母亲和胎儿监护仪超声波换能器 【技术领域】
一般来说，本发明布置涉及用于患者等的超声波监测的换能器(transducer)，更具体来说，涉及将不同且最佳材料用于发射器和接收器的新颖超声波换能器。
背景技术
电子胎儿监测(electrical fetal monitoring：EFM)包括对从怀孕大约20周到分娩的孕妇进行监测。它通常包括妇女围产期期间(即怀孕期间)的定期监测以及妇女生产(intrapartum)期期间(即分娩期间)的间断和/或连续监测。在产前设定中，可定期对妇女监测短持续时间，而在产时设定中，可间断和/或连续监测妇女直到分娩。前者的范围可在大约20周至40周的任何时间，而后者的范围可在大约1小时以下至36小时或更多的任何时间。在这些时间中，母亲(maternal)健康和/或舒适极为重要，胎儿健康和/或舒适同样重要。
许多参数往往用于监测母亲和胎儿安康，包括例如母亲心电图描述术(ECG)、母亲子宫活动、母亲脉搏血氧定量法(SpO
2)、母亲血压、胎儿ECG和/或胎儿心率(FHR)。例如，FHR往往根据胎儿每分钟心跳次数(BPM)来测量，并且FHR的典型范围在大约30-240BPM之间。FHR通常按照两种方式之一来确定，即：使用无创超声波多普勒或者通过使用有创胎儿ECG、例如通过附连胎儿头皮(scalp)电极。
如上所述，一种用于无创监测孕妇和胎儿的常用方式是通过使用超声波。例如，可通过在妇女的生产期、即其分娩期间使用超声波多普勒来监测FHR。在这类系统中，超声波由相对母亲的皮肤放置的换能器产生，并且例如在将它们导向其胎儿之后，超声波被胎儿反弹(bounce)并且再次返回到换能器。返回的回波或信号携带通过多普勒频移(Doppler shift)所得到的信息，以便为例如护理人员提供FHR指示，并且这种信息可有效地经由心率监测器等来传递。
相应地，超声波换能器的重要组件之一是将超声波能量发射到例如分娩母亲和/或胎儿的预期受关注区域的发射器以及接收所返回超声波信号的接收器，所返回的超声波信号则经过处理和/或分析以便获得有关的患者信息。
通过常规超声波换能器，常用锆钛酸铅(lead zirconate titanate：PZT)晶体来发射和接收超声波信号。但是，许多PZT晶体尺寸较小，因此它们往往需要沿分娩母亲的腹部、例如从一个位置到另一个位置进行重新定位，具体来说以便能够全面监测母亲和/或胎儿的预期参数。需要连续移动换能器的原因之一是由于胎儿的正常移动，使得换能器在胎儿移动方位和/或位置时会丢失可行信号，因此换能器则必须从母亲的腹部或者至少其在腹部上的当前位置移开，并且搜索和定位新位置。如果例如孕妇要生双胞胎或其它多胞胎，则移动换能器的操作也是必要的。在任何情况下，虽然PZT晶体是超声波能量的良好发射器，但是它们还具有较高的声阻抗并且可能易碎，因而它们缺乏良好的机械稳定性。
另一方面，与PZT晶体不同，聚偏氟乙烯(polyvinylildene fluoride：PVDF)具有较低的声阻抗，其趋向于与患者身体的阻抗良好匹配。另外，可将PVDF制造为可像织物(fabric)那样佩戴的可佩戴材料，因此它可用于覆盖例如患者腹部的较大区域。但是，当前PVDF没有被用于胎儿监护。
相应地，具有一种新颖的超声波换能器将是有利的，这种换能器以优化组合的方式利用特别适合母亲和/或胎儿监护的PZT晶体和PVDF材料合乎需要的性质。
【发明内容】
本发明布置包括一种超声波换能器，它将两种不同的材料结合在换能器中，使得每种材料的各个有利性质被用于构成特别适合母亲和/或胎儿保健监护的最佳换能器。
因此，本发明布置的换能器包括由一个或多个锆钛酸铅(PZT)晶体组成的发射器，特别是因为该材料在被激励时有效地产生超声波能量。该换能器还包括含有聚偏氟乙烯(PVDF)材料、特别适合接收从预期受关注区域反射(echo)的所返回超声波信号的接收器。具有低阻抗，PVDF材料在接收所返回超声波信号时特别有效。
另外，采用PVDF材料，该材料的物理形状可以是可佩戴材料，因此它可覆盖例如患者腹部的大区域，因而不需要将换能器连续重新定位到怀孕、分娩和/或准分娩母亲的腹部周围的不同位置。相应地，PVDF材料也特别完全适合监测可能生多胎的状况，特别是因为该超声波换能器可发射和接收表示一个或多个胎儿的状况的超声波信号，而不要求换能器被重新定位到佩戴母亲的腹部周围的多个位置。另外，使用PVDF作为可佩戴材料避免了因胎儿本身的移动而连续重新定位换能器的需要。
因此，将PZT晶体和PVDF材料合乎需要的性质结合到单个换能器、特别是利用每种材料的性质来提供最佳超声波换能器的换能器中。
通过以下结合附图的具体实施方式，本发明布置的这些及其它特征和优点将变得更清楚。
【附图说明】
图1是根据本发明布置所构成的换能器的第一示意图；以及
图2是根据本发明布置所构成的换能器的第二示意图。
【具体实施方式】
参照图1，示出说明根据本发明布置所构成的超声波换能器10的第一示意图。更具体来说，换能器10包括一个或多个超声波发射器12(例如在图1中代表性地示出四个，而在图2中代表性地示出8个)，发射器12将超声波能量发射到患者14的预期区域、如患者14的腹部16。理想地，发射器12由一个或多个锆钛酸铅(PZT)晶体18组成，特别是因为PZT晶体18在被激励时有效地产生超声波能量。实际上，它们理想地适合作为超声波能量的有效发射器。通过已知技术，将该能量导向受关注对象、如患者14腹部16内的胎儿(未示出)。在一个实施例中，PZT晶体18配置成被单独和/或依次激励，以便将超声波能量发射到患者14；而在另一或者附加实施例中，它们配置成被同时激励，以便将超声波能量发射到患者14。相应地，PZT晶体18可用于形成在患者14的腹部16周围(about)的相控阵(phasedarray)。
换能器10还包括含有聚偏氟乙烯(PVDF)材料22的接收器20。接收器20特别适合接收从预期受关注区域、如患者14的腹部16内的胎儿反射(echo)的所返回超声波信号。更具体来说，PVDF材料22优选地相对于PZT晶体18具有较低的声阻抗，这使它在接收所返回超声波信号时特别有效。另外，PVDF材料22还可构造为适合患者14的腹部16的可佩戴形状因素(factor)。换言之，PVDF材料22可被制造为可像织物那样佩戴的可佩戴材料，因此它可用于覆盖例如患者14的腹部16的较大区域。具有低阻抗，PVDF材料22还允许接收器20适当地匹配患者14身体的轮廓(contour)。相应地，PVDF材料22的物理形状可以是可佩戴材料，因此它可覆盖例如患者14的腹部16的大区域，因而不需要将换能器10连续地重新定位到例如怀孕、分娩和/或准分娩母亲的腹部16周围的不同位置。理想地，将PVDF材料22配置为带子24，带子24配置成至少部分围绕和/或覆盖患者14的腹部16。相应地，PVDF材料22可置于患者14的腹部16上，使得形成带子24。带子24因而成为可用于提取母亲和/或胎儿保健参数的可佩戴传感器组。它可例如使用织物中嵌入的适当ASIC来实现，并且它允许定期、间断和/或连续的监测，其还可被局部化和/或远程(例如无线)监测和/或传递。
在使用中，PVDF材料22由被置于与患者14的皮肤26接触的可佩戴材料组成。理想地，将超声波能量发射到患者14的预期区域并且理想地由PZT晶体18组成的发射器12由PVDF材料22以适当方式携带。例如，在一个实施例中，以编织(woven)方式将发射器12固定到PVDF材料22。
现在参照图2，示出具体示为至少部分围绕患者14的腹部16的超声波换能器10的第二示意图。在这里，发射器12、PZT晶体18、接收器20和PVDF材料22再次在带子24中在患者14的腹部16周围延伸，理想地与其皮肤26接触。在这种示范实施例中，换能器10可部分和/或完全覆盖患者14的腹部16，使得换能器10可发射和接收来自一个或多个胎儿(未示出)-即例如在分娩母亲怀有双胞胎或者其它多胞胎时-的所返回超声波信号。在这种情况下，由于超声波换能器10的扩大覆盖，不需要将各个换能器10沿患者14的腹部16连续移到不同位置。理想地，例如通过挂钩(hook)和环紧固系统、如维可牢(Velcro)附连装置，还可将发射器12沿接收器20和/或带子24活动地放置。相应地，它们可被护理人员(未示出)沿PVDF材料22可佩戴部分的长度大致均匀地隔开和/或在PVDF材料22可佩戴部分上大致随机地放置，以便优化发送和接收的超声波信号。这允许将发射器12固定在换能器10和/或带子24周围，以便优化和/或获得最佳质量的超声波信号。
另外，激励系统28用于激励发射器12，以产生超声波信号和/或将其发送到患者14的腹部16。在一个实施例中，激励系统28例如以时间延迟和/或以相控阵方式、例如按照所定义顺序一个接一个地单独激励PZT晶体18。在另一实施例中，激励系统28同时激励PZT晶体18。另外，返回的超声波信号由接收器20接收，因此它们以常规方式被处理和/或传送到监测器30，例如以便传达和/或显示有关的患者信息。
相应地，以上所述的技术效果是提供改进的超声波换能器，它利用不同材料的不同性质，并且将它们结合到公共换能器中，由此改进特别是在怀孕等期间的母亲和/或胎儿保健监护。
本领域技术人员将领会，可对本发明布置进行许多适配和修改，并且将产生用于母亲和/或胎儿监护的改进超声波换能器和/或方法，所有这些均落入如随附权利要求所定义的其范围和精神之内。相应地，本发明布置如果受限的话，则仅受随附权利要求及其等效物限制。
配件表
10超声波换能器
12发射器
14患者
16腹部
18PZT晶体
20接收器
22PVDF材料
24带子
26皮肤
28激励系统
30监测器