DE3804616A1

DE3804616A1 - Stethoscope with device and method of recording, evaluating and displaying different biosignals

Info

Publication number: DE3804616A1
Application number: DE3804616A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-02-13
Filing date: 1988-02-13
Publication date: 1989-08-24

Abstract

Stethoscopes have hitherto been used exclusively for auscultation, whereas biosignals such as ECG, PCG, various pulse curves, Korotkoff's sounds and the like are recorded with the aid of expensive recording instruments. The invention comprises a stethoscope which is provided with a variety of sensors and an electronic evaluator which combine the above-named aspects in one unit (see Fig. 1, summary presentation). During auscultation this device simultaneously records, evaluates and displays biosignals, and this leads to the doctor providing a precise diagnosis. It is possible to classify the sound phenomena as systole or diastole and to make objective statements about the frequency, volume and duration of sounds. Because of its low weight and small size the stethoscope with this accessory is predominantly suitable for preliminary examinations (e.g. home visits of the general practitioner) or for continuous clinical monitoring. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stethoskop, das durch zusätzliche Vorrichtungen - Sensoren und Elektronik - eine Gewinnung und Auswertung verschiedener Biosignale an Men schen und ihre optische Darstellung erlaubt. Ableitbare Biosignale sind EKG (Elektrokardiogramm), PKG (Phonokardio gramm), verschiedene Pulskurven, Korotkoffgeräusche, Lun gengeräusche (usw.).The invention relates to a stethoscope, the additional devices - sensors and electronics - allows the extraction and evaluation of various biosignals to men and their visual representation. Biosignals that can be derived are EKG (electrocardiogram), PKG (phonocardiogram), various pulse curves, Korotkoff sounds, lung sounds (etc.).

In der Medizin ist das Stethoskop nach wie vor das Instru ment für erste Untersuchungen und Diagnosen. Geräusche und Töne des Herzens sowie der Arterien (Korotkoff-Geräusche) werden vom Arzt mit dem Stethoskop auskultiert, um Erkran kungen und Abnormitäten bei der Vorfelduntersuchung festzu stellen. Eine präzise Diagnose erfolgt mit Hilfe weiterer Informationen aus den o.g. Biosignalen. Liegen diese Infor mationen gleichzeitig vor, wird die Diagnoseaussage siche rer.In medicine, the stethoscope is still the instruct ment for initial examinations and diagnoses. Noises and Tones of the heart and arteries (Korotkoff sounds) are auscultated by the doctor with the stethoscope to make crane fixes and abnormalities during the preliminary examination put. A precise diagnosis is made with the help of others Information from the above Bio signals. This information is mations at the same time, the diagnostic statement is certain rer.

Es gibt eine Reihe von Erfindungen, die eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften durch geometrische Gestal tung, Materialauswahl und elektroakustische Signalwandlung anstreben (so z.B. Deutsche Patentanmeldung Nr. DE 30 13 46 602). Stethoskope nutzen nur die akustische Informa tion des Schallsignals. Weitere, für die Diagnose relevante Informationen aus den Biosignalen werden mit Stethoskopen nicht genutzt. Unabhängig davon bleibt es Sache der Erfah rung und Übung, die subjektiv wahrnehmbaren Klangphänomene den zugehörigen Krankheitsbildern zuzuordnen. Erschwerend ist hierbei in besonderem Maße die Einordnung der Klangphä nomene in Systole und Diastole. Auf subjektive Weise ist auch die Beurteilung der diagnostisch wichtigen Geräuschei genschaften wie Frequenzumfang, Lautstärke und Dauer nur sehr unvollkommen möglich, zumal das akustische Langzeitge dächtnis des Menschen schlecht ist.There are a number of inventions that are an improvement the acoustic properties through geometric shape processing, material selection and electro-acoustic signal conversion strive (e.g. German Patent Application No. DE 30 13 46 602). Stethoscopes only use acoustic information tion of the sound signal. Other relevant for the diagnosis Information from the biosignals is used with stethoscopes not used. Regardless of this, it remains a matter of experience practice and exercise, the subjectively perceptible sound phenomena to assign the associated clinical pictures. Aggravating is in particular the classification of the sound phase nomene in systole and diastole. In a subjective way also the assessment of the diagnostically important noise egg properties such as frequency range, volume and duration only very imperfectly possible, especially since the acoustic long-term human memory is bad.

Zur Verbesserung der Auskultation müssen also neue ver lässliche Verfahren und Vorrichtungen geschaffen werden, die in objektiverer Weise die Beurteilung von Geräuschei genschaften ermöglichen und eine zeitliche Einordnung in die Herzevolution erlauben. Hierzu werden in Kliniken oder Fachpraxen Registriergeräte benutzt, die synchron das EKG- Signal und das PKG-Signal darstellen. Die Aufnahme erfolgt über Elektroden und spezielle Herzschallmikrophone. Nach teilig hierbei ist die Veränderung des Klangcharakters durch die von Stethoskopen abweichende Übertragungsfunktion von Herzschallmikrophonen, sodaß solche Geräte zur Auskul tation nicht geeignet sind. Außerdem eignen sie sich wegen Größe und Gewicht nicht für einen Transport, z. B. zu Haus besuchen.To improve the auscultation, new ver casual procedures and devices are created, which is more objective in assessing noise enable properties and a chronological classification in allow the heart evolution. This is done in clinics or Specialist practices used recording devices that synchronously Represent signal and the PKG signal. The admission takes place via electrodes and special heart sound microphones. After part of this is the change in sound character due to the transfer function that differs from stethoscopes of heart sound microphones, so that such devices for Auskul tion are not suitable. They are also suitable because of Size and weight not for transportation, e.g. B. at home visit.

Aufgabe der Erfindung ist es, die qualitative akustische Information der Auskultation mit dem herkömmlichen Stetho skop durch weitere quantitativ meßbare Information zu er weitern, um dem Arzt eine objektivere Beurteilung des Herz schallsignals ohne spezielle Registriergeräte zu ermögli chen. Mit der im folgenden beschriebenen Erfindung wird aber auch eine automatische Messung der Herzschlagfrequenz, die optische Darstellung von Pulskurven und der Korotkoff geräusche möglich. Je nach Ausführung sind zusätzlich auch Analysen möglich. Die optische Darstellung von Pulskurven erlaubt eine Beurteilung von Durchblutung und Gefäßzustand, z. B. an der Carotis oder im Bereich der Extremitäten. Die Visualisierung der Korotkoffgeräusche ist als große Hilfe bei der Messung des Blutdrucks nach Riva-Rocci anzusehen. The object of the invention is the qualitative acoustic Auscultation information with conventional stetho skop through further quantifiable information further to give the doctor a more objective assessment of the heart sound signal without special recording devices chen. With the invention described below but also an automatic measurement of the heart rate, the visual representation of pulse curves and the Korotkoff noise possible. Depending on the version are also Analyzes possible. The visual representation of pulse curves allows an assessment of blood flow and vascular condition, e.g. B. on the carotid or in the extremities. The Visualizing the Korotkoff sounds is of great help when measuring blood pressure according to Riva-Rocci.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Stethoskop mit Sensoren und miniaturisierter Elektronik zur Meßwertverarbeitung und Biosignaldarstellung erweitert wird, was zusätzlich zur qualitativen auch eine quantitati ve Biosignalauswertung für die Diagnose erlaubt. Die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merk male beschreiben den Lösungsweg. Die Unteransprüche bezie hen sich auf die vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin dung. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, dem Arzt für die Vorfelduntersuchung, bei der er bislang nur die akustische Information des Stethoskops aus werten konnte, mehr Informationen bereitzustellen. Während der Auskultation kann mit der Erfindung eine aussage kräftigere Diagnose erfolgen.These objects are achieved in that a stethoscope with sensors and miniaturized electronics for measurement processing and biosignal display expanded becomes what in addition to the qualitative also a quantitative ve biosignal evaluation allowed for diagnosis. The in characterizing part of the claim specified Merk male describe the solution. The subclaims relate hen on the advantageous refinements of the inventor dung. The advantages achieved with the invention are in it, the doctor for the preliminary examination, at which he So far only the acoustic information of the stethoscope could provide more information. While the auscultation can make a statement with the invention more powerful diagnosis is made.

Im folgenden werden anhand von Zeichnungen Bestandteile der Erfindung beschrieben.In the following, components of the Invention described.

Sensors.

Fig. 1 enthält eine Übersicht. Die vom Bruststück 1 des Stethoskops aufgenommenen Schwingungen werden dem Ohr zuge leitet. Dies kann akustisch - in bekannter Weise über Ein fach- oder Doppelschlauch 3 - erfolgen oder durch elek troakustische Wandlung. Direkt am Bruststück oder auch in den schallführenden Leitungen 3 befinden sich Sensoren 2 für die jeweils gewünschten Biosignale. Die Auswahl eines Biosignals und einer Verarbeitung, z. B. Art der Filterung, erfolgt über Funktionswahltasten 4 am Display und Auswerte einrichtung 5. Durch zweikanalige Darstellung von EKG- und PKG-Signal wird dem Arzt die eingangs erwähnte zeitliche Einordnung der Geräuschphänome in die Herzaktion in einfa cher Weise ermöglicht. Für die Registrierung der EKG- Signale wird das Bruststück des Stethoskops mit drei Kon taktflächen 7 nach Fig. 2 versehen, die isoliert vom Brust stück (in der Regel aus Metall) angebracht sind. Sie können vorteilhaft höhengleich in die ohnehin vorhandene Gummi berandung 6 eingebracht sein. Eine Elektrode dient als in differente Elektrode, gegen die die Potentialdifferenz der beiden anderen über bekannte EKG-Verstärker verstärkt und angezeigt wird. Entscheidend ist hier keine standardisierte EKG-Registrierung, sondern die Gewinnung eines Signals zur Kennzeichnung der Herzaktionslänge, damit die zeitliche Einordnung der Schallphänomene gelingt. Fig. 1 provides an overview. The vibrations recorded by the chest piece 1 of the stethoscope are directed to the ear. This can be done acoustically - in a known manner via a specialist or double hose 3 - or by electro-acoustic conversion. Sensors 2 for the respectively desired biosignals are located directly on the chest piece or also in the sound-conducting lines 3 . The selection of a biosignal and processing, e.g. B. Type of filtering takes place via function selection buttons 4 on the display and evaluation device 5 . The two-channel display of EKG and PKG signals enables the doctor to easily classify the above-mentioned temporal classification of the noise phenomena in the heart action. For the registration of the EKG signals, the chest piece of the stethoscope is provided with three contact surfaces 7 according to FIG. 2, which are attached to the chest piece (usually made of metal). You can advantageously be introduced at the same height in the existing rubber border 6 . One electrode serves as a different electrode, against which the potential difference of the other two is amplified and displayed via known EKG amplifiers. The decisive factor here is not a standardized ECG registration, but rather the acquisition of a signal to identify the length of the cardiac action so that the temporal classification of the sound phenomena is successful.

Zur Wandlung des Herzschalls können Luftschallmikrophone eingesetzt werden, die sich im Schlauchsystem befinden. Solche für Herzschall geeignete Sensoren können allerdings weniger gut für die Wandlung der Korottkoff-Geräusche und überhaupt nicht für die Erfassung von Pulssignalen aus ver schiedenen Körperregionen eingesetzt werden, weil diese Si gnale wesentlich niederfrequenter als Herzschallsignale sind und vom Übertragungsbereich durch Luftschallmikrophone nicht abgedeckt werden. Für die Erfassung dieser Signale eignen sich Dehnungsmeßstreifen, PVdF-Folien, optische Ab standssensoren, Piezokristalle, induktive, mit Wirbelstrom arbeitende Aufnehmer sowie kapazitive Aufnehmer. Die An bringung dieser verschiedenen Sensoren wird im folgenden kurz beschrieben.Airborne sound microphones can be used to convert the heart sound are used, which are located in the hose system. Such sensors suitable for heart sound can, however less good for the conversion of Korottkoff sounds and not at all for the acquisition of pulse signals from ver different body regions are used because these Si gnale much lower frequency than heart sound signals are and from the transmission range by airborne sound microphones not be covered. For the acquisition of these signals strain gauges, PVdF foils, optical ab level sensors, piezo crystals, inductive, with eddy current working transducers as well as capacitive transducers. The An Bringing these different sensors is as follows briefly described.

Dehnungsmeßstreifen und PVdF-Folien können direkt auf der Membran des Bruststücks aufgebracht werden und dort ver bleiben. Ableitkabel, die so biegsam sind, daß sie Membran schwingungen nicht behindern, führen das Signal einer ana logen Vorverarbeitung zu, deren Aufgaben später beschrieben werden. Bei der Wahl optischer, induktiver oder mit Wirbel strom arbeitenden Abstandssensoren empfiehlt sich eine An ordnung nach Fig. 3, bei der der jeweilige Abstandssensor 8 (optisch, induktiv, Wirbelstrom) im Inneren des Bruststücks 9 gegenüber der Membran 10 angebracht ist. Die Membran ist mit einem reflektierenden metallischen Belag 11 versehen.Strain gauges and PVdF foils can be applied directly to the membrane of the chest piece and remain there. Discharge cables, which are so flexible that they do not hinder membrane vibrations, carry the signal to an analog preprocessing, the tasks of which will be described later. When choosing optical, inductive or eddy current working distance sensors, an arrangement according to FIG. 3 is recommended, in which the respective distance sensor 8 (optical, inductive, eddy current) is mounted inside the chest piece 9 with respect to the membrane 10 . The membrane is provided with a reflective metallic coating 11 .

Bei der kapazitiven Sensorausführung wird eine Elektrode ähnlich wie der Abstandssensor 8 herangeführt und als Ge genelektrode dient der Belag 11. Auch kann die genannte Membran 10 als eine Elektrode und die Innenseite des Brust stücks 12 als vom übrigen Bruststück isolierter metalli scher Belag als Gegenelektrode benutzt werden (auch als Isolierung zur Vermeidung von Berührungsspannungen).In the capacitive sensor design, an electrode is brought up similarly to the distance sensor 8 and the covering 11 serves as a counter electrode. The membrane 10 can also be used as an electrode and the inside of the breast piece 12 as a metallic covering insulated from the rest of the breast piece as a counter electrode (also as insulation to avoid contact voltages).

Insbesondere sind die Abstandssensoren zur Erfassung niederfrequenter Pulssignale und Korotkoffgeräusche ge dacht. Hierfür ist ein Bruststück vorteilhaft, das einen kleineren Durchmesser als das für die Auskultation verwen dete hat, und welches nur das interessierende Gefäß über deckt, dessen Pulsation dargestellt werden soll. Für diesen Zweck stehen austauschbare, steckbare Bruststücke zur Ver fügung. Die Steckverbindung wird direkt hinter dem Brust stück oder am Display 5 vorgenommen (siehe Fig. 1).In particular, the distance sensors are designed to detect low-frequency pulse signals and Korotkoff noises. For this purpose, a chest piece is advantageous, which has a smaller diameter than that used for the auscultation, and which only covers the vessel of interest whose pulsation is to be displayed. Interchangeable, pluggable chest pieces are available for this purpose. The plug connection is made directly behind the chest piece or on the display 5 (see Fig. 1).

Mit Aufnehmern, die mit dem Piezoeffekt arbeiten, kann je nach Ausführung eine Beschleunigungs- oder Druckmessung er folgen. Da Beschleunigungsmesser sehr kleiner oder leichter Bauart zum Stand der Technik gehören, können diese direkt auf der Membran des Bruststücks aufgebracht und zur Signal wandlung verwendet werden. Bei Verwendung eines Druckauf nehmers empfiehlt sich die Erstellung eines eigenen Brust stücks. Piezoaufnehmer können wegen ihrer Breitbandigkeit den ganzen interessierenden Frequenzbereich für alle Sig nale überdecken und als Universalaufnehmer für alle an gesprochenen Biosignale, mit Ausnahme der EKG-Signale, die nen.With sensors that work with the piezo effect, you can after execution an acceleration or pressure measurement consequences. Because accelerometers are very small or lighter Design belong to the state of the art, they can directly applied to the membrane of the chest piece and for signal conversion can be used. When using a print It is recommended that you create your own breast pieces. Piezo transducers can because of their broadband the entire frequency range of interest for all sig cover and serve as a universal sensor for everyone spoken bio signals, with the exception of the EKG signals that nen.

Signal conversion, processing, evaluation, display

Die nach der Signalwandlung erforderliche Signalaufberei tung, Auswertung und Signaldarstellung sind in Fig. 4 in einem Blockschaltbild dargestellt. Kernstück ist ein Mikro prozessor. Für die einzelnen Aufnehmer ist eine dem Stand der Technik entsprechende Verstärkung und Filterung in ei ner Vorverarbeitung 13 durchzuführen. Für die Filterwahl sind bei EKG und PKG Normen zu berücksichtigen; für Puls signale erfolgt eine Filterwahl so, daß die Kurvenverläufe den in medizinischen Lehrbüchern niedergelegten entspre chen. Nach Digitalisieren 14 und Multiplexen 15 der Signale erfolgt ihre Abspeicherung in einem mit dem Prozessor 16 verbundenen Speicher 17. Diese Realisierung eignet sich zu sammen mit im Speicher abgelegten Programmen auch zu einer Auswertung der Signale im Hinblick auf Herzschallfrequenz, objektive Lautstärke des Herzschallsignals, Dauer und Fre quenzinhalt. Dazu geeignete Verfahren sind grundsätzlich bekannt. Diese Art der Realisierung ist auch vorteilhaft, wenn eine Anzeige 18 nicht über analog arbeitende Displays sondern z.B über digital angesteuerte LCD-Anzeigen erfolgen soll. Die Funktionsauswahl 19 wird über die Bedienknöpfe 4 aus Fig. 1 angesteuert und erlaubt die Auswahl des darzu stellenden Signals. Erforderliche Ansteuerungen der Module 13-15 erfolgen über die Steuerleitungen 20. Über Schnitt stellen 21 können grundsätzlich auch weitere Geräte (Drucker, Schreiber) z.B. zu Dokumentationszwecken ange schlossen werden.The signal processing, evaluation and signal display required after the signal conversion are shown in FIG. 4 in a block diagram. The centerpiece is a micro processor. For the individual transducers, prior art amplification and filtering is to be carried out in a preprocessing 13 . When choosing filters, ECG and PKG standards must be taken into account; a filter is selected for pulse signals so that the curves correspond to those laid down in medical textbooks. After digitizing 14 and multiplexing 15 of the signals, they are stored in a memory 17 connected to the processor 16 . This implementation, together with programs stored in the memory, is also suitable for evaluating the signals with regard to heart rate, objective volume of the heart rate signal, duration and frequency content. Suitable methods are known in principle. This type of implementation is also advantageous if a display 18 is not to be carried out via analog displays but, for example, via digitally controlled LCD displays. The function selection 19 is controlled via the control buttons 4 from FIG. 1 and allows the selection of the signal to be displayed. The modules 13-15 are required to be controlled via the control lines 20 . In principle, other devices (printers, recorders) can also be connected via interfaces 21 , for example for documentation purposes.

Claims

1. Stethoscope with additional devices for obtaining, filtering, evaluating and optically displaying biosignals during the auscultation, characterized in that optionally various biosignals on the body surface with suitable sensors attached to the stethoscope are detected, the associated frequency range is hidden, simple Signal analyzes are carried out and an optical representation takes place on a display.

2. stethoscope with additional devices according to claim 1, characterized in that ECG and PKG are shown synchronously on a display and with it the physician the classification of the noise phenomena in the cardiac action sequence is made possible.

3. stethoscope with additional devices according to claim 1, characterized in that the PKG for better amplitude resolution on the display alone, but triggered by the EKG (e.g. the R wave), is shown and so is the chronological classification is feasible.

4. stethoscope with additional devices according to claim 1, characterized in that various pulse signals triggered by the EKG darge be put.

5. stethoscope with additional devices according to claim 1, characterized in that the sensors that convert the biosignals into electrical signals walk, connected to the chest of the stethoscope, which allows easy handling.

6. stethoscope with additional devices according to claim 1, characterized in that the stethoscope depending on the application over different pluggable chest pieces, which are each optimal for a recording of the biosignal of interest.

7. stethoscope with additional devices according to claim 1, characterized in that the connected additional device for signal registration with the stethoscope.

8. stethoscope with additional devices according to claim 1, characterized in that on the display, in addition to signal curves, also objective Signal parameters such as heart rate, volume, fre quenz content, duration.

9. stethoscope with additional devices according to claim 1, characterized in that the registration unit connects external accessories allowed.

10. stethoscope with additional devices according to claim 1 and 5, characterized in that Distance sensors (optical, inductive, eddy current, capac tiv), piezo sensors, resistance measuring bridges, PVdF foils, Microphones can be used for signal conversion.

11. stethoscope with additional devices according to claim 1 and 5, characterized in that Electrodes for recording the EKG on the chest piece of the Ste thoscopes are attached.

12. stethoscope with additional devices according to claim 1, 5 and 10, characterized in that Distance sensors are attached inside the chest piece.

13. stethoscope with additional devices according to claim 1, 5 and 10, characterized in that the stethoscope membrane made of piezoelectric PVdF film Detection of biosignals exists.

14. stethoscope with additional devices according to claim 1, 5 and 10, characterized in that the inner surface of the chest piece and the membrane as elec trodes are designed to be a capacitive sensor design to serve.