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JP7453695B2 - System and method for motion compensation in ultrasound respiratory monitoring - Google Patents

System and method for motion compensation in ultrasound respiratory monitoring Download PDF

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Description

本開示は、呼吸の間の腹部領域の移動に起因する測定誤差を補正するステップを含む、患者の超音波呼吸監視における運動補償のための方法、デバイス、およびシステムに関する。 The present disclosure relates to methods, devices, and systems for motion compensation in ultrasound respiratory monitoring of a patient, including correcting measurement errors due to movement of the abdominal region during breathing.

呼吸の測定および監視は、患者における広範囲の病状の治療のために重要である。横隔膜は、主要な呼吸筋であり、その機能不全は、多くの呼吸器障害および症状の兆候であり得る。 Measuring and monitoring respiration is important for the treatment of a wide range of medical conditions in patients. The diaphragm is a major respiratory muscle, and its dysfunction can be a sign of many respiratory disorders and conditions.

呼吸を監視するために、種々の超音波トランスデューサデバイスプローブが、利用されてきた。例えば、超音波トランスデューサデバイスが、プローブの筐体内に位置し、シリコーンゴム材料または超音波の通過を可能にする別の材料等の超音波ソノルーセント材料によってその中に埋め込まれてもよい。超音波トランスデューサプローブは、その2つの粘着性層の間に補強ウェブを有する、両面粘着性テープを使用して、患者の身体の皮膚表面上に設置されてもよい。 Various ultrasound transducer device probes have been utilized to monitor respiration. For example, an ultrasound transducer device may be located within the housing of the probe and embedded therein by an ultrasound sonolucent material, such as a silicone rubber material or another material that allows the passage of ultrasound waves. The ultrasound transducer probe may be placed on the skin surface of the patient's body using double-sided adhesive tape, with a reinforcing web between its two adhesive layers.

そのようなプローブは、患者の呼吸性質を監視することに有用であり得るが、呼吸の間の患者の前表面上のプローブの移動によって引き起こされる、誤差信号の補正を考慮することが重要である。例えば、身体の腹部領域は、患者が呼吸するにつれて移動し、これは、プローブを移動させる。ある場合には、そのような誤差信号の大きさは、測定信頼性にとって有意であり得る。 Although such probes can be useful in monitoring patient respiratory properties, it is important to consider correction of the error signal caused by movement of the probe over the patient's anterior surface during breathing. . For example, the abdominal region of the body moves as the patient breathes, which causes the probe to move. In some cases, the magnitude of such error signals can be significant to measurement reliability.

本開示は、測定誤差が呼吸の間の患者の身体の腹部移動に起因する、超音波呼吸監視の間の測定誤差を補正するためのシステムおよび方法に関する。本発明の実施形態は、例えば、脾臓、肝臓、または腎臓を含む、身体内の種々の組織および構造の運動を検出する。しかし、本発明の実施形態の原理を例証する目的のために、以下の議論は、主に、肝臓の運動検出に焦点を当てる。例えば、人体の前側に取り付けられ、腹部壁とともに移動する、腹部プローブを用いて行われる測定を比較するとき、肝臓偏位は、機械的に固定されたプローブを用いて測定されたときの約30~40%未満であると考えられる。 The present disclosure relates to systems and methods for correcting measurement errors during ultrasound respiratory monitoring, where the measurement errors are due to abdominal movement of a patient's body during breathing. Embodiments of the invention detect movement of various tissues and structures within the body, including, for example, the spleen, liver, or kidneys. However, for the purpose of illustrating the principles of embodiments of the present invention, the following discussion will primarily focus on liver motion detection. For example, when comparing measurements made with an abdominal probe that is attached to the front of the body and moves with the abdominal wall, the liver deflection is approximately 30 It is thought that it is less than ~40%.

これらの測定誤差は、超音波ビームの方向に沿ったエコー距離変動に対抗する、プローブに課せられる呼吸運動によって引き起こされる。そのような誤差は、特に、医学的関心の呼吸問題がある患者に関して、患者の呼吸モードおよびパラメータの評価確実性に危険性を提示し得る。したがって、本開示の側面は、そのような極めて不要な誤差を効果的に補償し、呼吸監視においてより高い正確度を提供することに関する。 These measurement errors are caused by the respiratory motion imposed on the probe, which counteracts echo distance variations along the direction of the ultrasound beam. Such errors may present a risk to the reliability of the assessment of patient breathing modes and parameters, particularly for patients with breathing problems of medical concern. Accordingly, aspects of the present disclosure relate to effectively compensating for such highly unnecessary errors and providing higher accuracy in respiratory monitoring.

請求項1で定義されるような、ある実施形態では、呼吸検出システムは、第1のプローブと、第2のプローブとを含む。第1のプローブは、患者の身体の前側に設置されるように構成され、第2のプローブは、身体の背側に設置されるように構成される。第1のプローブは、超音波トランスデューサと、第1の加速度計ユニットと、第1の磁場ユニットとを含み、超音波トランスデューサ、第1の加速度計ユニット、および第1の磁場ユニットは、第1のプローブ内に静止して位置する。超音波トランスデューサは、第1のプローブ内に静止して位置し、第1のプローブの前面に対して鋭角で配向される送受信面を有する。超音波トランスデューサは、患者の身体の内側の内部構造の中への伝送のために送受信面において超音波ビームを生成するように構成される。第2のプローブは、第2の加速度計ユニットと、第2の磁場ユニットとを含み、第2の加速度計ユニットおよび第2の磁場ユニットは、第2のプローブ内に静止して位置する。超音波トランスデューサ、第1および第2の加速度計ユニット、および第1および第2の磁場ユニットは、信号プロセッサに結合される。第1および第2の加速度計ユニットおよび第1および第2の磁気ユニットの組み合わせは、患者の呼吸に応じて、超音波トランスデューサの空間位置移動および配向の関数である補正出力信号を生成するように構成される。このようにして取得される信号は、より正確な出力信号を提供するために、第1のセンサと人体の内側の移動する組織との間の距離の超音波測定を補正するために使用される。 In certain embodiments, as defined in claim 1, the respiratory detection system includes a first probe and a second probe. The first probe is configured to be placed on the front side of the patient's body, and the second probe is configured to be placed on the dorsal side of the patient's body. The first probe includes an ultrasound transducer, a first accelerometer unit, and a first magnetic field unit, wherein the ultrasound transducer, the first accelerometer unit, and the first magnetic field unit are connected to the first Position stationary within the probe. The ultrasound transducer is stationary within the first probe and has a transmitting and receiving surface oriented at an acute angle to the front surface of the first probe. The ultrasound transducer is configured to generate an ultrasound beam at a transmitting and receiving surface for transmission into internal structures inside a patient's body. The second probe includes a second accelerometer unit and a second magnetic field unit, the second accelerometer unit and the second magnetic field unit being stationary within the second probe. The ultrasound transducer, first and second accelerometer units, and first and second magnetic field units are coupled to the signal processor. The combination of the first and second accelerometer units and the first and second magnetic units are configured to generate a corrected output signal that is a function of the spatial position movement and orientation of the ultrasound transducer in response to patient breathing. configured. The signal thus obtained is used to correct the ultrasound measurement of the distance between the first sensor and the moving tissue inside the human body, in order to provide a more accurate output signal. .

請求項26で定義されるような、呼吸検出システムの別の実施形態では、呼吸検出システムは、第1のプローブ内に静止して位置し、第1のプローブの前面に対して鋭角で配向される送受信面を有する、超音波トランスデューサであって、超音波トランスデューサは、患者の身体の内側の内部構造の中への伝送のために送受信面において超音波ビームを生成するように構成される、超音波トランスデューサと、第1の加速度計ユニットと、第1の磁場ユニットであって、超音波トランスデューサ、第1の加速度計ユニット、および第1の磁場ユニットは、第1のプローブ内に静止して位置する、第1の磁場ユニットとを備える、第1のプローブと、第2の加速度計ユニットと、第2の磁場ユニットであって、第2の加速度計ユニットおよび第2の磁場ユニットは、第2のプローブ内に静止して位置する、第2の磁場ユニットとを備える、第2のプローブとを備え、超音波トランスデューサ、第1および第2の加速度計ユニット、および第1および第2の磁場ユニットは、信号プロセッサに結合され、第1のプローブは、患者の身体の前側に設置されるように構成され、第2のプローブは、患者の身体の背側に設置されるように構成され、信号プロセッサは、第1および第2の加速度計ユニットから、および第2の磁場ユニットと相互作用する第1の磁場ユニットからの入力に基づいて、患者の身体の内側の内部構造の予期される運動方向に関して患者の腹壁の移動および配向を計算するように構成され、腹壁の移動および配向は、患者の呼吸筋と関連付けられる呼吸パラメータに関連する。 In another embodiment of the breath detection system, as defined in claim 26, the breath detection system is located stationary within the first probe and oriented at an acute angle with respect to the front surface of the first probe. an ultrasound transducer having a transmitting and receiving surface configured to generate an ultrasound beam at the transmitting and receiving surface for transmission into an internal structure inside a patient's body; an acoustic transducer, a first accelerometer unit, and a first magnetic field unit, the ultrasonic transducer, the first accelerometer unit, and the first magnetic field unit being stationary within the first probe; a first probe, a second accelerometer unit, and a second magnetic field unit, the second accelerometer unit and the second magnetic field unit comprising a second magnetic field unit; a second magnetic field unit stationary within the probe, the second probe comprising an ultrasound transducer, first and second accelerometer units, and first and second magnetic field units; is coupled to the signal processor, the first probe is configured to be placed on the front side of the patient's body, and the second probe is configured to be placed on the dorsal side of the patient's body; The processor determines an expected direction of motion of internal structures inside the patient's body based on inputs from the first and second accelerometer units and from the first magnetic field unit interacting with the second magnetic field unit. the patient's abdominal wall relative to a respiratory parameter associated with the patient's respiratory muscles.

請求項38で定義されるような、別の実施形態では、患者の呼吸パラメータの超音波ベースの検出における運動補償のための方法が、開示される。本方法は、第1のプローブをヒトの前身体表面に取り付けるステップであって、第1のプローブは、超音波トランスデューサと、第1の加速度計ユニットと、第1の磁場ユニットとを有する、ステップと、第2のプローブをヒトの背側身体表面に取り付けるステップであって、第2のプローブは、第2の加速度計ユニットと、第2の磁場ユニットとを有する、ステップと、超音波トランスデューサ、第1および第2の加速度計ユニット、および第1および第2の磁場ユニットに結合される、信号プロセッサを提供するステップとを含む。本方法はさらに、第1のプローブ内の超音波トランスデューサから、超音波ビームを患者の身体の内側の内部構造の中に伝送するステップと、第1のプローブ内の超音波トランスデューサにおいて、内部構造から超音波エコー信号を受信するステップと、第2の磁場ユニットによって、第1の磁場ユニットに伝送され、それによって検出される磁場を発生させるステップと、信号プロセッサを使用して、第1の加速度計ユニットからの導出パラメータを使用する、固定された座標枠に対する第1の加速度計ユニットの配向を計算し、超音波ビームの配向および第1の磁場ユニットの配向を表す、単位ベクトルとしての導出パラメータをさらに計算するステップとを含む。加えて、本方法は、信号プロセッサを使用して、さらなる導出パラメータを使用する、固定された座標枠に対する第2の加速度計ユニットの配向を計算し、身体背部支持傾転角(tilt angle)(α)および第2の磁場ユニットから第1の磁場ユニットまでの空間方向を表す単位ベクトルを含む、さらなる導出パラメータ、第2の磁場ユニットの配向、および呼気の間の内部構造の予期される運動方向を計算するステップと、信号プロセッサを使用して、磁場の検出に基づく、第1の磁場ユニットと第2の磁場ユニットの間の任意の変動距離を計算するステップと、信号プロセッサを使用して、第1および第2の加速度計ユニットの計算された配向、第1および第2の加速度計ユニットからの導出パラメータ、および変動距離からの結果を処理し、補正パラメータを発生させ、超音波トランスデューサの運動によって引き起こされる、受信された超音波エコー信号の測定誤差を補償するステップとを含む。 In another embodiment, as defined in claim 38, a method for motion compensation in ultrasound-based detection of respiratory parameters of a patient is disclosed. The method includes the steps of attaching a first probe to an anterior body surface of a human, the first probe having an ultrasound transducer, a first accelerometer unit, and a first magnetic field unit. attaching a second probe to a dorsal body surface of the human, the second probe having a second accelerometer unit and a second magnetic field unit; an ultrasound transducer; providing a signal processor coupled to the first and second accelerometer units and the first and second magnetic field units. The method further includes transmitting an ultrasound beam from an ultrasound transducer in the first probe into an internal structure inside a patient's body; receiving an ultrasonic echo signal; generating a magnetic field transmitted by the second magnetic field unit to and detected by the first magnetic field unit; and using the signal processor, the first accelerometer. Calculate the orientation of the first accelerometer unit with respect to a fixed coordinate frame using derived parameters from the unit, and derive the derived parameters as a unit vector representing the orientation of the ultrasound beam and the orientation of the first magnetic field unit. and further calculating. In addition, the method uses a signal processor to calculate the orientation of the second accelerometer unit with respect to a fixed coordinate frame using further derived parameters, such as a body back support tilt angle ( α) and further derived parameters, including a unit vector representing the spatial direction from the second magnetic field unit to the first magnetic field unit, the orientation of the second magnetic field unit, and the expected direction of movement of the internal structures during exhalation. calculating, using a signal processor, an arbitrary varying distance between the first magnetic field unit and the second magnetic field unit based on the detection of the magnetic field; Processing the results from the calculated orientations of the first and second accelerometer units, the derived parameters from the first and second accelerometer units, and the variable distance to generate correction parameters and movement of the ultrasound transducer. and compensating for measurement errors in the received ultrasound echo signals caused by.

さらなる特徴および利点、および種々の実施形態の構造および動作が、付随する図面を参照して、下記に詳細に説明される。本明細書に説明される具体的実施形態は、限定的であることを意図していないことに留意されたい。そのような実施形態は、例証目的のみのために、本明細書に提示される。付加的実施形態が、本明細書に含有される教示に基づいて、当業者に明白となるであろう。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
(項目1)
呼吸検出システムであって、
第1のプローブ(102)であって、
超音波トランスデューサ(112)であって、上記超音波トランスデューサ(112)は、上記第1のプローブ内に静止して位置し、上記第1のプローブ(102)の前面(114)に対して鋭角(Ω)で配向される送受信面(113)を有し、上記超音波トランスデューサ(112)は、患者の身体の内側の内部構造の中への伝送のために上記送受信面(113)において超音波ビーム(143)を生成するように構成される、超音波トランスデューサ(112)と、
第1の加速度計ユニット(121)と、
第1の磁場ユニット(122)であって、上記超音波トランスデューサ(112)、上記第1の加速度計ユニット(121)、および上記第1の磁場ユニット(122)は、上記第1のプローブ(102)内に静止して位置する、第1の磁場ユニット(122)と
を備える、第1のプローブ(102)と、
第2のプローブ(104)であって、
第2の加速度計ユニット(128)と、
第2の磁場ユニット(129)であって、上記第2の加速度計ユニット(128)および上記第2の磁場ユニット(129)は、上記第2のプローブ(104)内に静止して位置する、第2の磁場ユニット(129)と
を備える、第2のプローブ(104)と
を備え、
上記超音波トランスデューサ(112)、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)、および上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)は、信号プロセッサ(134)に結合され、
上記第1のプローブ(102)は、上記患者の身体(101)の前側(103)に設置されるように構成され、
上記第2のプローブ(104)は、上記身体(101)の背側(105)に設置されるように構成され、
上記第1の加速度計ユニット(121)からの信号は、上記超音波トランスデューサ(112)および上記第1の磁場ユニット(122)をその内部に有する上記第1のプローブ(102)の第1の空間配向を示し、
上記第2の加速度計ユニット(128)からの信号は、上記第2の磁場ユニット(129)をその内部に有する上記第2のプローブ(104)の第2の空間配向を示し、
上記第1および第2の空間配向は、固定された座標枠に対するものであり、
上記第2の磁場ユニット(129)と相互作用する上記第1の磁場ユニット(122)からの信号、および、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)からの信号によって提供される上記磁場ユニット(122;129)の配向は、上記第1のプローブ(102)と上記第2のプローブ(104)との間の可変空間距離を計算するための上記信号プロセッサ(134)に対する入力であり、これにより、上記患者の呼吸によって誘発された上記超音波トランスデューサ(112)の空間移動および配向を計算する、
呼吸検出システム。
(項目2)
上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)はそれぞれ、少なくとも2つの加速度計を備える、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目3)
上記第1の加速度計ユニット(121)は、3軸加速度計デバイスを含む、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目4)
上記空間移動および上記配向は、ヒーブ、ロール、ピッチ、およびヨー型移動のうちの少なくとも1つに関連する、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目5)
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記第1のプローブ(102)の前面(114)に向かって延在する超音波非ソノルーセント材料を含む第1の材料の本体(115)を用いて、上記第1のプローブ(102)内に位置し、
上記第1の材料の本体(115)は、上記送受信面(113)から上記前面(114)に向かって延在する陥凹(116)を囲繞し、
超音波ソノルーセント材料を含む第2の材料の第1の本体部分(117)は、上記前面(114)に向かって上記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)およびその前の上記陥凹内に位置し、
上記第2の材料の第2の本体部分(117)は、上記第1の材料の本体の前表面上に適用され、それと一体的に係合させられ、上記第1および第2の本体部分は、一体的である、
項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目6)
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記陥凹(116)内に位置付けられるソケット様部材(120)内に係合され、上記ソケット様部材(120)は、超音波非ソノルーセント材料から形成される、項目5に記載の呼吸検出システム。
(項目7)
上記第2の材料の本体(117)の前表面は、固有の粘着性質、接着部材(124)または両面接着テープのための取付面(117’)、または第3の材料の本体の粘着性層のための係合面を備える、項目5に記載の呼吸検出システム。
(項目8)
上記接着部材(124)または上記両面接着テープは、少なくとも、上記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)の前の超音波ビーム経路によって画定される領域内で超音波ソノルーセントである、項目7に記載の呼吸検出システム。
(項目9)
上記第3の材料の本体の粘着性層は、超音波ソノルーセントである、項目7に記載の呼吸検出システム。
(項目10)
上記第1の加速度計ユニット(121)および上記第1の磁場ユニット(122)は、上記第1の材料の使用によって上記第1のプローブ(102)内に静止して位置する、項目7に記載の呼吸検出システム。
(項目11)
上記第2の加速度計ユニット(128)および上記第2の磁場ユニット(129)は、第4の材料の本体を用いて上記第2のプローブ(104)内に静止して位置する、項目7に記載の呼吸検出システム。
(項目12)
上記第4の材料の本体(132)の前表面(132’)は、粘着性質、接着部材または両面粘着性テープのための取付面、または第5の材料の本体の粘着性層のための係合面を備える、項目11に記載の呼吸検出システム。
(項目13)
上記第1、第2、第3、第4、および第5の材料のうちの少なくとも1つは、シリコーンタイプである、項目12に記載の呼吸検出システム。
(項目14)
上記第1の磁場ユニット(122)および上記第2の磁場ユニット(129)のうちの第1のものは、磁場センサデバイスを備え、上記第1の磁場ユニット(122)および上記第2の磁場ユニット(129)のうちの他方のものは、上記磁場センサデバイスによって検出されるべき磁場を発生させるように構成される電磁石デバイスを備え、上記磁場は、上記第1および第2のプローブ(102;104)の間の距離に関連する、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目15)
上記信号プロセッサ(134)は、上記発生された磁場の強度、周波数、および持続時間を制御する、項目14に記載の呼吸検出システム。
(項目16)
上記第1のプローブ(102)は、上記患者の身体が仰臥位であるときに、上記患者の身体の背側(105)に位置付けられる上記第2のプローブ(104)の垂直に上方の位置で上記患者の身体の前側(103)に設置されるように構成される、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目17)
上記第1のプローブ(102)は、上記患者の身体の背側(105)の第2のプローブ(104)と整合される位置で上記患者の身体の前側(103)に設置されるように構成される、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目18)
上記第2の加速度計ユニット(128)は、上記患者の身体の背側(105)を支持する表面の傾転角の測定を提供する、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目19)
上記磁場センサデバイスは、磁気ピックアップコイルである、項目14に記載の呼吸検出システム。
(項目20)
上記患者の身体の背面皮膚面積に接触するように構成される上記第2のプローブ(134)の表面(132’;133)は、生体適合性材料を含み、上記第2のプローブ(104)の表面の皮膚接触面積は、5~100cm の範囲内である、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目21)
上記信号プロセッサ(134)は、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)から、および上記第2の磁場ユニット(129)と相互作用する上記第1の磁場ユニット(122)からの入力に基づいて、上記患者の縦軸に対する上記患者の身体の内側の上記内部構造(144)の予期される運動方向に関して上記第1のプローブ(102)内の上記超音波トランスデューサ(112)の移動および配向を計算するように構成され、上記超音波トランスデューサ(112)の移動および配向は、上記患者の呼吸筋と関連付けられる呼吸パラメータに関連する、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目22)
上記内部構造は、上記患者の肝臓(144)、脾臓、または腎臓のうちの1つである、項目21に記載の呼吸検出システム。
(項目23)
上記内部構造(144)の予期される運動方向は、上記患者の身体内の横隔膜移動(145)の関数である、項目21に記載の呼吸検出システム。
(項目24)
上記第1のプローブ(102)内の上記超音波トランスデューサ(112)は、上記内部構造から超音波エコー信号を受信するように構成され、
上記第2の磁場ユニット(129)は、上記第1の磁場ユニット(121)に伝送され、それによって検出される磁場を発生させるように構成され、
上記信号プロセッサ(134)は、
上記第1の加速度計ユニット(121)からの導出パラメータを使用する上記固定された座標枠に対する上記第1の加速度計ユニット(121)の配向と、
上記超音波ビームの配向および上記第1の磁場ユニット(122)の配向を表す単位ベクトルとしての上記導出パラメータと、
上記第2の加速度計ユニット(128)からのさらなる導出パラメータを使用する上記固定された座標枠に対する上記第2の加速度計ユニット(128)の配向と、
身体背部(105)支持傾転角(α)および上記第2の磁場ユニットから上記第1の磁場ユニット(122)までの空間方向を表す単位ベクトルを含む上記さらなる導出パラメータと、
上記第2の磁場ユニット(129)の配向と、
上記患者の呼気の間の上記患者の胴体の縦軸に対する上記内部構造(144)の予期される運動方向と、
上記磁場の検出に基づく、上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)の間の任意の変動距離と
を計算するように構成され、
上記超音波ビームの上記配向、上記第1の磁場ユニット(122)の上記配向、および上記第2の磁場ユニット(129)の上記配向は、上記固定された座標枠に対するものであり、
上記信号プロセッサ(134)はさらに、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)の計算された配向、上記第1および第2の加速度計ユニットからの導出パラメータ、および上記変動距離からの結果を処理し、補正パラメータを発生させ、上記患者の呼吸によって誘発された上記超音波トランスデューサ(112)の空間移動および配向によって引き起こされる受信された超音波エコー信号の測定誤差を補償するように構成される、
項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目25)
上記補正パラメータを発生させるために、上記信号プロセッサはさらに、
上記超音波ビームの方向に沿った上記第1の磁場ユニット(122)と上記第2の磁場ユニット(129)との間の距離を表すベクトルを分解することと、
上記距離を表す上記分解されたベクトルを時間的に微分し、増分運動値を生じさせることと、
上記増分運動値を、少なくとも同一の時間間隔内の上記内部構造からの超音波エコー信号の使用によって検出されるような増分ドップラ効果運動値に加算することと、
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度の瞬時余弦値に関して上記加算された運動値を補正することと、
上記補正および加算された運動値を合計し、補正された呼吸パラメータを記述する内部構造位置変動を取得することと
を行うように構成される、項目24に記載の呼吸検出システム。
(項目26)
上記第1のプローブ(102)は、上記患者の身体上に設置され、上記患者の身体の内側の内部構造に向かって超音波ビームを指向し、上記内部構造から超音波エコー信号を受信するように構成され、
上記第1のプローブ(102)はさらに、空洞(111)を伴う筐体(110)を備え、
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記空洞(111)内に位置し、上記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)は、上記筐体(110)の空洞(111)の空洞口において、またはそれに隣接して上記筐体の前面(114)に対して鋭角(Ω)にあり、
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記筐体(110)の空洞(111)内に固定して位置し、
超音波非ソノルーセント材料の開放端ソケット様部材(120)は、上記送受信面(113)から上記前面(114)に向かって延在する陥凹を画定し、
超音波ソノルーセント材料の第1の本体部分(117)は、上記前面(114)に向かって上記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)およびその前の上記陥凹内に位置し、
上記第1の加速度計ユニット(121)および上記第1の磁場検出ユニット(122)は、上記筐体(110)の空洞(111)内でプリント回路基板(119)に接続され、
上記第1のプローブ(102)の前表面は、固有の粘着性質、接着部材または両面粘着性テープのための取付面、または粘着性本体層のための係合面のうちの少なくとも1つを呈し、
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記信号プロセッサ(134)の送受信機セクションに接続するように構成される、
項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目27)
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記開放端ソケット様部材(120)の底部領域に搭載され、その材料は、音響減衰性質を呈する、項目26に記載の呼吸検出システム。
(項目28)
上記超音波トランスデューサ(112)および上記開放端ソケット様部材(120)は、上記プリント回路基板(119)から延在する、項目26に記載の呼吸検出システム。
(項目29)
上記第1のプローブ(102)の本体の前表面(114)は、接着表面性質を有し、保護カバー(123)を具備し、上記保護カバーは、上記患者の身体の皮膚上の上記第1のプローブ(102)の適用に先立って除去可能である、項目26に記載の呼吸検出システム。
(項目30)
上記接着部材または上記両面接着テープは、上記前表面に取り付けられ、上記接着部材または両面接着テープは、少なくとも、上記超音波トランスデューサの送受信面の前の超音波ビーム経路によって画定される領域内でソノルーセントである、項目26に記載の呼吸検出システム。
(項目31)
上記超音波ソノルーセント材料の第1の本体部分の材料タイプは、シリコーンタイプの材料である、項目26に記載の呼吸検出システム。
(項目32)
上記鋭角(Ω)は、0~60度の範囲内である、項目26に記載の呼吸検出システム。
(項目33)
ヒトの呼吸パラメータの超音波ベースの検出における運動補償のための方法であって、上記方法は、
第1のプローブ(102)を上記ヒトの前身体表面(103)に取り付けることであって、上記第1のプローブ(102)は、超音波トランスデューサ(112)と、第1の加速度計ユニット(121)と、第1の磁場ユニット(122)とを有する、ことと、
第2のプローブ(104)を上記ヒトの背側身体表面(105)に取り付けることであって、上記第2のプローブ(104)は、第2の加速度計ユニット(122)と、第2の磁場ユニット(129)とを有する、ことと、
上記超音波トランスデューサ(112)、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)、および上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)に結合される信号プロセッサ(134)を提供することと、
上記第1のプローブ(102)内の上記超音波トランスデューサ(112)から、超音波ビームを上記ヒトの身体の内側の内部構造(144)の中に伝送することと、
上記第1のプローブ(102)内の上記超音波トランスデューサ(112)において、上記内部構造から超音波エコー信号を受信することと、
上記第2の磁場ユニット(129)によって、上記第1の磁場ユニット(122)に伝送され、それによって検出される磁場を発生させることと、
上記信号プロセッサ(134)を使用して、上記第1の加速度計ユニット(121)からの導出パラメータを使用する固定された座標枠に対する上記第1の加速度計ユニット(121)の配向を計算し、上記超音波ビームの配向および上記第1の磁場ユニット(122)の配向を表す、単位ベクトルとしての上記導出パラメータをさらに計算することと、
上記信号プロセッサ(134)を使用して、さらなる導出パラメータを使用する固定された座標枠に対する上記第2の加速度計ユニット(128)の配向を計算し、身体背部支持傾転角(α)および上記第2の磁場ユニット(129)から上記第1の磁場ユニット(122)までの空間方向を表す単位ベクトルを含む上記さらなる導出パラメータ、上記第2の磁場ユニット(129)の配向、および呼気の間の上記ヒトの胴体の縦軸に対する上記内部構造の予期される運動方向を計算することと、
上記信号プロセッサ(134)を使用して、上記磁場の検出に基づく上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)の間の任意の変動距離を計算することと、
上記信号プロセッサ(134)を使用して、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)の計算された配向、および上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)からのさらなる導出パラメータ、および上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)によって測定される上記変動距離からの結果を処理し、補正パラメータを発生させ、上記超音波トランスデューサ(112)の運動によって引き起こされる、受信された超音波エコー信号の測定誤差を補償することと
を含む、方法。
(項目34)
補正パラメータを発生させることは、
上記超音波ビームの方向に沿った上記第1の磁場ユニット(122)と上記第2の磁場ユニット(129)との間の距離を表すベクトルを分解することと、
上記距離を表す上記分解されたベクトルを時間的に微分し、増分運動値を生じさせることと、
上記増分運動値を、少なくとも同一の時間間隔内の上記内部構造からの超音波エコー信号の使用によって検出されるような増分ドップラ効果運動値に加算することと、
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度の瞬時余弦値に関して上記加算された運動値を補正することと、
上記補正および加算された運動値を合計し、補正された呼吸パラメータを記述する内部構造位置変動を取得することと
を含む、項目33に記載の方法。
(項目35)
上記内部構造は、上記ヒトの肝臓、脾臓、または腎臓のうちの1つである、項目33に記載の方法。
(項目36)
上記信号プロセッサ(134)は、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)から、および上記第2の磁場ユニット(129)と相互作用する上記第1の磁場ユニット(122)からの入力に基づいて、上記ヒトの上記縦軸に対する上記内部構造(144)の予期される運動方向に関して上記第1のプローブ(102)内の上記超音波トランスデューサ(112)の移動および配向を計算するように構成され、上記超音波トランスデューサ(112)の移動および配向は、呼吸活動に関連する、項目33に記載の方法。
(項目37)
上記内部構造の運動は、上記ヒトの身体内の横隔膜移動の関数である、項目33に記載の方法。
(項目38)
ビーム配向、ベッド角度、および腹部表面運動の持続的変動は、上記補償で利用される、項目33に記載の方法。
(項目39)
ビーム配向、ベッド角度、および腹部表面運動の持続的変動は、上記補償で利用される、項目34に記載の方法。
(項目40)
上記補償は、上記ヒトの腹部表面が、上記ヒトが横になる表面と垂直な方向(v mm )に移動すると仮定する、項目38に記載の方法。
(項目41)
上記補償は、上記ヒトの腹部表面が、上記ヒトが横になる表面と垂直な方向(v mm )に移動すると仮定する、項目39に記載の方法。
(項目42)
上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)を使用して、重力の方向に基づいて傾転を測定することであって、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)は、3軸加速度計ユニットを備える、ことと、
上記第2の磁場ユニット(129)によって放出される磁場の支援を受けて、上記第1の磁場ユニット(122)を使用して、上記第1のプローブ(102)の上下運動を測定することであって、上記測定された傾転および測定された上下運動は、上記測定誤差を補償するために使用される、ことと
をさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目43)
上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)は、3軸加速度計ユニットを備える、項目40に記載の方法。
(項目44)
上記内部構造がベッド表面と同一の方向に沿って移動すると仮定して、上記第2のプローブ(104)の第2の加速度計ユニット(128)を使用して、上記ヒトが横になる上記ベッド表面の傾転角(α)を測定することをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目45)
上記内部構造がベッド表面と同一の方向に沿って移動すると仮定して、上記第2のプローブ(104)の第2の加速度計ユニット(128)を使用して、上記ヒトが横になる上記ベッド表面の傾転角(α)を測定することをさらに含む、項目42に記載の方法。
(項目46)
上記内部構造がベッド表面と同一の方向に沿って移動すると仮定して、上記第2のプローブ(104)の第2の加速度計ユニット(128)を使用して、上記ヒトが横になる上記ベッド表面の傾転角(α)を測定することをさらに含む、項目43に記載の方法。
(項目47)
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度が定常値を有すると仮定する代わりに、運動増分毎に上記角度を算出することをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目48)
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度が定常値を有すると仮定する代わりに、運動増分毎に上記角度を算出することをさらに含む、項目34に記載の方法。
(項目49)
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度が定常値を有すると仮定する代わりに、運動増分毎に上記角度を算出することをさらに含む、項目42に記載の方法。
(項目50)
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度が定常値を有すると仮定する代わりに、運動増分毎に上記角度を算出することをさらに含む、項目43に記載の方法。
(項目51)
上記内部構造は、上記ヒトの肝臓、脾臓、または腎臓のうちの1つである、項目47に記載の方法。
(項目52)
上記内部構造は、上記ヒトの肝臓、脾臓、または腎臓のうちの1つである、項目48に記載の方法。
Further features and advantages, as well as the structure and operation of various embodiments, are described in detail below with reference to the accompanying drawings. Note that the specific embodiments described herein are not intended to be limiting. Such embodiments are presented herein for illustrative purposes only. Additional embodiments will be apparent to those skilled in the art based on the teachings contained herein.
The present invention provides, for example, the following items.
(Item 1)
A respiration detection system, comprising:
A first probe (102),
an ultrasound transducer (112), the ultrasound transducer (112) being stationary within the first probe and at an acute angle (114) with respect to the front surface (114) of the first probe (102); Ω), said ultrasound transducer (112) transmitting an ultrasound beam at said transmitting and receiving surface (113) for transmission into internal structures inside a patient's body. an ultrasonic transducer (112) configured to generate (143);
a first accelerometer unit (121);
A first magnetic field unit (122), the ultrasonic transducer (112), the first accelerometer unit (121), and the first magnetic field unit (122) are connected to the first probe (102). ) a first magnetic field unit (122) stationary within the
a first probe (102) comprising;
a second probe (104),
a second accelerometer unit (128);
a second magnetic field unit (129), the second accelerometer unit (128) and the second magnetic field unit (129) being stationary within the second probe (104); A second magnetic field unit (129) and
a second probe (104) comprising:
Equipped with
the ultrasound transducer (112), the first and second accelerometer units (121; 128), and the first and second magnetic field units (122; 129) are coupled to a signal processor (134);
The first probe (102) is configured to be installed on the front side (103) of the patient's body (101),
The second probe (104) is configured to be installed on the dorsal side (105) of the body (101),
A signal from said first accelerometer unit (121) is transmitted to a first space of said first probe (102) having said ultrasound transducer (112) and said first magnetic field unit (122) therein. indicates the orientation,
a signal from said second accelerometer unit (128) is indicative of a second spatial orientation of said second probe (104) having said second magnetic field unit (129) therein;
the first and second spatial orientations are with respect to a fixed coordinate frame;
provided by a signal from said first magnetic field unit (122) interacting with said second magnetic field unit (129) and a signal from said first and second accelerometer unit (121; 128); The orientation of said magnetic field unit (122; 129) is an input to said signal processor (134) for calculating a variable spatial distance between said first probe (102) and said second probe (104). , thereby calculating the spatial movement and orientation of the ultrasound transducer (112) induced by the patient's breathing;
Breathing detection system.
(Item 2)
Respiration detection system according to item 1, wherein said first and second accelerometer units (121; 128) each comprise at least two accelerometers.
(Item 3)
A respiration detection system according to item 1, wherein said first accelerometer unit (121) comprises a three-axis accelerometer device.
(Item 4)
2. The respiratory detection system of item 1, wherein the spatial movement and the orientation are related to at least one of heave, roll, pitch, and yaw movement.
(Item 5)
Said ultrasonic transducer (112) uses said first body of material (115) comprising an ultrasonic non-sonolucent material extending towards the front surface (114) of said first probe (102) to located within the first probe (102);
said body (115) of first material surrounds a recess (116) extending from said transmitting and receiving surface (113) towards said front surface (114);
A first body portion (117) of a second material comprising an ultrasound sonolucent material extends towards the front surface (114) of the transmitting/receiving surface (113) of the ultrasound transducer (112) and of the recess in front thereof. located within
A second body portion (117) of said second material is applied onto and integrally engaged with the front surface of said body of first material, said first and second body portions , is integral,
Breath detection system according to item 1.
(Item 6)
The ultrasound transducer (112) is engaged within a socket-like member (120) positioned within the recess (116), the socket-like member (120) being formed from an ultrasound non-sonolucent material. , the respiration detection system according to item 5.
(Item 7)
The front surface of the body (117) of said second material has inherent adhesive properties, an attachment surface (117') for an adhesive member (124) or double-sided adhesive tape, or an adhesive layer of the body (117) of a third material. 6. The respiratory detection system of item 5, comprising an engagement surface for.
(Item 8)
Item wherein said adhesive member (124) or said double-sided adhesive tape is ultrasonic sonolucent at least within a region defined by an ultrasound beam path in front of a transmitting and receiving surface (113) of said ultrasound transducer (112). 7. The respiratory detection system according to 7.
(Item 9)
8. The respiratory detection system of item 7, wherein the adhesive layer of the third material body is ultrasonic sonorucent.
(Item 10)
According to item 7, said first accelerometer unit (121) and said first magnetic field unit (122) are located stationary within said first probe (102) by use of said first material. breathing detection system.
(Item 11)
Said second accelerometer unit (128) and said second magnetic field unit (129) are located stationary within said second probe (104) using a body of fourth material, item 7 The respiration detection system described.
(Item 12)
The front surface (132') of said body (132) of said fourth material has an adhesive property, an attachment surface for an adhesive member or double-sided adhesive tape, or an attachment surface for an adhesive layer of said body of fifth material. The respiration detection system according to item 11, comprising a mating surface.
(Item 13)
13. The respiratory detection system of item 12, wherein at least one of the first, second, third, fourth, and fifth materials is of silicone type.
(Item 14)
A first of the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) includes a magnetic field sensor device, and the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit The other of (129) comprises an electromagnetic device configured to generate a magnetic field to be detected by said magnetic field sensor device, said magnetic field being connected to said first and second probes (102; 104). ).) The respiration detection system according to item 1.
(Item 15)
15. The respiratory detection system of item 14, wherein the signal processor (134) controls the strength, frequency, and duration of the generated magnetic field.
(Item 16)
The first probe (102) is positioned vertically above the second probe (104), which is positioned on the dorsal side (105) of the patient's body when the patient's body is in a supine position. The respiratory detection system according to item 1, configured to be placed on the front side (103) of the patient's body.
(Item 17)
The first probe (102) is configured to be placed on the front side (103) of the patient's body in a position aligned with the second probe (104) on the dorsal side (105) of the patient's body. The respiration detection system according to item 1.
(Item 18)
A respiratory detection system according to item 1, wherein the second accelerometer unit (128) provides a measurement of the tilt angle of a surface supporting the dorsal side (105) of the patient's body.
(Item 19)
15. The respiration detection system of item 14, wherein the magnetic field sensor device is a magnetic pickup coil.
(Item 20)
The surface (132'; 133) of the second probe (134) configured to contact the dorsal skin area of the patient's body comprises a biocompatible material; The respiration detection system according to item 1 , wherein the skin contact area of the surface is within the range of 5 to 100 cm 2 .
(Item 21)
Said signal processor (134) receives signals from said first and second accelerometer units (121; 128) and from said first magnetic field unit (122) interacting with said second magnetic field unit (129). movement of the ultrasound transducer (112) within the first probe (102) with respect to the expected direction of movement of the internal structure (144) inside the patient's body relative to the patient's longitudinal axis based on input; 2. The respiratory sensing system of item 1, wherein the movement and orientation of the ultrasound transducer (112) are related to respiratory parameters associated with respiratory muscles of the patient.
(Item 22)
22. The respiratory detection system of item 21, wherein the internal structure is one of the patient's liver (144), spleen, or kidney.
(Item 23)
22. A respiratory detection system according to item 21, wherein the expected direction of movement of the internal structure (144) is a function of diaphragm movement (145) within the patient's body.
(Item 24)
the ultrasound transducer (112) in the first probe (102) is configured to receive ultrasound echo signals from the internal structure;
said second magnetic field unit (129) is configured to generate a magnetic field that is transmitted to and detected by said first magnetic field unit (121);
The signal processor (134) includes:
an orientation of the first accelerometer unit (121) with respect to the fixed coordinate frame using derived parameters from the first accelerometer unit (121);
the derived parameter as a unit vector representing the orientation of the ultrasound beam and the orientation of the first magnetic field unit (122);
orienting the second accelerometer unit (128) relative to the fixed coordinate frame using further derived parameters from the second accelerometer unit (128);
said further derived parameters comprising a unit vector representing the body back (105) support tilt angle (α) and the spatial direction from said second magnetic field unit to said first magnetic field unit (122);
Orientation of the second magnetic field unit (129);
the expected direction of movement of the internal structure (144) relative to the longitudinal axis of the patient's torso during exhalation of the patient;
Any variable distance between the first and second magnetic field units (122; 129) based on the detection of the magnetic field;
is configured to calculate
the orientation of the ultrasound beam, the orientation of the first magnetic field unit (122) and the orientation of the second magnetic field unit (129) are with respect to the fixed coordinate frame;
Said signal processor (134) further comprises: from the calculated orientations of said first and second accelerometer units (121; 128), derived parameters from said first and second accelerometer units, and said variation distance. and generate correction parameters to compensate for measurement errors in the received ultrasound echo signals caused by spatial movement and orientation of the ultrasound transducer (112) induced by the patient's breathing. composed of,
Breath detection system according to item 1.
(Item 25)
In order to generate the correction parameters, the signal processor further:
resolving a vector representing the distance between the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) along the direction of the ultrasound beam;
differentiating the resolved vector representing the distance in time to yield an incremental motion value;
adding said incremental motion value to an incremental Doppler effect motion value as detected by use of ultrasound echo signals from said internal structure within at least the same time interval;
correcting the summed motion value with respect to an instantaneous cosine value of the angle between the ultrasound beam and the direction of motion of the internal structure;
summing the above corrected and summed motion values to obtain internal structure position variations that describe the corrected respiratory parameters;
25. The respiration detection system of item 24, configured to perform.
(Item 26)
The first probe (102) is placed on the patient's body and configured to direct an ultrasound beam toward internal structures inside the patient's body and receive ultrasound echo signals from the internal structures. consists of
The first probe (102) further includes a housing (110) with a cavity (111),
The ultrasonic transducer (112) is located within the cavity (111), and the transmitting/receiving surface (113) of the ultrasonic transducer (112) is located at the cavity opening of the cavity (111) of the housing (110). or adjacent thereto at an acute angle (Ω) to the front surface (114) of the housing;
The ultrasonic transducer (112) is fixedly located within the cavity (111) of the housing (110),
an open-ended socket-like member (120) of ultrasonic non-sonolucent material defines a recess extending from said transmitting and receiving surface (113) toward said front surface (114);
a first body portion (117) of ultrasound sonolucent material is located within the transmitting and receiving surface (113) of the ultrasound transducer (112) towards the front surface (114) and in the recess in front thereof;
the first accelerometer unit (121) and the first magnetic field detection unit (122) are connected to a printed circuit board (119) within the cavity (111) of the housing (110);
The front surface of said first probe (102) exhibits at least one of inherent adhesive properties, an attachment surface for an adhesive member or double-sided adhesive tape, or an engagement surface for an adhesive body layer. ,
the ultrasound transducer (112) is configured to connect to a transceiver section of the signal processor (134);
Breath detection system according to item 1.
(Item 27)
27. Breath detection system according to item 26, wherein the ultrasonic transducer (112) is mounted in the bottom region of the open-ended socket-like member (120), the material of which exhibits acoustic damping properties.
(Item 28)
27. A respiratory detection system according to item 26, wherein the ultrasound transducer (112) and the open-ended socket-like member (120) extend from the printed circuit board (119).
(Item 29)
The front surface (114) of the body of the first probe (102) has adhesive surface properties and is provided with a protective cover (123), which protects the first probe on the skin of the patient's body. 27. The respiratory detection system of item 26, which is removable prior to application of the probe (102).
(Item 30)
The adhesive member or the double-sided adhesive tape is attached to the front surface, and the adhesive member or the double-sided adhesive tape is attached to the front surface, and the adhesive member or the double-sided adhesive tape is attached to the front surface of the ultrasound transducer. 27. The respiratory detection system of item 26, which is Lucent.
(Item 31)
27. The respiration detection system of item 26, wherein the material type of the first body portion of the ultrasonic sonolucent material is a silicone type material.
(Item 32)
The respiration detection system according to item 26, wherein the acute angle (Ω) is within a range of 0 to 60 degrees.
(Item 33)
A method for motion compensation in ultrasound-based detection of human respiratory parameters, the method comprising:
attaching a first probe (102) to the anterior body surface (103) of said human, said first probe (102) comprising an ultrasound transducer (112) and a first accelerometer unit (121); ) and a first magnetic field unit (122);
attaching a second probe (104) to the dorsal body surface (105) of said human, said second probe (104) having a second accelerometer unit (122) and a second magnetic field; having a unit (129);
providing a signal processor (134) coupled to said ultrasound transducer (112), said first and second accelerometer units (121; 128), and said first and second magnetic field units (122; 129); to do and
transmitting an ultrasound beam from the ultrasound transducer (112) in the first probe (102) into an internal structure (144) inside the human body;
receiving an ultrasound echo signal from the internal structure at the ultrasound transducer (112) in the first probe (102);
generating a magnetic field transmitted by said second magnetic field unit (129) to and detected by said first magnetic field unit (122);
using the signal processor (134) to calculate an orientation of the first accelerometer unit (121) with respect to a fixed coordinate frame using derived parameters from the first accelerometer unit (121); further calculating the derived parameters as unit vectors representing the orientation of the ultrasound beam and the orientation of the first magnetic field unit (122);
The signal processor (134) is used to calculate the orientation of the second accelerometer unit (128) relative to a fixed coordinate frame using further derived parameters, including the body back support tilt angle (α) and the said further derived parameters comprising a unit vector representing the spatial direction from said second magnetic field unit (129) to said first magnetic field unit (122), the orientation of said second magnetic field unit (129), and the calculating the expected direction of movement of the internal structure relative to the longitudinal axis of the human torso;
using the signal processor (134) to calculate any varying distance between the first and second magnetic field units (122; 129) based on the detection of the magnetic field;
Using said signal processor (134), the calculated orientation of said first and second accelerometer units (121; 128) and the calculated orientation of said first and second accelerometer units (121; 128) further derived parameters and processing the results from said varying distances measured by said first and second magnetic field units (122; 129) to generate correction parameters caused by the movement of said ultrasound transducer (112); compensation for measurement errors in the received ultrasonic echo signals.
including methods.
(Item 34)
Generating the correction parameters is
resolving a vector representing the distance between the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) along the direction of the ultrasound beam;
differentiating the resolved vector representing the distance in time to yield an incremental motion value;
adding said incremental motion value to an incremental Doppler effect motion value as detected by use of ultrasound echo signals from said internal structure within at least the same time interval;
correcting the summed motion value with respect to an instantaneous cosine value of the angle between the ultrasound beam and the direction of motion of the internal structure;
summing the above corrected and summed motion values to obtain internal structure position variations that describe the corrected respiratory parameters;
The method according to item 33, comprising:
(Item 35)
34. The method of item 33, wherein said internal structure is one of said human liver, spleen, or kidney.
(Item 36)
Said signal processor (134) receives signals from said first and second accelerometer units (121; 128) and from said first magnetic field unit (122) interacting with said second magnetic field unit (129). based on the input, calculating movement and orientation of the ultrasound transducer (112) within the first probe (102) with respect to the expected direction of movement of the internal structure (144) relative to the longitudinal axis of the human; 34. The method of item 33, wherein the movement and orientation of the ultrasound transducer (112) is related to respiratory activity.
(Item 37)
34. The method of item 33, wherein the movement of the internal structure is a function of diaphragm movement within the human body.
(Item 38)
34. The method of item 33, wherein sustained variations in beam orientation, bed angle, and abdominal surface motion are utilized in the compensation.
(Item 39)
35. The method of item 34, wherein sustained variations in beam orientation, bed angle, and abdominal surface motion are utilized in the compensation.
(Item 40)
39. The method of item 38, wherein the compensation assumes that the abdominal surface of the person moves in a direction perpendicular (v mm ) to the surface on which the person lies.
(Item 41)
40. The method of item 39, wherein the compensation assumes that the abdominal surface of the person moves in a direction perpendicular (v mm ) to the surface on which the person lies.
(Item 42)
measuring tilt based on the direction of gravity using said first and second accelerometer units (121; 128); ) comprises a 3-axis accelerometer unit;
measuring the vertical movement of the first probe (102) using the first magnetic field unit (122) with the aid of a magnetic field emitted by the second magnetic field unit (129); and the measured tilt and the measured vertical motion are used to compensate for the measurement error.
The method according to item 33, further comprising:
(Item 43)
41. A method according to item 40, wherein said first and second accelerometer units (121; 128) comprise triaxial accelerometer units.
(Item 44)
A second accelerometer unit (128) of the second probe (104) is used to detect the bed on which the person lies, assuming that the internal structure moves along the same direction as the bed surface. 34. The method of item 33, further comprising measuring the tilt angle (α) of the surface.
(Item 45)
A second accelerometer unit (128) of the second probe (104) is used to detect the bed on which the person lies, assuming that the internal structure moves along the same direction as the bed surface. 43. The method of item 42, further comprising measuring the tilt angle (α) of the surface.
(Item 46)
A second accelerometer unit (128) of the second probe (104) is used to detect the bed on which the person lies, assuming that the internal structure moves along the same direction as the bed surface. 44. The method of item 43, further comprising measuring the tilt angle (α) of the surface.
(Item 47)
34. The method of item 33, further comprising calculating the angle for each movement increment instead of assuming that the angle between the ultrasound beam and the direction of movement of the internal structure has a steady-state value.
(Item 48)
35. The method of item 34, further comprising calculating the angle for each movement increment instead of assuming that the angle between the ultrasound beam and the direction of movement of the internal structure has a steady-state value.
(Item 49)
43. The method of item 42, further comprising calculating the angle for each movement increment instead of assuming that the angle between the ultrasound beam and the direction of movement of the internal structure has a steady-state value.
(Item 50)
44. The method of item 43, further comprising calculating the angle for each movement increment instead of assuming that the angle between the ultrasound beam and the direction of movement of the internal structure has a steady-state value.
(Item 51)
48. The method of item 47, wherein said internal structure is one of said human liver, spleen, or kidney.
(Item 52)
49. The method of item 48, wherein said internal structure is one of said human liver, spleen, or kidney.

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成する、付随する図面は、本発明の実施形態を図示し、説明とともに、さらに本発明の原理を解説し、当業者が本発明を作製および使用することを可能にする役割を果たす。 The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, further explain the principles of the invention and enable those skilled in the art to make the invention. and play a role in enabling its use.

図1A-1Cは、本開示の実施形態による、超音波トランスデューサデバイス設置を示す、ヒト胴体の例示的略図を図示する。1A-1C illustrate exemplary diagrams of a human torso showing ultrasound transducer device installation according to embodiments of the present disclosure.

図2Aおよび2Bは、本開示の実施形態による、肝臓、脾臓、または腎臓の運動検出のための人体上のプローブ場所の例示的略図を図示する。2A and 2B illustrate example diagrams of probe locations on a human body for liver, spleen, or kidney motion detection, according to embodiments of the present disclosure.

図3は、本開示の実施形態による、前部超音波トランスデューサデバイスプローブの後面斜視図を図示する。FIG. 3 illustrates a rear perspective view of an anterior ultrasound transducer device probe, according to an embodiment of the present disclosure.

図4は、本開示の実施形態による、図3のプローブの後面図を図示する。FIG. 4 illustrates a rear view of the probe of FIG. 3, according to an embodiment of the present disclosure.

図5は、本開示の実施形態による、前部超音波トランスデューサデバイスプローブの第1の実施形態の断面図を図示する。FIG. 5 illustrates a cross-sectional view of a first embodiment of an anterior ultrasound transducer device probe, according to an embodiment of the present disclosure.

図6は、本開示の実施形態による、前部超音波トランスデューサデバイスプローブの第2の実施形態の断面図を図示する。FIG. 6 illustrates a cross-sectional view of a second embodiment of an anterior ultrasound transducer device probe, according to an embodiment of the present disclosure.

図7は、本開示の実施形態による、前部超音波トランスデューサデバイスプローブの第3の実施形態の断面図を図示する。FIG. 7 illustrates a cross-sectional view of a third embodiment of an anterior ultrasound transducer device probe, according to an embodiment of the present disclosure.

図8は、本開示の実施形態による、前部超音波トランスデューサデバイスプローブの第4の実施形態の断面図を図示する。FIG. 8 illustrates a cross-sectional view of a fourth embodiment of an anterior ultrasound transducer device probe, according to an embodiment of the present disclosure.

図9は、本開示の実施形態による、前部超音波トランスデューサデバイスプローブの第5の実施形態の断面図を図示する。FIG. 9 illustrates a cross-sectional view of a fifth embodiment of an anterior ultrasound transducer device probe, according to an embodiment of the present disclosure.

図10は、本開示の実施形態による、前部超音波トランスデューサデバイスプローブの第6の実施形態の断面図を図示する。FIG. 10 illustrates a cross-sectional view of a sixth embodiment of an anterior ultrasound transducer device probe, according to embodiments of the present disclosure.

図11は、本開示の実施形態による、前部超音波トランスデューサデバイスプローブの第7の実施形態の断面図を図示する。FIG. 11 illustrates a cross-sectional view of a seventh embodiment of an anterior ultrasound transducer device probe, according to embodiments of the present disclosure.

図12は、本開示の実施形態による、前部超音波トランスデューサデバイスプローブの第8の実施形態の断面図を図示する。FIG. 12 illustrates a cross-sectional view of an eighth embodiment of an anterior ultrasound transducer device probe, according to an embodiment of the present disclosure.

図13は、本開示の実施形態による、プローブ内の第1および第2の材料の配設に先立った、図9および10のプローブの斜視正面全体図を図示する。FIG. 13 illustrates a perspective front overall view of the probe of FIGS. 9 and 10 prior to placement of first and second materials within the probe, according to an embodiment of the present disclosure.

図14は、本開示の実施形態による、異なる角度からの図13のプローブの別の斜視正面全体図を図示する。FIG. 14 illustrates another perspective front overall view of the probe of FIG. 13 from a different angle, according to an embodiment of the present disclosure.

図15は、本開示の実施形態による、図13および14のプローブの斜視正面断面図を図示する。FIG. 15 illustrates a perspective front cross-sectional view of the probe of FIGS. 13 and 14, according to an embodiment of the present disclosure.

図16は、本開示の実施形態による、人体の背側に設置され、人体の前側の前部プローブとインターフェースを取るべき後部プローブの斜視後面図を図示する。FIG. 16 illustrates a perspective rear view of a posterior probe placed on the dorsal side of a human body and to interface with an anterior probe on the front side of the human body, according to an embodiment of the present disclosure.

図17は、本開示の実施形態による、第4の材料の配設および粘着性本体の随意の適用に先立った、図16のプローブの斜視正面全体図を図示する。FIG. 17 illustrates a perspective front overall view of the probe of FIG. 16 prior to placement of the fourth material and optional application of the adhesive body, according to an embodiment of the present disclosure.

図18は、本開示の実施形態による、図17のプローブの斜視正面断面図を図示する。FIG. 18 illustrates a perspective front cross-sectional view of the probe of FIG. 17, according to an embodiment of the present disclosure.

図19は、本開示の実施形態による、第4の材料の配設前の後部プローブの断面図を図示する。FIG. 19 illustrates a cross-sectional view of the rear probe prior to placement of the fourth material, according to an embodiment of the present disclosure.

図20は、本開示の実施形態による、第4の材料の配設後の図19の断面図を図示する。FIG. 20 illustrates the cross-sectional view of FIG. 19 after placement of the fourth material, according to an embodiment of the present disclosure.

図21は、本開示の実施形態による、第5の材料の粘着性本体、接着部材、または両面粘着性テープ材料の追加後の図20の断面図を図示する。FIG. 21 illustrates the cross-sectional view of FIG. 20 after the addition of a fifth material adhesive body, adhesive member, or double-sided adhesive tape material, according to an embodiment of the present disclosure.

図22は、本開示の実施形態による、範囲計算および運動補償に関連する信号処理を実施するための発明のシステムの実施形態の簡略化されたブロック概略図を図示する。FIG. 22 illustrates a simplified block schematic diagram of an embodiment of an inventive system for performing range calculations and signal processing related to motion compensation, according to embodiments of the present disclosure.

図23は、本開示の実施形態による、ヒト肝臓において指向される超音波ビームを使用する呼吸検出のための基本原理を示す、断面図を図示する。FIG. 23 illustrates a cross-sectional view showing the basic principle for respiration detection using an ultrasound beam directed at a human liver, according to an embodiment of the present disclosure.

図24は、本開示の実施形態による、呼吸の間の人体の胸部および腹部領域の運動を示す、断面図を図示する。FIG. 24 illustrates a cross-sectional view showing the motion of the thoracic and abdominal regions of a human body during breathing, according to an embodiment of the present disclosure.

図25は、本開示の実施形態による、呼吸の間の腹部形状変化の影響を示す、断面図を図示する。FIG. 25 illustrates a cross-sectional view showing the effects of abdominal shape changes during breathing, according to an embodiment of the present disclosure.

図26は、本開示の実施形態による、図1A、1B、または2にも示されるような後部(補助)センサプローブ設置を示す、断面図を図示する。FIG. 26 illustrates a cross-sectional view showing a rear (auxiliary) sensor probe installation as also shown in FIGS. 1A, 1B, or 2, according to embodiments of the present disclosure.

図27は、本開示の実施形態による、前部および後部プローブ内の加速度計からの信号の導出を示す、概略図を図示する。FIG. 27 illustrates a schematic diagram showing the derivation of signals from accelerometers in the anterior and posterior probes according to embodiments of the present disclosure.

図28は、本開示の実施形態による、範囲計算および運動補償に関連する信号処理を示す、概略図を図示する。FIG. 28 illustrates a schematic diagram showing signal processing associated with range calculation and motion compensation, according to embodiments of the present disclosure.

図29は、本開示の実施形態による、正のx軸から見られる第1の回転(ρ)を示す、例示的グラフを図示する。FIG. 29 illustrates an example graph showing a first rotation (ρ) as viewed from the positive x-axis, according to an embodiment of the present disclosure.

図30は、本開示の実施形態による、正のy軸から見られるような第2の回転に先立った重力ベクトルの配向を示す、例示的グラフを図示する。FIG. 30 illustrates an example graph showing the orientation of the gravity vector prior to the second rotation as viewed from the positive y-axis, according to an embodiment of the present disclosure.

図31は、本開示の実施形態による、正のy軸から見られるプローブ座標および測定された加速度を示す、例示的グラフを図示する。FIG. 31 illustrates an example graph showing probe coordinates and measured accelerations viewed from the positive y-axis, according to embodiments of the present disclosure.

図32は、本開示の実施形態による、大域的な正のx軸から見られる第1の回転後の状況を示す、例示的グラフを図示する。FIG. 32 illustrates an example graph showing the situation after a first rotation as viewed from the global positive x-axis, according to an embodiment of the present disclosure.

図33は、本開示の実施形態による、第2の回転後の測定された加速度ベクトルの方向を図示する。FIG. 33 illustrates the direction of the measured acceleration vector after a second rotation, according to an embodiment of the present disclosure.

図34は、本開示の実施形態による、較正設定を図示する。FIG. 34 illustrates calibration settings, according to an embodiment of the present disclosure.

本発明の実施形態が、付随する図面を参照して説明されるであろう。 Embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.

以下の詳細な説明は、付随する図面を参照し、本開示と一致する例示的実施形態を図示する。詳細な説明における「一例示的実施形態」、「例示的実施形態」、「例示的実施形態の実施例」等の言及は、説明される例示的実施形態が、特定の特徴、構造、または特性を含み得るが、全ての例示的実施形態が、必ずしも特定の特徴、構造、または特性を含むわけではない場合があることを示す。また、そのような語句は、必ずしも同一の例示的実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性が、例示的実施形態に関連して説明されるとき、明示的に説明されるかどうかにかかわらず、他の例示的実施形態に関連して、そのような特徴、構造、または特性に影響を及ぼすことが、当業者の知識内である。 The following detailed description, with reference to the accompanying drawings, illustrates exemplary embodiments consistent with this disclosure. References in the Detailed Description to “one exemplary embodiment,” “an exemplary embodiment,” “an example of an exemplary embodiment,” and the like refer to references to “one exemplary embodiment,” “an exemplary embodiment,” “an example of an exemplary embodiment,” and the like, which refer to the may include, but not all exemplary embodiments may necessarily include a particular feature, structure, or characteristic. Moreover, such phrases are not necessarily referring to the same exemplary embodiment. Additionally, when a particular feature, structure, or characteristic is described in connection with an example embodiment, whether or not explicitly described, such feature, structure, or characteristic is It is within the knowledge of those skilled in the art to influence the characteristics, structure, or properties of

本明細書に説明される例示的実施形態は、例証目的のために提供され、限定的ではない。他の例示的実施形態が、可能性として考えられ、修正は、本開示の精神および範囲内で例示的実施形態に行われ得る。したがって、詳細な説明は、本発明を限定するように意図されていない。むしろ、本発明の範囲は、以下の請求項およびそれらの均等物のみに従って定義される。 The exemplary embodiments described herein are provided for purposes of illustration and not limitation. Other exemplary embodiments are possible, and modifications may be made to the exemplary embodiments within the spirit and scope of this disclosure. Therefore, the detailed description is not intended to limit the invention. Rather, the scope of the invention is defined solely in accordance with the following claims and their equivalents.

実施形態は、ハードウェア(例えば、回路)、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実装されてもよい。実施形態はまた、1つ以上のプロセッサによって読み取られ、実行され得る、機械可読媒体上に記憶された命令として実装されてもよい。機械可読媒体は、機械(例えば、コンピューティングデバイス)によって可読の形態で情報を記憶または伝送するための任意の機構を含んでもよい。例えば、機械可読媒体は、読取専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリデバイス、電気、光学、音響、または他の形態の伝搬される信号(例えば、搬送波、赤外線信号、デジタル信号等)、およびその他を含んでもよい。さらに、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令が、あるアクションを実施するものとして本明細書に説明され得る。しかしながら、そのような説明は、便宜のためにすぎず、そのようなアクションは、実際には、ファームウェア、ソフトウェア、ルーチン、命令等を実行するコンピューティングデバイス、プロセッサ、コントローラ、または他のデバイスに起因することを理解されたい。さらに、実装変形例のうちのいずれかが、下記に説明されるように、汎用コンピュータによって実行されてもよい。 Embodiments may be implemented in hardware (eg, circuitry), firmware, software, or any combination thereof. Embodiments may also be implemented as instructions stored on a machine-readable medium that can be read and executed by one or more processors. A machine-readable medium may include any mechanism for storing or transmitting information in a form readable by a machine (eg, a computing device). For example, machine-readable media can include read-only memory (ROM), random access memory (RAM), magnetic disk storage media, optical storage media, flash memory devices, electrical, optical, acoustic, or other forms of propagated signals ( (eg, carrier waves, infrared signals, digital signals, etc.), and others. Additionally, firmware, software, routines, and instructions may be described herein as performing certain actions. However, such descriptions are for convenience only and such actions may actually be caused by a computing device, processor, controller, or other device executing firmware, software, routines, instructions, etc. I hope you understand that. Additionally, any of the implementation variations may be performed by a general purpose computer, as described below.

本議論の目的のために、用語「モジュール」または用語「ユニット」の任意の言及は、ソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェア(回路、マイクロチップ、およびデバイスのうちの1つ以上のもの、またはそれらの任意の組み合わせ等)のうちの少なくとも1つ、およびそれらの任意の組み合わせを含むと理解されるものとする。加えて、各モジュールまたはユニットは、実際のデバイス内に1つまたは1つを上回るコンポーネントを含み得、説明されるモジュールの一部を形成する各コンポーネントは、モジュールの一部を形成する任意の他のコンポーネントと協調的に、またはそれから独立してのいずれかで、機能し得ることを理解されたい。逆に、本明細書に説明される複数のモジュールまたはユニットは、実際のデバイス内の単一のコンポーネントを表し得る。さらに、モジュールまたはユニット内のコンポーネントは、単一のデバイス内にある、または有線または無線様式で複数のデバイスの間に分散されてもよい。 For purposes of this discussion, any reference to the term "module" or the term "unit" refers to software, firmware, or hardware (one or more of circuits, microchips, and devices, or and any combination thereof. In addition, each module or unit may include one or more components within the actual device, and each component forming part of a described module may include any other component forming part of the module. It is to be understood that it may function either in conjunction with or independently of the components of. Conversely, modules or units described herein may represent a single component within an actual device. Additionally, components within a module or unit may be within a single device or distributed among multiple devices in a wired or wireless manner.

例示的実施形態の以下の詳細な説明は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、必要以上の実験を伴わずに、当業者の知識を適用することによって、他者がそのような例示的実施形態を種々の用途のために容易に修正および/または適合し得る、本発明の一般的性質を完全に明らかにするであろう。したがって、そのような適合および修正は、本明細書に提示される教示および指針に基づいて、例示的実施形態の意味および複数の均等物内であることを意図している。本明細書の表現および用語は、限定ではなく説明の目的のためのものであるため、本明細書の表現および用語は、本明細書の教示を踏まえて当業者によって解釈されるものであることを理解されたい。 The following detailed description of illustrative embodiments is provided so that others may understand such illustrative embodiments by applying the knowledge of those skilled in the art, without undue experimentation, without departing from the spirit and scope of the present disclosure. The general nature of the invention will be fully apparent, such that the embodiments can be easily modified and/or adapted for various uses. Accordingly, such adaptations and modifications are intended to be within the meaning and equivalents of the example embodiments based on the teachings and guidelines presented herein. The language and terminology herein are for purposes of illustration and not limitation and are to be interpreted by those skilled in the art in light of the teachings herein. I want you to understand.

図1A-1Cは、本開示の実施形態による、超音波トランスデューサデバイス設置を示す、ヒト胴体の例示的略図を図示する。特に、図1Aは、超音波トランスデューサデバイスの前部プローブ102および異なる後部プローブ104が両方とも、それぞれ、ヒトの前側103および背側105に取り付けられる、ヒトの胴体101の右側面図を示す。図1Bは、後部プローブ104の暫定的場所を示し、図1Cは、前部プローブ102の暫定的場所を示す。いくつかの実施形態では、前部および後部プローブは、それぞれ、第1および第2のプローブと称され得る。 1A-1C illustrate exemplary diagrams of a human torso showing ultrasound transducer device installation according to embodiments of the present disclosure. In particular, FIG. 1A shows a right side view of a human torso 101 in which an anterior probe 102 and a different posterior probe 104 of an ultrasound transducer device are both attached to the anterior side 103 and dorsal side 105 of the human, respectively. FIG. 1B shows the tentative location of the posterior probe 104 and FIG. 1C shows the tentative location of the anterior probe 102. In some embodiments, the anterior and posterior probes may be referred to as first and second probes, respectively.

プローブ102、104は、右鎖骨中央線106の近くに位置して見られるが、これらのプローブは、線106の側方に、および/または線106の方向に沿って図1Bおよび1Cに示される位置と異なる位置に位置し得ることを理解されたい。右鎖骨中央線は、106として表され、左鎖骨中央線は、108として表される。超音波ビームが、身体内の脾臓に向かって指向される場合、プローブは、好ましくは、線108に隣接して位置する。超音波ビームが、腎臓に向かって指向される場合、プローブは、好ましくは、身体内の腎臓のうちの選択されたものに応じて、線106または線108のいずれかに隣接して位置する。 Probes 102, 104 are seen positioned near the right midclavicular line 106, but these probes are shown in FIGS. 1B and 1C to the side of and/or along the direction of line 106. It should be understood that the location may be different from the location. The right midclavicular line is represented as 106 and the left midclavicular line is represented as 108. When the ultrasound beam is directed toward the spleen within the body, the probe is preferably located adjacent line 108. When the ultrasound beam is directed towards a kidney, the probe is preferably positioned adjacent to either line 106 or line 108, depending on the selected kidney within the body.

内部組織領域または内部構造の運動の測定は、肝臓に限定されないことが容易に理解されるであろう。身体表面から超音波によってアクセスされ得る、任意の実質性軟組織が、使用されてもよい。肝臓に加えて、脾臓および腎臓が、いくつかの実施形態によると、横隔膜運動の記録のために特に着目される。 It will be readily appreciated that measuring the movement of internal tissue regions or structures is not limited to the liver. Any parenchymal soft tissue that can be accessed by ultrasound from the body surface may be used. In addition to the liver, the spleen and kidneys are of particular interest for recording diaphragm movement, according to some embodiments.

本発明は、肝臓の運動を検出するステップを伴う、現在好ましい検出モードを参照して説明される。本説明は、本発明の種々の実施形態の構造、原理、および動作の解説を容易にするために使用され、限定的ではなく例示的であることを意図している。 The invention will be described with reference to the presently preferred mode of detection, which involves detecting liver movement. This description is used to facilitate explaining the structure, principle, and operation of various embodiments of the invention, and is intended to be illustrative rather than restrictive.

図2Aおよび2Bは、本開示の実施形態による、肝臓、脾臓、または腎臓の運動検出のための人体上のプローブ場所の例示的略図を図示する。図1と同様に、図2Aは、プローブ102、104が、好適には、プロセッサ(例えば、図22に示される信号プロセッサ134)およびディスプレイ109にリンクまたは結合される、人体101上のプローブ場所を図示する。図2Bは、患者の身体内の肝臓、脾臓、または腎臓の運動検出のための前部プローブ102場所を図示する。 2A and 2B illustrate example diagrams of probe locations on a human body for liver, spleen, or kidney motion detection, according to embodiments of the present disclosure. Similar to FIG. 1, FIG. 2A shows probe locations on a human body 101 where probes 102, 104 are preferably linked or coupled to a processor (e.g., signal processor 134 shown in FIG. 22) and a display 109. Illustrated. FIG. 2B illustrates the anterior probe 102 location for liver, spleen, or kidney motion detection within a patient's body.

図3は、本開示の実施形態による、前部超音波トランスデューサデバイスプローブ102の後面斜視図を図示する。図4は、本開示の実施形態による、図3のプローブ102の後面図を図示する。 FIG. 3 illustrates a rear perspective view of the anterior ultrasound transducer device probe 102, according to an embodiment of the present disclosure. FIG. 4 illustrates a rear view of the probe 102 of FIG. 3, according to an embodiment of the present disclosure.

超音波トランスデューサデバイスの前部プローブ102はさらに、図5、6、9、および10を参照して説明される。図示されるプローブ102は、内部構造に向かって超音波ビームを指向し、内部構造から超音波エコー信号を受信するために、ヒトの前身体表面103上に設置されるように構成される。内部構造は、ヒトの肝臓、脾臓、または腎臓のうちの少なくとも1つである。いくつかの実施形態では、組織領域は、患者の身体の内側の内部構造と称され得る。 The front probe 102 of the ultrasound transducer device is further described with reference to FIGS. 5, 6, 9, and 10. The illustrated probe 102 is configured to be placed on a human's anterior body surface 103 to direct an ultrasound beam toward and receive ultrasound echo signals from internal structures. The internal structure is at least one of a human liver, spleen, or kidney. In some embodiments, a tissue region may be referred to as an internal structure inside a patient's body.

図5、6、9、および10に図示されるプローブは、超音波トランスデューサ112が位置する空洞111を伴って、非限定的実施例では、好適には硬質シェルプラスチック材料から作製される筐体110を有する。トランスデューサ112の送受信面113が、筐体の空洞の空洞口において、またはそれに隣接して筐体の前面114に対して鋭角Ωで配向される。いくつかの実施形態では、鋭角は、好適には、0~60度の範囲内である。 The probe illustrated in FIGS. 5, 6, 9, and 10 includes a housing 110, preferably made of a hard shell plastic material, in a non-limiting example, with a cavity 111 in which an ultrasound transducer 112 is located. has. A transmitting/receiving surface 113 of the transducer 112 is oriented at an acute angle Ω with respect to the front surface 114 of the housing at or adjacent to the cavity mouth of the housing cavity. In some embodiments, the acute angle is preferably within the range of 0 to 60 degrees.

トランスデューサ112は、少なくとも、前面114に向かって延在する、超音波非ソノルーセント材料を含む第1の材料の本体115を用いて、筐体110の空洞111内に固定して位置する。第1の材料の本体115は、前面114に向かって送受信面113から延在する陥凹116を囲繞することが観察可能であろう。 Transducer 112 is fixedly positioned within cavity 111 of housing 110 with at least a body 115 of first material comprising an ultrasound non-sonolucent material extending toward front surface 114 . It may be observed that the body 115 of first material surrounds a recess 116 extending from the transmitting/receiving surface 113 towards the front surface 114 .

超音波ソノルーセント材料を含む第2の材料の本体117の第1の部分は、前面114に向かってトランスデューサの送受信面113およびその前の陥凹116内に位置する。第2の材料の本体117の第2の部分は、加えて、第1の材料の本体の前表面115’上に適用され、それと一体的に係合させられる。いくつかの実施形態では、本体117の第1および第2の部分は、一体的である。 A first portion of a second body 117 of material comprising ultrasonic sonolucent material is located within the transmitting/receiving surface 113 of the transducer and the recess 116 in front thereof toward the front surface 114. A second portion of the second body of material 117 is additionally applied onto and integrally engaged with the front surface 115' of the first body of material. In some embodiments, the first and second portions of body 117 are unitary.

図7、8、11、および12は、前部超音波トランスデューサデバイスプローブの付加的実施形態を図示する。特に、図5、6、9、および10の実施形態と異なる、図7、8、11、および12の実施形態には、シェル筐体110および筐体空洞111が存在していない。代わりに、図7、8、11、および12の実施形態では、筐体は、単に、好適には本体115のものと同一のタイプの材料である、第1の材料118の本体によって構成または形成される。 7, 8, 11, and 12 illustrate additional embodiments of anterior ultrasound transducer device probes. In particular, the embodiment of FIGS. 7, 8, 11, and 12, which differs from the embodiment of FIGS. 5, 6, 9, and 10, lacks the shell housing 110 and housing cavity 111. Alternatively, in the embodiments of FIGS. 7, 8, 11, and 12, the housing is simply constituted or formed by a body of first material 118, preferably the same type of material as that of body 115. be done.

図9-12の実施形態に示されるように、トランスデューサ112は、図5-8の実施形態におけるものと異なる方法で支持されることに留意されたい。例えば、図5-8では、トランスデューサ112は、プリント回路基板119および本体115によって支持される。図9-12では、陥凹は、超音波非ソノルーセント材料の開放端ソケット様部材120が並び、トランスデューサ112は、開放端ソケット様部材120の底部領域に搭載される。部材120の材料は、音響減衰性質を呈し、部材120の外壁は、第1の材料の本体115、118に係合するように構成される。図9-12では、トランスデューサ112および開放端ソケット様部材120は、プリント回路基板119から延在する。その中にトランスデューサ112が位置する部材120、およびプリント回路基板は、第1の材料の本体115、118によって支持され、それに埋め込まれる。 Note that as shown in the embodiment of FIGS. 9-12, the transducer 112 is supported differently than in the embodiment of FIGS. 5-8. For example, in FIGS. 5-8, transducer 112 is supported by printed circuit board 119 and body 115. In FIG. In FIGS. 9-12, the recess is lined with an open-ended socket-like member 120 of ultrasonic non-sonolucent material, and the transducer 112 is mounted in the bottom region of the open-ended socket-like member 120. In FIGS. The material of member 120 exhibits acoustically attenuating properties, and the outer wall of member 120 is configured to engage the first body of material 115, 118. 9-12, transducer 112 and open-ended socket-like member 120 extend from printed circuit board 119. In FIGS. The member 120, in which the transducer 112 is located, and the printed circuit board are supported by and embedded in the first body of material 115, 118.

プローブ102はまた、第1の材料の本体115、118に埋め込まれる(例えば、カプセル化される)、加速度計ユニット121(図式的に示される)および磁場検出ユニット122も含有する。加速度計ユニット121、磁場検出ユニット122、およびトランスデューサ112は、(図22に示されるように)プリント回路基板119および信号プロセッサ134に接続または結合される。信号プロセッサはさらに、図22に関して下記に説明される。 The probe 102 also contains an accelerometer unit 121 (shown schematically) and a magnetic field detection unit 122 embedded (eg, encapsulated) in the first material body 115, 118. Accelerometer unit 121, magnetic field detection unit 122, and transducer 112 are connected or coupled to printed circuit board 119 and signal processor 134 (as shown in FIG. 22). The signal processor is further described below with respect to FIG.

空洞111を有する筐体110および第1の材料の本体115は、特に、ともに良好に接合するが、好適には、例えば、類似熱膨張性質も有するように、好適には、互換性がある性質を有する材料から成る。例えば、筐体110のための材料は、好適なプラスチック材料またはポリマーを含んでもよい、および/または第1の材料の本体115は、超音波非ソノルーセントシリコーンゴム材料または同等物を含んでもよい。シリコーンゴム材料を超音波非ソノルーセントにするために、種々の可能性として考えられる添加剤が、利用可能である(例えば、炭酸カルシウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、石英、ガラス、または他の添加剤)。添加剤を伴うシリコーンゴムの実施例は、ELASTOSIL(R) RT 602 A/Bである。プラスチック材料を超音波非ソノルーセントにするために、同一または類似添加剤が、使用されてもよい。したがって、ソケット様部材120が、プラスチック材料から形成される場合、そのような添加剤が、使用されてもよい。ある場合には、シリコーンゴムまたはプラスチック材料内のそのような添加剤の音響減衰性質は、粒径および粒子質量密度に依存し得る(例えば、好ましくは、粒子密度は、両方とも約1,000kg/m3である、シリコーンゴムまたはプラスチックの密度と極めて異なる)。 The housing 110 with the cavity 111 and the body 115 of the first material particularly bond well together, but preferably have compatible properties, e.g., also have similar thermal expansion properties. Made of material with For example, the material for the housing 110 may include a suitable plastic material or polymer, and/or the first material body 115 may include an ultrasonic non-sonolucent silicone rubber material or the like. A variety of potential additives are available to make silicone rubber materials ultrasonic non-sonoluccent (e.g., calcium carbonate, titanium dioxide, zinc oxide, quartz, glass, or other additives). ). An example of a silicone rubber with additives is ELASTOSIL® RT 602 A/B. The same or similar additives may be used to render plastic materials ultrasonic non-sonollucent. Accordingly, such additives may be used if the socket-like member 120 is formed from a plastic material. In some cases, the acoustic damping properties of such additives within silicone rubber or plastic materials may depend on particle size and particle mass density (e.g., preferably particle densities are both about 1,000 kg/ m 3 (very different from the density of silicone rubber or plastic).

図5-8の実施形態(例えば、筐体シェル110が存在しない)によると、プローブ筐体を形成する第1の材料の本体118は、図3および4で可視であるもの等の後表面領域(例えば、人体の皮膚に面していない表面領域)を有する。いくつかの実施形態では、そこに存在する第1の材料は、好ましくは、非粘着性表面性質を有する。 According to the embodiment of FIGS. 5-8 (e.g., the housing shell 110 is not present), the body 118 of the first material forming the probe housing has a rear surface area such as that visible in FIGS. 3 and 4. (e.g., a surface area that does not face the skin of the human body). In some embodiments, the first material present preferably has non-stick surface properties.

図7および8の実施形態では、第1の材料の本体118は、陥凹116を生成し、図11および12では、本体118は、トランスデューサが位置するソケット部材120を囲繞することに留意されたい。第1の材料の本体115、118の前表面115’、118’は、それに取り付けられた第2の材料の本体117を有する。第2の材料の本体の前表面117’は、固有の粘着性質、接着部材または両面粘着性テープのための取付面、および第3の材料の本体の粘着性層のための係合面のうちの1つを呈し得る。 Note that in the embodiment of FIGS. 7 and 8, the body 118 of the first material creates a recess 116, and in FIGS. 11 and 12, the body 118 surrounds the socket member 120 in which the transducer is located. . The front surface 115', 118' of the first body 115, 118 of material has a second body 117 of material attached thereto. The front surface 117' of the body of the second material has inherent adhesive properties, an attachment surface for an adhesive member or double-sided adhesive tape, and an engagement surface for the adhesive layer of the body of the third material. may exhibit one of the following.

第2の材料の本体117の前面117’が、粘着性表面性質を有する場合、プローブは、除去可能な保護カバー123を具備してもよく、カバーは、身体101の皮膚上のプローブの適用に先立って除去可能である。本特定の場合において、プローブは、好適には単回使用のための自己接着タイプであるが、両面粘着性テープは、テープが接着しないであろうような方法で面117’が汚染されないことを前提として、プローブの最初の使用後に面117’に取り付けられてもよい。 If the front surface 117' of the body 117 of the second material has adhesive surface properties, the probe may be provided with a removable protective cover 123, which covers the application of the probe on the skin of the body 101. It can be removed in advance. In this particular case, the probe is preferably of the self-adhesive type for single use, but the double-sided adhesive tape ensures that the surface 117' is not contaminated in such a way that the tape would not adhere. As a prerequisite, it may be attached to surface 117' after the first use of the probe.

前面117’が、プローブ102を皮膚に直接接着するために使用されるものではない場合、一般的要素124によって示されるように、接着部材または両面粘着性テープが、第2の材料の本体117の前面117’に取り付けられる。接着部材または両面粘着性テープは、少なくともトランスデューサ送受信面113によって面される領域において超音波ソノルーセントであり得る。加えて、または代替として、第2の材料の本体117の前面117’を被覆する一般的要素124は、超音波ソノルーセントである第3の材料の本体の粘着性層である。 If the front surface 117' is not used to adhere the probe 102 directly to the skin, an adhesive member or double-sided adhesive tape is attached to the body 117 of the second material, as indicated by the general element 124. It is attached to the front face 117'. The adhesive member or double-sided adhesive tape may be ultrasonic sonolucent at least in the area faced by the transducer transceiver surface 113. Additionally or alternatively, the general element 124 covering the front surface 117' of the second body of material 117 is an adhesive layer of the third body of material that is ultrasonic sonolucent.

第1および第2の材料は、一体的構造としてプローブ102内に提供され、両方の材料は、類似または互換性がある熱的および機械的性質を呈する。さらに、第2の材料および第3の材料は、同じ、性質互換性、および係合互換性のうちの少なくとも1つである。第1、第2、および第3の材料のうちの少なくとも1つの本体材料タイプは、シリコーンゴム材料を含む。第1および第2の材料が、類似する場合、超音波非ソノルーセントの第1の材料は、その所望の性質を効果的に取得するように、それに添加された成分を有してもよい。例えば、炭酸カルシウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、石英、ガラス、または同等物等の添加剤が、シリコーンゴム材料を非ソノルーセントにするようにシリコーンゴム材料に添加されてもよい。例示的実施形態では、第1の材料は、1つ以上の添加剤を伴うシリコーンゴムである一方、第2および第3の材料は、シリコーンゴムである。多くの好適なシリコーンゴム材料が、市販されている。例えば、超音波非ソノルーセントシリコーンゴム材料は、ELASTOSIL(R) RT 602 A/Bであり、超音波ソノルーセント材料は、ELASTOSIL(R) RT 601 A/Bである。実践では、添加剤が、シリコーンゴムの設定手順に干渉せず、生体適合性であり、シリコーンゴム材料への優れた接着性を呈することが重要である。 The first and second materials are provided within the probe 102 as a unitary structure, and both materials exhibit similar or compatible thermal and mechanical properties. Further, the second material and the third material are at least one of the same, compatible in nature, and compatible in engagement. At least one body material type of the first, second, and third materials includes a silicone rubber material. If the first and second materials are similar, the ultrasonic non-sonolucent first material may have ingredients added to it to effectively obtain its desired properties. For example, additives such as calcium carbonate, titanium dioxide, zinc oxide, quartz, glass, or the like may be added to the silicone rubber material to render it non-sonoluccent. In an exemplary embodiment, the first material is silicone rubber with one or more additives, while the second and third materials are silicone rubber. Many suitable silicone rubber materials are commercially available. For example, the ultrasonic non-sonollucent silicone rubber material is ELASTOSIL® RT 602 A/B and the ultrasonic sonollucent material is ELASTOSIL® RT 601 A/B. In practice, it is important that the additive does not interfere with the silicone rubber setting procedure, is biocompatible, and exhibits good adhesion to the silicone rubber material.

図13は、本開示の実施形態による、プローブにカプセル化された第1および第2の材料の配設に先立った、図9および10のプローブの斜視正面全体図を図示する。特に、図13は、トランスデューサ送受信面113まで陥凹116を充填し、さらに第1の材料の本体115まで前面115’を被覆するための第1の材料の埋め込み(例えば、カプセル化)本体115の配設および第2の材料の本体117の適用に先立った、プローブ102を示す。 FIG. 13 illustrates a perspective front overall view of the probe of FIGS. 9 and 10 prior to deployment of first and second materials encapsulated in the probe, according to an embodiment of the present disclosure. In particular, FIG. 13 shows the embedding (e.g., encapsulation) of the body 115 of the first material to fill the recess 116 up to the transducer transmitting/receiving surface 113 and further covering the front surface 115' up to the body 115 of the first material. Probe 102 is shown prior to deployment and application of second material body 117.

図14は、異なる角度からの図13に示されるようなプローブ102の別の斜視正面全体図を図示する一方、図15は、本開示の実施形態による、図13および14に示されるようなプローブ102の斜視正面断面図を図示する。ケーブル125からプリント回路基板119上への配線は、明確にするために示されていない。いくつかの実施形態では、ケーブル125は、回路基板119、プロセッサ、およびディスプレイ109の間の電気接続を提供する(図2A参照)。 14 illustrates another perspective front overall view of the probe 102 as shown in FIG. 13 from different angles, while FIG. 15 illustrates a probe as shown in FIGS. 13 and 14 according to embodiments of the present disclosure. 102 illustrates a perspective front cross-sectional view of 102. FIG. The wiring from cable 125 onto printed circuit board 119 is not shown for clarity. In some embodiments, cable 125 provides an electrical connection between circuit board 119, processor, and display 109 (see FIG. 2A).

上記に議論されるように、第1の前部プローブ102は、第2の後部プローブ104と協働またはインターフェースを取るように構成される。これらのプローブ(図1A、1B、1C、および2に示される)は、ヒトの身体表面上に位置するように構成される、呼吸検出システム内に含まれる。 As discussed above, the first anterior probe 102 is configured to cooperate or interface with the second posterior probe 104. These probes (shown in FIGS. 1A, 1B, 1C, and 2) are contained within a respiratory detection system configured to be positioned on the human body surface.

前部プローブ102では、超音波トランスデューサ112は、前表面の平面114から外向きに、身体の内側の内部構造または組織領域に向かって指向される超音波ビームを生成するように、図5-12を参照して説明されるように静止して位置する。さらに、プローブ102は、第1の加速度計ユニット121および第1の磁場ユニット122を組み込む。 In the anterior probe 102, the ultrasound transducer 112 is configured to generate an ultrasound beam directed outwardly from a plane 114 of the anterior surface toward an internal structure or tissue region inside the body, FIGS. 5-12. Position stationary as described with reference to. Furthermore, probe 102 incorporates a first accelerometer unit 121 and a first magnetic field unit 122.

第2の後部プローブ104は、図16-21にさらに詳細に示される。プローブ104は、プラスチック材料のシェル部材の形態で、第2の加速度計ユニット128および第2の磁場ユニット129が静止して位置し、好適には共通プリント回路基板130に接続される、関連付けられる空洞127を伴う筐体126を有する。プリント回路基板に接続するケーブル131からのワイヤは、明確にするために示されていない。いくつかの実施形態では、ケーブル131は、回路基板130、プロセッサ、およびディスプレイ109の間の電気接続を提供する(図2A参照)。 The second rear probe 104 is shown in more detail in Figures 16-21. The probe 104 is in the form of a shell member of plastics material with an associated cavity in which a second accelerometer unit 128 and a second magnetic field unit 129 are stationarily located and preferably connected to a common printed circuit board 130. It has a housing 126 with 127. Wires from cable 131 connecting to the printed circuit board are not shown for clarity. In some embodiments, cable 131 provides an electrical connection between circuit board 130, processor, and display 109 (see FIG. 2A).

トランスデューサ112、第1および第2の加速度計ユニット121、128、および第1および第2の磁場ユニット122、129は、図22を参照してさらに説明されるであろうように、信号プロセッサ134にリンクされる。第2の加速度計ユニット128は、人体の背側を支持する表面の傾転角の測定を提供する。第1の磁場ユニット122の磁場センサデバイスは、図示される実施形態では磁気ピックアップコイルである。ある実施形態では、第1および第2の加速度計ユニット121、128は、それぞれ、少なくとも2つの加速度計を呈する。ある実施形態では、第1の加速度計ユニット121は、3軸加速度計デバイスを含む。 The transducer 112, the first and second accelerometer units 121, 128, and the first and second magnetic field units 122, 129 are connected to the signal processor 134, as will be further described with reference to FIG. Linked. A second accelerometer unit 128 provides a measurement of the tilt angle of the surface supporting the dorsal side of the human body. The magnetic field sensor device of the first magnetic field unit 122 is a magnetic pickup coil in the illustrated embodiment. In certain embodiments, first and second accelerometer units 121, 128 each represent at least two accelerometers. In some embodiments, first accelerometer unit 121 includes a three-axis accelerometer device.

第1および第2の磁場ユニット122、129の使用によって、第1および第2の加速度計ユニット121、128から信号プロセッサ134に提供される出力信号は、呼吸の間の患者の前側に取り付けられた第1のプローブ102の空間位置移動および配向の関数である。空間位置移動および配向は、患者による呼吸に起因する、ヒーブ、ロール、ピッチ、およびヨー型移動のうちの少なくとも1つに関連する。 By use of the first and second magnetic field units 122, 129, the output signals provided from the first and second accelerometer units 121, 128 to the signal processor 134 are connected to the front side of the patient during breathing. is a function of the spatial position movement and orientation of the first probe 102. The spatial position movement and orientation are related to at least one of heave, roll, pitch, and yaw movement due to breathing by the patient.

第2の加速度計ユニット128および第2の磁場ユニット129は、第4の材料の本体132を用いて、第2の筐体126の空洞127内に静止して位置する。 A second accelerometer unit 128 and a second magnetic field unit 129 are stationary located within the cavity 127 of the second housing 126 with a body 132 of fourth material.

第4の材料の本体132の前面の平面132’は、粘着性質、接着部材または両面粘着性テープのための取付面、および第5の材料の本体の粘着性層のための係合面のうちの1つを提供する。図21では、接着部材、両面粘着性テープ、および第5の材料の本体の粘着性層のための係合面のうちの少なくとも1つは、概して、参照番号133によって表される。 The plane 132' of the front surface of the body 132 of the fourth material is of adhesive nature, an attachment surface for an adhesive member or double-sided adhesive tape, and an engagement surface for the adhesive layer of the body of the fifth material. Provide one of the following. In FIG. 21, at least one of the engagement surfaces for the adhesive member, the double-sided adhesive tape, and the adhesive layer of the body of the fifth material is generally represented by the reference numeral 133.

第1、第2、第3、第4、および第5の材料のうちの少なくとも1つは、好適には、シリコーンゴムタイプである。身体の背側の可能性として考えられる皮膚潰瘍を回避するために、少なくとも、人体の背面皮膚面積に当接または接触するべき第2のプローブの表面積が、生体適合性材料を呈し、第2のプローブの当接表面積(例えば、皮膚と接触しているプローブ表面の面積)は、好適には5~100cmの範囲内である。上記に説明される例示的実施形態では、第1の材料は、添加剤がシリコーンゴムを超音波非ソノルーセントにするように含まれたシリコーンゴムであり、第2および第3の材料は、超音波ソノルーセントシリコーンゴムである。例示的実施形態を継続すると、第4および第5の材料は、シリコーンゴムである。いくつかの実施形態では、第4および第5の材料は、超音波トランスデューサが背側に位置する第2のプローブ104に存在しない場合があるため、超音波側面を考慮する必要がない場合がある。付加的実施形態では、第1、第2、第3、第4、および第5の材料は、市販されている。 At least one of the first, second, third, fourth and fifth materials is preferably of silicone rubber type. In order to avoid possible skin ulcers on the dorsal side of the body, at least the surface area of the second probe that abuts or is to come into contact with the dorsal skin area of the body exhibits a biocompatible material; The contact surface area of the probe (eg, the area of the probe surface in contact with the skin) is preferably in the range of 5 to 100 cm 2 . In the exemplary embodiments described above, the first material is a silicone rubber with additives included to render the silicone rubber ultrasonolucent, and the second and third materials are Sonic sonolucent silicone rubber. Continuing with the exemplary embodiment, the fourth and fifth materials are silicone rubber. In some embodiments, the fourth and fifth materials may not be present in the second probe 104, where the ultrasound transducer is located dorsally, so ultrasound aspects may not need to be considered. . In additional embodiments, the first, second, third, fourth, and fifth materials are commercially available.

いくつかの実施形態では、信号プロセッサ134(図22に示される)は、第2の磁場ユニットによって発生されるべき磁場の強度、周波数、および持続時間を制御する。信号プロセッサは、第1および第2の加速度計ユニット121および128から、および第2の磁場ユニット129と相互作用する第1の磁場ユニット122からの入力に基づいて、当該内部構造の予期される運動方向に関して患者の身体の腹壁の移動および配向を計算するように構成される。移動および配向は、患者の腹筋と関連付けられる呼吸パラメータに関連する。 In some embodiments, signal processor 134 (shown in FIG. 22) controls the strength, frequency, and duration of the magnetic field to be generated by the second magnetic field unit. The signal processor determines the expected movement of the internal structure based on inputs from the first and second accelerometer units 121 and 128 and from the first magnetic field unit 122 interacting with the second magnetic field unit 129. The apparatus is configured to calculate movement and orientation of the abdominal wall of the patient's body with respect to direction. Movement and orientation are related to respiratory parameters associated with the patient's abdominal muscles.

上記に説明されるように、患者の内部構造または組織領域は、患者の肝臓、脾臓、または腎臓のうちの少なくとも1つである。内部構造の検出された運動は、患者の身体内の横隔膜移動の関数であることを容易に理解されたい。 As explained above, the patient's internal structure or tissue region is at least one of the patient's liver, spleen, or kidney. It will be readily appreciated that the detected movement of the internal structure is a function of diaphragm movement within the patient's body.

図22に示されるように、プロセッサ134は、それと関連付けられる、監視の経過の間に患者の呼吸データを記憶するためのデータ記憶装置135と、現在のまたは記憶された呼吸データの視覚表現を観察するためのディスプレイ136とを有する。プロセッサ134はまた、トランスデューサ112とともに動作する送受信機セクション134’もその中に含む。いくつかの実施形態では、プロセッサ134は、患者の1つ以上の呼吸パラメータが許容パラメータ範囲から離れる場合、呼吸アラートユニット137に1つ以上の視覚および/または可聴アラートを発生させてもよい。好適には、前部プローブ102は、第1のプローブ識別シリアル番号デバイス138を有し、同様に、後部プローブ104は、第2のプローブ識別シリアル番号デバイス139を有する。これらのシリアル番号138、139は、使用時の個別のプローブに一意であり、変更されることができない場合がある。 As shown in FIG. 22, the processor 134 has a data storage device 135 associated therewith for storing patient respiratory data during the course of monitoring, and a visual representation of the current or stored respiratory data. It has a display 136 for displaying. Processor 134 also includes therein a transceiver section 134' that operates in conjunction with transducer 112. In some embodiments, processor 134 may cause respiratory alert unit 137 to generate one or more visual and/or audible alerts when one or more respiratory parameters of the patient depart from acceptable parameter ranges. Preferably, the front probe 102 has a first probe identification serial number device 138 and similarly the rear probe 104 has a second probe identification serial number device 139. These serial numbers 138, 139 are unique to the individual probe in use and may not be changed.

さらに、登録および動作コンパレータユニット140が、提供され、プロセッサ134にリンクまたは結合される。いくつかの実施形態では、患者の識別シリアル番号(例えば、社会保障、税金個人コード、または別の識別子)が、患者上の呼吸検出システムの使用に先立って、および/またはその間に、プロセッサ134にリンクされるキーボード141を使用して、ユニット140に打ち込まれてもよい。特に、感染患者上の使用では、除去されたときの前部および後部プローブ102、104は、別の患者上で使用されないことが重要であり得る。ユニット140は、したがって、そのような二次使用を防止する、動作モードコントローラを含んでもよい。他の場合では、二次使用は、プローブ102、104が新しい患者上ではなく最初の患者上で再使用される場合、容認可能であり得る。 Additionally, a registration and operation comparator unit 140 is provided and linked or coupled to processor 134. In some embodiments, the patient's identification serial number (e.g., social security, tax personal code, or another identifier) is provided to the processor 134 prior to and/or during use of the respiratory detection system on the patient. It may be typed into unit 140 using a linked keyboard 141. Particularly for use on infected patients, it may be important that the anterior and posterior probes 102, 104, when removed, are not used on another patient. Unit 140 may therefore include an operating mode controller that prevents such secondary use. In other cases, secondary use may be acceptable if the probes 102, 104 are reused on the first patient rather than on a new patient.

いくつかの実施形態では、プローブの信頼性は、プローブ102、104が過剰に何度も再使用された場合、経時的に劣化し得る。したがって、動作モードコントローラは、プローブの再使用の回数を所定の使用回数、例えば、3~10回の使用に電子的に限定してもよく、その後、プロセッサ134およびユニット140は、デバイス138、139からのシリアル番号を効果的にブロックしてもよい。他の場合では、プローブ102、104は、典型的には、単回使用のためにICU(集中治療室)によって使用され得るような、個別の自己粘着性前面117’、132’を有してもよい。これらの単回使用プローブに関して、プローブ識別は、いったんシステムがシャットダウンされるとブロックされてもよく、プローブは、患者から除去される。いくつかの実施形態では、電力供給源142が、電力をプロセッサ134、データ記憶装置135、ディスプレイ136、およびユニット137、140に送達してもよい。付加的実施形態では、プローブ102、104への要求される電力が、プロセッサ134を介して送達される。 In some embodiments, the reliability of the probes may deteriorate over time if the probes 102, 104 are reused too many times. Accordingly, the operating mode controller may electronically limit the number of reuses of the probe to a predetermined number of uses, e.g., 3 to 10 uses, after which the processor 134 and unit 140 may effectively block serial numbers from. In other cases, the probes 102, 104 typically have separate self-adhesive front surfaces 117', 132', such as may be used by an ICU (intensive care unit) for single use. Good too. For these single-use probes, probe identification may be blocked once the system is shut down and the probe is removed from the patient. In some embodiments, power supply 142 may deliver power to processor 134, data storage 135, display 136, and units 137, 140. In additional embodiments, the required power to the probes 102, 104 is delivered via the processor 134.

呼吸監視の間の測定誤差の運動補償のための例示的方法が、図23-26を参照して本明細書に説明される。システムの機能をより容易に理解するために、本開示の実施形態による、前部および後部プローブ内の加速度計からの信号の導出を図式的に図示する図27、および範囲計算および運動補償に関連する信号処理を図式的に図示する図28も参照される。 Exemplary methods for motion compensation of measurement errors during respiratory monitoring are described herein with reference to FIGS. 23-26. To more easily understand the functionality of the system, FIG. 27 schematically illustrates the derivation of signals from the accelerometers in the anterior and posterior probes and related to range calculation and motion compensation, according to embodiments of the present disclosure. Reference is also made to FIG. 28, which schematically illustrates the signal processing.

例示的方法は、患者の呼吸パラメータの超音波ベースの検出で使用される。検出は、(人体の前側に位置する)前部プローブ102内の超音波トランスデューサデバイス112から、およびそこに指向される、超音波ビーム143を使用する。超音波ビーム143は、ヒトの前身体表面から身体の内側の内部構造または組織領域に指向され、超音波エコー信号としてプローブ102に戻るように反射される。 An exemplary method is used in ultrasound-based detection of patient respiratory parameters. Detection uses an ultrasound beam 143 directed from and to the ultrasound transducer device 112 in the anterior probe 102 (located on the front side of the body). Ultrasonic beam 143 is directed from the human's anterior body surface to an internal structure or tissue region inside the body and is reflected back to probe 102 as an ultrasound echo signal.

ある実施形態では、本方法は、 In certain embodiments, the method comprises:

(a)第1のプローブ102を患者の前身体表面に取り付けるステップであって、第1のプローブ102は、超音波トランスデューサ112と、第1の加速度計ユニット121と、第1の磁場ユニット122とを有する、ステップと、 (a) attaching a first probe 102 to the anterior body surface of the patient, the first probe 102 having an ultrasound transducer 112, a first accelerometer unit 121, a first magnetic field unit 122; having a step;

(b)第2のプローブ104を患者の背側身体表面に取り付けるステップであって、第2のプローブ104は、第2の加速度計ユニット128と、第2の磁場ユニット129とを有する、ステップと、 (b) attaching a second probe 104 to a dorsal body surface of the patient, the second probe 104 having a second accelerometer unit 128 and a second magnetic field unit 129; ,

(c)トランスデューサ112、第1および第2の加速度計ユニット121、128、および第1および第2の磁場ユニット122、129に結合される、信号プロセッサ134を提供するステップと、 (c) providing a signal processor 134 coupled to the transducer 112, the first and second accelerometer units 121, 128, and the first and second magnetic field units 122, 129;

(d)第1のプローブ102内の超音波トランスデューサ112から、超音波ビームを患者の身体の内側の内部構造(または組織領域)の中に伝送するステップと、 (d) transmitting an ultrasound beam from an ultrasound transducer 112 in the first probe 102 into an internal structure (or tissue region) inside the patient's body;

(e)第1のプローブ102内の超音波トランスデューサ112において、内部構造から超音波エコー信号を受信するステップと、 (e) receiving an ultrasound echo signal from an internal structure at an ultrasound transducer 112 within the first probe 102;

(f)第2の磁場ユニット129によって、第1の磁場ユニット122に伝送され、それによって検出される磁場を発生させるステップと、 (f) generating a magnetic field transmitted by the second magnetic field unit 129 to and detected by the first magnetic field unit 122;

(g)信号プロセッサ134を使用して、第1の加速度計ユニット121からの導出パラメータを使用する、固定された座標枠に対する第1の加速度計ユニット121の配向を計算し、超音波ビーム143(図23-26参照)の配向および第1の磁場ユニットの配向を表す、単位ベクトルとしての導出パラメータをさらに計算するステップと、 (g) using the signal processor 134 to calculate the orientation of the first accelerometer unit 121 with respect to a fixed coordinate frame using the derived parameters from the first accelerometer unit 121 and using the ultrasound beam 143 ( further calculating derived parameters as unit vectors representing the orientation of the first magnetic field unit (see FIGS. 23-26) and the orientation of the first magnetic field unit;

(h)信号プロセッサ134を使用して、ユニット128からの導出パラメータを使用する、固定された座標枠に対する第2の加速度計ユニット128の配向を計算し、身体背部支持傾転角(α)および第2の磁場ユニット129(例えば、電磁石)から第1の磁場ユニット122(例えば、前部プローブ102内に位置するセンサデバイス)までの空間方向を表す単位ベクトルを含む、さらなる導出パラメータ、第2の磁場ユニット129の配向、および呼気の間の内部構造または組織領域(例えば、肝臓、脾臓、または腎臓)の予期される運動方向をさらに計算するステップと、 (h) using the signal processor 134 to calculate the orientation of the second accelerometer unit 128 with respect to the fixed coordinate frame using the derived parameters from the unit 128, and calculating the body back support tilt angle (α) and Further derived parameters, including a unit vector representing the spatial direction from the second magnetic field unit 129 (e.g. an electromagnet) to the first magnetic field unit 122 (e.g. a sensor device located within the anterior probe 102), the second further calculating the orientation of the magnetic field unit 129 and the expected direction of movement of the internal structure or tissue region (e.g., liver, spleen, or kidney) during exhalation;

(i)信号プロセッサ134において、磁場の検出に基づく、第1および第2の磁場ユニット122、129の間の任意の変動距離を計算するステップと、 (i) calculating in the signal processor 134 any variation distance between the first and second magnetic field units 122, 129 based on the detection of the magnetic field;

(j)信号プロセッサ134を使用して、ステップ(g)-(i)における計算からの結果を処理し、補正パラメータを発生させ、患者の呼吸に起因する腹壁移動によって引き起こされる、受信された超音波エコー信号の測定誤差を補償するステップと、
を含む。
(j) using signal processor 134 to process the results from the calculations in steps (g)-(i) and generate correction parameters to compensate for the received hypersensitivity caused by abdominal wall movement due to patient breathing; Compensating for measurement errors in the acoustic wave echo signal;
including.

より具体的には、処理ステップ(j)は、 More specifically, processing step (j) includes:

(k)超音波ビーム方向143に沿った前部プローブ102内に含有される第1の磁場ユニット122と背側に位置する第2の磁場ユニット129との間の距離を表す、ベクトルを分解するステップと、 (k) resolving a vector representing the distance between the first magnetic field unit 122 contained within the anterior probe 102 and the second magnetic field unit 129 located dorsally along the ultrasound beam direction 143; step and

(l)距離を表す分解されたベクトルを時間的に微分し、増分運動値を生じさせるステップと、 (l) differentiating the resolved vector representing the distance in time to yield an incremental motion value;

(m)ステップ(l)における増分運動値を、少なくとも同一の時間間隔内の内部構造からの超音波エコー信号の使用によって検出されるような増分ドップラ効果運動値に加算するステップと、 (m) adding the incremental motion value in step (l) to an incremental Doppler effect motion value as detected by use of ultrasound echo signals from the internal structure within at least the same time interval;

(n)超音波ビーム143と内部構造の運動方向との間の角度の瞬時余弦値に関してステップ(m)の加算された運動値を補正するステップと、 (n) correcting the summed motion value of step (m) with respect to the instantaneous cosine value of the angle between the ultrasound beam 143 and the direction of motion of the internal structure;

(o)補正された呼吸パラメータを説明する内部構造位置変動を取得するために、補正および加算された運動値を合計するステップと、
を含んでもよい。
(o) summing the corrected and summed motion values to obtain internal structure position variations that account for the corrected respiratory parameters;
May include.

前部プローブの運動補正に関する必要性が、ここで下記にさらに詳細に議論されるであろう。以下の議論は、主に肝臓運動検出の測定に関連するが、本開示の実施形態はまた、ヒトの脾臓または腎臓等の他の組織の運動検出に適用され得ることを理解されたい。 The need for anterior probe motion compensation will now be discussed in more detail below. Although the following discussion primarily relates to measuring liver motion detection, it is to be understood that embodiments of the present disclosure may also be applied to motion detection in other tissues such as the human spleen or kidney.

超音波トランスデューサデバイスプローブの評価のためのパイロット臨床試験の間に、そのような器具によって提供される測定値の再現性は、不良であり、腹部表面上のプローブの再配置は、測定された肝臓(および横隔膜)運動振幅の望ましくない変化または偏差をもたらすことが観察された。これに関して可能性として考えられる原因を分析することによって、偏差に起因した場合がある2つの要因が、識別された。 During pilot clinical trials for the evaluation of ultrasound transducer device probes, the reproducibility of measurements provided by such instruments was poor, and repositioning of the probe on the abdominal surface did not interfere with the measured liver (and diaphragm) was observed to result in undesirable changes or deviations in movement amplitude. By analyzing the possible causes in this regard, two factors were identified that may have been responsible for the deviation.

第1に、患者の腹部表面上のプローブは、患者が呼吸しているときに上下に移動している。本運動は、超音波ビーム方向143に沿ったベクトル成分を有し、プローブの運動は、図23および24に図示されるように、肝臓144の真の運動の可変過小評価をもたらす。肝臓144が、吸気の間にプローブ102に向かって移動するとき、プローブは、同時に肝臓から離れるように移動し、呼気の間にその逆も同様である。本発生は、移動することが可能にされなかった、機械的に固定されたプローブを実験的に使用して確認され、自由に移動するプローブと比較して、肝臓運動の約40%高い推定値をもたらした。 First, the probe on the patient's abdominal surface is moving up and down as the patient breathes. This motion has a vector component along the ultrasound beam direction 143, and the probe motion results in a variable underestimation of the true motion of the liver 144, as illustrated in FIGS. 23 and 24. When the liver 144 moves toward the probe 102 during inspiration, the probe simultaneously moves away from the liver and vice versa during exhalation. This occurrence was confirmed experimentally using a mechanically fixed probe that was not allowed to move, resulting in approximately 40% higher estimates of liver movement compared to a freely moving probe. brought about.

図23および24は、本開示の実施形態による、ヒト肝臓において指向される超音波ビームを使用する呼吸検出のための基本原理と、呼吸の間の人体の胸部および腹部領域の運動とを示す、断面図を図示する。特に、図23および24の断面図は、肝臓144の運動145およびプローブの運動146、およびプローブの運動が2つの成分を有すると見なされ得る様子を示す。1つの成分147は、超音波ビーム方向143に沿っている。本成分は、肝臓144の推定される運動に直接影響を及ぼし、それを妨害するであろう。 23 and 24 illustrate the basic principles for breath detection using ultrasound beams directed at the human liver and the motion of the thoracic and abdominal regions of the human body during breathing, according to embodiments of the present disclosure; Figure 3 illustrates a cross-sectional view. In particular, the cross-sectional views of FIGS. 23 and 24 illustrate liver 144 movement 145 and probe movement 146, and how the probe movement can be considered to have two components. One component 147 is along the ultrasound beam direction 143. This component will directly affect and interfere with the estimated movement of the liver 144.

第2に、腹部表面は、円筒形ではなく、円錐形である。本腹部形状は、トランスデューサ112およびプローブ102の可変傾転を引き起こし、したがって、超音波ビーム143の方向に影響を及ぼすであろう。前部プローブ102が肝臓144への音響アクセスを有するために設置される、肋骨縁の直下に、表面の実質的凹面が細いヒト対象に存在し得る。そして、肥満のヒト対象では、表面は、図25に図示されるように凸状である。したがって、音波ビーム143と肝臓運動方向145との間の固定された45°角度の仮定は、有効ではない場合がある。 Second, the abdominal surface is conical rather than cylindrical. This ventral shape will cause variable tilting of the transducer 112 and probe 102, thus affecting the direction of the ultrasound beam 143. Substantial concavity of the surface may exist in thin human subjects just below the costal margin where the anterior probe 102 is placed to have acoustic access to the liver 144. And in obese human subjects, the surface is convex as illustrated in FIG. 25. Therefore, the assumption of a fixed 45° angle between the acoustic beam 143 and the liver motion direction 145 may not be valid.

故に、本発明の実施形態は、上記に議論される問題を軽減する。 Thus, embodiments of the present invention alleviate the problems discussed above.

図26は、背側(補助)または後部センサプローブ104の設置の使用を通した距離測定148の基本原理を示す、断面図を図示する。非限定的実施例では、人体は、ベッドのマットレス上で仰臥位である(例えば、顔を上向きにして横たわっている)。 FIG. 26 illustrates a cross-sectional view showing the basic principle of distance measurement 148 through the use of dorsal (auxiliary) or posterior sensor probe 104 placement. In a non-limiting example, the human body is in a supine position (eg, lying face up) on the mattress of a bed.

プローブ102は、重力ベクトルの方向を使用して傾転を推定し、肝臓の運動に対する超音波ビームの実際の空間方向の計算を可能にする、3軸加速度計モジュールを装備する。 The probe 102 is equipped with a 3-axis accelerometer module that uses the direction of the gravity vector to estimate the tilt and allows calculation of the actual spatial direction of the ultrasound beam relative to the movement of the liver.

ある実施形態では、追加の第2の(補助)センサ後部プローブ104が、患者身体が仰臥位である場合、前部プローブ102の垂直に下方で、患者の背側の場所に追加される。患者が、直立姿勢である場合、前部および後部プローブ102、104は、ヒトの脊椎方向に対して略直角で整合されてもよい。 In some embodiments, an additional second (auxiliary) sensor posterior probe 104 is added at a location on the dorsal side of the patient, vertically below the anterior probe 102 when the patient's body is in the supine position. When the patient is in an upright position, the anterior and posterior probes 102, 104 may be aligned substantially perpendicular to the human's spinal direction.

後部の第2のセンサプローブ104は、殆どのICU患者が上昇型ベッドを有するため、患者が横になるベッドの傾転角を測定するための付加的加速度計ユニット128を含有する。傾転角測定値は、実際の肝臓運動方向の推定値を有するために利用されてもよい。 The rear second sensor probe 104 contains an additional accelerometer unit 128 to measure the tilt angle of the bed on which the patient lies, since most ICU patients have elevated beds. The tilt angle measurements may be utilized to have an estimate of the actual liver movement direction.

後部センサプローブ104はまた、前部プローブ102のユニット122内の磁石ピックアップコイルによって感知される弱い交流磁場を発生させる、電磁石をユニット129内に含有する。電磁石および磁石ピックアップコイルの使用は、磁場強度と距離との間の公知の関係に基づいて、前部プローブ102の上下運動の持続的測定を可能にする。これらの計算を取得することによって、プローブ102の運動は、次いで、肝臓運動の推定値に含まれることができる。 The rear sensor probe 104 also contains an electromagnet in unit 129 that generates a weak alternating magnetic field that is sensed by a magnetic pickup coil in unit 122 of the front probe 102. The use of electromagnets and magnetic pickup coils allows for continuous measurement of the vertical movement of the anterior probe 102 based on the known relationship between magnetic field strength and distance. By obtaining these calculations, the motion of the probe 102 can then be included in the estimate of liver motion.

したがって、プローブ配向および垂直運動についての精密な知識が前部プローブ運動および腹部表面形状の両方の影響に対する補償を可能にすることを理解されたい。 It should therefore be appreciated that precise knowledge of probe orientation and vertical motion allows compensation for the effects of both anterior probe motion and abdominal surface topography.

本発明の実施形態の開発では、いくつかの潜在的な安全性の問題が、対処された。 In developing embodiments of the invention, several potential safety issues were addressed.

磁場:患者の背部上の電磁石は、好適には、33kHzの周波数において、距離の逆3乗とともに減衰する、弱い磁場を発生させる。全ての方向で、磁場強度は、円筒磁石の中心線から15mmを上回る距離で27μTを下回る。例えば、27μTは、3kHz~10MHzの周波数における一般大衆にとっての持続的全身暴露のための推奨最大磁場強度である。これは、背部センサに近い数ミリメートルの皮膚および皮下組織が、持続的職業全身暴露の対応する限界である、27μTを上回るが、常に100μTを下回る、磁場強度に暴露されるであろうことを意味する。 Magnetic field: An electromagnet on the patient's back generates a weak magnetic field, preferably at a frequency of 33 kHz, which decays with the inverse cube of distance. In all directions, the magnetic field strength is below 27 μT at distances greater than 15 mm from the centerline of the cylindrical magnet. For example, 27 μT is the recommended maximum magnetic field strength for sustained whole-body exposure for the general public at frequencies between 3 kHz and 10 MHz. This means that the few millimeters of skin and subcutaneous tissue close to the dorsal sensor will be exposed to magnetic field strengths above 27 μT, but always below 100 μT, which is the corresponding limit for sustained occupational whole body exposure. do.

前部プローブ102内の新しい加速度および磁気センサデバイスおよび後部プローブ内の加速度センサデバイス128:プローブ102、104に追加された加速度計121、128および磁気ピックアップコイル122は、いずれのエネルギー放出も伴わない受動デバイスである。それらは、したがって、患者に損害を与えるいずれの潜在性も有していない。 New acceleration and magnetic sensor devices in the front probe 102 and the acceleration sensor device 128 in the rear probe: The accelerometers 121, 128 and magnetic pickup coils 122 added to the probes 102, 104 are passive without any energy emission. It is a device. They therefore do not have any potential to harm the patient.

患者の背側の物理的褥瘡:後部センサプローブ104は、褥瘡を生成する潜在性を有し得る。これは、センサの設計の間に考慮されている。一実施形態では、プローブ104は、好適には、生体適合性軟質シリコーンゴムにカプセル化され、例えば、鋭縁を伴わず、その円周に向かってテーパ状の形状を伴って、患者の皮膚または5~100cm2の範囲内の表面と接触するための円形の5cm直径の平坦な接触表面を有する。好適な取付場所は、胸郭と骨盤との間に軟組織領域が存在し、均等な機械的圧力分布に寄与する、患者の背脇腹である。一実施形態では、皮膚への取付は、両面シリコーンゴムテープ等の前部プローブのために使用されるいくつかの取付オプションのうちの1つを使用することによるものである。第4の材料または第5の材料の本体が、粘着性である場合、後部プローブは、これらの粘着性材料のうちの1つを介して人体の背側に取り付けられてもよい。 Physical bedsores on the patient's back: The rear sensor probe 104 may have the potential to create bedsores. This has been taken into account during the design of the sensor. In one embodiment, the probe 104 is preferably encapsulated in a biocompatible soft silicone rubber, e.g., with no sharp edges and with a tapered shape toward its circumference, such as on the patient's skin or It has a circular 5 cm diameter flat contact surface for contacting surfaces within the range of 5 to 100 cm 2 . A preferred attachment location is on the dorsal flank of the patient, where there is a soft tissue area between the thorax and pelvis, contributing to an even mechanical pressure distribution. In one embodiment, attachment to the skin is by using one of several attachment options used for anterior probes, such as double-sided silicone rubber tape. If the body of the fourth or fifth material is adhesive, the rear probe may be attached to the dorsal side of the body via one of these adhesive materials.

褥瘡を予防するために、センサ取付面積内または周囲の皮膚は、後部プローブの毎日の再取付の間に、また、患者への日常的な看護訪問の間に、慎重に点検され得る。皮膚炎の発生は、有害事象として記録され得、そのような状況における患者は、さらなる参加から除外され得る。 To prevent bedsores, the skin in or surrounding the sensor attachment area can be carefully inspected during daily reattachment of the posterior probe and during routine patient care visits. The occurrence of dermatitis may be recorded as an adverse event and patients in such circumstances may be excluded from further participation.

電気的安全性:両方のプローブ102、104は、好適には、20kV/mmの電気絶縁を伴うシリコーンゴム等の電気絶縁材料に完全に密閉してカプセル化される。ある実施形態では、プローブの内側の導電体から表面までの最短距離は、少なくとも1mmである。少なくとも第1および第4の材料の本体は、そのような電気絶縁性質を呈する。 Electrical Safety: Both probes 102, 104 are preferably fully hermetically encapsulated in an electrically insulating material such as silicone rubber with 20 kV/mm electrical insulation. In certain embodiments, the shortest distance from the conductor inside the probe to the surface is at least 1 mm. The bodies of at least the first and fourth materials exhibit such electrically insulating properties.

いくつかの実施形態では、デバイスは、好適には、12VDCを送達する医療グレード外部電力供給源から給電される。デバイスの内側で見出される最高電圧は、好ましくは、18~24VDC以下である。 In some embodiments, the device is preferably powered from a medical grade external power supply delivering 12VDC. The highest voltage found inside the device is preferably no more than 18-24 VDC.

例示的実施形態:運動補償 Exemplary Embodiment: Motion Compensation

磁気範囲測定値と組み合わせた重力ベクトルの加速度計読取値に基づく、運動補償の簡略化された方法が、ここで議論されるであろう。簡略化された提示のために、センサプローブ102運動は、患者の人体が横になるマットレスの平面と垂直な方向に実質的に沿っていると仮定される。
後部(補助)センサプローブ104配向
A simplified method of motion compensation based on accelerometer readings of the gravity vector in combination with magnetic range measurements will be discussed here. For simplified presentation, it is assumed that the sensor probe 102 movement is substantially along a direction perpendicular to the plane of the mattress on which the patient's body lies.
Rear (auxiliary) sensor probe 104 orientation

後部センサプローブ配向(例えば、患者の背側に位置するプローブ104)の計算が、大域的座標枠に対する回転行列、および以下の導出パラメータの計算として表され得る。
‐マットレス傾転角(α)の正弦および余弦
‐以下を説明する単位ベクトル:
・後部プローブ104から前部プローブ102までの方向。これはまた、前部プローブ102の予期される運動方向でもある。
・電磁石129の配向
・患者の頭部に向かった正の方向である、予期される肝臓運動145の方向
前部センサプローブ配向
The calculation of the posterior sensor probe orientation (eg, the probe 104 located on the dorsal side of the patient) may be expressed as a rotation matrix with respect to a global coordinate frame and the calculation of the following derived parameters.
- sine and cosine of the mattress tilt angle (α) - unit vectors that describe:
- Direction from rear probe 104 to front probe 102. This is also the expected direction of movement of the anterior probe 102.
- Orientation of electromagnet 129 - Direction of expected liver movement 145, positive direction towards the patient's head - Forward sensor probe orientation

導出パラメータを用いた前部プローブ102配向の計算は、加速度計121読取値および後部(補助)プローブ104からのマットレスの傾転の入力に基づく。 The calculation of the anterior probe 102 orientation using the derived parameters is based on the accelerometer 121 readings and mattress tilt input from the posterior (auxiliary) probe 104.

前部プローブおよび後部プローブを配向する方法についてのユーザ命令に基づいて、出力は、以下である。
‐以下を説明する単位ベクトル:
・超音波ビーム方向143
・磁石ピックアップ配向149
後部プローブから前部プローブまでの距離
Based on the user instructions on how to orient the anterior and posterior probes, the output is:
-A unit vector that describes:
・Ultrasonic beam direction 143
・Magnet pickup orientation 149
Distance from rear probe to front probe

距離は、磁気ピックアップ信号、電磁石129からピックアップ122までの方向、および電磁石129およびピックアップ信号122の配向から計算される。本計算はまた、システムの生産の間に決定される単一の較正値(k)も利用する。
運動補償
The distance is calculated from the magnetic pickup signal, the direction from electromagnet 129 to pickup 122, and the orientation of electromagnet 129 and pickup signal 122. The calculation also utilizes a single calibration value (k) determined during production of the system.
motion compensation

後部プローブと前部プローブとの間の距離148は、音波ビーム方向143に沿って分解され、増分運動をもたらすように微分される。これは、同一の時間間隔内にドップラシステムによって検出される増分運動に加算される。合計された運動は、次いで、音波ビームと肝臓運動方向との間の角度の瞬時余弦に関して補正される。変位が、次いで、積分によって計算される。
一般的側面
The distance 148 between the rear and front probes is resolved along the acoustic beam direction 143 and differentiated to provide incremental motion. This is added to the incremental motion detected by the Doppler system within the same time interval. The summed motion is then corrected for the instantaneous cosine of the angle between the acoustic beam and the liver motion direction. Displacement is then calculated by integration.
General aspects

全ての加速度計読取値は、軸方向が以下である、座標系と一致するように変換される。
X:患者の頭部に向かう
Y:患者の左腕側に向かう
Z:下向き
All accelerometer readings are transformed to match the coordinate system in which the axial directions are:
X: towards the patient's head Y: towards the patient's left arm Z: downward

3軸加速度計のIMU(慣性測定ユニット)が90°の整数の倍数で搭載されると仮定して、座標系変換は、順列および符号逆転の組み合わせによって行われる。 Assuming that the three-axis accelerometer IMU (Inertial Measurement Unit) is mounted in integer multiples of 90°, the coordinate system transformation is performed by a combination of permutation and sign reversal.

式および例証における全ての座標および回転は、別様に規定されない限り、大域的定常座標系において挙げられる。 All coordinates and rotations in the formulas and illustrations are given in a global stationary coordinate system unless otherwise specified.

加速度計読取値のみが、角度配向の決定のために使用される、下記の計算に関して、それらは、数値フォーマットが符号付きである限り、未加工2値フォーマットからメートル法に変換される必要はない。
後部プローブ104配向:
For the calculations below where only accelerometer readings are used to determine angular orientation, they do not need to be converted from raw binary format to metric as long as the numerical format is signed.
Rear probe 104 orientation:

加速度計読取値は、aAx、aAyおよびaAz(符号付き、任意単位)である。 The accelerometer readings are a Ax , a Ay and a Az (signed, arbitrary units).

電気コードは、真っ直ぐに外向きに患者の右側を指し示し、そのコード、フェライトロッド、および加速度計y軸は、平行であると仮定される。 The electrical cord points straight outward to the patient's right side, and the cord, ferrite rod, and accelerometer y-axis are assumed to be parallel.

プローブ104の配向は、2回の回転のシーケンスによって説明され得る。
1)患者背部の局所横方向曲率を考慮するための大域的x軸の周囲のρの初期回転(ロール)
2)ベッドの傾転を考慮するための大域的Y軸の周囲のαの回転(ピッチ)
The orientation of probe 104 may be described by a sequence of two rotations.
1) Initial rotation (roll) of ρ around the global x-axis to account for the local lateral curvature of the patient's back
2) Rotation (pitch) of α around the global Y axis to account for bed tilting

回転は、プローブおよびその測定された重力ベクトルを堅い本体と見なし、重力ベクトルを負の大域的z軸と整合させる回転を実施することによって、導出される。第1の回転は、重力ベクトルをx-z平面と整合させる。例えば、図29は、以下のように計算され得る、正のx軸から見られる第1の回転(ρ)を示す、例示的グラフを図示する。
The rotation is derived by considering the probe and its measured gravity vector as a rigid body and performing a rotation that aligns the gravity vector with the negative global z-axis. The first rotation aligns the gravity vector with the xz plane. For example, FIG. 29 illustrates an example graph showing the first rotation (ρ) viewed from the positive x-axis, which may be calculated as follows.

そして、対応する回転行列は、以下である。
And the corresponding rotation matrix is:

図30は、正のy軸から見られるような第2の回転に先立った重力ベクトルの配向の実施例を示す。第2の回転は、以下のように計算される。
FIG. 30 shows an example of the orientation of the gravity vector prior to the second rotation as seen from the positive y-axis. The second rotation is calculated as follows.

sin(α)およびcos(α)は、通常、前部プローブ102配向の計算のために利用されることに留意されたい。角度α自体は、評価される必要がない場合がある。 Note that sin(α) and cos(α) are typically utilized for calculation of anterior probe 102 orientation. The angle α itself may not need to be evaluated.

対応する回転行列は、以下である。
The corresponding rotation matrix is:

全回転は、したがって、以下である。
The total rotation is therefore:

後部プローブ104の第2の磁場ユニット129内の電磁石の単位ベクトル配向は、以下である。
The unit vector orientation of the electromagnets in the second field unit 129 of the rear probe 104 is:

大域的座標系で表される肝臓運動の単位ベクトル方向は、以下である。
The unit vector direction of liver motion expressed in the global coordinate system is:

後部電磁石129から前部センサピックアップ122までの単位ベクトルは、以下である。
前部プローブ102配向:
The unit vector from the rear electromagnet 129 to the front sensor pickup 122 is:
Front probe 102 orientation:

加速度計読取値は、aPx、aPy、およびaPzである。 The accelerometer readings are a Px , a Py , and a Pz .

ベッド傾転角は、α(背部センサから、sin(α)およびcos(α)として表される)である。 The bed tilt angle is α (expressed as sin(α) and cos(α) from the back sensor).

測定された加速度を垂直および上向きにする様式でプローブ102を位置付け、プローブ102x軸および身体中心線が同一平面内にあることを確実にする、回転のシーケンスは、以下である。
1)身体表面の局所テーパを考慮するためのyの周囲のφの回転
2)右脇腹内のプローブ102の位置を考慮するためのxの周囲のθの回転
3)yの周囲のα(ベッド傾転)の最終回転
The sequence of rotations that positions the probe 102 in a manner that makes the measured acceleration vertical and upward and ensures that the probe 102 x-axis and body centerline are in the same plane is as follows.
1) rotation of φ around y to account for the local taper of the body surface 2) rotation of θ around x to account for the position of the probe 102 within the right flank 3) rotation of α around y (bed final rotation of tilting)

計算は、プローブ102から成る堅い本体の回転のシーケンス、および測定された重力ベクトルを大域的な負のz軸(上向き)と整合させる、その関連付けられる測定された重力ベクトルを見出すことによって、導出される。 The calculation is derived by finding the sequence of rotations of the rigid body consisting of the probe 102 and its associated measured gravity vector that aligns the measured gravity vector with the global negative z-axis (upwards). Ru.

回転(1)に関して、初期条件は、下記の方程式12-19によって提示され、図31によって図示される。例えば、図31は、正のy軸から見られるプローブ座標および測定された加速度を図示する。第1の回転は、大域的y-z平面までの残りの距離がg sin(α)であるように、測定された加速度ベクトルを指し示させる、φ=β-γの角度を伴ってy軸の周囲にある。 For rotation (1), the initial conditions are presented by equations 12-19 below and illustrated by FIG. For example, FIG. 31 illustrates probe coordinates and measured accelerations as viewed from the positive y-axis. The first rotation rotates y with an angle φ=β−γ, causing the measured acceleration vector to point such that the remaining distance to the global yz plane is g P sin(α). around the axis.

方程式は、以下を含む。
The equation includes:

以下の条件が、有効な計算のために満たされることになることに留意されたい。
Note that the following conditions will be met for a valid calculation.

いくつかの実施形態では、プローブ102設置におけるユーザエラー(例えば、不適切な配向)が、本条件を引き起こし得る。これが起こる場合、エラーメッセージが、与えられてもよく、セッションが、再開されてもよい。 In some embodiments, user error in probe 102 installation (eg, improper orientation) may cause this condition. If this occurs, an error message may be given and the session may be restarted.

回転角φは、以下の性質を有する。
The rotation angle φ has the following properties.

回転行列は、したがって、以下である。
The rotation matrix is therefore:

回転(2)に関して、状況は、図32および関連方程式20-22によって図示される。例えば、図32は、大域的な正のx軸から見られる回転(1)後の状況を示す。大域的x軸の周囲の次の回転(2)は、加速度ベクトルを大域的x-z平面の中にもたらし得る。方程式は、以下を含む。
For rotation (2), the situation is illustrated by FIG. 32 and related equations 20-22. For example, FIG. 32 shows the situation after rotation (1) as seen from the global positive x-axis. The next rotation (2) around the global x-axis may bring the acceleration vector into the global xz plane. The equation includes:

回転行列は、したがって、以下である。
The rotation matrix is therefore:

図33は、回転(2)後の測定された加速度ベクトルの方向を示す。大域的y軸の周囲の最後の回転は、ベクトルを大域的座標系の負のz軸と整合させるであろう。 Figure 33 shows the direction of the measured acceleration vector after rotation (2). The final rotation around the global y-axis will align the vector with the negative z-axis of the global coordinate system.

回転(3)に関して、回転行列は、以下である。
Regarding rotation (3), the rotation matrix is:

記述されるように、RP3は、方程式(7)からのRA2と同一であり得、再計算される必要がない場合がある。 As noted, R P3 may be the same as R A2 from equation (7) and may not need to be recalculated.

全回転は、次いで、以下のように計算される。
The total rotation is then calculated as follows.

超音波ビーム方向(45°下向き)は、以下である。
The ultrasound beam direction (45° downward) is as follows.

いくつかの実施形態では、これらの三角関数は、好ましくは、事前計算される。 In some embodiments, these trigonometric functions are preferably precomputed.

磁石ピックアップ122(一実施形態では、プローブx軸の周囲の26°回転において角度を付けられる)の配向は、以下である。
The orientation of the magnetic pickup 122 (in one embodiment, angled at a 26° rotation about the probe x-axis) is as follows.

いくつかの実施形態では、これらの三角関数もまた、好ましくは、事前計算される。
磁石距離測定148:
In some embodiments, these trigonometric functions are also preferably precomputed.
Magnet distance measurement 148:

距離の計算への入力は、以下である。 The inputs to the distance calculation are:

cal:較正の間の信号読取値。第2の磁場ユニット129内の放出磁石および第1の磁場ユニット122内の受信磁石は、システムが較正されるときに、平面上で相互と平行に、かつそれらの中心線の間の距離に直交して配向されると仮定される。 Ncal : Signal reading during calibration. The emitting magnets in the second magnetic field unit 129 and the receiving magnets in the first magnetic field unit 122 are parallel to each other in a plane and orthogonal to the distance between their center lines when the system is calibrated. It is assumed to be oriented as follows.

cal:較正の間の磁石122、129の間の距離。 S cal : distance between magnets 122, 129 during calibration.

meas:測定の間の信号読取値。 N meas : signal reading during measurement.

mm:磁石129からピックアップ122までの単位ベクトル。 v mm : unit vector from magnet 129 to pickup 122;

magnet:電磁石129の配向をもたらす単位ベクトル。 v magnet : unit vector that provides the orientation of the electromagnet 129.

pickup:前部プローブ102内の磁石ピックアップ122の配向をもたらす単位ベクトル。 v pickup : unit vector that provides the orientation of the magnetic pickup 122 within the front probe 102.

双極子からの外部磁場に関する式は、以下のように計算される。
The equation for the external magnetic field from the dipole is calculated as follows.

Sは、vmmによって与えられる方向に沿った双極子からの距離であり、|μ|は、磁石双極子モーメントの大きさである。ベクトルとベクトルの乗算は、スカラー積であることに留意されたい。曲折アクセント記号(^)は、単位ベクトルを示す。 S is the distance from the dipole along the direction given by v mm and |μ| is the magnitude of the magnet dipole moment. Note that vector-vector multiplication is a scalar product. A circumflex (^) indicates a unit vector.

ピックアップコイル122からの受信された信号(Nmeas)は、以下の方程式によると、ピックアップ122と平行である磁場の成分であろう。
The received signal (N meas ) from pickup coil 122 will be the component of the magnetic field that is parallel to pickup 122, according to the equation below.

ここで、kは、|μ|、コイルの物理的性質、増幅、ADC性質、復調、および信号加算平均を組み合わせる、定数である。定数kは、較正手順によって決定される。 where k is a constant that combines |μ|, coil physics, amplification, ADC properties, demodulation, and signal averaging. The constant k is determined by a calibration procedure.

Sに関して方程式28を解法することは、以下の距離(Smag)をもたらす。
Solving Equation 28 in terms of S yields the distance (S mag ):

較正: calibration:

Kは、較正の間に決定される。フェライトロッドが、相互からScalの距離に位置し、図34によって示されるように配向される仮定して、次いで、方程式28を解法することは、以下を提供する。
K is determined during calibration. Assuming that the ferrite rods are located at a distance of S cal from each other and oriented as shown by FIG. 34, then solving Equation 28 provides:

図34の較正設定の幾何学形状を説明する、ベクトルvmagnet、vpickup、およびvmmに関する値を挿入することは、以下をもたらす。
Inserting values for the vectors v magnet , v pickup , and v mm , which describe the geometry of the calibration settings of FIG. 34, yields:

calに関する測定単位は、Smagに関する単位と同一であることに留意されたい。較正が、26°回転された(組み立てられたプローブを平面上に設置する)ピックアップを用いて実施される場合、kは、代わりに、以下となる。
較正された距離測定の実用的実装:
Note that the units of measurement for S cal are the same as for S mag . If the calibration is performed with the pickup rotated 26° (places the assembled probe on a flat surface), then k will instead be:
Practical implementation of calibrated distance measurement:

定数kは、方程式31に従って、プローブの各システムの生産の間に決定され、不揮発性メモリ内に記憶される。本明細書に説明される本例示的実施形態では、Scalに関する実用的値は、0.25mである。
運動補償
The constant k is determined during production of each system of probes and stored in non-volatile memory according to Equation 31. In the exemplary embodiment described herein, the practical value for S cal is 0.25 m.
motion compensation

本明細書に説明される運動補償方法は、ビーム配向、ベッド角度、および腹部表面運動の持続的変動を補償する。これは、腹部表面がマットレスと垂直な方向(vmm)に移動すると仮定する。 The motion compensation method described herein compensates for persistent variations in beam orientation, bed angle, and abdominal surface motion. This assumes that the abdominal surface moves in the direction perpendicular to the mattress (v mm ).

プローブの異なるセンサからのデータは、同じサンプルレートおよび遅延を有するように事前調整され、超音波ベースの範囲測定値(Sultr)の符号は、患者頭部に向かった肝臓の運動が正であるようなものである。文字デルタ(Δ)は、連続サンプルの間の差異を示す。 The data from the different sensors of the probe are preconditioned to have the same sample rate and delay, and the sign of the ultrasound-based range measurement (S ultr ) is positive for liver motion toward the patient's head. It's something like this. The letter delta (Δ) indicates the difference between consecutive samples.

磁石範囲測定値と超音波ビームとの間の角度に関して、および超音波ビームと肝臓運動との間の角度に関して補正されたときの2つの連続サンプル点の間の肝臓の増分運動は、以下である。
The incremental movement of the liver between two consecutive sample points when corrected with respect to the angle between the magnet range measurement and the ultrasound beam and with respect to the angle between the ultrasound beam and the liver movement is .

beamおよびvliverが、
相互と垂直に近い場合、測定値が、次いで、角度に非常に依存し、不正確であろうため、エラーメッセージまたは警告が発行され得ることに留意されたい。
v beam and v river are
Note that if close to perpendicular to each other, an error message or warning may be issued as the measurement value will then be highly angle dependent and inaccurate.

肝臓144の瞬時速度は、以下として見出される。
式中、Δtは、サンプルの間の時間である。
The instantaneous velocity of the liver 144 is found as:
where Δt is the time between samples.

肝臓の位置は、ΔSliverの総和によって見出される。 The location of the liver is found by the summation of ΔS liver .

したがって、ヒトの肝臓、脾臓、および腎臓のうちの1つの内部構造に関連する移動検出誤差を補償するために、前部および後部プローブ内の3軸加速度計ユニットを活用して、重力の方向に基づいて傾転を測定し、磁場を放出する第2の磁場ユニットの支援を受けて、前部プローブ内の磁場ユニットを使用して、プローブの上下運動を測定することが有用であることが要約され得る。ヒトの背側に位置するように後部プローブを追加することによって、そのプローブは、第2の加速度計ユニットを有し、また、肝臓がベッド表面と同一の方向に沿って移動すると仮定して、患者が横になるベッドの傾転角を測定することも可能である。次いで、ビームが、例えば、45°の定常値を有すると仮定する代わりに、肝臓運動と超音波ビームとの間の角度を算出することが可能である。本開示は、それによって、提供される超音波ドップラ信号への上下運動の寄与を算出し、それによって、関連信号誤差を補償する可能性を提供する。 Therefore, in order to compensate for movement detection errors associated with the internal structures of one of the human liver, spleen, and kidney, we utilize three-axis accelerometer units in the anterior and posterior probes to It is summarized that it is useful to measure the vertical movement of the probe using a magnetic field unit in the front probe, with the assistance of a second magnetic field unit that measures the tilting based on and emits a magnetic field. can be done. By adding a posterior probe to be located on the dorsal side of the human, that probe has a second accelerometer unit and also assuming that the liver moves along the same direction as the bed surface. It is also possible to measure the tilt angle of the bed on which the patient lies. It is then possible to calculate the angle between the liver motion and the ultrasound beam instead of assuming that the beam has a steady value of, for example, 45°. The present disclosure thereby provides the possibility of calculating the contribution of vertical motion to the provided ultrasound Doppler signal and thereby compensating for associated signal errors.

発明の概要および要約の節ではなく、詳細な説明の節は、請求項を解釈するために使用されることを意図していることを理解されたい。発明の概要および要約の節は、本発明者によって検討されるような本発明の全てではないが1つ以上の例示的実施形態を記載し得、したがって、いかようにも本発明および添付の請求項を限定することを意図していない。 It is to be understood that the Detailed Description section, rather than the Summary and Abstract sections, is intended to be used to interpret the claims. The Summary and Abstract sections may describe one or more, but not all, exemplary embodiments of the invention as contemplated by the inventors and, therefore, may describe the invention and the appended claims in any manner. It is not intended to limit the section.

本発明の実施形態が、その規定機能および関係の実装を図示する機能構成ブロックを用いて上記に説明された。これらの機能構成ブロックの境界は、説明の便宜上、本明細書では恣意的に定義されている。代替境界が、その規定機能および関係が適切に実施される限り、定義されることができる。 Embodiments of the present invention have been described above using functional building blocks that illustrate the implementation of its specified functions and relationships. The boundaries of these functional building blocks are arbitrarily defined herein for convenience of explanation. Alternative boundaries can be defined so long as their defined functions and relationships are properly performed.

具体的実施形態の前述の説明は、本発明の一般的概念から逸脱することなく、必要以上の実験を伴わずに、当技術分野内の知識を適用することによって、他者がそのような具体的実施形態を種々の用途のために容易に修正および/または適合し得る、本発明の一般的性質を完全に明らかにするであろう。したがって、そのような適合および修正は、本明細書に提示される教示および指針に基づいて、開示される実施形態の均等物の意味および範囲内であることを意図している。本明細書の表現および用語は、限定ではなく説明の目的のためのものであるため、本明細書の表現および用語は、教示および指針を踏まえて当業者によって解釈されるものであることを理解されたい。 The foregoing description of specific embodiments will fully reveal the general nature of the present invention, such that others may easily modify and/or adapt such specific embodiments for various applications by applying knowledge within the art without departing from the general concept of the present invention and without undue experimentation. Such adaptations and modifications are therefore intended to be within the meaning and range of equivalents of the disclosed embodiments, based on the teaching and guidance presented herein. It should be understood that the phrases and terms used herein are for purposes of description and not limitation, and that the phrases and terms used herein are to be interpreted by those of skill in the art in light of the teachings and guidance.

本発明の範疇および範囲は、上記に説明される例示的実施形態のうちのいずれにも限定されるべきではなく、以下の請求項およびそれらの均等物のみに従って定義されるべきである。
(項目1)
呼吸検出システムであって、
第1のプローブ(102)であって、
超音波トランスデューサ(112)であって、上記超音波トランスデューサ(112)は、上記第1のプローブ内に静止して位置し、上記第1のプローブ(102)の前面(114)に対して鋭角(Ω)で配向される送受信面(113)を有し、上記超音波トランスデューサ(112)は、患者の身体の内側の内部構造の中への伝送のために上記送受信面(113)において超音波ビーム(143)を生成するように構成される、超音波トランスデューサ(112)と、
第1の加速度計ユニット(121)と、
第1の磁場ユニット(122)であって、上記超音波トランスデューサ(112)、上記第1の加速度計ユニット(121)、および上記第1の磁場ユニット(122)は、上記第1のプローブ(102)内に静止して位置する、第1の磁場ユニット(122)と
を備える、第1のプローブ(102)と、
第2のプローブ(104)であって、
第2の加速度計ユニット(128)と、
第2の磁場ユニット(129)であって、上記第2の加速度計ユニット(128)および上記第2の磁場ユニット(129)は、上記第2のプローブ(104)内に静止して位置する、第2の磁場ユニット(129)と
を備える、第2のプローブ(104)と
を備え、
上記超音波トランスデューサ(112)、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)、および上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)は、信号プロセッサ(134)に結合され、
上記第1のプローブ(102)は、上記患者の身体(101)の前側(103)に設置されるように構成され、
上記第2のプローブ(104)は、上記身体(101)の背側(105)に設置されるように構成され、
上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)および上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)の組み合わせは、上記患者による呼吸に応じて、上記超音波トランスデューサ(112)の空間位置移動および配向の関数である出力信号を生成するように構成される、
呼吸検出システム。
(項目2)
上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)はそれぞれ、少なくとも2つの加速度計を備える、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目3)
上記第1の加速度計ユニット(121)は、3軸加速度計デバイスを含む、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目4)
上記空間位置移動および上記配向は、ヒーブ、ロール、ピッチ、およびヨー型移動のうちの少なくとも1つに関連する、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目5)
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記第1のプローブ(102)の前面(114)に向かって延在する超音波非ソノルーセント材料を含む第1の材料の本体(115)を用いて、上記第1のプローブ(102)内に位置し、
上記第1の材料の本体(115)は、上記送受信面(113)から上記前面(114)に向かって延在する陥凹(116)を囲繞し、
超音波ソノルーセント材料を含む第2の材料の第1の本体部分(117)は、上記前面(114)に向かって上記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)およびその前の上記陥凹内に位置し、
上記第2の材料の第2の本体部分(117)は、上記第1の材料の本体の前表面上に適用され、それと一体的に係合させられ、上記第1および第2の本体部分は、一体的である、
項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目6)
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記陥凹(116)内に位置付けられるソケット様部材(120)内に係合され、上記ソケット様部材(120)は、超音波非ソノルーセント材料から形成される、項目5に記載の呼吸検出システム。
(項目7)
上記第2の材料の本体(117)の前表面は、固有の粘着性質、接着部材(124)または両面接着テープのための取付面(117’)、または第3の材料の本体の粘着性層のための係合面を備える、項目5に記載の呼吸検出システム。
(項目8)
上記接着部材(124)または上記両面接着テープは、少なくとも、上記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)の前の超音波ビーム経路によって画定される領域内で超音波ソノルーセントである、項目7に記載の呼吸検出システム。
(項目9)
上記第3の材料の本体の粘着性層は、超音波ソノルーセントである、項目7に記載の呼吸検出システム。
(項目10)
上記第1の加速度計ユニット(121)および上記第1の磁場ユニット(122)は、上記第1の材料の使用によって上記第1のプローブ(102)内に静止して位置する、項目7に記載の呼吸検出システム。
(項目11)
上記第2の加速度計ユニット(128)および上記第2の磁場ユニット(129)は、第4の材料の本体を用いて上記第2のプローブ(104)内に静止して位置する、項目7に記載の呼吸検出システム。
(項目12)
上記第4の材料の本体(132)の前表面(132’)は、粘着性質、接着部材または両面粘着性テープのための取付面、または第5の材料の本体の粘着性層のための係合面を備える、項目11に記載の呼吸検出システム。
(項目13)
上記第1、第2、第3、第4、および第5の材料のうちの少なくとも1つは、シリコーンタイプである、項目12に記載の呼吸検出システム。
(項目14)
上記第1の磁場ユニット(122)および上記第2の磁場ユニット(129)のうちの第1のものは、磁場センサデバイスを備え、上記第1の磁場ユニット(122)および上記第2の磁場ユニット(129)のうちの他方のものは、上記磁場センサデバイスによって検出されるべき磁場を発生させるように構成される電磁石デバイスを備え、上記磁場は、上記第1および第2のプローブ(102;104)の間の距離に関連する、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目15)
上記信号プロセッサ(134)は、上記発生された磁場の強度、周波数、および持続時間を制御する、項目14に記載の呼吸検出システム。
(項目16)
上記第1のプローブ(102)は、上記患者の身体が仰臥位であるときに、上記患者の身体の背側(105)に位置付けられる上記第2のプローブ(104)の垂直に上方の位置で上記患者の身体の前側(103)に設置されるように構成される、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目17)
上記第1のプローブ(102)は、上記患者の身体の背側(105)の第2のプローブ(104)と整合される位置で上記患者の身体の前側(103)に設置されるように構成される、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目18)
上記第2の加速度計ユニット(128)は、上記患者の身体の背側(105)を支持する表面の傾転角の測定を提供する、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目19)
上記磁場センサデバイスは、磁気ピックアップコイルである、項目14に記載の呼吸検出システム。
(項目20)
上記患者の身体の背面皮膚面積に接触するように構成される上記第2のプローブ(134)の表面(132’;133)は、生体適合性材料を含み、上記第2のプローブ(104)の表面の皮膚接触面積は、5~100cmの範囲内である、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目21)
上記信号プロセッサ(134)は、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)から、および上記第2の磁場ユニット(129)と相互作用する上記第1の磁場ユニット(122)からの入力に基づいて、上記患者の身体の内側の内部構造(144)の予期される運動方向に関して上記患者の腹壁の移動および配向を計算するように構成され、上記腹壁の移動および配向は、上記患者の呼吸筋と関連付けられる呼吸パラメータに関連する、項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目22)
上記内部構造は、上記患者の肝臓(144)、脾臓、または腎臓のうちの1つである、項目21に記載の呼吸検出システム。
(項目23)
上記内部構造(144)の予期される運動は、上記患者の身体内の横隔膜移動(145)の関数である、項目21に記載の呼吸検出システム。
(項目24)
上記第1のプローブ(102)内の上記超音波トランスデューサ(112)は、上記内部構造から超音波エコー信号を受信するように構成され、
上記第2の磁場ユニット(129)は、上記第1の磁場ユニット(121)に伝送され、それによって検出される磁場を発生させるように構成され、
上記信号プロセッサ(134)は、
上記第1の加速度計ユニット(121)からの導出パラメータを使用する固定された座標枠に対する上記第1の加速度計ユニット(121)の配向と、
上記超音波ビームの配向および上記第1の磁場ユニット(122)の配向を表す単位ベクトルとしての上記導出パラメータと、
上記第2の加速度計ユニット(128)からのさらなる導出パラメータを使用する固定された座標枠に対する上記第2の加速度計ユニット(128)の配向と、
身体背部(105)支持傾転角(α)および上記第2の磁場ユニットから上記第1の磁場ユニット(122)までの空間方向を表す単位ベクトルを含む上記さらなる導出パラメータと、
上記第2の磁場ユニット(129)の配向と、
呼気の間の上記内部構造(144)の予期される運動方向と、
上記磁場の検出に基づく、上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)の間の任意の変動距離と
を計算するように構成され、
上記信号プロセッサ(134)はさらに、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)の計算された配向、上記第1および第2の加速度計ユニットからの導出パラメータ、および上記変動距離からの結果を処理し、補正パラメータを発生させ、受信された超音波エコー信号の測定誤差を補償するように構成される、
項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目25)
上記補正パラメータを発生させるために、上記信号プロセッサはさらに、
上記超音波ビームの方向に沿った上記第1の磁場ユニット(122)と上記第2の磁場ユニット(129)との間の距離を表すベクトルを分解することと、
上記距離を表す上記分解されたベクトルを時間的に微分し、増分運動値を生じさせることと、
上記増分運動値を、少なくとも同一の時間間隔内の上記内部構造からの超音波エコー信号の使用によって検出されるような増分ドップラ効果運動値に加算することと、
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度の瞬時余弦値に関して上記加算された運動値を補正することと、
上記補正および加算された運動値を合計し、補正された呼吸パラメータを記述する内部構造位置変動を取得することと
を行うように構成される、項目24に記載の呼吸検出システム。
(項目26)
呼吸検出システムであって、
第1のプローブ(102)であって、
上記第1のプローブ内に静止して位置し、上記第1のプローブ(102)の前面(114)に対して鋭角(Ω)で配向される送受信面(113)を有する超音波トランスデューサ(112)であって、上記超音波トランスデューサ(112)は、患者の身体の内側の内部構造(144)の中への伝送のために上記送受信面(113)において超音波ビーム(143)を生成するように構成される、超音波トランスデューサ(112)と、
第1の加速度計ユニット(121)と、
第1の磁場ユニット(122)であって、上記超音波トランスデューサ(112)、上記第1の加速度計ユニット(121)、および上記第1の磁場ユニット(122)は、上記第1のプローブ(102)内に静止して位置する、第1の磁場ユニット(122)と
を備える、第1のプローブ(102)と、
第2のプローブ(104)であって、
第2の加速度計ユニット(128)と、
第2の磁場ユニット(129)であって、上記第2の加速度計ユニット(128)および上記第2の磁場ユニット(129)は、上記第2のプローブ(104)内に静止して位置する、第2の磁場ユニット(129)と
を備える、第2のプローブ(104)と
を備え、
上記超音波トランスデューサ(112)、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)、および上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)は、信号プロセッサ(134)に結合され、
上記第1のプローブ(102)は、上記患者の身体の前側(103)に設置されるように構成され、
上記第2のプローブ(104)は、上記患者の身体の背側(105)に設置されるように構成され、
上記信号プロセッサ(134)は、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)から、および上記第2の磁場ユニット(129)と相互作用する上記第1の磁場ユニット(122)からの入力に基づいて、上記患者の身体の内側の内部構造の予期される運動方向に関して上記患者の腹壁の移動および配向を計算するように構成され、上記腹壁の移動および配向は、上記患者の呼吸筋と関連付けられる呼吸パラメータに関連する、
呼吸検出システム。
(項目27)
上記内部構造は、上記患者の肝臓(144)、脾臓、または腎臓のうちの1つである、項目26に記載の呼吸検出システム。
(項目28)
上記内部構造の予期される運動は、上記患者の身体内の横隔膜移動の関数である、項目26に記載の呼吸検出システム。
(項目29)
上記第1のプローブ(102)内の上記超音波トランスデューサ(112)は、上記内部構造から超音波エコー信号を受信するように構成され、
上記第2の磁場ユニット(129)は、上記第1の磁場ユニット(121)に伝送され、それによって検出される磁場を発生させるように構成され、
上記信号プロセッサ(134)は、
上記第1の加速度計ユニット(121)からの導出パラメータを使用する固定された座標枠に対する上記第1の加速度計ユニット(121)の配向と、
上記超音波ビームの配向および上記第1の磁場ユニット(122)の配向を表す単位ベクトルとしての上記導出パラメータと、
上記第2の加速度計ユニット(128)からのさらなる導出パラメータを使用する固定された座標枠に対する上記第2の加速度計ユニット(128)の配向と、
身体背部支持傾転角(α)および上記第2の磁場ユニット(129)から上記第1の磁場ユニット(122)までの空間方向を表す単位ベクトルを含む上記さらなる導出パラメータと、
上記第2の磁場ユニット(129)の配向と、
呼気の間の上記内部構造の予期される運動方向と、
上記磁場の検出に基づく、上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)の間の任意の変動距離と
を計算するように構成され、
上記信号プロセッサ(134)はさらに、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)の計算された配向、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)からの導出パラメータ、および上記変動距離からの結果を処理し、補正パラメータを発生させ、受信された超音波エコー信号の測定誤差を補償するように構成される、
項目26に記載の呼吸検出システム。
(項目30)
上記補正パラメータを発生させるために、上記信号プロセッサはさらに、
上記超音波ビームの方向に沿った上記第1の磁場ユニット(122)と上記第2の磁場ユニット(129)との間の距離を表すベクトルを分解することと、
上記距離を表す上記分解されたベクトルを時間的に微分し、増分運動値を生じさせることと、
上記増分運動値を、少なくとも同一の時間間隔内の上記内部構造からの超音波エコー信号の使用によって検出されるような増分ドップラ効果運動値に加算することと、
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度の瞬時余弦値に関して上記加算された運動値を補正することと、
上記補正および加算された運動値を合計し、補正された呼吸パラメータを記述する内部構造位置変動を取得することと
を行うように構成される、項目29に記載の呼吸検出システム。
(項目31)
上記第1のプローブ(102)は、上記患者の身体上に設置され、上記患者の身体の内側の内部構造に向かって超音波ビームを指向し、上記内部構造から超音波エコー信号を受信するように構成され、
上記第1のプローブ(102)はさらに、空洞(111)を伴う筐体(110)を備え、
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記空洞(111)内に位置し、上記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)は、上記筐体(110)の空洞(111)の空洞口において、またはそれに隣接して上記筐体の前面(114)に対して鋭角(Ω)にあり、
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記筐体(110)の空洞(111)内に固定して位置し、
超音波非ソノルーセント材料の開放端ソケット様部材(120)は、上記送受信面(113)から上記前面(114)に向かって延在する陥凹を画定し、
超音波ソノルーセント材料の第1の本体部分(117)は、上記前面(114)に向かって上記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)およびその前の上記陥凹内に位置し、
上記第1の加速度計ユニット(121)および上記第1の磁場検出ユニット(122)は、上記筐体(110)の空洞(111)内でプリント回路基板(119)に接続され、
上記第1のプローブ(102)の前表面は、固有の粘着性質、接着部材または両面粘着性テープのための取付面、または粘着性本体層のための係合面のうちの少なくとも1つを呈し、
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記信号プロセッサ(134)の送受信機セクションに接続するように構成される、
項目1に記載の呼吸検出システム。
(項目32)
上記超音波トランスデューサ(112)は、上記開放端ソケット様部材(120)の底部領域に搭載され、その材料は、音響減衰性質を呈する、項目31に記載の呼吸検出システム。
(項目33)
上記超音波トランスデューサ(112)および上記開放端ソケット様部材(120)は、上記プリント回路基板(119)から延在する、項目31に記載の呼吸検出システム。
(項目34)
上記第1のプローブ(102)の本体の前表面(114)は、接着表面性質を有し、保護カバー(123)を具備し、上記保護カバーは、上記患者の身体の皮膚上の上記第1のプローブ(102)の適用に先立って除去可能である、項目31に記載の呼吸検出システム。
(項目35)
上記接着部材または上記両面接着テープは、上記前表面に取り付けられ、上記接着部材または両面接着テープは、少なくとも、上記超音波トランスデューサの送受信面の前の超音波ビーム経路によって画定される領域内でソノルーセントである、項目31に記載の呼吸検出システム。
(項目36)
上記超音波ソノルーセント材料の第1の本体部分の材料タイプは、シリコーンタイプの材料である、項目31に記載の呼吸検出システム。
(項目37)
上記鋭角(Ω)は、0~60度の範囲内である、項目31に記載の呼吸検出システム。
(項目38)
ヒトの呼吸パラメータの超音波ベースの検出における運動補償のための方法であって、上記方法は、
第1のプローブ(102)を上記ヒトの前身体表面(103)に取り付けることであって、上記第1のプローブ(102)は、超音波トランスデューサ(112)と、第1の加速度計ユニット(121)と、第1の磁場ユニット(122)とを有する、ことと、
第2のプローブ(104)を上記ヒトの背側身体表面(105)に取り付けることであって、上記第2のプローブ(104)は、第2の加速度計ユニット(122)と、第2の磁場ユニット(129)とを有する、ことと、
上記超音波トランスデューサ(112)、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)、および上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)に結合される信号プロセッサ(134)を提供することと、
上記第1のプローブ(102)内の上記超音波トランスデューサ(112)から、超音波ビームを上記ヒトの身体の内側の内部構造の中に伝送することと、
上記第1のプローブ(102)内の上記超音波トランスデューサ(112)において、上記内部構造から超音波エコー信号を受信することと、
上記第2の磁場ユニット(129)によって、上記第1の磁場ユニット(122)に伝送され、それによって検出される磁場を発生させることと、
上記信号プロセッサ(134)を使用して、上記第1の加速度計ユニット(121)からの導出パラメータを使用する固定された座標枠に対する上記第1の加速度計ユニット(121)の配向を計算し、上記超音波ビームの配向および上記第1の磁場ユニット(122)の配向を表す、単位ベクトルとしての上記導出パラメータをさらに計算することと、
上記信号プロセッサ(134)を使用して、さらなる導出パラメータを使用する固定された座標枠に対する上記第2の加速度計ユニット(128)の配向を計算し、身体背部支持傾転角(α)および上記第2の磁場ユニット(129)から上記第1の磁場ユニット(122)までの空間方向を表す単位ベクトルを含む上記さらなる導出パラメータ、上記第2の磁場ユニット(129)の配向、および呼気の間の上記内部構造(144)の予期される運動方向を計算することと、
上記信号プロセッサ(134)を使用して、上記磁場の検出に基づく上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)の間の任意の変動距離を計算することと、
上記信号プロセッサ(134)を使用して、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)の計算された配向、および上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)からのさらなる導出パラメータ、および上記第1および第2の磁場ユニット(122;129)によって測定される上記変動距離からの結果を処理し、補正パラメータを発生させ、上記超音波トランスデューサ(112)の運動によって引き起こされる、受信された超音波エコー信号の測定誤差を補償することと
を含む、方法。
(項目39)
補正パラメータを発生させることは、
上記超音波ビームの方向に沿った上記第1の磁場ユニット(122)と上記第2の磁場ユニット(129)との間の距離を表すベクトルを分解することと、
上記距離を表す上記分解されたベクトルを時間的に微分し、増分運動値を生じさせることと、
上記増分運動値を、少なくとも同一の時間間隔内の上記内部構造からの超音波エコー信号の使用によって検出されるような増分ドップラ効果運動値に加算することと、
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度の瞬時余弦値に関して上記加算された運動値を補正することと、
上記補正および加算された運動値を合計し、補正された呼吸パラメータを記述する内部構造位置変動を取得することと
を含む、項目38に記載の方法。
(項目40)
上記内部構造は、上記ヒトの肝臓、脾臓、または腎臓のうちの1つである、項目38に記載の方法。
(項目41)
上記信号プロセッサ(134)は、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)から、および上記第2の磁場ユニット(129)と相互作用する上記第1の磁場ユニット(122)からの入力に基づいて、上記内部構造の予期される運動方向に関して上記ヒトの腹壁の移動および配向を計算するように構成され、上記腹壁の移動および配向は、上記ヒトの腹筋と関連付けられる呼吸パラメータに関連する、項目38に記載の方法。
(項目42)
上記内部構造の運動は、上記ヒトの身体内の横隔膜移動の関数である、項目38に記載の方法。
(項目43)
ビーム配向、ベッド角度、および腹部表面運動の持続的変動は、上記補償で利用される、項目38に記載の方法。
(項目44)
ビーム配向、ベッド角度、および腹部表面運動の持続的変動は、上記補償で利用される、項目39に記載の方法。
(項目45)
上記補償は、上記ヒトの腹部表面が、上記ヒトが横になる表面と垂直な方向(vmm)に移動すると仮定する、項目43に記載の方法。
(項目46)
上記補償は、上記ヒトの腹部表面が、上記ヒトが横になる表面と垂直な方向(vmm)に移動すると仮定する、項目44に記載の方法。
(項目47)
上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)を使用して、重力の方向に基づいて傾転を測定することであって、上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)は、3軸加速度計ユニットを備える、ことと、
上記第2の磁場ユニット(129)によって放出される磁場の支援を受けて、上記第1の磁場ユニット(122)を使用して、上記第1のプローブ(102)の上下運動を測定することであって、上記測定された傾転および測定された上下運動は、上記測定誤差を補償するために使用される、ことと
をさらに含む、項目38に記載の方法。
(項目48)
上記第1および第2の加速度計ユニット(121;128)は、3軸加速度計ユニットを備える、項目45に記載の方法。
(項目49)
上記内部構造がベッド表面と同一の方向に沿って移動すると仮定して、上記第2のプローブ(104)の第2の加速度計ユニット(128)を使用して、上記ヒトが横になる上記ベッド表面の傾転角(α)を測定することをさらに含む、項目38に記載の方法。
(項目50)
上記内部構造がベッド表面と同一の方向に沿って移動すると仮定して、上記第2のプローブ(104)の第2の加速度計ユニット(128)を使用して、上記ヒトが横になる上記ベッド表面の傾転角(α)を測定することをさらに含む、項目47に記載の方法。
(項目51)
上記内部構造がベッド表面と同一の方向に沿って移動すると仮定して、上記第2のプローブ(104)の第2の加速度計ユニット(128)を使用して、上記ヒトが横になる上記ベッド表面の傾転角(α)を測定することをさらに含む、項目48に記載の方法。
(項目52)
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度が定常値を有すると仮定する代わりに、運動増分毎に上記角度を算出することをさらに含む、項目38に記載の方法。
(項目53)
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度が定常値を有すると仮定する代わりに、運動増分毎に上記角度を算出することをさらに含む、項目39に記載の方法。
(項目54)
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度が定常値を有すると仮定する代わりに、運動増分毎に上記角度を算出することをさらに含む、項目47に記載の方法。
(項目55)
上記超音波ビームと上記内部構造の運動方向との間の角度が定常値を有すると仮定する代わりに、運動増分毎に上記角度を算出することをさらに含む、項目48に記載の方法。
(項目56)
上記内部構造は、上記ヒトの肝臓、脾臓、または腎臓のうちの1つである、項目52に記載の方法。
(項目57)
上記内部構造は、上記ヒトの肝臓、脾臓、または腎臓のうちの1つである、項目53に記載の方法。
The scope and scope of the invention should not be limited to any of the exemplary embodiments described above, but should be defined only in accordance with the following claims and their equivalents.
(Item 1)
A respiration detection system, comprising:
A first probe (102),
an ultrasound transducer (112), the ultrasound transducer (112) being stationary within the first probe and at an acute angle (114) with respect to the front surface (114) of the first probe (102); Ω), said ultrasound transducer (112) transmitting an ultrasound beam at said transmitting and receiving surface (113) for transmission into internal structures inside a patient's body. an ultrasonic transducer (112) configured to generate (143);
a first accelerometer unit (121);
A first magnetic field unit (122), the ultrasonic transducer (112), the first accelerometer unit (121), and the first magnetic field unit (122) are connected to the first probe (102). a first probe (102) comprising a first magnetic field unit (122) stationary within );
a second probe (104),
a second accelerometer unit (128);
a second magnetic field unit (129), the second accelerometer unit (128) and the second magnetic field unit (129) being stationary within the second probe (104); a second magnetic field unit (129); a second probe (104);
the ultrasound transducer (112), the first and second accelerometer units (121; 128), and the first and second magnetic field units (122; 129) are coupled to a signal processor (134);
The first probe (102) is configured to be installed on the front side (103) of the patient's body (101),
The second probe (104) is configured to be installed on the dorsal side (105) of the body (101),
The combination of said first and second accelerometer units (121; 128) and said first and second magnetic field units (122; 129) causes said ultrasonic transducer (112) to respond to breathing by said patient. configured to generate an output signal that is a function of spatial position movement and orientation;
Breathing detection system.
(Item 2)
Respiration detection system according to item 1, wherein said first and second accelerometer units (121; 128) each comprise at least two accelerometers.
(Item 3)
A respiration detection system according to item 1, wherein said first accelerometer unit (121) comprises a three-axis accelerometer device.
(Item 4)
2. The respiratory detection system of item 1, wherein the spatial position movement and the orientation are associated with at least one of heave, roll, pitch, and yaw movement.
(Item 5)
Said ultrasonic transducer (112) uses said first body of material (115) comprising an ultrasonic non-sonolucent material extending towards the front surface (114) of said first probe (102) to located within the first probe (102);
said body (115) of first material surrounds a recess (116) extending from said transmitting and receiving surface (113) towards said front surface (114);
A first body portion (117) of a second material comprising an ultrasound sonolucent material extends towards the front surface (114) of the transmitting/receiving surface (113) of the ultrasound transducer (112) and of the recess in front thereof. located within
A second body portion (117) of said second material is applied onto and integrally engaged with the front surface of said body of first material, said first and second body portions , is integral,
Breath detection system according to item 1.
(Item 6)
The ultrasound transducer (112) is engaged within a socket-like member (120) positioned within the recess (116), the socket-like member (120) being formed from an ultrasound non-sonolucent material. , the respiration detection system according to item 5.
(Item 7)
The front surface of the body (117) of said second material has inherent adhesive properties, an attachment surface (117') for an adhesive member (124) or double-sided adhesive tape, or an adhesive layer of the body (117) of a third material. 6. The respiratory detection system of item 5, comprising an engagement surface for.
(Item 8)
Item wherein said adhesive member (124) or said double-sided adhesive tape is ultrasonic sonolucent at least within a region defined by an ultrasound beam path in front of a transmitting and receiving surface (113) of said ultrasound transducer (112). 7. The respiratory detection system according to 7.
(Item 9)
8. The respiratory detection system of item 7, wherein the adhesive layer of the third material body is ultrasonic sonolucent.
(Item 10)
According to item 7, said first accelerometer unit (121) and said first magnetic field unit (122) are located stationary within said first probe (102) by use of said first material. breathing detection system.
(Item 11)
Said second accelerometer unit (128) and said second magnetic field unit (129) are located stationary within said second probe (104) using a body of fourth material, item 7 The respiration detection system described.
(Item 12)
The front surface (132') of said body (132) of said fourth material has an adhesive property, an attachment surface for an adhesive member or double-sided adhesive tape, or an attachment surface for an adhesive layer of said body of fifth material. The respiration detection system according to item 11, comprising a mating surface.
(Item 13)
13. The respiratory detection system of item 12, wherein at least one of the first, second, third, fourth, and fifth materials is of silicone type.
(Item 14)
A first of the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) includes a magnetic field sensor device, and the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit The other of (129) comprises an electromagnetic device configured to generate a magnetic field to be detected by said magnetic field sensor device, said magnetic field being connected to said first and second probes (102; 104). ).) The respiration detection system according to item 1.
(Item 15)
15. The respiratory detection system of item 14, wherein the signal processor (134) controls the strength, frequency, and duration of the generated magnetic field.
(Item 16)
The first probe (102) is positioned vertically above the second probe (104), which is positioned on the dorsal side (105) of the patient's body when the patient's body is in a supine position. The respiratory detection system according to item 1, configured to be placed on the front side (103) of the patient's body.
(Item 17)
The first probe (102) is configured to be placed on the front side (103) of the patient's body in a position aligned with the second probe (104) on the dorsal side (105) of the patient's body. The respiration detection system according to item 1.
(Item 18)
A respiratory detection system according to item 1, wherein the second accelerometer unit (128) provides a measurement of the tilt angle of a surface supporting the dorsal side (105) of the patient's body.
(Item 19)
15. The respiration detection system of item 14, wherein the magnetic field sensor device is a magnetic pickup coil.
(Item 20)
The surface (132'; 133) of the second probe (134) configured to contact the dorsal skin area of the patient's body comprises a biocompatible material; The respiration detection system according to item 1, wherein the skin contact area of the surface is within the range of 5 to 100 cm 2 .
(Item 21)
Said signal processor (134) receives signals from said first and second accelerometer units (121; 128) and from said first magnetic field unit (122) interacting with said second magnetic field unit (129). Based on the input, the movement and orientation of the patient's abdominal wall is configured to calculate the movement and orientation of the patient's abdominal wall with respect to the expected direction of movement of internal structures (144) inside the patient's body; The respiratory detection system of item 1, which is associated with respiratory parameters associated with the respiratory muscles of.
(Item 22)
22. The respiratory detection system of item 21, wherein the internal structure is one of the patient's liver (144), spleen, or kidney.
(Item 23)
22. A respiratory detection system according to item 21, wherein the expected movement of the internal structure (144) is a function of diaphragm movement (145) within the patient's body.
(Item 24)
the ultrasound transducer (112) in the first probe (102) is configured to receive ultrasound echo signals from the internal structure;
said second magnetic field unit (129) is configured to generate a magnetic field that is transmitted to and detected by said first magnetic field unit (121);
The signal processor (134) includes:
an orientation of the first accelerometer unit (121) with respect to a fixed coordinate frame using derived parameters from the first accelerometer unit (121);
the derived parameter as a unit vector representing the orientation of the ultrasound beam and the orientation of the first magnetic field unit (122);
Orienting the second accelerometer unit (128) relative to a fixed coordinate frame using further derived parameters from the second accelerometer unit (128);
said further derived parameters comprising a unit vector representing the body back (105) support tilt angle (α) and the spatial direction from said second magnetic field unit to said first magnetic field unit (122);
Orientation of the second magnetic field unit (129);
the expected direction of movement of said internal structure (144) during exhalation;
an arbitrary variation distance between the first and second magnetic field units (122; 129) based on the detection of the magnetic field;
Said signal processor (134) further comprises: from the calculated orientations of said first and second accelerometer units (121; 128), derived parameters from said first and second accelerometer units, and said variation distance. configured to process the results of and generate correction parameters to compensate for measurement errors in the received ultrasound echo signal;
Breath detection system according to item 1.
(Item 25)
In order to generate the correction parameters, the signal processor further:
resolving a vector representing the distance between the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) along the direction of the ultrasound beam;
differentiating the resolved vector representing the distance in time to yield an incremental motion value;
adding said incremental motion value to an incremental Doppler effect motion value as detected by use of ultrasound echo signals from said internal structure within at least the same time interval;
correcting the summed motion value with respect to an instantaneous cosine value of the angle between the ultrasound beam and the direction of motion of the internal structure;
25. The respiratory detection system of item 24, configured to: sum the corrected and summed motion values to obtain an internal structure position variation that describes a corrected respiratory parameter.
(Item 26)
A respiration detection system, comprising:
A first probe (102),
an ultrasound transducer (112) stationary within said first probe and having a transmitting and receiving surface (113) oriented at an acute angle (Ω) with respect to a front surface (114) of said first probe (102); the ultrasound transducer (112) is configured to generate an ultrasound beam (143) at the transmitting/receiving surface (113) for transmission into an internal structure (144) inside a patient's body. an ultrasonic transducer (112) comprising;
a first accelerometer unit (121);
A first magnetic field unit (122), the ultrasonic transducer (112), the first accelerometer unit (121), and the first magnetic field unit (122) are connected to the first probe (102). a first probe (102) comprising a first magnetic field unit (122) stationary within );
a second probe (104),
a second accelerometer unit (128);
a second magnetic field unit (129), the second accelerometer unit (128) and the second magnetic field unit (129) being stationary within the second probe (104); a second magnetic field unit (129); a second probe (104);
the ultrasound transducer (112), the first and second accelerometer units (121; 128), and the first and second magnetic field units (122; 129) are coupled to a signal processor (134);
The first probe (102) is configured to be installed on the front side (103) of the patient's body,
The second probe (104) is configured to be installed on the dorsal side (105) of the patient's body,
Said signal processor (134) receives signals from said first and second accelerometer units (121; 128) and from said first magnetic field unit (122) interacting with said second magnetic field unit (129). Based on the input, the movement and orientation of the patient's abdominal wall is configured to be calculated with respect to an expected direction of movement of internal structures inside the patient's body, and the movement and orientation of the abdominal wall is configured to related to respiratory parameters associated with
Breathing detection system.
(Item 27)
27. The respiratory detection system of item 26, wherein the internal structure is one of the patient's liver (144), spleen, or kidney.
(Item 28)
27. The respiratory sensing system of item 26, wherein the expected movement of the internal structure is a function of diaphragm movement within the patient's body.
(Item 29)
the ultrasound transducer (112) in the first probe (102) is configured to receive ultrasound echo signals from the internal structure;
said second magnetic field unit (129) is configured to generate a magnetic field that is transmitted to and detected by said first magnetic field unit (121);
The signal processor (134) includes:
an orientation of the first accelerometer unit (121) with respect to a fixed coordinate frame using derived parameters from the first accelerometer unit (121);
the derived parameter as a unit vector representing the orientation of the ultrasound beam and the orientation of the first magnetic field unit (122);
Orienting the second accelerometer unit (128) relative to a fixed coordinate frame using further derived parameters from the second accelerometer unit (128);
said further derived parameters comprising a body back support tilt angle (α) and a unit vector representing the spatial direction from said second magnetic field unit (129) to said first magnetic field unit (122);
Orientation of the second magnetic field unit (129);
the expected direction of movement of said internal structure during exhalation;
an arbitrary variation distance between the first and second magnetic field units (122; 129) based on the detection of the magnetic field;
Said signal processor (134) further comprises: calculated orientations of said first and second accelerometer units (121; 128), derived parameters from said first and second accelerometer units (121; 128); and configured to process results from said varying distance and generate correction parameters to compensate for measurement errors in the received ultrasound echo signal.
The respiration detection system according to item 26.
(Item 30)
In order to generate the correction parameters, the signal processor further:
resolving a vector representing the distance between the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) along the direction of the ultrasound beam;
differentiating the resolved vector representing the distance in time to yield an incremental motion value;
adding said incremental motion value to an incremental Doppler effect motion value as detected by use of ultrasound echo signals from said internal structure within at least the same time interval;
correcting the summed motion value with respect to an instantaneous cosine value of the angle between the ultrasound beam and the direction of motion of the internal structure;
30. The respiratory detection system of item 29, configured to: sum the corrected and summed motion values to obtain an internal structure position variation that describes a corrected respiratory parameter.
(Item 31)
The first probe (102) is placed on the patient's body and configured to direct an ultrasound beam toward internal structures inside the patient's body and receive ultrasound echo signals from the internal structures. consists of
The first probe (102) further includes a housing (110) with a cavity (111),
The ultrasonic transducer (112) is located within the cavity (111), and the transmitting/receiving surface (113) of the ultrasonic transducer (112) is located at the cavity opening of the cavity (111) of the housing (110). or adjacent thereto at an acute angle (Ω) to the front surface (114) of the housing;
The ultrasonic transducer (112) is fixedly located within the cavity (111) of the housing (110),
an open-ended socket-like member (120) of ultrasonic non-sonolucent material defines a recess extending from said transmitting and receiving surface (113) toward said front surface (114);
a first body portion (117) of ultrasound sonolucent material is located within the transmitting and receiving surface (113) of the ultrasound transducer (112) towards the front surface (114) and in the recess in front thereof;
the first accelerometer unit (121) and the first magnetic field detection unit (122) are connected to a printed circuit board (119) within the cavity (111) of the housing (110);
The front surface of said first probe (102) exhibits at least one of inherent adhesive properties, an attachment surface for an adhesive member or double-sided adhesive tape, or an engagement surface for an adhesive body layer. ,
the ultrasound transducer (112) is configured to connect to a transceiver section of the signal processor (134);
Breath detection system according to item 1.
(Item 32)
32. Breath detection system according to item 31, wherein the ultrasonic transducer (112) is mounted in the bottom region of the open-ended socket-like member (120), the material of which exhibits acoustic damping properties.
(Item 33)
32. A respiratory detection system according to item 31, wherein the ultrasound transducer (112) and the open-ended socket-like member (120) extend from the printed circuit board (119).
(Item 34)
The front surface (114) of the body of the first probe (102) has adhesive surface properties and is provided with a protective cover (123), which protects the first probe on the skin of the patient's body. 32. A respiratory detection system according to item 31, which is removable prior to application of the probe (102).
(Item 35)
The adhesive member or the double-sided adhesive tape is attached to the front surface, and the adhesive member or the double-sided adhesive tape is attached to the front surface, and the adhesive member or the double-sided adhesive tape is attached to the front surface of the ultrasound transducer. 32. The respiratory detection system of item 31, which is Lucent.
(Item 36)
32. The respiration detection system of item 31, wherein the material type of the first body portion of the ultrasonic sonolucent material is a silicone type material.
(Item 37)
The respiration detection system according to item 31, wherein the acute angle (Ω) is within a range of 0 to 60 degrees.
(Item 38)
A method for motion compensation in ultrasound-based detection of human respiratory parameters, the method comprising:
attaching a first probe (102) to the anterior body surface (103) of said human, said first probe (102) comprising an ultrasound transducer (112) and a first accelerometer unit (121); ) and a first magnetic field unit (122);
attaching a second probe (104) to the dorsal body surface (105) of said human, said second probe (104) having a second accelerometer unit (122) and a second magnetic field; having a unit (129);
providing a signal processor (134) coupled to said ultrasound transducer (112), said first and second accelerometer units (121; 128), and said first and second magnetic field units (122; 129); to do and
transmitting an ultrasound beam from the ultrasound transducer (112) in the first probe (102) into an internal structure inside the human body;
receiving an ultrasound echo signal from the internal structure at the ultrasound transducer (112) in the first probe (102);
generating a magnetic field transmitted by said second magnetic field unit (129) to and detected by said first magnetic field unit (122);
using the signal processor (134) to calculate an orientation of the first accelerometer unit (121) with respect to a fixed coordinate frame using derived parameters from the first accelerometer unit (121); further calculating the derived parameters as unit vectors representing the orientation of the ultrasound beam and the orientation of the first magnetic field unit (122);
The signal processor (134) is used to calculate the orientation of the second accelerometer unit (128) relative to a fixed coordinate frame using further derived parameters, including the body back support tilt angle (α) and the said further derived parameters comprising a unit vector representing the spatial direction from said second magnetic field unit (129) to said first magnetic field unit (122), the orientation of said second magnetic field unit (129), and the calculating an expected direction of movement of said internal structure (144);
using the signal processor (134) to calculate any varying distance between the first and second magnetic field units (122; 129) based on the detection of the magnetic field;
Using said signal processor (134), the calculated orientation of said first and second accelerometer units (121; 128) and the calculated orientation of said first and second accelerometer units (121; 128) further derived parameters and processing the results from said varying distances measured by said first and second magnetic field units (122; 129) to generate correction parameters caused by the movement of said ultrasound transducer (112); and compensating for measurement errors in a received ultrasound echo signal.
(Item 39)
Generating the correction parameters is
resolving a vector representing the distance between the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) along the direction of the ultrasound beam;
differentiating the resolved vector representing the distance in time to yield an incremental motion value;
adding said incremental motion value to an incremental Doppler effect motion value as detected by use of ultrasound echo signals from said internal structure within at least the same time interval;
correcting the summed motion value with respect to an instantaneous cosine value of the angle between the ultrasound beam and the direction of motion of the internal structure;
39. The method of item 38, comprising summing the corrected and summed motion values to obtain an internal structure position variation that describes the corrected respiratory parameter.
(Item 40)
39. The method of item 38, wherein said internal structure is one of said human liver, spleen, or kidney.
(Item 41)
Said signal processor (134) receives signals from said first and second accelerometer units (121; 128) and from said first magnetic field unit (122) interacting with said second magnetic field unit (129). and configured to calculate, based on the input, a movement and orientation of an abdominal wall of the human with respect to an expected direction of movement of the internal structures, the movement and orientation of the abdominal wall being related to respiratory parameters associated with abdominal muscles of the human. The method described in item 38.
(Item 42)
39. The method of item 38, wherein the movement of the internal structure is a function of diaphragm movement within the human body.
(Item 43)
39. The method of item 38, wherein sustained variations in beam orientation, bed angle, and abdominal surface motion are utilized in the compensation.
(Item 44)
40. The method of item 39, wherein sustained variations in beam orientation, bed angle, and abdominal surface motion are utilized in the compensation.
(Item 45)
44. The method of item 43, wherein the compensation assumes that the abdominal surface of the person moves in a direction perpendicular (v mm ) to the surface on which the person lies.
(Item 46)
45. The method of item 44, wherein said compensation assumes that said person's abdominal surface moves in a direction perpendicular to the surface on which said person lies (v mm ).
(Item 47)
measuring tilt based on the direction of gravity using said first and second accelerometer units (121; 128); ) comprises a 3-axis accelerometer unit;
measuring the vertical movement of the first probe (102) using the first magnetic field unit (122) with the aid of a magnetic field emitted by the second magnetic field unit (129); 39. The method of item 38, further comprising: the measured tilt and the measured vertical motion are used to compensate for the measurement error.
(Item 48)
46. A method according to item 45, wherein said first and second accelerometer units (121; 128) comprise triaxial accelerometer units.
(Item 49)
A second accelerometer unit (128) of the second probe (104) is used to detect the bed on which the person lies, assuming that the internal structure moves along the same direction as the bed surface. 39. The method of item 38, further comprising measuring the tilt angle (α) of the surface.
(Item 50)
A second accelerometer unit (128) of the second probe (104) is used to detect the bed on which the person lies, assuming that the internal structure moves along the same direction as the bed surface. 48. The method of item 47, further comprising measuring the tilt angle (α) of the surface.
(Item 51)
A second accelerometer unit (128) of the second probe (104) is used to detect the bed on which the person lies, assuming that the internal structure moves along the same direction as the bed surface. 49. The method of item 48, further comprising measuring the tilt angle (α) of the surface.
(Item 52)
39. The method of item 38, further comprising calculating the angle for each movement increment instead of assuming that the angle between the ultrasound beam and the direction of movement of the internal structure has a steady-state value.
(Item 53)
40. The method of item 39, further comprising calculating the angle for each movement increment instead of assuming that the angle between the ultrasound beam and the direction of movement of the internal structure has a steady-state value.
(Item 54)
48. The method of item 47, further comprising calculating the angle for each movement increment instead of assuming that the angle between the ultrasound beam and the direction of movement of the internal structure has a steady-state value.
(Item 55)
49. The method of item 48, further comprising calculating the angle for each movement increment instead of assuming that the angle between the ultrasound beam and the direction of movement of the internal structure has a steady-state value.
(Item 56)
53. The method of item 52, wherein the internal structure is one of the human liver, spleen, or kidney.
(Item 57)
54. The method of item 53, wherein said internal structure is one of said human liver, spleen, or kidney.

Claims (20)

呼吸検出システムであって、
前記呼吸検出システムは、第1のプローブ(102)と第2のプローブ(104)とを備え、
前記第1のプローブ(102)は、
超音波トランスデューサ(112)であって、前記超音波トランスデューサ(112)は、前記第1のプローブ内に静止して位置し、前記第1のプローブ(102)の前面(114)に対して鋭角(Ω)で配向されている送受信面(113)を有し、前記超音波トランスデューサ(112)は、患者の身体の内側の内部構造の中への伝送のために前記送受信面(113)において超音波ビーム(143)を生成するように構成されている、超音波トランスデューサ(112)と、
第1の加速度計ユニット(121)と、
第1の磁場ユニット(122)
を備え、
前記超音波トランスデューサ(112)および前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第1の磁場ユニット(122)は、前記第1のプローブ(102)内に静止して位置し、
前記第2のプローブ(104)は、
第2の加速度計ユニット(128)と、
第2の磁場ユニット(129)
を備え、
前記第2の加速度計ユニット(128)および前記第2の磁場ユニット(129)は、前記第2のプローブ(104)内に静止して位置し、
前記超音波トランスデューサ(112)および前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第2の加速度計ユニット(128)および前記第1の磁場ユニット(122)および前記第2の磁場ユニット(129)は、信号プロセッサ(134)に結合されており、
前記第1のプローブ(102)は、前記患者の身体(101)の前側(103)に設置されるように構成されており、
前記第2のプローブ(104)は、前記身体(101)の背側(105)に設置されるように構成されており、
前記第1の加速度計ユニット(121)からの信号は、前記超音波トランスデューサ(112)および前記第1の磁場ユニット(122)をその内部に有する前記第1のプローブ(102)の第1の空間配向を示し、
前記第2の加速度計ユニット(128)からの信号は、前記第2の磁場ユニット(129)をその内部に有する前記第2のプローブ(104)の第2の空間配向を示し、
前記第1の空間配向および前記第2の空間配向は、固定された座標枠に対するものであり、
前記第2の磁場ユニット(129)と相互作用する前記第1の磁場ユニット(122)からの信号、および、前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第2の加速度計ユニット(128)からの信号によって提供される前記第1の磁場ユニット(122)および前記第2の磁場ユニット(129)の配向は、前記第1のプローブ(102)と前記第2のプローブ(104)との間の可変空間距離を計算するための前記信号プロセッサ(134)に対する入力であり、これにより、前記患者の呼吸によって誘発された前記超音波トランスデューサ(112)の空間移動および配向を計算する呼吸検出システム。
A respiration detection system, comprising:
The respiration detection system includes a first probe (102) and a second probe (104),
The first probe (102) is
an ultrasound transducer (112), the ultrasound transducer (112) being stationary within the first probe and at an acute angle (114) with respect to the front surface (114) of the first probe (102); Ω), said ultrasound transducer (112) transmitting ultrasound waves at said transmitting and receiving surface (113) for transmission into internal structures inside the patient's body. an ultrasound transducer (112) configured to generate a beam (143);
a first accelerometer unit (121);
a first magnetic field unit (122) ;
Equipped with
the ultrasound transducer (112) and the first accelerometer unit (121) and the first magnetic field unit (122) are located stationary within the first probe (102);
The second probe (104) is
a second accelerometer unit (128);
A second magnetic field unit (129) and
Equipped with
the second accelerometer unit (128) and the second magnetic field unit (129) are stationary within the second probe (104);
The ultrasonic transducer (112) and the first accelerometer unit (121) and the second accelerometer unit (128) and the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) are , coupled to a signal processor (134);
The first probe (102) is configured to be installed on the front side (103) of the patient's body (101),
The second probe (104) is configured to be installed on the dorsal side (105) of the body (101),
A signal from said first accelerometer unit (121) is transmitted to a first space of said first probe (102) having said ultrasound transducer (112) and said first magnetic field unit (122) therein. indicates the orientation,
a signal from said second accelerometer unit (128) is indicative of a second spatial orientation of said second probe (104) having said second magnetic field unit (129) therein;
the first spatial orientation and the second spatial orientation are with respect to a fixed coordinate frame;
signals from said first magnetic field unit (122) interacting with said second magnetic field unit (129) and from said first accelerometer unit (121) and said second accelerometer unit (128); The orientation of the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) provided by the signals of a respiration detection system that is an input to the signal processor (134) for calculating a variable spatial distance, thereby calculating the spatial movement and orientation of the ultrasound transducer (112) induced by the patient's breathing;
前記超音波トランスデューサ(112)は、前記第1のプローブ(102)の前面(114)に向かって延在する超音波非ソノルーセント材料を含む第1の材料の本体(115)を用いて、前記第1のプローブ(102)内に位置し、
前記第1の材料の前記本体(115)は、前記送受信面(113)から前記前面(114)に向かって延在する陥凹(116)を囲繞し、
超音波ソノルーセント材料を含む第2の材料の第1の本体部分(117)は、前記前面(114)に向かって前記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)およびその前の前記陥凹内に位置し、
前記第2の材料の第2の本体部分(117)は、前記第1の材料の前記本体の前表面上に適用され、それと一体的に係合させられ、前記第1の本体部分および前記第2の本体部分は、一体的である請求項1に記載の呼吸検出システム。
The ultrasonic transducer (112) uses a first body of material (115) comprising an ultrasonic non-sonolucent material extending towards the front surface (114) of the first probe (102) to located within the first probe (102);
the body (115) of the first material surrounds a recess (116) extending from the transmitting and receiving surface (113) towards the front surface (114);
A first body portion (117) of a second material comprising an ultrasonic sonolucent material connects the transmitting and receiving surface (113) of the ultrasonic transducer (112) towards the front surface (114) and the recess in front thereof. located within
A second body portion (117) of said second material is applied onto the front surface of said body of said first material and is integrally engaged therewith, said first body portion ( 117 ) 2. The respiratory detection system of claim 1 , wherein the two body portions are integral.
前記超音波トランスデューサ(112)は、トランスデューサ陥凹(116)を形成するソケット様部材(120)内に係合され、超音波非ソノルーセント材料のものである、請求項1に記載の呼吸検出システム。 The respiratory detection system of claim 1, wherein the ultrasonic transducer (112) is engaged within a socket-like member (120) forming a transducer recess (116) and is of an ultrasonic non-sonolucent material. . 前記第1の磁場ユニット(122)および前記第2の磁場ユニット(129)のうちの一方は、磁場センサデバイスを備え、前記第1の磁場ユニット(122)および前記第2の磁場ユニット(129)のうちの他方は、前記磁場センサデバイスによって検出されるべき磁場を生成するように構成されている電磁石デバイスを備え、前記磁場は、前記第1のプローブ(102)と前記第2のプローブ(104)との間の距離に関連する、請求項1に記載の呼吸検出システム。 One of the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) comprises a magnetic field sensor device, and the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) The other one comprises an electromagnetic device configured to generate a magnetic field to be detected by the magnetic field sensor device, the magnetic field being connected to the first probe (102) and the second probe (104). ) The respiration detection system of claim 1 . 前記第1のプローブ(102)は、前記患者の身体の背側(105)の前記第2のプローブ(104)と整合される位置で前記患者の身体の前側(103)に設置されるように構成されている、請求項1に記載の呼吸検出システム。 The first probe (102) is placed on the front side (103) of the patient's body at a position aligned with the second probe (104) on the dorsal side (105) of the patient's body. The respiration detection system of claim 1, wherein the respiration detection system is configured . 前記第2の加速度計ユニット(128)は、前記患者の身体の背側(105)を支持する表面の傾転角の測定を提供する、請求項1に記載の呼吸検出システム。 The respiratory detection system of claim 1, wherein the second accelerometer unit (128) provides a measurement of a tilt angle of a surface supporting the dorsal side (105) of the patient's body. 前記信号プロセッサ(134)は、前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第2の加速度計ユニット(128)からの入力および前記第2の磁場ユニット(129)と相互作用する前記第1の磁場ユニット(122)からの入力に基づいて、前記患者の縦軸に対する前記患者の身体の内側の前記内部構造(144)の予期される運動方向に関して前記第1のプローブ(102)内の前記超音波トランスデューサ(112)の移動および配向を計算するように構成されており、前記超音波トランスデューサ(112)の移動および配向は、前記患者の呼吸筋関連付けられている呼吸パラメータに関連する、請求項1に記載の呼吸検出システム。 The signal processor (134) receives inputs from the first accelerometer unit (121) and the second accelerometer unit (128) and the first magnetic field unit (129) that interacts with the second magnetic field unit (129). Based on input from a magnetic field unit (122), the ultrasonic wave in the first probe (102) is 10. The method of claim 1 , wherein the ultrasound transducer (112) is configured to calculate movement and orientation of an ultrasound transducer (112), the movement and orientation of the ultrasound transducer (112) being related to respiratory parameters associated with respiratory muscles of the patient. 1. The respiration detection system according to 1. 前記第1のプローブ(102)内の前記超音波トランスデューサ(112)は、前記内部構造から超音波エコー信号を受信するように構成されており、
前記第2の磁場ユニット(129)は、前記第1の磁場ユニット(121)に伝送され、かつ、前記第1の磁場ユニット(121)によって検出される磁場を生成するように構成されており、
前記信号プロセッサ(134)は、
前記第1の加速度計ユニット(121)からの導出パラメータを使用する前記固定された座標枠に対する前記第1の加速度計ユニット(121)の配向と、
前記超音波ビームの配向および前記第1の磁場ユニット(122)の配向を表す単位ベクトルとしての前記導出パラメータと、
前記第2の加速度計ユニット(128)からのさらなる導出パラメータを使用する前記固定された座標枠に対する前記第2の加速度計ユニット(128)の配向と、
身体背部(105)支持傾転角(α)および前記第2の磁場ユニットから前記第1の磁場ユニット(122)までの空間方向を表す単位ベクトルを含む前記さらなる導出パラメータと、
前記第2の磁場ユニット(129)の配向と、
前記患者の呼気の間の前記患者の胴体の縦軸に対する前記内部構造(144)の予期される運動方向と、
前記磁場の検出に基づく、前記第1の磁場ユニット(122)と前記第2の磁場ユニット(129)との間の任意の変動距離と
を計算するように構成されており、
前記超音波ビーム配向および前記第1の磁場ユニット(122)配向および前記第2の磁場ユニット(129)配向は、前記固定された座標枠に対するものであり、
前記信号プロセッサ(134)は前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第2の加速度計ユニット(128)の計算された配向および前記第1の加速度計ユニットおよび前記第2の加速度計ユニットからの導出パラメータおよび前記変動距離からの結果を処理することにより、補正パラメータを生成し、前記患者の呼吸によって誘発された前記超音波トランスデューサ(112)の空間移動および配向によって引き起こされる受信された超音波エコー信号の測定誤差を補償するようにさらに構成されてい請求項1に記載の呼吸検出システム。
the ultrasound transducer (112) in the first probe (102) is configured to receive ultrasound echo signals from the internal structure;
the second magnetic field unit (129) is configured to generate a magnetic field that is transmitted to and detected by the first magnetic field unit (121) ;
The signal processor (134) includes:
an orientation of the first accelerometer unit (121) with respect to the fixed coordinate frame using derived parameters from the first accelerometer unit (121);
the derived parameter as a unit vector representing the orientation of the ultrasound beam and the orientation of the first magnetic field unit (122);
orienting the second accelerometer unit (128) with respect to the fixed coordinate frame using further derived parameters from the second accelerometer unit (128);
said further derived parameters comprising a unit vector representing the body back (105) support tilt angle (α) and the spatial direction from said second magnetic field unit to said first magnetic field unit (122);
an orientation of the second magnetic field unit (129);
an expected direction of movement of the internal structure (144) relative to a longitudinal axis of the patient's torso during exhalation of the patient;
an arbitrary varying distance between the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) based on the detection of the magnetic field ;
the orientation of the ultrasound beam and the orientation of the first magnetic field unit (122) and the orientation of the second magnetic field unit (129) are with respect to the fixed coordinate frame;
The signal processor (134 ) calculates the calculated orientation of the first accelerometer unit (121) and the second accelerometer unit (128) and the first accelerometer unit and the second accelerometer unit. generate correction parameters by processing the derived parameters from The respiratory detection system of claim 1 , further configured to compensate for measurement errors in the acoustic echo signal.
前記補正パラメータを生成するために、前記信号プロセッサは
前記超音波ビームの方向に沿った前記第1の磁場ユニット(122)と前記第2の磁場ユニット(129)との間の距離を表すベクトルを分解することと、
前記距離を表す前記分解されたベクトルを時間的に微分することにより、増分運動値を生じさせることと、
前記増分運動値を、少なくとも同一の時間間隔内の前記内部構造からの超音波エコー信号の使用によって検出されるような増分ドップラ効果運動値に加算することと、
前記超音波ビームと前記内部構造の運動方向との間の角度の瞬時余弦値に関して前記加算された運動値を補正することと、
前記加算され補正された運動値を合計することにより、補正された呼吸パラメータを記述する内部構造位置変動を取得することと
を行うようにさらに構成されている、請求項8に記載の呼吸検出システム。
In order to generate the correction parameters, the signal processor :
resolving a vector representing the distance between the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) along the direction of the ultrasound beam;
producing an incremental motion value by differentiating the resolved vector representing the distance in time;
adding the incremental motion value to an incremental Doppler effect motion value as detected by use of ultrasound echo signals from the internal structure within at least the same time interval;
correcting the summed motion value with respect to an instantaneous cosine value of the angle between the ultrasound beam and the direction of motion of the internal structure;
9. The respiratory detection system of claim 8, further configured to: obtain internal structure position variations that describe a corrected respiratory parameter by summing the summed and corrected motion values. .
前記第1のプローブ(102)は前記患者の身体の内側の内部構造に向かって超音波ビームを指向し、かつ、前記内部構造から超音波エコー信号を受信するように、前記患者の身体上に設置されるように構成されており、
前記第1のプローブ(102)は空洞(111)を伴う筐体(110)をさらに備え、
前記超音波トランスデューサ(112)は、前記空洞(111)内に位置し、前記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)は、前記筐体(110)の前記空洞(111)の空洞口において、または、前記筐体(110)の前記空洞(111)の空洞口に隣接して前記筐体の前面(114)に対して鋭角(Ω)にあり、
前記超音波トランスデューサ(112)は、前記送受信面(113)から前記前面(114)に向かって延在する陥凹を提供する超音波非ソノルーセント材料の開放端ソケット様部材(120)を介して、前記筐体(110)の前記空洞(111)内に固定して位置し、
超音波ソノルーセント材料の第1の本体部分(117)は、前記前面(114)に向かって前記超音波トランスデューサ(112)の送受信面(113)およびその前の前記ソケット様部材(120)内に位置し、
前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第1の磁場検出ユニット(122)は、前記筐体(110)の前記空洞(111)内でプリント回路基板(119)に接続されており、
前記第1のプローブ(102)の前表面は、固有の粘着性質、接着部材または両面粘着性テープのための取付面、または粘着性本体層のための係合面のうちの少なくとも1つを呈し、
前記超音波トランスデューサ(112)は、前記信号プロセッサ(134)の送受信機セクションに接続するように構成されてい請求項1に記載の呼吸検出システム。
The first probe (102) is arranged on the patient's body to direct an ultrasound beam towards internal structures inside the patient's body and to receive ultrasound echo signals from the internal structures. It is configured to be installed in
The first probe (102) further comprises a housing (110) with a cavity (111) ,
The ultrasonic transducer (112) is located within the cavity (111), and the transmitting and receiving surface (113) of the ultrasonic transducer (112) is located at the cavity opening of the cavity (111) of the housing (110). , or adjacent to the cavity mouth of the cavity (111) of the housing (110) and at an acute angle (Ω) with respect to the front face (114) of the housing;
Said ultrasonic transducer (112) is connected via an open-ended socket-like member (120) of ultrasonic non-sonolucent material providing a recess extending from said transmitting and receiving surface (113) towards said front surface (114). , fixedly located within the cavity (111) of the housing (110);
A first body portion (117) of ultrasonic sonolucent material is disposed within the transmitting and receiving surface (113) of the ultrasonic transducer (112) towards the front surface (114) and in the socket-like member (120) in front thereof. Position to,
the first accelerometer unit (121) and the first magnetic field detection unit (122) are connected to a printed circuit board (119) within the cavity (111) of the housing (110);
The front surface of the first probe (102) has at least one of the following: inherent adhesive properties, a mounting surface for an adhesive member or double-sided adhesive tape, or an engagement surface for an adhesive body layer. present,
The respiration detection system of claim 1, wherein the ultrasound transducer (112) is configured to connect to a transceiver section of the signal processor (134).
ヒトの呼吸パラメータの超音波ベースの検出における運動補償のためのシステムであって、前記システムは、
前記ヒトの前身体表面(103)に取り付けられるように構成されている第1のプローブ(102)であって、前記第1のプローブ(102)は、超音波トランスデューサ(112)と、第1の加速度計ユニット(121)と、第1の磁場ユニット(122)とを有する、第1のプローブ(102)と、
前記ヒトの背側身体表面(105)に取り付けられるように構成されている第2のプローブ(104)であって、前記第2のプローブ(104)は、第2の加速度計ユニット(122)と、第2の磁場ユニット(129)とを有する、第2のプローブ(104)と、
前記超音波トランスデューサ(112)および前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第2の加速度計ユニット(128)および前記第1の磁場ユニット(122)および前記第2の磁場ユニット(129)に結合されている信号プロセッサ(134)と
を備え、
前記第1のプローブ(102)内の前記超音波トランスデューサ(112)は、超音波ビームを前記ヒトの身体の内側の内部構造(144)の中に伝送し、前記内部構造から超音波エコー信号を受信するように構成されており、
前記第2の磁場ユニット(129)は、前記第1の磁場ユニット(122)に伝送され、かつ、前記第1の磁場ユニット(122)によって検出される磁場を生成するように構成されており、
前記信号プロセッサは、
前記第1の加速度計ユニット(121)からの導出パラメータを使用する固定された座標枠に対する前記第1の加速度計ユニット(121)の配向を計算し、前記超音波ビームの配向および前記第1の磁場ユニット(122)の配向を表す、単位ベクトルとしての前記導出パラメータをさらに計算することと、
さらなる導出パラメータを使用する固定された座標枠に対する前記第2の加速度計ユニット(128)の配向を計算し、身体背部支持傾転角(α)および前記第2の磁場ユニット(129)から前記第1の磁場ユニット(122)までの空間方向を表す単位ベクトルを含む前記さらなる導出パラメータおよび前記第2の磁場ユニット(129)の配向および呼気の間の前記ヒトの胴体の縦軸に対する前記内部構造の予期される運動方向を計算することと、
前記磁場の検出に基づく前記第1の磁場ユニット(122)と前記第2の磁場ユニット(129)との間の任意の変動距離を計算することと、
前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第2の加速度計ユニット(128)の計算された配向、および前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第2の加速度計ユニット(128)からのさらなる導出パラメータ、および前記第1の磁場ユニット(122)および前記第2の磁場ユニット(129)によって測定される前記変動距離からの結果を処理することにより、補正パラメータを生成し、呼吸活動に関連して前記超音波トランスデューサ(112)の移動によって引き起こされる、受信された超音波エコー信号の測定誤差を補償することと
を行うように構成されている、システム。
A system for motion compensation in ultrasound-based detection of human respiratory parameters, the system comprising:
a first probe (102) configured to be attached to the anterior body surface (103) of the human, the first probe (102) comprising an ultrasound transducer (112) and a first a first probe (102) having an accelerometer unit (121) and a first magnetic field unit (122);
a second probe (104) configured to be attached to a dorsal body surface (105) of the human, the second probe (104) comprising a second accelerometer unit (122); , a second probe (104) having a second magnetic field unit (129);
the ultrasonic transducer (112) and the first accelerometer unit (121) and the second accelerometer unit (128) and the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129); a signal processor (134) coupled ;
The ultrasound transducer (112) in the first probe (102) transmits an ultrasound beam into an internal structure (144) inside the human body and receives ultrasound echo signals from the internal structure. is configured to receive
the second magnetic field unit (129) is configured to generate a magnetic field that is transmitted to and detected by the first magnetic field unit (122) ;
The signal processor includes:
calculating the orientation of the first accelerometer unit (121) with respect to a fixed coordinate frame using derived parameters from the first accelerometer unit (121); further calculating said derived parameter as a unit vector representing the orientation of the magnetic field unit (122);
Calculating the orientation of said second accelerometer unit (128) with respect to a fixed coordinate frame using further derived parameters, the body back support tilt angle (α) and said second magnetic field unit (129) said further derived parameters comprising a unit vector representing the spatial direction up to one magnetic field unit (122) and the orientation of said second magnetic field unit (129) and of said internal structure with respect to the longitudinal axis of said human torso during exhalation. calculating the expected direction of motion;
calculating any variation distance between the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) based on the detection of the magnetic field;
a calculated orientation of the first accelerometer unit (121) and the second accelerometer unit (128) ; and the first accelerometer unit (121) and the second accelerometer unit (128). and the results from said varying distances measured by said first magnetic field unit (122) and said second magnetic field unit (129) to generate correction parameters and and compensating for measurement errors in received ultrasound echo signals caused by movement of the ultrasound transducer (112) in relation to activity .
前記信号プロセッサは、
前記超音波ビームの方向に沿った前記第1の磁場ユニット(122)と前記第2の磁場ユニット(129)との間の距離を表すベクトルを分解することと、
前記距離を表す前記分解されたベクトルを時間的に微分することにより、増分運動値を生じさせることと、
前記増分運動値を、少なくとも同一の時間間隔内の前記内部構造からの超音波エコー信号の使用によって検出されるような増分ドップラ効果運動値に加算することと、
前記超音波ビームと前記内部構造の運動方向との間の角度の瞬時余弦値に関して前記加算された運動値を補正することと、
前記加算され補正された運動値を合計することにより、補正された呼吸パラメータを記述する内部構造位置変動を取得することと
によって、補正パラメータを生成するように構成されている、請求項11に記載のシステム。
The signal processor includes:
decomposing a vector representing the distance between the first magnetic field unit (122) and the second magnetic field unit (129) along the direction of the ultrasound beam;
producing an incremental motion value by differentiating the resolved vector representing the distance in time;
adding the incremental motion value to an incremental Doppler effect motion value as detected by use of ultrasound echo signals from the internal structure within at least the same time interval;
correcting the summed motion value with respect to an instantaneous cosine value of the angle between the ultrasound beam and the direction of motion of the internal structure;
12. The method of claim 11, configured to generate a corrected parameter by summing the summed corrected motion values to obtain an internal structure position variation that describes a corrected respiratory parameter. system.
前記信号プロセッサ(134)は、前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第2の加速度計ユニット(128)からの入力および前記第2の磁場ユニット(129)と相互作用する前記第1の磁場ユニット(122)からの入力に基づいて、前記ヒトの前記縦軸に対する前記内部構造(144)の予期される運動方向に関して前記第1のプローブ(102)内の前記超音波トランスデューサ(112)の移動および配向を計算するように構成されており、前記超音波トランスデューサ(112)配向は、呼吸活動に関連する、請求項11に記載のシステム。 The signal processor (134) receives inputs from the first accelerometer unit (121) and the second accelerometer unit (128) and the first magnetic field unit (129) that interacts with the second magnetic field unit (129). of the ultrasound transducer (112) in the first probe (102) with respect to the expected direction of movement of the internal structure (144) relative to the longitudinal axis of the human based on input from a magnetic field unit (122). 12. The system of claim 11, configured to calculate movement and orientation , wherein the orientation of the ultrasound transducer (112) is related to respiratory activity. 前記内部構造の運動は、前記ヒトの身体内の横隔膜移動の関数である、請求項11に記載のシステム。 12. The system of claim 11, wherein the movement of the internal structure is a function of diaphragm movement within the human body. ビーム配向およびベッド角度および腹部表面運動のうちの任意の1つの持続的変動は、前記補償で利用される、請求項11または請求項12に記載のシステム。 13. The system of claim 11 or claim 12, wherein persistent variations in any one of beam orientation and bed angle and abdominal surface motion are utilized in the compensation. 前記補償は、前記ヒトの腹部表面が、前記ヒトが横になる表面と垂直な方向(vmm)に移動すると仮定する、請求項15に記載のシステム。 16. The system of claim 15, wherein the compensation assumes that the abdominal surface of the person moves in a direction ( vmm ) perpendicular to the surface on which the person lies. 前記第1の加速度計ユニットおよび前記第2の加速度計ユニットは、重力の方向に基づいて傾転を測定するように構成されており、前記第1の加速度計ユニット(121)および前記第2の加速度計ユニット(128)は、3軸加速度計ユニットを備え、
前記第1の磁場ユニットは、前記第2の磁場ユニット(129)によって放出される磁場の支援を受けて、前記第1のプローブ(102)の上下運動を測定するように構成されており、前記測定された傾転および測定された上下運動は、前記測定誤差を補償するために使用される請求項11に記載のシステム。
The first accelerometer unit (121) and the second accelerometer unit are configured to measure tilt based on the direction of gravity, and the first accelerometer unit (121) and the second accelerometer unit The accelerometer unit (128) includes a 3-axis accelerometer unit,
The first magnetic field unit is configured to measure the vertical movement of the first probe (102) with the aid of a magnetic field emitted by the second magnetic field unit (129); 12. The system of claim 11 , wherein measured tilt and measured vertical motion are used to compensate for the measurement error.
前記第2のプローブ(104)の前記第2の加速度計ユニット(128)は、前記内部構造がベッド表面と同一の方向に沿って移動すると仮定して、前記ヒトが横になる前記ベッド表面の傾転角(α)を測定するように構成されている、請求項11または請求項17に記載のシ
ステム。
The second accelerometer unit (128) of the second probe (104) is configured to move along the bed surface on which the person lies, assuming that the internal structure moves along the same direction as the bed surface. 18. A system according to claim 11 or claim 17, configured to measure a tilt angle (α).
前記信号プロセッサは、前記超音波ビームと前記内部構造の運動方向との間の角度が定常値を有すると仮定する代わりに、運動増分毎に前記角度を算出するように構成されている、請求項11または請求項17に記載のシステム。 4. The signal processor is configured to calculate the angle for each movement increment, instead of assuming that the angle between the ultrasound beam and the direction of movement of the internal structure has a steady-state value. 18. The system according to claim 11 or claim 17. 前記内部構造は、前記ヒトの肝臓、脾臓、または腎臓のうちの1つである、請求項19に記載のシステム。 20. The system of claim 19, wherein the internal structure is one of the human's liver, spleen, or kidney.
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