ES2226473T3 - Sensor para captacion de sonido. - Google Patents

Abstract

Un sensor para la captación de sonido procedente de un cuerpo, que comprende: un miembro transductor acústico-eléctrico (4, 7), destinado a transformar las vibraciones sonoras en señales eléctricas de salida, estando constituido dicho miembro transductor por al menos un miembro piezoeléctrico (4, 7), y una unidad visco-elástica (2), dispuesta a modo de medio de adaptación entre una superficie del cuerpo y el miembro transductor (4, 7), y de tal manera que una superficie frontal de dicha unidad (2) está dispuesta para ser llevada a acoplamiento directo con la superficie del cuerpo, teniendo dicha unidad visco-elástica (2) una forma exterior cilíndrica, caracterizado porque dicho al menos un miembro piezoeléctrico (4, 7) rodea apretadamente la superficie lateral de la unidad visco-elástica, y por que la unidad visco-elástica se acopla apretadamente, por su superficie de extremo posterior, a una pieza posterior dura (1).

Description

Sensor para captación de sonido.

La presente invención se refiere a la auscultación y, en particular, la invención se refiere a un sensor para captar el sonido generado en un cuerpo animal o humano, incluyendo su conversión a una señal eléctrica de salida. La invención se refiere también a un estetoscopio electrónico completo.

Los estetoscopios basados en principios acústicos se conocen ya con anterioridad y son de uso generalizado. Se conocen también ya de antes los estetoscopios acústicos tradicionales que están provistos de amplificación electrónica suplementaria. Se conocen, de estudios biológicos de los animales marinos, hidrófonos destinados a registrar el sonido procedente de los animales bajo el agua. Dichas técnicas constituyen un antecedente de la presente invención, y estas técnicas pueden ser consideraras de la siguiente manera:

Los estetoscopios tradicionales están basados en el sonido transmitido a través del aire y a través de algún tipo de mangueta o tubo. Éste se conecta a una transmisión de las ondas sonoras del tejido corporal al aire. La compresión del aire es detectada por los oídos del que escucha. En ocasiones, existe un diafragma dispuesto en el extremo anterior del aparato, si bien existe aún, sin embargo, una transmisión al aire. Los denominados estetoscopios de Littman constituyen ejemplos de este tipo de técnica.

Los estetoscopios tradicionales se dotan, en ocasiones, de micrófonos que recogen el sonido transmitido por el aire, con el fin de amplificarlo electrónicamente. En este caso, se produce también una transmisión del tejido corporal al aire, y del aire a los diversos tipos de sensores de micrófono. Ejemplos de fabricantes de dichos estetoscopios son Littman y Ariel, y existen también fabricantes japoneses.

La presente solicitante ha producido ya, con anterioridad, un transductor de estetoscopio provisto de una espiga o tetón de un material duro, que se pone en contacto directo con la piel de tal manera que el sonido se transfiere directamente desde el tejido corporal, a través del material duro del tetón, y al interior del sensor.

Por otra parte, son bien conocidos los hidrófonos destinados a recoger en el agua el sonido procedente de animales, formaciones de terreno y construcciones de máquinas. Dichos hidrófonos no pueden ser utilizados para propósitos de diagnóstico en lo que respecta a humanos y animales, ni dentro ni fuera de un cuerpo vivo.

Las herramientas de ultrasonidos se utilizan de forma muy extendida en el campo de la diagnosis, y estas herramientas se sirven a menudo de un tipo de contacto viscoso sobre la piel. Sin embargo, el contacto viscoso está constituido habitualmente por un cierto tipo de gel, es decir, un gel que no forma parte de la herramienta en sí, sino que, por el contrario, es un gel que se aplica, por ejemplo, en la piel, antes de colocar la herramienta en contacto con la piel.

Se conocen con anterioridad, por la Patente norteamericana Nº 4.672.976, a nombre de Kroll, unos medios para oír los sonidos del corazón, diseñados para ser colocados sobre el cuerpo de un paciente, y para detectar ondas sonoras de baja frecuencia. Estos medios están equipados con un diafragma flexible destinado a un contacto directo con la piel, y a adaptarse a los contornos del cuerpo. Un fluido llena un volumen interior comprendido en el alojamiento de los medios, y, en el seno del fluido, se ha dispuesto una unidad de hidrófono. Lo esencial de los medios de Kroll es el hecho de proporcionar un buen acoplamiento completo con el hidrófono, al minimizar las diferencias acústicas entre el tejido corporal y los materiales de los medios de escucha. Se establece también como punto importante el hecho de que el fluido que rodea al hidrófono sea un medio líquido carente de burbujas o un "gel hidrofónico".

El mismo Kroll es también inventor copartícipe en la Patente norteamericana Nº 4.947.859, a nombre de Brewer et al., Patente en la que se elabora adicionalmente la misma idea que se ha mencionado en lo anterior. En el documento US 4.947.859 se desarrolla adicionalmente el transductor del sonido, se utiliza un material polímero en lugar de una solución líquida o un gel en torno a una unidad de sensor dispuesta centralmente, en un dispositivo similar a un disco de hockey, dispositivo que puede colocarse descansando sobre la piel de un paciente. El material polímero está adaptado substancialmente, en cuanto a su naturaleza acústica, al tejido del cuerpo. Las dos Patentes muestran claramente que se conoce con anterioridad la práctica de utilizar un material de adaptación destinado a imitar el tejido corporal por lo que respecta a sus características acústicas. Sin embargo, es de destacar que la adaptación no va más lejos que eso. La unidad de sensor embebida en el polímero de masa se verá, por ejemplo, influida por el sonido procedente de cualquier lugar, y no tendrá ninguna capacidad de direccionalidad ni de amplificación. Los medios de escucha de Brewer et al. son tan blandos que pueden ser conformados adaptándose a la forma del cuerpo cuando sea deseable. Esto no es ninguna ventaja para ninguna conexión; en algunos casos, tiene sentido disponer de, por ejemplo, un diafragma rígido en acoplamiento íntimo con la piel. Brewer et al. se basan en efectuar un procesamiento o tratamiento de la señal fuera del disco, y la construcción del dispositivo de escucha no proporciona ningún apantallamiento contra el ruido eléctrico irradiado hacia dentro. Un dispositivo similar se conoce del documento US 3.573.394.

La invención se establece en las reivindicaciones. La presente invención se ha concebido para eliminar o paliar las desventajas que aquejan a la técnica anterior, tal y como se ha explicado anteriormente. Así pues, de acuerdo con la invención, se proporciona, en un primer aspecto de la invención, un sensor destinado a captar el sonido de un cuerpo, que comprende un miembro transductor acústico-eléctrico, destinado a convertir las vibraciones sonoras en señales eléctricas de salida, y una unidad visco-elástica, dispuesta a modo de medio de adaptación entre una superficie del cuerpo y el miembro transductor, y de tal manera que una superficie frontal de la unidad visco- elástica se ha dispuesto para ser llevada a acoplamiento directo con la superficie del cuerpo. El sensor está caracterizado porque el miembro transductor acústico-eléctrico está constituido por al menos un miembro piezoeléctrico que rodea apretadamente la superficie lateral de la unidad visco- elástica, teniendo la unidad visco-elástica una forma externa cilíndrica, y porque la unidad visco-elástica se acopla apretadamente, por su superficie de extremo posterior, con una pieza posterior dura.

En una realización de la invención, el miembro transductor acústico está constituido por dos hojas piezoeléctricas dispuestas concéntricamente, con la posibilidad de que tengan una hoja conductora de la electricidad entre ellas. Dicha hoja intermedia, conductora de la electricidad, puede estar constituida por un adhesivo a doble cara y una cinta conductora de la electricidad.

En una realización, la hoja piezoeléctrica puede estar constituida por una hoja plana colocada en torno a la unidad visco-elástica de tal manera que los bordes adyacentes se fijan por medio de una cinta adhesiva. Alternativamente, la hoja piezoeléctrica puede tener forma cilíndrica, y puede disponerse roscada apretadamente sobre la unidad visco-elástica.

En una realización alternativa del sensor, el miembro transductor acústico está constituido por un anillo cerámico que exhibe un efecto piezoeléctrico.

En una realización preferida de la invención, la pieza posterior y la unidad visco-elástica presentan, en su superficie de extremo posterior, formas complementarias con precisión que comprenden una interfaz a la que se ha conferido una forma substancialmente cónica y que apunta en una dirección hacia delante.

El sensor definido en lo anterior encuentra un uso favorable como elemento sensor en un estetoscopio electrónico.

En otra realización de la invención se proporciona un estetoscopio electrónico que comprende un conjunto de cabeza provisto de auriculares que tienen altavoces, un módulo de mano para la captación del sonido, provisto de un elemento sensor y de un circuito electrónico amplificador, así como un conductor de conexión entre el módulo y el conjunto de cabeza, y este estetoscopio electrónico se caracteriza porque el elemento sensor es un sensor tal como se ha definido de la forma más general en lo anterior.

Los sonidos producidos de una forma natural, por ejemplo, en un cuerpo humano, consisten en variaciones de presión en tejido que, en su mayor parte, contiene agua. El sonido aparece en varios órganos, con sus movimientos, compresiones y expansiones, así como procedente de las corrientes de fluidos dentro del cuerpo. Estos sonidos son dispersados a través del cuerpo, y las frecuencias que se miden en un cierto lugar dependerán tanto de la fuente del sonido como de las diversas posibilidades de atenuación y de ampliación que se encuentran en el interior del cuerpo. El propósito del sensor visco-elástico de acuerdo con la invención consiste en transferir las ondas de sonido desde el cuerpo al interior de una unidad de transductor acústico-eléctrico con un elemento sensor instalado en su interior, directamente a través de un medio de adaptación / transformación acústica y al verdadero miembro transductor, de tal manera que la presión sonora se distribuye uniformemente en toda el área de recepción del sonido del miembro transductor. Además, se intenta minimizar la atenuación y lograr un intervalo de sonidos audibles tan amplio como sea posible, en su paso al interior del miembro transductor.

Un diseño como el que se acaba de exponer difiere claramente de todos los sistemas de sensor previamente conocidos, en los que el sonido se transmite a través del aire, y difiere claramente del contacto a través de un tetón, por cuanto que la superficie para la recepción del sonido desde el cuerpo es mucho mayor. La invención se distingue también de los dispositivos de tipo ultrasónico por el hecho de que funcionan con frecuencias mucho más allá de lo que el sensor visco-elástico es capaz de manejar, y porque los sistemas de ultrasonidos se sirven de un gel de muy diferente manera para proporcionar el contacto con la piel, tal como se ha expuesto anteriormente.

La invención se diferencia asimismo de la transmisión del sonido en elementos viscosos tal como se indica en las Patentes norteamericanas pertenecientes a Kroll / Brewer et al., pues las características esenciales de la invención están constituidas por características geométricas muy diferentes.

Es de destacar que dicho sensor visco-elástico difiere de los hidrófonos por el hecho de que, mientras que los hidrófonos tradicionales reciben una presión sonora de su entorno exterior, el presente sensor visco- elástico funciona con un medio de transmisión interno, de tal manera que se proporcionan mejores posibilidades para su uso como estetoscopio, por cuanto se ha aislado un área mayor para la transmisión del sonido.

Por otra parte, la inmunidad frente a los sonidos externos es una de las ideas importantes que han constituido una base de partida para la concepción de la presente invención. En casos de accidentes y emergencias, puede resultar difícil para un médico realizar un diagnóstico por auscultación, puesto que es posible que lleguen muchos sonidos externos y perturbadores procedentes de máquinas, motores, gritos, etc. Como consecuencia de la elevada impedancia del sensor visco-elástico, se atenúa el sonido exterior transportado por el aire. Esto ayuda al doctor a concentrarse en los sonidos procedentes del cuerpo. Dicha propiedad no puede encontrarse en los estetoscopios tradicionales ni en los estetoscopios basados en micrófonos o que tienen diafragmas en acoplamiento con una disposición de tetón.

La inmunidad frente al "efecto de acelerómetro" es otra característica novedosa. El diseño concéntrico del sensor procura un aislamiento ante las vibraciones mecánicas debidas a la manipulación o al funcionamiento del sensor visco-elástico. Una fuerza de aceleración producida en una dirección y que provoca una respuesta de tensión eléctrica, inducirá asimismo una fuerza opuesta en el elemento sensor y, por tanto, dará lugar a una tensión de polaridad opuesta, de tal manera que se atenúa la señal de ruido.

Un buen aislamiento contra los campos electromagnéticos externos es de gran importancia con vistas a la reducción del ruido que puede perturbar la función de diagnosis. Es ésta una característica que constituye una novedad del presente sensor visco-elástico, en comparación con los hidrófonos tradicionales.

En lo que sigue, la invención se explicará con mayor detalle a través de la descripción de realizaciones de la misma y con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

la Figura 1 muestra un ejemplo de una unidad visco-elástica que forma parte de un sensor de acuerdo con la invención;

la Figura 2 muestra una pieza posterior diseñada para ajustarse en la unidad visco-elástica que se muestra en la Figura 1;

la Figura 3 muestra una realización de un sensor de acuerdo con la invención, en una vista en despiece, a fin de mostrar claramente las partes de que consta el sensor; y

la Figura 4 ilustra la misma realización de sensor que se muestra en la Figura 3, pero con éste montado en el interior de un módulo de estetoscopio.

Con el propósito de considerar más detenidamente las realizaciones específicas, se hará referencia en primer lugar a la Figura 1. La Figura 1 muestra un cuerpo compacto 2 que tiene una forma exterior cilíndrica, en una vista lateral y en una vista en planta superior. El cuerpo cilíndrico 2 tiene un ánima / cavidad interna que presenta una abertura desde el lado inferior. La forma del ánima / cavidad es complementaria con bastante aproximación con la forma de las secciones superiores de la pieza posterior 1 que aparece en la Figura 2, pieza posterior que se describirá más exhaustivamente en lo que sigue. En su parte superior, el cuerpo cilíndrico 2 termina en una superficie substancialmente plana o algo arqueada, superficie que está destinada a constituir la superficie de recepción del sonido procedente de una zona del cuerpo. La parte de masa del cuerpo cilíndrico 2 está constituida substancialmente por un material visco-elástico y homogéneo 20, siendo el material 20 preferido el caucho, es decir, que el cuerpo cilíndrico 2 puede estar hecho, preferiblemente, de caucho colado, de preferencia caucho de silicona.

En la Figura 2 se muestra una pieza trasera o posterior 1, diseñada para actuar conjuntamente con el cuerpo cilíndrico 2. En su extremo de fondo / posterior, la pieza posterior dura 1 tiene una parte de base 12 con la forma de una losa y, sobresaliendo hacia arriba desde la losa, una parte estrechada a modo de cuello 13, que soporta, a su vez, una parte de cabeza que tiene un diámetro mayor. Todas estas partes / secciones de la pieza posterior 1 tienen una forma cilíndrica y coaxial, pero, en el extremo frontal / superior, la parte de cabeza presenta la forma de una superficie cónica 11.

Se observa claramente que, al forzar la parte de cabeza de forma que su punta cónica 11 se introduzca dentro de la cavidad del cuerpo cilíndrico 2, la masa de caucho se ajustará por salto elástico en su lugar, en torno a la parte de cabeza y a la parte estrechada 13, de tal manera que se consigue un acoplamiento íntimo del material visco-elástico 20 contra la pieza posterior 1 a través de todas sus superficies.

La pieza posterior 1 está hecha preferiblemente de metal y construida como un cuerpo integral. La cualidad más importante de la pieza posterior 1 es que es capaz de proporcionar una presión sonora uniforme (que hasta ahora no se ha mencionado de forma específica) en un entorno del miembro transductor acústico-eléctrico. Ésta es una razón para la forma cónica de la parte superior / delantera de la pieza posterior. Además de las características de reflexión del sonido, es decir, del hecho de que el material sea duro, es favorable tener unas buenas características de apantallamiento frente a la radiación electromagnética por lo que respecta al verdadero miembro transductor y a sus conductores de señal, y es, por tanto, preferible fabricar la pieza posterior de metal, al menos la parte de la base 12.

En la Figura 3 se observa, en una vista despiezada, un ejemplo de un diseño de una parte de sensor de acuerdo con la invención. Las dos partes superiores 1 y 2 son las partes que se acaban de mencionar con referencia a las Figuras 2 y 1. La siguiente parte es una cinta 3 con adhesivo por ambas caras, que no es necesaria, pero que puede proporcionar una fijación mejorada a una hoja piezoeléctrica externa 4, que, en el ejemplo mostrado, es una lámina rectangular con una longitud en correspondencia, destinada a colocarse apretadamente en torno a la cinta adhesiva 3 o directamente sobre el cuerpo visco-elástico 2, y que se mantiene unida fuertemente con el uso de una pieza de cinta adhesiva 5. La hoja de sensor 4 constituye el miembro transductor electroacústico del sensor, y está equipada normalmente con unos delgados conductores de señal (no mostrados), fijados en el interior y en el exterior.

La realización que se muestra aquí está basada en el uso de dos hojas piezoeléctricas, y la hoja exterior 4 es aquí, por tanto, una cinta conductora de la electricidad 6, que es también, preferiblemente, una cinta adhesiva de doble cara. La cinta conductora 6 proporciona un contacto eléctrico entre el exterior de la hoja piezoeléctrica interna 4 y una segunda hoja piezoeléctrica 7, que está situada por fuera de la cinta 6. Una cinta adhesiva 8 sujeta los bordes de la hoja 7 uno contra el otro, de la misma manera que la cinta 5 lo hace a través de la abertura de la hoja 4.

La referencia numérica 9 indica un circuito simbólico conectado al interior y al exterior de una de las hojas piezoeléctricas, cuyo fin es recoger y procesar las tensiones de señal procedentes de la hoja. En realidad, en este ejemplo, un cable de señal debería también conducir hasta el interior de la hoja 4, a fin de hacer uso de una señal procedente de ambas hojas 4 y 7.

Las hojas piezoeléctricas 4 y 7 que se han mostrado aparecen en el ejemplo de la Figura 3 como "láminas" rectangulares que se han de colocar alrededor de una forma cilíndrica. Sin embargo, es también posible utilizar hojas cilíndricas, las cuales deben ser entonces roscadas apretadamente por el exterior del cuerpo visco-elástico 2. Esta operación puede ser un poco difícil.

Es de destacar que la invención se adapta también a otros tipos de transductores acústico-eléctricos distintos de las hojas piezoeléctricas, y otro tipo de transductor preferido es un anillo piezo-cerámico, que es ligeramente más rígido que una hoja, ya que está hecho de un material cerámico, pero que funciona de acuerdo con el mismo principio, es decir, mediante la generación de una diferencia de tensiones eléctricas entre su interior y su exterior cuando existe una influencia de presión desde el interior.

En la Figura 4 se muestra un corte a través de un módulo 15 de sensor de estetoscopio, que es el instrumento de mano utilizado por un doctor para la detección directa en la piel o en una superficie de tejido de un paciente. Una parte de sensor 10 del tipo que se muestra despiezado en la Figura 3, es una parte central montada dentro del alojamiento de sensor 16 del módulo de sensor, de tal manera que la superficie delantera, substancialmente plana, del cuerpo visco-elástico 2 puede hacerse acoplar, por ejemplo, a la superficie de la piel para recoger las variaciones de la presión sonora. La referencia numérica 17 se refiere a una parte de agarre manual o cuerpo principal del módulo de sensor 15, la referencia numérica 18 indica, en general, los circuitos electrónicos del módulo destinados al tratamiento y la amplificación de la señal, en tanto que los conmutadores y las lámparas de aviso se denotan, generalmente, con la referencia numérica 19.

La forma de funcionamiento del sensor visco-elástico consiste en captar las ondas sonoras procedentes del tejido o la piel que se encuentra frente al cuerpo visco-elástico 2, con lo que el sonido se transmite al interior del medio visco-elástico / viscoso 20. En el medio visco-elástico 20, la energía sonora crea una presión variable o dinámica que incide en el lado interior del miembro transductor acústico-eléctrico 4, 7, y la presión da lugar a una tensión mecánica (esfuerzo) en el miembro transductor 4, 7, el cual, a su vez, genera directamente una tensión eléctrica. El cambio en la tensión eléctrica tiene lugar entonces con las mismas frecuencia y fase que la onda sonora. La tensión alterna generada constituye la señal que puede ser amplificada, conformada, filtrada y modificada de diversas formas en los circuitos electrónicos 18, de tal manera que resulta sencilla de manejar o transferir a otros dispositivos electrónicos.

El presente sensor se ha descrito en una forma que puede ser utilizada en un estetoscopio, para la actividad de diagnóstico ordinario en cuerpos humanos. Puede conferirse la forma que se desee al área de contacto destinada a captar las ondas sonoras procedentes del cuerpo, al decidir el diámetro del cuerpo de sensor 2. La actividad de diagnóstico puede también llevarse a cabo mediante una realización de la invención que se sirve de un miembro transductor piezo-cerámico con una sensibilidad de media a alta que rodea un material de silicona visco-elástico. Con pequeñas variaciones en la configuración y en los materiales, es posible llevar a la práctica el mismo concepto tanto en su uso en estetoscopios como en su uso en instrumentos destinados a colocarse dentro del cuerpo. El intervalo de funcionamiento del sensor se encuentra en el intervalo sonoro de 20 Hz a 22 kHz, con una opción de extensión a un intervalo entre 0 Hz y 30 kHz para propósitos especiales.

Claims (10)

1. Un sensor para la captación de sonido procedente de un cuerpo, que comprende:

un miembro transductor acústico-eléctrico (4, 7), destinado a transformar las vibraciones sonoras en señales eléctricas de salida, estando constituido dicho miembro transductor por al menos un miembro piezoeléctrico (4, 7), y

una unidad visco-elástica (2), dispuesta a modo de medio de adaptación entre una superficie del cuerpo y el miembro transductor (4, 7), y de tal manera que una superficie frontal de dicha unidad (2) está dispuesta para ser llevada a acoplamiento directo con la superficie del cuerpo, teniendo dicha unidad visco-elástica (2) una forma exterior cilíndrica, caracterizado porque

dicho al menos un miembro piezoeléctrico (4, 7) rodea apretadamente la superficie lateral de la unidad visco-elástica, y porque

la unidad visco-elástica se acopla apretadamente, por su superficie de extremo posterior, a una pieza posterior dura (1).

2. El sensor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho miembro transductor acústico está constituido por al menos una hoja piezoeléctrica delgada (4, 7).

3. El sensor de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dicho miembro transductor acústico está constituido por dos hojas piezoeléctricas (4, 7) dispuestas concéntricamente, y que posiblemente tienen una hoja eléctricamente conductora (6) entre las mismas.

4. El sensor de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la hoja intermedia conductora de la electricidad está constituida por un adhesivo dispuesto por ambas caras y una cinta (6) conductora de la electricidad.

5. El sensor de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque dicha hoja piezoeléctrica está constituida por una hoja plana colocada en torno a la unidad visco-elástica de tal manera que los bordes adyacentes se fijan por medio de una cinta adhesiva.

6. El sensor de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la hoja piezoeléctrica u hojas piezoeléctricas tienen una forma cilíndrica y han sido roscadas apretadamente sobre la unidad visco-elástica.

7. El sensor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el miembro transductor acústico está constituido por un anillo cerámico que presenta un efecto piezoeléctrico.

8. El sensor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha pieza posterior (1) y dicha unidad visco-elástica (2) situada en la superficie de extremo posterior, tienen formas complementarias con precisión, que comprenden una interfaz a la que se ha conferido una forma substancialmente cónica y que apunta en dirección hacia delante.

9. El uso de un sensor según se ha definido en una de las reivindicaciones anteriores, como un elemento de sensor en un estetoscopio electrónico.

10. Un estetoscopio electrónico que comprende un conjunto de cabeza provisto de auriculares que tienen altavoces, un módulo (15) de mano para la captación del sonido, con un elemento de sensor (10) y circuitos electrónicos de amplificación (18), así como un conductor de conexión entre dicho módulo (15) y dicho conjunto de cabeza,

caracterizado porque el elemento de sensor (10) es un sensor para la captación del sonido procedente de un cuerpo, de acuerdo con la reivindicación 1.