CN115379803A - 医学感测系统和定位方法 - Google Patents

Abstract

一种系统(10)用于执行ECG测量并且包括具有集成的一个或多个ECG电极(22)的探头(12)以及超声感测模块(18)，例如，换能器布置。因此，所述探头提供了移动式ECG电极，所述移动式ECG电极能够在身体上的一组不同位置之间顺序地移动，以从相对于心脏的不同角度(即，不同“导联”)采集ECG测量结果。在每个所要求位置定位探头的操作是通过位置引导功能来引导的，所述位置引导功能使用由所述超声感测模块采集的超声数据来定位所述探头(参考超声身体地图集(28)或地图)，并且使用一组存储的参考身体位置来利用引导信息在如何移动所述探头以到达下一目标电极位置方面引导用户。在示例中，可以引导所述用户通过电极位置序列，其中，在每个电极位置处采集ECG数据，从而顺序地建立一组标准ECG导联测量。

Description

医学感测系统和定位方法

技术领域

本发明涉及医学感测系统，特别涉及包括可移动ECG电极的系统和用于引导ECG电极定位的模块。

背景技术

一种常见类型的临床患者检查的是心血管检查。

心血管检查通常不仅包括对患者心脏的检查，而且还包括对身体的其他部位(包括手部、面部和颈部)的检查。心血管检查旨在识别任何可能引起患者症状(例如，胸痛、呼吸困难或心力衰竭)的心血管病变。

在心脏体检期间可能进行的主要观察包括：心率测量；(例如通过敲击和感觉心脏发作而测量的)心脏大小测量(例如作为左心室扩大的指示)；以及(例如经由在与不同心脏瓣膜有关的四个标准位置处听诊心脏而观察到的)对心脏瓣膜功能和血流的检查，这些心脏瓣膜是二尖瓣、主动脉瓣、三尖瓣和肺动脉瓣)。心音和杂音指示存在瓣膜缺陷、容量超负荷、压力超负荷和肥大。

一种能够用于进行心血管检查的模态是超声心动描记术。

超声心动描记是一种超声测试，它能够用于评价心脏结构以及心脏内的血流方向。在超声心动描记术方面受过专业训练的技术人员使用超声探头进行扫描(通常使用被放置在胸壁上的各个位置的专用探头或换能器从不同方向查看心脏)以产生图像和视频。对心脏病专家或心脏专家进行训练以评价所采集的图像，从而评估心脏功能并提供结果报告。

超声心动描记产生的信息可以提供对以下各项中的一项或多项的指示：

心脏大小。心脏瓣膜减弱或受损、高血压或其他疾病会导致心腔扩大或心壁异常增厚。

心脏泵血强度。超声心动描记能够有助于确定心脏的泵血强度。具体的测量可以包括在每次心跳期间从充满的心室排出的血液的百分比(射血分数)或心脏在一分钟内泵出的血液量(心输出量)。

心肌受损。在超声心动描记期间，可以确定心壁的所有部分是否对心脏泵血活动有正常贡献。表现出微弱移动的部分可能已经在心脏病发作期间受损或者接收的氧气太少。这可能指示冠状动脉疾病或各种其他病症。

瓣膜问题。超声心动描记指示心脏瓣膜随着心跳而移动。由此能够确定瓣膜是否打开得足够宽以保证足够的血流(即，没有狭窄)和/或完全关闭以防止血液泄漏(即，没有瓣膜反流)。

心脏缺陷。超声心动描记可以检测到许多心脏缺陷，包括心腔问题、心脏与主要血管之间的异常连接以及出生时可能存在的复杂心脏缺陷。超声心动描记还能够用于监测婴儿出生前的心脏发育。

除了上述内容以外，还可以(使用更先进的分析技术)评估心壁厚度、壁动力学和血流模式。

存在用于超声检查的各种不同的硬件实施方式。

最常见的方法采用超声探头的形式，该超声探头具有超声换能器阵列，该超声换能器阵列被声学耦合到位于超声探头的顶端的皮肤接触区。该超声探头通常使用在皮肤与探头之间施加的声学耦合凝胶而滑过患者的皮肤。超声探头可以是被连接到超声成像系统或设备的手持式探头设备(例如以木制推车或金属推车的形式安装)。

超声探头利用超声换能器来生成声学信号。存在不同类型的超声换能器。最常见的换能器类型是压电换能器。

一种替代且有利的类型是电容微机械超声换能器(CMUT)。CMUT换能器是一种相对较新的发展技术。CMUT利用电容的变化来提供换能功能。CMUT使用微加工技术在硅上构建。在硅基板中形成腔体，并且在腔体上方悬挂薄膜，在薄膜上的金属化层用作电极。硅基板充当下电极。

由于CMUT是微机械设备，因此使用该技术构建2D和3D换能器阵列更为简单。这意味着：与其他换能器技术相比，换能器阵列中能够包括大量CMUT，从而提供了更大的带宽。

此外，由于CMUT的尺寸更小，因此使用CMUT也更容易实现高频操作。操作频率取决于换能器单元的大小(特别是被膜覆盖的腔体的大小)，并且还取决于用于膜的材料的硬度。

此外，由于CMUT换能器是在硅上构建的，因此与其他换能器技术相比，额外的控件或驱动电子器件的集成也更容易。例如，通过将控制部件与换能器集成在同一芯片上，这提供了减小设备的外形尺寸的潜力。

PMUT换能器也可以用于替代示例。

一种替代硬件方法是使用电子听诊器，它有助于进行心脏听诊。最近在该领域中在以下方面取得了进展：对听诊心音信号进行更复杂的处理，以例如使得能够改进分析并弄清楚所得到的声音，从而能够基于该结果进行诊断。

随着通信技术和计算机化的进步，远程监测已成为可能。由于难以将患者带到医院或者由于没有医生可用，在许多情况下远程监测身体参数是优选的。另外，一般来说，免提自主监测也是有益的，例如在临床医生要求心脏信息并同时对患者进行另一项临床操作或检查的情况下就是如此。

心电描记(ECG或EKG)是使用被放置在皮肤上的电极在一段时间内记录心脏的电活动的过程。这些电极检测皮肤上的微小电变化，这些微小电变化是由在每次心跳期间心肌的去极化和复极化的电生理模式引起的。

在常规的12导联ECG中，将十个电极放置在患者的四肢和胸部表面上。然后从十二个不同角度(也被称为“导联”)测量心脏电位的总幅值，并且在一段时间内(例如通常为十秒)记录所述心脏电位的总幅值。以这种方式，在整个心动周期的每个时刻都捕获到心脏的电去极化的总幅值和方向。这种无创医学流程产生的电压与时间的关系图是心电图。

在下面的表1中列出了十个标准电极位置，并且在图1中示意性图示了这十个标准电极位置。

电极位置标签	电极位置
		LA	左臂
RA	右臂
		LL	左腿
RL	右腿
		V1	第4肋间，胸骨右侧
V2	第4肋间，胸骨左侧
		V3	V2与V4之间
V4	第5肋间，锁骨中线
		V5	与V4水平平齐，但在腋前线上
V6	与V4水平平齐，但在中线处

表1

标准的12个ECG导联具有以下标准标签：I、II、III、aVR、aVL、aVF、V1、V2、V3、V4、V5、V6，并且被分成三类：肢体导联、增强肢体导联和胸前导联。

使用两个或三个电极的组合来计算不同的ECG导联测量结果中的每个ECG导联测量结果。下面的表2列出了如何计算标准的12个导联中的每个导联。

表2

右腿处的电极(RL)不用于导联，而仅用作接地参考。从胸前电极电位中的每个胸前电极电位中减去被称为Wilson中心端(WCT)的虚拟点的电压。WCT是通过对参考了右腿参考电极的肢体电位求平均来获得的(WCT＝(RA+LA+LL)/3)。

在心动周期的任何给定时刻，所有ECG导联都从不同角度分析同一电事件。这意味着具有相似角度的ECG导联必然显示相似的ECG曲线(图表)。对于某些目的(例如，心律失常的诊断)，并不总是需要分析所有导联，因为通常能够通过检查较少的导联来建立诊断。另一方面，为了诊断形态变化(例如，心肌缺血)，使用的导联越多，诊断就越准确。因此，取决于所研究的病理情况，可能需要不同数量的导联。

12导联ECG是灵敏度、特异性和实用性之间的权衡结果。例如，在极端情况下，120导联(已在多项关于急性心肌梗塞的研究中进行了测试)在许多状况下可以提高灵敏度，但会牺牲特异性和实用性。另一方面，仅使用一个导联可以允许诊断某种心律失常，但无法诊断所有心律失常，并且不能诊断心脏的形态变化。

多导联ECG作为对心脏的客观体检的补充将具有显著的益处。然而，普通医师通常没有所需的装备、时间或经验来将所要求的这组12导联准确且精确地放置在身体上的正确位置处，从而进行这样的多导联ECG检查(这包括定位电极，选择导联，读取ECG结果)。

因此，改进的ECG测量方法将是有价值的。

发明内容

本发明由权利要求来限定。

根据依据本发明的一个方面的示例，提供了一种医学感测系统，包括：

探头单元，所述探头单元包括超声感测模块和用于心电图ECG测量的至少一个电极；以及

控制器，其与所述探头操作性耦合，并且所述控制器包括地图集数据集，所述地图集数据集存储与所述探头相对于身体(例如，相对于心脏)的多个可能位置中的每个可能位置相关联的参考超声数据，并且所述控制器包括数据存储部，所述数据存储部存储针对不同ECG测量的相对于所述身体的多个参考(目标)电极位置，

所述控制器被配置为在至少一种操作模式中控制所述超声感测模块以采集超声数据并实施位置引导功能，所述位置引导功能被配置为基于所采集的超声数据并基于对所述地图集数据集的参考为用户生成引导信息，以将所述探头定位在所述参考电极位置中的一个或多个参考电极位置中。

代替使用多个电极来进行ECG检查，本发明的实施例提出使用被集成到探头单元中的单个移动式ECG电极，所述单个移动式ECG电极能在身体上的不同位置之间移动。这样能够进行多导联ECG检查，但无需在对象的身体上定位大量不同的电极。

可以额外地提供至少一个参考静态电极，所述至少一个参考静态电极被安装到用户身体上的固定点，以用于与可移动电极电耦合来进行检查。因此，可移动ECG电极能够在不同的标准ECG电极位置之间移动，以采集上面讨论的完整ECG检查(例如，9或12导联检查)所需的不同标准角度(导联)的ECG数据。因此，实际上，该系统用能顺序地在不同位置之间移动的单个ECG电极来代替用于放置在一组不同位置处的多个ECG导联(和电极)。当在操作中使用时，该单个ECG电极与一个或多个静态电极(其可以是所提供的系统的部分，也可以是单独提供的辅助电极)相结合，所述一个或多个静态电极与可移动探头电极电耦合，从而实现针对不同导联的ECG测量。

如上面所讨论的，对于非专家人员来说，针对不同标准角度正确定位ECG电极是困难的。因此，本发明的实施例还提出将超声感测模块(例如，换能器布置)集成到容纳ECG电极的同一可移动探头中，并且其中，所采集的超声数据能够用于引导对ECG电极(即，探头)的定位。存储将参考超声数据与不同身体位置相关联的地图集数据集，并且参考存储用于进行标准ECG检查(例如，9或12导联检查)的ECG电极放置的标准位置的数据存储部。通过使用地图集与参考位置的数据存储部的组合，该系统能够将探头引导到包括一个或多个目标位置的一组目标位置中的每个目标位置(例如通过标准位置序列)。

一旦探头被定位在每个给定的参考目标位置中，该系统就可以控制对ECG测量数据的采集。

因此，提供了一种顺序或逐步ECG检查系统，这种系统甚至能够由非专家人员借助于基于超声的位置引导功能来操作，从而引导对探头的准确放置。

控制器可以生成指示或基于引导信息的信息输出(即，引导输出)。

引导信息可以例如包括用于在相关联的显示设备上显示的图形数据，该显示设备可以被包括在该系统中而成为该系统的部分，也可以不被包括在该系统中而不是该系统的部分。例如，图形输出可以提供关于移动探头以到达目标电极位置的方向和/或距离的视觉指示。引导信息输出可以额外地或替代地包括一个或多个其他感官输出，例如，针对用户的听觉信息和/或触觉反馈。例如，可能经由探头单元的手柄来提供触觉反馈。

超声感测模块包括例如超声换能器布置，即，超声感测模块包括一个或多个超声换能器。超声感测模块可以包括超声换能器阵列。

参考超声数据可以是例如参考超声成像数据。

上面提到的地图集仅仅是指包括与探头的多个可能位置中的每个可能位置相关联的参考超声数据(例如，由被定位在这些位置中的每个位置中的探头采集的数据)的数据集。因此，术语“地图集”可以仅被理解为指代数据集，并且可以以其他方式被称为地图集数据集。

所述引导功能可以被配置为生成引导信息，以引导所述用户将所述探头定位在一组预定义的参考电极位置中，从而采集一组预定义的ECG测量结果。

换句话说，在该示例中，控制器引导用户通过相对于身体(特别是相对于心脏)的多个参考电极位置。每个位置用于收集与相对于心脏的不同角度(即，不同“导联”)相对应的ECG测量结果。

这组参考电极位置可以具有定义的顺序，使得它们定义了位置序列。以这种方式，可以引导用户以特定顺序通过参考电极位置序列或一系列参考电极位置。例如，这可以基于对参考位置进行排序，以便使参考电极位置之间的行进距离最小化。然而，预定义的顺序并不是必需的。

在一些示例中，可以按时间顺序对参考电极位置进行分组以使公共组的参考位置之间的行进距离最小化。

优选地，所述控制器还被配置为当所述探头被定位在一个或多个目标位置中的每个目标位置中时使用所述探头的至少一个ECG电极来控制对ECG测量数据的采集，即，控制器在一个或多个目标位置中的每个目标位置中实施ECG测量。

这可以包括控制被集成在探头中的至少一个ECG电极与至少一个另外的参考电极之间的电刺激。参考电极可以是例如静态参考电极，所述静态参考电极被提供为在合适的参考位置(例如，左腿或右腿、或左臂或右臂)被安装到对象的身体。一个或多个参考电极与探头中的可移动电极配对以执行ECG测量。

控制器可以响应于探头到达目标位置而自动触发对ECG数据的采集，或者可能由用户(例如经由用户接口或通过启动探头单元上的用户控件(例如，按钮))手动触发采集。

所述控制器还可以被配置为基于针对所述一个或多个目标位置中的每个目标位置所采集的ECG数据来确定与心脏有关的一个或多个解剖参数。

所述系统还可以包括至少一个静态ECG电极，以用于静态安装到对象的所述身体上的位置，用于与所述探头的至少一个ECG电极电耦合，用于执行ECG测量。

至少一个静态电极是与探头分开的并且旨在在使用期间从探头发生空间移位，以使用探头电极和静态电极来采集ECG测量结果。

例如，一个或多个静态电极可能被安装在用于十二导联或九导联ECG检查的标准电极位置(参见上面的表1)中的一个或多个标准电极位置(例如，左腿、右腿、左臂、右臂等)中。

在有利的示例中，所述至少一个静态ECG电极可以被集成在身体可穿戴单元中。

可穿戴单元是指用户能够将其穿戴在用户的身体部位(例如，手腕、脚踝、脚部、腿部或手臂)上的单元。可穿戴单元可以包括带子，例如，能够适配在脚踝、手臂、手腕或腿部周围的带子。

可穿戴单元的优点在于它确保了传感器相对于用户身体具有相当可靠的定位。由于可穿戴单元被安装到具有已知典型形状和轮廓的已知身体位置，因此该单元内的电极放置能够被配置为使得当穿戴该单元时电极被放置在身体上的可靠已知的位置，这潜在地提高了ECG测量的准确度。

根据一个或多个示例，所述位置引导功能可以至少部分地基于采集表示包含患者的肋骨的至少部分的区的超声数据，并且其中，所述地图集数据集包括针对不同位置的与所述肋骨有关的参考超声数据。因此，可以基于采集在患者胸部的相对较浅的水平处的数据(例如，M模式数据)来收集这种超声数据。这可以例如由系统中包括的波束形成器来控制。

额外地或替代地，所述位置引导功能可以至少部分地基于收集捕获包含所述心脏的至少部分的区域的超声数据。所述位置引导功能可以基于对图像配准流程的使用，以确定所述探头关于目标ECG电极位置中的一个或多个目标ECG电极位置的位置偏移。为了捕获心脏，可以捕获来自胸部内的稍低深度的超声数据。稍后将进一步讨论图像配准选项。

根据一个或多个示例，所采集的超声数据可以包括超声图像数据，并且其中，所述系统存储与每个目标ECG电极位置相关联的参考超声图像视图，并且其中，所述图像配准流程包括执行所采集的超声图像数据与针对给定的目标位置(即，探头正被引导到的目标ECG电极位置)的参考超声图像视图之间的配准。

例如，如果参考图像未与在给定的探头位置处捕获的图像视图配准，则这意味着需要移动探头以到达目标电极位置。例如，通过确定这两幅图像视图之间的偏移，可以确定需要对探头进行移位的距离并将该距离提供为引导反馈的部分。

地图集数据集或数据存储部可以存储针对不同位置的参考图像视图，不同的存储部件也可以存储针对不同位置的参考图像视图。

根据一个或多个实施例，所述位置引导功能可以具有两种模式：

第一模式，在所述第一模式中，控制所述超声感测模块以采集在所述身体中的第一深度水平处的超声数据，从而采集表示对象的肋骨的至少一个区域的数据，并且其中，位置引导基于与肋骨位置有关的地图集数据；以及

第二模式，在所述第二模式中，控制所述超声感测模块以采集在所述身体中的更深的第二深度水平处的超声数据，从而采集表示心脏的超声数据，并且优选地，其中，所述位置引导基于图像配准流程，基于与所述心脏有关的地图集数据。

第一模式可以在探头远离目标位置时运行，而第二模式可以在探头距目标位置较近时运行。

第一模式是例如宽定位模式，其用于将探头移动到目标位置的大致附近或区。第二模式是例如精细调谐模式，其用于精细调整探头位置。

在一些示例中，在第一模式中，位置引导信息可以至少包括对为了到达目标位置而应当移动探头的方向的指示，并且其中，在第二模式中，位置引导信息包括为了到达目标位置而应当移动探头的方向和距离的指示。

在一些示例中，所述控制器可以被配置为循环地执行模式选择流程，其中，

如果针对所述给定的目标位置的所述参考超声图像视图的至少部分在所采集的超声数据的视场内，则所述位置引导功能在所述第二模式中运行；并且

如果在所采集的超声数据的所述视场内没有找到针对所讨论的目标位置的所述参考超声图像视图的任何部分，则所述引导功能在所述第一模式中运行。

根据一个或多个有利的实施例，所述系统可以被配置为：引导所述用户将所述探头定位在第一组目标电极位置中以执行包括一个或多个ECG测量的第一组ECG测量，并且基于在所述第一组ECG测量中采集的ECG测量数据来调整所存储的针对包括一个或多个ECG测量的第二组ECG测量的目标电极位置。

例如，基于包括一个或多个ECG测量的第一组ECG测量，可以确定心脏的大小、位置和/或角度取向不同于标准的心脏的大小、位置和/或角度取向，或者不同于地图集数据和/或参考位置所基于的心脏的大小、位置和/或角度取向。因此，能够调整用于剩余的ECG测量的地图集数据和/或参考位置，以便针对所讨论的患者的特定解剖结构定制或个性化位置引导。

位置引导信息可以包括对建议的探头移动方向的指示，以用于朝向目标位置移动。

任选地，位置引导还可以包括对移动距离的指示。

在一个或多个有利的实施例中，所述控制器可以被配置为在至少一种操作模式中连续地或以规则间隔采集超声数据，并且其中，所述位置引导功能包括在采集超声数据与生成位置引导信息之间的连续的或循环的反馈回路。

例如，可以连续采集在对象的身体内的第一(浅)深度水平处(例如在对象的肋骨的水平处)的超声数据。

控制器能够连续核查探头相对于目标位置的更新定位并相应地连续更新引导信息。

根据本发明的另外的方面的示例提供了一种用于引导用户相对于对象的身体来定位医学感测探头的方法，所述探头包括超声感测模块和至少一个ECG电极，并且所述方法包括：

使用所述超声感测模块来采集超声数据；

访问地图集数据集，所述地图集数据集存储与所述探头相对于所述身体的多个可能位置中的每个可能位置相关联的参考超声数据；

访问以下数据集，所述数据集存储针对不同ECG测量的相对于所述身体的多个参考电极位置；并且

实施位置引导功能，所述位置引导功能被配置为基于所采集的超声数据并基于对所述地图集数据集的参考为用户生成引导信息，以将所述探头定位到所述参考电极位置中的一个或多个参考电极位置。

在有利的实施例中，所述引导功能被配置为生成引导信息，以引导所述用户将所述探头定位通过一组预定义的参考电极位置，从而采集一组预定义的ECG测量结果。在一些示例中，这组参考电极位置可以具有预定义的顺序，使得它们定义了预定义的位置序列。

根据本发明的另外的方面的示例提供了一种包括代码单元的计算机程序产品，所述代码单元被配置为当在处理器上运行时使所述处理器执行根据上文概述的或下文描述的任何示例或实施例的方法或根据本申请的任何权利要求所述的方法，所述处理器与包括超声感测模块和至少一个ECG电极的探头通信性耦合。

参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的并且得到阐明。

附图说明

为了更好地理解本发明并且更清楚地示出如何将本发明付诸实践，现在将仅通过举例的方式来参考附图，在附图中：

图1示意性地图示了用于标准十二导联ECG检查的标准电极位置；

图2示出了根据一个或多个实施例的示例系统；

图3示出了在使用中的实施例的示例探头单元；

图4示出了针对探头单元的头部中的超声传感器模块和ECG电极的示例替代配置；

图5示出了根据一个或多个实施例的用于执行十二导联ECG检查的可移动探头电极和静态参考电极的位置；

图6以框图形式简要绘出了根据一个或多个实施例的用于执行顺序或逐步ECG检查的示例工作流程；

图7以框图形式示出了根据位置引导功能的一个或多个示例使用的示例模式选择流程；

图8图示了根据一个或多个示例的ECG检查的结果的示例视觉输出；

图9示出了根据一个或多个实施例的用于执行九导联ECG检查的可移动探头电极和静态参考电极的位置；并且

图10简要绘出了示例超声成像系统的部件。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明。

应当理解，详细描述和具体示例虽然指示装置、系统和方法的示例性实施例，但是这仅用于说明的目的而并不旨在限制本发明的范围。根据以下描述、权利要求和附图将更好地理解本发明的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点。应当理解，这些附图仅仅是示意性的并且不是按比例绘制的。还应当理解，贯穿整个附图使用相同的附图标记来指示相同或相似的部分。

本发明提供了一种用于执行ECG测量的系统并且包括具有集成的一个或多个ECG电极的探头以及超声感测模块(例如，换能器布置)。因此，探头提供了移动式ECG电极，该移动式ECG电极能够在身体上的一组不同位置之间顺序地移动，以便从相对于心脏的不同角度(即，不同“导联”)采集ECG测量结果。在每个所要求位置定位探头的操作是通过位置引导功能来引导的，该位置引导功能使用由超声感测模块采集的超声数据来定位探头(参考超声身体地图集或地图)，然后使用一组存储的参考身体位置来利用引导信息在如何移动探头以到达下一目标电极位置方面引导用户。在示例中，可以引导用户通过电极位置序列，其中，在每个电极位置处采集ECG数据，从而顺序地建立一组标准ECG导联测量。

因此，本发明的实施例提出了通过顺序的单导联ECG测量来汇编多导联ECG测量。

该系统的主要元件包括超声成像系统、集成的单个电极(或电极装置)以及超声换能器探头。在经由收集的超声数据(例如，超声成像)进行的位置识别的辅助下提供ECG定位引导。可以包括一个或多个算法来确定例如目标ECG测量的序列中的下一探查点。在一些示例中，还可以包括数据处理算法来根据一组采集的单导联ECG测量来汇编多导联ECG检查报告或输出结果。

探索(例如正)ECG电极被集成在超声探头中，例如使得超声换能器布置或阵列能够对电极位置周围的区进行成像。取决于需要采集哪些ECG测量结果(导联)，可以提供一个或多个参考(例如负)ECG电极，(例如通过将一个或多个参考(例如负)ECG电极集成在手腕带或脚踝带中)将一个或多个参考(例如负)ECG电极安装在用户身体的静态位置(例如，手臂和/或腿部)中。

图2示意性地示出了根据一个或多个实施例的示例医学感测系统。

系统10包括探头单元12。在图2的底部从主视图示出了探头单元的头部14。探头单元包括超声(US)感测模块18和至少一个用于心电图ECG测量的电极22。该示例中的超声感测模块包括一个或多个超声换能器(例如，CMUT换能器或PMUT换能器)的布置(例如，超声换能器阵列)。超声感测模块可以采集例如超声图像数据。

在图1所示的示例中，超声感测模块18包括被布置在ECG电极的任意一侧的第一部分18a和第二部分18b。然而，在其他示例中，感测模块可以仅包括单个部分，或者包括例如两个以上的部分。

该系统还包括与探头单元12操作性耦合的控制器24，并且该控制器包括地图集数据集28，地图集数据集28存储与探头12相对于对象身体(例如，心脏)的多个可能位置中的每个可能位置相关联的参考超声数据，并且该控制器还包括数据存储部30，数据存储部30存储针对不同ECG测量的(相对于身体的)多个目标/参考电极位置。虽然地图集数据集和数据存储部在图1中被示为单独的部件，但是在其他示例中它们可以合并在单个数据存储元件中。

所图示的示例中的控制器还包括用于执行控制操作和处理操作的处理部件26，并且该控制器与地图集数据集28和数据存储部30通信。在另外的示例中，地图集、数据存储部和处理器可以全部被集成在单个控制器或处理器部件中，而不是在单独的部件中。

控制器24(例如，处理器元件26)被配置为在至少一种操作模式中控制超声感测模块18以采集超声数据并实施位置引导功能，该位置引导功能被配置为基于所采集的超声数据并基于对地图集数据集28的参考为用户生成引导信息，以将探头12定位在(数据存储部30中存储的)参考电极位置中的一个或多个参考电极位置中。

数据存储部可以例如包括一组标准(例如，9导联、12导联等)ECG检查中的每个标准ECG检查所要求的不同ECG电极位置的数据库。

地图集数据集有效地提供了超声图，从而将采集超声数据的样本与身体上的对应位置联系起来。例如，地图集数据集可以针对探头在身体上的每个可能位置存储超声成像视图，探头位于该位置时会观察到该超声成像视图。因此，通过利用(在使用期间)在给定的探头位置处采集的超声数据来查询或搜索地图集，该系统能够确定探头当前位于哪个位置。

虽然上面提到了单个控制器24，但是控制器可以包括多个控制器部件(例如，多个处理器)，或者可以包括单个控制器部件(例如，单个处理器)。在本公开内容中归属于控制器的功能因此可以被分布在不同示例中的一个或多个处理部件之间。

该系统优选还包括至少一个静态ECG电极34，以用于静态安装到对象身体上的位置，用于与探头单元12的至少一个ECG电极电耦合，用于执行ECG测量。替代地，在使用中，一个或多个辅助静态电极(不是所提供系统的部分)可以用于与至少一个探头电极电耦合以进行ECG测量。

在图2的示例中，示出了两个静态参考电极34a、34b，其形式为能安装在手腕和/或脚踝上的条带或带子34a和34b。

在替代示例中，一个或多个静态传感器可以被集成在不同的单元(例如，不同类型的身体可穿戴单元或用于以不同方式安装到身体的单元(例如，粘性贴片或夹子))中。

图3示意性地图示了在使用中的该系统的探头12，探头12位于对象的胸部上的位置，并且具有发射超声波的第一超声换能器布置18a和第二超声换能器布置18b以及执行ECG感测的ECG电极22。

在图1的示例中，ECG电极22被示为被对称地定位在两个超声换能器布置18a、18b之间。这样做的优点是：ECG探头的位置与探头被定位在患者身上的平面内角度无关。

然而，在其他示例中，可以替代地提供被定位为邻近单个超声换能器18的单个ECG电极22。在图4中图示了这种替代布置(被标示为(a))。这样的系统将允许在同一探头单元12覆盖范围内使用更大的US换能器。与单个较小的换能器或甚至两个较小的换能器相比，这可以提高成像质量，并且可以降低成本(由于减小了驱动电路和驱动处理器)。在这样的系统中，定位算法需要考虑US引导图像的角度，以便正确定位探头。

图4示出了针对超声感测模块18和ECG电极22的另外两种替代布置。在示例(b)中，ECG电极被定位在超声换能器布置18本身的覆盖范围内。在示例(c)中，ECG电极被提供为垂直于换能器布置的纵轴发生移位，即，ECG电极被提供在换能器布置上方。超声感测部件和ECG电极部件的任何其他相对配置也是可能的。

如上面所讨论的，在优选实施例中，控制器24的位置引导功能被配置为生成引导信息，以引导用户将探头定位在一组预定义的参考电极位置中，从而采集一组预定义的ECG测量结果。

换句话说，控制器引导用户通过一系列相对于身体(特别是相对于心脏)的参考电极位置。每个位置例如用于收集与相对于心脏的不同角度(即，多导联检查的不同导联)相对应的ECG测量结果。

在一些示例中，一组预定义的参考电极可以具有预定义的顺序，使得它们定义了预定义的参考位置序列，然而，这并不是必需的。

控制器优选被配置为当探头12被定位在一个或多个目标位置中的每个目标位置中时使用至少一个ECG电极22来控制对ECG测量数据的采集，即，控制器在一个或多个目标位置中的每个目标位置中实施ECG测量。

这可以包括控制被集成在探头12中的至少一个ECG电极22与至少一个另外的参考电极34之间的电刺激。例如，对于图2的示例，使用静态参考电极34a、34b。取决于正在收集的ECG测量结果，可以使用其中之一或这两者。

控制器24可以被配置为响应于探头单元12到达给定的目标位置而自动触发对ECG数据的采集，或者可以由用户(例如经由用户接口或通过启动探头单元12上的用户控件(例如，按钮))手动触发采集。

控制器还可以被配置为基于针对一个或多个目标位置中的每个目标位置所采集的ECG数据来确定与心脏有关的一个或多个解剖参数，例如，心脏大小、心脏位置、心脏取向、一个或多个心壁的厚度、一个或多个心腔的大小或通常能从ECG测量数据中导出的任何其他参数。

根据一个或多个实施例，控制器被配置为在至少一种模式中引导用户通过适当的电极位置序列以进行标准12导联ECG检查。可以将所要求的用于进行标准12导联测量中的每个导联测量的探头单元12的位置存储在参考数据存储部33中，并且其中，基于例如连续地或循环地收集的超声数据，控制器23使用地图集数据集28对用户进行导航以将探头定位在这些位置中的每个位置处。

因此，为了获得标准12导联ECG的ECG测量数据，控制器通过12个单导联ECG测量的序列来引导用户，对于其中的每个单导联ECG测量，都需要将探头电极22和(一个或多个)静态参考电极34a、34b放置在标准位置中，在下面的表3中指示了标准位置，并且在图5中示意性地图示了标准位置。

ECG导联测量	探头ECG电极(探索电极(+))	静态参考电极1(-)	静态参考电极2(-)
				I	左臂(LA)	右臂(RA)
II	左腿(LL)	右臂(RA)
				III	左腿(LL)	左臂(LA)
aVR	右臂(RA)	左臂(LA)	左腿(LL)
				aVL	左臂(LA)	右臂(RA)	左腿(LL)
aVF	左腿(LL)	右臂(RA)	左臂(LA)
				V1	第4肋间，胸骨右侧	右腿(RL)
V2	第4肋间，胸骨左侧	右腿(RL)
				V3	V2与V4之间	右腿(RL)
V4	第5肋间，锁骨中线	右腿(RL)
				V5	与V4水平平齐，但在腋前线上	右腿(RL)
V6	与V4水平平齐，但在中线处	右腿(RL)

表3

为了进行更详细的参考，在图1中示出了不同电极位置在身体上的位置(如上面所讨论的)。

图5示意性地图示了在上面的表3中简要绘出的十二个标准ECG检查位置中的每个标准ECG检查位置的可移动ECG电极位置22和静态ECG电极位置34a、34b。

对于每个ECG导联测量，将静态电极放置在手臂和腿部上的正确位置应该很简单。在一些情况下，在多个测量之间能够将静态电极留在原位，但在其他情况下，在多个测量之间可能需要移动静态电极。如图2所示，在静态电极被集成在可穿戴单元(例如，手腕带/脚踝带)中的情况下，放置会特别简单。控制器可以针对每个新的测量为用户生成关于静态ECG电极34a、34b需要被放置在何处的提示或其他引导。

对于非专家人员来说，对于多个测量中的每个测量，都将具有探索(正端子)电极22的探头12放置在正确位置中可能是困难的。

因此，如所讨论的，本发明提供了一种位置引导功能，这种位置引导功能被配置为使用超声数据来定位探头并引导探头定位以到达ECG检查的参考位置。

为了进一步解释和帮助理解本发明，在图6中以框图形式简要绘出了使用根据本发明的一个或多个实施例的系统执行顺序的ECG检查的一个示例工作流程的步骤。该工作流程既包括用户在该流程期间执行的步骤，又包括该系统(例如，控制器)在该流程期间执行的步骤。

在第一步骤102中，将(一个或多个)静态ECG参考(负)电极34a、34b在适当的位置(参见例如上面的表3)附接到对象的(一个或多个)肢体，例如，如上面所讨论的，(一个或多个)ECG参考电极被集成在(一条或多条)袖带中。

在步骤104中，将具有集成的超声换能器18和ECG探索(正)电极22的探头单元定位在患者胸部上的任一位置处。

在步骤106中，该系统启动连续的浅超声测量以对患者的肋骨笼进行成像。换句话说，该系统采集在身体中的第一深度水平处的超声数据，这样适合用于捕获包含对象的肋骨的至少部分的图像数据。

在步骤108中，该系统使用在地图集数据集28中存储的针对肋骨笼的超声图像数据并应用映射算法来确定探头被定位在关于肋骨笼的坐标系中的什么位置。

在步骤110中，该系统针对第一测量计算当前位置关于目标ECG电极位置的方向和偏移。参考数据存储部30例如存储针对目标电极位置中的每个目标电极位置(例如相对于肋骨笼的参考框架)的坐标。

在步骤112中，该系统输出(例如呈感官输出的形式的)引导信息，从而向用户指示为了到达标准ECG电极位置而需要移动探头12的方向以及在该方向上需要移动多远。

用户响应于引导信息而将探头12移动114到所指示的方向上，同时该系统在步骤116中核查探头是否仍处于目标位置。当探头不在目标位置(用户仍在移动探头)时，该系统循环重复步骤106-116，从而连续地重新采集超声数据，识别探头位置，更新引导信息并重新核查是否已经到达目标位置。

一旦该系统检测到116探头12已经到达相关的目标ECG电极位置，该系统就生成感官引导输出信息，从而向用户指示保持探头就位。

然后，在步骤120中，该系统切换到深超声测量模式，以对患者的心脏进行成像。换句话说，该系统更改模式以采集在对象体内的更深的第二深度处的超声数据，这样适合用于捕获对象的心脏的至少部分。

对象的个人解剖结构(例如，心脏的确切位置、大小、取向)可以意味着关于肋骨笼的标准(存储的)ECG位置对于患者而言并不完全正确，并且调整将会改善定位。因此，该系统可以执行图像对齐算法，在该图像对齐算法中，将在当前探头位置处捕获的心脏图像数据与存储的相对于心脏的最优目标位置的参考超声图像视图进行比较，并且如果有任何偏移，则引导用户以调整探头定位。

因此，该系统可以使用图像对齐或配准算法来计算124当前位置与提供关于心脏的确切期望定位的目标位置之间的方向和偏移，从而捕获ECG数据(“个性化”ECG电极位置)。

在步骤126中，该系统生成输出引导信息(例如，感官输出信息)，从而向用户指示需要移动探头的方向以及在该方向上需要移动多远(作为位置的精细调谐)并到达个性化的ECG电极位置。

在用户已经将探头朝向个性化的ECG电极位置移动128之后，该系统(例如通过重复上面提到的图像对齐核查)核查探头是否处于目标位置。如果没有，则该系统将循环重复步骤120-130，从而重新采集深超声数据，核查图像对齐方式，并且在需要时更新位置引导信息以引导用户朝向个性化的目标位置移动。

一旦已经到达了经精细调谐的ECG电极位置，该系统就在步骤132中控制具有要求的电刺激信号的ECG电极22在当前位置处采集ECG测量结果。使用探头电极22并结合适当的静态参考电极来完成测量。

如果对于完整的ECG顺序检查来说有更多测量要采集(在步骤134中进行核查)，则该系统然后重复步骤106至134，直到已经采集了所有ECG测量结果为止。

任选地，该系统还可以执行流程136，以基于在先前的一个或多个ECG测量期间发现的患者的个人解剖结构来调整在参考数据存储部30中存储的针对不同ECG电极的目标位置。

特别地，根据(如在数据存储部30中存储的)两个(或更多个)目标电极位置与(如在精细调整步骤120-128期间揭示的)对应的实际(个性化)位置之间的差异，该系统能够调整剩余的存储的针对特定患者的目标位置，使得它们可能更好地匹配未来ECG测量所需的实际电极位置。

所存储的(标准)ECG电极位置与实际(个性化)最优ECG电极位置之间的不一致可能是由于与对象有关的许多不同解剖因素而产生的，这些解剖因素可以包括例如：

对象的心脏的大小与根据测量的肋骨几何形状所预期的参考大小相比如何，

对象的心脏的位置与根据测量的肋骨几何形状所预期的参考位置相比如何，

对象的心脏的角度取向与根据测量的肋骨几何形状所预期的参考角度取向相比如何。

例如，对在参考数据存储部30中存储的针对不同ECG电极的目标位置的调整可以基于这些因素中的任何一个或多个因素。

可能通过多种不同方式中的任一种方式来完成调整，例如通过简单的缩放或更复杂的流程来完成调整。将这种在步骤108-114中调整的目标位置信息应用于后续测量可以将用户更快地引导到精确的(个性化)电极位置。

即使仅在第一次ECG测量之后也可以应用调整流程136，然后可以将该调整用于改进针对第二次测量的位置引导。随着收集到的测量结果越来越多并且循环地执行调整，个性化ECG位置的映射将变得越来越准确。

收集和分析指示肋骨的浅超声数据的步骤106-118可以被理解为位置引导功能的第一模式，而捕获表示心脏的更深超声数据的步骤120-132可以被理解为位置引导功能的第二模式。第一模式将探头导航到目标位置附近，而第二模式实现对探头位置相对于心脏的精细调整。

在一些示例中，该系统可能执行模式选择流程以确定它应当在哪种模式中运行。这将在下面进行解释。

该系统的定位引导功能优选使用能够从局部超声图像中识别当前位置的映射模型。随后，根据当前位置与目标点之间的向量能够很容易地辨别出朝向目标探头位置的方向。根据探头与存储的参考目标电极位置的接近程度，可能应用第一(浅超声)模式或第二(深超声)模式。

在一些示例中，超声感测模块18被配置为采集超声成像数据，并且其中，系统10存储与每个目标ECG电极位置相关联的参考超声图像视图，并且其中，执行图像配准流程，所述图像配准流程包括执行所采集的超声图像数据与针对给定的目标位置的参考超声图像视图之间的配准。

图7简要绘出了针对不同模式的示例工作流程步骤。

在第一步骤202中，该系统确定针对探头的给定的当前位置的参考超声图像视图是否在由处于当前位置的探头采集的超声图像数据的视场内。示例可以包括应用图像比较或配准算法。针对当前位置所采集的超声图像数据与针对当前位置的参考超声图像视图之间的否定结果可以指示目标位置在处于探头的当前位置处的探头的视场之外。替代地，分类算法(例如作为机器学习算法的部分)用于确定两幅视图之间的解剖相似度。

如果在当前探头超声图像视图与针对目标位置的参考超声图像视图之间没有检测到交叠，则该系统在上面讨论的第一模式中运行(图7中的步骤206)。这里，该系统采集在体内的浅深度水平处的超声图像数据(用于采集表示对象的肋骨的图像数据)并且使用地图集数据集28中的参考数据来确定探头的当前位置和为了到达目标ECG电极位置而应当移动探头的目标方向。特别地，该系统可以在超声地图集数据集28内进行搜索，以找到在当前探头位置处采集的超声数据与在地图集数据集28中存储的参考超声数据之间的匹配。

在替代示例中，可能采用分类算法，所述分类算法被训练为根据当前超声图像视图来预测实际解剖位置。可能根据模型估计来导出与目标ECG电极位置的偏差，例如根据地图集来计算与目标ECG电极位置的偏差。在这种情况下，到目标点的距离并不重要，重要的是方向。

如果在当前探头位置处采集的超声图像视图与针对目标电极位置的参考超声图像视图之间检测到至少一些交叠，则该系统可以在上面讨论的第二模式中运行，在所述第二模式中，从对象体内更深的深度水平采集超声数据，并且执行所采集的心脏的超声图像数据与和心脏有关的目标位置的参考超声图像数据之间的图像配准流程。在图7的步骤204中示出了这个过程。在这种模式中只需要相对较小的调整。图像配准算法能够用于确定当前图像视图与(例如来自模型数据库的)目标图像视图之间的偏移，以确定与目标ECG电极位置的精确偏差(距离+方向)。

可以在上面概述的图6的工作流程中应用模式选择流程。例如，可能在该系统确定初始探头位置的步骤108处应用模式选择流程。这里，可能确定参考超声图像视图在当前超声图像数据的视场之外。因此，选择算法可以继续进行到图7的步骤206。

在例如图6的工作流程的步骤134处也可能应用模式选择流程。这里，由于探头已经接近最终目标位置，因此预期参考超声图像视图在所采集的超声图像数据的视场内。因此，选择算法可以继续进行到图7的步骤204。

被提供给用户的位置引导信息(输出信息)可以采用任何类型的感官输出信息的形式，例如，视觉、听觉或触觉反馈。触觉反馈可能包括例如探头12的手柄中的振动，或者在一些示例中可能使用探头头部14与对象身体之间的可变摩擦界面。

在累积ECG测量数据的同时，可以使用例如合适的计算或累积算法来构建标准12导联ECG报告。可以将结果显示在显示设备上，从而指示不同测量的对应位置，例如如图8所图示的那样。

上面讨论的示例与用于采集一组标准的12个ECG测量结果(以模拟十二导联ECG检查)的顺序或逐步ECG检查有关。然而，在另外的示例中，所采集的ECG测量的数量能够不同于十二。

例如，根据一个示例实施例，该系统可以被配置为引导用户通过包括九个ECG测量的一组ECG测量或ECG测量序列。

另外，在这种情况下，可以消除对在不同ECG测量之间调整静态参考电极的位置的需求。例如，仅右脚踝可能用作所有测量的参考电极位置。

用于采集包括九个ECG测量的ECG测量序列的流程与上面关于示例十二测量采集流程所描述的内容基本相同。然而，在这种情况下，仅需要一个静态参考电极34，这个静态参考电极34例如被定位在对象的右腿处，例如，其中，电极结合在脚踝带中。

这可以提高测量流程工作流程的效率，并且可以减少用户在放置静态ECG电极时出错或不准确的机会。随着(例如在右腿处的)恒定参考电极的简化，用于标准12导联ECG的适当电极配置序列减少到九次测量。在下面的表4中概述了根据该流程进行的九次ECG测量中的每次ECG测量所要求的电极位置，并且在图9中示意性图示了这些电极位置。

表4

特别地，图9示意性地图示了在上面的表4中概述的九个标准ECG检查位置中的每个标准ECG检查位置的可移动(探索)ECG电极22的位置和静态(参考)ECG电极34的位置。参考电极由白色矩形示意性地指示。探索(探头)电极由白色圆圈示意性地指示。

在上面概述的顺序ECG测量流程中的任一流程中，使用从不同探头位置中的每个探头位置采集的ECG测量数据来计算多个ECG测量结果。这采用了数据处理算法。这种用于根据从12个不同电极位置中的每个电极位置采集的ECG测量数据来计算ECG测量结果的算法在本领域中是众所周知的。

举例来说，在下面的表5中概述了为了确定用于标准12导联ECG流程的12次ECG测量而要求执行的12次计算。

表5

然而，由于在本发明的实施例中，测量是逐步采集或顺序采集的，因此来自ECG电极位置的数据可能并非都是从同一心动周期采集的。由于各个心跳间存在电位差异和心率变异性，这会导致引入不准确的情况。为了克服这一点，计算可以包括用于映射不同测量之间的时间和频率的额外流程(用于将不同测量的心动周期彼此配准)。

一种可能的执行所要求的映射(对准)的方法是：例如，首先使用ECG数据来检测心动周期的QRS波群，或者仅从ECG信号中的每个ECG信号中检测R峰值，并且基于这些参考点，能够将不同测量之间的心动周期彼此配准。检测ECG信号的QRS波群和/或R峰和/或其他特性是本领域内众所周知的流程，并且即使在心律失常的情况下，这样的配准流程也能够鲁棒地工作。

在上述各种示例中，生成用于引导用户在不同测量位置之间移动探头的引导信息。在另外的示例中，可以实施快速采集流程，其中，用户通过例如在胸部两侧从顶部到底部将探头系统地扫过胸部表面来将探头系统地移动通过大量位置。例如，用户可能会以固定间距逐步移动探头，直到覆盖了整个胸部区为止。可以从所有这些位置采集超声测量信号和ECG测量信号。在该示例中，从比编译最终(例如，12导联或9导联)ECG检查所需的测量位置更多的测量位置采集超声测量数据和ECG测量数据。

然后，该系统从所采集的总数据集中选择仅来自正在编译的特定(例如，12导联或9导联)ECG检查所需的测量点的数据。例如，该系统可以咨询数据存储部30以识别相对于身体的多个目标电极位置以用于不同的目标ECG测量。该系统可以基于从用户扫描通过的多个采集位置中的每个采集位置采集的超声数据来从所采集的总超声数据集中识别这些位置。该系统可以例如将从这些位置中的每个位置采集的超声数据与在地图集数据集28中存储的参考超声数据进行比较，以确定这些被扫描的测量点中的每个测量点所对应的身体位置。然后，该系统可以从这些采集的测量点中选择与从数据存储部30中检索到的一组目标电极位置相对应的一组测量点，以用于正在编译的给定测量。然后可以使用从所选择的一组采集的测量点中的每个测量点采集的ECG测量数据来编译最终的ECG测量结果。

在一些示例中，可以基于使用机器学习算法(例如，深度学习算法或模型)来执行在用户移动通过的测量点中的每个测量点处采集的超声数据与在数据存储部30中存储的目标电极位置的匹配。

因此，在这种方法中，从比所需的位置更多的位置采集测量数据，并且该系统使用地图集数据集28和数据存储部30来随后选择针对目标电极位置的相关ECG测量数据，并且使用这些选择的测量点来编译总ECG测量结果(例如，9导联或12导联)。这种方法可以为用户带来更快的采集过程，从而提高了效率和便利性。

在这种方法的另外的可能发展中，该系统可以考虑正在编译的完整ECG检查所要求的ECG测量的数量。如上面所讨论的，这通常比标准使用的完整12导联ECG检查的情况要少。在该示例中，可以在初始采集过程期间为用户生成引导信息，该引导信息可以向用户指示何时已经从足够数量的ECG测量点采集到数据。例如，该系统可以实时确定每个采集的测量点的身体位置，并且跟踪用户已经从目标电极位置中的哪个目标电极位置采集了数据，使得能够在已经完成了所有要求的目标电极位置时向用户传达引导消息。

如上面所讨论的，本发明的实施例包括对超声数据(例如，超声图像数据)的采集。在一些示例中，作为位置引导功能的部分，需要采集和分析超声图像。

在一些示例中，可以提供与医学感测系统10的控制器24相关联的超声成像系统，以用于使用探头单元12的超声感测模块18来控制对超声数据的采集和/或根据数据来生成一幅或多幅图像。这样的系统的部件可以被集成在控制器24中或者可以被包括在单独的超声系统中，控制器在使用中操作性耦合到该超声系统。

为了参考和进一步详细解释，现在将参考图10来描述示例性超声成像系统(适合用于根据本发明的一个或多个实施例的应用)的总体操作。

该系统包括阵列换能器探头12，阵列换能器探头12具有换能器阵列18，换能器阵列18用于发射超声波和接收回波信息。换能器阵列18可以包括：CMUT换能器；压电换能器，其由诸如PZT或PVDF之类的材料形成；或任何其他合适的换能器技术。在该示例中，换能器阵列18是能够扫描感兴趣区域的二维平面或三维体积的换能器108的二维阵列。在另一示例中，换能器阵列可以是一维阵列。

换能器阵列18被耦合到微波束形成器112，微波束形成器112控制由换能器元件进行的信号接收。微波束形成器能够对由换能器的子阵列(通常被称为“组”或“拼片”)接收的信号进行至少部分波束形成，如在美国专利US 5997479(Savord等人)、US 6013032(Savord)和US 6623432(Powers等人)中描述的那样。

应当注意，微波束形成器通常完全是任选的。另外，该系统包括发射/接收(T/R)开关116，该T/R开关116能够耦合到微波束形成器112并且将阵列在发射模式与接收模式之间切换，并且在不使用微波束形成器并且主系统波束形成器直接操作换能器阵列的情况下保护主波束形成器120免受高能量发射信号的影响。超声波束从换能器阵列18的发射由换能器控制器118来指导，换能器控制器118通过T/R开关116被耦合到微波束形成器并且被耦合到主发射波束形成器(未示出)，该主发射波束形成器能够从用户接口或控制面板138接收来自用户操作的输入。控制器118能够包括发射电路，该发射电路被布置为在发射模式期间(直接地或者经由微波束形成器)驱动阵列18的换能器元件。

在典型的逐行成像序列中，探头内的波束形成系统可以如下操作。在发射期间，波束形成器(取决于实施方式，其可以是微波束形成器或主系统波束形成器)激活换能器阵列或换能器阵列的子孔径。子孔径可以是较大阵列内的一维换能器行或二维换能器拼片。在发射模式中，如下所述地控制由阵列或阵列的子孔径生成的超声波束的聚焦和转向。

在接收到来自对象的反向散射的回波信号时，使所接收的信号经受接收波束形成(如下所述)，以便对准所接收的信号，并且在使用子孔径的情况下，然后例如通过一个换能器元件使子孔径移位。然后激活移位的子孔径并重复该过程，直到激活了换能器阵列的所有换能器元件为止。

对于每行(或每个子孔径)，用于形成最终的超声图像的相关联行的总接收信号将是在接收时段期间由给定的子孔径的换能器元件测得的电压信号的总和。在下面的波束形成过程之后，结果得到的行信号通常被称为射频(RF)数据。然后，由各个子孔径生成的每个行信号(RF数据集)都经受额外的处理以生成最终的超声图像的行。行信号的幅度随时间的变化将贡献于超声图像的亮度随深度的变化，其中，高幅度峰值将对应于最终的图像中的亮像素(或像素集合)。在行信号开始附近出现的峰值将表示来自浅层结构的回波，而在行信号后期逐步出现的峰值将表示来自对象内的深度不断增加的结构的回波。

由换能器控制器118控制的功能之一是波束转向和聚焦的方向。波束可以从(垂直于)换能器阵列笔直向前转向，或者以不同的角度转向以获得更宽的视场。可以根据换能器元件致动时间来控制发射波束的转向和聚焦。

在一般的超声数据采集中能够区分两种方法：平面波成像和“波束转向”成像。这两种方法的区别在于在发射模式(“波束转向”成像)和/或接收模式(平面波成像和“波束转向”成像)中存在波束成形。

首先看聚焦功能，通过同时激活所有换能器元件，换能器阵列生成平面波，该平面波在行进通过对象时会发散。在这种情况下，超声波的波束保持未聚焦。通过将取决于位置的时间延迟引入换能器的激活，能够使波束的波阵面会聚在期望的点处，该点被称为聚焦区。聚焦区被定义为其中横向波束宽度小于发射波束宽度的一半的点。通过这种方式，提高了最终的超声图像的横向分辨率。

例如，如果时间延迟引起换能器元件从最外面的元件开始串行激活并在换能器阵列的(一个或多个)中心元件处结束激活，则将在距探头给定距离处形成聚焦区，其与(一个或多个)中心元件在一条线上。聚焦区与探头的距离将根据换能器元件激活的每个后续回合之间的时间延迟而变化。在波束通过聚焦区之后，它将开始发散，从而形成远场成像区域。应当注意，对于位于靠近换能器阵列的聚焦区，超声波束将在远场中迅速发散，从而导致最终的图像中的波束宽度伪影。通常，由于超声波束中的大量重叠，位于换能器阵列与聚焦区之间的近场示出的细节很少。因此，改变聚焦区的位置能够引起最终的图像的质量的显著变化。

应当注意，在发射模式中，除非将超声图像划分成多个聚焦区(多个聚焦区中的每个聚焦区可能具有不同的发射焦点)，否则只能定义一个焦点。

另外，在从对象内部接收到回波信号时，能够执行上述过程的逆过程，以便执行接收聚焦。换句话说，传入的信号可以被换能器元件接收并且在被传递到系统中以用于信号处理之前经受电子时间延迟。这种情况的最简单的示例被称为延迟和求和波束形成。能够根据时间来动态调整换能器阵列的接收聚焦。

现在来看波束转向的功能，通过对换能器元件正确施加时间延迟，能够在超声波束离开换能器阵列时对超声波束赋予期望的角度。例如，通过激活换能器阵列的第一侧上的换能器并且然后在阵列的相对侧处以序列结束其余的换能器，波束的波阵面将朝向第二侧形成角度。相对于换能器阵列的法线的转向角的大小取决于随后的换能器元件激活之间的时间延迟的大小。

另外，能够聚焦经转向的波束，其中，被施加到每个换能器元件的总时间延迟是聚焦时间延迟和转向时间延迟这两者之和。在这种情况下，换能器阵列被称为相控阵。

在要求DC偏置电压以用于其激活的CMUT换能器的情况下，换能器控制器118能够被耦合以控制针对换能器阵列的DC偏置控件145。DC偏置控件145设置被施加到CMUT换能器元件的(一个或多个)DC偏置电压。

对于换能器阵列的每个换能器元件，通常被称为通道数据的模拟超声信号通过接收通道而进入系统。在接收通道中，微波束形成器112根据通道数据来产生部分波束形成的信号，该部分波束形成的信号然后被传递到主接收波束形成器120，在主接收波束形成器120中，来自换能器的个体拼片的部分波束形成的信号被组合成完全波束形成的信号(其被为射频(RF)数据)。在每个阶段执行的波束形成可以如上所述地执行，或者可以包括额外的功能。例如，主波束形成器120可以具有128个通道，其中的每个通道从几十个或数百个换能器元件的拼片接收部分波束形成的信号。通过这种方式，由换能器阵列的数千个换能器接收的信号能够有效地贡献于单个波束形成的信号。

波束形成的接收信号被耦合到信号处理器122。信号处理器122能够以各种方式处理所接收的回波信号，这些方式例如为带通滤波；抽取；I和Q分量分离；以及谐波信号分离，其用于分离线性信号与非线性信号，从而能够识别从组织和微泡返回的非线性(基频的高次谐波)回波信号。信号处理器还可以执行额外的信号增强，例如，散斑减少、信号复合和噪声消除。信号处理器中的带通滤波器能够是跟踪滤波器，当从越来越深的深度接收回波信号时，跟踪滤波器的通带会从较高的频带滑动到较低的频带，从而抑制来自较大深度的较高频率的噪声(其通常没有解剖信息)。

用于发射的波束形成器和用于接收的波束形成器以不同的硬件来实施并且能够具有不同的功能。当然，接收器波束形成器的设计要考虑到发射波束形成器的特性。为了简化，在图10中仅示出了接收器波束形成器112、120。在整个系统中，还将有发射链，其包含发射微波束形成器和主发射波束形成器。

微波束形成器112的功能是提供对信号的初始组合，以便减少模拟信号路径的数量。这通常是在模拟域中执行的。

最终的波束形成是在主波束形成器120中完成的，并且通常是在数字化之后完成的。

发射通道和接收通道使用具有固定频带的相同换能器阵列18。然而，发射脉冲占据的带宽能够根据所使用的发射波束形成而变化。接收通道能够捕获整个换能器带宽(这是经典方法)，或者通过使用带通处理，这样它只能提取包含期望信息(例如，主谐波的谐波)的带宽。

然后，可以将RF信号耦合到B模式(即，亮度模式或2D成像模式)处理器126和多普勒处理器128。B模式处理器126对所接收的超声信号执行幅度检测，以对身体中的结构(例如，器官组织和血管)进行成像。在逐行成像的情况下，每行(波束)均由相关联的RF信号表示，其幅度用于生成要被分配给B模式图像中的像素的亮度值。图像内的像素的确切位置是通过沿着RF信号的相关联的幅度测量的位置以及RF信号的行(波束)数来确定的。如美国专利US 6283919(Roundhill等人)和美国专利US 6458083(Jago等人)所述，这样的结构的B模式图像可以以谐波图像模式或基波图像模式或这两者的组合形成。多普勒处理器128处理因组织移动和血液流动所引起的在时间上不同的信号以用于检测移动的物质(例如，图像场中的血细胞流)。多普勒处理器128通常包括壁滤波器，其参数被设置为使得通过或拒绝从身体中的选定类型的材料返回的回波。

由B模式处理器和多普勒处理器产生的结构信号和运动信号被耦合到扫描转换器132和多平面重新格式化器144。扫描转换器132以期望的图像格式以回波信号被接收时的空间关系布置回波信号。换句话说，扫描转换器用于将RF数据从圆柱坐标系转换到适合于在图像显示器140上显示超声图像的笛卡尔坐标系。在B模式成像的情况下，给定坐标处的像素的亮度与从该位置接收到的RF信号的幅度成比例。例如，扫描转换器可以将回波信号布置成二维(2D)扇形格式或金字塔形的三维(3D)图像。扫描转换器能够在B模式结构图像上覆盖与图像场中的各个点处的运动相对应的颜色，在这些点处的多普勒估计速度产生给定的颜色。组合的B模式结构图像与彩色多普勒图像描绘了结构图像场内的组织运动和血液流动。如美国专利US 6443896(Detmer)所述，多平面重新格式化器将将从身体的体积区域中的公共平面中的点接收到的回波转换成该平面的超声图像。如美国专利US 46530885(Entrekin等人)所述，体积绘制器142将3D数据集的回波信号转换成如从给定的参考点所观看到的投影的3D图像。

2D图像或3D图像从扫描转换器132、多平面重新格式化器144和体积绘制器142被耦合到图像处理器130以用于进一步增强、缓冲和临时存储以供在图像显示器140上进行显示。成像处理器可以适于从最终的超声图像中移除一些成像伪影，例如：因强衰减器或折射所引起的声影；例如因弱衰减器所引起的后增强；例如高度反射的组织界面紧邻的位置处的混响伪影等。另外，图像处理器可以适于处理某些散斑减少功能，以便提高最终的超声图像的对比度。

除了用于成像之外，由多普勒处理器128产生的血流值和由B模式处理器126产生的组织结构信息还能够被耦合到量化处理器134。除了结构测量结果(例如，器官大小和胎龄)之外，量化处理器还产生对不同流量状况的度量(例如，血流的体积速率)。量化处理器可以从用户控制面板138接收输入(例如，在图像的解剖结构中要进行测量的点)。

来自量化处理器的输出数据被耦合到图形处理器136，以用于在显示器140上将图像与测量图形和测量值一起再现并且用于从显示设备140进行音频输出。图形处理器136还能够生成图形叠加物以用于与超声图像一起显示。这些图形叠加物能够包含标准识别信息(例如，患者姓名)、图像的日期和时间、成像参数等。为此，图形处理器从用户接口138接收输入(例如，患者姓名)。用户接口还被耦合到发射控制器18，以控制从换能器阵列6发生的超声信号生成并因此控制由换能器阵列和超声系统产生的图像。控制器118的发射控制功能仅仅是所执行的功能之一。控制器118还考虑到(由用户给定的)操作模式以及接收器模数转换器中的对应需要的发射器配置和带通配置。控制器118能够是具有固定状态的状态机。

用户接口还被耦合到多平面重新格式化器144，以用于选择和控制多幅多平面重新格式化(MPR)图像的平面，该平面可以用于在MPR图像的图像场中执行量化的测量。

有利地，B模式处理器126、多普勒处理器128、扫描转换器132、多平面重新格式化器144、体积绘制器142、图像处理器130、量化处理器134和图形处理器136中的每项都可以被包括在本发明的一个或多个实施例中的系统10的控制单元24中，以促进图像重建和对感兴趣生理参数的估计。在其他示例中，可以提供单独的超声成像单元，该单独的超声成像单元包括上面概述的超声成像系统的部件，并且被配置用于执行所讨论的控制操作和数据处理操作中的一项或多项。

根据本发明的另外的方面的示例提供了一种包括代码单元的计算机程序产品，所述代码单元被配置为当在处理器上运行时使所述处理器执行根据上文概述的任何示例或实施例的方法或根据本申请的任何权利要求所述的方法，所述处理器与包括超声感测模块和至少一个ECG电极的探头通信性耦合。

如上面所讨论的，实施例利用了控制器24或控制单元。控制器或控制单元能够用软件和/或硬件以多种方式实施，从而执行所要求的各种功能。处理器是控制器的一个示例，它采用了一个或多个微处理器，这一个或多个微处理器可以使用软件(例如，微代码)来编程以执行所要求的功能。然而，在使用或不使用处理器的情况下都可以实施控制器，并且还可以将控制器实施为执行一些功能的专用硬件与执行其他功能的处理器(例如，一个或多个经编程的微处理器和相关联的电路)的组合。

可以在本公开内容的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但不限于常规的微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。

在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一种或多种存储介质相关联，这一种或多种存储介质例如为易失性计算机存储器和非易失性计算机存储器，例如，RAM、PROM、EPROM和EEPROM。可以用一个或多个程序对存储介质进行编码，当在一个或多个处理器和/或控制器上运行这一个或多个程序时，这一个或多个程序执行所要求的功能。各种存储介质可以被固定在处理器或控制器内或者可以是可转移的，使得存储在其上的一个或多个程序能够被加载到处理器或控制器中。

本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求，在实践请求保护的发明时能够理解并实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。

单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中记载的若干项的功能。

虽然某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

计算机程序可以被存储/分布在合适的介质上，例如，与其他硬件一起或作为其他硬件的部分而供应的光学存储介质或固态介质，但是它也可以以其他形式分布，例如经由互联网或其他有线或无线的电信系统进行分布。

如果在权利要求或说明书中使用了术语“适于”，则应当注意，该术语“适于”旨在等同于术语“被配置为”。

权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种医学感测系统(10)，包括：

探头单元(12)，所述探头单元包括超声感测模块(18)和用于心电图ECG测量的至少一个电极(22)；以及

控制器(24)，其与所述探头操作性耦合，并且所述控制器包括地图集数据集(28)，所述地图集数据集存储与所述探头相对于身体的多个可能位置中的每个可能位置相关联的参考超声数据，并且所述控制器包括数据存储部(30)，所述数据存储部存储针对不同ECG测量的相对于所述身体的多个参考目标电极位置，

所述控制器(24)被配置为在至少一种操作模式中控制所述超声感测模块以采集超声数据并实施位置引导功能，所述位置引导功能被配置为基于所采集的超声数据并基于对所述地图集数据集的参考为用户生成引导信息，以将所述探头定位在所述参考电极位置中的一个或多个参考电极位置中。

2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中，所述引导功能被配置为生成引导信息，以引导所述用户将所述探头定位在一组预定义的参考电极位置中，从而采集一组预定义的ECG测量结果。

3.根据权利要求2所述的系统(10)，其中，所述一组预定义的参考电极位置具有定义的顺序，使得所述引导信息用于引导所述用户通过具有定义的顺序的预定义的参考电极位置序列。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统(10)，其中，所述控制器还被配置为当所述探头被定位在一个或多个目标位置中的每个目标位置中时使用所述探头的至少一个ECG电极来控制对ECG测量数据的采集。

5.根据权利要求4所述的系统(10)，其中，所述控制器还被配置为基于针对所述一个或多个目标位置中的每个目标位置所采集的ECG数据来确定与心脏有关的一个或多个解剖参数。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的系统(10)，其中，所述系统还包括至少一个静态ECG电极，以用于静态安装到对象的所述身体上的位置，用于与所述探头的至少一个ECG电极电耦合，用于执行ECG测量，并且

任选地，其中，所述至少一个静态ECG电极被集成在身体可穿戴单元中。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的系统(10)，其中，所述位置引导功能至少部分地基于采集表示包含患者的肋骨的至少部分的区的超声数据，并且其中，所述地图集数据集包括针对不同位置的与所述肋骨有关的参考超声数据。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的系统(10)，其中，所述位置引导功能至少部分地基于收集所述心脏的超声数据，并且优选地基于对图像配准流程的使用，基于与所述心脏有关的地图集数据，从而确定所述探头关于目标ECG电极位置中的一个或多个目标ECG电极位置的位置偏移，

其中，所采集的超声数据包括超声图像数据，并且其中，所述系统存储与每个目标ECG电极位置相关联的参考超声图像视图，并且其中，所述图像配准流程包括执行所采集的超声图像数据与针对给定的目标位置的参考超声图像视图之间的配准。

9.根据权利要求1-8中的任一项所述的系统(10)，其中，所述位置引导功能具有两种模式：

第一模式，在所述第一模式中，控制所述超声感测模块以采集在所述身体中的第一深度水平处的超声数据，从而采集表示对象的肋骨的至少一个区域的数据，并且其中，位置引导基于与肋骨位置有关的地图集数据；以及

第二模式，在所述第二模式中，控制所述超声感测模块以采集在所述身体中的更深的第二深度水平处的超声数据，从而采集表示心脏的超声数据，并且优选地，其中，所述位置引导基于图像配准流程，基于与所述心脏有关的地图集数据。

10.根据权利要求8和权利要求9中的任一项所述的系统(10)，其中，所述控制器被配置为循环地执行模式选择流程，其中，

如果针对所述给定的目标位置的所述参考超声图像视图的至少部分在所采集的超声数据的视场内，则所述位置引导功能在所述第二模式中运行；并且

如果在所采集的超声数据的所述视场内没有找到针对所讨论的目标位置的所述参考超声图像视图的任何部分，则所述引导功能在所述第一模式中运行。

11.根据权利要求1-10中的任一项所述的系统(10)，其中，所述系统被配置为：引导所述用户将所述探头定位在第一组目标电极位置中以执行第一组ECG测量，并且基于在所述第一组ECG测量中采集的ECG测量数据来调整所存储的针对第二组ECG测量的目标电极位置。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述的系统(10)，其中，所述控制器被配置为在至少一种操作模式中连续地或以规则间隔采集超声数据，并且其中，所述位置引导功能包括在采集超声数据与生成位置引导信息之间的连续的或循环的反馈回路。

13.一种用于引导用户相对于对象的身体来定位医学感测探头(12)的方法，所述探头包括超声感测模块(18)和至少一个ECG电极(22)，并且所述方法包括：

使用所述超声感测模块来采集超声数据；

通过控制器访问地图集数据集(28)，所述地图集数据集存储与所述探头相对于所述身体的多个可能位置中的每个可能位置相关联的参考超声数据；

通过控制器访问数据存储部(30)，所述数据存储部存储针对不同ECG测量的相对于所述身体的多个参考电极位置；并且

通过控制器实施位置引导功能，所述位置引导功能被配置为基于所采集的超声数据并基于对所述地图集数据集的参考为用户生成引导信息，以将所述探头定位到所述参考电极位置中的一个或多个参考电极位置。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述引导功能被配置为生成引导信息，以引导所述用户将所述探头(12)定位通过一组预定义的参考电极位置，从而采集一组预定义的ECG测量结果。

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