包括超声传感器、听诊传感器和环境噪声传感器的设备

背景技术

技术领域

本专利申请涉及生理感测设备、系统和方法，并且更具体地涉及用于采集超声波、心电图和听诊数据的此类设备、系统和方法。

超声成像通常由受过训练的超声专家利用专门设计用于采集超声数据的超声系统在临床环境中执行。类似地，心电图(EKG)通常由受过训练的专家利用专门设计用于采集心电图数据的装备在临床环境中执行。听诊数据通常由医师或其他临床医生利用听诊器采集。

因此，这些不同类型的临床数据(即，超声数据、EKG数据和听诊数据)的采集通常利用单独的装备进行，并且通常在单独的患者访问或单独的环境中进行。

除了由听诊器感测的目标声音(例如，听诊信号)之外，由听诊器采集的信号还可包括由听诊器感测的环境噪声。此类环境噪声可根据多种因素(诸如其中使用听诊器的环境)而变化，并且可包括由环境中的其他电子装备产生的噪声、由用户的手部产生的噪声，等等。

发明内容

本公开提供了可从由一个或多个听诊传感器检测到的听诊音中消除由环境噪声传感器检测到的环境噪声的设备和方法。除了环境噪声传感器和听诊传感器之外，该设备还可包括超声传感器和EKG传感器。此类设备可同时采集超声波、心电图和听诊信号，在一些实施方案中，超声波、心电图和听诊信号可彼此同步。

在一个实施方案中，提供了一种设备，该设备包括：外壳，该外壳具有在外壳的远侧端部处的传感器部分；和柄部部分，该柄部部分位于外壳的近侧端部和远侧端部之间。超声传感器至少部分地定位在外壳的传感器部分内，并且第一听诊传感器至少部分地定位在该外壳的传感器部分内。环境噪声传感器至少部分地定位在外壳内、位于外壳的柄部部分和近侧端部之间。

在另一个实施方案中，提供了包括超声传感器、心电图(EKG)传感器、第一听诊传感器、环境噪声传感器和处理器的超声探头。该处理器通信地耦接到听诊传感器和环境噪声传感器。在使用中，该处理器接收由第一听诊传感器感测的听诊信号和由环境噪声传感器感测的环境噪声信号，并且生成环境噪声信号从听诊信号中被消除的消除噪声的听诊信号。

在又一个实施方案中，本公开提供了一种方法，该方法包括：由相邻于手持设备的感测表面定位的超声传感器检测超声信号；由相邻于手持设备的感测表面定位的至少一个听诊传感器检测听诊信号；由定位在手持设备的柄部部分和手持设备的近侧端部之间的环境噪声传感器检测环境噪声信号，该环境噪声传感器通过至少柄部部分与传感器表面间隔开；以及通过从听诊信号中消除环境噪声信号来生成消除噪声的听诊信号。

附图说明

图1为示出根据本公开的一个或多个实施方案的具有超声传感器、听诊传感器和环境噪声传感器的设备的透视图。

图2为根据一个或多个实施方案的图1所示设备的传感器部分的放大透视图。

图3为根据一个或多个实施方案的沿图2的切割线3-3截取的剖视图，示出了设备的感测部分的进一步细节。

图4为根据一个或多个实施方案的沿图2的切割线4-4截取的剖视图，示出了设备的感测部分的进一步细节。

图5为根据一个或多个实施方案的沿图1的切割线5-5截取的剖视图，示出了设备的进一步细节。

图6为根据一个或多个实施方案的放大剖视图，示出了设备的环境噪声传感器的进一步细节。

具体实施方式

广泛用于医学中进行生理评估(例如，心室腔的生理评估)的三种主要技术包括超声处理、听诊和心电图。每种技术提供了可用于评估存在于感兴趣区域(例如，心室腔)中的器官的解剖结构和生理机能的不同种类的信息。

医学超声成像(超声处理)是用于检查心脏和肺部两者的最有效的方法之一。超声成像提供了心脏的解剖信息以及关于穿过瓣膜和主要动脉(诸如主动脉和肺动脉)的血流的定性和定量信息。超声成像的一个显著优点是，利用其高帧速率，可提供对于评估总是在运动的心脏的状况至关重要的动态解剖和血流信息。结合提供血流信息，超声成像提供了用于评估心室、瓣膜和动脉/静脉的结构和功能的最佳可用工具之一。类似地，超声成像可以评估体内的流体状态，并且是评估心包积液(心脏周围的流体)的最佳工具。

就肺部而言，超声成像提供了关于肺部的解剖结构的信息，能够显示与各种肺部疾病相关联的特定成像模式，并且能够评估肺部周围和肺部的各个隔室内的流体状态，包括对心包积液的评估。

听诊允许通过捕获由这些器官产生或以其他方式与这些器官相关联的可听声来评估器官(诸如心脏和肺部)的生理状况和功能。这些器官或其他器官(视情况而定)的状况和功能可基于指示不同声音如何与各种生理现象相关联以及针对每种病理状况声音如何变化的临床信息进行评估。

心电图(EKG或ECG)通过捕获心脏的电活动聚焦在心脏上，因为其与心动周期的各个阶段相关。心脏的状况和功能可基于指示心脏的电活动如何基于各种病理状况而变化的临床知识进行评估。

本公开提供了其中听诊、EKG和超声信号可由单个手持设备采集的设备和方法。此外，手持设备可通过与听诊传感器、EKG传感器和超声传感器间隔开的环境噪声传感器来采集环境噪声信号。可从听诊信号中消除或减去环境噪声，从而生成对例如手持设备的医师或用户更有用的清晰的听诊信号。

图1为示出根据本公开的实施方案的设备100的透视图，该设备可操作以采集超声波、心电图和听诊信号。

设备100包括形成该设备100的外部部分的外壳110。该外壳110包括靠近外壳110的远侧端部115的传感器部分112，以及位于外壳110的近侧端部113和远侧端部115之间的柄部部分114。该柄部部分114相对于传感器部分112在近侧定位。

柄部部分114是外壳110的一部分，该部分由用户抓握以在使用期间保持、控制和操纵设备100。柄部部分114可包括抓握特征部，诸如一个或多个止动器117，并且在一些实施方案中，该柄部部分114可具有与外壳110在该柄部部分114远侧或近侧的部分相同的大体形状。一般来讲，柄部部分114是指位于传感器部分112和环境噪声传感器138之间的外壳110的一部分，这将在本文中后面进一步详细描述。

外壳110围绕设备100的内部电子部件和/或电路，包括例如电子器件，诸如驱动电路、处理电路、振荡器、波束形成电路、滤波电路，等等。外壳110可形成为围绕或至少部分地围绕设备100的位于外部的部分，诸如传感器面120，并且可以为密封的外壳，使得防止湿气、液体或其他流体进入外壳110。外壳110可由任何合适的材料形成，并且在一些实施方案中，外壳110由塑性材料形成。外壳110可由单个件(例如，围绕内部部件模制的单一材料)形成，或者可由彼此粘结或以其他方式附接的两个或更多个件(例如，上半部和下半部)形成。

图2是图1所示设备的传感器部分的放大透视图。如图2中进一步详细所示，设备100的传感器部分112包括超声传感器132和至少一个听诊传感器134。在一些实施方案中，传感器部分112包括心电图(EKG)传感器136，该EKG传感器可包括多根EKG引线或电极136a、136b、136c。超声传感器132、至少一个听诊传感器134和EKG传感器136中的每一者相邻于设备100的传感器面120定位。在使用中，传感器面120可被放置成与患者的皮肤接触，并且设备100可分别经由超声传感器132、至少一个听诊传感器134和EKG传感器136获得超声信号、听诊信号，以及EKG信号。

如图1和图2所示，在一些实施方案中，设备100包括与传感器面120相邻的两个听诊传感器134。该听诊传感器134可以为能够操作以检测患者体内的声音，包括例如与循环系统、呼吸系统和胃肠系统相关联的身体声音的任何传感器。例如，听诊传感器134可以为麦克风。在一些实施方案中，该听诊传感器134可以为电子听诊器或数字听诊器，并且可包括或以其他方式电耦接到放大和信号处理电路以用于放大和处理感测信号，如相关领域中已知的。

再次参见图1，设备100还包括环境噪声传感器138，该环境噪声传感器至少部分地定位在外壳内、位于外壳110的柄部部分114和近侧端部113之间。环境噪声传感器138可以为适于检测环境声音的任何麦克风。环境噪声传感器138感测环境声音，并且可生成从由听诊传感器134感测的目标声音(例如，患者的心音)中消除环境声音的消除噪声的信号。

由环境噪声传感器138感测的环境声音可以为例如由电子装备生成的声音、由超声传感器132(例如，由超声阵列)生成的声音、由设备100的用户(诸如由用户的手部移动生成的声音)，或者可存在于其中使用设备100的环境中的任何其他声音。

超声传感器132包括超声阵列或换能器142(图3)，该超声阵列或换能器被配置为朝向患者感兴趣的区域中的目标结构发射超声信号。换能器142被进一步配置为接收响应于超声信号的发射而从目标结构返回的回波信号。为此，该换能器142可包括能够发射超声信号并且接收后续回波信号的换能器元件。在各种实施方案中，该换能器元件可被布置为相控阵列的元件。合适的相控阵列换能器在本领域中是已知的。

超声传感器132的换能器142可以为换能器元件的一维(1D)阵列或二维(2D)阵列。换能器阵列可包括压电陶瓷，诸如锆钛酸铅(PZT)，或者可基于微机电系统(MEMS)。例如，在各种实施方案中，超声传感器132可包括压电微机械超声换能器(PMUT)，该PMUT是基于微机电系统(MEMS)的压电超声换能器，或者超声传感器132可包括电容微机械超声换能器(CMUT)，其中由于电容变化而提供能量转换。

超声传感器132还可包括超声聚焦透镜144，该超声聚焦透镜相对于超声换能器142在远侧定位，并且可形成传感器面120的一部分。聚焦透镜144可以为能够操作以将从超声换能器142发射的超声波束朝向患者聚焦以及/或者将从患者反射的超声波束聚焦到换能器142的任何透镜。在一些实施方案中，超声聚焦透镜144可具有曲面形状。超声聚焦透镜144可具有不同的形状，取决于所需的应用，例如所需的操作频率等。超声聚焦透镜144可由任何合适的材料形成，并且在一些实施方案中，超声聚焦透镜144由室温固化(RTV)橡胶材料形成。

EKG传感器136可以为检测例如患者心脏的电活动的任何传感器，如相关领域中已知的。例如，EKG传感器136可包括任何数量的电极136a、136b、136c，这些电极在操作中被放置成与患者的皮肤接触，并且用于检测在每次心跳期间由于心肌的去极化和复极化模式引起的患者的电变化。

如图2所示，EKG传感器136可包括相邻于超声传感器132的第一侧(例如，相邻于超声聚焦透镜144的左侧，如图所示)定位的第一电极136a，以及相邻于超声传感器132的与第一侧相对的第二侧定位的第二电极136b(例如，相邻于超声聚焦透镜144的右侧，如图所示)。EKG传感器136还可包括相邻于超声传感器132的第三侧(例如，相邻于超声聚焦透镜144的下侧，如图所示)定位的第三电极136c。在一些实施方案中，第一电极136a、第二电极136b和第三电极136c中的每一者具有不同的极性。例如，第一电极136a可以为正(+)电极，第二电极136b可以为负(-)电极，并且第三电极136c可以为接地电极。

在不同的实施方案中，EKG传感器电极的数量和位置可发生变化。如图2所示，电极136a、136b、136c可以是彼此大致等距的。第一电极136a和第二电极136b可定位在外壳110的远侧端部115的顶部边缘附近，而第三电极136c可定位在超声传感器132的下侧和外壳110的远侧端部115的底部边缘之间。

在一些实施方案中，第一膜152和第二膜154相邻于超声传感器132的相对侧定位，并且可形成传感器面120的一部分。膜152、154可由任何合适的材料形成，并且在一些实施方案中，该膜152、154由室温硫化(RTV)橡胶材料形成。在一些实施方案中，膜152、154由与超声聚焦透镜144的材料相同的材料形成。

在一些实施方案中，传感器面120包括密封剂，该密封剂密封设备100的传感器面120，使得其符合(如由国际电工委员会所公布的)IP代码的IPX7的异物防护规范(例如，当被浸没到至少一米的深度时为不透液体的)。密封剂可设置在例如膜152、154与超声传感器132的相应侧之间，以及/或者设置在超声传感器132，膜152、154与外壳110的远侧端部115的侧表面之间。在一些实施方案中，密封剂设置在超声传感器132的超声聚焦透镜144和膜152、154上方。密封剂可以为RTV橡胶材料，并且在一些实施方案中，密封剂可由与超声聚焦透镜144和/或膜152、154的材料相同的材料形成。

如图3所示，膜152、154定位在听诊传感器134的前面(即，相对于该听诊传感器在其远侧定位)。在一些实施方案中，听诊传感器134通过相应的间隙156(可以为气隙)与膜152、154间隔开。

听诊传感器134可定位在相应的听诊传感器插座158中，该相应的听诊传感器插座可固定听诊传感器134的位置以使得它们通过期望的间隙156与相应的膜152、154间隔开。在一些实施方案中，听诊传感器插座158形成为外壳110的内部件。例如，听诊传感器插座158可被模制到外壳110中。听诊传感器插座158的大小可被设定成容纳听诊传感器134，并且该听诊传感器134可牢固地保持在听诊传感器插座158中。在一些实施方案中，听诊传感器134可通过粘合剂材料固定在听诊传感器插座158内。

听诊传感器插座158可包括远侧凸缘159，这些远侧凸缘阻止听诊传感器134沿远侧方向移动。即，远侧凸缘159的尺寸可小于听诊传感器134的周边尺寸，使得听诊传感器134无法穿过远侧凸缘159进行装配。相反，听诊传感器134可通过听诊传感器插座158的远侧凸缘159固定在适当位置(例如，邻接接触)。远侧凸缘159可具有限定间隙156的距离的厚度。即，远侧凸缘159可在听诊传感器134的表面以及第一膜152和第二膜154的相应表面之间延伸，并且远侧凸缘159内的开口可限定间隙156的距离。在一些实施方案中，间隙156具有在约0.5mm至约1.5mm(包括端值在内)范围内的距离。在一些实施方案中，间隙156具有约1mm的距离。

在听诊传感器134定位在听诊传感器插座158中并且通过期望的间隙156与膜152、154间隔开的情况下，膜152、154可作为隔膜工作，这些隔膜将机械振动(例如，来自抵靠膜152、154的运动以及/或者响应于接收到声振动)转换成可由听诊传感器134检测的声音。

图4为根据一个或多个实施方案的沿图2的切割线4-4截取的剖视图，示出了设备的感测部分的进一步细节。具体地讲，图4示出了第一EKG传感器电极136a和第二EKG传感器电极136b的进一步细节。

如图4所示，第一电极136a和第二电极136b可定位在相应的EKG电极插座168中，该相应的EKG电极插座可将电极136a、136b保持在期望的位置。在一些实施方案中，EKG电极插座168被制成外壳110的内部件，并且可被模制到外壳110中。EKG电极插座168的大小可被设定成容纳电极136a、136b，并且该电极136a、136b可牢固地保持在EKG电极插座168中。在一些实施方案中，电极136a、136b可通过粘合剂材料固定在EKG电极插座168内。

虽然图4的剖视图示仅示出了第一电极136a和第二电极136b以及对应的EKG电极插座168，但是第三电极136c可通过大小被设定成容纳第三电极136c的相同或类似的EKG电极插座168沿传感器面120保持在期望的位置。

EKG电极插座168可包括阻止电极136a、136b沿近侧方向移动的近侧凸缘169。即，近侧凸缘169的尺寸可小于电极136a、136b的周边尺寸，使得电极136a、136b无法穿过近侧凸缘169进行装配。

电极136a、136b可延伸穿过膜152、154，使得电极136a、136b沿传感器面120暴露。例如，第一电极136a可延伸穿过第一膜152，并且第二电极136b可延伸穿过第二膜154。类似地，第三电极136c可沿传感器面120暴露。

膜152、154可具有电极136a、136b可延伸穿过的开口，并且膜152、154可接触电极136a、136b的侧表面，使得电极136a、136b沿传感器面120基本上是密封的。在一些实施方案中，密封剂(可以为RTV橡胶材料)可设置在膜152、154与电极136a、136b之间，并且该密封剂可由与超声聚焦透镜144和/或膜152、154的材料相同的材料形成。

EKG引线或导线172附接到电极136a、136b、136c，并且可将电极136a、136b、136c电耦接到处理电路。

图5为根据一个或多个实施方案的沿图1的切割线5-5截取的剖视图，示出了设备100的进一步细节。图6为根据一个或多个实施方案的图5的区域6的放大剖视图，示出了设备100的环境噪声传感器的进一步细节。

现在参见图5和图6，设备100可包括内部板180，并且各种电路和部件可附接到板180。内部板180可以为适于保持或承载包括在外壳110内的各种电路和部件的任何结构。在一些实施方案中，内部板180为印刷电路板(PCB)，并且可包括用于将设备100的一个或多个电路或部件彼此电耦接的导线、导电迹线、导电通孔，等等。内部板180可通过任何合适的技术耦接到外壳110。在一些实施方案中，一个或多个螺纹插孔181被附接到外壳110或以其他方式被制成该外壳的一部分，并且内部板180可通过被拧入螺纹插孔181中的一个或多个螺纹紧固件182(诸如螺钉)耦接到外壳110。

环境噪声传感器138可定位在环境噪声传感器插座178中，该环境噪声传感器插座可固定环境噪声传感器138的位置。环境噪声传感器插座178可基本上类似于图3所示的听诊传感器插座158，不同的是环境噪声传感器插座178可沿横向于听诊传感器插座取向的方向(例如，水平方向)的方向(例如，如图所示的竖直方向)取向。环境噪声传感器膜174定位在环境噪声传感器138上方，并且可形成设备100的外部部分。即，环境噪声传感器膜174可暴露于外部环境。

环境噪声传感器膜174可由任何合适的材料形成，并且在一些实施方案中，环境噪声传感器膜174由室温硫化(RTV)橡胶材料形成。在一些实施方案中，环境噪声传感器膜174可由与第一膜152和第二膜154和/或超声聚焦透镜144的材料相同的材料形成。环境噪声传感器膜174可具有任何形状，并且在一些实施方案中，环境噪声传感器膜174在顶部平面图中具有基本上圆形的形状。在一些实施方案中，环境噪声传感器膜174可具有约10mm的直径，并且可具有约2mm的厚度。

环境噪声传感器138可定位在环境噪声传感器插座178中，该环境噪声传感器插座可固定环境噪声传感器138的位置，使得该环境噪声传感器通过期望的间隙176(可以为气隙)与环境噪声传感器膜174间隔开。在一些实施方案中，环境噪声传感器插座178被制成外壳110的内部件，例如，环境噪声传感器插座178可被模制到外壳110中。在一些实施方案中，环境噪声传感器138可通过粘合剂材料(诸如胶水或任何其他粘合剂)固定在环境噪声传感器插座178内。

一个或多个狭槽或沟槽175可包括在外壳110中并且定位成与环境噪声传感器插座178相邻。沟槽175被配置为容纳可用于将环境噪声传感器138附接到环境噪声传感器插座178的过量粘合剂材料。

环境噪声传感器插座178可包括凸缘179，该凸缘阻止环境噪声传感器138的移动并且固定环境噪声传感器138相对于环境噪声传感器插座178的位置。凸缘179可基本上类似于听诊传感器插座158的远侧凸缘159，并且可具有限定间隙176的距离的厚度。在一些实施方案中，环境噪声传感器138和环境噪声传感器膜174之间的间隙176具有在约0.5mm至约1.5mm(包括端值在内)范围内的距离。在一些实施方案中，间隙176具有约1mm的距离。在一些实施方案中，间隙176具有与听诊传感器134和膜152、154之间的间隙156的距离基本上相同的距离。

在一些实施方案中，可省略环境噪声传感器插座178和/或环境噪声传感器膜174。例如，在一些实施方案中，环境噪声传感器138可安装在外壳110内的任何合适的位置处，包括刚性地安装在外壳110的内部上。另选地或除此之外，环境噪声传感器138可在没有环境噪声传感器膜174的情况下安装。在一些实施方案中，环境噪声传感器138可直接安装在内部板180上，该内部板可以为如本文先前所述的PCB。

如图5所示，设备100可包括多种不同的电子部件、电路，等等。例如，设备100可包括处理电路185，该处理电路可以(例如，通过一个或多个导线、通过无线通信路径，等等)通信地耦接到听诊传感器134和环境噪声传感器138。在一些实施方案中，处理电路185可至少部分地实现为可由一个或多个硬件结构(诸如微控制器、微处理器，等等)加载或执行的软件。

处理电路185被配置为接收由听诊传感器134感测的听诊信号和由环境噪声传感器138感测的环境噪声信号，并且生成环境噪声信号从听诊信号中被消除的消除噪声的听诊信号。处理电路185可通过任何合适的技术来生成消除噪声的听诊信号。在一些实施方案中，处理电路185可生成作为由环境噪声传感器138感测的环境噪声信号的负值的消除波形，并且可将该消除波形与由听诊传感器134感测的听诊信号混合以便产生消除噪声的听诊信号。

处理电路185还可包括或以其他方式耦接到音频处理电路，以用于处理从听诊传感器134和环境噪声传感器138(包括例如滤波器、放大器、预处理和数字化电路，等等)接收的信号。

设备100还可包括EKG信号处理电路、超声处理和/或驱动电路或者可在设备100的操作期间使用并且可促进如本文所述的设备100的操作的任何其他电路。此类处理和/或驱动电路可定位在内部板180上并且可耦接到处理电路185。在一些实施方案中，此类处理和/或驱动电路可至少部分地包括在处理电路185中。

设备100还可包括一个或多个计算机可读存储器，该一个或多个计算机可读存储器可以为任何计算机可读存储介质，包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存存储器、硬盘驱动器、光学存储设备、磁存储设备、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、有机存储介质，等等。计算机可读存储器可耦接到处理电路185，并且在一些实施方案中，存储器可存储由设备100采集的各种信号。信号可以同步方式或与用于使信号同步的相关信息一起存储在存储器中。

在操作中，用户可将设备100的传感器面120放置在患者身体上的期望位置中。一旦适当地定位，设备100就在传感器面120处从听诊传感器134、EKG传感器136和超声传感器132接收信号。同时，设备100从环境噪声传感器138接收环境噪声信号，并且基于从听诊传感器134接收的听诊信号和从环境噪声传感器138接收的环境噪声信号来生成消除噪声的听诊信号。

在一些实施方案中，从听诊传感器134、EKG传感器136、超声传感器132和环境噪声传感器138中的一者或多者采集的信号可被同时采集并且彼此同步。例如，转让给本公开的受让人并且全文以引用方式并入本文的美国专利申请号15/969,632描述了设备、系统以及其中将源于分别由听诊传感器、EKG传感器和超声传感器接收的信号的听诊数据、EKG数据和超声数据同步的方法。

在美国专利申请号15/969,632中描述的信号采集和同步技术可在本公开的实施方案中修改和实现，以用于类似地同步所采集的听诊信号、EKG信号和超声信号以及所采集的环境噪声信号。

可组合以上所述的各种实施方案来提供另外的实施方案。本说明书中提及和/或申请数据表中列出的所有美国专利申请的全文以引用方式并入本文。必要时，可以修改实施方案的各个方面，以采用各专利、专利申请和专利公布的概念来提供另外的实施方案。

本申请要求2018年10月8日提交的美国临时申请号62/742,714的优先权的权益，该申请据此全文以引用方式并入。

鉴于上文的详细说明，可以对这些实施方案作出这些和其他改变。一般来说，在随后的权利要求中，使用的术语不应解释成将权利要求书限制在本说明书和权利要求书中披露的具体实施方案中，而应解释成包括所有可能的实施方案以及这类权利要求书赋予的等效物的全部范围。因此，权利要求并不受本公开内容所限定。