DE3336414A1

DE3336414A1 - Stethoskop

Info

Publication number: DE3336414A1
Application number: DE19833336414
Authority: DE
Inventors: Martin J. Dix Hills N.Y. Slavin
Original assignee: Intech Systems Corp
Current assignee: Intech Systems Corp
Priority date: 1983-09-28
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1985-04-18
Also published as: GB2147475A; FR2552651A1; NL8303332A; GB2147475B; SE8305423D0; CA1200887A; GB8325879D0; BE897885A; SE8305423L; AU1970183A

Description

33364U

WA

Intech Systems Corp.
415 Rabro Drive East
Hauppauge, New York 11788

Stethoskop

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Stethoskope, wie sie der Arzt zum Abhören von Signalen mit niedrigem Pegel, z.B. des Herzschlages, benutzt. Sie betrifft insbesondere ein Stethoskop, das die Möglichkeit bietet, erwünschte Signale mit niedrigem Pegel von Umgebungsgeräuschsignalen mit höherem Pegel zu trennen. Stethoskope, die ausschließlich auf akustische Grundlage arbeiten, sind allgemein bekannt. Solche Stethoskope besitzen akustische Köpfe, die gegen den Körper gehalten werden, sowie zwei Ohrstücke, die in die Ohren des Benutzers eingeführt werden. Ein akustisches Rohr dient zur Kopplung zwischen den akustischen Ohrstücken und den Köpfen.

Die Verwendung solcher Instrumente zur Erfassung von Herzschlaggeräuschen wird durch Körpergeräusche erschwert, die durch das Atmen und andere Körperaktivitäten hervorgerufen werden. Diese Geräusche können wesentlich höhere Pegelwerte besitzen als der zu erfassende Herzschlag. Daher fordern die medizinisch geschulten Personen bei der Benutzung des Stethoskops den Patienten im allgemeinen auf, tief einzuat-

men und den Atem anzuhalten, während mit dem Stethoskop abgehorcht wird. Dadurch werden die aufgenommenen Lungen- und Atemgeräusche verringert und die Unterscheidung zwischen Herzschlag und Fremdgeräuschen erleichtert.

Es ist jedoch nicht immer möglich, daß der Patient den Atem anhält, während sein Herzschlag abgehorcht wird. Dies gilt z.B. dann, wenn der Herzschlag eines Fötus abgehört werden soll oder wenn der Patient bewußtlos und daher nicht ansprechbar ist. Viele weitere Beispiele treten in der Kinderheilkunde oder in der geriatrischen Praxis auf, wo es dem Patienten nicht möglich ist, den Atem - wenn überhaupt - genügend lange anzuhalten. Auch in der Tiermedizin ist es nicht möglich, die Lungengeräusche zu eliminieren. Somit stellen die Körpergeräusche ein Problem dar, wenn Herztöne mit einem Stethoskop abgehorcht werden sollen.

Es ist daher ein Stethoskop erforderlich, das die Herzschlagsignale von den Geräuschsignalen isoliert.

Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Stethoskop zu schaffen, das hohe Empfindlichkeit besitzt und Herztöne von anderen Körpergeräuschen zu trennen vermag - dabei ist es wünschenswert, die den Herztönen entsprechenden Signale verstärkt auszugeben, während die anderen Körpergeräusche unterdrückt werden; schließlich soll das Stethoskop gemäß der Erfindung eine einfache Konstruktion besitzen und leicht zu handhaben sein.

Diese Aufgabe wird durch ein Stethoskop mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Das Stethoskop gemäß der Erfindung stellt ein Differentialstethoskop dar, das sich in hervorragender Weise zur Trennung der Herztöne von den Körpergeräuschsignalen eignet. Es besitzt Sensoreinrichtungen, z. B. in Form kleiner Mikrofon-

elemente, die an den Stethoskop köpfen angebracht sind und mit denen akustische Signale aus dem Körper aufnehmbar sind. Die Stethoskopköpfe werden mit dem Körper an verschiedenen Stellen verbunden, von denen bekannt ist, daß an ihnen unterschiedliche Pegel der Herztonsignale auftreten. Die von den Stethoskopköpfen aufgenommenen Tonsignale beinhalten die Körpergeräuschsignale sowie die den Herztönen entsprechenden Signale. Jeder Stethoskopkopf und jedes Mikrofonelement liefert ein Ausgangssignal, das jeweils in einem getrennten Verstärker verstärkt wird. Die beiden verstärkten Signale werden über ein Verstärkungs- und Balancesteuerelement getrennten Eingängen eines Differentialverstärkers zugeführt. Der Differentialverstärker liefert ein Differenzsignal, das verstärkt und einem elektrischen Kopfhörer oder einem sogenannten Ohrhörerelement zugeführt wird, das akustisch mit dem herkömmlichen akustischen Rohr verbunden ist. Dieses Rohr verzweigt sich - wie bei herkömmlichen Stethoskopen - zu den beiden Ohrstücken. Es sind Ausgangsklemmen vorgesehen, mittels derer die Ausgangssignale der Verstärker auf einem Oszilloskop angezeigt werden können. Die elektronischen Schaltungen sind in einem kleinen Gehäuse untergebracht und vorzugsweise batteriegespeist, so daß die Verwendung und die Tragbarkeit des Gerätes erleichtert werden. Unter idealen Bedingungen, die in der Praxis jedoch selten erreicht werden, werden Geräusche, wie z.B. Atemgeräusche, die an beiden Mikrofonelementen gemeinsam auftreten, in dem Differentialverstärker ausgelöscht, so daß die Herztonsignale klar unterscheidbar übrig bleiben. Die den Herztönen entsprechenden Ausgangssignale entsprechen der Differenz der Herztonsignale an den beiden akustischen Köpfen und Mikrofonelementen. In der Praxis werden die Verstärkungen der beiden getrennten Verstärker so eingestellt, daß die genannten Idealbedingung möglichst gut angenähert wird, indem das Körpergeräusch so weit wie möglich eliminiert wird.

Das Stethoskop gemäß der Erfindung ermöglicht also die Verstär-

kung der Herztonsignale bei gleichzeitiger Unterdrückung fremder Körpergeräusche. Es liefert ein elektronisch verstärktes Ausgangssignal und bietet die Möglichkeit einer Filterung. Ferner besitzt das Stethoskop gemäß der Erfindung eine relativ kleine Baugröße und geringes Gewicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Stethoskops gemäß der Erfindung sowie ein Verfahren zu seiner zweckentsprechenden Benutzung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Differential sthetoskops gemäß der Erfindung,

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild des Differentialstethoskops gemäß Fig. 1,

Fig. 3 zeigt ein weitere Ausführungsform von Teilen der Schaltung gemäß Fig. 2.

Das in Fig. 1 dargestellte und allgemein mit 10 bezeichnete Differentialstethoskop umfaßt zwei akustische Köpfe 12 und 14, sowie mit diesen verbundene Mikrofonelemente 16 und 18. Die von den Köpfen 12 und 14 aufgenommenen akustischen Signale werden von den Mikrofonelementen 16 und 18 in elektrische Signale umgewandelt, die sich als Eingangssignale für eine elektronische Schaltung eignen.

Das Differentialstethoskop beinhaltet ferner zwei Ohrstücke 20, die in bekannter Weise in die Ohren des Benutzers einsetzbar sind, sowie ein akustisches Rohr 22. Ein elektronisches Gerät 24 nimmt die elektrischen Signale der Mikrofonelemente 16 und 18 auf und liefert an seinem Ausgang ausgewählte akustische Signale an die Ohrstücke 20.

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Wenn das Differentialstethoskop zum Abhören von Herztönen verwendet wird, werden die Mikrofonelemehte 16 und 18 an unterschiedlichen Stellen des Körpers angesetzt, und zwar an solchen Stellen, von denen bekannt ist, daß die Amplituden der Herztonsignale voneinander abweichen. Ein Operationsverstärker 26 (Fig. 2) empfängt die elektrischen Signale des Mikrofonelementes 16 und liefert ein verstärktes Ausgangssignal 30, das einem Eingang eines Differentialverstärkers 32 zugeführt wird. Der Signalpegel des von dem Verstärker 26 an den Differentialverstärker 22 gelieferten Signals ist mit einer Verstärkungssteuereinrichtung 35 einstellbar. Letztere ist im dargestellten Beispiel ein Widerstand mit veränderbarem Abgreifpunkt.

Das elektrische Signal des Mikrofonelementes 18 wird einem Operationsverstärker 28 zugeführt. Dessen verstärktes Auisgangssignal 38 wird über eine Verstärkungssteuereinrichtung 40 der anderen Eingangsklemme des Differentialverstärkers 32 zugeführt.

Der Ausgang des Differentialverstärkers 32 beinhaltet die Differenz zwischen den beiden Herztonsignalen, die von den Mikrofonelementen 16 bzw. 18 geliefert werden, sowie die Differenz zwischen den Körpergeräuschsignalen, die getrennt von denselben Mikrofonelementen 16 und 18 aufgenommen werden. Durch Einstellung der Verstärkungssteuereinrichtungen 36 und 40 wird die Differenz der Körpergeräuschsignale auf ein Minimum, im Idealfall auf Null, eingestellt. Zwischen den Herztonsignalen verbleibt eine Differenz, da - wie oben erwähnt - die Mikrofonelemente 16 und 18 an zwei verschiedenen Körperstellen angesetzt werden, von denen bekannt ist, daß die Herztonsignale unterschiedlich stark sind.

Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 32 wird einem Verstärker 42 zugeführt. Dessen Ausgangssignal wird einem elektrischen Kopfhörer oder Ohrhörerelement 44 zugeführt,

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das ein akustiiches Eingangssignal für das akustische Rohr 22 (Fig. 1) und die Ohrstücke 20 liefert. Auf diese Weise werden die in den Körpergeräuschsignalen verdeckt vorhandenen Herztonsignale von dem Geräusch mit Hilfe des Differentialverstärkers 32 getrennt, der die Signale voneinander subtrahiert. Der Differentialverstärker 32 ist mit Hilfe einer Balancesteuerschaltung 46 so abgeglichen, daß an seinem Ausgang ein Minimalwert erscheint, wenn die Mikrofonelemente 16 und 18 keine Signale aufnehmen.

Ausgangsstecker 48, 49 und 50 an dem elektronischen Gerät 24 führen zu den Ausgängen der Operationsverstärker 42, 28 bzw. 36 und ermöglichen eine Anzeige der entsprechenden Ausgangssignale auf einem (nicht dargestellten) Oszilloskop.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausbildung der Verstärker zur Verstärkung der von den Mikrofonelementen 16 und 18 abgegebenen Tonsignale. Diese Verstärker sind in Fig. 3 mit 52 bzw. 54 bezeichnet und ersetzen die Operationsverstärker 26 bzw. der Schaltung gemäß Fig. 2. Ein Bandbreitenschalter 56 ermöglicht die selektive Anschaltung eines von zwei mit dem Operationsverstärker 52 verbundenen Rückkopplungskondensatoren 58 oder 59· Geräuschsignale, die an der Körperoberfläche erfaßt werden, besitzen höhere Frequenzanteile als die Herztonsignale. Die höherfrequenten Geräuschkomponenten werden durch Kapazitäten und Widerstände in der Verstärkerrückkopplungsschleife in bekannter Weise ausgefiltert. Durch einen zweistufigen Kapazitätsbereich, wie er in Fig. 3 dargestellt ist, läßt sich in einer Position des zweistufigen Schalters 56 eine niedrige Grenzfrequenz zum Abschneiden der höherfrequenten Geräuschsignale einstellen und somit eine bessere Heraustrennung der Herztonsignale erzielen.

Der Operationsverstärker 54 ist ebenfalls mit einem zweistufigen Bandbreitenschalter 60 ausgestattet, der einen von zwei Rückkopplungskondensatoren 61 bzw. 62 selektiv in die

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Rückkopplungsschleife einfügt. Die Schalter 56 und 60 sind miteinander gekuppelt, so daß sie gleichzeitig betätigt werden.

Die Verstarkungssteuerelemente 36 und 40, die Steckeranschlüsse 48, 49 und 50 für den Oszilloskopanschluß sowie die Balanceregelung 36 sind in dem elektronischen Gerät 24 derart angeordnet, daß sie von dem Benutzer von außen betätigbar sind. Ein EIN-AUS-Schalter 60 dient zur Einschaltung bzw. zur Unterbrechung des Batteriespeisestromkreises, so daß die Energie der mit 66 bezeichneten Batterie gespart wird, wenn das Gerät nicht benutzt wird. Eine unabhängige Stromversorgung ermöglicht die Tragbarkeit der Einrichtung.

Obwohl im vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ein akustisches Ausgangssignal an ein Ohrstück oder ein elektrisches Ausgangssignal an einen elektrischen Kopfhörer, d.h. z.B. einen Ohrhörer vorgesehen ist, können auch andere wahrnehmbare Ausgabeformen vorgesehen sein. Z.B. kann eine visuelle Ausgabe in Verbindung mit einem Kathodenstrahlröhren-Oszilloskop oder eine einfache ein- und ausschaltbare Beleuchtungsvorrichtung, die den Herzschlagimpulsen entspricht, vorgesehen sein. Auch ein Lautsprecher oder eine Summereinrichtung kann zur Wiedergabe der hörbaren Herztöne verwendet werden. Außerdem können elektrische Ausgangssignale in irgendeiner bekannten Art und Weise aufgezeichnet und anschließend in irgendeiner beliebigen Ausgabe- oder Anzeigeform wiedergegeben werden.

Die Vorrichtung wurde im vorangehenden zwar unter Bezugnahme auf medizinische Anwendungen beschrieben, es versteht sich jedoch, daß zahlreiche industrielle Anwendungsmöglichkeiten für die gleiche oder eine ähnliche auf der gleichen Grundlage basierenden Einrichtung gegeben sind. Z.B. kann der Betrieb laufender Motoren oder die Arbeitsweise von in strömenden Flüssigkeiten eingetauchten Vor-

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richtungen erfaßt werden. Die Schaltungen sind einfach, zuverlässig, klein und preiswert herzustellen und zu bedienen. Die Verwendung zweier Eingangssignale in denen die erwünschten Signale unterschiedliche Pegelwerte besitzen und ein unerwünschtes Signal jeweils näherungsweise den gleichen Pegelwert besitzt, ermöglicht die Trennung des gewünschten Signals von den unerwünschten Signalen durch einen einfachen. Diffeientialverstärker.Die Selektivität kann durch Filtern verbessert werden, wenn die Frequenzen der beiden Signale sich wesentlich unterscheiden, insbesondere wenn das gewünschte Signal in einem bekannten Frequenzband liegt.

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Claims

Okt.

Pafentinwalfe

Dipl.-lng. H. Weidmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Findce Dipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dlpl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska, DIpL-Phys. Dr. J. Prechtel Möhlstrafje 22 - 8000 Mönchen 80

WA

Intech Systems Corp.
Rabro Drive East
Hauppauge, New York 11788

Y.St.A.

StetnösKop
Patentansprüche Λ .J Tragbares Stethoskop zum Abhören von Geräuschen aus dem

Innern eines Körpers,
gekennzeichnet durch

- eine erste und eine zweite Sensoreinrichtung (16, 18), die selektiv an zwei Stellen der äußeren Oberfläche des Körpers mit wählbarem und veränderbarem Abstand ansetzbar sind und mittels derer die genannten inneren Geräusche aufnehmbar und in entsprechende elektrische Ausgangssignale umwandelbar sind, wobei die Geräuschsignale einen ersten erwünschten Signalanteil beinhalten, dessen Erfassung bezweckt wird, sowie einen zweiten unerwünschten Signalanteil, der den ersten Signalanteil überdeckt,

- eine Vergleichereinrichtung (52), der die elektrischen Ausgangssignale der ersten und der zweiten Sensoreinrichtung (16 bzw. 18) zuführbar sind und die ein Vergleichssignal liefert, welches der Differenz zwischen den gleichzeitig empfangenen elektrischen Ausgangssignalen der ersten und der zweiten Sensoreinrichtung entspricht,

- sowie eine Ausgabeeinrichtung, der das Vergleichssignal zuführbar ist und die an ihrem Ausgang ein wahrnehmbares Signal, insbesondere ein akustisches Signal, liefert, das

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wenigstens einem Teil des Differenzsignals der aufgenommenen Geräuschsignale entspricht.
2. Stethoskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal ein Herztonsignal ist und das zweite Signal von Körpergeräuschen gebildet ist.
3· Stethoskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichereinrichtung ein Differentialverstärker (32) ist.
4. Stethoskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein erster und ein zweiter Verstärker (26, 28; 52, 54) vorgesehen sind, denen die elektrischen Ausgangssignale der ersten (16) bzw. der zweiten Sensor'einrichtung (18) zuführbar sind und die entsprechende verstärkte Signale (30, 38) an die Vergleichereinrichtung (32) liefern.
5. Stethoskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Verstärker (42) zur Verstärkung des Vergleichssignals vorgesehen ist und daß das verstärkte Vergleichssignal der genannten Ausgabeeinrichtung zur Erzeugung eines erkennbaren Signals zuführbar ist.
6. Stethoskop nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel zur unabhängigen Änderung des Verstärkungsgrades des ersten und des zweiten Verstärkers (26, 28) vorgesehen sind.
7.Stethoskop nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Sensoreinrichtung akustische Köpfe (12, 14) sowie Mikrofoneinrichtungen (16, 18) zur Umwandlung akustischer Signale in elektrische Signale beinhalten.

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8. Stethoskop nach Anspruch 7/dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabevorrichtung wenigstens entweder ein hörbares, ein visuell erkennbares oder ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt.
9. Stethoskop nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wahrnehmbare Ausgangssignal ein hörbares Signal ist und daß die Ausgabeeinrichtung entweder einen elektrischen Kopfhörer oder ein akustisches Rohr mit Ohrstücken beinhaltet, die durch das verstärkte Vergleichssignal beaufschlagbar sind.
10. Stethoskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Bandfilter vorgesehen sind, die für das erste Signal durchlässig und für wenigstens einen Teil des zweiten Signals undurchlässig sind.
11. Stethoskop nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal höhere Frequenzanteile besitzt als das erste Signal und daß der erste und der zweite Verstärker Operationsverstärker sind, welche Rückkopplungsschleifen mit wählbar veränderlichen Kapazitäten beinhalten.
12. Stethoskop nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbaren Kapazitäten des ersten und des zweiten Oprationsverstärkers zur gleichzeitigen gemeinsamen Einstellung miteinander gekuppelt sind.
13. Stethoskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter Verstärker vorgesehen sind, denen das elektrische Ausgangssignal der ersten bzw. der zweiten Sensoreinrichtung zugeführt wird und die die verstärkten Signale an die Vergleichereinrichtung liefern.
14. Verfahren zur Trennung von Herzschlagtönen von einem Si-

gnal, in welchem ein Geräusch vorherrscht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Das Herzschlagsignal und damit kombinierte innere Körpergeräuschsignale werden an einer ersten und einer zweiten Stelle der äußeren Körperoberfläche mit wählbarem und veränderbarem Abstand aufgenommen, wobei die Herzschlagsignale an den beiden Stellen unterschiedliche Amplitude besitzt;

b) die an der ersten und an der zweiten Stelle aufgenommenen kombinierten Signale werden voneinander subtrahiert;

c) das entsprechende Differenzsignal, in welchem die Differenz zwischen den Herzschlagsignalen von der ersten und der zweiten Oberflächenstelle des Körpers vorherrscht, wird ausgegeben.
15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch folgende weitere Verfahrensschritte:

1) Die im Verfahrensschritt a) erfaßten Signale werden unabhängig voneinander verstärkt;

2) vor der Ausführung des Verfahrensschrittes c) wird das im Verfahrensschritt b) erzeugte Differenzsignal verstärkt.

1.6. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgenden weiteren Verfahrensschritt:.

3) Der Verstärkungsgrad der im Verfahrensschritt a) erfaßten Signale wird unabhängig verändert, derart daß das dem Herzschlag entsprechende Differenzsignal relativ zu dem dem Körpergeräusch entsprechenden Differenzsignal maximiert wird.