Помехозащищенный акустический датчик для стетоскопа

 

Изобретение относится к области медицинской техники, предназначено для применения в качестве чувствительного элемента при исследовании звуков и шумов сердца и легких и представляет собой акустический датчик для стетоскопа, состоящий из воздушной камеры, открытый торец которой является поверхностью приложения к стенке грудной клетки человека, и размещенного внутри этой камеры микрофона, соединенного с усилителем электрического сигнала. Для получения технического результата изобретения - снижения уровня акустических и вибрационных помех - акустический датчик снабжен второй воздушной камерой, образованной двумя коаксиальными цилиндрами разной высоты с общей плоскостью среза открытых торцов, а микрофон выполнен дифференциальным и установлен в закрытом торце меньшего цилиндра с возможностью контакта каждой стороны его мембраны соответственно с первой и второй воздушными камерами. 1 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для применения в качестве чувствительного элемента электроакустического стетоскопа при исследовании звуков и шумов сердца и легких или чувствительного элемента фонокардио- или фонопульманографической аппаратуры.

Известны (1) наряду с акустическими стетоскопами и электроакустические тракты прослушивания и записи звуков сердца и легких, которые первоначально применялись в стационарных аппаратах (1, 2) для фонокардиографии (графической записи звуков и шумов сердца) и пульманографии (графической записи шумов легких). В последнее время стали изготавливаться портативные стетоскопы, имеющие размеры и вес привычных акустических стетоскопов.

Прототипом изобретения является "стетофон", описанный в разделе "Оборудование для акустического воспроизведения звуков сердца" руководства (2), который предназначен для выслушивания усиленных звуков сердца через наушники.

Микрофоны, то есть электроакустические датчики стетоскопов, принято делить (2) на контактные, то есть фактически акселерометры, и воздушные. Контактные микрофоны очень чувствительны к перемещениям относительно измеряемой поверхности и поэтому требуют жесткого крепления с помощью ремней или штативов на пациенте. Воздушные микрофоны или, точнее, датчики стетоскопов, состоят из воздушной камеры, открытый торец которой является плоскостью приложения к грудной клетке человека, и размещенного внутри этой камеры микрофона, мало чувствительны к относительным перемещениям и могут при исследовании удерживаться рукой, однако они больше чувствительны к окружающим шумам. "Большинство микрофонов сконструированы для приема звука, передаваемого через воздух. Воздушная проводимость использовалась многими исследователями для записи звуков с поверхности стенки грудной клетки или с трахеи, и не удивительно, что для этого использовались головки стетоскопов. Звук, распространяющийся через столб воздуха в трубке стетоскопа, может быть приложен к микрофону так же, как к уху, выполняющему аускультацию. Поскольку не всегда возможно проведение исследования звуков легких в идеальных условиях, защита от окружающих шумов важна для большинства применений. Поверхностный шум (шум, вызываемый трением чашки стетоскопа по коже пациента, например, при дыхании) является еще одним важным источником трудностей, которые могут возникнуть при записи звуков легких" (1, т. 3, с. 1825 1826).

Таким образом, воздушные микрофоны, единственно универсально подходящие как для электроакустических стетоскопов, так и для аппаратуры регистрации звуков легких и сердца, имеют следующие недостатки в помехозащищенности: во-первых, большая чувствительность к окружающим шумам, во-вторых, заметная чувствительность к шумам трения чашки стетоскопа о кожу пациента.

Оба этих недостатка при большом усилении электрического сигнала (звуки сердца и, особенно, шумы сердца и легких лишь немного превышают порог слышимости человека) практически приводят к перегрузке удлинительного и регистрирующего тракта записывающей аппаратуры или к неожиданному появлению неприятных, а чаще оглушительных звуков в наушниках стетоскопа. Кроме того, большая чувствительность воздушного микрофона к окружающим звукам не позволяет осуществить громкоговорящее воспроизведение исследуемых звуков, так как акустическая обратная связь немедленно вызывает самовозбуждение всего электроакустического тракта.

Задачей изобретения является снижение уровня акустических и вибрационных помех в датчике путем их взаимокомпенсации.

Технический результат достигается тем, что датчик стетоскопа снабжен второй воздушной камерой, образованной двумя коаксиальными цилиндрами разной высоты с общей плоскостью среза открытых торцов, а микрофон выполнен дифференциальным и установлен в закрытом торце меньшего цилиндра с возможностью контакта каждой стороны его мембраны соответственно с первой и второй воздушными камерами. В этом случае сигнал пропорционален разнице акустических давлений в полости внутреннего цилиндра и в полости между цилиндрами.

На чертеже схематически представлена конструкция датчика с дифференциальным микрофоном (микрофоном градиента давления).

Датчик содержит микрофон 1 и коаксиальные цилиндры, образованные боковыми стенками стаканов 2 и 3. С воздушным пространством между цилиндрами граничит одна сторона чувствительной мембраны микрофона 1 градиента давления, на которую воздействует давление в этой полости. Вторая сторона чувствительный мембраны этого микрофона граничит с воздушным пространством внутреннего цилиндра, и на эту сторону мембраны воздействует давление во внутреннем цилиндре.

Помехозащищенный датчик действует следующим образом.

Пока срез цилиндров не приложен к коже исследуемого участка груди (левая схема фиг. 1) и на датчик воздействуют только внешние шумы, они создают одинаковое звуковое давление на обеих сторонах мембраны дифференциального микрофона, поэтому на выходе дифференциального микрофона электрический сигнал отсутствует, то есть датчик не воспринимает окружающие шумы. Подавление окружающих шумов тем больше, чем ближе сквозные электроакустические чувствительности двух трактов.

Аналогично подавляются в выходном сигнале последствия ударов по корпусу датчика и вибраций корпуса. Это подавление тем больше, чем меньше виброчувствительность дифференциального микрофона.

Когда срез цилиндров приложен к исследуемому участку кожи пациента 4, кроме внешних шумов и вибраций на микрофоны воздействует давление, возникающее вследствие колебаний поверхности кожи, вызванных источниками звука внутри организма (сердце и легкие). Эти добавочные давления и являются полезными сигналами для стетоскопа. Однако величины давления во внутреннем цилиндре и в пространстве между цилиндрами не равны.

Для подтверждения возможности осуществления разницы полезных звуковых давлений, действующих на микрофоны датчика, рассмотрим механизм действия стетоскопа. Пусть воздушная камера стетоскопа выполнена в виде кругового цилиндра с плоской крышкой (стакана). Приращение давления в объеме камеры стетоскопа пропорционально относительному уменьшению объема, которое пропорционально произведению площади кожи, ограниченной краями цилиндрической камеры, и среднему нормальному смещению поверхности кожи= Смещение кожи определяется величиной звукового давления под кожей практически всюду, кроме некоторой полосы, прилегающей к прижатому краю камеры стетоскопа, в которой смещение плавно уменьшается и эффективная ширина которой определяется упругостью кожи, силой прижима камеры, шириной края камеры и некоторыми другими механическими параметрами. Поэтому среднее нормальное смещение кольца кожи между близко расположенными коаксиальными цилиндрами помехозащищенного датчика меньше круга кожи во внутреннем цилиндре датчика.

Кроме того, площадь кольца между коаксиальными цилиндрами может быть сделана выбором радиусов значительно меньшей, чем площадь кольца, ограниченного внутренним цилиндром.

Наконец, отношением высот внутреннего и внешнего стаканов объем полости внутреннего стакана может быть сделан равным или меньшим, чем объем полости между стаканами.

Таким образом, выбирая размеры цилиндров и изменяя тем самым названные три параметры, можно сделать полезное давление во внутреннем цилиндре значительно большим, чем полезное давление между цилиндрами. Воздействие на одну сторону мембраны микрофона будет больше, чем на другую, и на выходе дифференциального микрофона появится полезный сигнал стетоскопа.

При выслушивании пациента описываемый датчик будет также подавлять вибрационные и ударные помехи, внешние шумы, проникающие в полость датчика, и поверхностные шумы при перемещении датчика с одного участка кожи на другой.

Формула изобретения

Помехозащищенный акустический датчик для стетоскопа, состоящий из воздушной камеры, открытый торец которой является поверхностью приложения к стенке грудной клетки человека, и размещенного внутри этой камеры микрофона, соединенного с усилителем электрического сигнала, отличающийся тем, что он снабжен второй воздушной камерой, образованной двумя коаксиальными цилиндрами разной высоты с общей плоскостью среза открытых торцов, а микрофон выполнен дифференциальным и установлен в закрытом торце меньшего цилиндра с возможностью контакта каждой стороны его мембраны соответственно с первой и второй воздушными камерами.

РИСУНКИ

Рисунок 1