층(860, 850)을 횡단할 필요가 없다. 이것은 초음파 젤 패드(830)와 환자 사이의 직접적인 접촉을 가능하게 할 수 있다. 다른 구현에서는, 지지 층(860, 850)의 적어도 일부, 예를 들어, 백킹 층(860)이 초음파 젤 패드(830)의 아래에 배치된다. 이것은 초음파 젤 패드(830)를 포함시키는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 구현을 위해, 백킹 층(860)은 초음파 빔이 통과할 수 있도록 하는 얇은 폴리우레탄 층일 수 있다.
초음파 젤 패드(830)가 "환자와 초음파 탐침(700)의 사이에 끼워진다"라고 할 때, 환자와 초음파 젤 패드(830)의 사이에 직접적인 접촉이 없는 것이 가능함에도 불구하고, 일반적으로 압력을 인가하여 환자와 초음파 탐침(700)의 사이에 초음파 젤 패드(830)가 배치되는 것으로 이해하여야 한다. 백킹 층(860) 및/또는 접착 층(880)과 같은 하나 이상의 개재 층으로 인해 환자와 초음파 젤 패드(830)의 사이에 직접적인 접촉이 없는 것이 가능하다. 그러나, 환자와 초음파 젤 패드(830)가 직접적으로 접촉하면 초음파 인터페이스를 개선할 수 있다. 그러므로, 본원에 도시된 구현을 위해서는 직접적인 접촉이 제공된다. 유사하게, 결합 재료(740)와 같은 하나 이상의 개재 층으로 인해 초음파 탐침(700)과 초음파 젤 패드(830)의 사이에 직접적인 접촉이 없을 수도 있는 것이 가능하다. 그러나, 확실한 것은 초음파 탐침(700)과 초음파 젤 패드(830)가 직접적으로 접촉하는 것이 가능하다는 것이다.
도 3 및 도 4에 지지 구조체(810, 840, 850, 860)에 대한 구체적인 구현이 도시되어 있지만, 다른 지지 구조체도 가능하며 본 개시의 범위 내에 있음을 이해하여야 한다. 크래들(810), 지지 층(860, 850), 및 클립(840)과 같은 구성 요소는 매우 구체적인, 단지 예로서 제공된다. 다른 구현에서는, 지지 구조체(도시하지 않음)가 초음파 젤 패드(830)에 대해 고정된 배열로 초음파 탐침(700)을 유지하기 위한 스트랩 또는 밴드를 포함한다. 보다 일반적으로는, 초음파 젤 패드(830)에 대해 고정된 배열로 초음파 탐침(700)을 수용 및 유지할 수 있는 임의의 적절한 지지 구조체가 구현될 수 있다. 다른 구현에서는, 초음파 탐침(700)을 모니터링 패드(800) 상에 고정할 수 있는, 예를 들어, 자기 고정 시스템(도시하지 않음) 또는 임의의 다른 기계적 설계(도시하지 않음)가 포함될 수 있다. 다른 구현도 가능하다.
초음파 젤 패드(830)에 대한 다수의 가능성이 있다. 일부 구현에서는, 초음파 젤 패드(830)가 환자와 초음파 탐침(700)의 초음파 변환기 사이의 결합 재료로서 작용하는 고체 초음파 젤이다. 일부 구현에서는, 초음파 젤 패드(830)가 초음파 변환기에 대한 임피던스 정합기로서 기계적으로 작용한다. 일부 구현에서는, 초음파 탐침(700)이 초음파 젤 패드와 적절하게 접촉할 수 있도록 초음파 젤 패드(830)의 두께가 설계된다. 일부 구현에서는, 초음파 젤 패드(830)에 제거 가능한 층(820)이 제공된다. 제거 가능한 층(820)은 초음파 젤 패드(830)에 대한 보호기로서 작용하여, 모니터링 패드(800)가 사용되기 전에는 초음파 젤 패드(830)가 실행 가능한 상태로 남아 있는 것을 보장하는 데 도움이 된다. 제거 가능한 층(820)은 초음파 탐침(700)을 부착하기 전에 제거(즉, 박리)될 수 있다. 다른 구현에서는, 모니터링 패드(800)가 이러한 제거 가능한 층(820)을 구비하지 않는다.
일부 구현에서는, 모니터링 패드(800)가 모니터링 패드(800)를 환자에게 고정하기 위한 접착 층(880)을 구비한다. 일부 구현에서는, 접착 층(880)이 지지 구조체(810, 840, 850, 860)의 지지 층(860, 850), 그리고 보다 구체적으로, 백킹 층(860)에 대응하도록 기하학적으로 형상화된다. 일부 구현에서는, 접착 층(880)이 아크릴레이트 재료를 포함한다. 일부 구현에서는, 접착 층(880)이 환자의 준비된 세정된 표면에 적용될 때 정상적인 전단력 및 찢김력에 저항하는 화학적 및 기계적 특성을 갖는다. 일부 구현에서는, 적어도 백킹 층(860) 및 접착 층(880)이 생체 적합성 재료로 형성되며, 접착 층(880)이 피부에 대한 접착을 촉진하며 유해한 피부 반응을 방지하는 재료로 형성된다.
일부 구현에서는, 모니터링 패드(800)가 접착 층(880)을 덮는 제거 가능한 층(890)을 구비한다. 일부 구현에서는, 제거 가능한 층(890)이 "라이너(liner)"로 지칭되는 2 개의 부분(즉, 제 1 부분 및 제 2 부분)을 구비한다. 제거 가능한 층(890)은 접착 층(880)에 대한 보호기로서 작용하여, 모니터링 패드(800)가 사용되기 전에는 접착 층(880)이 실행 가능한 상태로 남아 있는 것을 보장하는 데 도움이 된다. 일부 구현에서는, 초음파 젤 패드(830)가 제거 가능한 층(890)에 의해 제자리에 유지된다. 제거 가능한 층(890)은 모니터링 패드(800)를 환자에게 적용하기 전에 제거(즉, 박리)될 수 있다. 다른 구현에서는, 모니터링 패드(800)가 이러한 제거 가능한 층(890)을 구비하지 않는다.
모니터링 패드(800)가 접착 층(880) 및 제거 가능한 층(890)을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 접착 층(880) 및 제거 가능한 층(890)이 없는 다른 구현도 가능하다는 점에 유의한다. 모니터링 패드(800)를 환자에게 고정하기 위한 다른 수단도 가능하며 본 개시의 범위 내에 있다. 예를 들어, 다른 구현에서는, 스트랩 또는 밴드가, 접착 층(880) 대신에, 환자에게 모니터링 패드(800)를 고정하는 데 사용된다.
일부 구현에서는, 모니터링 패드(800)가 초음파와 무관한 적어도 하나의 센서(870)를 구비한다. 이것은 초음파 영상을 보완할 수도 있는 추가적인 데이터의 획득을 가능하게 할 수 있다. 센서(870)에 대한 다수의 가능성이 있다. 일부 구현에서는, 센서(870)가 심장 박동을 감지하기 위한 한 쌍의 심전도 전극(870)을 포함한다. 구체적인 구현에서, 예시된 예에 도시된 바와 같이, 모니터링 패드(800)가 구리 층(870) 또는 임의의 적절한 대안(예를 들어, 알루미늄 층)을 구비하며, 여기서 이 층이 심전도 전극과 같은 센서 장치 및 연결성과 신호 송신을 위한 라우팅 와이어를 구비한다. 구체적인 구현에서, 습식(젤) 전극도 가능하지만, 심전도 전극(870)이, 예를 들어, 탄소 및 은/염화은(Ag/AgCl) 잉크를 사용하는 인쇄 전자 공정을 통해 제조된 건식 전극이다. 추가적으로 또는 대안으로서, 센서(870)가 혈액 산소 포화도를 감지하기 위한 혈액 산소 포화도 센서를 포함할 수 있다. 다른 구현도 가능하다. 보다 일반적으로는, 초음파와 무관한 임의의 적절한 센서 또는 센서 세트가 구현될 수 있다.
일부 구현에서는, 초음파와 무관한 각각의 센서(870)용으로, 모니터링 패드(800)가 센서(870)로부터 초음파 탐침(700)으로의 배선, 케이블류, 및/또는 커넥터(875)를 구비한다. 이것은 초음파 탐침(700) 및 케이블(600)을 통해 초음파 빔 형성 장치(900)에 대한 추가적인 데이터의 획득을 가능하게 할 수 있다. 일부 구현에서는, 초음파 탐침(700)이 초음파 빔 형성 장치(900)에 센서 신호를 제공하기 위한 배선, 케이블류, 및/또는 커넥터를 구비한다. 일부 구현에서는, 케이블(600)이 초음파 변환기용 배선 및 초음파와 무관한 센서(870)용의 별도의 배선을 포함한다. 다른 구현도 가능하다.
일부 구현에서는, 다른 구성도 가능하지만, 초음파 탐침(700)이 도시된 바와 같이 하부 케이스(710) 및 상부 케이스(720)를 포함한다. 초음파 변환기 어레이(도시하지 않음)가 초음파 탐침(700)의 하부 케이스(710)의 내부에 배치되어, 초음파 탐침(700)이 모니터링 패드(800)에 연결될 때 하부 케이스(710)의 개구를 통해 초음파 변환기 어레이가 초음파 젤 패드(830)와 접촉할 수 있다. 일부 구현에서는, 초음파 탐침(700)이 또한, 초음파 탐침(700)에 연결되는 케이블(600)을 지지하기 위한 변형 방지 장치(strain relief)(730)를 구비한다. 케이블(600)은 초음파 변환기 어레이 및/또는 다른 센서(870)용의 배선을 포함할 수 있다. 변형 방지 장치(730)는 내부의 케이블(600) 및 배선이 의도하지 않게 초음파 탐침(700) 밖으로 잡아 당겨지는 것을 방지하는 데 도움이 될 수 있다.
이제, 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 모니터링 패드(800)에 연결된 초음파 탐침(700)이 개략적으로 도시되어 있다. 도 5a는 개략적인 평면도이며, 도 5b 및 도 5c는 개략적인 측면도이다. 도시된 바와 같이, 센서(870)용 커넥터(875)가 크래들(810)에 내장되어, 초음파 탐침(700)이 크래들(810) 상에 고정될 때 초음파 탐침(700)에 연결된다. 일부 구현에서는, 모니터링 패드(800)가 위치 표시 및 안내를 위한 및/또는 센서(870)의 안내 및 위치를 위한 픽토그램(pictogram)(도시하지 않음)을 구비한다. 픽토그램을 임의의 적절한 표면, 예를 들어, 지지 구조체(810, 840, 850, 860)의 지지 층(860) 상에서 볼 수 있다. 보다 구체적으로, 픽토그램을 지지 층(860, 850)의 프레임(850) 상에서 볼 수 있다. 다른 구현도 가능하다.
일부 구현에서는, 초음파 시스템(100)이 조작자에게 시각적 피드백을 제공하기 위해 모니터링 패드(800) 상에 또는 그 근처에 조명(도시하지 않음)을 구비한다. 조명이 모니터링 패드(800) 및/또는 초음파 탐침(700)(예를 들어, 초음파 탐침(700)의 변형 방지 장치(730)를 포함)에 통합되어, 예를 들어, 크래들(810), 초음파 탐침(700), 또는 케이블(600)에 광을 비추는 발광 다이오드(LED)를 포함할 수 있다. 조명이, 예를 들어, 초음파 시스템(100)이 작동 중인지, 신호(들)가 검출되었는지, 및/또는 초음파 시스템(100)에 오작동이 발생하는지와 같은 초음파 시스템의 상태에 관한 신호를 조작자에게 보내는 데 사용될 수 있다.
초음파 변환기 어레이
이제, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 초음파 탐침(700)의 초음파 변환기 어레이(750)의 개략도가 도시되어 있다. 도 6a는 초음파 변환기 어레이(750)의 조립도를 보여주며, 도 6b는 초음파 변환기 어레이(750)의 분해도를 보여준다. 초음파 변환기 어레이(750)는 초음파 탐침(700)의 주요 구성요소로서, 전술한 바와 같이 초음파 의료 시술을 위해 모니터링 패드(800)에 연결될 수 있다. 초음파 변환기 어레이(750)는 초음파 빔 방출 및 수신을 위해 모니터링 패드(800)에 작동 가능하게 결합된다. 이들은 함께 조립되는 경우 "핸즈프리 초음파 탐침(hands-free ultrasound probe)"을 구성하며, 신호 처리 및 실시간 영상화를 위해 초음파 빔 형성 장치(900)와 함께 사용될 수 있다. 핸즈프리 초음파 탐침과 초음파 빔 형성 장치(900)의 조립체가 영상화 및 모니터링 목적으로 사용될 수 있는 초음파 시스템을 구성한다.
초음파 변환기 어레이(750)는 압전 소자(752)의 어레이를 구비한다. 일부 구현에서는, 압전 소자(752)가 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 기반 압전 초음파 변환기인 압전 미세 기계 가공 초음파 변환기(PMUT)이다. 다른 구현에서는, 초음파 변환기 어레이(750)가 전기 변형성 재료, 또는 대안으로서 PMUT 또는 용량성 미세 기계 가공 초음파 변환기(CMUT) 재료와 같은 대안의 압전 재료를 갖는다.
일부 구현에서는, 압전 소자(752)가 압전 전압/전류 여기를 위해 상부 전극 어레이와 하부 전극 어레이의 사이에 기하학적으로 배열된다. 특히, 압전 소자(752)가 예시된 바와 같이 직교하게 배치된 상부 전극(758)과 하부 전극(756)을 구비하지만, 다른 구현에서는 90도 이외의 각방향 위치가 가능하다. 압전 소자(752)의 상부 전극(758) 및 하부 전극(756)에 전기 펄스로 전압을 인가하면 압전 소자(752)가 초음파 에너지를 방출하게 된다.
일부 구현에서는, 압전 소자(752)가 복합 매트릭스(755)의 내부에 내장된다. 일부 구현에서는, 복합 매트릭스(755)가, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 포함할 수 있는 폴리머 복합 재료이다.
일부 구현에서는, 초음파 탐침(700)이 또한, 예를 들어, 실리콘 또는 졸-겔 SiO2/폴리머 나노 복합재일 수 있는 정합 층(757) 및, 예를 들어, 텅스텐 장전 아랄다이트(에폭시)일 수 있는 완충 블록(759)을 구비한다. 정합 층(757)은 환자 내외로의 에너지 전달 효율을 개선하는 데 사용되며, 완충 블록(759)은 역방향성 초음파 에너지를 흡수하며 빗나간 초음파 신호를 감쇠시킨다.
일부 구현에서는, 초음파 변환기 어레이(750)가 변환기의 가장 큰 어레이 구멍을 형성하는 MxN 초음파 소자(752)(여기서 M과 N은 자연수)를 구비한다. 다시 말해, 초음파 변환기(752)가 2차원 어레이로 배향된다. 일부 구현에서는, 초음파 변환기 어레이(750)가 (MxN)2 개의 최소의 구멍을 가지며, 여기서 하나의 최소의 구멍이 적어도 2 개의 소자를 구비한다. 구멍은 특정 순간에 음파를 송신 또는 수신하는 활성 영역이다. 도시된 예에서, 초음파 변환기 어레이(750)가 직사각형 형상이다. 그러나, 예를 들어, 원형 또는 타원형과 같은 다른 2차원 형상도 가능하다.
일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치(900)가 2차원 어레이 중 하나의 어레이를 단일 선형 어레이로서 활용하도록 구성된다. 다른 구현에서는, 초음파 변환기(750)가 M 개의 초음파 소자의 선형 어레이를 구비하며, 여기서 M은 변환기의 가장 큰 선형 구멍을 형성하는 자연수이다. 따라서, "초음파 변환기 어레이"가 2차원 어레이일 필요는 없다는 것을 이해하여야 한다. 일부 구현에서는, 초음파 변환기 어레이(750)가 M2 개의 최소의 구멍을 가지며, 여기서 하나의 최소의 구멍이 적어도 2 개의 소자를 구비한다. 구멍은 특정 순간에 음파를 송신 또는 수신하는 활성 영역이다.
일부 구현에서는, 초음파 소자(752)가 초음파 소자(752)의 전체 구멍을 사용하여 선택될 수 있으며, 또는 하위 구멍을 생성하기 위해 개별적으로 선택될 수 있다. 전체 구멍 또는 하위 구멍을 사용하여, 초음파 빔 전파를 위한 경로 길이를 제공하기 위해 어레이의 각각의 요소의 시간 지연을 조정하기 위하여, 초음파 빔의 방출 및 수신이 개별적으로 구성될 수 있다. 시간 지연 보정은 위상 제어가 개별 음향 빔에 적용되어 방위각 및 고도 지향성에서의 각방향 초음파 빔 조향을 허용할뿐만 아니라 깊이 있는 집속도 허용하는 방법이다.
일부 구현에서는, 초음파 변환기 어레이(750)가 2 개의 직교 각도(방위각 및 고도각)의 조향을 위한 방법을 제공함으로써 3D 검사 체적에 집속될 초음파 빔을 자동으로 조정하기 위한 시간 지연 위상 어레이 또는 대안의 빔 형성 기술을 사용한다. 일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 기술이 진단 목적의 패턴 인식과 영상 대비 향상을 위한 깊이 및 지향성을 갖는 초음파 빔을 가능하게 한다.
일부 구현에서는, 초음파 변환기 어레이(750)가 매질에서의 음향 초음파 빔의 방출 및 수신을 제공하며, 여기서 매질에서의 초음파 빔의 방출 및 수신이 초음파 빔 형성 장치(900)에 의해 구현되는 신호 및 영상화 처리 기술을 사용하여 제어되며 모니터링된다. 일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치(900)의 신호 처리가 신호 대 잡음비를 개선하기 위한 자동 깊이 및 이득 조정 특징을 갖는 체적 각방향 스캐닝을 제공한다.
일부 구현에서는, 초음파 변환기 어레이(750)가 모니터링 패드(800)에 대한 고정 공정을 간소화하는 방식으로 기하학적으로 구성된다. 기존의 초음파 변환기는 체압 및 회전을 위해 탐침을 취급하기 위하여 수직으로 설계되어, 기하학적 위치 설정 및 집속을 위한 탐침의 3D 각방향 회전을 가능하게 한다. 대조적으로, 핸즈프리 초음파 탐침은 검사 체적에서의 초음파 빔의 3D 각방향 조향을 가능하게 하기 위해 기하학적으로 치수가 정해지며 서로 이격 배치되는 소자의 표면 설계 어레이를 구비한다.
초음파 변환기 어레이(750)는 초음파 변환기 어레이(750)가 환자의 표면에 실질적으로 평행하도록 초음파 탐침(700)의 내부에 배향된다. 일부 구현에서는, 초음파 변환기 어레이(750)가 초음파 탐침(700)의 장축과 0°의 각도로 배향된다. 다른 구현에서는, 초음파 변환기 어레이(750)가 관심 영역으로의 빔 집속을 기하학적으로 용이하게 하여, 이에 따라, 예를 들어, 심장의 흉골 장축 절단면의 획득을 용이하게 하기 위해, 초음파 탐침(700)의 장축에 대해 0°와 상이한 각도, 예를 들어, 30°로 배향된다. 일부 구현에서는, 초음파 변환기 어레이(750)의 각도가 관심 영역으로의 빔 집속을 용이하게 하기 위해 초음파 탐침(700) 내부의 모터(도시하지 않음)에 의해 조작되거나 조정될 수 있다. 다른 구현에서는, 각도가 수동으로 조작되거나 조정될 수 있다. 다른 구현에서는, 각도가 고정된 채로 남아 있다. 다른 구현도 가능하며 본 개시의 범위 내에 있다.
초음파 변환기 어레이(750)가 초음파 빔 형성 장치(900)에 의해 작동될 수 있는 방법에 대한 추가의 예시적인 세부 사항이 도 7을 참조하여 아래에 제공된다.
초음파 빔 형성 장치
이제, 도 7을 참조하면, 초음파 변환기 어레이(750) 및 초음파와 무관한 다른 센서(870)에 작동 가능하게 결합된 초음파 빔 형성 장치(900)의 블록도가 도시되어 있다. 초음파 빔 형성 장치(900)가 구성 요소의 매우 구체적인 조합을 갖는 것으로 도시되어 있으며, 구성 요소의 다른 조합도 가능하다는 것을 처음부터 이해하여야 한다. 초음파 탐침(700)(초음파 변환기 어레이(750) 및 다른 센서(870)를 구비)과 초음파 빔 형성 장치(900)의 조립체가 영상화 및 모니터링 목적으로 사용될 수 있는 초음파 시스템을 구성한다.
초음파 빔 형성 장치(900)는 초음파 변환기 어레이(750)에 걸친 송신 및 수신을 제어하기 위한 제어 하드웨어(200), 수신된 데이터를 처리하기 위한 데이터 획득 및 신호 처리 전자 장치(400), 데이터를 처리 및 표시하기 위한 처리 하드웨어(300), 및 상호 작용을 가능하게 하기 위한 버스(500)를 구비한다. 일부 구현에서는, 제어 하드웨어(200)가 후술되는 바와 같은 신호 처리를 위한 복수의 제어 채널을 구비한다.
일부 구현에서는, 제어 하드웨어(200)가, 송신(Tx) 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA) 빔 형성기(240) 및 연속파(CW) 송신기(210)를 포함하는, 초음파 변환기 어레이(750)에 걸친 송신을 위한 구성 요소를 구비한다. 일부 구현에서는, 제어 하드웨어(200)가 또한, 수신(Rx) FPGA 빔 형성기(260)를 포함하는 초음파 변환기 어레이(750)에 걸친 수신을 위한 구성 요소를 구비한다. 일부 구현에서는, 제어 하드웨어(200)가 또한, 센서(870)와 상호 작용하기 위한 신호 조절 유닛(280)을 구비한다. 일부 구현에서는, 고전압(HV) 제어 스위치 Tx/Rx(230) 및 HV 다중화기(270)가, 예를 들어, Tx FPGA 빔 형성기(240)로부터의 제어를 기반으로 송신 모드와 수신 모드를 선택한다.
일부 구현에서는, 제어 하드웨어(200)가 아포다이제이션(apodization) 및 구멍 선택을 수행하기 위해 한 세트의 평면형 전극에 바이어스 전압을 선택적으로 인가하도록 구성된다. 바이어스 전압은 바이어스 전압 생성기(220)로부터의 양의, 음의 또는 제로 바이어스 전압의 다수의 레벨을 포함할 수 있다. 바이어스 전압의 선택적인 인가는 고전압 다중화기(270)를 통해 HV 제어 스위치 Tx/Rx(230)에 의해 수행된다.
제어 하드웨어(200)가 초음파 의료 시술을 위해 송신 모드와 수신 모드 사이에서 순환할 수 있다. 송신 모드 동안, HV 다중화기(270)가, 예를 들어, Tx FPGA 빔 형성기(240)로부터의 제어를 기반으로 CW 송신기(210)로부터의 연속파 신호의 송신을 가능하게 한다. 아포다이제이션 및 구멍 선택을 기반으로, 초음파 변환기 어레이(750)에 걸친 송신이 공간 초점에 집속된다. 수신 모드 동안, HV 다중화기(270)가 환자 내부로부터의 결과적인 반사물을 기반으로 초음파 변환기 어레이(750)에 걸친 신호의 수신을 가능하게 한다. Rx FPGA 빔 형성기(260)가 제어 스위치 Tx/Rx(230)를 통해 이들 신호를 수신한다.
일부 구현에서는, 제어 하드웨어(200)가 바이어스 전압 생성기(220)로부터의 바이어스 전압의 인가를 제어함으로써 지연 제어기로서 기능하는 FPGA 마스터(250)를 구비한다. 이러한 방식으로, FPGA 마스터(250)가 초음파 변환기 어레이(750)의 각각의 개개의 평면형 전극 세트에 걸친 바이어스 전압을 제어하여 각각의 개개의 가변 지연의 길이를 제어할 수 있다. 일부 구현에서는, 바이어스 전압 생성기(220)에 의해 양의, 음의 또는 제로 바이어스 전압의 레벨을 결정하고, CW 송신기(210)에 의해 생성된 파형 신호를 결정하며, 이것을 한 세트의 평면형 전극에 선택적으로 인가하면 초음파 초점이 생성될 수 있는 공간 초음파 에너지를 생성하기에 충분하다. 마찬가지로, 일부 구현에서는, 바이어스 전압 생성기(220)에 의해 양의, 음의 또는 제로 바이어스 전압의 레벨을 결정하고, 이것을 한 세트의 평면형 전극에 선택적으로 인가하면 공간의 시간 지연 초음파 에코에 의해 생성된 음향 빔 에너지의 재료 변환을 가능하게 하기에 충분하다.
일부 구현에서는, 초음파 펄스가 특정 초점 법칙에 따라 초음파 초점으로 송신되며, 초음파 변환기 어레이(750)의 적어도 2 개의 평면형 전극이 전술한 바와 같이 최소의 평면형 전극 세트를 구성할 수 있다. 일부 구현에서는, 각각의 개개의 평면형 전극 세트에 걸쳐 바이어스 전압에 의해 인가된 각각의 가변 지연이 초점에 특정적이며 초점 법칙에 특정적인 초음파 펄스를 생성한다. 일부 구현에서는, 각각 개별 초점 법칙을 참조하는 한 세트의 다수의 지연을 그룹화함으로써, 다른 다수의 초점 법칙이 적용 가능하다. 일부 구현에서는, 각각의 개개의 평면형 전극 세트의 시간 지연을 제어하기 위해 초점 법칙을 사용하면 초음파 에너지가 미리 정해진 초점에 동위상일 수도 있는 체적으로 송신되는 복수의 초음파 빔 세트가 생성되며, 여기서 초점은 방위각 및 고도각에서의 깊이 및 각방향 빔 조향 지향성을 각각 제공할 수도 있다.
일부 구현에서는, 바이어스 전압이 각각의 개개의 평면형 전극 세트에 걸쳐 인가되어, 초음파 에코가 수신되어 특정 초점 법칙에 작동적으로 결합될 수 있다. 일부 구현에서는, 각각의 개개의 평면형 전극 세트에 걸친 바이어스 전압의 처리에 의해 평면형 전극 세트로부터 수신된 신호에 적용된 각각의 가변 지연이 초음파 에코의 재료 음향 에너지 변환을 가능하게 하며, 여기서 수신된 신호에 대한 시간 지연의 제어 및 처리는 특정한 초점 법칙을 작동적으로 참조한다. 일부 구현에서는, 각각이 개별 초점 법칙을 참조하는 한 세트의 다수의 지연을 그룹화함으로써, 한 세트의 초점 법칙이 적용 가능하며, 여기서 초음파 송신 작동을 위해 생성된 초점 법칙이, 제한 없이, 수신 작동을 위한 시간 반전 초점 법칙으로서 역으로 사용될 수 있다. 일부 구현에서는, 음향 에너지의 위상을 공간 초점으로 조정하는 것과 같은 방식으로 각각의 개개의 평면형 전극 세트의 시간 지연을 제어하기 위해 초점 법칙이 사용되며, 여기서 초점은 수신 작동의 방위각 및 고도각에서의 깊이 및 각방향 빔 조향 지향성을 각각 제공할 수도 있다.
일부 구현에서는, FPGA 마스터(250), Tx FPGA 빔 형성기(240), 및 Rx FPGA 빔 형성기(260)가 동일한 FPGA의 일부이다. 그러나, 별도의 FPGA가 활용되는 다른 구현도 가능하다. 또한, 디지털 신호 프로세서(DSP), 마이크로컨트롤러, 또는 다른 적절한 하드웨어 구성 요소가, FPGA 대신에 또는 FPGA에 추가하여, 활용되는 다른 구현도 가능하다. 보다 일반적으로, 초음파 빔 형성 장치(900)가 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 적절한 조합으로 구현될 수 있다.
일부 구현에서는, 데이터 획득 및 신호 처리 전자 장치(400)가 신호 획득 버퍼링을 위한 메모리(410) 및 영상과 모니터링 프로세서(420)를 구비한다. 일부 구현에서는, 영상과 모니터링 프로세서(420)가 초음파 변환기 어레이(750)의 감지 및 작동 모두를 위해 제공되며, 그리고 영상 재구성을 계산 및 개선하기 위하여 측정된 신호를 처리하기 위해 제공된다. 일부 구현에서는, 영상과 모니터링 프로세서(420)가 초음파 신호의 생성 및 수신을 위한 방법, 절차 및 알고리즘을 가능하게 하는데, 이것은 상기 초음파 빔 에코의 음향 수신 및 음향 방출 초음파 빔 에너지를 동적으로 개선하기 위한 상기 빔 형성 방법 및 알고리즘, 즉, 신호 대 잡음비를 개선하기 위한 방법 및 알고리즘과 매칭되는 변환기 어레이 패턴으로 제한되지 않고 시간 지연 및 파형 발생기 알고리즘 또는 임의의 다른 대안의 시간 지연 빔 형성 방법을 기반으로 한 표준 위상 어레이 기술을 포함할 수 있다.
일부 구현에서는, 처리 하드웨어(300)가 바이어스 전압 생성기(220)에 의한 전압 레벨을 정의하며 Tx FPGA 빔 형성기(240) 및 CW 송신기(210)를 통해 생성된 파형 신호를 평면형 전극 세트에 인가하여 송신 모드 동안 공간 초음파 초점을 달성하도록 구성된 프로세서(320)를 구비한다. 일부 구현에서는, 프로세서(320)가 또한, 평면형 전극 세트에 대해 바이어스 전압 생성기(220)로부터 선택하기 위한 전압 레벨을 정의하여 수신 모드 동안 공간 초음파 에코에 의해 생성된 음향 빔 에너지를 수신하도록 구성된다. 일부 구현에서는, 처리 하드웨어(300)가 초음파 신호의 수신을 기반으로 한 초음파 영상을 생성하기 위한 그래픽 처리 유닛(GPU)(330)을 구비하며, 여기서 GPU(330)는 초음파 영상을 표시하기 위한 모니터/디스플레이(340) 및/또는 영상과 모니터링 프로세서(420)와 프로세서(320)의 처리 특징을 통합할 수 있다. 일부 구현에서는, 처리 하드웨어(300)가 또한, 예를 들어, 주변 기기 구성 요소 상호 연결 익스프레스(PCIe), 범용 직렬 버스(USB) 및 Wifi와 같은 다양한 주변 기기(310)를 구비한다. 다른 구현도 가능하다.
일부 구현에서는, 신호 처리 전자 장치(400) 및/또는 처리 하드웨어(300)가 하나 이상의 알고리즘을 구현한다. 하나 이상의 알고리즘이 다음 중 어느 하나 또는 적절한 조합을 포함할 수 있다:
● 검사 체적을 조사하기 위한 3D 빔 스캐닝 알고리즘, 예를 들어, 선형 스캔, 섹터 스캔, B-모드 및 M-모드 영상화 기술;
● 신호 대 잡음비 및 영상 재구성을 개선하는 데 사용될 수 있는 검사 체적을 조사하기 위한 전체 행렬 수집(Full Matrix Capture) 및 전체 집속 기법과 같은 3D 빔 스캐닝 기술;
● 3D 빔 스캐닝 알고리즘을 사용하여 초음파 영상의 재구성을 가능하게 하는 영상 처리 알고리즘;
● 영상의 객체 식별을 위한 분할 및 영상 패턴 인식 알고리즘;
● 특정 관심 영역(ROI)에 초음파 빔을 재집속하기 위해 초점 법칙을 재프로그래밍하기 위한 알고리즘(여기서 ROI는 특정 관심 지점(POI) 또는 특정 관심 지역(AOI)을 나타낼 수도 있으며, 초음파 빔의 재집속이 신호 대 잡음비를 향상시킨다).
● 신호 처리 알고리즘, 예를 들어, 고속 푸리에 변환(FFT), 중첩(convolution), 방출 및 수신 작동으로부터의 시기 적절한 액추에이터/센서 조합 쌍을 나타내는 평면형 전극 세트의 전달 함수 계산; 및
● 각각의 액츄에이터/센서에 대한 계산된 전달 함수 크기 및 위상 스펙트럼을 비교하기 위한 알고리즘(계산된 전달 함수 크기 및 위상 스펙트럼은 쌍을 이룬 액츄에이터/센서 세트의 초음파 에너지 분포를 식별하기 위한 알고리즘을 포함하며, 크기 및 위상에 대한 스펙트럼 정보는 조사 체적의 관심 영역에 초음파 에너지를 재집속하기 위한 신호 파형 생성 및 시간 지연 기술의 주파수 선택 및 이동(shifting)을 포함한다).
일부 구현에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 초음파 빔 형성 장치(900)가 신호 조절 유닛(280)을 사용하여 센서(870)로부터 판독치를 수신하도록 구성된다. 일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치(900)는, 센서(870)가 커넥터(875)를 통해 초음파 탐침(700)에 연결될 때, 초음파 탐침(700)을 통해, 예를 들어, 케이블(600)을 통해 또는 다른 수단에 의해 판독치를 수신하도록 구성된다. 일부 구현에서는, 신호 조절 회로 기판 및 다중화 회로가 신호를 조절하여 케이블(600)을 통해 빔 형성 장치(900)로 신호를 다중 방식으로 송신하는 데 사용된다. 일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치(900)가 센서(870)로부터 판독치를 수신하기 위한 케이블(600) 이외의 별도의 신호 전송 경로(도시하지 않음)를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 초음파 빔 형성 장치(900)는 센서(870)로부터의 판독치를 기반으로 한 초음파 영상과 다른 영상을 동시에 표시한다. 예를 들어, 도 8은 센서(870)가 심장 박동을 감지하기 위한 한 쌍의 심전도 전극(870)인 경우 심전도와 동시에 표시되는 초음파 영상을 보여준다. 센서(870)에 따라 다른 표시도 가능하다. 예를 들어, 센서(870)가 혈액 산소 포화도 센서인 경우, 초음파 빔 형성 장치(900)가 초음파 영상과 시간 경과에 따른 혈액 산소 포화도를 나타내는 그래프를 동시에 표시할 수도 있다. 다른 구현도 가능하다.
일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치(900)가 제세동기 장비에 연결되며 제세동기 장비를 제어하며 및/또는 제세동기 장비의 정보를 표시하도록 구성된다. 예를 들어, 도 8은 초음파 영상이 제세동기 장비로부터의 심전도와 동시에 표시되는 것을 보여준다. 또한, 도 8은 제세동기 장비의 정보(예를 들어, 200 줄 등)를 보여주며, 제세동기 장비를 통해 전기 충격을 전달하기 위한 제어를 제공한다.
다른 구현에서는, 초음파 시스템(100)이, 초음파 탐침(700) 및 모니터링 패드(800) 외에, 전체 제세동 시스템(예를 들어, 빔 형성 장치(900)에 내장되며 2 개의 독립적인 제세동기 전극에 연결된 제세동 회로)을 포함한다. 이와 같이 구현된 초음파 시스템(100)은 초음파 모니터링 능력 및 제세동 능력을 모두 제공할 수 있다. 당업자가 인식하는 바와 같이, 이러한 시스템은 진단 및 개입 시간의 단축뿐만 아니라 중환자 치료 상황에서의 증가된 진단 정확도를 허용할 수 있다.
제세동기 장비를 통해 환자에게 전기 충격을 전달함과 동시에 또는 그 직후에 초음파 시스템(100)에 의해 환자의 초음파 영상이 생성될 수 있도록 하기 위하여, 초음파 시스템(100)이 제세동으로 인한 전기 충격에 탄력적이도록 구성된다. 예를 들어, 초음파 탐침(700) 및/또는 초음파 빔 형성 장치(900)는 전기 충격으로 인해 야기될 수도 있는 손상을 방지할 수 있을 만큼 충분히 높지만 초음파 시스템(100)의 적절한 작동을 허용할 만큼 충분히 낮은 입력 임피던스를 갖추도록 설계될 수 있다. 초음파 탐침(700)이 전기 충격에 탄력적이도록 하는 다른 수단에는 전기 충격에 의해 야기되는 전류/전압 손상을 회피할 수도 있는 전기 스위치와 등가의 바이패스 회로가 포함될 수도 있다. 모니터링 패드(800)도 탄력적인 재료로 형성될 수 있다.
일부 구현에서는, 센서 통합을 위해, 제세동기 펄스에 대한 보호 수단이 제공된다. 해당 보호 회로는 환자를 보호(예를 들어, 제세동 펄스가 실제로 환자를 통과하며 초음파 빔 형성 장치(900)의 내부에서 소실되지 않는 것을 보장함으로써)하며 조작자를 보호(예를 들어, 초음파 빔 형성 장치(900)가 제세동 중에도 조작자에게 안전한 채로 남아 있는 것을 보장함으로써)하는 이중 기능을 가질 수 있다. 초음파 빔 형성 장치(900)가 환자와 전기적으로 접촉하지 않는다면, 이러한 보호가 필요하지 않을 수도 있다. 그러나, ECG 신호에 대한 추가의 센서(870)를 갖는 일부 구현에서는, ECG 및 초음파 신호가 케이블(600) 내부의 별도의 전기 커넥터를 통해 라우팅될 수 있다.
이제, 도 9를 참조하면, 한 쌍의 제세동 패드(101, 102) 사이의 모니터링 패드(800)의 예시적인 배치를 보여주는 환자의 개략도가 도시되어 있다. 일부 구현에서는, 초음파 시스템(100)(모니터링 패드(800) 및 초음파 탐침(700)을 포함)이 전술한 바와 같이 제세동으로 인한 전기 충격에 탄력적이다. 초음파 시스템(100)이 제세동으로 인한 전기 충격에 탄력적이도록 구성되긴 하지만, 초음파 시스템(100)이 제세동과 동시에 초음파 영상을 생성할 수 있어야 하는 것은 아님에 유의한다.
일부 구현에서는, 초음파 빔 형성 장치(900)가 초음파 빔의 결과적인 반사물과 다른 센서(870)로부터의 판독치의 조합을 기반으로 형태 또는 조직 식별(예를 들어, 의사의 진단을 돕기 위한 특정 절단면)을 자동으로 생성하기 위해 패턴 인식 또는 인공 지능을 구현한다. 구체적인 예로서, 다층 인공 신경망이 표적 형태 또는 조직 식별에 대응하는 패턴을 인식하기 위해 훈련 데이터로 훈련될 수 있으며, 그런 다음 다층 인공 신경망이 훈련 데이터에 의해 나타내어지는 상황과 유사한 상황에 대한 형태 또는 조직 식별을 자동으로 생성하는 데 사용될 수 있다. 초음파 영상으로부터의 정보와 초음파와 무관한 정보(예를 들어, 심전도 및/또는 혈액 산소 포화도)를 조합함으로써, 의사의 진단을 간소화하는 것이 가능할 수도 있다.
초음파 시스템의 사용 방법
이제, 도 10을 참조하면, 초음파 의료 시술을 위해 초음파 시스템(100)을 사용하는 방법의 순서도가 도시되어 있다. 이 방법은 사용자, 예를 들어, 기술자, 간호사, 의사, 또는 구급대원에 의해 구현될 수 있다.
단계(10-1)에서, 사용자가 모니터링 패드(800)를 환자에게 적용한다. 앞서 설명된 바와 같이, 모니터링 패드(800)는 초음파 젤 패드(830) 및 초음파 젤 패드(830)를 유지하는 지지 구조체(810, 840, 850, 860)를 구비한다. 단계(10-2)에서, 사용자가 초음파 탐침(700)을 모니터링 패드(800)에 연결한다. 앞서 설명된 바와 같이, 초음파 탐침(700)은 초음파 변환기 어레이(750)를 구비한다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 지지 구조체(810, 840, 850, 860)는 초음파 탐침(700)을 수용하며 초음파 젤 패드(830)가 환자와 초음파 변환기의 사이에 끼워지도록 초음파 젤 패드(830)에 대해 고정된 배열로 초음파 변환기를 유지하도록 기하학적으로 구성된다.
단계(10-3)에서, 사용자는 초음파 빔 형성 장치(900)를 작동시켜 초음파 변환기를 제어하여 초음파 빔을 환자에게 집속하며 결과적인 반사 초음파 빔을 판독한다. 일부 구현에서는, 사용자가 환자에게 고정된 채로 남아 있는 모니터링 패드(800) 또는 초음파 탐침(700)을 잡거나 조작하지 않고 초음파 빔 형성 장치(900)를 작동시킨다. 일부 구현에서는, 단계(10-3)에서 사용자가 임상 통합 및 후속 개입을 수행한다.
사용자가 단계(10-5)에서 계속하기로 결정하는지 여부를 기반으로 단계(10-3, 10-4)가 적절하게 반복될 수 있다. 일부 구현에서는, 초음파 의료 시술 동안 사용자가 제세동 과정을 수행한다. 또한, 일부 구현에서는, 사용자가 센서(870)를 통해 초음파 시스템(100)을 사용하여 심장 박동 및/또는 혈액 산소 포화도를 모니터링한다. 특히, 초음파 의료 시술 중에 제세동 과정 및 심장 박동 및/또는 혈액 산소 포화도의 모니터링이 발생할 수 있다. 사용자가 단계(10-5)에서 초음파 의료 시술을 중단하기로 결정하면 방법이 종료된다.
기타 실시예
다른 하나의 실시예는 본 발명의 예시적인 실시예로서 중환자 치료에서의 제세동 또는 모니터링 절차를 보조하며 심전도 진단과 같은 다중화된 응급실 현장 진단을 보조하는 체적 초음파 영상화에 관한 것이다.
또 다른 실시예는 ECG 모니터링 및 특징을 가능하게 하는 심전도 전극을 포함하는 모니터링 젤 패드와 핸즈프리 초음파 변환기의 사용을 제공한다.
또 다른 실시예는, 소생술 정황에서 초음파 신호와 ECG 신호의 조합으로 새로운 모니터링 특징을 제공하기 위하여, 심전도 전극을 포함하는 모니터링 패드와 핸즈프리 초음파 변환기 어레이를 사용하는 영상화 초음파 시스템의 조합을 제공한다.
또 다른 실시예는, 아픈 환자의 응급 소생술 정황에서 제세동을 제공하기 위하여, 핸즈프리 초음파 변환기 어레이와, 심전도 전극을 포함하는 모니터링 패드, 및 전기 충격 전극을 포함하는 제세동기 회로를 사용하는 초음파 영상화 시스템의 조합이다. 예를 들어, 일부 구현에서는, 모니터링 패드(800)가, 제세동을 허용할 뿐만 아니라 심장에 의해 생성된 전기 임펄스 전도에 의해 소생술에 유용한 정보인 심박동수와 정확한 심장 리듬에 대한 정보를 제공하는 다기능 전극인, 예를 들어, 금속-금속/염화물 전극과 같은 제세동 전극을 구비한다(예를 들어, US 5,080,099 참조). 일부 구현에서는, 효율적인 제세동 및 피부 손상 유발 가능성 감소를 위해, 제세동 전극이, 패치당 50 cm2의 그리고 환자 신체에 대한 총 150 cm2의 제세동기 패드에 대한 가이드라인을 준수하는, 변환기 주변에서의 90 cm2의 접촉 면적을 제공한다.
또 다른 실시예는 말초 혈액 산소 포화도와 같은 다른 모니터링 형태와 초음파 모니터링 능력의 조합이다.
또 다른 실시예는, 예를 들어, 심전도(ECG) 및 초음파 조영술(echography)과 같은 자동화된 영상 인식 및 데이터 조합을 허용하는 획득후 영상 처리 능력을 포함한다.
또 다른 실시예는, 예를 들어, 구급차 요원 또는 군인에 의해 임상의의 개입 없이 생성된 초음파 조영술을 포함한다. 초음파 조영술 모니터링은 가능한 인공 지능을 사용하여 비침습적 방식으로 지속적인 데이터를 생성한다.
또 다른 실시예는 심장과 폐의 페어링에 의한 자동화된 에코 유도 생명 유지(EGLS) 및 하대 정맥(IVC)의 가변성 또는 크기와 같은 증가된 초음파 진단 및 모니터링 능력을 제공하기 위한 다른 초음파 구성 요소, 또는, 예를 들어, 폐 안의 물을 시사하는 B-라인의 존재를 모니터링하기 위한 폐 모니터링 장치와 조합된 모니터링 패드를 제공한다.
또 다른 실시예는 신생아 및 소아 집단에 맞거나 성인/소아 신체의 다른 부분에 맞도록 형상 및 형식이 맞추어진 전술한 바와 같은 변환기이다.
위의 교시에 비추어 본 개시의 수많은 수정예 및 변형예가 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 본 개시가 본 명세서에 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있음을 이해하여야 한다.

Claims (34)

  1. 초음파 시스템으로서,
    복수의 초음파 변환기를 구비한 초음파 탐침;
    환자에게 적용하기 위한 모니터링 패드로서,
    초음파 젤 패드; 및
    초음파 젤 패드를 유지하며, 초음파 젤 패드가 환자와 초음파 탐침의 사이에 끼워지도록 초음파 탐침을 수용하여 초음파 젤 패드에 대해 고정된 위치에 초음파 탐침을 유지하도록 기하학적으로 구성되는 지지 구조체
    를 포함하는 모니터링 패드; 및
    초음파 빔을 환자에게 집속하며 결과적인 반사 초음파 빔을 판독하도록 복수의 초음파 변환기를 제어하게 구성된 초음파 빔 형성 장치
    를 포함하는 초음파 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 각각의 초음파 변환기를 여기시키기 위한 시간 지연을 제어하여 초음파 에너지가 환자 내부의 미리 정해진 초점에서 동위상이 되도록 환자에게 송신되는 복수의 초음파 빔을 생성하기 위한 송신 회로를 포함하며,
    초음파 빔 형성 장치는 미리 정해진 초점으로부터의 결과적인 반사 초음파 빔을 판독하기 위한 수신 회로를 포함하는 것인, 초음파 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 신호 대 잡음비를 개선하기 위해 특정 관심 영역에 복수의 초음파 빔을 재집속하도록 구성되는 것인, 초음파 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 변환기는 2차원 어레이로 배향되는 것인, 초음파 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 2차원 어레이 중 하나의 어레이를 단일 선형 어레이로서 활용하도록 구성되는 것인, 초음파 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 결과적인 반사 초음파 빔을 기반으로 한 초음파 영상을 표시하기 위한 디스플레이를 포함하는 것인, 초음파 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 결과적인 반사 초음파 빔을 기반으로 형태(morphology) 또는 조직 식별을 자동으로 생성하기 위해 패턴 인식 또는 인공 지능을 구현하는 것인, 초음파 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    모니터링 패드는 초음파와 무관한 적어도 하나의 센서를 포함하며, 초음파 빔 형성 장치는 적어도 하나의 센서로부터 판독치를 수신하도록 구성되는 것인, 초음파 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 초음파 탐침을 통해 적어도 하나의 센서로부터 판독치를 수신하도록 구성되는 것인, 초음파 시스템.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 결과적인 반사 초음파 빔을 기반으로 한 초음파 영상 및 적어도 하나의 센서로부터의 판독치를 기반으로 한 다른 영상을 동시에 표시하기 위한 디스플레이를 포함하는 것인, 초음파 시스템.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 결과적인 반사 초음파 빔과 적어도 하나의 센서로부터의 판독치의 조합을 기반으로 형태 또는 조직 식별을 자동으로 생성하기 위해 패턴 인식 또는 인공 지능을 구현하는 것인, 초음파 시스템.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 센서는 심장 박동을 감지하기 위한 한 쌍의 심전도 전극을 포함하는 것인, 초음파 시스템.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 센서는 혈액 산소 포화도를 감지하기 위한 혈액 산소 포화도 센서를 포함하는 것인, 초음파 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 제세동기 장비에 연결되며 제세동기 장비를 제어하며 및/또는 제세동기 장비의 정보를 표시하도록 구성되며,
    초음파 시스템은 제세동으로 인한 전기 충격에 탄력적인 것인, 초음파 시스템.
  15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 제세동 회로를 포함하며,
    초음파 시스템은 제세동으로 인한 전기 충격에 탄력적인 것인, 초음파 시스템.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 시스템의 상태에 관한 신호를 보내기 위해 모니터링 패드 및/또는 초음파 탐침 상에 배치된 발광 다이오드(LED) 또는 다른 조명을 포함하는 초음파 시스템.
  17. 환자에게 적용하기 위한 모니터링 패드로서,
    초음파 젤 패드; 및
    초음파 젤 패드를 유지하며, 초음파 젤 패드가 환자와 초음파 탐침의 사이에 끼워지도록 초음파 탐침을 수용하여 초음파 젤 패드에 대해 고정된 위치에 초음파 탐침을 유지하도록 기하학적으로 구성되는 지지 구조체
    를 포함하는 모니터링 패드.
  18. 제 17 항에 있어서,
    지지 구조체는,
    미리 정해진 경계 내부에 초음파 젤 패드를 유지하며, 초음파 젤 패드가 초음파 탐침과 환자의 사이에 끼워지도록 초음파 탐침을 수용하여 고정된 위치에 초음파 탐침을 유지하기 위한 기구를 구비하는 크래들(cradle); 및
    크래들을 모니터링 패드에 대해 지지하기 위한 지지 층
    을 포함하는 것인, 모니터링 패드.
  19. 제 18 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 모니터링 패드는 초음파 젤 패드와 환자 사이의 직접적인 접촉을 가능하게 하는 것인, 모니터링 패드.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    지지 구조체는 지지 층에 대해 초음파 탐침의 케이블을 유지하기 위해 지지 층에 결합된 클립을 추가로 포함하는 것인, 모니터링 패드.
  21. 제 20 항에 있어서,
    지지 층은 백킹 층 및 구조적 지지를 위한 프레임을 포함하며, 클립은 프레임에 결합되는 것인, 모니터링 패드.
  22. 제 17 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파와 무관한 적어도 하나의 센서를 추가로 포함하는 모니터링 패드.
  23. 제 22 항에 있어서,
    각각의 센서를 위한, 센서로부터 초음파 탐침으로의 커넥터를 추가로 포함하는 모니터링 패드.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    적어도 하나의 센서는 심장 박동을 감지하기 위한 한 쌍의 심전도 전극을 포함하는 것인, 모니터링 패드.
  25. 제 22 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 센서는 혈액 산소 포화도를 감지하기 위한 혈액 산소 포화도 센서를 포함하는 것인, 모니터링 패드.
  26. 제 17 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제세동으로 인한 전기 충격에 탄력적인 것인 모니터링 패드.
  27. 빔 형성과 함께 초음파 변환기 어레이를 제어하여 초음파 데이터를 획득하며, 초음파와 무관한 적어도 하나의 센서로부터 판독치를 수신하며, 초음파 데이터를 기반으로 한 초음파 영상과 적어도 하나의 센서로부터의 판독치를 기반으로 한 다른 영상을 동시에 표시하도록 구성된 초음파 빔 형성 장치.
  28. 제 27 항에 있어서,
    적어도 하나의 센서는 심장 박동을 감지하기 위한 한 쌍의 심전도 전극을 포함하며, 적어도 하나의 센서로부터의 판독치를 기반으로 한 영상은 심전도를 포함하는 것인, 초음파 빔 형성 장치.
  29. 제 27 항 또는 제 28 항에 있어서,
    적어도 하나의 센서는 혈액 산소 포화도를 감지하기 위한 혈액 산소 포화도 센서를 포함하며, 적어도 하나의 센서로부터의 판독치를 기반으로 한 영상은 시간 경과에 따른 혈액 산소 포화도를 나타내는 그래프를 포함하는 것인, 초음파 빔 형성 장치.
  30. 제 27 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 초음파 데이터와 적어도 하나의 센서로부터의 판독치의 조합을 기반으로 형태 또는 조직 식별을 자동으로 생성하기 위해 패턴 인식 또는 인공 지능을 구현하는 것인, 초음파 빔 형성 장치.
  31. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    초음파 빔 형성 장치는 제세동기 장비에 연결되며 제세동기 장비를 제어하며 및/또는 제세동기 장비의 정보를 표시하도록 구성되며,
    초음파 빔 형성 장치는 제세동으로 인한 전기 충격에 탄력적인 것인, 초음파 빔 형성 장치.
  32. 제 27 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파 빔 형성 장치는 제세동 회로를 포함하며,
    상기 초음파 빔 형성 장치는 제세동으로 인한 전기 충격에 탄력적인 것인, 초음파 빔 형성 장치.
  33. (i) 초음파 젤 패드 및 (ii) 초음파 젤 패드를 유지하며, 초음파 탐침을 수용하여 초음파 탐침을 초음파 젤 패드에 대해 고정된 위치에 유지하도록 기하학적으로 구성되는 지지 구조체를 구비한 모니터링 패드를 환자에게 적용하는 단계;
    복수의 초음파 변환기를 구비한 초음파 탐침을 모니터링 패드에 연결하는 단계; 및
    초음파 빔을 환자에게 집속하며 결과적인 반사 초음파 빔을 판독하도록 초음파 변환기를 제어하기 위해 초음파 빔 형성 장치를 작동시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  34. 제 33 항에 있어서,
    모니터링 패드 또는 초음파 탐침을 잡거나 조작하지 않고 초음파 빔 형성 장치를 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
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