DE202015009900U1

DE202015009900U1 - Infraschallstethoskop zur Überwachung physiologischer Prozesse

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Publication number: DE202015009900U1
Application number: DE202015009900.9U
Authority: DE
Original assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Current assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2021-04-09
Anticipated expiration: 2025-03-18
Also published as: SG11201702444PA; US9867591B2; US9445779B2; CA2962705A1; IL251460A0; AU2015324607B2; KR102363578B1; US10092269B2; US20160354055A1; KR20170061708A; JP6607929B2; WO2016053380A1; MX2017004149A; CN107205716A; BR112017006663A2; CA2962705C; JP2017538454A; HK1243900A1; CN107205716B; EP3200697A1

Abstract

Mikrofon zur Überwachung physiologischer Prozesse eines Patienten, wobei das Mikrofon aufweist:
einen Körper (30), der ein proximales Ende, ein distales Ende, eine Körperseitenwand, die sich zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende erstreckt, eine Endwand an dem proximalen Ende sowie eine Öffnung an dem distalen Ende aufweist;
eine Körperkupplung (24), die an dem distalen Ende und über der Öffnung angebracht ist, um eine im Wesentlichen luftdichte Dichtung zu bilden, wobei die Körperkupplung mit dem Patienten in Eingriff bringbar ist;
einen Hohlraum (50), der von der Körperseitenwand, der Endwand und der Körperkupplung umgeben ist;
eine leitfähige Rückenplatte (38), die in dem hohlen Raum zwischen der leitfähigen Rückenplatte und der Endwand eine Rückenkammer definiert;
eine leitfähige Membran (40) in dem Hohlraum, wobei die leitfähige Rückenplatte und die leitfähige Membran zur Bildung eines Kondensators mit Abstand voneinander angeordnet sind; und
eine Vorverstärkerplatine (42) in elektrischer Verbindung mit der leitfähigen Rückenplatte, wobei der Vorverstärker (i) in der Lage ist, eine Kapazität zwischen der leitfähigen Membran und der leitfähigen Rückenplatte zu messen und die gemessene Kapazität in ein Spannungssignal umzuwandeln, und (ii) parallel zu jeweils der leitfähigen Rückenplatte und der leitfähigen Membran ist;
wobei das Mikrofon in der Lage ist, akustische Signale so niedrig wie 0,03 Hertz bis zu 1000 Hertz zu detektieren.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG(EN)
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil und die Priorität der United States Non-Provisional Patent Application Serial Number 14/658,584 , eingereicht am 16. März 2015, die den Vorteil und die Priorität der United States Provisional Patent Application Serial Number 62/058,794 , eingereicht am 2. Oktober 2014, beansprucht, deren Inhalte hiermit insgesamt unter Bezugnahme aufgenommen werden.
ANGABE ZU ÖFFENTLICH GEFÖRDERTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG
Die hier beschriebene Erfindung wurde in der Arbeitsleistung unter einem NASA-Vertrag und von Mitarbeitern des United States Government durchgeführt und unterliegt den Vorgaben des Public Law 96-517 (35 U.S.C. § 202) und kann von oder für die Regierung für Regierungszwecke hergestellt und benutzt werden, ohne dazu oder dafür etwaige Lizenzen zu zahlen. Gemäß 35 U.S.C § 202 behält der gewählte Vertragsnehmer kein Eigentum.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Infraschallstethoskop (oder „Infraskop“) zum Überwachen physiologischer Prozesse und bezieht sich insbesondere auf ein drahtloses Infraschallstethoskop.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schall bei Frequenzen unterhalb 20 Hertz wird „Infraschall“ genannt. Eine besonders günstige Eigenschaft von Infraschall ist seine Fortpflanzung über lange Distanzen mit geringer Dämpfung. Infraschall hat diese Eigenschaft, weil atmosphärische Absorption bei Infraschallfrequenzen praktisch vernachlässigbar ist, und weil es eine akustische „Decke“ in der Stratosphäre gibt, wo ein positiver Gradient der Schallgeschwindigkeit gegen Höhenlage Reflexionen von Infraschallwellen zurück zur Erde hervorruft. Infraschallfortpflanzung über lange Distanzen (z. B. Tausende von Kilometern) ist wegen der refraktiven Ableitung von den oberen Schichten in der Atmosphäre vorherrschend, während die Fortpflanzung über kurze Distanzen auf direktem Weg erfolgt.
Die Dichte, akustische Impedanz und Schallgeschwindigkeit durch unterschiedliche menschliche und tierische Gewebe variieren in Abhängigkeit vom Ort der Auskultation. Wenn ein akustisches Signal durch Gewebeschichten hindurchläuft, wird die Amplitude des ursprünglichen Signals mit der Tiefe der akustischen Signalquelle stärker gedämpft. Dämpfung (d. h. Energieverlust) könnte an Absorption, Reflexion und Streuung an Grenzen unterschiedlicher Gewebe liegen. Der Dämpfungsgrad kann auch von der Frequenz der Schallwelle und der von ihr zurückgelegten Distanz abhängig sein. Allgemein gesagt, ein hochfrequentes akustisches Signal geht mit hoher Dämpfung einher, was somit das Eindringen in Gewebe beschränkt, aber tiefere Frequenzen haben kein solches Dämpfungsproblem, was Ärzten ein besseres Verständnis der Herzleistungsfähigkeit liefert. Mehr als 60% der Leistungsspektrumdichte von Herzsignalen fallen in die Infraschallbandbreite. Niederfrequente akustische Signale, die von verschiedenen menschlichen Organen detektiert werden, wie etwa vom Herzen, sind für Ärzte zum Überwachen von Herz und Lungen wertvoll.
Mikrofone und Stethoskope werden von Ärzten beim Detektieren von Tönen zum Überwachen von physiologischen Zuständen regelmäßig benutzt. Phonokardiographie wird für mehr als 75 Jahre verwendet, um Herzschläge zu überwachen und auch den hörbaren Schall des Blutflusses durch das Herz zu detektieren. Diese physiologischen Zustandsüberwachungen sind direkt mit dem Körper einer Person gekoppelt, und Prozesse werden entweder durch Hören oder durch Aufzeichnen der Signale in einer bestimmten Bandbreite gemessen. Die physiologischen Prozesse wie etwa Atmung und Herzaktivität spiegeln sich in einer unterschiedlichen Frequenzbandbreite von 1/10 Hertz bis 500 Hertz wider. Andere Stethoskope sind in der Lage, nur hörbare Frequenzbandbreite zu überwachen, und sind nicht in der Lage, Infraschallfrequenzen unterhalb 20 Hertz zu überwachen. Niederfrequente akustische Signale unterhalb 20 Hertz sind nicht hörbar, können Ärzten aber nützliche Information liefern.
In einem normalen Herzen gibt es vier Kammern, nämlich: das rechte Atrium, das linke Atrium, den rechten Ventrikel und den linken Ventrikel. Die Funktion eines Herzens ist es, den Blutfluss in einer Richtung zu gewährleisten. Wenn eine Klappe öffnet, lässt die Klappe die richtige Blutmenge hindurch und schließt dann, um zu verhindern, dass das Blut zwischen den Schlägen rückwärts fließt. Eine einfache und relativ billige Bewertung des Herzstatus eines Patienten kann durch Töne in der Brust bestimmt werden. Der Schlüssel zur guten Auskultation liegt in niedrigen und hohen Tonlagen. Wenn das Herz schlägt, fließt Blut vom rechten Atrium durch die Trikuspidalklappe in den rechten Ventrikel.
Blut fließt dann durch die Pulmonarklappe (manchmal auch Taschenklappe genannt) zu den Lungen, um die richtige Sauerstoffmenge aufzunehmen. Das Blut fließt dann von den Lungen zurück ins linke Atrium und tritt durch die Mitralklappe in den linken Ventrikel ein. Blut wird dann durch die Aortenklappe zur Aorta gepumpt und gelangt hinaus zum Rest des Körpers, um den Körperzellen Sauerstoff und Nährstoffe zu liefern. Alle vier Kammern (das rechte Atrium, der rechte Ventrikel, das linke Atrium und der linke Ventrikel) müssen sich genau rechtzeitig kontrahieren, damit ein normales Herz richtig funktioniert. Die richtige Zeitgebung wird durch elektrische Pfade des Herzens koordiniert. Die elektrischen Signale werden im Sinusknoten (SA-Knoten) und im Atrioventrikularknoten (AV-Knoten) erzeugt.
Der SA-Knoten ist eine Zellgruppe, die sich im rechten Atrium befindet, das die Kontraktion beider Atrien einleitet, um Blut in ihre entsprechenden Ventrikel zu drücken. Aufgrund der Isolierung zwischen den Atrien und den Ventrikeln, laufen die SA-Knoten-Signale nicht direkt zu den Ventrikeln, sondern laufen durch den AV-Knoten, der eine andere Zellgruppe ist, die sich im Boden des rechten Atriums zwischen den Atrien und Ventrikeln befindet. Der AV-Knoten reguliert das Signal, um sicherzustellen, dass die Atrien leer sind und geschlossen werden, bevor die Ventrikel kontrahieren, um das Blut aus dem Herzen hinauszudrücken. Der SA-Knoten sendet Signale, um das Herz zu einem Schlag zwischen 60-100-mal pro Minute zu stimulieren.
Das kardiovaskuläre System ist komplex, und es können darin zahlreiche Probleme irgendwo von dem elektrischen System des Herzens bis zu größeren oder kleineren Blutgefäßen auftreten. Es gibt über 60 unterschiedliche Typen von kardiovaskulärer Erkrankung, die alle irgendwie die Herz- oder Gefäß-Systeme beeinflussen. Die Herztöne, die durch den Herzschlag und den resultierenden Blutfluss erzeugt werden, können wichtige Information über den Zustand des Herzens liefern. Bei gesunden Erwachsenen treten in der Sequenz mit dem Herzschlag zwei normale Herztöne auf. Ein erster Ton wird basierend auf dem Schließen der Atrioventrikularklappen (d. h. Mitral- und Trikuspidalklappen) erzeugt, die sich zwischen den Atrien und Ventrikeln befinden, und wird als S1 bezeichnet. Ein zweiter Ton wird infolge des Schließens der Taschenklappen (d. h. Pulmonar- und Aortenklappen) erzeugt, die die Blutströmung steuern, wenn sie das Herz über die Arterien verlässt, und wird als S2 bezeichnet.
Der erste Herzton S1 besteht aus vier sequentiellen Komponenten: 1. Kleine niederfrequente Schwingungen, die mit dem Beginn der linken Ventrikularkontraktion zusammenfallen. 2. Hochfrequente Schwingung, die in Bezug auf das Schließen der Mitralklappe (M1) leicht hörbar ist. 3. Eine zweite hochfrequente Komponente in Bezug auf das Schließen der Trikuspidalklappe. 4. Niederfrequente Schwingungen, die mit der Beschleunigung des Bluts in das große Gefäß zusammenfallen.
Zusätzlich zu diesen normalen Tönen können zahlreiche andere Töne vorhanden sein, aber dies erfordert ein hochempfindliches Mikrofon mit geringstem akustischen Hintergrundrauschpegel einhergehend mit Filtern, um diese Töne aufzunehmen. Ein dritter niederfrequenter Ton, der zu Beginn der Diastole hörbar sein kann, wird als S3 bezeichnet. Ein vierter Ton, der in der späten Diastole während der Atriumkontraktion hörbar sein kann, wird als S4 bezeichnet. Diese Töne können Herzgeräuschen, zufälligen Tönen, Ventrikel-Galopp und Galopprhythmus zugeordnet sein. Der S4 liefert Informationen über Bluthochdruck und akuten Myokardinfarkt.
Die Herztöne S1, S2, S3 und S4 können einer spezifischen Herzaktivität zugerechnet werden. S1 wird dem Einsetzen der ventrikulären Kontraktion zugeordnet (10-140 Hertz-Bänder), S2 wird dem Verschluss der Taschenklappen zugeordnet (10-400 Hertz-Bänder). S3 kann ventrikulären Galopp zugeordnet werden, was während der schnellen Füllung (d. h. Diastole) der Ventrikel hörbar sein kann. S4 kann atrialem Galopp zugeordnet werden, der in der späten Diastole hörbar sein kann, während der Atriumkontraktion. S3 und S4 haben eine sehr geringe Intensität und können von außen hörbar sein, wenn sie verstärkt werden.
Andere Töne können vom Öffnungs-Schnappen der Mitralklappe oder dem Auswurfton des Bluts in der Aorta hörbar sein, was auf Klappenfehlfunktionen hinweist, wie etwa Stenose oder Regurgitation. Andere hochfrequente Geräusche können zwischen zwei größeren Herztönen während Systole oder Diastole auftreten. Die Geräusche können harmlos sein, können aber auch auf bestimmte kardiovaskuläre Defekte hinweisen.
Kontinuierliches fetales Herzmonitoring ist ein wichtiger Schritt, um das Wohlsein eines Fötus zu evaluieren. Die fetale Herzfrequenz kann darauf hinweisen, ob der Fötus genug Sauerstoff bekommt. Meistens werden Ultraschallwandler zur Überwachung der fetalen Herzfrequenz verwendet, da konventionelle Stethoskope unerwünscht Signale von den mütterlichen Unterleibgefäßen aufnehmen. Aufgrund von Unterleibfett der Mutter oder der Position des Fötus könnte es schwierig sein, das fetale Herz passiv zu überwachen, so dass meistens Ultraschallwandler verwendet werden, wo Ultraschallpulse zum Fötus hin abgestrahlt werden und reflektierte Pulse zur Überwachung benutzt werden. Wenn nicht genug reflektive Signale empfangen werden, wird die Eindringtiefe der Ultraschallpulse erhöht, was die Qualität und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verschlechtern kann. Hochfrequente Ultraschallsignale werden aufgrund von Absorption, Reflexion und Streuung durch Unterleibfett gedämpft. Die Infraschallsignale haben einen relativ niedrigen Dämpfkoeffizienten, und daher ist zu erwarten, dass die Signale eine hohe Qualität mit einem besseren Signal-zu-Rausch-Verhältnis haben und Gynäkologen hilfreich sind.
Viele Herztöne liegen im niederfrequenten Bandspektrum mit geringem Intensitätspegel und könnten ein extrem empfindliches Infraschallmikrofon benötigen, um nützliche Information zu erfassen, die vom Ohr des Arztes nicht wahrgenommen werden kann. Die passive Filterung kann nützlich sein, um nieder- und hochfrequente Bänder separat aufzuzeichnen. Die Töne haben eine kurze Dauer und sind sehr nicht-stationär, ermöglichen aber die Messung von systolischen und diastolischen Zeitintervallen und können für die Diagnose wichtig sein.
Dementsprechend gibt es Bedarf nach einer Überwachungsvorrichtung, welche die Nachteile vom Stand der Technik überwindet.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Infraschallstethoskop (oder Infraskop) zur Überwachung physiologischer Prozesse eines Patienten enthält ein Mikrofon, das in der Lage ist, akustische Signale in der hörbaren Frequenzbandbreite und in der Infraschallbandbreite zu detektieren. Das Mikrofon hat einen Körper, der erste und zweite mit Abstand voneinander angeordnete Öffnungen enthält. Eine Körperkupplung ist an der ersten Öffnung des Körpers angebracht, um eine im Wesentlichen luftdichte Dichtung zu bilden, wobei die Körperkupplung mit einem Patienten in Eingriff bringbar ist, um physiologische Prozesse zu überwachen. Ein flexibler Schlauch ist an dem Körper an der zweiten Öffnung in dem Mikrofon angebracht. Ein Hörer ist an dem flexiblen Schlauch angebracht. Die Körperkupplung ist mit einem Patienten in Eingriff bringbar, um Töne von dem Patienten zum Mikrofon und dann zum Hörer zu übertragen.
Diese und andere Merkmale, Vorteile und Ziele der vorliegenden Erfindung werden von Fachkundigen in Bezug auf die folgende Beschreibung, die Ansprüche und die beigefügten Zeichnungen weiter verständlich und erkannt.
Figurenliste
Die Organisation und Art der Struktur und Betrieb der offenbarten Ausführungen zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen davon ist am besten in Bezug auf die folgende Beschreibung verständlich, wenn man sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnung nimmt, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind, wobei gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente identifizieren, worin:

1 ist eine Perspektivansicht einer Ausführung eines Infraskops, das zur externen Überwachung eines Patienten verwendet werden kann;
2 ist eine Perspektivansicht des an einem Katheter angebrachten Infraskops zur Verwendung bei der internen fetalen Überwachung eines Patienten;
3 ist eine Perspektivansicht eines Paars von Infraskopen, die in Doppler-Phonokardiographie verwendet werden können;
4 ist ein Graph, der Bandbreiten von Herztönen zeigt;
5 ist eine Querschnittsansicht eines Mikrofons, das Teil eines Infraskops der vorliegenden Erfindung, und einer Körperkupplung gemäß einer ersten Ausführung bildet, und das an dem Mikrofon angebracht ist und Teil des Infraskops der vorliegenden Offenbarung bildet;
5A ist eine Querschnittsansicht einer Körperkupplung gemäß einer zweiten Ausführung, die Teil des Infraskops der vorliegenden Offenbarung bildet;
6 ist eine schematische Ansicht eines Skeletts eines Patienten;
7 ist ein Flussdiagramm hinsichtlich des Prozesses, wie Signale von dem Infraskop übertragen und analysiert werden;
8-17 sind Diagramme von Infraskopsignalen, die an den Positionen A, P, T und M von 6 aufgenommen werden, in Bezug auf Elektrokardiogrammsignale, als ECG oder EKG bezeichnet; und
18 und 19 zeigen Diagramme von Infraskopdaten im Vergleich zu ECG oder EKG an zwei verschiedenen Probanden von 1 Hz bis 1000 Hz.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Während die Offenbarung in unterschiedlichen Formen ausführbar sein kann, wird in den Zeichnungen eine spezifische Ausführung gezeigt und hier im Detail erläutert, mit dem Verständnis, dass die vorliegende Offenbarung als Beispiel der Prinzipien der Offenbarung zu betrachten ist, und die Offenbarung sich nicht auf das einschränken soll, was hierin dargestellt und beschrieben ist. Daher können, sofern nicht anderweitig angegeben, hierin offenbarte Merkmale miteinander kombiniert werden, um zusätzliche Kombinationen zu bilden, die der Kürze wegen nicht anderweitig gezeigt wären. Es versteht sich ferner, dass innerhalb des Umfangs der Offenbarung in einigen Ausführungen ein oder mehrere Elemente, die in einer Zeichnung(en) als Beispiel dargestellt sind, weggelassen werden und/oder durch alternative Elemente ergänzt werden kann.
Wie in 1 gezeigt, wird ein Infraskop 20 bereitgestellt, um physiologische Prozesse eines Patienten zu überwachen. Das Infraskop 20 detektiert Signale in einer Bandbreite von 0,03 Hertz bis 1000 Hertz oder alternativ von 0,03 bis 500 Hertz. Diese Bandbreiten enthalten Signale, die für das menschliche Ohr hörbar und nicht hörbar sind. Das Infraskop 20 hat mehrere Anwendungen zum Messen einer Vielzahl menschlicher physiologischer Prozesse, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Herz-Monitoring, externes fetales Monitoring, internes fetales Monitoring, Stress-Phonokardiographie-Tests, Doppler-Phonokardiographie, biometrische Identifizierung und Polygraphen. Die Bandbreite hörbarer und nicht hörbarer Töne, die durch Herzaktivität erzeugt werden, ist in 4 gezeigt, die die Energieverteilung (Dyn/cm²) als Funktion der Frequenz (Hz) aufzeigt.
Das Infraskop 20 enthält ein Mikrofon 22, eine Körperkupplung 24 oder 24a, die an dem Mikrofon 22 angebracht ist, einen flexiblen Schlauch 26, der an dem Mikrofon 22 angebracht ist, sowie einen Hörer 28, der mit dem flexiblen Schlauch 26 verbunden ist. Für internes fetales Monitoring, wie in 2 gezeigt und wie ferner hierin beschrieben, wird die Körperkupplung 24a benutzt und wird das Mikrofon 22 über die Körperkupplung 24a weiter mit einem Katheter 23 verbunden.
Das Mikrofon 22 ist im Wesentlichen das gleiche wie das im US-Patent Nr. 8,401,217 beschriebene Mikrofon, mit den hierin beschriebenen Modifikationen. Die Inhalte des US-Patents Nr. 8,401,217 werden hiermit insgesamt unter Bezugnahme aufgenommen.
Das Mikrofon 22 ist am besten in 5 gezeigt und enthält einen topfartigen Körper 30, eine topfartige Tragplatte 32, ein Isolierelement 34, einen Leiter 36, eine Rückenplatte 38, eine Membran 40 und eine rauscharme Vorverstärkerplatine 42.
Der Körper 30 hat eine zylindrische Seitenwand 44 mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende, eine Endwand 46 am proximalen Ende des Körpers 30 und einen Verbindungsanschluss 48, der sich proximal von der Endwand 46 erstreckt. Der Körper 30 ist aus Metall gebildet, wie etwa rostfreiem Stahl oder Aluminium. Die Seitenwand 44 und die Endwand 46 definieren innerhalb des Körpers 30 einen Innenraum 50. Das distale Ende des Körpers 30 ist offen, so dass in dem Körper 30 eine Öffnung 52 definiert ist. Eine Gewinde 54 ist auf der Außenoberfläche der Seitenwand 44 am distalen Ende vorgesehen. Die Endwand 46 verschließt im Wesentlichen das proximale Ende des Körpers 30, mit der Ausnahme einer Durchgangsöffnung 56, und kann sich orthogonal relativ zur Seitenwand 44 erstrecken. Die Öffnung 56 kann zentral in der Endwand 46 angeordnet sein und steht mit dem Verbindungsanschluss 48 in Verbindung. Der Verbindungsanschluss 48 erstreckt sich proximal von der Endwand 46 und enthält einen Durchgang 58, der über die Öffnung 56 mit dem Hohlraum 50 in Verbindung steht. Auf der Außenoberfläche des Verbindungsanschlusses 48 ist ein Gewinde 60 ausgebildet. Eine Öffnung 62 durchsetzt die Seitenwand 44 an einer Position mit Abstand vom proximalen Ende der Seitenwand 44.
Die Tragplatte 32 ist an der Innenoberfläche der Seitenwand 44 angebracht und sitzt in dem Hohlraum 50. Die Tragplatte 32 ist aus Metall gebildet und hat eine kreisförmige Basiswand 64, die den Durchmesser der Seitenwand 44 überspannt und parallel zur Endwand 46 ist, und eine abhängende Seitenwand 66, die sich distal von der Basiswand 64 erstreckt. Die Seitenwand 66 endet in einem freien Ende. Die Seitenwand 66 steht mit der Innenoberfläche der Seitenwand 44 des Körpers 30 in Eingriff, so dass das freie Ende der Seitenwand 66 dem distalen Ende des Körpers 30 benachbart ist, und die Basiswand 64 mit Abstand vom distalen Ende des Körpers 30 angeordnet ist. Die Tragplatte 32 ist an dem Körper 30 durch geeignete Mittel, wie etwa Schweißen, derart befestigt, dass die gesamte Anordnung mit der Masse der Vorverstärkerplatine 42 verbunden werden kann. Als Ergebnis dieser Anordnung ist eine distale Kammer 68 zwischen der Basiswand 64 und dem distalen Ende des Körpers 30 ausgebildet, und ist eine proximale Kammer 70 zwischen der Basiswand 64 und dem proximalen Ende des Körpers 30 ausgebildet. Die Basiswand 64 hat eine Durchgangsöffnung 72, die zentral angeordnet sein kann. Die Basiswand 64 hat auch zumindest eine Öffnung 74 oder einen Durchgangsschlitz, um zu erlauben, dass Luft von der distalen Kammer 68 zur proximalen Kammer 70 fließt.
Das Isolierelement 34, das aus Kunststoff, Keramik, Holz oder einem beliebigen geeigneten Isoliermaterial gebildet sein kann, sitzt innerhalb der Öffnung 72 in der Tragplatte 32 und wird dazu benutzt, den Leiter 36, die Rückenplatte 38 und die Vorverstärkerplatine 42 von der Tragplatte 32 elektrisch zu isolieren. Wie gezeigt, hat das Isolierelement 34 einen zentralen Abschnitt 76, der sich durch die Öffnung 72 hindurcherstreckt, einen proximalen Abschnitt 78, der sich von dem zentralen Abschnitt 76 an der distalen Seite der Basiswand 64 radial auswärts erstreckt, sowie einen distalen Abschnitt 80, der sich von dem zentralen Abschnitt 76 an der proximalen Seite der Basiswand 64 radial auswärts erstreckt. Ein Durchgang 82 erstreckt sich durch den zentralen Abschnitt 76.
Die Rückenplatte 38 ist aus einem leitfähigen Material gebildet und ist aus einer Basiswand 88 gebildet und kann ferner aus einem proximalen Verlängerungsabschnitt 90 gebildet sein, der sich orthogonal von der Basiswand 88 erstreckt. Die Rückenplatte 38 kann z. B. aus leitfähiger Keramik, Messing oder rostfreiem Stahl gebildet sein. Ein Durchgang 89 erstreckt sich durch die Basiswand 88 und, falls vorhanden, den proximalen Verlängerungsabschnitt 90, von ihrer proximalen Oberfläche zu ihrer distalen Oberfläche. Ein permanent polarisierter dünner Polymerfilm 91 ist auf die distalen Oberfläche der Rückenplatte 38 geschichtet. Die polarisierte dünne Polymerfolie 91 arbeitet, ohne eine externe Energieversorgung zu benötigen. Wie im US-Patent Nr. 8,401,217 beschrieben, hat die Rückenplatte 38 mehrere mit Abstand voneinander angeordnete Durchgangslöcher 92 dorthindurch (in 5 sind zwei Löcher sichtbar). Der Verlängerungsabschnitt 90 steht mit dem distalen Abschnitt 80 des Isolierelements 34 in Eingriff und ist an einem distalen Ende des Leiters 36 gesichert, so dass die Rückenplatte 38 und der Leiter 36 elektrisch verbunden sind. Die Basiswand 88 der Rückenplatte 38 ist zur Basiswand 64 der Tragplatte 32 parallel. Ein Schlitz 94 ist zwischen dem Außendurchmesser der Rückenplatte 38 und der Seitenwand 44 des Körpers 30 definiert. Der Bereich zwischen der Rückenplatte 38 und dem proximalen Ende des Körpers 30 definiert eine Rückenkammer.
Der Leiter 36 erstreckt sich durch die Durchgänge 82, 89 und erstreckt sich in die proximale Kammer 70. Der Leiter 36 ist mit der Rückenplatte 38 elektrisch verbunden. Wie gezeigt, ist der Leiter 36 aus einem leitfähigen Stab oder Draht 84 gebildet, der sich durch die Durchgänge 82, 89 erstreckt und einem leitfähigen Stab 86, der sich proximal von dem leitfähigen Stab oder Draht 84 und dem Isolierelement 34 erstreckt. Wenn sie aus zwei Komponenten gebildet sind, sind die Komponenten geeignet miteinander verbunden, um eine elektrische Verbindung zu bilden. Der Stab oder Draht 84 und der Stab 86 können aus Messing gebildet sein oder können aus anderen leitfähigen Materialien gebildet sein. Das proximale Ende des Leiters 46 ist proximal zu, aber mit Abstand von der Endwand 46 angeordnet, so dass dazwischen eine Lücke definiert ist.
Die Membran 40 ist aus einem flexiblen leitfähigen Material gebildet und sitzt am distalen freien Ende der Seitenwand 66 der Tragplatte 32 derart, dass die Membran 40 innerhalb der distalen Kammer 68 und proximal zu, aber mit Abstand von dem distalen Ende des Körpers 30 positioniert ist. Der Durchmesser der Membran 40 ist so ausgewählt, dass die Membran 40 innerhalb der Seitenwand 66 bleibt. Die Membran 40 ist zu der Endwand 46 des Körpers 30 und zu der Basiswand 64 der Tragplatte 32 parallel. Im Ergebnis ist die Membran 40 mit der Tragplatte 32 elektrisch verbunden. Die Spannung der Membran 40 kann weniger als etwa 400 Newton pro Meter betragen.
Die Rückenplatte 38 ist proximal zu, aber mit Abstand von der Membran 40 angeordnet, so dass ein Luftspalt 98 zwischen der Membran 40 und der Rückenplatte 38 gebildet ist, um einen Kondensator in dem Mikrofon 22 zu bilden, wie im US-Patent Nr. 8,401,217 beschrieben. Wie im US-Patent Nr. 8,401,217 beschrieben, sind die Anzahl, die Positionen und Größen der Löcher 92, die Größe des Schlitzes 94 und das Innenvolumen der Rückenkammer derart gewählt, dass sie einen ausreichenden Luftfluss erlauben und für eine geeignete Dämpfung der Bewegung der Membran 40 zu sorgen. Wie im US-Patent Nr. 8,401,217 beschrieben, dient die Rückenkammer als Reservoir für die Luftströmung durch die Löcher 92 in der Rückenplatte.
In einem Ausführungsbeispiel hat die Membran 40 einen Durchmesser von annähernd 1,05 Zoll (0,0268 Meter). Die Membran 40 kann die folgenden Eigenschaften/Dimensionen haben:

Radius = 0,0134 Meter;
Dicke = 2,54 × 10^-5 Meter;
Dichte = 8000 Kilogramm/Meter³;
Spannung = 400 N/Meter;
Oberflächendichte = 0,1780 kg/Meter²; und
Belastung = 47,4045 PSI.

Das Mikrofon 22 kann eine Luftschicht aufweisen, die die folgenden Eigenschaften/Dimension haben kann:

Luftspalt = 2,54 × 10^-5 Meter;
Dichte = 1,2050 Kilogramm/Meter³;
Viskosität = 1,8 × 10^-5 Pascal-Sekunde;
Schallgeschwindigkeit durch den Luftspalt = 290,2 Meter pro Sekunde; und Gamma = 1,4

Das Mikrofon 22 kann auch einen Schlitz 94 aufweisen, der die folgenden Eigenschaften/Dimensionen haben kann:

Abstand von der Mitte der Rückenplatte = 0,0117 Meter;
Breite = 0,00351 Meter;
Tiefe = 0,00114 Meter; und
Fläche = 0,000258 Meter².

Die Rückenplatte 38 kann sechs Löcher 92 definieren, wobei jedes Loch 92 die folgenden Eigenschaften/Dimensionen haben kann:

Abstand von der Mitte der Rückenplatte zur Mitte des Lochs = 0,00526 Meter;
Radius = 0,002 Meter
Tiefe = 0,045 Meter;
Winkel zwischen zwei Linien, die von der Mitte der Rückenplatte zu jedem Seitenrand des Lochs gehen = 43,5 Grad; und
Fläche = 1,26 × 10^-5 Meter²

Das Mikrofon 22 kann auch die folgenden weiteren Eigenschaften/Dimensionen haben:

Volumen der Rückenkammer = 5 × 10-5 Meter³;
Membranmasse = 480 Kilogramm/Meter⁴;
Membran-Compliance = 3,2 × 10^-11 Meter⁵/Newton; und
Luftspalt-Compliance = 3,5 × 10^-10 Meter⁵/Newton.

In einer Ausführung kann die Resonanzfrequenz des Mikrofons 22 3108,01 Hertz betragen.
Die Vorverstärkerplatine 42 ist eben und erstreckt sich vom proximalen Ende des Leiters 36 radial auswärts, die Vorverstärkerplatine 42 ist mit dem proximalen Ende des Leiters 36 durch geeignete Mittel verbunden, so dass eine elektrische Verbindung zwischen der Vorverstärkerplatine 42 und dem Leiter 36 besteht, wie etwa eine Messingschraube 99. Die Vorverstärkerplatine 42 ist zur Endwand 60 des Körpers 30, der Basiswand 64 der Tragplatte 32 und der Basiswand 88 der Rückenplatte 38 parallel. Die Position der Verstärkerplatine 42 definiert eine erste proximale Kammer 100, die ein Volumen V1 zwischen der Vorverstärkerplatine 42 und der Endwand 46 des Körpers 30 hat, sowie eine zweite distale Kammer 102, die ein Volumen V2 zwischen der Vorverstärkerplatine 42 und der Basiswand 64 der Tragplatte 32 hat. Ein Schlitz 104 ist zwischen dem Außendurchmesser der Vorverstärkerplatine 42 und der Seitenwand 44 des Körpers 30 definiert, um einen Luftfluss von der distalen Kammer 102 zur proximalen Kammer 100 zu erlauben. In einer Ausführung beträgt das Volumen V1 angenähert 0,1287 Kubikzoll, und das Volumen V2 angenähert 0,6 Kubikzoll. Die Luft kann nur von der distalen Kammer 102 zu der proximalen Kammer 100 durch den Schlitz 104 fließen. In einer Ausführung hat dieser Schlitz 104 einen freien Abstand zwischen dem Außendurchmesser der Vorverstärkerplatine 42 und der Seitenwand 44 von angenähert 0,025", wobei sich der Schlitz 104 um die Vorverstärkerplatine 42 herum erstreckt.
Eine elektrische Verbindung 306 erstreckt sich durch die Öffnung 62 in der Seitenwand 44 und ist durch geeignete Mittel zur Seitenwand 44 abgedichtet. Die elektrische Verbindung 106 ist eine elektrische Verbindung mit der Vorverstärkerplatine 42 über Drähte 108, 110. Die Vorverstärkerplatine 42 ist auch mit dem Körper 30 über einen Draht 110 elektrisch verbunden, der eine Masse für die Vorverstärkerplatine 42 bereitstellt. Die Vorverstärkerplatine 42 enthält bekannte Komponenten zum Messen der Kapazität zwischen der Membran 40 und der Rückenplatte 38 und zum Umwandeln dieser gemessenen Kapazität in eine Spannung.
Der Verbindungsanschluss 48 ist mit einem distalen Ende des flexiblen Schlauchs 26 verbunden, der aus Latex oder Gummi gebildet sein kann, und am proximalen Ende des Schlauchs 26 einen Hörer 28 hat. So ein flexibler Schlauch 26 und Hörer 28 sind, wie ein typisches Stethoskop, in der Technik zur Schallübertragung bekannt. Der flexible Schlauch 26 ist an dem Verbindungsanschluss 48 angebracht, so dass kein Luftaustausch zwischen dem flexiblen Schlauch 26 und dem Körper 30 vorliegt, und derart, dass der Durchgang durch die Schlauch 26 mit der distalen Kammer 100 über den Durchgang 58 und die Öffnung 56 in Verbindung steht. Wenn der Hörer 28 in die Ohren des medizinischen Personals eingesetzt ist, erlaubt dies im Wesentlichen keinen Luftaustausch zwischen dem Hohlraum 50 des Mikrofons 22 und der Außenseite des Mikrofons 22. Die Länge des flexiblen Schlauchs 26 ist derart eingestellt, dass ein maximal hörbarer Ton am Hörer 28 ankommt, wie er vom medizinischen Personal benutzt wird, um die gewünschten Töne in Echtzeit zu hören.
Die Kombination der Volumina V1 und V2 und des Schlitzes 104 um die Vorverstärkerplatine 42 herum bietet einen ausreichenden akustischen Widerstand für den Druckausgleich und senkt den Niederfrequenz-Schwellenwert. Wenn der flexible Schlauch 26 mit dem Hörer 28 verbunden ist, senkt dies, aufgrund erhöhtem akustischen Widerstand und längerer benötigter Dauer für den Druckausgleich, die -3 dB-Frequenz auf 0,03 Hertz.
Wie hierin beschrieben, kann sich das Mikrofon vom US-Patent 8,401,217 darin unterscheiden, dass der Körper 30 nicht vollständig abgedichtet ist, dass ein Verbindungsanschluss 48 vorgesehen ist, um das Mikrofon 22 an den flexiblen Schlauch 26 und den Hörer 28 anzuschließen, dass die Vorverstärkerplatine 42 horizontal in dem Körper 30 angebracht ist, um die Rückenkammer in zwei untere Kammern 100 und 102 zu unterteilen, und dass die Vorverstärkerplatine 42 parallel zur Membran 40 ist, anstatt vertikal positioniert, das heißt orthogonal zur Membran 40 ist, wie im US-Patent Nr. 8,401,217 positioniert ist, und dass das Gitter des US-Patents Nr. 8,401,217 weggelassen ist und stattdessen der Körper 30 ein Gewinde 54 enthält, um die Körperkupplung 24 oder 24a am distalen Ende des Körpers 30 anzuschließen.
Die Körperkupplung 24, 24a ist an das Gewinde 54 am distalen Ende des Körpers 30 angeschraubt, so dass kein Luftaustausch zwischen der Körperkupplung 24, 24a und dem Körper 30 stattfindet. In einer Ausführung, wie in 5 gezeigt, ist die Körperkupplung 24 aus einem Außenring 114 gebildet, an dem eine flexible nicht leitfähige Membran 116 angebracht ist, die den Durchmesser des Rings 114 überspannt. Der Außenring 114 kann entweder aus thermoplastischen Polyurethanelastomeren (TPU) oder geschlossenzelligem Polyurethanschaummaterial gebildet sein, das aus unterschiedlichen Dichten hergestellt sein kann, und hat ein Innengewinde 118 zum Anbringen des Außenrings 114 an dem distalen Ende des Körpers 30. Das TPU-Material wird verwendet, wenn das volle Spektrum akustischer Signale vom Herzen aufgezeichnet werden soll, und geschlossenzelliges Polyurethanschaummaterial wird nur dann verwendet, wenn Infraschallsignale aufgezeichnet werden sollen, da dieses Material als passiver Filter wirkt und hörbarer Ton ausgeschlossen wird. Wenn angebracht, sind die Membran 40 des Mikrofons 22 und die Membran 116 der Körperkupplung angenähert 0,1 Zoll voneinander entfernt. Die Körperkupplung 24 wird während der Überwachung des physiologischen Prozesses gegen den Körper des Patienten platziert. In einer anderen Ausführung, wie in 5A gezeigt, hat die Körperkupplung 24a eine topfartige Wand 120, die entgegengesetzte proximale und distale Enden hat und die darin einen Hohlraum 126 definiert, und einen Verbindungsanschluss 122, der sich von dem distalen Ende erstreckt. Der Verbindungsanschluss 122 hat einen Durchgang 128, der durch eine Öffnung 130 durch die Wand 120 mit dem Hohlraum 126 in Fluidverbindung steht. Die Außenoberfläche des Verbindungsanschlusses 122 kann darauf ein Gewinde haben. Das proximale Ende der Wand 120 ist offen und ein Gewinde 124 ist an der Innenoberfläche der Wand 120 vorgesehen. Die Wand 120 und der Verbindungsanschluss 122 sind entweder aus Aluminium oder Messing gebildet. Mit dieser zweiten Ausführung der Körperkupplung 24a wird das proximale Ende des flexiblen Katheterschlauchs 23 an dem Verbindungsanschluss 122 angebracht, und das Gewinde 124 steht mit dem Gewinde 54 des Körpers 30 des Mikrofons 22 in Eingriff. Insofern ist die Verbindung zwischen dem Katheterschlauch 23, der Körperkupplung 24a und dem Mikrofon 22 abgedichtet, um den Lufteintritt dorthindurch zu verhindern. Wie bekannt, haben Katheterschläuche 23 am Ende des Schlauchs 23 eine Öffnung(en) 25. Das Ende des Schlauchs 23 kann in die Blase 132 einer Patientin eingeführt werden, um internes fetales Monitoring durchzuführen. Die Blase 132 ist dem Uterus 134 benachbart, und Schall-, insbesondere Infraschall-Übertragung erfolgt von dem Uterus 134 zur Blase 132, zum Katheterschlauch 23 über die Öffnung(en) 25, und dann zum Mikrofon 22.
Wie hierin diskutiert, ist die Vorverstärkerplatine 42 parallel zur Basiswand 54 und zur Membran 24 installiert. Der Schlitz 104 zwischen dem Rand der Vorverstärkerplatine 42 und der Seitenwand 44 ist klein, z. B. 0,025", um den akustischen Widerstand zu erhöhen. Die kombinierten Volumina V1 und V2 und das Volumen des flexiblen Schlauchs 26 beträgt 5 × 10^-5 Meter³. Wegen des erhöhten akustischen Widerstands braucht der Druckausgleich länger, was zum Absenken der -3dB-Frequenz auf 0,03 Hertz beiträgt.
Im Gebrauch detektiert die Körperkupplung 24 oder der Katheterschlauch 23 einfallenden Schalldruck von dem Herzen, dem Uterus oder von irgendeiner anderen Position in dem Körper, wo sie oder er platziert ist. Wie zum Beispiel in 6 gezeigt, kann die Körperkupplung(en) 24 an Positionen A, P, T und/oder M am Körper des Patienten platziert werden. Der Schalldruck erregt die Bewegung der Membran 40 innerhalb des Mikrofons 22. Die Bewegung der Membran 40 ändert die Kapazität zwischen der Membran 40 und der Rückenplatte 38. Das elektrische Signal läuft von der Rückenplatte 38 durch den Leiter 36 und zu der Vorverstärkerplatine 42, wodurch an der Vorverstärkerplatine 42 eine proportionale Ausgangsspannung erzeugt wird. Die Vorverstärkerplatine 42 ist über den Draht 112 geerdet. Das Signal wird von der Vorverstärkerplatine 42 durch die abgedichtete elektrische Verbindung 106 zu einer Elektronikplatine geschickt, die die Daten digitalisiert und drahtlos zu einem benachbarten Computer überträgt. Die empfangenen Signale werden in der Bandbreite von 0,03 bis 1000 Hertz detektiert.
Das Mikrofon 22 sorgt für eine Dämpfung der Bewegung der Membran 40 für eine flache Frequenzantwort über einen gewünschten Bereich unter Verwendung des Luftspalts 98 und der Löcher 92 in der Rückenplatte 38. Wenn die Membran 40 schwingt, komprimiert und dehnt die Membran 40 die Luftschicht in dem Luftspalt 98 und erzeugt einen Reaktionsdruck, der der Bewegung der Membran 40 entgegengesetzt ist. Der Reaktionsdruck erzeugt eine Luftströmung, die eine Dämpfung primär an zwei Stellen eine Dämpfung einbringt: in dem Luftspalt 98 zwischen der Membran 40 und der Rückenplatte 38, und in den Löchern 92 in der Rückenplatte 38, die große Oberflächen für eine viskose Grenzschichtdämpfung bereitstellen.
Wie im US-Patent Nr. 8,401,217 beschrieben, kann in einem Infraschallmikrofon 22 mit 3 Zoll Durchmesser die Spannung der Membran 40 kleiner sein als etwa 1500 Newton pro Meter. Wenn zum Beispiel der Radius der Membran 40 etwa 0,0342 Meter beträgt, kann die Spannung der Membran 40 weniger als etwa 1000 Newton pro Meter betragen. Ferner kann die Resonanzfrequenz des Mikrofons 22 weniger als etwa 1000 Hertz betragen. Noch weiter kann das Volumen der Rückenkammer ausgewählt werden, um eine Niederfrequenz-Luft-Compliance zu erzeugen, die die Compliance der Membran 40 um den Faktor von wenigstens 3 überschreitet. In einem Beispiel beträgt der Radius der Membran 40 etwa 0,0342 Meter. In diesem Beispiel definiert die Rückenplatte 38 sechs Löcher 92, jeweils mit einem Radius von etwa 0,00302 Metern. Die Löcher 92 sind mit gleichem Abstand entlang einem imaginären Kreis auf der Rückenplatte 38 angeordnet, und eine Mitte jedes Lochs 92 fluchtet mit dem imaginären Kreis. Die Mitte des imaginären Kreises fällt mit einer Mitte der Rückenplatte 38 zusammen, und der Radius des imaginären Kreises beträgt etwa 0,0105 Meter. Die Breite des Schlitzes 94 beträgt etwa 0,0144 Meter und die Fläche des Schlitzes 94 etwa 0,00179 m².
In einem Infraschallmikrofon 22 von angenähert 1,5 Zoll Durchmesser, wobei der Radius der Membran 40 etwa 0,0134 Meter beträgt, kann die Spannung der Membran 40 weniger als etwa 400 Newton pro Meter betragen. Ferner kann die Resonanzfrequenz des Mikrofons 22 kleiner als etwa 1500 Hertz sein. Noch weiter kann das Volumen der Rückenkammer ausgewählt werden, um eine Niederfrequenz-Luft-Compliance zu erzeugen, die die Compliance der Membran 40 um einen Faktor von wenigstens 10 überschreitet. In einem anderen Beispiel beträgt der Radius der Membran 40 etwa 0,0134 Meter. In diesem Beispiel beträgt der Radius von jedem der sechs Löcher 92 etwa 0,002 Meter und der Radius des imaginären Kreises etwa 0,0117 Meter. Die Breite des Schlitzes 94 beträgt etwa 0,00351 Meter, und die Fläche des Schlitzes 94 etwa 0,000258 m². Das Volumen der Rückenkammer beträgt etwa 0,00005 m³.
Wie im Blockdiagramm von 7 gezeigt, werden die Signale von dem Infraskop 20 über eine Analog-Digital-Digitalisierungsplatine 140 digitalisiert. Sobald digitalisiert, wird das Signal drahtlos oder per Kabel zu einer Arbeitsstation 142 gesendet, wie etwa einen Laptop oder Personal Computer. Bei 144 wird die Zeithistorie für Daten aufgetragen, die an verschiedenen Positionen des Patienten gesammelt wurden, wie etwa an den Positionen A, T, P und M, wie in 6 gezeigt. Die Arbeitsstation 142 sorgt für eine Steuerung, Analyse und Anzeige der aufgezeichneten Daten. MATLAB kann auch dazu benutzt werden, die Daten zu verarbeiten, um Echtzeit-Spektrogramme mittels Kurzzeit-Fourier-Transformations- (STFT) Spektren der entsprechenden Daten bei 146 und 148 zu erzeugen. Die Zeithistorie und das Spektrogramm von biologischen Signalen wird bei Bedarf durch das Internet 150 zu einer entfernten Arbeitsstation 152 gesendet, zur Überwachung und Analyse. Beispiele solcher entfernter Arbeitsstationen 52 können ein entfernter Computermonitor, ein Smartphone oder Tablet sein. Die Signale können zu dem PC oder Laptop zur Bearbeitung über eine Kabelverbindung gesendet werden, oder können drahtlos übertragen werden, wie etwa mittels eines im Handel erhältlichen Bluetooth-Moduls. Die Daten werden in ein nutzbares visuelles Format umgewandelt, auch Spektrogramm genannt, das dem Arzt hilfreich sein kann, um eine etwaige Abnormalität zu diagnostizieren. Die Anzeige kurzläufiger Spektren wird in Echtzeit durchgeführt, um das Vorhandensein eines kurzzeitigen Ereignisses in den Daten zu detektieren.
8-17 zeigen Diagramme von Infraskopsignalen, die an Positionen A, P, T und M von 6 gesammelt wurden, in Bezug auf Elektrokardiogrammsignale, gewöhnlich als ECG oder EKG bezeichnet. Die 18 und 19 zeigen Diagramme von Infraskopdaten im Vergleich zu ECG oder EKG an zwei verschiedenen Probanden von 1 Hz bis 1000 Hz. Die ECG-Signale beider Probanden sind ziemlich unterschiedlich und die Infraskopsignale folgen auch dem Trend des ECG.
Das Infraskop 20 kann für einen phonokardiografischen Stresstest verwendet werden. Einige Herzprobleme treten nur während körperlicher Aktivität auf. Ein phonokardiografischer Stresstest kann mittels der Signale von dem Infraskop 20 unmittelbar vor und nach Gehen auf einem Laufband oder Fahren auf einem stationären Fahrrad durchgeführt werden.
Das Infraskop 20 kann zur fetalen Herzüberwachung während Schwangerschaft, Wehen und Niederkunft benutzt werden, um den Herzschlag eines Fötus und die Stärke und Dauer der Uteruskontraktionen zu verfolgen. Externe fetale Herzüberwachung, die das Platzieren der Körperkupplung 24 gegen den Unterleib des Patienten beinhaltet, verfolgt den Herzschlag des Babys während Ruhe und während Bewegung; misst die Anzahl von Kontraktionen und wie lange Kontraktionen während Wehen und Niederkunft dauern; bestimmt, ob eine vorzeitige Wehe vorliegt. Interne fetale Herzüberwachung, wie sie in 2 gezeigt ist, und die den hierin beschriebenen Katheter 23 verwendet, bestimmt, ob der Wehenstress die Gesundheit des Babys bedroht; misst die Stärke und Dauer der Wehenkontraktion.
Das Infraskop 20 kann für Doppler-Phonokardiographie verwendet werden, wie in 3 gezeigt. Eine Doppler-Phonokardiographie kann dazu benutzt werden, Blutfluss im Herzen ohne invasive Prozedur zu messen. Der linksventrikuläre Fülldruck und der Blutfluss können mittels zweier Infraskope 20 geschätzt werden. Die Infraskope 20 können an einer beliebigen Position platziert werden, z. B. an den Positionen A, P, T und M, unter Verwendung einer Montagestruktur 160, die einstellbare Stäbe 162 hat, die an dem Mikrofon 22 angebracht sind, um eine zweidimensionale Geschwindigkeitsschätzung und Bildgebung zu bestimmen.
Das Infraskop 20 kann zur biometrischen Identifizierung verwendet werden. Fingerabdrücke sind zur Identifizierung für mehr als 100 Jahre verwendet worden, aber die Verwendung von Herzschlag zur biometrischen Identifizierung hat einige Vorteile wie etwa Komfort und Sicherheit. Die Herzschlagsignaturen können mittels entweder ECG/EKG oder mittels des Infraskops 20 an entfernten Positionen extrahiert werden. Das Sicherheitsmerkmal ergibt sich aus der Tatsache, dass ein ECG eines Benutzers oder akustische Signaturen ohne Zustimmung einer Person nicht aufgenommen werden können. Ein anderer Nachteil von Fingerabdrücken ist, dass diese mittels hinterlassener Proben repliziert werden können. Infraschall-Bandbreitensignale bieten bessere und höhere Signal-Rausch-Verhältnis-Werte und ein anderes Werkzeug zur biometrischen Identifizierung.
Das Infraskop 20 kann für Polygraphen verwendet werden. Von Polygraphen gemessene physiologische Prozesse sind: kardiovaskulär, elektrodermal und respiratorisch. Die Richtung und das Ausmaß der kardiovaskulären Reaktivität können, in Antwort auf möglicherweise auftretende Stimuli, über Individuen hinweg unterschiedlich sein. Elektrodermale Aktivität im Hinblick auf Hautwiderstand oder Leitfähigkeit wird gemessen, indem durch die Haut ein Strom fließt. In Antwort auf kontrollierte und relevante Fragen, werden Veränderungen von Grundpegeln elektrodermale oder EDR-Antworten oder elektrodermale Aktivitätspegel genannt und zur polygraphischen Interpretation verwendet. Veränderungen in der Atmung, die auch Änderungen im Herzschlag und der elektrodermalen Aktivität erzeugen, werden überwacht, um zu bestimmen, ob Antworten auf relevante und Kontrollfragen Artefakte sind. Gegenwärtig werden die Rate und Tiefe der Atmung während Polygraphie gemessen, indem Änderungen mittels Dehnungsmessern gemessen werden, die auf der Brust und dem Unterleib positioniert sind. Extrem niederfrequente Signalmessungen können erfolgen, indem das Infraskop 20 auf der Brust und dem Unterleib eines Probanden positioniert wird, was ein relativ billiges Werkzeug ist, um eine Veränderung in der respiratorischen und kardiovaskulären Aktivität zu messen.
Das Infraskop 20 der vorliegenden Offenbarung ermöglicht es medizinischem Personal, einen Blick bei der hörbaren Bandbreite sowie auch der Infraschallbandbreite, um somit dem medizinischen Personal ein anderes Werkzeug zu geben, physiologische Prozesse zu analysieren. Das Infraskop 20 kann zur Atmungs-, Herz- und zur fetalen Herzüberwachung verwendet werden. Das Infraskop 20 macht es möglich, physiologische Prozesssignale zu einem beliebigen Ort in der Welt in Echtzeit zu übertragen. Ambulanzen können mit dem Infraskop 20 ausgestattet werden, und medizinisches Personal ist in der Lage, physiologischen Information eines Patienten in Echtzeit zu erlangen. Das Infraskop 20 ist ein relativ billiges Werkzeug, um eine Abnormalität frühzeitig zu diagnostizieren.
Der in der gesamten Offenbarung verwendete Begriff „Patient“ enthält Menschen und Tiere, da vorausgesetzt wird, dass die vorliegende Erfindung auch in der Lage wäre, physiologische Prozesse für veterinäre Praktiken zu überwachen.
Alle hierin offenbarten Bezugnahmen werden in ihrer Gesamtheit unter Bezugnahme aufgenommen.
Während bestimmte Ausführungen in Bezug auf die Zeichnungen dargestellt und beschrieben sind, stellt man sich vor, dass Fachkundige verschiedene Modifikationen in Betracht ziehen können, ohne von der Idee und dem Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Daher versteht es sich, dass der Umfang der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche nicht auf die spezifischen Ausführungen beschränkt ist, die in Bezug auf die Zeichnungen dargestellt und diskutiert sind, und dass Modifikationen und andere Ausführungen im Umfang der Offenbarung und der beigefügten Zeichnungen enthalten sein sollen. Obwohl ferner die vorstehenden Beschreibungen und die zugeordneten Zeichnungen Ausführungsbeispiele im Kontext bestimmter beispielhafter Kombinationen von Elementen und/oder Funktionen beschreiben, sollte es sich verstehen, dass verschiedene Kombinationen von Elementen und/oder Funktionen durch alternative Ausführungen vorgesehen werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung und der beigefügten Ansprüchen abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 14/658584 [0001]
US 62/058794 [0001]
US 8401217 [0024, 0029, 0032, 0043, 0048]

Claims

Mikrofon zur Überwachung physiologischer Prozesse eines Patienten, wobei das Mikrofon aufweist: einen Körper (30), der ein proximales Ende, ein distales Ende, eine Körperseitenwand, die sich zwischen dem proximalen Ende und dem distalen Ende erstreckt, eine Endwand an dem proximalen Ende sowie eine Öffnung an dem distalen Ende aufweist; eine Körperkupplung (24), die an dem distalen Ende und über der Öffnung angebracht ist, um eine im Wesentlichen luftdichte Dichtung zu bilden, wobei die Körperkupplung mit dem Patienten in Eingriff bringbar ist; einen Hohlraum (50), der von der Körperseitenwand, der Endwand und der Körperkupplung umgeben ist; eine leitfähige Rückenplatte (38), die in dem hohlen Raum zwischen der leitfähigen Rückenplatte und der Endwand eine Rückenkammer definiert; eine leitfähige Membran (40) in dem Hohlraum, wobei die leitfähige Rückenplatte und die leitfähige Membran zur Bildung eines Kondensators mit Abstand voneinander angeordnet sind; und eine Vorverstärkerplatine (42) in elektrischer Verbindung mit der leitfähigen Rückenplatte, wobei der Vorverstärker (i) in der Lage ist, eine Kapazität zwischen der leitfähigen Membran und der leitfähigen Rückenplatte zu messen und die gemessene Kapazität in ein Spannungssignal umzuwandeln, und (ii) parallel zu jeweils der leitfähigen Rückenplatte und der leitfähigen Membran ist; wobei das Mikrofon in der Lage ist, akustische Signale so niedrig wie 0,03 Hertz bis zu 1000 Hertz zu detektieren.
Das Mikrofon von Anspruchs 1, das ferner aufweist: eine leitfähige Tragplatte (32), die an einer Innenoberfläche der Körperseitenwand in dem Hohlraum angebracht ist, wobei die leitfähige Tragplatte (i) eine Basiswand aufweist, die den Hohlraum in eine distale Kammer zwischen der Basiswand und dem distalen Ende des Körpers und eine proximale Kammer zwischen der Basiswand und dem proximalen Ende des Körpers unterteilt, (ii) eine Basiswandöffnung in der Basiswand und (iii) zumindest eine Öffnung oder einen Schlitz in der Basiswand, um einen Luftfluss von der distalen Kammer zu der proximalen Kammer zu erlauben; ein Isolierelement (34), das sich durch die Basiswandöffnung in der leitfähigen Tragplatte erstreckt; einen Leiter (84), der sich durch das Isolierelement erstreckt und davon absteht, wobei der Leiter mit der leitfähigen Rückenplatte und mit der Vorverstärkerplatine elektrisch verbunden ist, wobei sich die leitfähige Rückenplatte an einer Seite der leitfähigen Tragplatte und die Vorverstärkerplatte an einer entgegengesetzten Seite der leitfähigen Tragplatte befindet.
Das Mikrofon von Anspruch 1 oder 2, wobei (i) die leitfähige Rückenplatte (38) eine Mehrzahl von Löchern (92) definiert, (ii) ein Schlitz (94) zwischen einem Außendurchmesser der leitfähigen Rückenplatte und einer Innenwand des Körpers definiert ist, und (iii) Positionen und Größen der Löcher und eine Größe des Schlitzes derart ausgewählt sind, dass eine Membranbewegung im Wesentlichen kritisch gedämpft wird.
Das Mikrofon von Anspruch 2 oder 3, wobei die leitfähige Rückenplatte (38) auf dem Isolierelement (34) sitzt.
Das Mikrofon von einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Schlitz (94) zwischen der Vorverstärkerplatine und der Körperseitenwand definiert ist und sich um die Vorverstärkerplatine (42) herum erstreckt.
Das Mikrofon von einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Vorverstärkerplatine eine erste proximale Kammer (100) zwischen der Vorverstärkerplatine und der Endwand sowie eine zweite distale Kammer (102) zwischen der Vorverstärkerplatine und der Basiswand der leitfähigen Tragplatte definiert.
Das Mikrofon von Anspruch 6, wobei die erste proximale Kammer (100) ein Volumen von angenähert 2,109 Milliliter (0,1287 Kubikzoll) aufweist und die zweite distale Kammer (102) ein Volumen von angenähert 9,83 Milliliter (0,6 Kubikzoll) aufweist.
Das Mikrofon von einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Körperkupplung aus einem Außenring (114) gebildet ist, an dem eine flexible, nicht leitfähige Membran angebracht ist, wobei der Außenring an dem Körper (30) angebracht ist.
Das Mikrofon von einem der Ansprüche 1 bis 8, das ferner eine abgedichtete elektrische Verbindung aufweist, die sich durch die Körperseitenwand erstreckt, wobei die abgedichtete elektrische Verbindung eine elektrische Verbindung des Mikrofons mit einer Elektronikplatine ermöglicht.
Das Mikrofon von einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner eine Digitalisierungsplatine (140) aufweist, die von dem Mikrofon entfernt ist, wobei die Digitalisierungsplatine in der Lage ist, das Spannungssignal von dem Vorverstärker zu digitalisieren.
Das Mikrofon von einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Spannungssignal digitalisiert wird und zu einem entfernten Ort elektronisch übertragen wird.
Das Mikrofon von einem der Ansprüche 1 bis 11, welches dazu verwendbar ist, einen Schalldruck von einem oder mehreren Positionen innerhalb eines Körper eines Patienten zu detektieren.
Das Mikrofon von einem der Ansprüche 1 bis 12, welches dazu verwendbar ist, ein physiologisches Prozesssignal aus dem detektierten Schalldruck von einem oder mehreren Positionen innerhalb eines Körpers eines Patienten zu erzeugen, wobei das physiologische Prozesssignal in Echtzeit übertragbar ist.
Set aus zwei Mikrophonen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, geeignet zum Detektieren eines Schalldrucks von einer oder mehreren Positionen innerhalb eines Körpers eines Patienten.
Infraskop zum Überwachen physiologischer Prozesse eines Patienten, wobei das Infraskop das Mikrofon von einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
Das Infraskop von einem der Anspruch 15, welches dazu verwendbar ist, einen Schalldruck von einem oder mehreren Positionen innerhalb eines Körper eines Patienten zu detektieren.
Das Infraskop von Anspruch 15 oder 16, welches dazu verwendbar ist, ein physiologisches Prozesssignal aus dem detektierten Schalldruck von einem oder mehreren Positionen innerhalb eines Körpers eines Patienten zu erzeugen, wobei das physiologische Prozesssignal in Echtzeit übertragbar ist.