BRPI0620547A2 - sensores para detecção de energia bioacústica, unidade de sensor e método de detecção de energia bioacústica - Google Patents

Abstract

SENSORES PARA DETECçãO DE ENERGIA BIOACúSTICA, UNIDADE DE SENSOR E MéTODO DE DETECçãO DE ENERGIA BIOACúSTICA. Trata-se de um sensor para a captação de energia bioacústica que inclui um invólucro que compreende uma interface configurada para estabelecer acoplamento ao corpo durante o uso do sensor. Uma estrutura de ancoramento é definida no invólucro. Um elemento transdutor possui uma extremidade de ancoramento e ao menos uma extremidade livre. A extremidade de ancoramento do transdutor é acoplada ao invólucro de modo que o elemento transdutor seja disposto para ser preferencialmente sensível á energia bioacústica transferida para o transdutor através da interface em relação a outras porções do invólucro.

Description

"SENSORES PARA DETECÇÃO DE ENERGIA BIOACUSTICA, UNIDADE DE SENSOR E MÉTODO DE DETECÇÃO DE ENERGIA BIOACÚSTICA"

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a dispositivos médicos de detecção e, mais particularmente, a sensores e dispositivos que incorporam tais sensores, cuja entrada são variações de energia bioacústica e a saída é uma conversão para outra forma de energia.

Antecedentes

Uma variedade de dispositivos tem sido desenvolvidos para detectar sons produzidos pelo corpo, como sons cardíacos. Dispositivos conhecidos abrangem desde dispositivos mecânicos, como o estetoscópio, a diversos dispositivos eletrônicos, como microfones e transdutores. O estetoscópio, por exemplo, é uma ferramenta fundamental usada no diagnóstico de doenças e condições do sistema cardiovascular. Funciona como a técnica mais comumente empregada para diagnósticos de tais doenças e condições, em cuidados primários com a saúde e em circunstâncias onde equipamentos médicos sofisticados não estão disponíveis, como áreas remotas.

Apesar de muitos estetoscópios eletrônicos estarem disponíveis no mercado, estes ainda precisam conquistar uma aceitação universal pelos médicos e outros profissionais da área médica. Razões possíveis para a rejeição de estetoscópios eletrônicos incluem a produção de ruídos ou artefatos que atrapalham o médico durante a avaliação do paciente, bem como limitações associadas à amplificação e reprodução de certos sons biológicos de interesse. Por exemplo, um som biológico pode estar presente, porém mascarado por um ruído, ou totalmente ausente, e muitos estetoscópios eletrônicos convencionais não são capazes de distinguir entre estes dois casos.

Ruídos que influenciam o desempenho do estetoscópio podem ser definidos como qualquer sinal além daquele de interesse. Diversos tipos de ruído incluem ruído externo ou ruído ambiente, ruído relacionado à auscultação, ruído gerado pelos circuitos eletrônicos do estetoscópio e ruído de natureza biológicá produzido pelo corpo do paciente, por exemplo.

Há uma necessidade por um sensor bioacústico com sensibilidade e robustez aprimoradas. Há uma necessidade, ainda, por um sensor que possa ser incorporado a diversos tipos ou dispositivos médicos de detecção, como estetoscópios, que forneçam uma razão entre sinal ruído aprimorada em relação à implementações convencionais. A presente invenção preenche estas e outras necessidades.

Sumário da Invenção

A presente invenção refere-se aos sensores para detecção de energia bioacústica e a métodos para usá-los. De acordo com uma modalidade da presente invenção, um sensor de energia bioacústica inclui um invólucro que compreende uma interface. A interface do invólucro é configurada para estabelecer acoplamento com o corpo durante o uso do sensor. Um elemento transdutor compreende ao menos uma extremidade livre e uma estrutura de ancoramento. Um elemento transdutor é acoplado fixamente ao invólucro em um único local de ancoramento através da estrutura de ancoramento, de forma que o elemento transdutor seja disposto para ser sensível preferencialmente à energia bioacústica transferida ao transdutor através da interface do invólucro e não à outras partes do invólucro. Ao menos um condutor é acoplado ao elemento transdutor.

A estrutura de ancoramento pode inclui uma estrutura de acoplamento maleável configurada para maleavelmente acoplar o elemento transdutor ao invólucro. A estrutura de ancoramento pode incluir uma estrutura de acoplamento rígida configurada para acoplar, rigidamente, o elemento transdutor ao invólucro. A estrutura de ancoramento, por exemplo, pode incluir um pedestal que possui uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. A primeira extremidade do pedestal pode ser acoplada à interface do invólucro e a segunda pode ser acoplada ao elemento transdutor. A estrutura de ancoramento pode definir uma estrutura unitária do invólucro.

O invólucro do sensor pode ser configurado para acoplamento manual ao corpo durante o uso. O sensor pode incluir uma estrutura de fixação acoplada ao invólucro e configurada para estabelecer afixação entre o invólucro e o corpo durante o uso. Por exemplo, o sensor pode incluir uma estrutura de adesão acoplada ao invólucro e configurada para estabelecer acoplamento adesivo entre o invólucro e o corpo durante o uso.

O elemento transdutor pode incluir somente uma extremidade livre ou pode incluir duas ou mais extremidades livres. 0(s) condutor(es) acoplados ao elemento transdutor podem incluir ao menos um condutor elétrico. Em uma outra configuração, o(s) condutor(es) acoplados ao elemento transdutor podem incluir ao menos um condutor óptico. O condutor óptico pode ser acoplado aos circuitos conversores. O circuito conversor pode estar localizado remotamente em relação ao sensor e configurado para converter um sinal óptico recebido em um sinal elétrico de saída. Os circuitos conversor podem ser acoplados a um ou mais conversores de energia elétrica para energia sonora, como um par de fones de ouvido. O circuito conversor pode ser acoplado a uma interface configurada para acoplar os circuitos conversores a um dispositivo eletrônico remotamente situado em relação ao sensor.

O invólucro do sensor pode incluir uma base e uma tampa. A base pode incluir a interface e a tampa pode ser acoplada à base através de uma estrutura de junta maleável. A tampa pode incluir material acusticamente absorvente. A interface do invólucro pode variar em dureza de relativamente flexível a substancialmente duro ou rígido. A interface do invólucro pode incluir ou pode ser formado por um material polimérico, um metal ou liga, um material composto ou um material de cerâmica ou cristalino. O elemento transdutor pode incluir primeira e segunda superfícies principais opostas. A primeira e a segunda superfícies principais do elemento transdutor podem ser substancialmente paralelas à interface do invólucro. O elemento transdutor é preferencialmente configurado para captar os sons produzidos por matéria de origem biológica. O elemento transdutor pode ser configurado para auscultação.

O sensor pode incluir uma estrutura configurada para modificar uma resposta de freqüência do elemento transdutor. Por exemplo, um elemento de massa pode ser disposto próximo à extremidade livre do elemento transdutor. Em uma implementação, o elemento de massa pode compreender material magnetizável. Um magneto pode ser configurado para interagir magneticamente com o material magnetizável do elemento de massa. A estrutura de magneto pode ser configurada para facilitar o ajuste da interação entre o magneto e o material magnetizável do elemento de massa.

O elemento transdutor é preferencialmente configurado para modular ou gerar um sinal elétrico em resposta à deformação do elemento transdutor. O elemento transdutor pode ser plano ou não-plano, como no caso de uma configuração curva ou corrugada. O elemento transdutor pode compreender material piezoelétrico, como uma película piezoelétrica ou um material ou elemento piezorresistivo. O elemento transdutor pode compreender um ou mais medidores de esforço ou um ou mais elementos capacitivos.

De acordo com outras modalidades, uma unidade de sensor pode incluir uma multiplicidade de elementos transdutores de um tipo aqui descrito. Cada elemento transdutor pode ser configurado para ter uma resposta de freqüência que difere da resposta de pelo menos um outro elemento transdutor do sensor. Por exemplo, cada elemento transdutor tem dureza, peso, formato e espessura e ao menos uma das características de dureza, peso, formato e espessura de cada elemento transdutor pode ser diferente da característica de pelo menos um outro elemento transdutor do sensor. Em uma configuração, cada elemento transdutor é sustentado a partir do invólucro por uma estrutura de ancoramento comum. Em uma outra configuração, cada elemento transdutor é sustentado a partir do invólucro por uma estrutura de ancoramentos distinta.

Os circuitos de controle de ganho podem ser fornecidos para que uma resposta de ganho de cada elemento transdutor possa ser seletivamente ajustável. Os circuitos de cancelamento de ruído podem ser fornecidos, os quais podem incluir um elemento transdutor auxiliar disposto dentro do invólucro além da interface do invólucro. Os circuitos de cancelamento de ruído podem ser acoplados ao elemento transdutor e ao transdutor auxiliar.

Um estetoscópio pode ser implementado para incluir um sensor de um tipo aqui descrito. O sensor pode incluir um único elemento transdutor ou uma multiplicidade de elementos transdutores de um tipo aqui descritos. Um capacete pode ser implementado para incluir um ou mais sensores de um tipo aqui descrito e pode incluir circuitos de cancelamento de ruído.

Um sensor pode ser implementado para incluir circuitos de comunicações configurados para facilitar comunicação com fio ou sem fio entre o sensor e um dispositivo exterior ao invólucro. Um sensor pode incluir circuitos de processamento de sinal, como um processador de sinal digital, acoplado ao elemento transdutor. Os circuitos de processamento de sinal podem ser configurados para filtrar e/ou desempenhar análise em um sinal de captação produzido pelo elemento transdutor.

De acordo com outra modalidade, um sensor para captar energia bioacústica inclui um invólucro que compreende uma interface configurada para estabelecer acoplamento com o corpo durante o uso do sensor. O sensor incluem, ainda, um elemento transdutor que compreende uma estrutura de ancoramento. O elemento transdutor é fixamente acoplado ao invólucro através da estrutura de ancoramento de forma que o elemento transdutor é disposto a ser, de preferência, sensível à energia bioacústica transferida ao transdutor através da interface do invólucro em relação a outras porções do invólucro. Um ou mais condutores são acoplados ao elemento transdutor. A estrutura de ancoramento pode ser configurada para acoplar, de modo fixo, um elemento transdutor ao invólucro em dois ou mais locais de ancoramento distanciados do elemento transdutor.

De acordo com uma modalidade adicional, um método para captar energia acústica envolve estabelecer acoplamento entre uma interface de um invólucro de sensor e o corpo da qual energia bioacústica emana. O método envolve, ainda, a excitação de um transdutor, disposto no invólucro de sensor e operável em um modo cantiléver, em resposta à energia bioacústica. O método envolve também modular e gerar um sinal pelo transdutor em reposta à excitação do transdutor.

Estabelecer acoplamento pode envolver o estabelecimento de acoplamento manual entre a interface do invólucro de sensor e o corpo. O acoplamento entre a interface e o corpo pode ser estabelecido através de adesão ou de uma estrutura de contenção fixável ao corpo.

O sinal modulado ou gerado pelo transdutor pode ser um sinal elétrico e o método pode, ainda, envolver a conversão do sinal elétrico em um sinal óptico e transmissão remota do sinal óptico do invólucro de sensor. Um resposta de freqüência do elemento transdutor pode ser modificada. O cancelamento de ruído pode ser realizado usando-se o elemento transdutor e ao menos um elemento transdutor auxiliar. Comunicação pode ser estabelecida entre um dispositivo disposto dentro do invólucro de sensor e uma dispositivo externo do invólucro de sensor. Diversos formas de processamento análogo e/ou sinal digital e/ou análise podem ser realizadas no sinal modulado ou geradas pelo transdutor.

O sumário acima da presente invenção não se destina a descrever cada modalidade ou todas as implementações da presente invenção. As vantagens e as realizações, junto com uma compreensão mais completa da invenção, se tornarão aparentes e apreciadas através de referências às seguintes descrições detalhadas e reivindicações tomadas em conjunto com os desenhos em anexo.

Breve Descrição dos Desenhos

A Figura 1 é um diagrama de um sensor que incorpora um transdutor montado para operar em um modo cantiléver, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 2 é um d iagrama de um sensor que incorpora um transdutor calibrado montado para operar em um modo cantiléver, a Figura 2 mostra ainda um transdutor auxiliar opcional que pode ser usado para desempenhar cancelamento de ruído, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 3 é um diagrama de um sensor que incorpora um transdutor calibrado montado para operar em um modo cantiléver e uma estrutura de controle magnético que interage magneticamente com o transdutor calibrado para modificar a resposta de freqüência do transdutor, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 4 é um diagrama de um sensor que incorpora uma multiplicidade de montagens de transdutor, o transdutor de cada montagem de transdutor configurada para ter uma resposta de freqüência que difere de outros transdutores do sensor, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 5 é um diagrama de um sensor que incorpora uma multiplicidade de transdutores montados em um estrutura de ancoramento comum, os transdutores são configurados para ter uma resposta de freqüência que difere de outros transdutores do sensor, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 6 é um diagrama de um sensor que incorpora um transdutor montado em um invólucro, o invólucro inclui uma camada adesiva que fornece acoplamento próximo entre o invólucro e o corpo durante o uso, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 7 é um diagrama de um sensor que incorpora um transdutor montado em um invólucro, o invólucro inclui uma estrutura de fixação elástica que fornece acoplamento próximo entre o invólucro e o corpo durante o uso, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 8 é um diagrama de um sensor que incorpora um transdutor montado em um invólucro, o formato do invólucro é configurado para fácil manuseio para facilitar acoplamento íntimo entre o invólucro e o corpo durante o uso, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 9a mostra um estetoscópio que inclui um sensor da presente invenção;

A Figura 9b mostra um capacete que inclui sensores da presente invenção;

A Figura 10 é um diagrama de blocos de circuitos de um sensor, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 11 é um diagrama de circuitos para comunicar sinais produzidos por um sensor que usa fibra óptica de acordo com uma modalidade da presente invenção; e

As Figuras 12a a 12f ilustram diversas configurações de sensor úteis, de acordo com modalidades da presente invenção.

Enquanto a invenção é adaptável a diversas modificações e formas alternativas, especificidades da mesma foram mostradas a título de exemplo nos desenhos e serão descritas em detalhe. Deve-se compreender, entretanto, que a intenção não é limitar a invenção para as modalidades específicas descritas. Em oposição, a intenção é proteger todas as modificações, equivalências e alternativas contidas no escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações em anexo. Descrição Detalhada das Diversas Modalidades

Na descrição a seguir das modalidades ilustradas, é feita referência aos desenhos anexos que são parte desta descrição e nos quais são mostradas, por meio de ilustração, diversas modalidades nas quais a invenção pode ser praticada. Deve-se compreender que as modalidades podem ser utilizadas e alterações estruturais pode ser feitas sem que se desvie do escopo da presente invenção.

A presente invenção refere-se a sensores que são configurados para serem sensíveis aos sons produzidos por matéria de origem biológica. Sensores e dispositivos que incorporam tais sensores incluem aqueles configurados para auscultação e podem ser configurados para serem sensíveis aos sons produzido pelo coração, pulmões, cordas vocais ou outros órgãos ou outros tecidos do corpo, por exemplo. A título de exemplo, um sensor da presente invenção pode ser incorporado em um estetoscópio eletrônico, um capacete ou outro aparelho ou instrumento usado ou acoplado externamente que capta sons produzidos pelo corpo. Um sensor da presente invenção pode também ser configurado para fixação temporária ou permanente dentro do corpo, como um monitor de som do coração ou dos pulmões implantado dentro do corpo, por exemplo.

Sensores da presente invenção pode ser implementados para serem preferencialmente sensíveis a uma faixa de freqüências associadas à audição humana. Compreende-se, entretanto, que freqüências associadas com sons emanados pelo corpo abaixo e/ou acima da faixa auditiva de freqüências pode também ser percebidas pelos sensores da presente invenção. Por exemplo, os sensores da presente invenção podem ser implementados para captar sons emanados pelo corpo a freqüências que variam bem acima da CC e a cerca de 25 kHz. Os sensores da presente invenção podem produzir uma saída audível que está contida na faixa auditiva de freqüências ou pode produzir um sensor elétrico ou óptico que inclui conteúdo acima e/ou abaixo da faixa auditiva de freqüências.

Os sensores bioacústicos da presente invenção preferencialmente incorporam um transdutor que é configurado para modular ou gerar um sinal elétrico em resposta à deformação do transdutor. Os transdutores adequados são aqueles que incorporam material piezoelétrico (material piezoelétrico orgânico e/ou inorgânico), material piezorresistivo, medidores de esforço, elementos capacitivos ou indutivos, um transformador diferencial variável linear e outros materiais ou elementos que modulam ou geram um sinal elétrico em resposta à deformação. O transdutor pode ser plano ou não-plano, como no caso de uma configuração curva ou corrugada. Os materiais piezo adequados podem incluir películas de polímero, espumas poliméricas, cerâmica, materiais compósitos ou combinações destes. Ademais, a presente invenção pode incorporar matrizes de transdutores do mesmo tipo ou de tipo diferente de transdutor e/ou materiais de transdutor diferentes, sendo que todos podem ser conectados em série, individualmente ou em uma estrutura de múltiplas camadas.

Concluiu-se que películas piezoelétricas são materiais de transdução particularmente úteis para captação de energia bioacústica, especialmente quando implementadas em um transdutor configurado para operar em um modo cantiléver. Uma película piezoelétrica adequada para um sensor bioacústico da presente invenção é MINISENSE-100 disponível junto à Measurement Specialties, Inc. na cidade de Hampton, VA. Um transdutor adequado para uso em um sensor bioacústico da presente invenção que incorpora uma película piezoelétrica é apresentado na Publicação de Patente N0 U.S. 2003/0214200, a qual é aqui incorporada, a título de referência.

Um transdutor fixo em cantilever, conforme aqui observado, inclui uma única extremidade de ancoramento ou localização e ao menos uma extremidade livre. Em diversas modalidades, um transdutor fixo em cantilever da presente invenção inclui uma extremidade de ancoramento e uma extremidade livre. Em outras modalidades, um transdutor fixo em cantilever da presente invenção inclui uma extremidade de ancoramento e mais de uma extremidade livre. Exemplos de tais modalidades são discutidos mais adiante neste documento.

Os inventores descobriram que um sensor bioacústico que incorpora um transdutor fixo em cantilever ancorado a um invólucro de suficiente integridade fornece uma sensibilidade significativamente maior em relação a uma estrutura de transdutor sem cantilever. A sensibilidade de tal transdutor fixo em cantilever pode ser aumentada, ainda, através da adição de uma massa adjacente à extremidade livre do transdutor. Em um experimento que envolve o uso de um transdutor de película piezoelétrica, a sensibilidade do sensor foi aprimorada mais de 20 vezes através da operação do transdutor em um modo cantiléver e através da adição de uma massa à extremidade livre do transdutor.

Voltando agora às Figuras, a Figura 1 ilustra um sensor que incorpora um transdutor montado para operar em um modo cantiléver, de acordo com uma modalidade da presente invenção. De acordo com a modalidade da Figura 1, um sensor 10 inclui um invólucro 12 para o qual um conjunto transdutor 11 é montado por meio de uma estrutura de ancoramento 18. A montagem de transdutor 11 inclui um transdutor 14, o qual é sustentado por, ou de outro modo montado para, a estrutura de ancoramento 18. O transdutor 14 inclui um ou mais contatos elétricos que permitem conexão(ões) a um ou mais condutores 16. O condutores 16 são tipicamente fios ou condutores elétricos, porém podem alternativamente ser fibras ópticas acopladas a circuitos conversores de sinal elétrico para sinal óptico, como no caso de uma modalidade discutida mais adiante neste documento.

Na modalidade mostrada na Figura 1, o transdutor 14 é montado para o invólucro 12 de forma que opere em um modo cantiléver. Contemplam- se muitas configurações de montagem que permitem que o transdutor 14 opere em um modo cantiléver. O transdutor 14 mostrado na Figura 1 tem uma extremidade livre 17 e uma extremidade de ancoramento 19. A extremidade de ancoramento 19 é acoplada a uma estrutura de ancoramento 18.

A estrutura de ancoramento 18, de acordo com a modalidade ilustrada na Figura 1, inclui um pedestal 20 que é fixado ao invólucro 12 em uma extremidade e acoplado à extremidade de ancoramento 19 do transdutor 14 na outra extremidade. O pedestal 20 pode variar em altura em relação àquele mostrado na Figura 1, porém precisa fornecer folga suficiente entre a extremidade livre 17 do transdutor 14 e a superfície de invólucro ou outra estrutura potencialmente obstrutiva do sensor 10 durante a operação. O pedestal 20 pode ser fixado ao invólucro 12 usando-se uma estrutura de fixação rígida ou maleável 22, como epóxi, ligação química, solda ou junta de solda, rosca(s)/porca(s), rebite(s) ou outros acoplamentos mecânicos ou adesivos sensíveis à pressão, por exemplo. Uma estrutura de fixação adequada 22 pode incluir Fita de Transferência Adesiva Scotch, N0 924 ou Adesivo de epóxi de Solda Scotch, N0 DP100, ambos disponíveis junto à 3M, St, Paul, MN1 EUA.

Acredita-se que disposições de fixação menos maleáveis forneceriam melhor transmissão de vibrações provenientes da interface 13 do invólucro para o pedestal 20 e o transdutor 14. O pedestal 20 ou outra forma de estrutura de ancoramento 18 pode definir uma estrutura unitária do invólucro 12, como uma protuberância que projeta-se a partir do interior da superfície do invólucro 12 formado durante a moldagem do invólucro 12.

A extremidade de ancoramento 19 do transdutor 14 pode ser montada de maneira articulada ou fixada ao pedestal 20. O transdutor 14 é construído para permitir que uma região definida entre as extremidades livres e de ancoramento 17, 19 se flexione em resposta a forças que atuam no transdutor 14. A deformação do transdutor 14 durante a flexão facilita a modulação ou geração de um sinal elétrico. O transdutor 14 incorpora preferencialmente material piezoelétrico para efetuar a transdução de deformação mecânica do transdutor 14 em um parâmetro elétrico mensurável, apesar de que outros materiais e transdutores são contemplados conforme anteriormente discutido.

Por meio de exemplo não-limitador, dependendo da configuração de transdutor 14, o tipo de material piezorresponsivo usado e a orientação e maneira de deformação do material piezorresponsivo, uma resposta elétrica útil pode ser desenvolvida em eletrodos localizados em diversas regiões do material piezorresponsivo. Conexões elétricas podem ser feitas para polímero condutivo, folha metálica ou tintas condutoras laminadas ou sanduíches que contém material piezorresponsivo, por exemplo. Parâmetros elétricos mensuráveis que podem ser produzidos por tal material piezorresponsivo incluem uma tensão, uma corrente ou uma alteração em resistência elétrica.

Sabe-se que determinados polímeros semi-cristalinos, como fluoreto de polivinilideno de fluoropolímero polarizado (PVDF), têm propriedades piezorresponsivas, as quais podem incluir resposta piezoelétrica. PVDF é usado em diversos sensores para produzir uma tensão como uma função de força ou deslocamento. Os materiais piezoelétricos de resina polimérica são particularmente úteis, já que os polímeros podem ser incorporados como elementos de detecção, os quais são tanto flexíveis quanto elásticos, e desenvolvem um sinal de detecção que representa deformação resilientemente tracionada quando sujeita à força.

Em uma modalidade, o transdutor 14 inclui uma tira fina de um polímero piezelétrico adequado como um elemento de detecção. O elemento de detecção do transdutor 14 é orientado para que a tira possa estar sujeita à deflexão, a qual resulta em compactação ou tensão do elemento de detecção em resposta à força aplicada. Os contatos elétricos são realizados com o elemento de detecção para que um sinal de tensão seja produzido em resposta à força. A deformação do elemento de captação do transdutor 14 altera as posições relativas de cargas na cadeia de polímero ou em estrutura de treliça semi-cristalina, por meio disso produz-se uma tensão que possui uma amplitude relacionada (por exemplo, relacionada de modo proporcional) à magnitude da deformação do elemento de captação.

O invólucro 12 mostrado na Figura 1 inclui uma interface 13. Os sinais bioacústicos, Sbs, produzidos a partir do interior do corpo, por exemplo, são mostrados colidindo-se contra a interface 13. A interface 13 do invólucro é configurada para estabelecer acoplamento ao corpo durante o uso do sensor 10. Por exemplo, a interface 13 pode ser a superfície do invólucro 12 que entra em contato com o tórax de um paciente ou vestuário que cobre o tórax. O invólucro 12 inclui, também, uma parte sem interface 15, a qual pode ser uma região do invólucro 13 que está voltada para o meio-ambiente durante o uso do sensor 10. A parte sem interface 15, a qual pode ser uma tampa separável, pode incorporar material acusticamente absorvente ou outro material ou estrutura de atenuação de vibração.

O conjunto transdutor 11 é montado no interior do invólucro 12 para que o transdutor 14 seja preferencialmente sensível à energia bioacústica transmitida ao transdutor 14 através da interface 13 em relação a outras porções do invólucro 12, como a parte sem interface 15. Na configuração mostrada na Figura 1, por exemplo, o transdutor 14 tem duas superfícies principais opostas 21a, 21b. O conjunto transdutor 11 é montado no interior do invólucro 12 para que as superfícies principais 21a, 21b do transdutor 14 sejam substancialmente paralelas à interface 13 do invólucro 14. Outras orientações são possíveis dependendo do transdutor especificado e das características e aspectos específicos do invólucro. As orientações preferenciais entre o transdutor 14 e a interface 13 do invólucro 12 são aquelas que fornecem razões entre sinal ruído elevadas.

A interface 13 do invólucro 12 é preferencialmente formada a partir de, ou incorpora, um material que facilita a transmissão de vibrações provenientes da interface 13 ao transdutor 14, tais vibrações resultam de uma energia bioacústica que emana do corpo e que colide no invólucro 12. A interface 13 tem preferencialmente integridade suficiente para sustentar o transdutor 14. Concluiu- se que uma ampla variedade de materiais que possui elasticidade variante pode ser usada, que varia de relativamente flexível para substancialmente rígido.

Os materiais adequados ou viáveis para a interface 13 incluem materiais poliméricos, metais que incluem ligas, compósitos, materiais cristalinos ou cerâmicos. Por exemplo, materiais adequados ou viáveis incluem materiais viscoelásticos, espumas (por exemplo, espuma de baixa densidade de poliuretano de célula aberta), materiais termoplásticos, materiais termofixos, materiais de papel (por exemplo, papelão) e materiais minerais (por exemplo, mica). Outros exemplos incluem policarbonato, estireno, ABS, polipropileno, alumínio e outros plásticos e ligas metálicas na forma de lâminas. Compreende- se que esta listagem de materiais é usada somente para fins ilustrativos e não constitui uma identificação exaustiva de materiais adequados e viáveis.

Acredita-se que o uso de material relativamente rígido para a interface 13 aumenta a sensibilidade do transdutor 14 para sinais bioacústicos. Acredita-se que uma ampla gama de materiais e dureza fornece sensibilidade de transdutor aprimorada.

O desempenho do sensor 10 pode ser aprimorado através da adição de uma disposição configurada para modificar uma resposta de freqüência do transdutor 14. Tal estrutura pode ser de formato, dureza, peso ou espessura específicos do transdutor 14. Alterar um ou mais destes parâmetros podem modificar a resposta de freqüência do transdutor 14. Em uma implementação de sensor que inclui múltiplos transdutores, por exemplo, cada transdutor pode proporcionar uma resposta de freqüência diferente já que possui ao menos uma das característica de dureza, peso, formato e espessura que difere daquelas de outros transdutores do sensor.

A Figura 2 ilustrar um sensor que incorpora um transdutor calibrado montado para operar em um modo cantiléver, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Tal modalidade é semelhante à que é mostrada na Figura 1, porém com a adição de uma massa 14 adjacente à extremidade livre 17 do transdutor 14. Concluiu-se que a adição da massa 24 aprimora a sensibilidade do transdutor 14. Ademais, a presença da massa 24 no transdutor 14 influencia a resposta de freqüência do transdutor 14. Concluiu- se que alterar o peso e/ou localização da massa altera a resposta de freqüência do transdutor 14. Tal fenômeno pode ser explorado com o propósito de ajustar a resposta de freqüência de um dado transdutor 14 para aumentar sua sensibilidade a uma faixa de freqüência de particular interesse.

Por exemplo, um primeiro transdutor de um sensor 10 pode ser adequadamente calibrado para ser preferencialmente sensível aos sons do coração, enquanto um segundo transdutor do sensor 10 pode ser adequadamente calibrado para ser preferencialmente sensível aos sons dos pulmões. Por meio de exemplos adicionais, um primeiro transdutor de um sensor 10 pode ser adequadamente calibrado para ser preferencialmente sensível aos sons associados à atividade normal de fechamento de válvula do coração na faixa de freqüências 10 a 200 Hz, enquanto um segundo transdutor do sensor 10 pode ser adequadamente calibrado para ser preferencialmente sensível aos sons associados à atividade anormal de fechamento de válvula do coração (por exemplo, estenose de válvulas) na faixa de 10 a 700 Hz.

A Figura 2 mostra, ainda, em linha tracejada, um transdutor auxiliar opcional 6 montado no interior do invólucro 12. O transdutor auxiliar 6 é preferencialmente usado para implementar uma metodologia de cancelamento de ruído pelo sensor 10. Por exemplo, o transdutor auxiliar 6 pode ser montado em um local de invólucro que fornece sensibilidade preferencial aos ruídos do ambiente. Conforme mostrado na Figura 2, o transdutor auxiliar 6 é montado na parte sem interface 15 (por exemplo, tampa) do invólucro 12. Nesta configuração, o transdutor auxiliar 6 é preferencialmente sensível à vibrações que resultam de ruídos do ambiente que se chocam na parte sem interface 15 do invólucro 12. O sinal modulado ou produzido pelo transdutor auxiliar 6 pode ser usado para cancelar o conteúdo do sinal modulado ou produzido pelo transdutor 14 que é atribuível aos ruídos do ambiente.

Diversos métodos conhecidos para efetuar o cancelamento de ruídos do ambiente usando-se sinais modulados ou produzidos pelo transdutor auxiliar 6 e pelo transdutor 14 podem ser usados. O transdutor auxiliar 6 pode ter construção e configuração igual ou similar a do transdutor 14 ou elas podem ser diferentes.

A Figura 3 é um diagrama de um sensor que incorpora um transdutor calibrado montado para operar em um modo cantiléver e uma estrutura de controle magnético que interage magneticamente com o transdutor calibrado para modificar a resposta de freqüência do transdutor, de acordo com uma modalidade da presente invenção. De acordo com essa modalidade, uma massa 34 de material magnético ou magnetizável, como um peso ferromagnético, está disposta de modo adjacente à extremidade livre 17 do transdutor 14.

Um mecanismo de ajuste de resposta de freqüência 35 é mostrado para incluir um magneto 36 acoplado a um atuador 38. O imã 36 pode ser um imã permanente ou um eletroímã. O atuador 38 e imã 36 cooperam para ajustar a força de um campo magnético definido entre o imã 36 e a massa 34. Por exemplo, a posição do imã 36 em relação à massa 34 pode ser alterada para ajustar a força de um campo magnético definido entre o imã 36 e a massa 34. A alteração na posição relativa entre o imã 36 e a massa 34 pode ser continuamente variável ou pode ser variável em uma forma gradual. No caso de um eletroímã, a corrente de suprimento pode ser ajustado para alterar a força do campo magnético. A posição do imã 36 em relação ao peso 34 afeta o amortecimento do transdutor 14, portanto altera a resposta de freqüência do transdutor 14. Por exemplo, com o imã 36 posicionado de maneira próxima em relação à massa 34, o transdutor 14 seria mais sensível aos sons de alta freqüência. Com o imã 36 posicionada de maneira distante em relação à massa 34, o transdutor 14 seria mais sensível aos sons de freqüência mais baixa. O mecanismo de ajuste de resposta de freqüência 35 pode ser atuado (mecanicamente ou automaticamente) para ajustar efetivamente a resposta de freqüência do transdutor 14, o que permite que o médico detecte preferencialmente sons corporais (por exemplo, sons emanados pelo coração) que possuem diferentes características de freqüência. Um ou mais mecanismos de ajuste de resposta de freqüência 35 podem ser usados por um dado sensor 10.

A Figura 4 é um diagrama de um sensor 10 que incorpora uma multiplicidade de montagens de transdutor 11a a 11n. Os transdutores 14a a 14n de cada montagem de transdutor 11a a 11n são configurado para ter uma resposta de freqüência que difere de outros transdutores 14a a 14n do sensor 10. Conforme discutido anteriormente, a resposta de freqüência de um transdutor 14 é governado por diversos parâmetros, de maneira mais notável o formato, a dureza, o peso e a espessura do elemento de transdução efetivo de um transdutor 14. Alterar um ou mais destes parâmetros podem modificar a resposta de freqüência do transdutor 14. Na modalidade mostrada na Figura 4, a massa 34a a 34n de cada transdutor 14a a 14n possui peso diferente, que resulta em cada transdutor 14a a 14n que possui uma resposta de freqüência diferente. Compreende-se que é necessário ter cuidado na prevenção e filtragem posterior a qualquer conversação cruzada que pode ocorrer entre as várias montagens de transdutor 11a a 11n.

Observa-se que outros parâmetros podem variar entre as montagens de transdutor 11a a 11n para atingir respostas de freqüência e/ou sensibilidades distintas, como a localização da massa 34a a 34n no transdutor 14a a 14n. A Figura 4 mostra outros elementos das montagens de transdutor 11a a 11η que pode ser variados para fornecer características de resposta de freqüência e/ou sensibilidade distintas, como a altura do pedestal da estrutura de ancoramentos 18a a 18n. O invólucro 12 e mais especificamente a interface 13, pode incluir características que fornecem uma resposta de freqüência distinta através de um conjunto de transdutores 14a a 14n. Por exemplo, a espessura, material ou outro aspecto de uma região da interface 13 que sustenta cada transdutor 14a a 14n podem variar. Elementos de formato e material variados podem ser inseridos na interface 13 para que influencie a resposta de freqüência e/ou sensibilidade de cada transdutor 14a a 14n da maneira desejada. Como tal, diferenças na resposta de freqüência e/ou sensibilidade de múltiplos transdutores 14a a 14n podem ser alcançadas ao menos em parte através do fornecimento de diferenças na construção ou material do invólucro em regiões que sustentam ou influenciam cada um dos transdutores 14a a 14n.

A Figura 5 é um diagrama de um sensor 10 que incorpora uma multiplicidade de transdutores 14a a 14n, a qual pode ser montada para um substrato comum. Nesta modalidade ilustrativa, cada um dos transdutores 14a a 14n tem um comprimento que difere de outros transdutores 14a a 14n do sensor 10. O peso das massas 34a a 34n dos transdutores 14a a 14n nesta modalidade é igual, sendo que compreende-se que as massas 34a a 34n podem ser diferentes em peso e localização. Os transdutores 14a a 14n do comprimento variado fornecem sensibilidade aos sons corporais de freqüência variante.

A Figura 5 mostra um número de elementos de transdutores distintos 51a a 51η montados em um substrato comum. Cada um dos elementos de transdutores distintos 51a a 51η é situado em uma localização diferente no transdutor 14a. Portanto, cada elemento de transdutor distinto 51a a 51η pode ser sensível à excitações de freqüências diferentes. Os elementos de transdutor 51a a 51n podem ser do mesmo tipo e tamanho ou podem ser diferentes em estas ou outras características. Compreende-se que transdutores individuais de um dada montagem de multi-transdutor são, de preferência, acoplados aos circuitos de captação/detecção ou processador do sensor através de canais individuais, com tamponagem adequada fornecida para cada canal. Apesar de tais canais serem tipicamente definidos por um ou mais condutores dedicados para cada transdutor, várias técnicas de multiplexação de freqüência ou tempo podem ser usadas para reduzir a complexidade do esquema de fiação do sensor.

Médicos prontamente avaliam que detectar sintomas cardíacos relevantes e formar um diagnóstico com base em sons ouvidos através de um estetoscópio, por exemplo, é uma habilidade que pode levar anos para ser adquirida e refinada. A tarefa de detectar acusticamente atividade cardíaca anormal é complicada pelo fato de que os sons cardíacos são freqüentemente separados um do outro por períodos de tempo muito curtos e que sinais que caracterizam desordens cardíacas são freqüentemente menos audíveis do que sons cardíacos normal.

Foi relatado que a habilidade de estudantes de medicina para reconhecer corretamente sopros cardíacos é insatisfatória. Em um estudo, descobriu-se que somente 13,5 ± 9,8% dos estudantes conseguiram diagnosticar corretamente sopros cardíacos e que este nível não melhora nos anos subseqüentes de treinamento através de palestras, demonstração de sons cardíacos e então atividades clínicas. Foi descoberto, ainda, através de experimentação psicoacústica, que um som precisa ser repetido de 1200 a 4400 vezes para que o cérebro reconheça diferenças. Usando-se esta informação, estudos foram realizados para avaliar o efeito da repetição de sons cardíacos na habilidade de um médico para diagnosticar de maneira correta. Tal estudo foi realizado com 51 médicos residentes que forneceram o diagnóstico de quatro sopros cardíacos básicos, onde cada sopro for repetido 500 vezes. Uma melhora significativa (85 ± 17,6%) da proficiência auscultatória foi observada, o que demonstra que repetir os sons cardíacos de interesse cerca de 500 vezes resulta em elevação da proficiência para reconhecer corretamente sopros cardíacos básicos.

Deve-se apreciar que há mais de 40 sons diferentes conhecidos provenientes de sopros do coração. Isto representaria um desafio para que médicos escutem cada som proveniente do coração 500 vezes e lembrem cada um dos 40 sons cardíacos conhecidos, já que o cérebro tem tendência a perder a memória se o som não foi escutado por um longo tempo.

O declínio da habilidade de diagnóstico por meio de auscultação cardíaca contribuiu para a situação onde tanto pacientes quanto médicos recorrem à métodos de diagnósticos alternativos. Foi informado que aproximadamente 80% dos pacientes encaminhados a cardiologistas apresentam batimento cardíaco normal ou somente sopros cardíacos benignos.

Tais falsos positivos constituem uma despesa e perda de tempo significativas tanto para os pacientes quanto para os cardiologistas.

Um sensor bioacústico da presente invenção pode ser implementado para que seja sensível aos sons cardíacos de diversos tipos e características. Por exemplo, um sensor pode incorporar diversos transdutores, cada um dos quais é preferencialmente sensível a uma freqüência ou faixa de freqüências associadas a um ou inúmeros sons cardíacos conhecidos. Por exemplo, transdutores individuais podem ser "finamente ajustados" para detectar sopros cardíacos específicos. Pode ser empregada uma técnica de chaveamento ou de varredura por meio da qual cada transdutor de uma matriz de transdutores é ativado seletivament e para escuta pelo médico ou para enviar um sinal para um dispositivo de exibição ou audição, por exemplo através do uso de uma conexão de comunicação sem fio.

Em uma implementação mais complexa, perfis de sons dos 40 ou mais sons cardíacos conhecidos podem ser desenvolvidos (por exemplo, perfis morfológicos de sinal ou perfis de espectro de freqüência). Um processador, como um processador de sinal digital, pode executar uma comparação entre sons cardíacos detectados e perfis de sons cardíacos de uma biblioteca de tais perfis para determinar a presença ou ausência de sons cardíacos específicos emanados pelo paciente. Diversos algoritmos, como algoritmos de correlação ou de reconhecimento de padrão, podem ser empregados para realizar a comparação.

A capacidade de ajuste de resposta de freqüência do sensor bioacústico 10 da presente invenção permite vantajosamente que um único sensor tenha sensibilidade de banda larga para um amplo espectro de sons emanados pelo corpo e a habilidade de ter como alvo as freqüências de sons de particular interesse emanados pelo corpo.

A Figura 6 é um diagrama de um sensor 10 que incorpora uma montagem de transdutor 11 disposta em um invólucro 12. O invólucro 12 inclui uma camada adesiva 48 que fornece acoplamento estreito e seguro entre o invólucro do sensor 12 e o corpo durante o uso. Um forro de remoção 49 pode cobrir a camada adesiva 48 e ser removido antes que o sensor 10 seja usado.

A camada adesiva 48 fornece preferivelmente acoplamento acústico satisfatório entre o sensor 10 e o corpo do paciente (por exemplo, pele ou vestuário externo). Diversos adesivos conhecidos e disposições de forro de remoção podem ser empregados. Por exemplo, adesivos semelhantes às fitas adesivas sensíveis à pressão usadas na construção de eletrodos de eletrocardiograma (ECG) para aderirem à pele podem ser usados. Um exemplo de tal fita é a fita Micropore com adesivo, N0 9914, fita de não-tecido para pele, disponível junto à 3M, localizada em St. Paul, MN1 EUA. Um sensor configurado de acordo com a Figura 6 pode ser particularmente útil no contexto de um dispositivo de detecção descartável, como um estetoscópio descartável.

O invólucro 12 mostrado na Figura 6 é um invólucro de duas partes que inclui uma base 40 e uma tampa 42. A base 42 é preferivelmente formada por um material relativamente rígido, já que a base 42 incorpora uma interface conforme descrito anteriormente neste documento. A tampa 42 pode ser formada a partir do mesmo material ou de material diferente da base 40 e fixada à base 40 usando-se uma estrutura de acoplamento conhecida. Uma interface maleável 44 pode ser formada entre a base 40 e a tampa 42. A interface maleável 44 é formada por um material que atenua vibrações transmitidas ao longo ou através da tampa 42, tipicamente originadas no meio ambiente. Ademais e conforme anteriormente discutido, a tampa 42 pode ser formada a partir de um material acusticamente absorvente que auxilia reduzindo a excitação do transdutor devido aos ruídos do ambiente. O fornecimento de isolamento ou atenuação de vibração entre a tampa 42 e a base 40 atenua vantajosamente vibrações produzidas a partir de tais fontes ambientais (por exemplo, sons não corporais) e portanto, eleva a sensibilidade do sensor 10 aos sons produzidos pelo corpo.

A Figura 7 é um diagrama de um sensor 10 que incorpora um invólucro 12 que possui uma estrutura de fixação 50. A estrutura de fixação 50 facilita a fixação do sensor 10 ao corpo de um paciente durante o uso e sua fácil remoção do paciente após o uso. Na modalidade mostrada na Figura 7, a estrutura de fixação 50 inclui uma ou mais faixas elásticas 54 que são acopladas ao invólucro 12 do sensor 10. As faixas elásticas 54 são de comprimento e elasticidade suficientes para serem estendidas ao redor da parte de interesse do corpo do paciente. As extremidades de faixas elásticas 54 são dotadas de uma estrutura de acoplamento adequada que permite a conexão seguro do sensor 10 ao paciente durante o uso. Em uma configuração alternativa, as estrutura de fixação 50 pode incluir uma ou mais tiras de fita adesiva, as quais podem ser representadas por bandas ou tiras adesivas (elásticas ou não-elásticas) 54 na Figura 7.

Em uma implementação e conforme mostrado na Figura 7, o sensor 10 pode ser removível em relação à estrutura de fixação 50. Por exemplo, uma interface de gancho e laço 52 pode ser fornecida entre o invólucro 12 e as faixas elásticas 54. O uso de tal interface de gancho e laço 52 torna mais fácil a remoção e substituição de sensores 10 em relação à estrutura de fixação 50. A título de exemplo, diversos sensores 10 podem estar disponíveis para um médico, cada um sendo configurado para captar um som particular proveniente do corpo. Sensores 10 podem ser permutados durante a avaliação de um paciente com facilidade relativa, sem ter que ajustar ou remover a estrutura de fixação 50.

A Figura 8 é um diagrama de um sensor 10 que incorpora um invólucro 12 e que possui um formato configurado para fácil manipulação e para facilitar o acoplamento manual entre o invólucro 12 e o corpo durante o uso, de acordo com uma modalidade da presente invenção. O formato do invólucro 12 pode ser ergonomicamente feito para um uso específico do sensor. O invólucro 12 mostrado na Figura 8 pode facilitar a manipulação do sensor 10. Por exemplo, um médico pode segurar a projeção de cabo 80 do invólucro 12 e aplicar a interface 13 do invólucro á pele ou vestuário externo do paciente. O sensor 10 pode ser mantido no local pelo médico durante a avaliação. Compreende-se que outros formatos de invólucro são contemplados.

A Figura 9a mostra um estetoscópio que incorpora um sensor da presente invenção. O estetoscópio 90 é um estetoscópio eletrônico configurado para incluir componentes tradicionais, como um par de auscultadores 95a, 95b, tubos auriculares 97a, 97b e um tubo principal 93. O tubo principal 93 é acoplado a um invólucro principal 115, dentro do qual um sensor 10 de um tipo descrito anteriormente está disposto. Outros componentes que podem ser dispostos no invólucro principal 115 incluem uma fonte de alimentação 92, circuitos de processamento de sinal 94 e um dispositivo de comunicações 112.

Os circuitos de processamento de sinal 94 podem executar uma análise mais sofisticada de sinais bioacústicos recebidos do sensor 10, por exemplo a análise de perfil de sons corporais conforme discutido acima. Os circuitos de processamento de sinal 94 podem executar diversas formas de análise estatística em sinais produzidos pelo sensor. Em tais configurações, os circuitos de processamento de sinal 94 podem incluir um processador de sinal digital. Alternativamente, ou adicionalmente, um sistema externo 114 pode executar todo ou algum processamento e análise de sinal. O sistema externo 114 pode incluir um visor, um sistema de som, uma impressora, uma interface de rede e uma interface de comunicações configurada para estabelecer comunicação uni ou bidirecional com o dispositivo de comunicações 112 disposto no invólucro principal 115 do estetoscópio 90.

O dispositivo de comunicações 112 pode ser implementado para estabelecer uma conexão de freqüência de rádio (RF) convencional que é usada tradicionalmente para efetuar comunicações entre sistemas locais e remotos, tal como é conhecido na técnica. A conexão de comunicação entre o dispositivo de comunicações 112 e o sistema externo 114 pode ser implementada usando-se uma interface de comunicação sem fio de curto alcance, como uma interface de acordo com um padrão de comunicações conhecido, como um padrão de Bluetooth, padrões IEEE 802 (por exemplo, IEEE 802.11) ou outro protocolo sem fio de poder público ou particular.

A Figura 9b mostra um capacete 91 que incorpora sensores 10a e 10b de um tipo aqui descrito. De acordo com a modalidade mostrada na Figura 9b, sensores 10a e 10b podem ser implementados para fornecer escuta aprimorada pelo usuário do capacete 91 e pode, ainda, fornecer cancelamento de ruídos provenientes do ambiente, como da maneira anteriormente descrita com referência à Figura 2. Os sensor 10a e 10b ou outros sensores podem ser implementados para funcionar como um captador de voz, o desempenho do qual pode ser aprimorado pela capacidade de cancelamento de ruídos provenientes do ambiente de um tipo anteriormente descrito. Diversos dispositivos e aparelhos que podem ser implementados para incluir um ou mais sensores da presente invenção estão apresentados nas patentes U.S. n° 4.756.028, 5.51.865, 5.853.005 e D433.776, as quais são, por meio desta, aqui incorporadas a título de referência.

A Figura 10 é um diagrama de blocos que mostra diversos componentes de um sensor 10 de acordo com uma modalidade da presente invenção. De acordo com a modalidade mostrada na Figura 10, um ou mais sensores 10 de um tipo descrito anteriormente estão acoplados a um amplificador 102, tipicamente de acordo com uma configuração diferencial. Em uma implementação que emprega diversos sensores 10 ou múltiplos transdutores, cada um deles pode ser acoplado a um amplificador 102 distinto. O amplificador 102 pode incluir um primeiro estágio que está situado na montagem de transdutor, como em, ou próximo à extremidade de ancoramento de um transdutor. Este primeiro estágio do amplificador, se necessário, pode servir primeiramente para converter uma alta impedância do transdutor, como a de um transdutor piezoelétrico, para uma impedância mais baixa e menos susceptível a ruídos. Um amplificador no segundo estágio pode ser usado para amplificar o sinal de captação produzido na saída do primeiro estágio.

Os circuitos de processamento de sinal 104 podem ser acoplados ao amplificador 102. A sofisticação dos circuitos de processamento de sinal 104 pode variar de simples à complexa. Por exemplo, os circuitos de processamento de sinal 104 podem incluir um filtro de entalhe simples que possui uma freqüência central de 60 Hz para propósitos de atenuação de ruídos devido a fontes de alimentação comuns. Os circuitos de processamento de sinal 104 podem incluir um ou mais filtros de passagem de banda que aprimoram a sensibilidade e/ou razão entre sinal ruído do conteúdo de interesse do sinal de transdutor.

Uma filtragem mais sofisticada pode ser realizada no sinal de detecção para melhorar a detecção de sons corporais de interesse. Tais filtros podem incluem filtros análogos e/ou digitais. Processadores de sinal digital e análogo relativamente sofisticados e processadores de sinal digital podem ser usados para fornecer um processamento de sinal mais complexo, como reconhecimento de padrão, separação de fonte, correlação de recurso e cancelamento de ruídos.

Um dispositivo de comunicações 112 pode ser acoplado a uma saída do amplificador 102. O dispositivo de comunicações 112 pode ser de um tipo anteriormente descrito que fornece uma conexão de comunicação entre o dispositivo de comunicações 112 e o sistema externo. Uma fonte de alimentação 110 fornece alimentação aos componentes ativos do sensor. Um processador/controlador 117 pode ser incorporado para coordenar as diversas funções dos componentes mostradas na Figura 10. Os sinais de detecção produzidos na saída 108 do amplificador 102 são passados a outros componentes através de condutor(es) 106, os quais podem ser condutores elétricos ou ópticos.

O processador ou controlador 117 pode ser configurado para realizar diversos diagnósticos e operações de calibração. Por exemplo, pode se desejável que se iguale a resposta de ganho de cada transdutor de um dado sensor. Também pode ser desejável que se realize uma calibração de resposta de freqüência para "finamente ajustar" a resposta de freqüência do(s) transdutor(es). O ganho e/ou resposta de freqüência de cada transdutor pode ser ajustado durante uma rotina de calibração para que cada um esteja em uma amplitude pré-estabelecida e/ou possua uma resposta de freqüência desejada. A calibração pode ser iniciada antes ou durante o uso do sensor e pode ser coordenada pelo processador ou controlador 117. Em uma configuração, uma fonte de excitação pode estar incluída junto ao sensor (interno ou externo) que gera sinais de excitação que possuem características conhecidas, que permitem uma calibração com relativa facilidade e precisão do ganho e/ou resposta de freqüência do transdutor.

De acordo com uma modalidade e conforme mostrado na Figura 11, um amplificador de conversão de impedância 118 pode ser implementado em ou próximo ao transdutor 11 que estabelece uma interface direta com um transmissor de fibra óptica análogo 119. A saída do transmissor de fibra óptica 119 está conectada a um guia óptico 116, a qual está conectada aos circuitos de reservatório 120. Os circuitos de reservatório 120 incluem um reservatório de fibra óptica análogo 122 que converte o sinal de luz transmitido através do guia óptico 116 para um sinal elétrico. A saída do reservatório óptico 122 é acoplada aos circuitos 124 que podem incluir amplificação adicional, processamento de sinal e/ou um sistema para gravar o sinal ou dados comunicados através de um guia óptico 116. Os circuitos de reservatório 120 podem ser acoplados a um dispositivo adicional ou circuitos 130 através de uma conexão elétrica ou sem fio 126. O dispositivo adicional ou circuitos 130 pode ser um dispositivo de saída de áudio, como fones de ouvido, um dispositivo de informação eletrônica, como um PDA ou PC, um dispositivo de exibição ou uma interface de rede.

O invólucro na Figura 11 que contém um transdutor piezoelétrico 14 pode conter uma pequena bateria para energizar o amplificador de conversão de impedância 112 e transmissor óptico 114 ou dois pequenos fios podem ser incluídos em um feixe com o guia ou cabo de fibra óptica 116 para fornecer alimentação para estes e outros componentes ativos.

Os circuitos de condicionamento ou processamento de sinal podem estar situados em, próximos de, ou ser integralmente associados ao transdutor 11. Por exemplo, o transdutor 11 e os circuitos de processamento de sinal podem ser uma estrutura unitária. Os circuitos de processamento ou condicionamento de sinal podem incluir um ou mais circuitos de amplificação, como tampão, ganho e/ou impedância compatíveis com circuitos de amplificação, circuitos de filtro, circuitos de conversão de sinais e circuitos mais sofisticados.

As Figuras 12a a 12f ilustram uma variedade de configurações de transdutor implementadas de acordo com a presente invenção. A Figura 12a mostra um transdutor bioacústico fixo em cantilever 14 que possui um formato genericamente arqueado, uma única estrutura de ancoramento 18 e duas extremidades livres 17a, 17b. A Figura 12b mostra um transdutor bioacústico 14 que é uma versão invertida do transdutor mostrado na Figura 12a. O transdutor 14 mostrado na Figura 12b possui uma estrutura de ancoramento que inclui duas extremidades de ancoramento 19a, 19b. Um elemento de massa 34 é posicionada no transdutor 14 em um ponto médio entre as duas extremidades de ancoramento 19a, 19b.

A Figura 12c mostra uma montagem de transdutor que inclui dois transdutores bioacústicos independentes fixos em cantilever 14a, 14b montados em uma estrutura comum de ancoramento 18. Os transdutores 14a, 14b são mostrados como sendo igualmente construídos, porém podem ser de tipo e/ou tecnologia diferentes. A Figura 12d mostra quatro transdutores bioacústicos fixos em cantilever 14a a 14d montados em uma estrutura comum de ancoramento 18. Diversos transdutores 14a a 14d mostrados na Figura 12d diferem em termos de formato e fornecem resposta de freqüência distinta.

A Figura 12e mostra um transdutor bioacústico do tipo mola, fixo em cantilever 14, que possui uma extremidade de ancoramento 19 conectado à estrutura de ancoramento 18 do tipo coluna. Um elemento de massa 34 está situado em ou próximo à extremidade livre 17 do transdutor 14. A Figura 12f mostra um transdutor bioacústico do tipo mola 14 que possui duas extremidades de ancoramento 19a, 19b conectadas a uma estrutura de ancoramento 18 do tipo coluna. Um elemento de massa 34 é posicionada no transdutor 14 em um ponto médio entre as duas extremidades de ancoramento 19a, 19b. Compreende-se que mover o local de montagem do elemento de massa 34 ao longo do comprimento do transdutor 14 alteraria a resposta de freqüência e a sensibilidade do transdutor 14.

Um sensor bioacústico da presente invenção fornece sensibilidade e razão entre sinal ruído excepcionais através do uso de um transdutor operável em um modo cantiléver. A sensibilidade aprimorada e a razão entre sinal ruído podem ser conseguidas usando-se transdutores da presente invenção operáveis em modos além de um modo cantiléver. O desempenho de um sensor que possui um transdutor fixo em cantilever foi verificado usando-se um fonocardiograma. Os diferentes sons cardíacos relacionados a diferentes doenças foram gerados em termos de som, através de um disco compacto e um fonocardiograma que usa este sensor. Havia pouca diferença entre o som original gravado no CD e os sons gerados pelo sensor. Concluiu-se que o sensor é tão sensível que pode atingir uma razão entre sinal ruído muito satisfatória, mesmo quando localizado sobre o vestuário do paciente.

A descrição anteriormente mencionada de várias modalidades da invenção foi apresentada com propósitos de ilustração e descrição. Não se pretende que esta seja exaustiva ou que limite a invenção à forma precisa apresentada. Muitas modificações e variações são possíveis à luz da instrução acima. Por exemplo, distúrbios do sono por si próprios e como indicadores de doenças neurológicas mais graves estão em ascensão. A apnéia do sono em todos as idades e a síndrome da morte súbita do Iactente em bebês estão também em ascensão enquanto sua etiologia está sendo identificada. Um método de diagnóstico pode envolver o monitoramento dos movimentos do corpo e dos sons provenientes da respiração ou pulmões de pacientes com as indicações acima, as quais podem ser de imediato realizadas usando-se sensores do tipo aqui descrito. Ademais, um sensor da presente invenção pode ser usado em aplicações além de aplicações de detecção bioacústica.

Pretende-se que o escopo da invenção não seja limitado por esta descrição detalhada, porém particularmente pelas reivindicações em anexo.

Claims (15)

1. SENSOR PARA DETECÇÃO DE ENERGIA BIOACÚSTICA, caracterizado por compreender: um invólucro que compreende uma porção de interface, sendo a porção de interface do invólucro configurada para estabelecer acoplamento com uma parte do corpo durante o uso do sensor; um elemento transdutor que compreende ao menos uma extremidade livre e uma estrutura de ancoramento, sendo o elemento transdutor acoplado de maneira fixa ao invólucro em um único local de ancoramento através da estrutura de ancoramento, de forma que o elemento transdutor fique disposto de modo a ser sensível, de preferência, à energia bioacústica transferida para o transdutor através da porção de interface do invólucro em relação a outras porções do invólucro; e ao menos um condutor acoplado ao elemento transdutor.

2. SENSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura de ancoramento compreende um pedestal que tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade, sendo a primeira extremidade do pedestal acoplada à interface do invólucro e a segunda extremidade do pedestal acoplada ao elemento transdutor.

3. SENSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento transdutor compreende apenas uma extremidade livre.

4. SENSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o invólucro compreende uma base e uma tampa, sendo que a base que compreende a porção de interface e a tampa é acoplada à base através de uma estrutura de junta maleável.

5. SENSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porção de interface do invólucro é substancialmente rígida.

6. SENSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento transdutor compreende uma primeira e uma segunda superfícies principais opostas, sendo que a primeira e a segunda superfícies principais do elemento transdutor são substancialmente paralelas à porção de interface do invólucro.

7. SENSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, um elemento de massa disposto de maneira adjacente à extremidade livre do elemento transdutor.

8. SENSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento transdutor compreende uma película piezoelétrica polimérica.

9. UNIDADE DE SENSOR, caracterizada por compreender uma pluralidade de elementos transdutores conforme definidos na reivindicação 1, sendo que cada um da pluralidade de elementos transdutores é configurado para ter uma resposta de freqüência que difere de ao menos um outro elemento transdutor da pluralidade de elementos transdutores.

10. UNIDADE DE SENSOR, conforme definido na reivindicação 1, caracterizada por compreender, ainda: um elemento transdutor auxiliar disposto no invólucro, mas não na porção de interface do invólucro; e um circuito de cancelamento de ruído acoplado ao elemento transdutor e ao transdutor auxiliar.

11. SENSOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um circuito de comunicações configurado para facilitar a comunicação com fio ou sem fio entre o sensor e um dispositivo externo ao invólucro.

12. SENSOR PARA DETECÇÃO DE ENERGIA BIOACÚSTICA, caracterizado por compreender: um invólucro que compreende uma porção de interface, sendo a porção de interface do invólucro configurada para estabelecer acoplamento com uma parte do corpo durante o uso do sensor; meios para a transdução da energia bioacústica transferida através da porção de interface do invólucro em um sinal; e meios para ancoramento dos meios de transdução em um único local de ancoramento do invólucro de maneira que os meios de transdução fiquem dispostos para serem sensíveis, de preferência, à energia bioacústica transferida através da porção de interface do invólucro em relação a outras partes do invólucro.

13. SENSOR PARA DETECÇÃO DE ENERGIA BIOACÚSTICA, caracterizado por compreender: um invólucro que compreende uma porção de interface que é configurada para estabelecer acoplamento com uma parte do corpo durante o uso do sensor; um elemento transdutor que compreende uma estrutura de ancoramento, sendo o elemento transdutor acoplado de maneira fixa ao invólucro através da estrutura de ancoramento de modo que o elemento transdutor fique disposto para ser preferencialmente sensível à energia bioacústica transferida ao transdutor através da porção de interface do invólucro em relação a outras partes do invólucro; e um ou mais condutores acoplados ao elemento transdutor.

14. MÉTODO DE DETECÇÃO DE ENERGIA BIOACÚSTICA, caracterizado por compreender: estabelecer o acoplamento entre a porção de interface de um invólucro de sensor e uma parte do corpo a partir da qual a energia bioacústica é emanada; excitar um transdutor, disposto no invólucro de sensor e operável em modo cantiléver, em resposta à energia bioacústica; e modular ou gerar um sinal através do transdutor em resposta à excitação do transdutor.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender o cancelamento de ruído com o uso do elemento transdutor e de ao menos um elemento transdutor auxiliar.