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"Stéthoscope différentiel" Inventeur : Martin J. Slavin
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"Stéthoscope différentiel"
La présente invention est relative, d'une fa- çon générale, à un stéthoscope du type utilisé par les médecins pour écouter des signaux de niveau réduit, par exemple les pulsations cardiaques, et elle se rapporte plus particulièrement à un stéthoscope présentant une sensibilité accrue dans la séparation des signaux de niveau réduit désirés par rapport aux signaux de niveau plus élevé des bruits ambiants. On connaît bien en pratique des stéthoscopes fonctionnant sur des principes totalement acoustiques. De tels stéthoscopes comprennent des têtes acoustiques qui sont placées contre le corps et une paire d'écouteurs qui sont introduits dans les oreilles de l'usager.
Entre les écouteurs et les têtes acoustiques, un tube acoustique assure la liaison.
L'utilisation da ces instruments pour déceler les pulsations cardiaques est compliquée par les bruits du corps produits par la respiration et d'autres activités corporelles. De tels bruits peuvent être de niveaux nettement plus élevés que le niveau des pulsations cardiaques que l'on doit déceler. De ce fait, la personne entraînée du point de vue médical, qui utilise le stéthoscope, demande généralement au sujet de prendre une respiration profonde et de la retenir
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tandis que les écoutes au stéthoscope sont réalisées.
Ceci réduit les bruits décelés provenant des poumons et de la respiration et facilite la distinction entre les pulsations cardiaques et les bruits étrangers.
Toutefois, il n'est pas toujours possible que le sujet retienne une respiration profonde tandis que la personne qualifiée écoute les pulsations cardiaques. A titre d'exemple, il est désirable d'écouter les pulsations cardiaques d'un foetus et fréquemment le sujet traité peut être dans un état soporeux et ne pas être sensible à la demande faite. De nombreux cas se présentent en pratique pédiatrique et en pratique gériatrique, où il n'est pas possible que le sujet se retienne de respirer pendant toute la période de temps désirée, pour autant même qu'il puisse le faire. En outre, lorsqu'on examine des animaux, il n'est pas possible d'éliminer facilement les bruits des poumons. De ce fait, les bruits corporels sont restés un problème lorsqu'on utilise un stéthoscope pour écouter les pulsations cardiaques.
En fait, on désire un stéthoscope isolant les signaux des pulsations cardiaques par rapport aux signaux de bruit, ce stéthoscope devant être de cons- truction et de fonctionnement simples.
D'une manière générale, suivant la présente invention, on prévoit un stéthoscope différentiel convenant spécialement bien pour la séparation des signaux de pulsations cardiaques par rapport aux signaux des bruits corporels.
Le stéthoscope différentiel comprend de petits éléments de microphone, qui sont attachés aux
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têtes de stéthoscope pour capter les signaux acoustie ques provenant du corps. Les têtes de stéthoscope sont appliquées au corps en différents endroits où il est connu que les niveaux des signaux de pulsations sont différents. Les sons captés par les têtes de stéthoscope englobent les signaux de bruits corporels ainsi que les signaux des pulsations cardiaques. Chaque tête de stéthoscope et chaque élément de microphone fournit une sortie qui est amplifiée dans un amplificateur individuel. Les deux signaux amplifiés sont alimentés aux bornes distinctes d'un amplificateur différentiel par l'intermédiaire d'un élément de réglage du gain et de l'équilibre.
L'amplificateur différentiel fournit un signal différentiel qui est amplifié et alimenté à un casque électrique. ou à un élément d'écouteur électrique, qui est relié du point de vue acoustique au tube acoustique traditionnel. Le tube se subdivise vers les deux pavillons d' écouteur comme dans le cas de la pratique antérieure.
Des bornes sont prévues pour que les sorties des amplificateurs puissent être affichées sur un oscilloscope. Les circuits électroniques sont logés dans une petite enceinte et sont commandés par batterie pour faciliter l'utilisation et assurer le caractère transportable. Sous des conditions idéales, qui sont rarement atteintes en pratique, les bruits corporals, tels que les bruits de la respiration, qui sont des entrées courantes aux deux éléments de microphone, sont éliminés dans l'amplificateur différentiel, en laissant des signaux de pulsations cardiaques pouvant se distinguer nettement. Les signaux de sortie des
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pulsations cardiaques représentent la différence dans les signaux de pulsations cardiaques à chacune des têtes acoustiques et des éléments de microphone.
En pratique 1 les réglages de gain des amplificateurs individuels sont ajustés pour se rapprocher très étroitement de l'état idéal, avec le maximum d'élimination des bruits corporels.
En conséquence, un but de la présente invention est de prévoir un stéthoscope amélioré qui présente une sensibilité élevée et sépare les signaux des pulsations cardiaques par rapport aux autres sons corporels.
Un autre but de l'invention est de prévoir un stéthoscope amélioré qui fournit une sortie amplifiée des signaux de pulsations cardiaques, tout en supprimant les bruits corporels étrangers.
Un autre but encore de l'invention est de prévoir un stéthoscope amélioré, qui donne une sortie amplifiée du point de vue électronique, assure des possibilités de filtrage et est de petites dimensions.
Un but supplémentaire de l'invention est de prévoir un stéthoscope amélioré qui fournit des signaux amplifiés du point de vue électronique et est léger et compact.
D'autres buts encore de l'invention, ainsi que les avantages de celle-ci, seront partiellement évidents ou apparaîtront partiellement de la description suivante.
L'invention englobe, en conséquence, les caractéristiques de construction, la combinaison d'éléments et l'agencement des pièces 1 que l'on décrira
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ci-après.
La description suivants est donnée avec référence aux dessins annexés, qui ne sont nullement limitatifs du cadre de l'invention.
La Figure 1 est une représentation schématique fonctionnelle d'un stéthoscope différentiel suivant la présente invention.
La Figure 2 est un schéma fonctionnel du stéthoscope différentiel de la Figure 1.
La Figure 3 montre une variante d'agencement des amplificateurs opérationnels utilisés dans le circuit de la Figure 2.
Si on considère la Figure 1, un stéthoscope différentiel 10 suivant l'invention comprend une paire de têtes acoustiques 12, 14, auxquelles sont reliés des éléments de microphone, respectivement 16 et 18.
Les signaux acoustiques captés par les têtes 12,14 sont convertis par les éléments de microphone 16,18 en signaux électriques convenant pour une alimentation dans un circuit électronique.
Le stéthoscope différentiel comprend également une paire de pavillons d'écouteur 20, convenant pour se mettre dans les oreilles de l'opérateur de la manière connue, ainsi qu'un tube acoustique 22. Un ensemble électronique 24 reçoit les signaux électriques provenant des éléments de microphone 16,18 et débite les signaux acoustiques choisis aux pavillons d'écouteur, de la façon que l'on décrira plus complètement par la suite.
Lorsqu'on utilise un stéthoscope différentiel suivant l'invention, pour écouter les pulsations car-
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diaques, les éléments de microphone 16,18 sont disposés en des endroits différents du corps, là on sait que les amplitudes des signaux de pulsations diffèrent.
Un amplificateur opérationnel 26 reçoit le signal électrique de l'élément de microphone 16 et fournit une sortie amplifiée 30 qui est alimentée à une borne d'un amplificateur différentiel 32. Le niveau du signal provenant de l'amplificateur 26 et introduit dans l'amplificateur différentiel 32 est réglé par un dispositif de réglage du gain 36, illustré sur la Figure 2 par une résistance comportant une prise intermédiaire variable.
Le signal électrique provenant de l'élément de microphone 18 est alimenté à un amplificateur opérationnel 28 et la sortie amplifiée 38 est fournie à l'autre borne de l'amplificateur différentiel 32 par l'intermédiaire d'un dispositif de réglage du volume 40, qui est similaire au dispositif 36.
La sortie de l'amplificateur différentiel 32 comprend la différence entre les deux signaux de pulsations alimentés respectivement par les éléments de microphone 16 et 18, et la différence entre les signaux des bruits corporels, alimentés séparément par les mêmes éléments de microphone 16,18. En ajustant les dispositifs de réglage du gain 36,40, la différence dans la sortie des signaux de bruits est réduite à une valeur minimale, idéalement à une sortie nulle.
La différence dans les signaux de pulsations reste puisque, comme mentionné précédemment, les éléments de microphone 16,18 se trouvent à des endroits différents sur le corps, là où on sait que les entrées
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de pulsations cardiaques sont différentes.
La sortie de l'amplificateur différentiel 32 est introduite dans un amplificateur 42 et le signal amplifié est fourni à un casque électrique ou à un élément d'écouteur 44 qui fournit une entrée acoustique au tube acoustique 22 (Figure 1) et aux pavillons d'écouteur 20. De la sorte, les signaux des pulsations cardiaques, noyés dans les signaux des bruits corporels, sont séparés de ceux-ci grace à l'amplificateur différentiel 32 qui soustrait un signal de l'autre. L'amplificateur différentiel est réglé pour une sortie équilibrée avec un minimum de bruits de sortie, lorsqu'aucun signal n'est alimenté aux éléments de microphone 16,18, grace à un dispositif de réglage d'équilibre 46.
Des jacks de sortie 48,49, 50 prévus sur l'ensemble électronique 24 sont reliés aux sorties des amplificateurs opérationnels 42,28, 26 respectivement, et permettent l'affichage des signaux de sortie sur un oscilloscope (non représenté) de la manière connue.
La Figure 3 illustre une variante de réalisation comportant des amplificateurs 52, 54, recevant respectivement les entrées des éléments de microphone 16,18. Ces amplificateurs opérationnels 52,54 remplacent les amplificateurs 26,28 de la Figure 2. Un commutateur de largeur de bande 56 est connecté sélectivement à l'un des deux condensateurs à réaction 58, 59 reliés à l'amplificateur opérationnel 52. Les signaux de bruits captés du corps sont d'une fréquence plus élevée que les signaux cardiaques et les composantes de bruits à plus haute fréquence sont filtrées
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grâce à des capacités et des résistances prévues dans la boucle d'asservissement d'amplificateur de la manière connue.
En prévoyant un système de condensateurs à double effet, de la façon illustrée par la Figure 3, un faible blocage des signaux de bruits de plus haute fréquence est assuré pour une meilleure isolation des signaux de pulsations cardiaques dans une position du commutateur à deux directions 56.
L'amplificateur opérationnel 54 comporte un commutateur de largeur de bande à deux directions 60, qui se relie sélectivement à l'un de deux condensateur à réaction 61,62. Les commutateurs 56,60 sont jumelés pour assurer un fonctionnement concourant.
Les dispositifs de réglage du gain 36,40, les jacks d'oscilloscope 48,49, 50 et le dispositif de réglage d'équilibre 36 sont montés extérieurement sur l'ensemble électronique 24 pour permettre la commande par l'usager. Un interrupteur 64 assure la connexion et la déconnexion avec une alimentation par batterie interne 66 de manière à économiser l'énergie lorsque l'appareil n'est pas en utilisation. Une alimentation d'énergie autonome assure le caractère portable du dispositif.
Bien que les formes de réalisation précédentes fournissent une sortie acoustique à un pavillon d'écouteur ou une sortie électrique à un casque électrique, c'est-à-dire par exemple à des écouteurs, il doit être entendu que l'on peut prévoir d'autres sorties sensibles restant dans le cadre de l'invention.
A titre d'exemple, une sortie visuelle peut être fournie sous la forme d'une connexion à un oscilloscope
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à tube à rayons cathodiques, ou bien on peut utiliser un simple dispositif d'éclairage intermittent 1 répondant aux pulsations cardiaques. En outre, on peut utiliser un haut-parleur ou un ronfleur pour donner des sorties audibles pour les pulsations cardiaques.
De plus, les sorties électriques peuvent être enregistrées de toute manière connue quelconque et ensuite luesdans tout dispositif de sortie ou d'affichage désiré.
Bien que le dispositif suivant l'invention ait été décrit en se référant à des applications médicales, il doit être entendu que de nombreuses applications industrielles pour le même dispositif ou un dispositif similaire, opérant sur les mêmes prin- cipes, existent aussi. A titre d'exemple, le fonctionnement de moteurs en marche et le fonctionnement de dispositifs immergés dans des fluides en circulation sont aussi pratiquables. Les circuits sont d'une construction simple, de fonctionnement sûr, de petites dimensions, et économiques à produire et à faire fonctionner.
L'utilisation de deux entrées ayant des niveaux différents des signaux désirés et des. niveaux relativement égaux d'un signal indésirable permet la séparation du signal désiré par rapport aux signaux indésirables par l'intermédiaire de l'utilisation d'un simple amplificateur différentiel. Une sélectivité supplémentaire peut être fournie lorsque les fréquences des deux signaux sont sensiblement différentes, par filtrage, spécialement lorsque le signal désiré se situe dans une bande connue de fréquences.
On peut voir ainsi que les buts mentionnés
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précédemment, en plus de ceux qui sont apparus au cours de la description, sont atteints de façon efficace et, comme certains changements peuvent être envisagés dans les constructions précédentes, il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée aux détails décrits et/ou illustrés.
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"Differential stethoscope" Inventor: Martin J. Slavin
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"Differential stethoscope"
The present invention relates, in general, to a stethoscope of the type used by doctors to listen to signals of reduced level, for example heartbeats, and it relates more particularly to a stethoscope having increased sensitivity in separating desired reduced level signals from higher level signals from ambient noise. It is well known in practice stethoscopes operating on totally acoustic principles. Such stethoscopes include acoustic heads which are placed against the body and a pair of headphones which are introduced into the ears of the user.
Between the headphones and the acoustic heads, an acoustic tube provides the link.
The use of these instruments to detect heartbeats is complicated by the body noises produced by breathing and other bodily activities. Such noises can be at levels significantly higher than the level of heartbeat that one has to detect. Because of this, the medically trained person who uses the stethoscope usually asks the subject to take a deep breath and hold it
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while listening to the stethoscope is performed.
This reduces the detected noise from the lungs and breathing and makes it easier to distinguish between heartbeat and foreign noise.
However, it is not always possible for the subject to hold a deep breath while the skilled person listens to the heartbeat. For example, it is desirable to listen to the heartbeat of a fetus and frequently the subject treated may be in a sleepy state and not be sensitive to the request made. Many cases arise in pediatric practice and in geriatric practice, where it is not possible for the subject to refrain from breathing for the entire period of time desired, even as far as he can do so. In addition, when examining animals, it is not possible to easily eliminate noise from the lungs. As a result, body noise has remained a problem when using a stethoscope to listen to heartbeats.
In fact, a stethoscope is desired which isolates the signals from the cardiac pulses with respect to the noise signals, this stethoscope having to be of simple construction and operation.
In general, according to the present invention, there is provided a differential stethoscope which is especially suitable for the separation of the signals of cardiac pulses from the signals of body noises.
The differential stethoscope includes small microphone elements, which are attached to the
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stethoscope heads for picking up acoustic signals from the body. The stethoscope heads are applied to the body in different places where it is known that the levels of the pulse signals are different. The sounds picked up by the stethoscope heads include body noise signals as well as heartbeat signals. Each stethoscope head and each microphone element provides an output which is amplified in an individual amplifier. The two amplified signals are supplied to the separate terminals of a differential amplifier via a gain and balance adjustment element.
The differential amplifier provides a differential signal which is amplified and fed to an electric headset. or to an electric earpiece element, which is acoustically connected to the traditional acoustic tube. The tube is subdivided towards the two headset flags as in the case of prior practice.
Terminals are provided so that the amplifier outputs can be displayed on an oscilloscope. The electronic circuits are housed in a small enclosure and are controlled by battery for ease of use and ensuring transportability. Under ideal conditions, which are rarely achieved in practice, body sounds, such as breath sounds, which are common inputs to both microphone elements, are eliminated in the differential amplifier, leaving heartbeat signals can be clearly distinguished. The output signals of
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Heartbeats represent the difference in the heartbeat signals to each of the acoustic heads and microphone elements.
In practice 1 the gain settings of the individual amplifiers are adjusted to come very close to the ideal state, with the maximum elimination of body noise.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an improved stethoscope which has a high sensitivity and separates the signals of the heartbeat from other body sounds.
Another object of the invention is to provide an improved stethoscope which provides an amplified output of the heartbeat signals, while suppressing foreign body noise.
Yet another object of the invention is to provide an improved stethoscope, which gives an amplified output from the electronic point of view, provides filtering possibilities and is of small dimensions.
A further object of the invention is to provide an improved stethoscope which provides electronically amplified signals and is light and compact.
Still other objects of the invention, as well as the advantages thereof, will be partially obvious or will appear partially from the following description.
The invention therefore encompasses the construction features, the combination of elements and the arrangement of the parts 1 which will be described.
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below.
The following description is given with reference to the accompanying drawings, which are in no way limitative of the scope of the invention.
Figure 1 is a functional schematic representation of a differential stethoscope according to the present invention.
Figure 2 is a block diagram of the differential stethoscope of Figure 1.
Figure 3 shows an alternative arrangement of the operational amplifiers used in the circuit of Figure 2.
Considering FIG. 1, a differential stethoscope 10 according to the invention comprises a pair of acoustic heads 12, 14, to which are connected microphone elements, 16 and 18 respectively.
The acoustic signals picked up by the heads 12,14 are converted by the microphone elements 16,18 into electrical signals suitable for supplying in an electronic circuit.
The differential stethoscope also comprises a pair of earpiece flags 20, suitable for fitting in the ears of the operator in the known manner, as well as an acoustic tube 22. An electronic assembly 24 receives the electrical signals coming from the elements of microphone 16.18 and outputs the selected acoustic signals to the headset pavilions, in the manner which will be described more fully below.
When using a differential stethoscope according to the invention, to listen to the pulsations
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diaques, the microphone elements 16,18 are arranged in different places of the body, there we know that the amplitudes of the pulse signals differ.
An operational amplifier 26 receives the electrical signal from the microphone element 16 and provides an amplified output 30 which is supplied to a terminal of a differential amplifier 32. The level of the signal from the amplifier 26 and introduced into the amplifier differential 32 is adjusted by a gain adjustment device 36, illustrated in FIG. 2 by a resistor comprising a variable intermediate tap.
The electrical signal from the microphone element 18 is supplied to an operational amplifier 28 and the amplified output 38 is supplied to the other terminal of the differential amplifier 32 via a volume control device 40, which is similar to device 36.
The output of the differential amplifier 32 comprises the difference between the two pulse signals supplied respectively by the microphone elements 16 and 18, and the difference between the body noise signals, supplied separately by the same microphone elements 16,18. By adjusting the gain adjusters 36.40, the difference in the output of the noise signals is reduced to a minimum value, ideally at zero output.
The difference in the pulse signals remains since, as mentioned above, the microphone elements 16,18 are located in different places on the body, where we know that the inputs
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heart rates are different.
The output of the differential amplifier 32 is introduced into an amplifier 42 and the amplified signal is supplied to an electric helmet or to a listener element 44 which provides an acoustic input to the acoustic tube 22 (Figure 1) and to the horns of headphone 20. In this way, the signals of the heartbeat, drowned in the signals of body noise, are separated from them by the differential amplifier 32 which subtracts one signal from the other. The differential amplifier is adjusted for a balanced output with a minimum of output noise, when no signal is supplied to the microphone elements 16,18, thanks to a balance adjustment device 46.
Output jacks 48, 49, 50 provided on the electronic assembly 24 are connected to the outputs of the operational amplifiers 42, 28, 26 respectively, and allow the display of the output signals on an oscilloscope (not shown) in the known manner .
FIG. 3 illustrates an alternative embodiment comprising amplifiers 52, 54, respectively receiving the inputs of the microphone elements 16, 18. These operational amplifiers 52,54 replace the amplifiers 26,28 of FIG. 2. A bandwidth switch 56 is selectively connected to one of the two feedback capacitors 58, 59 connected to the operational amplifier 52. The signals of body sounds are higher in frequency than heart signals and higher frequency noise components are filtered out
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thanks to the capacities and resistances provided in the amplifier control loop in the known manner.
By providing a double-acting capacitor system, as illustrated in FIG. 3, weak blocking of the higher frequency noise signals is ensured for better isolation of the heartbeat signals in a position of the two-way switch 56 .
The operational amplifier 54 includes a two-way bandwidth switch 60, which selectively connects to one of two feedback capacitors 61,62. The switches 56.60 are paired to ensure concurrent operation.
The gain adjustment devices 36.40, the oscilloscope jacks 48.49, 50 and the balance adjustment device 36 are mounted externally on the electronic assembly 24 to allow control by the user. A switch 64 ensures connection and disconnection with an internal battery supply 66 so as to save energy when the device is not in use. An autonomous power supply ensures the portable nature of the device.
Although the foregoing embodiments provide an acoustic output to a headphone horn or an electrical output to an electric headset, i.e., for example, headphones, it should be understood that provision may be made for other sensitive outputs remaining within the scope of the invention.
As an example, a visual output can be provided in the form of a connection to an oscilloscope
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cathode ray tube, or you can use a simple intermittent lighting device 1 responding to heartbeats. In addition, a loudspeaker or buzzer can be used to provide audible outputs for heartbeats.
In addition, the electrical outputs can be recorded in any known manner and then read into any desired output or display device.
Although the device according to the invention has been described with reference to medical applications, it should be understood that numerous industrial applications for the same device or a similar device, operating on the same principles, also exist. For example, the operation of running engines and the operation of devices immersed in circulating fluids are also practicable. The circuits are simple in construction, safe to operate, small in size, and economical to produce and operate.
The use of two inputs having different levels of the desired signals and. Relatively equal levels of an unwanted signal allows separation of the desired signal from unwanted signals through the use of a simple differential amplifier. Additional selectivity can be provided when the frequencies of the two signals are significantly different, by filtering, especially when the desired signal is in a known frequency band.
We can see that the goals mentioned
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previously, in addition to those which have appeared during the description, are achieved effectively and, as certain changes can be envisaged in the preceding constructions, it should be understood that the invention is not limited to the details described and / or illustrated.