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Die vorliegende Erfindung betrifft
elektronische Stethoskope und insbesondere einen Aufnahmekopf für ein elektronisches
Stethoskop.
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Stethoskope finden Verwendung in
der Industrie, insbesondere beim Horchen auf bestimmte Geräusche, die
Defekte bei Maschinen anzeigen können,
werden jedoch in erster Linie auf dem Gebiet der Medizin zum Horchen
auf Geräusche
in Verbindung mit speziellen Körperfunktionen
verwendet. Von besonderem Interesse sind Geräusche in Verbindung mit wichtigen
Organen wie den Lungen, dem Herzen und den Venen.
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Ein Arzt horcht häufig auf bestimmte Geräusche unter
einer Vielzahl von gleichzeitig empfangenen Geräuschen. Die verschiedenen Geräusche entsprechen
häufig
speziellen Frequenzbändern,
und in diesem Zusammenhang sei auf die angefügte 4 verwiesen, welche speziellen Herzleiden
zuzuordnende Schallfrequenzbänder
zeigt. Ein Arzt, der an einem Symptom vom Typ der Mitralstenose
interessiert ist, erreicht z. B. eine wesentliche Verbesserung, wenn
Frequenzen über
etwa 80 Hz beseitigt werden können,
da Geräusche
mit Frequenzen über
80 Hz im allgemeinen anderen Phänomenen
als diesem Typ der Herzbeengung zugeordnet werden können.
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Zur Verarbeitung der Schallfrequenzbereiche,
deren Übertragung
vom Körper
zum Ohr des Arztes oder einem Schallaufzeichnungsgerät gewünscht ist,
können
verschiedene Techniken angewandt werden. In der eigenen Norwegischen
Patentanmeldung Nr. 95.0495 der vorliegenden Anmelderin beispielsweise
ist ein elektronisches Gerät
mit einem verstellbaren Bandpaßfilter
zum Entfernen unerwünschter
Frequenzen, d. h. dem Entfernen von "Rauschen", offenbart, um lediglich Geräusche zu übertragen,
die für
die bestimmte in Frage stehende Diagnose von Interesse sind. Es
ist jedoch auch möglich,
das Problem der Frequenzformung und Anpassung von Schallfrequenzen
bereits im Mikrophon selbst oder im Aufnahmeteil des Stethoskops
anzugehen. Gewöhnliche
Stethoskope ohne elektronische Verstärkung sind bereits mit speziellen
Aufnahmekopfausgestaltungen versehen worden, um eine Abschwächung/Verstärkung unterschiedlicher
Frequenzbänder
zu erzielen, z. B.
GB
2 051 584 A und
U.S.
4 903 79 4, welche beide Stethoskopaufnahmeköpfe mit
speziellen Kammern offenbaren, die zur Schaffung von Resonanz bei
bestimmten Frequenzen konzipiert sind. In diesen beiden Veröffentlichungen
weist der Schallaufnahmekopf eine vorn befindliche Membran auf,
die mit einer mittig gelegenen, nach vorne ragenden Spitze zum direkten
Angreifen an einer Körperoberfläche ausgebildet
ist.
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Stethoskope des elektronischen Typs,
d.h. mit elektroakustischen Wandlern, und eines Typs, der hinsichtlich
seiner Ausgestaltung in gewisser Weise mit der vorliegenden Erfindung
in Verbindung steht, sind von früher
aus
DE 2 703 781 ,
DE 2 453 926 und
DE 932 268 bekannt.
DE 2 703 781 offenbart eine
Körperschallaufnahmevorrichtung
mit einem piezoelektrischen Teil. Zur Übertragung von Vibrationen
zu diesem Teil ist in einer zylindrischen Öffnung ein mittiger und vorspringender
Stift angeordnet. Die Absicht liegt im Vermeiden des Empfangs von
Schall über
die Luft. Es läßt sich
keine Maßnahme
zur Formung der Frequenz des aufgenommenen Schalls finden.
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DE
2 453 926 zeigt ein elektronisches Stethoskop, bei dem
das Schallaufnahmeteil eine vorne befindliche Membran mit einer
mittig befindlichen, nach vorne ragenden "Skullkappe" aufweist. Schallvibrationen werden
jedoch durch einen Luftraum innen in der Membran weiter zu einem
innen angebrachten Mikrophonteil übertragen. Spezielle Merkmale
zur Verstärkung/Abschwächung bestimmter Frequenzbänder sind
nicht erwähnt.
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DE
932 268 offenbart ein Mikrophon zur Aufnahme von Körpergeräuschen,
bei dem ein mittiger Stift Vibrationen von einer Körperoberfläche über eine
quasi starre mechanische Verbindung an einen elektroakustischen
Wandler überträgt. Der
mittige Stift ist von einem nach vorne abstehenden kreisrunden Rand
umgeben, dessen Aufgabe darin liegt, eine annähernd konstante Angriffskraft
für den
mittigen Stift an der Haut bereitzustellen. Es läßt sich keine Einrichtung zur
Beeinflussung des übertragenen Schalls
im Hinblick auf die Beseitigung unerwünschter Geräusche und unerwünschter
Frequenzen finden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, einen Schallaufnahmekopf zur Verwendung als ein Teil
eines elektronischen Stethoskops zu schaffen, bei dem besonders
interessierende Frequenzbereiche für spezielle Diagnosezwecke
mittels der Aufnahmekopfkonstruktion selbst unter Opferung anderer
Frequenzbereiche verstärkt
werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Bereitstellung
eines Schallaufnahmekopfs des Typs gelöst, der in den angefügten Patentansprüchen genau
definiert ist. Somit besteht das zentrale Merkmal der Erfindung
darin, daß mindestens
ein schlanker Stift zur Übertragung
von Vibrationen mittig im Inneren einer Schallbeeinflussungsglocke
angeordnet ist, welche mit ihrem Rand einen den schlanken Stift
umgebenden Reflexions- und/oder Absorptionsraum derart begrenzt,
daß gewisse
Frequenzen nach innen zu dem Stift hin reflektiert werden und andere Frequenzen
an einer solchen Reflexion gehindert werden, wodurch der Stift frequenzgeformten
Schall überträgt. Die
Glocke selbst ist akustisch von dem schlanken Stift entkoppelt,
welcher selbst nur von einem sehr kleinen Bereich der Körperoberfläche Schall
aufnimmt, während
der nach der Reflexion im Inneren der Glocke dem Stift sekundär zugeführte Schall
im Grunde von dem größeren, begrenzten Körperflächenbereich
unter der Glocke stammt.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
der Ausführungsbeispiele
näher erläutert, und
gleichzeitig wird auf die angefügten
Zeichnungen Bezug genommen, welche zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Aufnahmekopfes,
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2 einen
Aufnahmekopf des in 1 gezeigten
Typs, der zur Bildung eines kompletten elektronischen Stethoskops
mit einem Elektronikteil zusammengebaut ist,
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3 ein
komplettes Stethoskop desselben allgemeinen Typs wie in 2, jedoch mit einer anderen
Ausgestaltung der Aufnahmekopfreflektorglocke,
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4 ein
Frequenzdiagramm, das effektive Schallfrequenzbereiche für bestimmte
Herzleiden anzeigt, und
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5 auf
herkömmliche
Weise aufgezeichnete phonokardiographische Kurven.
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In 1 ist
ein Basisausführungsbeispiel des
Aufnahmekopfes der Erfindung gezeigt. Der Aufnahmekopf selbst ist
mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet und weist als seine
wichtigsten Elemente eine Schallbeeinflussungsglocke 2,
einen mutigen Stift 3 und eine elektroakustische Wandlereinrichtung 4 auf.
Der Stift 3 ist direkt mit dem Wandler 4 verbondet,
welcher zur Herstellung einer Verbindung über elektrische Kontaktpunkte 5 mit
in der Figur nicht gezeigten elektronischen Verstärker- und
Bearbeitungsschaltungen ausgebildet ist. Die Schallbeeinflussungsglocke 2 ist
mittels einer schallabsorbierenden Verkleidung 6 akustisch
von dem Wandler 4 entkoppelt.
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Die Figur sollte als Schnitt durch
den Aufnahmekopf 1 wahrgenommen werden, und eine naheliegende
Aufnahmekopfform sieht so aus, daß sie um eine Mittelachse,
die mit der Längsachse
des mutigen Stifts zusammenfällt,
kreissymmetrisch ist. Die Form kann jedoch auch oval oder ggf. derart
sein, daß die
Glocke 2 einen quadratischen Umfang oder eigentlich einen
dreieckigen oder polygonalen Umfang hat.
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Die Schallbeeinflussungsglocke 2 des
Aufnahmekopfs begrenzt den Horchbereich auf einer Körperoberfläche, wenn
der Randbereich 7 an der Oberfläche angreift. Von dem begrenzten
Horchbereich auf der Körperoberfläche ausgehender
Schall kann dann an der Innenwand 8 in der Schallbeeinflussungsglocke 2 und
in Richtung auf den mittigen Stift 3 reflektiert werden,
um zusätzlich
zu dem direkt von dem Stift von einem sehr kleinen mittigen Bereich,
an dem der Stift angreift, aufgenommenen Schall zusätzlichen
Schall zu liefern. In diesem Zusammenhang sind die Form der Innenwand,
d. h. die mögliche
Krümmung
oder Ebenheit derselben, der Schrägwinkel B zwischen der Innenwand 8 und
der Ebene des Randbereichs 7 und ferner das Material der
Innenwand 8 und die vorhandenen Schallfrequenzen wichtige
Parameter. Eine doppelt gekrümmte
Innenwand 8, z. B. mit einer im Querschnitt parabolischen
Krümmung,
erzeugt einen Fokussiereffekt nach innen in Richtung auf eine bestimmte
Position an dem mittigen Stift 3, während eine konische Innenwand 8 gemäß 1 (d. h., wenn die Figur
einen Querschnitt durch einen kreissymmetrischen Aufnahmekopf zeigt)
den reflektierten Schall mehr in Richtung auf die volle Ausdehnung
des Stiftes streut. Auf diese Weise sind die unterschiedlichen Formen
der Innenwand 8 im Hinblick auf Eingangszeiten der unterschiedlichen
Teile des Gesamtschallsignals von dem begrenzten Bereich der Körperoberfläche am Wandler 4 von
Bedeutung, und es ist möglich,
die Form der Innenwand 8 "maßzuschneidern", um für den Aufnahmekopf
für die
bestmögliche
Reaktion in Bezug auf besonders interessierende Körpergeräusche zu
sorgen. Natürlich
besteht auch ein (nicht gezeigtes) Ausführungsbeispiel der Erfindung
darin, eine Aufnahmekopfinnenwand 8 mit einer veränderbaren
Form zu versehen, und zwar vorzugsweise derart, daß ein einzelner,
mit dem Finger zu betätigender
Knopfaußen
an dem Aufnahmekopf durch direkte mechanische Übertragung auf ein Zusammenziehungsteil,
welches die Innenwand 8 zu einer Veränderung ihrer Krümmung zwingt,
eine Veränderung der
Form herbeiführt
und dadurch auch für
eine andere Gesamtreaktion bei dem Aufnahmekopf sorgt.
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Es ist auch möglich, einem Bereich oder bestimmten
Bereichen der Innenwand 8, auch in Abhängigkeit von der Frequenz,
unterschiedliche Schallreflexionsoder Schallabsorptionseigenschaften
zu verleihen, um die Aufnahmekopfreaktion im Hinblick auf eine günstige Übertragung
spezieller Geräusche
in eine gewünschte
Richtung zu beeinflussen. Bei einer Variante der Erfindung ist die Schallbeeinflussungsglocke
mit einer rein absorbierenden Innenwand ausgestattet. Dies ermöglicht die Entfernung
von Echos und Akustik aus der Glocke, und nur der mittige Stift
leitet dann Schallvibrationen an den Wandler 4 weiter.
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Unter weiteren variablen Parametern
des Aufnahmekopfs 1 muß der
mittige Stift 3 selbst erwähnt werden, der zunächst einmal
ein steifer und langgestreckter Stab aus einem harten Material,
z. B. Stahl, ist. Der Aufnahmekopf kann jedoch mit einer Anzahl
derartiger Stifte ausgestattet sein, die in der Schallbeeinflussungsglocke 2 mittig
angeordnet sind. Die Stifte können
dann mit einer einzelnen elektroakustischen Wandlereinrichtung 4 verbunden
sein oder für
jeden betreffenden Stift können
separate Wandler angeordnet sein, um eine doppelte, dreifache usw.
Schallaufnahme zu erhalten. In solchen "Mehrstift"-Fällen
können
die Stiftwinkel von einer präzisen
axialen Richtung (relativ zu dem gezeigten Ein-Stift-Fall von 1) abweichen, und die Richtung
zu den und die Tiefe der Schallquellen in der Körperoberfläche kann dann ggf. mittels
einer angeschlossenen elektronischen Schaltungsanordnung und Computerausrüstung berechnet
werden.
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Zwar sei betont, daß das Wesentliche
der vorliegenden Erfindung die spezielle Kombination aus direktem
Schall von einem kleinen mittigen Bereich, der mittels einem (oder
einer Anzahl von) schlanken mittigen Stiften) geliefert wird, und über das
Innere der Schallbeeinflussungsglocke und zu dem mittigen Stift
reflektiertem Schall von dem größeren begrenzten
Körperoberflächenbereich,
mit einer "zweckdienlichen" Größe und Form
der Glockeninnenwand 8, ist, aber es sei auf ein bestimmtes weiteres
Ausführungsbeispiel
verwiesen: es ist möglich,
die Eigenschaften des Aufnahmekopfes über das oben bereits Erwähnte hinaus
durch Straffen einer in 1 gestrichelt
dargestellten Membran 9 über die gesamte Öffnung der
Schallbeeinflussungsglocke, d.h. außerhalb des nach vorne abstehenden mittigen
Stifts 3, zu verändern.
Dann muß um
den Außenrand
der Glocke eine Befestigungseinrichtung 10 für die Membran 9 vorgesehen
sein. Die Wirkung einer solchen Membran besteht darin, daß der mittige Stift,
der dann an der Membran angreift, Geräusche aus einem größeren Bereich
erfaßt,
diese Lösung
ergibt jedoch auch mehr Kontaktrauschen von dem interessierenden
Körperoberflächenbereich
und ist normalerweise keine bevorzugte Lösung.
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In 1 ist
der Aufnahmekopf an seiner Oberseite mit einer Buchse 11 ausgestattet.
In den in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen scheint
es, daß die
Buchse 11 verwendet wird, um dem kompletten Stethoskop 12, 13 die
ungefähre Form
einer Taschenlampe zu geben, wobei ein langgestreckter Hauptkörper 18 die
gesamten Verstärkungs-
und Verarbeitungsschaltungen in einem Elektronikteil 16 enthält, das über die
Kontaktpunkte 5 (siehe 1)
mit der Wandlereinrichtung 4 verbunden ist. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet
schematisch eine Antenne vom Funktyp, wahlweise zum Senden von moduliertem
Licht oder von Ultraschall und in jedem Fall zum Senden von informationstragender
Strahlung, die von einem ortsfesten (nicht gezeigten) Empfängergerät empfangen
wird. Natürlich ist
auch eine Drahtverbindung möglich,
doch dann kann die handgehaltene Einheit 12, 13 tatsächlich auf eine
reine Einheit 1, mit Leitungen von den Kontaktpunkten 5 zu
einer vollständigeren
ortsfesten Signalverarbeitungseinheit, reduziert werden, wobei dann der
Aufnahmekopf 1 selbst die handgehaltene Einheit bildet.
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In 2 ist
der Aufnahmekopf 1 im wesentlichen vom gleichen Typ wie
in 1 gezeigt, während in 3 eine doppelt gekrümmte Innenwand 15 in
der Schallbeeinflussungsglocke 2 gezeigt ist. Der Randbereich
der Glocke ist in diesem Fall spitzer geformt als ein Rand 14.
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4 zeigt
ein Diagramm bezüglich
der Stelle innerhalb des Hörbereichs
spezieller Geräusche, die
bestimmten Herzkrankheitssymptomen zugeordnet sind. Es sei darauf
hingewiesen, daß,
verglichen mit dem Hörbereich
(20 Hz– 20
kHz) und dem Bereich dertypischen Atemgeräusche (200–700 Hz) Mitralstenose typische
Frequenzen im Bereich von 25–80
Hz hat, die ersten und zweiten Herztöne mit Frequenzen im Bereich
von 20–140
Hz auftreten, der Atrioseptumdefekt mit Frequenzen im Bereich von 20–70 Hz,
Aortenklappeninsuffizienz und Rückstrom des
Blutes bei Mitralinsuffizienz Geräusche mit Frequenzen im Bereich
von 170–900
Hz liefern und Ausstoßgeräusche üblicherweise
bei 130–500
Hz liegen. Der erfindungsgemäße Aufnahmekopf
kann zur bloßen
Hervorhebung solcher speziellen Frequenzbereiche oder zur Unterdrückung der Übertragung
von Frequenzen von außen
verwendet werden, falls dies eher erwünscht ist.
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Es sei darauf hingewiesen, daß sich herausgestellt
hat, daß der
erfindungsgemäße Aufnahmekopf
selbst dann gute Ergebnisse liefert, wenn außen an der Kleidung abgehorcht
wird.
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Im Gebrauch bildet die Schallbeeinflussungsglocke
einen geschlossenen Raum um den mittigen Stift und hat somit den
Effekt, daß vom
Außenbereich
kommende Geräusche
nicht von dem Stift aufgenommen werden. Somit wirkt die Glocke auch
als Abschirmung gegen Signale, die keine "verwendbaren Signale" sind. Nur in der Glocke aufgenommene
Körpergeräusche sollen
gelten und unerwünschte
Signale sollen beseitigt werden.
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Zuvor ist gesagt worden, daß unterschiedliche
Formen einer reflektierenden Innenwand in der Schallbeeinflussungsglocke
Reflexionen liefern, die im wesentlichen in Richtung auf eine Position
an dem mittigen Stift oder in stärker
ausgebreiteter Weise auf verschiedene Positionen hin gerichtet werden
können.
Auf diese Weise kann die Form der Innenwand angepaßt werden,
um unterschiedliche Eingangszeiten für unterschiedliche Geräusche zu
kompensieren, wodurch gewisse Eingänge unterdrückt und andere Eingänge verstärkt werden
können.
Die Eingangszeit als Folge der geometrischen Form und der Wahl des
Materials der Schallbeeinflussungsglocke ist ein wichtiger Parameter.
Die Tatsache, daß die Glocke
zu unterschiedlichen Zeiten zu unterschiedlichen Positionen hin
gestreute Reflexionen liefert, ergibt eine Phasenverschiebung in
Bezug auf Zeit/Schall. Es sei z. B. auf die in 5 gezeigten Kurvenabschnitte verwiesen,
die unter Verwendung von traditioneller Phonokardiographie aufgezeichnet wurden.
Diese Kurven könnten
bis zu einem gewissen Grade mittels der Verstärkung und Betonung, welche
durch den erfindungsgemäßen Aufnahmekopf
erzielt werden kann, deutlicher, besser definiert ausgeführt werden
und sich einfacher interpretieren lassen.