RU2797191C2 - Системы и способы для компенсации движения в ультразвуковом мониторинге дыхания - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способам и системам компенсации движения в ультразвуковом мониторинге дыхания пациентов. Техническим результатом является повышение достоверности измерения за счет корректировки погрешностей измерения во время ультразвукового мониторинга дыхания. Упомянутый технический результат достигается тем, что система детектирования дыхания включает в себя первый контактный датчик, размещенный на передней стороне тела пациента, и второй контактный датчик, размещенный на спинной стороне тела; первый контактный датчик включает в себя ультразвуковой преобразователь, первый блок акселерометра и блок датчика магнитного поля, и второй контактный датчик включает в себя второй блок акселерометра и блок датчика магнитного поля; вследствие дыхания пациента брюшная область тела движется, создавая погрешности измерения, когда ультразвуковой пучок направляется на внутреннюю структуру (область внутренней ткани) внутри тела пациента, и корректировка для таких погрешностей измерения использует входные данные от первого и второго блоков акселерометра и блок датчика магнитного поля. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 37 ил.

Description

Область изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к способам, устройствам и системам для компенсации движения в ультразвуковом мониторинге дыхания пациентов, включающем в себя корректировку погрешностей измерения, получающихся в результате движений брюшной области во время дыхания.

Предпосылки изобретения

[0002] Измерение и мониторинг дыхания является важным для обработки широкого диапазона медицинских показаний у пациентов. Грудная диафрагма является главной дыхательной мышцей, и ее дисфункция может быть симптомом множества респираторных расстройств и состояний.

[0003] Для того, чтобы наблюдать за дыханием, были использованы различные контактные датчики устройств ультразвуковых преобразователей. Например, устройство ультразвукового преобразователя может быть расположено в корпусе контактного датчика и встроено в него посредством сонолюсцентного к ультразвуку материала, такого как материал силиконового каучука или другой материал, который предоставляет возможность прохождения ультразвуковых волн. Контактный датчик ультразвукового преобразователя может быть помещен на поверхность кожи тела пациента с помощью двухсторонней клейкой ленты, имеющей армирующую сетку между своими двумя клейкими слоями.

[0004] В то время как такие контактные датчики могут быть полезными в мониторинге за свойствами дыхания пациента, важно учитывать корректировку ошибочных сигналов, вызванных движением контактного датчика на передней поверхности пациента во время дыхания. Например, брюшная область тела движется, когда пациент дышит, что вынуждает контактный датчик перемещаться. В некоторых случаях величина таких ошибочных сигналов может быть значительной для достоверности измерения.

Сущность изобретения

[0005] Настоящее изобретение относится к системам и способам для корректировки погрешностей измерения во время ультразвукового мониторинга дыхания, в котором погрешности измерения получаются в результате брюшных движений в теле пациента во время дыхания. Варианты осуществления изобретения детектируют движение различных тканей и структур в теле, включающих в себя, например, селезенку, печень или почки. Но, в целях иллюстрации принципов варианта осуществления изобретения последующие обсуждения, прежде всего, фокусируются на детектировании движения печени. Например, при сравнении измерений, выполненных с помощью брюшного контактного датчика, присоединенного к передней стороне человеческого тела и движущихся с брюшной стенкой, амплитуда движения печени выглядит приблизительно на 30-40% меньшей по сравнению с измерением с помощью механически закрепленного контактного датчика.

[0006] Эти погрешности измерения вызываются дыхательным движением, накладываемым на контактный датчик, противодействующим изменениям расстояния эхо-сигнала в направлении ультразвукового пучка. Такие погрешности могут представлять риск для достоверности оценки режимов дыхания и параметров пациентов, в частности, для пациента с проблемой дыхания, требующей медицинского решения. Таким образом, аспекты настоящего изобретения относятся к эффективной компенсации таких очень нежелательных погрешностей и обеспечению более высокой точности в мониторинге дыхания.

[0007] В варианте осуществления, как определено в пункте 1 формулы изобретения, система детектирования дыхания включает в себя первый контактный датчик и второй контактный датчик. Первый контактный датчик выполнен размещаемым на первой стороне тела пациента, а второй контактный датчик выполнен размещаемым на спинной стороне тела. Первый контактный датчик включает в себя ультразвуковой преобразователь, первый блок акселерометра и первый блок магнитного поля, в котором ультразвуковой преобразователь, первый блок акселерометра и первый блок магнитного поля неподвижно расположены в первом контактном датчике. Ультразвуковой преобразователь неподвижно расположен в первом контактном датчике и имеет приемопередающую поверхность, ориентированную под острым углом относительно передней плоскости первого контактного датчика. Ультразвуковой преобразователь выполнен с возможностью производить ультразвуковой пучок на приемопередающей поверхности для передачи во внутреннюю структуру внутри тела пациента. Второй контактный датчик включает в себя второй блок акселерометра и второй блок магнитного поля, причем второй блок акселерометра и второй блок магнитного поля неподвижно расположены во втором контактном датчике. Ультразвуковой преобразователь, первый и второй блоки акселерометров и первый и второй блоки магнитного поля соединены с процессором сигналов. Комбинация первого и второго блоков акселерометра и первого и второго магнитных блоков выполнена с возможностью производить корректирующие выходные сигналы, которые являются функцией пространственного позиционного перемещения и ориентации ультразвукового преобразователя при дыхании пациента. Сигналы, полученные таким образом, используются для корректировки ультразвукового измерения расстояния между первым датчиком и движущейся тканью внутри человеческого тела для того, чтобы предоставлять более точные выходные сигналы.

[0008] В другом варианте осуществления системы детектирования дыхания, как определено в п. 26 формулы изобретения, система детектирования дыхания содержит первый контактный датчик, содержащий: ультразвуковой преобразователь, неподвижно расположенный в первом контактном датчике и имеющий приемопередающую поверхность, ориентированную под острым углом относительно передней плоскости первого контактного датчика, причем ультразвуковой преобразователь выполнен с возможностью производить ультразвуковой пучок на приемопередающей поверхности для передачи во внутреннюю структуру внутри тела пациента, первый блок акселерометра и первый блок магнитного поля, причем ультразвуковой преобразователь, первый блок акселерометра и первый блок магнитного поля неподвижно расположены в первом контактном датчике; и второй контактный датчик, содержащий: второй блок акселерометра и второй блок магнитного поля, причем второй блок акселерометра и второй блок магнитного поля неподвижно расположены во втором контактном датчике; причем ультразвуковой преобразователь, первый и второй блоки акселерометра, и первый и второй блоки магнитного поля соединены с процессором сигналов, причем первый контактный датчик выполнен размещаемым на передней стороне тела пациента, причем второй контактный датчик выполнен размещаемым на спинной стороне тела пациента, и причем процессор сигналов выполнен с возможностью вычислять на основе входных сигналов от первого и второго блоков акселерометров и от первого блока магнитного поля, взаимодействующего со вторым блоком магнитного поля, перемещение и ориентацию брюшной стенки пациента относительно направления ожидаемого движения внутренней структуры внутри тела пациента, перемещение и ориентацию брюшной стенки относится к параметрам дыхания, связанным с дыхательными мышцами пациента.

[0009] В другом варианте осуществления, как определено в п. 38, раскрывается способ компенсации движения в ультразвуковом детектировании параметров дыхания пациента. Способ включает в себя присоединение первого контактного датчика к передней поверхности тела пациента, первый контактный датчик имеет ультразвуковой преобразователь, первый блок акселерометра и первый блок магнитного поля, присоединение второго контактного датчика к спинной поверхности тела пациента, второй контактный датчик имеет второй блок акселерометра и второй блок магнитного поля, и обеспечение процессора сигналов, соединенного с ультразвуковым преобразователем, первым и вторым блоками акселерометров и первым и вторым блоками магнитного поля. Способ дополнительно включает в себя передачу от ультразвукового преобразователя в первом контактном датчике ультразвукового пучка во внутреннюю структуру внутри тела пациента, прием на ультразвуковом преобразователе в первом контактном датчике ультразвуковых эхо-сигналов от внутренней структуры, посредством второго блока электромагнитного поля генерацию магнитного поля, передаваемого к и детектируемого посредством первого блока магнитного поля, и вычисление с помощью процессора сигналов ориентации первого блока акселерометра относительно фиксированной системы координат с помощью выявленных параметров от первого блока акселерометра и дополнительно вычисление выявленных параметров в качестве единичных векторов, представляющих ориентацию ультразвукового пучка и ориентацию первого блока магнитного поля. Дополнительно, способ включает в себя вычисление с помощью процессора сигналов ориентации второго блока акселерометра относительно фиксированной системы координат с помощью дополнительных выявленных параметров и вычисление дополнительных выявленных параметров, включающих в себя угол (α) наклона опоры для спины тела и единичные вектора, представляющие пространственное направление от второго блока магнитного поля к первому блоку магнитного поля, ориентацию второго блока магнитного поля и ожидаемое направление движения внутренней структуры во время выдоха, вычисление с помощью процессора сигналов любого изменяющегося расстояния между первым и вторым блоками магнитного поля на основе детектирования магнитного поля и обработку с помощью процессора сигналов результатов из вычисленных ориентаций выявленных параметров от первого и второго блоков акселерометра и изменяющегося расстояния, чтобы сгенерировать параметры корректировки для компенсации погрешностей измерения в принимаемых ультразвуковых эхо-сигналах, вызванных движением ультразвукового преобразователя.

[0010] Дополнительные признаки и преимущества, также как структура и функционирование различных вариантов осуществления, подробно описываются ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи. Отметим, что конкретные варианты осуществления, описанные в данном документе, не предназначаются, быть ограничивающими. Такие варианты осуществления представлены в данном документе только в иллюстративных целях. Дополнительные варианты осуществления будут очевидны специалистам в релевантном уровне(ях) техники на основе раскрытия, содержащегося в данном документе.

Краткое описание чертежей

[0011] Сопровождающие чертежи, которые включены в данный документ и формируют часть спецификации, иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и, вместе с описанием дополнительно служат для объяснения принципов изобретения и предоставления возможности специалисту в родственной области техники выполнять и использовать изобретение.

[0012] Фиг. 1A-1C иллюстрируют примерные схемы человеческого торса, показывающие размещение устройства ультразвукового преобразователя согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0013] Фиг. 2A и 2B иллюстрируют примерные схемы местоположений контактных датчиков на человеческом теле для детектирования движения печени, селезенки или почек согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0014] Фиг. 3 иллюстрирует задний вид в перспективе переднего контактного датчика устройства ультразвукового преобразователя согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0015] Фиг. 4 иллюстрирует задний вид в плане контактного датчика с фиг. 3 согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0016] Фиг. 5 иллюстрирует поперечное сечение первого варианта осуществления переднего контактного датчика ультразвукового преобразователя согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0017] Фиг. 6 иллюстрирует поперечное сечение второго варианта осуществления переднего контактного датчика устройства ультразвукового преобразователя согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0018] Фиг. 7 иллюстрирует поперечное сечение третьего варианта осуществления переднего контактного датчика устройства ультразвукового преобразователя, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0019] Фиг. 8 иллюстрирует поперечное сечение четвертого варианта осуществления переднего контактного датчика устройства ультразвукового преобразователя согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0020] Фиг. 9 иллюстрирует поперечное сечение пятого варианта осуществления переднего контактного датчика устройства ультразвукового преобразователя согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0021] Фиг. 10 иллюстрирует поперечное сечение шестого варианта осуществления переднего контактного датчика устройства ультразвукового преобразователя согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0022] Фиг. 11 иллюстрирует поперечное сечение седьмого варианта осуществления переднего контактного датчика устройства ультразвукового преобразователя согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0023] Фиг. 12 иллюстрирует поперечное сечение восьмого варианта осуществления переднего контактного датчика устройства ультразвукового преобразователя, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0024] Фиг. 13 иллюстрирует передний полный вид в перспективе контактного датчика с фиг. 9 и 10 перед установкой первого и второго материалов в контактном датчике согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0025] Фиг. 14 иллюстрирует другой передний полный вид в перспективе контактного датчика с фиг. 13 с другого угла согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0026] Фиг. 15 иллюстрирует вид в перспективе с разрезом спереди контактного датчика с фиг. 13 и 14 согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0027] Фиг. 16 иллюстрирует задний вид в перспективе заднего контактного датчика, который должен быть размещен на спинной стороне человеческого тела и взаимодействовать с передним контактным датчиком на передней стороне человеческого тела согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0028] Фиг. 17 иллюстрирует передний полный вид в перспективе контактного датчика с фиг. 16 перед установкой четвертого материала и необязательного нанесения липкой массы согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0029] Фиг. 18 иллюстрирует вид в перспективе с разрезом спереди контактного датчика с фиг. 17 согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0030] Фиг. 19 иллюстрирует поперечное сечение заднего контактного датчика перед установкой четвертого материала согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0031] Фиг. 20 иллюстрирует вид в разрезе с фиг. 19 после установки четвертого материала согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0032] Фиг. 21 иллюстрирует вид в разрезе с фиг. 20 после добавления липкой массы пятого материала, клейкого элемента или материала двухсторонней липкой ленты согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0033] Фиг. 22 иллюстрирует упрощенную блочную принципиальную схему варианта осуществления изобретенной системы для выполнения обработки сигнала, связанной с вычислением диапазона и компенсацией движения, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0034] Фиг. 23 иллюстрирует чертеж в поперечном сечении, показывающий основные принципы детектирования дыхания с помощью ультразвукового пучка, направленного на печень человека, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0035] Фиг. 24 иллюстрирует чертеж в поперечном сечении, показывающий движение грудной клетки и брюшной области человеческого тела во время дыхания, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0036] Фиг. 25 иллюстрирует чертеж в поперечном сечении, показывающий действия изменений брюшной формы во время дыхания, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0037] Фиг. 26 иллюстрирует чертеж поперечного сечения, показывающий размещение заднего (вспомогательного) сенсорного датчика, который также показан на фиг. 1A, 1B или 2, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0038] Фиг. 27 иллюстрирует схематичный чертеж, показывающий извлечение сигналов от акселерометров в переднем и заднем контактных датчиках, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0039] Фиг. 28 иллюстрирует схематичный чертеж, показывающий обработку сигнала, связанную с вычислением диапазона и компенсацией движения, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0040] Фиг. 29 иллюстрирует примерный график, показывающий первое вращение (ρ), видимое с положительной x-оси, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0041] Фиг. 30 иллюстрирует примерный график, показывающий ориентацию вектора силы тяжести перед вторым вращением, как видно с положительной y-оси, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0042] Фиг. 31 иллюстрирует примерный график, показывающий координаты контактного датчика и измеренное ускорение, видимые с положительной y-оси, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0043] Фиг. 32 иллюстрирует примерный график, показывающий ситуацию после первого вращения, видимого с глобальной положительной x-оси, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0044] Фиг. 33 иллюстрирует направление измеренного вектора ускорения после второго вращения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0045] Фиг. 34 иллюстрирует этап калибровки согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0046] Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на сопровождающие чертежи.

Подробное описание изобретения

[0047] Последующее подробное описание ссылается на сопровождающие чертежи, чтобы иллюстрировать примерные варианты осуществления, согласующиеся с изобретением. Ссылки в подробном описании на «один примерный вариант осуществления», «примерный вариант осуществления», «пример примерного варианта осуществления» и т.д. указывают, что примерный вариант осуществления может включать в себя конкретный признак, структуру или характеристику, но каждый примерный вариант осуществления может необязательно включать в себя конкретный признак, структуру или характеристику. Кроме этого, такие фразы необязательно ссылаются на один и тот же примерный вариант осуществления. Дополнительно, когда конкретный признак, структура или характеристика описывается в соединении с примерным вариантом осуществления, в пределах знания специалиста в связанной области(ях) техники является воздействие на такой признак, структуру или характеристику в соединении с другими примерными вариантами осуществления, явно или неявно описанными.

[0048] Примерные варианты осуществления, описанные в данном документе, предоставляются для иллюстративных целей и не являются ограничивающими. Другие примерные варианты осуществления являются возможными, и модификации могут быть выполнены в примерных вариантах осуществления в духе и рамках изобретения. Следовательно, подробное описание не подразумевает ограничение изобретения. Скорее, рамки изобретения определяются только в соответствии с последующей формулой изобретения и ее эквивалентами.

[0049] Варианты осуществления могут быть реализованы в аппаратных средствах (например, схемах), микропрограммном обеспечении, программном обеспечении или любом их сочетании. Варианты осуществления могут также быть реализованы как инструкции, сохраненные на машиночитаемом носителе, которые могут считываться и исполняться одним или более процессорами. Машиночитаемый носитель может включать в себя любой механизм для хранения или передачи информации в форме, считываемой машиной (например, вычислительным устройством). Например, машиночитаемый носитель может включать в себя постоянное запоминающее устройство (ROM); оперативное запоминающее устройство (RAM); носители хранения на магнитных дисках; оптические носители хранения; устройства флэш-памяти; электрические, оптические, акустические или другие формы распространяемых сигналов (например, несущие волны, инфракрасные сигналы, цифровые сигналы и т.д.), и прочее. Дополнительно, микропрограммное обеспечение, программное обеспечение, программы, инструкции могут быть описаны в данном документе как выполняющие некоторые действия. Однако следует понимать, что такие описания существуют просто для удобства, и что такие действия в действительности получаются в результате вычислительных устройств, процессоров, контроллеров или других устройств, исполняющих микропрограммное обеспечение, программное обеспечение, программы, инструкции и т.д. Дополнительно, любые варианты реализации могут быть выполнены посредством компьютера общего назначения, как описано ниже.

[0050] В целях этого обсуждения любая ссылка на термин «модуль» или термин «блок» должна пониматься как включающая в себя по меньшей мере одно из программного обеспечения, микропрограммного обеспечения или аппаратных средств (таких как одна или более схем, микросхема, и устройство, или любое их сочетание) и любое их сочетание. Кроме того, будет понятно, что каждый модуль или блок может включать в себя один или более одного, компонент в фактическом устройстве, и каждый компонент, который формирует часть описанного модуля, может функционировать либо совместно, либо независимо от какого-либо другого компонента, формирующего часть модуля. Наоборот, множество модулей или блоков, описываемых в данном документе, могут представлять единый компонент в фактическом устройстве. Дополнительно, компоненты в модуле или блоке могут быть в едином устройстве или распределены между множеством устройств проводным или беспроводным образом.

[0051] Последующее подробное описание примерных вариантов осуществления будет, таким образом, полностью раскрывать общую природу изобретения, которое другие могут, применяя знание специалиста в связанной области(ях) техники, легко модифицировать и/или адаптировать для различных применений таких примерных вариантов осуществления, без чрезмерного экспериментирования, без отступления от духа и рамок изобретения. Следовательно, такие адаптации и модификации предназначены быть в рамках значения и множества эквивалентов примерных вариантов осуществления на основе учения и руководства, представленного в данном документе. Следует понимать, что фразеология или терминология в данном документе существует с целью описания, а не ограничения, так что терминология или фразеология настоящей спецификации должна интерпретироваться специалистом в связанной области(ях) техники в свете учений в данном документе.

[0052] Фиг. 1A-1C иллюстрируют примерные схемы человеческого торса, показывающие размещение устройства ультразвукового преобразователя, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. В частности, фиг. 1A показывает вид с правой стороны торса 101 человека, на котором передний контактный датчик 102 устройства ультразвукового измерителя и отличающийся задний контактный датчик 104 присоединены к передней стороне 103 и спинной стороне 105 человека, соответственно. Фиг. 1B показывает предположительное местоположение заднего контактного датчика 104, а фиг. 1C показывает предположительное местоположение переднего контактного датчика 102. В некоторых вариантах осуществления передний и задний контактные датчики могут называться первым и вторым контактными датчиками, соответственно.

[0053] Хотя контактные датчики 102, 104 видны расположенными близко к правой средней ключичной линии 106, будет понятно, что эти контактные датчики могут быть расположены сбоку от линии 106 и/или в другом местоположении в направлении линии 106 по сравнению с местоположениями, показанными на фиг. 1B и 1C. Правая средняя ключичная линия обозначается как 106, а левая средняя ключичная линия обозначается как 108. Если ультразвуковой пучок направляется на селезенку в теле, контактные датчики предпочтительно располагаются рядом с линией 108. Если ультразвуковой пучок направляется на почки, контактные датчики предпочтительно располагаются рядом либо с линией 106, либо линией 108, в зависимости от выбранной одной из почек в теле.

[0054] Будет легко понятно, что измерение движения области внутренней ткани или внутренних структур не ограничивается печенью. Может быть использована любая паренхиматозная мягкая ткань, к которой может быть осуществлен доступ посредством ультразвука от поверхности тела. В дополнение к печени селезенка и почки могут быть, в частности, интересны для регистрации движения диафрагмы, согласно некоторым вариантам осуществления.

[0055] Настоящее изобретение описывается со ссылкой на предпочтительный в настоящее время режим детектирования, подразумевающий детектирование движения печени. Это описание используется для легкого объяснения структуры, принципов и действия различных вариантов осуществления изобретения и предназначается быть примерным, а не ограничивающим.

[0056] Фиг. 2A и 2B иллюстрируют примерные схемы местоположений контактных датчиков на человеческом теле для детектирования движения печени, селезенки или почек, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Аналогично фиг. 1 фиг. 2A иллюстрирует местоположения контактных датчиков на человеческом теле 101, в которых контактные датчики 102, 104 надлежащим образом связаны или соединены с процессором (например, процессором 134 сигналов, показанным на фиг. 22) и дисплеем 109. Фиг. 2B иллюстрирует местоположения переднего контактного датчика 102 для детектирования движения печени, селезенки или почек в теле пациента.

[0057] Фиг. 3 иллюстрирует задний вид в перспективе переднего контактного датчика 102 устройства ультразвукового преобразователя согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Фиг. 4 иллюстрирует задний вид в плане контактного датчика 102 с фиг. 3 согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0058] Передний контактный датчик 102 устройства ультразвукового преобразователя дополнительно описывается со ссылкой на фиг. 5, 6, 9 и 10. Проиллюстрированный контактный датчик 102 выполнен размещаемым на передней поверхности 103 тела человека для того, чтобы направлять ультразвуковой пучок на внутреннюю структуру и принимать ультразвуковые эхо-сигналы от внутренней структуры. Внутренняя структура является по меньшей мере одной из печени, селезенки или почек человека. В некоторых вариантах осуществления область ткани может называться внутренней структурой внутри тела пациента.

[0059] Контактный датчик, проиллюстрированный на фиг. 5, 6, 9 и 10, имеет корпус 110, подходящим образом выполненный из пластмассового материала твердой оболочки в неограничивающем примере, с полостью 111, в которой расположен ультразвуковой преобразователь 112. Приемопередающая поверхность 113 преобразователя 112 ориентирована под острым углом Ω относительно передней плоскости 114 корпуса в или рядом с устьевым отверстием полости корпуса. В некоторых вариантах осуществления острый угол подходящим образом находится в диапазоне 0-60 градусов.

[0060] Преобразователь 112 неподвижно расположен в полости 111 корпуса 110 посредством по меньшей мере тела 115 из первого материала, содержащего несонолюсцентный к ультразвуку материал, который простирается по направлению к передней плоскости 114. Будет заметно, что тело 115 из первого материала окружает углубление 116, простирающееся от приемопередающей поверхности 113 к передней плоскости 114.

[0061] Первая часть тела117 из второго материала, содержащего сонолюсцентный к ультразвуку материал, располагается в углублении 116 на и перед приемопередающей поверхностью 113 преобразователя по направлению к передней плоскости 114. Вторая часть тела117 из второго материала, кроме того, нанесена на переднюю поверхность 115' тела из первого материала и выполнена сцепленной с ней целиком. В некоторых вариантах осуществления первая и вторая части тела117 являются единым целым.

[0062] Фиг. 7, 8, 11 и 12 иллюстрируют дополнительные варианты осуществления переднего контактного датчика устройства ультразвукового измерителя. В частности, корпус 110 оболочки и полость 111 корпуса не отсутствуют в вариантах осуществления на фиг. 7, 8, 11 и 12, которые отличаются от вариантов осуществления на фиг. 5, 6, 9 и 10. Вместо этого, в вариантах осуществления с фиг. 7, 8, 11 и 12, корпус просто составляется или формируется телом 118 из первого материала, подходящим образом из того же типа материала, что и материал тела 115.

[0063] Как показано в вариантах осуществления на фиг. 9-12, отмечается, что преобразователь 112 поддерживается способом, отличным от способа в вариантах осуществления с фиг. 5-8. Например, на фиг. 5-8, преобразователь 112 поддерживается печатной платой 119 и телом 115. На фиг. 9-12 углубление покрывается гнездообразным элементом 120 с открытым концом из несонолюсцентного к ультразвуку материала, а преобразователь 112 устанавливается в донном фрагменте гнездообразного элемента 120 с открытым концом. Материал элемента 120 проявляет свойство акустического затухания, и внешняя стенка элемента 120 выполнена с возможностью зацеплять тело 115, 118 из первого материала. На фиг. 9-12 измерительный преобразователь 112 и гнездообразный элемент 120 с открытым концом простирается от печатной платы 119. Элемент 120 с расположенным в нем преобразователем 112, также как и печатная плата, поддерживаются и внедряются в тело 115, 118 из первого материала.

[0064] Контактный датчик 102 также содержит блок 121 акселерометра (показан схематично) и блок 122 детектирования магнитного поля, которые являются внедренными (например, инкапсулированы) в тело 115, 118 из первого материала. Блок 121 акселерометра, блок 122 детектирования магнитного поля и преобразователь 112 являются соединенными или связанными с печатной платой 119 и процессором 134 сигналов (как показано на фиг. 22). Процессор сигналов дополнительно описывается ниже относительно фиг. 22.

[0065] Корпус 110, имеющий полость 111, и тело 115 из первого материала подходящим образом составляются из материалов, имеющих совместимые свойства, в частности, для хорошего связывания вместе, но также, чтобы подходящим образом иметь, например, аналогичные свойства теплового расширения. Например, материалы для корпуса 110 могут включать в себя подходящий пластмассовый материал или полимер(ы), а/или тело 115 из первого материала может включать в себя несонолюсцентный к ультразвуку силиконкаучуковый материал или т.п. Для того чтобы делать силиконкаучуковый материал несонолюсцентным к ультразвуку, множество возможных добавок являются доступными (например, карбонат кальция, диоксид титана, оксид цинка, кварц, стекло или другие добавки). Примером силиконового каучука с добавкой является ELSTOSIL® RT 602 A/B. Для того чтобы сделать пластмассовый материал несонолюсцентным к ультразвуку, могут быть использованы такие же или аналогичные добавки. Таким образом, если гнездообразный элемент 120 формируется из пластмассового материала, могут быть использованы такие добавки. В некоторых случаях свойство акустического затухания таких добавок в силиконовом каучуке или пластмассовом материале может зависеть от размера частиц и массовой плотности частиц (например, предпочтительно плотность частиц сильно отличается от плотности силиконового каучука пластика, обе равны приблизительно 1000 кг/м³).

[0066] Согласно вариантам осуществления с фиг. 5-8 (например, когда оболочка 110 корпуса отсутствует) тело 118 из первого материала, формирующее корпус контактного датчика, имеет область задней поверхности (например, область поверхности, которая не обращена к коже тела человека), такую как область, видимая на фиг. 3 и 4. В некоторых вариантах осуществления первый материал, присутствующий в том месте, предпочтительно имеет нелипкое свойство поверхности.

[0067] Отметим, что в вариантах осуществления на фиг. 7 и 8 тело 118 из первого материала создает углубление 116, а на фиг. 11 и 12 тело 118 окружает гнездовой элемент 120, в котором располагается преобразователь. Передняя поверхность 115', 118' тела 115, 118 из первого материала имеет тело 117 из второго материала, присоединенную к ней. Передняя поверхность 117' тела из второго материала может проявлять одно из: присущего липкого свойства, поверхности присоединения для клейкого элемента или двухсторонней липкой ленты и поверхности зацепления для липкого слоя тела третьего материала.

[0068] Если передняя поверхность 117' тела 117 из второго материала имеет свойство липкой поверхности, контактный датчик может быть снабжен съемным защитным покрытием 123, покрытие является съемным перед наложением контактного датчика на кожу тела 101. В этом конкретном случае контактный датчик имеет самоклеящийся тип, подходящий для однократного использования, хотя двухсторонняя липкая лента может быть присоединена к поверхности 117' после первого использования контактного датчика, при условии, что поверхность 117' не загрязнена таким образом, что лента не будет прилипать.

[0069] Если передняя поверхность 117' не должна использоваться для приклеивания контактного датчика 102 непосредственно к коже, тогда, как указано общим элементом 124, клейкий элемент или двухсторонняя липкая лента присоединяется к передней поверхности 117' тела 117 из второго материала. Клейкий элемент или двухсторонняя липкая лента может быть сонолюсцентной ультразвуку по меньшей мере в области, к которой обращена приемопередающая поверхность 113 преобразователя. Дополнительно или альтернативно, общий элемент 124, покрывающий переднюю поверхность 117' тела 117 из второго материала, является липким слоем тела из третьего материала, являющегося сонолюсцентным к ультразвуку.

[0070] Первый и второй материалы предусматриваются в контактном датчике 102 как единая структура, и оба материала проявляют аналогичные или совместимые тепловые и механические свойства. Дополнительно, второй материал и третий материал являются по меньшей мере одним из: идентичного, совместимого по свойствам и совместимого с зацеплением. Тип материала тела для по меньшей мере одного из первого, второго и третьего материалов содержит материал из силиконового каучука. Если первый и второй материалы являются аналогичными, несолюсцентный к ультразвуку первый материал может иметь добавленный к нему компонент, чтобы эффективно получать его желаемые свойства. Например, добавка, такая как карбонат кальция, диоксид титана, оксид цинка, кварц, стекло или т.п., может быть добавлена к материалу силиконового каучука, чтобы делать материал силиконового каучука несонолюсцентным. В примерном варианте осуществления первый материал является силиконовым каучуком с одной или более добавками, тогда как второй и третий материалы являются силиконовым каучуком. Многие подходящие материалы из силиконового каучука являются коммерчески доступными. Например, несонолюсцентным к ультразвуку материалом силиконового каучука является ELASTOSIL® RT 602 A/B, а сонолюсцентным к ультразвуку материалом является ELASTOSIL® RT 601 A/B. На практике, является важным, что добавки не мешают процедуре установки силиконового каучука и являются биосовместимыми и проявляют отличную адгезию к материалу силиконового каучука.

[0071] Фиг. 13 иллюстрирует передний полный вид в перспективе контактного датчика с фиг. 9 и 10 перед установкой первого и второго материалов, инкапсулированных в контактном датчике, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. В частности, фиг. 13 показывает контактный датчик 102 перед установкой внедряющего (например, инкапсулирующего) тела 115 из первого материала и нанесением тела 117 из второго материала, чтобы заполнять полость 116 до приемопередающей поверхности 113 преобразователя и дополнительно покрывать переднюю поверхность 115' тела 115 из первого материала.

[0072] Фиг. 14 иллюстрирует в перспективе другой передний полный вид контактного датчика 102, как показано на фиг. 13, с другого угла, тогда как фиг. 15 иллюстрирует в перспективе передний секционный вид контактного датчика 102, который показан на фиг. 13 и 14, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Разводка от кабеля 125 на печатной плате 119 не была показана ради ясности. В некоторых вариантах осуществления кабель 125 обеспечивает электрические соединения между печатной платой 119, процессором и дисплеем 109 (см. фиг. 2A).

[0073] Как обсуждалось выше, первый, передний контактный датчик 102 выполнен с возможностью совместной работы или взаимодействия со вторым, задним контактным датчиком 104. Эти контактные датчики (показаны на фиг. 1A, 1B, 1C и 2) включены в систему детектирования дыхания, выполненную с возможностью расположения на поверхности тела человека.

[0074] В переднем контактном датчике 102 ультразвуковой преобразователь 112 неподвижно расположен, как описано со ссылкой на фиг. 5-12, чтобы производить ультразвуковой пучок, направленный наружу от плоскости 114 передней поверхности и по направлению к внутренней структуре или области ткани внутри тела. Дополнительно, контактный датчик 102 содержит первый блок 121 акселерометра и первый блок 122 магнитного поля.

[0075] Второй, задний контактный датчик 104 показан в дополнительных деталях на фиг. 16-21. Контактный датчик 104 имеет корпус 126 в форме оболочечного элемента из пластмассового материала и со связанной полостью 127, в которой второй блок 128 акселерометра и второй блок 129 магнитного поля неподвижно расположены и надлежащим образом соединены с общей печатной платой 130. Разводка от кабеля 131, соединяющегося с печатной платой, не показана ради ясности. В некоторых вариантах осуществления кабель 131 обеспечивает электрические соединения между печатной платой 130, процессором и дисплеем 109 (см. фиг. 2A).

[0076] Преобразователь 112, первый и второй блоки 121, 128 акселерометра и первый и второй блоки 122, 129 магнитного поля связываются с процессором 134 сигналов, как будет дополнительно описано со ссылкой на фиг. 22. Второй блок 128 акселерометра обеспечивает измерение углов наклона поверхности, поддерживающей спинную сторону человеческого тела. Устройство датчика магнитного поля первого блока 122 магнитного поля является катушкой магнитного преобразователя в проиллюстрированном варианте осуществления. В варианте осуществления первый и второй блоки 121, 128 акселерометра показывают по меньшей мере два акселерометра каждый. В варианте осуществления первый блок 121 акселерометра включает в себя устройство трехосного акселерометра.

[0077] Выходные сигналы, предоставляемые процессору 134 сигналов от первого и второго блоков 121, 128 акселерометра и с помощью первого и второго блоков 122, 129 магнитного поля, являются функцией пространственных позиционных перемещений и ориентации первого контактного датчика 102, присоединенного к передней стороне пациента, во время дыхания. Пространственное позиционное перемещение и ориентация относится к по меньшей мере одному из перемещений типа подъема, наклона относительно продольной оси, наклона относительно поперечной оси и поворота вокруг вертикальной оси, получающихся в результате дыхания пациента.

[0078] Второй блок 128 акселерометра и второй блок 129 магнитного поля неподвижно расположены в полости 127 второго корпуса 126 посредством тела 132 из четвертого материала.

[0079] Плоскость 132' передней поверхности тела 132 из четвертого материала обеспечивает одно из: липкого свойства, поверхности присоединения для клейкого элемента или двухсторонней липкой ленты и поверхности зацепления для липкого слоя тела из пятого материала. На фиг. 21 по меньшей мере один из клейкого элемента, двухсторонней липкой ленты и поверхности зацепления для липкого слоя тела из пятого материала, в целом, обозначается ссылочным номером 133.

[0080] По меньшей мере, один из первого, второго, третьего, четвертого и пятого материалов целесообразно имеет тип силиконового каучука. Для того, чтобы избегать возможных ран на коже на спинной стороне тела по меньшей мере площадь поверхности второго контактного датчика для прилегания или контактирования с площадью кожи спины человеческого тела, характеризуется биосовместимым материалом, площадь поверхности прилегания второго контактного датчика (например, площадь поверхности контактного датчика в соприкосновении с кожей) целесообразно находится в диапазоне 5-100 см². В примерном варианте осуществления, описанном выше, первый материал является силиконовым каучуком с добавкой, включенной для того, чтобы делать силиконовый каучук несонолюсцентным к ультразвуку, и второй и третий материалы являются сонолюсцентным к ультразвуку силиконовым каучуком. Продолжая с примерным вариантом осуществления, четвертый и пятый материалы являются силиконовым каучуком. В некоторых вариантах осуществления четвертый и пятый материалы могут необязательно принимать во внимание ультразвуковые аспекты, поскольку ультразвуковой преобразователь может не присутствовать в расположенном на спине втором контактном датчике 104. В дополнительных вариантах осуществления первый, второй, третий, четвертый и пятый материалы являются коммерчески доступными.

[0081] В некоторых вариантах осуществления процессор 134 сигналов (показан на фиг. 22) управляет интенсивностью, частотой и продолжительностью магнитного поля, генерируемого посредством второго блока магнитного поля. Процессор сигналов выполнен с возможностью вычислять на основе входных сигналов от первого и второго блоков 121 и 128 акселерометра и от первого блока 122 магнитного поля, взаимодействующего со вторым блоком 129 магнитного поля, перемещение и ориентацию брюшной стенки тела пациента относительно направления ожидаемого движения рассматриваемой внутренней структуры. Перемещение и ориентация связываются с параметрами дыхания, связанными с брюшными мышцами пациента.

[0082] Как описано выше, внутренняя структура или область ткани пациента является по меньшей мере одним из печени, селезенки или почек пациента. Будет легко понятно, что детектируемое движение внутренней структуры является функцией перемещения грудной диафрагмы в теле пациента.

[0083] Как показано на фиг. 22, процессор 134 имеет связанное с ним хранилище 135 данных, чтобы хранить данные о дыхании пациента во время курса мониторинга, и дисплей 136, чтобы наблюдать визуальное представление текущих или сохраненных данных о дыхании. Процессор 134 также включает в себя секцию 134' приемопередатчика, работающую с преобразователем 112. В некоторых вариантах осуществления процессор 134 может заставлять блок 137 тревожного оповещения о дыхании генерировать одно или более визуальных и/или звуковых тревожных оповещений, если один или более параметров дыхания пациента выходят из приемлемых диапазонов параметров. Целесообразно, передний контактный датчик 102 имеет устройство 138 идентификационного порядкового номера первого контактного датчика, и аналогично задний контактный датчик 104 имеет устройство 139 идентификационного порядкового номера второго контактного датчика. Эти порядковые номера 138, 139 являются уникальными для соответствующих контактных датчиков в использовании и могут не иметь возможности замены.

[0084] Дополнительно, блок 140 компаратора регистрации и действия предусматривается и связывается или соединяется с процессором 134. В некоторых вариантах осуществления идентификационный порядковый номер пациента (например, номер социального страхования, индивидуальный номер налогоплательщика или другой идентификатор) может быть введен в блок 140 с помощью клавиатуры 141, которая соединена с процессором 134, перед и/или во время использования системы детектирования дыхания на пациенте. В частности, с использованием на инфекционном пациенте, может быть важно, что передний и задний контактные датчики 102, 104, когда снимаются, не используются на другом пациенте. Блок 140 может, следовательно, включать в себя контроллер режима работы, который предотвращает такое повторное использование. В других случаях, повторное использование может быть приемлемым, если контактные датчики 102, 104 повторно используются на первоначальном пациенте, а не на новом пациенте.

[0085] В некоторых вариантах осуществления надежность контактного датчика может ухудшаться со временем, если контактные датчики 102, 104 повторно используются слишком много раз. Таким образом, контроллер режима работы может электронным образом ограничивать числа повторных использований контактного датчика предварительно определенным числом использований, например, 3-10 использованиями, после чего процессор 134 и блок 140 могут эффективно блокировать серийные номера от устройств 138, 139. В других случаях контактные датчики 102, 104 могут иметь соответствующую самоклеящуюся переднюю поверхность 117', 132', которая типично может использоваться ICU (отделением интенсивной терапии) для однократного использования. Для этих одноразовых контактных датчиков идентичности контактного датчика могут быть заблокированы, после того как система выключается, и контактные датчики снимаются с пациента. В некоторых вариантах осуществления источник 142 питания может предоставлять электропитание процессору 134, хранилищу 135 данных, дисплею 136 и блокам 137, 140. В дополнительных вариантах осуществления требуемая мощность для контактных датчиков 102, 104 предоставляется посредством процессора 134.

[0086] Примерный способ компенсации движения для погрешностей измерения во время наблюдения за дыханием описывается в данном документе со ссылкой на фиг. 23-26. Для того чтобы более легко оценивать функции систем, ссылка также выполняется на фиг. 27, которая схематично иллюстрирует получение сигналов от акселерометров в переднем и заднем контактных датчиках, и фиг. 28, которая схематично иллюстрирует обработку сигнала, связанную с вычислением диапазона и компенсацией движения, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

[0087] Примерный способ используется в ультразвуковом детектировании параметров дыхания пациента. Детектирование использует ультразвуковой пучок 143, направляемый от и к устройству 112 ультразвукового преобразователя в переднем контактном датчике 102 (расположенном на передней стороне тела человека). Ультразвуковой пучок 143 направляется от передней поверхности тела человека на внутреннюю структуру или область ткани внутри тела и отражается обратно в контактный датчик 102 как ультразвуковые эхо-сигналы.

[0088] В варианте осуществления способ содержит:

[0089] (a) присоединение первого контактного датчика 102 к передней поверхности тела пациента, первый контактный датчик 102 имеет ультразвуковой преобразователь 112, первый блок 121 акселерометра и первый блок 122 магнитного поля,

[0090] (b) присоединение второго контактного датчика 104 к спинной поверхности тела пациента, второй контактный датчик 104 имеет второй блок 128 акселерометра и второй блок 129 магнитного поля,

[0091] (c) обеспечение процессора 134 сигналов, соединенного с преобразователем 112, первым и вторым блоками 121, 128 акселерометров и первым и вторым блоками 122, 129 магнитного поля,

[0092] (d) передачу от ультразвукового преобразователя 112 в первом контактном датчике 102, ультразвукового пучка во внутреннюю структуру (или область ткани) внутри тела пациента,

[0093] (e) прием в ультразвуковом преобразователе 112 в первом контактном датчике 102 ультразвуковых эхо-сигналов от внутренней структуры,

[0094] (f) посредством второго блока 129 магнитного поля генерацию магнитного поля, передаваемого к и детектируемого посредством первого блока 122 магнитного поля,

[0095] (g) вычисление с помощью процессора 134 сигналов ориентации первого блока 121 акселерометра относительно фиксированной системы координат с помощью выявленных параметров от блока 121 и дополнительное вычисление выявленных параметров в качестве единичных векторов, представляющих ориентацию ультразвукового пучка 143 (см. фиг. 23-26) и ориентацию первого блока магнитного поля,

[0096] (h) вычисление с помощью процессора 134 сигналов ориентации второго блока 128 акселератора относительно фиксированной системы координат с помощью выявленных параметров от блока 128, и дополнительное вычисление выявленных параметров, включающих в себя: угол (α) наклона опоры для спины тела и единичные вектора, представляющие пространственное направление от второго блока 129 магнитного поля (например, электромагнита) к первому блоку 122 магнитного поля (например, устройству датчика, расположенному в переднем контактном датчике 102), ориентацию второго блока 129 магнитного поля и ожидаемое направление движения внутренней структуры или области ткани (например, печени, селезенки или почек) во время выдоха,

[0097] (i) вычисление в процессоре 134 сигналов любого изменяющегося расстояния между первым и вторым блоками 122, 129 магнитного поля на основе детектирования магнитного поля, и

[0098] (j) обработку с помощью процессора 134 сигналов результатов из вычислений на этапах (g)-(i), чтобы сгенерировать параметры корректировки для компенсации погрешностей измерения в принимаемых ультразвуковых эхо-сигналах, вызванных движением брюшной стенки вследствие дыхания пациента.

[0099] Более конкретно, этап (j) обработки может содержать:

[0100] (k) разложение вектора, представляющего расстояние между первым блоком 122 магнитного поля, содержащегося в переднем контактном датчике 102, и расположенным на спине вторым блоком 129 магнитного поля в направлении 143 ультразвукового пучка,

[0101] (l) дифференцирование разложенного вектора во времени, представляющее расстояние, чтобы выводить инкрементные значения движения,

[0102] (m) добавление инкрементных значений движения на этапе (l) к инкрементным значениям движения на эффекте Допплера, которые детектируются с помощью ультразвуковых эхо-сигналов от внутренней структуры в по меньшей мере том же интервале времени,

[0103] (n) корректировку сложенных значений движения с этапа (m) для мгновенного значения косинуса угла между ультразвуковым пучком 143 и направлением движения внутренней структуры, и

[0104] (o) суммирование скорректированных и сложенных значений движения для того, чтобы получать изменения местоположения внутренней структуры, описывающие скорректированные параметры дыхания.

[0105] Необходимость корректировки движения переднего контактного датчика будет теперь обсуждена более подробно ниже. Хотя последующее обсуждение, прежде всего, относится к аспектам детектирования движения печени, будет понятно, что варианты осуществления изобретения могут также быть применены к детектированию движения других тканей, таких как селезенка или почки человека.

[0106] Во время пилотного клинического исследования для оценки контактного датчика устройства ультразвукового измерителя наблюдалось то, что воспроизводимость показателей измерения, предоставляемых посредством такого инструмента, была плохой, и что повторное позиционирование контактного датчика на брюшной поверхности привело в результате к нежелательным изменениям или отклонениям в измеренных амплитудах движения печени (и диафрагмы). Посредством анализа возможных причин этого были идентифицированы два фактора, которые могли поспособствовать отклонениям.

[0107] Сначала, контактный датчик на брюшной поверхности пациента перемещается вверх и вниз, когда пациент дышит. Это движение имеет векторный компонент в направлении 143 ультразвукового пучка, и движение контактного датчика дает переменное недооценивание истинного движения печени 144, как иллюстрировано на фиг. 23 и 24. Когда печень 144 движется по направлению к контактному датчику 102 во время вдоха, контактный датчик будет в то же время перемещаться от печени, и наоборот во время выдоха. Это явление было подтверждено экспериментально с помощью механически зафиксированного контактного датчика, которому не было позволено перемещаться, приводя в результате к почти на 40% более высоким оценкам движения печени по сравнению со свободно перемещающимся контактным датчиком.

[0108] Фиг. 23 и 24 иллюстрируют чертежи поперечного сечения, показывающие базовые принципы детектирования дыхания с помощью ультразвукового пучка, направленного на печень человека, и движения грудной клетки и брюшной области человеческого тела во время дыхания, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. В частности, чертежи поперечного сечения на фиг. 23 и 24 показывают движение 145 печени 144 и движение 146 контактного датчика, и то, как движение контактного датчика может рассматриваться как имеющее два компонента. Один компонент 147 существует в направлении 143 ультразвукового пучка. Этот компонент будет непосредственно влиять и нарушать расчетное движение печени 144.

[0109] Во-вторых, брюшная поверхность является конической, а не цилиндрической. Эта брюшная форма будет вызывать переменный наклон преобразователя 112 и контактный датчика 102 и будет, таким образом, влиять на направление ультразвукового пучка 143. Непосредственно ниже реберной дуги, где передний контактный датчик 102 размещается для того, чтобы иметь акустический доступ к печени 144, может быть существенная впадина поверхности у худых людей. А у полных людей поверхность является выпуклой, как проиллюстрировано на фиг. 25. Таким образом, предположение о фиксированном 45° угле наклона между звуковым пучком 143 и направлением 145 движения печени может быть недействительным.

[0110] Соответственно, варианты осуществления настоящего изобретения облегчают проблемы, обсуждаемые выше.

[0111] Фиг. 26 иллюстрирует чертеж поперечного сечения, показывающий основной принцип измерения 148 расстояния посредством использования размещения спинного (дополнительного) или заднего сенсорного датчика 104. В неограничивающем примере тело человека лежит на спине на постельном матрасе (например, лежит лицом вверх).

[0112] Контактный датчик 102 оснащается модулем 3-осного акселерометра, который использует направление вектора силы тяжести для оценки наклона, предоставляя возможность вычисления фактического пространственного направления ультразвукового пучка относительно движения печени.

[0113] В варианте осуществления дополнительный, второй (вспомогательный) задний сенсорный датчик 104 добавляется в местоположении на спинной стороне пациента, вертикально под передним контактным датчиком 102, если тело пациента лежит на спине. Если пациент находится в вертикальном положении, передний и задний контактные датчики 102, 104 могут быть выставлены, приблизительно под прямыми углами относительно направления позвоночника человека.

[0114] Задний, второй сенсорный датчик 104 содержит дополнительный блок 128 акселерометра для измерения угла наклона постели, на которой пациент лежит, поскольку большинство пациентов ICU имеют приподнятую постель. Измерение угла наклона может быть использовано для того, чтобы иметь оценку фактического направления движения печени.

[0115] Задний сенсорный датчик 104 также содержит электромагнит в блоке 129, который формирует слабое переменное магнитное поле, которое детектируется посредством катушки магнитного преобразователя в блоке 122 переднего контактного датчика 102. Использование электромагнита и катушки магнитного преобразователя предоставляет возможность непрерывного измерения движения вверх и вниз переднего контактного датчика 102 на основе известных соотношений между силой магнитного поля и расстоянием. Посредством получения этих вычислений движение контактного датчика 102 может затем быть включено в оценку движения печени.

[0116] Таким образом, будет понятно, что точное знание об ориентации контактного датчика и вертикальном движении предоставляет возможность компенсации воздействий движения переднего контактного датчика и формы брюшной поверхности.

[0117] В развитии вариантов осуществления изобретения некоторые потенциальные проблемы безопасности были устранены.

[0118] Магнитное поле: Электромагнит на спине пациента формирует слабое магнитное поле, целесообразно с частотой 33 кГц, которое затухает с увеличением куба расстояния. Во всех направлениях сила поля ниже 27 мкТл на расстояния более 15 мм от центральной линии цилиндрического магнита. Например, 27 мкТл является рекомендованной максимальной силой магнитного поля для непрерывного выставления всего тела на публику с частотами между 3 кГц и 10 МГц. Это означает, что несколько миллиметров кожи и подкожных тканей, близких к заднему датчику, будут подвергаться силам поля выше 27 мкТл, но всегда ниже 100 мкТл, что является соответствующим пределом для непрерывного профессионального облучения всего организма.

[0119] Новые устройства датчика ускорения и магнитного датчика в переднем контактном датчике 102 и устройство 128 датчика ускорения в заднем контактном датчике: Акселерометры 121, 128 и катушка 122 магнитного преобразователя, которые были добавлены в контактные датчики 102, 104, являются пассивными устройствами без каких-либо энергетических выбросов. Они, следовательно, не имеют какого-либо потенциала для причинения вреда пациенту.

[0120] Физические пролежни на спинной стороне пациента: Задний сенсорный датчик 104 может иметь потенциал для создания пролежней. Это было учтено во время проектирования датчика. В одном варианте осуществления контактный датчик 104 целесообразно инкапсулируется в биосовместимый мягкий силиконовый каучук и имеет, например, круглую, диаметром 5 см, плоскую контактную поверхность для контактировании с кожей пациента или поверхностью в диапазоне 5-100 см² без острых граней и с сужающейся формой по направлению к его окружности. Подходящим местом присоединения является задняя боковая сторона пациента, которая является областью мягкой ткани между грудной клеткой и почечной лоханкой, содействуя равномерному распределению механического давления. В одном варианте осуществления присоединение к коже происходит с помощью одного из нескольких вариантов присоединения, используемых для переднего контактного датчика, такого как двухсторонняя лента из силиконового каучука. Если тело из четвертого материала или пятого материала является липким, задний контактный датчик может быть присоединен к спинной стороне человеческого тела посредством одного из этих липких материалов.

[0121] Для того, чтобы предотвращать пролежни, кожа в и вокруг области присоединения датчика может быть тщательно осмотрена во время ежедневных повторных присоединений заднего контактного датчика, а также во время рутинных визитов медсестры к пациенту. Возникновение раздражения кожи может быть зарегистрировано как нежелательное явление, и пациент в такой ситуации может быть исключен из дальнейшего участия.

[0122] Электрическая безопасность: Оба контактных датчика 102, 104 являются полностью и герметично инкапсулированными, целесообразно в электроизолирующем материале, таком как силиконовый каучук, с электрической изоляцией 20 кВ/мм. В варианте осуществления кратчайшее расстояние от электрического проводника внутри контактного датчика до поверхности равно, по меньшей мере, 1 мм. По меньшей мере тела из первого и четвертого материалов проявляют такие свойства электрической изоляции.

[0123] В некоторых вариантах осуществления устройство целесообразно питается от внешнего источника питания для медицинского оборудования, доставляющего 12 В постоянного тока (VDC). Наивысшее напряжение, детектируемое внутри устройства, предпочтительно не больше 18-24 VDC.

[0124] Примерный вариант осуществления: Компенсация движения

[0125] Упрощенный способ компенсации движения на основе показателей акселерометра вектора силы тяжести в сочетании с измерениями магнитного диапазона будет сейчас обсужден. Предполагается, ради упрощенного представления, что движение сенсорного датчика 102 существует практически в направлении, перпендикулярном плоскости матраса, на котором человеческое тело пациента лежит.

Ориентация заднего (вспомогательного) сенсорного датчика 104

[0126] Вычисление ориентации заднего сенсорного датчика (например, контактного датчика 104, расположенного на спинной стороне пациента) может быть выражено как матрица вращения относительно глобальной системы координат, и вычисление выявленных параметров:

- Синус и косинус угла (α) наклона матраса; и

- Единичные вектора, описывающие:

° Направление от заднего контактного датчика 104 к переднему контактному датчику 102. Это также является ожидаемым направлением движения переднего контактного датчика 102,

° Ориентация электромагнита 129, и

° Направление ожидаемого движения 145 печени, положительным является направление к голове пациента.

Ориентация переднего сенсорного датчика

[0127] Вычисление ориентации переднего контактного датчика 102, с выявленными параметрами, основывается на входных данных показаний акселерометра 121 и наклона матраса от заднего (вспомогательного) контактного датчика 104.

[0128] На основе пользовательских инструкций о том, как ориентировать передний контактный датчик и задний контактный датчик, выходными данными являются:

- Единичные вектора, описывающие:

° Направление 143 ультразвукового пучка

° Ориентацию 149 магнитного детектора

Расстояние от заднего контактного датчика до переднего контактного датчика

[0129] Расстояние вычисляется из сигнала магнитного детектора, направления от электромагнита 129 до детектора 122 и ориентаций электромагнита 129 и сигнала 122 детектора. Это вычисление также использует единственное значение (k) калибровки, определенное во время создания системы.

Компенсация движения

[0130] Расстояние 148 между задним контактным датчиком и передним контактным датчиком раскладывается в направлении 143 звукового пучка и дифференцируется, чтобы предоставлять инкрементное движение. Это добавляется к инкрементному движению, детектируемому посредством доплеровской системы в том же интервале времени. Суммарное движение затем корректируется для мгновенного косинуса угла между звуковым пучком и направлением движения печени. Смещение затем вычисляется посредством интегрирования.

Общие аспекты

[0131] Все показатели акселерометра преобразуются, чтобы согласовываться с системой координат, где осевыми направлениями являются:

X: К голове пациента,

Y: В сторону левого плеча пациента, и

Z: Вниз.

[0132] Предположим, что IMU (инерциальные блоки измерения) трехосных акселерометров устанавливаются под углами, целыми кратными для 90°, преобразование системы координат выполняется посредством объединения перестановок и перемен знака.

[0133] Все координаты и вращения в формулах и иллюстрациях приведены в глобальной неподвижной системе координат, пока не указано иное.

[0134] Для вычислений ниже, когда показатели акселерометра используются только для определения угловых ориентаций, они не должны быть преобразованы из исходного двоичного формата в метрические единицы, пока числовой формат имеет знак.

Ориентация заднего контактного датчика 104:

[0135] Показателями акселерометра являются:

,

и

(имеющие знак, произвольные единицы измерения)

[0136] Предположим, что электрический шнур указывает прямо во внешнюю сторону на правый бок пациента, и что шнур, ферритовый сердечник и y-ось акселерометра являются параллельными.

[0137] Ориентация контактного датчика 104 может быть описана посредством последовательности двух вращений:

1) Первоначальное вращение ρ вокруг глобальной x-оси, чтобы учитывать локальный поперечный изгиб спины пациента (угол наклона относительно продольной оси); и

2) Вращение α вокруг глобальной Y-оси, чтобы учитывать наклон постели (наклон относительно поперечной оси).

[0138] Вращения извлекаются посредством рассмотрения контактного датчика и его измеренного вектора силы тяжести в качестве тугоподвижного тела, и выполнения вращений, которые выравнивают вектор силы тяжести с отрицательной глобальной z-осью. Первое вращение выравнивает вектор силы тяжести с плоскостью x-z. Например, фиг. 29 иллюстрирует примерный график, показывающий первое вращение (ρ), видимое с положительной x-оси, которое может быть вычислено следующим образом:

Ур. (1)

и

Ур. (2)

[0139] И соответствующая матрица вращения является:

Ур. (3)

[0140] Фиг. 30 показывает пример ориентации вектора силы тяжести перед вторым вращением, как видно с положительной y-оси. Второе вращение вычисляется следующим образом:

Ур. (4)

Ур. (5)

и

Ур. (6)

[0141] Отметим, что sin(α) и cos(α) обычно используются для вычисления ориентации переднего контактного датчика 102. Угол α сам может не нуждаться в оценке.

[0142] Соответствующая матрица вращения является:

Ур. (7)

[0143] Полное вращение, таким образом, является:

Ур. (8)

[0144] Ориентация единичного вектора электромагнита во втором блоке 129 магнитного поля заднего контактного датчика 104 является:

Ур. (9)

[0145] Направление единичного вектора является движением печени, выраженным в глобальной системе координат, является:

Ур. (10)

[0146] Единичный вектор от заднего электромагнита 129 до переднего сенсорного детектора 122 равен:

Ур. (11)

Ориентация переднего контактного датчика 102:

[0147] Показателями акселерометра являются:

,

и

[0148] Угол наклона постели равен: α (от спинного датчика, выраженный как sin(α) и cos(α)).

[0149] Последовательность вращений, которые позиционируют контактный датчик 102 способом, который делает измеренное ускорение вертикальным и направленным вверх, и обеспечивает то, что x-ось контактного датчика 102 и центральная линия тела находятся в одной и той же плоскости, являются:

1) Поворотом φ вокруг y, чтобы учитывать локальное сужение поверхности тела;

2) Поворотом θ вокруг x, чтобы учитывать местоположение контактного датчика 102 на правом боку;

3) Конечное вращение α (угол наклона постели) вокруг y.

[0150] Вычисления получаются посредством нахождения последовательности вращений тугоподвижного тела, состоящего из контактного датчика 102 и его связанного измеренного вектора силы тяжести, которые выравнивают измеренный вектор силы тяжести с глобальной отрицательной z-осью (вверх).

[0151] Что касается вращения (1), первоначальное условие представляется уравнениями 12-19 ниже и иллюстрируется посредством фиг. 31. Например, фиг. 31 иллюстрирует координаты контактного датчика и измеренное ускорение, видимое с положительной y-оси. Первое вращение существует вокруг y-оси с углом φ=β - γ, которое вынуждает измеренный вектор ускорения указывать так, что оставшееся расстояние до глобальной плоскости y-z равно g_P sin(α).

[0152] Уравнения включают в себя:

Ур. (12)

Ур. (13)

и

Ур. (14)

Ур. (15)

и

Ур. (16)

[0153] Следует отметить, что следующее условие должно удовлетворяться для действительных вычислений:

[0154] В некоторых вариантах осуществления ошибки пользователя в размещении контактного датчика 102 (например, неправильная ориентация) могут вызывать это условие. Если это происходит, сообщение об ошибке может быть предоставлено, и сеанс может быть перезапущен.

[0155] Угол φ вращения имеет следующие свойства:

Ур. (17)

Ур. (18)

[0156] Матрица вращения, таким образом, является:

Ур. (19)

[0157] Что касается вращения (2), ситуация иллюстрируется посредством фиг. 32 и связанных уравнений 20-22. Например, фиг. 32 показывает ситуацию после вращения (1), видимую с глобальной положительной x-оси. Следующее вращение (2) вокруг глобальной x-оси может приводить вектор ускорения в глобальную плоскость x-z. Уравнения включают в себя:

Ур. (20)

и

Ур. (21)

[0158] Матрица вращения, таким образом, является:

Ур. (22)

[0159] Фиг. 33 показывает направление измеренного вектора ускорения после вращения (2). Последнее вращение вокруг глобальной y-оси будет выравнивать вектор с отрицательной z-осью глобальной системы координат.

[0160] Что касается вращения (3), матрица вращения:

Ур. (23)

[0161] Как отмечается, R_P3 может быть таким же, что и R_A2, из ур.(7) и может не нуждаться в повторном вычислении.

[0162] Полное вращение затем вычисляется как следующее:

Ур. (24)

[0163] Направление ультразвукового пучка (45° вниз) равно:

Ур. (25)

[0164] В некоторых вариантах осуществления эти тригонометрические функции предпочтительно предварительно вычисляются.

[0165] Ориентация магнитного детектора 122 (под углом, в одном варианте осуществления, при повороте 26° вокруг x-оси контактного датчика) равна:

Ур. (26)

[0166] В некоторых вариантах осуществления эти тригонометрические функции также предпочтительно предварительно вычисляются.

Показатели 148 измерения расстояния магнита:

[0167] Входными данными для вычисления расстояния являются:

[0168] N_cal: Показатель сигнала во время калибровки. Предположим, что излучающие магниты во втором блоке 129 магнитного поля и принимающие магниты в первом блоке 122 магнитного поля ориентируются параллельно друг другу на плоской поверхности и ортогональной расстоянию между их центральными линиями, когда система калибруется;

[0169] S_cal: Расстояние между магнитами 122, 129 во время калибровки;

[0170] N_meas: Показатель сигнала во время измерений;

[0171] v_mm: Единичный вектор от магнита 129 для детектора 122;

[0172] v_magnet: Единичный вектор, предоставляющий ориентацию электромагнита 129; и

[0173] v_pickup: Единичный вектор, предоставляющий ориентацию магнитного преобразователя 122 в переднем контактном датчике 102.

[0174] Формула для внешнего магнитного поля от диполя вычисляется следующим образом:

Ур. (27)

[0175] S является расстоянием от диполя в направлении, заданном посредством v_mm, а |μ| является величиной момента диполя магнита. Отметим, что умножения векторов с векторами являются скалярными произведениями. Циркумфлекс (^) указывает единичный вектор.

[0176] Принимаемый сигнал (N_meas) от воспринимающей катушки 122 будет компонентом поля, который является параллельным с детектором 122 согласно следующему уравнению:

Ур. (28)

[0177] Здесь, k является константой, которая объединяет |μ|, физические свойства катушек, усиление, свойства ADC, демодуляцию и усреднение сигнала. Константа k определяется посредством процедуры калибровки.

[0178] Решение уравнения 28 относительно S дает следующее расстояние (S_mag):

Ур. (29)

[0179] Калибровка:

[0180] K определяется во время калибровки. Предположим, что ферритовые стержни располагаются на расстоянии S_cal друг от друга и ориентированы, как указано на фиг. 34, тогда решение уравнения 28 предоставляет:

Ур. (30)

[0181] Вставка значений для векторов v_magnet, v_pickup и v_mm, которые описывают геометрию установки для калибровки на фиг. 34, приводит в результате к:

Ур. (31)

[0182] Отметим, что единицы измерения для S_cal являются такими же, что и единицы для S_mag. Если калибровка выполняется с помощью преобразователя, повернутого на 26° (размещение собранного контактного датчика на плоской поверхности), тогда k вместо этого становится:

Ур. (32)

Практическая реализация откалиброванных показателей измерения расстояния:

[0183] Константа k определяется во время производства каждой системы контактных датчиков согласно уравнению 31 и сохраняется в энергонезависимой памяти. В этом примерном варианте осуществления, описываемом в данном документе, практическое значение для S_cal равно 0,25 м.

Компенсация движения

[0184] Способ компенсации движения, описываемый в данном документе, компенсирует непрерывные колебания в ориентации пучка, угле постели и движении брюшной поверхности. Он предполагает, что брюшная поверхность движется в направлении (v_mm), перпендикулярном матрасу.

[0185] Данные от различных датчиков в контактных датчиках предварительно обуславливаются, чтобы иметь идентичные скорости выборки и задержки, и знак показателей (S_ultr) ультразвуковых измерений диапазона является таким, что движение печени по направлению к голове пациента является положительным. Буква дельта (Δ) обозначает различия между последовательными выборками.

[0186] Инкрементное движение печени между двумя последовательными моментами выборки, когда скорректировано для угла между измерением диапазона магнита и ультразвуковым пучком, и для угла между ультразвуковым пучком и движением печени, равно:

Ур. (33)

[0187] Можно отметить, что, если v_beam и v_liver являются близкими к перпендикулярным друг другу (например, как (|

< 0,2)), сообщение об ошибке или предупреждение может быть выдано, поскольку измерения тогда будут очень зависимыми от угла и неточными.

[0188] Мгновенная скорость печени 144 находится как:

Ур. (34)

;

где Δt является временем между выборками.

[0189] Местоположение печени находится посредством суммирования ΔS_liver.

[0190] Таким образом, может быть резюмировано, что для того, чтобы компенсировать погрешности детектирования движения, связанные с внутренней структурой одного из печени, селезенки и почек человека, является полезным использовать блок 3-осного акселерометра в переднем и заднем контактных датчиках, чтобы измерять наклон на основе направления силы тяжести, и с помощью блока магнитного поля в переднем контактном датчике измерять движение вверх и вниз контактного датчика с помощью второго блока магнитного поля, который излучает магнитное поле. Добавляя задний контактный датчик, который должен быть расположен на спинной стороне человека, этот контактный датчик имеет второй блок акселерометра, также возможно измерять угол наклона постели, на которой пациент лежит, предполагая, что печень движется в том же направлении, что и поверхность постели. Тогда является возможным вычислять угол между движением печени и ультразвуковым пучком вместо предположения того, что пучок имеет постоянное значение, например, 45°. Настоящее изобретение, таким образом, предлагает возможность вычислять содействие движения вверх и вниз в предоставляемый ультразвуковой доплеровский сигнал и, тем самым, компенсировать связанные погрешности сигнала.

[0191] Следует понимать, что раздел «Подробное описание», а не разделы «Сущность» и «Реферат», предназначается, чтобы использоваться для интерпретации формулы изобретения. Разделы «Сущность» и «Реферат» могут излагать один или более, но не все примерные варианты осуществления настоящего изобретения, которые рассмотрены изобретателем(ями), и, таким образом, не предназначаются, чтобы ограничивать настоящее изобретение и прилагаемую формулу изобретения каким-либо образом.

[0192] Варианты осуществления настоящего изобретения были описаны выше с помощью функциональных строительных блоков, иллюстрирующих реализацию указанных функций и их взаимоотношений. Границы этих функциональных строительных блоков были произвольно определены в данном документе для удобства описания. Альтернативные границы могут быть определены, пока указанные функции и их взаимоотношения выполняются надлежащим образом.

[0193] Предшествующее описание конкретных вариантов осуществления, таким образом, будет полностью раскрывать общую природу изобретения, которое другие могут, применяя знание в пределах компетентности в данной области техники, легко модифицировать и/или адаптировать для различных применений таких конкретных вариантов осуществления, без лишнего экспериментирования, без отступления от общей идеи настоящего изобретения. Следовательно, такие адаптации и модификации предназначены быть в рамках значения и множества эквивалентов раскрытых вариантов осуществления на основе учения и руководства, представленного в данном документе. Следует понимать, что фразеология или терминология в данном документе существует с целью описания, а не ограничения, так что терминология или фразеология настоящей спецификации должна интерпретироваться специалистом в области техники в свете учений и руководства.

[0194] Широта и объем охраны настоящего изобретения не должны ограничиваться любым из вышеописанных примерных вариантов осуществления, но должны быть определены только в соответствии с последующей формулой изобретения и ее эквивалентами.

Claims (79)

1. Система детектирования дыхания, содержащая:

первый контактный датчик (102), содержащий:

ультразвуковой преобразователь (112), неподвижно расположенный в первом контактном датчике и имеющий приемопередающую поверхность (113), ориентированную под острым углом (Ω) относительно передней плоскости (114) первого контактного датчика (102), причем ультразвуковой преобразователь (112) выполнен с возможностью производить ультразвуковой пучок (143) на приемопередающей поверхности (113) для передачи во внутреннюю структуру внутри тела пациента,

первый блок (121) акселерометра и

первый блок (122) магнитного поля, причем ультразвуковой преобразователь (112), первый блок (121) акселерометра и первый блок (122) магнитного поля неподвижно расположены в первом контактном датчике (102); и

второй контактный датчик (104), содержащий:

второй блок (128) акселерометра и

второй блок (129) магнитного поля, причем второй блок (128) акселерометра и второй блок (129) магнитного поля неподвижно расположены во втором контактном датчике (104);

причем ультразвуковой преобразователь (112), первый и второй блоки (121; 128) акселерометра и первый и второй блоки (122; 129) магнитного поля соединены с процессором (134) сигналов,

причем первый контактный датчик (102) выполнен размещаемым на передней стороне (103) тела (101) пациента, и

причем второй контактный датчик (104) выполнен размещаемым на спинной стороне (105) тела (101),

причем сигналы от первого блока (121) акселерометра указывают первые пространственные ориентации первого контактного датчика (102) с ультразвуковым преобразователем (112) и первым блоком (122) магнитного поля в нем,

причем сигналы от второго блока (128) акселерометра указывают вторые пространственные ориентации второго контактного датчика (104) со вторым блоком (129) магнитного поля в нем,

причем первая и вторая пространственные ориентации существуют относительно фиксированной системы координат, и

причем сигналы от первого блока (122) магнитного поля во взаимодействии со вторым блоком (129) магнитного поля и ориентации блоков (122; 129) магнитного поля, которые представляются посредством сигналов от первого и второго блоков (121; 128) акселерометра, являются входными для процессора (134) сигналов, чтобы вычислять переменное пространственное расстояние между первым и вторым контактными датчиками (102; 104) и тем самым вычислять пространственное перемещение и ориентацию ультразвукового преобразователя (112), вызываемые дыханием пациента.

2. Система детектирования дыхания по п. 1,

причем ультразвуковой преобразователь (112) расположен в первом контактном датчике (102) посредством тела (115) из первого материала, содержащего несонолюсцентный к ультразвуку материал, которое простирается по направлению к передней плоскости (114) первого контактного датчика (102),

причем тело (115) из первого материала окружает углубление (116), простирающееся от приемопередающей поверхности (113) к передней плоскости (114),

причем в углублении на и перед приемопередающей поверхностью (113) ультразвукового преобразователя (112) по направлению к передней плоскости (114) расположено первое тело (117) из второго материала, содержащего сонолюсцентный к ультразвуку материал, и

причем на переднюю поверхность тела из первого материала нанесено выполненное целиком сцепленным с ним второе тело (117) из второго материала, причем первое и второе тела являются единым целым.

3. Система детектирования дыхания по п. 1, причем ультразвуковой преобразователь (112) зацеплен в гнездообразном элементе (120), образующем углубление (116) преобразователя и являющемся несонолюсцентным к ультразвуку материалом.

4. Система детектирования дыхания по п. 1, причем один из первого блока (122) магнитного поля и второго блока (129) магнитного поля содержит устройство датчика магнитного поля, и причем другой из первого блока (122) магнитного поля и второго блока (129) магнитного поля содержит электромагнитное устройство, выполненное с возможностью генерировать магнитное поле, подлежащее детектированию устройством датчика магнитного поля, и причем магнитное поле связано с расстоянием между первым и вторым контактными датчиками (102; 104).

5. Система детектирования дыхания по п. 1, причем первый контактный датчик (102) выполнен размещаемым на передней стороне (103) тела пациента в местоположении, выставленном со вторым контактным датчиком (104) на спинной стороне (105) тела пациента.

6. Система детектирования дыхания по п. 1, причем второй блок (128) акселерометра обеспечивает измерение углов наклона поверхности, поддерживающей спинную сторону (105) тела пациента.

7. Система детектирования дыхания по п. 1, причем процессор (134) сигналов выполнен с возможностью вычислять на основе входных сигналов от первого и второго блоков (121; 128) акселерометра и от первого блока (122) магнитного поля, взаимодействующего со вторым блоком (129) магнитного поля, перемещение и ориентацию ультразвукового преобразователя (112) в первом контактном датчике (102) относительно ожидаемого направления движения внутренней структуры (144) внутри тела пациента относительно продольной оси пациента, причем перемещение и ориентация ультразвукового преобразователя (112) относятся к параметрам дыхания, связанным с дыхательными мышцами пациента.

8. Система детектирования дыхания по п. 1, причем:

ультразвуковой преобразователь (112) в первом контактном датчике (102) выполнен с возможностью принимать ультразвуковые эхо-сигналы от внутренней структуры;

второй блок (129) магнитного поля выполнен с возможностью генерировать магнитное поле, передаваемое к и детектируемое посредством первого блока (121) магнитного поля;

процессор (134) сигналов выполнен с возможностью вычислять:

ориентацию первого блока (121) акселерометра относительно фиксированной системы координат с помощью выявленных параметров от первого блока (121) акселерометра,

выявленные параметры в качестве единичных векторов, представляющих ориентацию ультразвукового пучка и ориентацию первого блока (122) магнитного поля,

ориентацию второго блока (128) акселерометра относительно фиксированной системы координат с помощью дополнительных выявленных параметров от второго блока (128) акселерометра,

причем дополнительные выявленные параметры включают в себя угол (α) наклона поддержки для спины (105) тела и единичные векторы, представляющие пространственное направление от второго блока магнитного поля к первому блоку (122) магнитного поля,

ориентацию второго блока (129) магнитного поля,

ожидаемое направление движения внутренней структуры (144) относительно продольной оси торса пациента во время выдоха пациента, и

любое изменяющееся расстояние между первым и вторым блоками (122; 129) магнитного поля на основе детектирования магнитного поля,

причем ориентация ультразвукового пучка, ориентация первого блока (122) магнитного поля и ориентация второго блока (129) магнитного поля существуют относительно фиксированной системы координат; и

процессор (134) сигналов дополнительно выполнен с возможностью обрабатывать результаты из вычисленных ориентаций первого и второго блоков (121; 128) акселерометра, выявленные параметры от первого и второго блоков акселератора и изменяющееся расстояние, чтобы генерировать параметры корректировки для компенсации погрешностей измерения в принимаемых ультразвуковых эхо-сигналах, вызванных пространственным перемещением и ориентацией ультразвукового преобразователя (112), которые вызываются дыханием пациента.

9. Система детектирования дыхания по п. 8, причем, чтобы генерировать параметры корректировки, процессор сигналов дополнительно выполнен с возможностью:

раскладывать вектор, представляющий расстояние между первым блоком (122) магнитного поля и вторым блоком (129) магнитного поля в направлении ультразвукового пучка;

дифференцировать по времени разложенный вектор, представляющий расстояние, чтобы выдавать инкрементные значения движения;

складывать инкрементные значения движения с инкрементными значениями движения на эффекте Допплера, которые детектируются с помощью ультразвуковых эхо-сигналов от внутренней структуры в по меньшей мере том же интервале времени;

корректировать сложенные значения движения для мгновенного косинусного значения угла между ультразвуковым пучком и направлением движения внутренней структуры; и

суммировать скорректированные и сложенные значения движения, чтобы получать колебания положения внутренней структуры, описывающие скорректированные параметры дыхания.

10. Система детектирования дыхания по п. 1, причем первый контактный датчик (102) выполнен размещаемым на теле пациента, чтобы направлять ультразвуковой пучок к внутренней структуре внутри тела пациента и принимать эхо-сигналы от внутренней структуры,

первый контактный датчик (102) дополнительно содержит корпус (110) с полостью (111),

ультразвуковой преобразователь (112) расположен в полости (111), приемопередающая поверхность (113) ультразвукового преобразователя (112) находится под острым углом (Ω) относительно передней плоскости (114) корпуса в или рядом с выпускным отверстием полости (111) корпуса (110),

причем ультразвуковой преобразователь (112) неподвижно расположен в полости (111) корпуса (110) посредством гнездового элемента (120) с открытым концом из несонолюсцентного к ультразвуку материала, который предусматривает углубление, простирающееся от приемопередающей поверхности (113) по направлению к передней плоскости (114),

причем первое тело (117) из сонолюсцентного к ультразвуку материала расположено в гнездообразном элементе (120) на и перед приемопередающей поверхностью (113) ультразвукового преобразователя (112) по направлению к передней плоскости (114),

причем первый блок (121) акселерометра и первый блок (122) детектирования магнитного поля соединены с печатной платой (119) в полости (111) корпуса (110),

причем передняя поверхность первого контактного датчика (102) проявляет по меньшей мере одно из присущего липкого свойства, поверхности присоединения для клейкого элемента или двухсторонней липкой ленты, или поверхности зацепления для липкой основной части слоя, и

причем ультразвуковой преобразователь (112) выполнен с возможностью соединяться с секцией приемопередатчика процессора (134) сигналов.

11. Способ компенсации движения в ультразвуковом детектировании параметров дыхания человека, содержащий:

присоединение первого контактного датчика (102) к передней поверхности (103) тела человека, причем первый контактный датчик (102) имеет ультразвуковой преобразователь (112), первый блок (121) акселерометра и первый блок (122) магнитного поля;

присоединение второго контактного датчика (104) к спинной поверхности (105) тела человека, причем второй контактный датчик (104) имеет второй блок (122) акселерометра и второй блок (129) магнитного поля;

обеспечение процессора (134) сигналов, соединенного с ультразвуковым преобразователем (112), первым и вторым блоками (121; 128) акселерометра и первым и вторым блоками (122; 129) магнитного поля;

передачу от ультразвукового преобразователя (112) в первом контактном датчике (102) ультразвукового пучка во внутреннюю структуру (144) внутри тела человека;

прием на ультразвуковом преобразователе (112) в первом контактном датчике (102) ультразвуковых эхо-сигналов от внутренней структуры;

посредством второго блока (129) магнитного поля генерацию магнитного поля, передаваемого к и детектируемого посредством первого блока (122) магнитного поля;

вычисление с помощью процессора (134) сигналов ориентации первого блока (121) акселерометра относительно фиксированной системы координат с помощью выявленных параметров от первого блока (121) акселерометра и дополнительно вычисление выявленных параметров в качестве единичных векторов, представляющих ориентацию ультразвукового пучка и ориентацию первого блока (122) магнитного поля;

вычисление с помощью процессора (134) сигналов ориентации второго блока (128) акселерометра относительно фиксированной системы координат с помощью дополнительных выявленных параметров и вычисление дополнительных выявленных параметров, включающих в себя угол (α) наклона опоры для спины тела и единичные векторы, представляющие пространственное направление от второго блока (129) магнитного поля к первому блоку (122) магнитного поля, ориентацию второго блока (129) магнитного поля и ожидаемое направление движения внутренней структуры относительно продольной оси торса человека во время выдоха;

вычисление с помощью процессора (134) сигналов любого изменяющегося расстояния между первым и вторым блоками (122; 129) магнитного поля на основе детектирования магнитного поля; и

обработку с помощью процессора (134) сигналов результатов из вычисленных ориентаций первого и второго блоков (121; 128) акселерометра и дополнительных выявленных параметров от первого и второго блоков (121; 128) акселерометра и изменяющегося расстояния, измеренного посредством первого и второго блоков (122; 129) магнитного поля, чтобы сгенерировать параметры корректировки для компенсации погрешностей измерения в принимаемых ультразвуковых эхо-сигналах, вызванных движением ультразвукового преобразователя (112).

12. Способ по п. 11, причем генерация параметров корректировки содержит:

разложение вектора, представляющего расстояние между первым блоком (122) магнитного поля и вторым блоком (129) магнитного поля в направлении ультразвукового пучка;

дифференцирование по времени разложенного вектора, представляющего расстояние, чтобы выдавать инкрементные значения движения;

сложение инкрементных значений движения с инкрементными значениями движения на эффекте Допплера, которые детектируются с помощью ультразвуковых эхо-сигналов от внутренней структуры в по меньшей мере том же интервале времени;

корректировку сложенных значений движения для мгновенного косинусного значения угла между ультразвуковым пучком и направлением движения внутренней структуры; и

суммирование скорректированных и сложенных значений движения, чтобы получать колебания положения внутренней структуры, описывающие скорректированные параметры дыхания.

13. Способ по п. 11, причем процессор (134) сигналов выполнен с возможностью вычислять на основе входных сигналов от первого и второго блоков (121; 128) акселерометра и от первого блока (122) магнитного поля, взаимодействующего со вторым блоком (129) магнитного поля, перемещение и ориентацию ультразвукового преобразователя (112) в первом контактном датчике (102) относительно ожидаемого направления движения внутренней структуры (144) относительно продольной оси человека, причем перемещение и ориентация ультразвукового преобразователя (112) относятся к дыхательной деятельности.

14. Способ по п. 11, причем движение внутренней структуры является функцией перемещения грудной диафрагмы в теле человека.

15. Способ по п. 11 или 12, причем в компенсации используют постоянные изменения в любом из ориентации пучка, угла постели и движения брюшной поверхности.

16. Способ по п. 15, причем компенсация предполагает, что брюшная поверхность человека перемещается в направлении (v_mm), перпендикулярном поверхности, на которой человек лежит.

17. Способ по п. 11, дополнительно содержащий:

измерение наклона на основе направления силы тяжести с помощью первого и второго блоков (121; 128) акселерометра, причем первый и второй блоки (121; 128) акселерометра содержат блоки 3-осного акселерометра; и

измерение движения вверх и вниз первого контактного датчика (102) с использованием первого блока (122) магнитного поля с помощью магнитного поля, испускаемого вторым блоком (129) магнитного поля, причем измеренный наклон и измеренное движение вверх и вниз используют для компенсации погрешностей измерения.

18. Способ по п. 11 или 17, дополнительно содержащий измерение с использованием второго блока (128) акселерометра второго контактного датчика (104) угла (α) наклона поверхности постели, на которой человек лежит, в предположении, что внутренняя структура перемещается в том же направлении, что и поверхность постели.

19. Способ по п. 11 или 17, дополнительно содержащий вычисление угла между ультразвуковым пучком и направлением движения внутренней структуры для каждого приращения движения вместо предположения того, что угол имеет постоянное значение.

20. Способ по п. 19, причем внутренняя структура является одной из печени, селезенки или почки человека.

Images