DE60024416T2

DE60024416T2 - Akustische sensoranordnung mit niedrigen profil und sensoren mit gefaltenen übertragungsleitungen und entsprechendes verfahren

Info

Publication number: DE60024416T2
Application number: DE60024416T
Authority: DE
Inventors: Z. Michael SLEVA; Allen Eberhardt; Cal Swanson; Richard Triolo; Simon Lewandowski
Original assignee: MedAcoustics Inc
Current assignee: Harris Corp
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: JP2006263476A; CA2361833C; EP1477237A2; JP3841197B2; EP1156891A2; CA2361833A1; EP1156891B1; EP1477237A3; AU2004201785A1; BR0008668A; DE60024416D1; AU3384400A; WO2000054897A3; WO2000054897A9; WO2000054897A2; JP2003524461A; ATE311260T1; AU771327B2; AU2004201785B2; US20050251047A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf wegwerfbare akustische Sensoren (akustische Einwegsensoren) zur Aufnahme von Geräuschen innerhalb des menschlichen Körpers. Die akustischen Sensoren sind insbesondere für nicht-invasive digitale akustische Kardiographie-, Phonographie- und akustische Spektral-Analyseanwendungen verwendbar.
Hintergrund der Erfindung
Seit kurzem sind akustische Sensoren für die nicht-invasive Detektion der Erkrankung der Koronararterien verwendet worden (vgl. parallel übertragene und parallel anhängiges US-Patent Nr. 6,278,890 mit dem Titel "Nichtinvasives Bildgebungssystem für turbulenten Blußfluß").
Allgemein ausgedrückt sind Sensoren im Betrieb an einer Brust eines Patienten angeordnet (d.h. sie berühren die äußere epidermische Fläche oder Haut), um ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von einer detektierteb akustischen Welle zu erzeugen. Die Signale der detektierten aktustischen Welle werden verarbeitet, um die Merkmale zu identifizieren, die den Zustand einer Koronararterie eines Patienten anzugeben, besonders das Vorhandensein oder das Fehlen von Verletzungen, die den Blutfluß durch die Koronararterien begrenzen. Eine im wesentlichen gleichbleibende Anzeige zeigt normalen Blutfluß an, während eine nicht-gleichbleibende Anzeige einen anomalen (turbulenten) Blutfluß und/oder die Anwesenheit eines Verschlusses anzeigt.
Bei den oben beschriebenen, nicht-invasiven Systemen werden die akustischen Sensoren über die Brusthöhle in einem akustischen Fenster positioniert, wie in dem parallel anhängigen und parallel übertragenen US-Patent No. 6,193,668 mit dem Titel "Akustisches Sensorfeld für nicht-invasive Detektion von Koronararterien-Herzkrankheiten" beschrieben. In Position sind die Sensoren vorzugsweise über dem interkostalen Raum ausgebildet, um so zuverlässig Datensignale zu erzeugen, die dem Blutfluß des Patienten während jeder Phase des Herzzyklus entsprechen. Der akustische Sensor ist vorzugsweise ausgelegt, um das Biegen einer äußeren epidermischen Fläche des Patienten (Haut) zu erfassen, welches ein Ergebnis der örtlich begrenzten Natur der inneren Herztöne ist. Der Sensor ist auch vorzugsweise einfach an einem Patienten zu positionieren und ist preiswert, so daß er eine Einwegvorrichtung sein kann, die nach Gebrauch weggeworfen wird. Im Betrieb ist der Sensor vorzugsweise ausgebildet, um konform mit der Brustgestaltung eines Patienten (die von Patient zu Patient variiert) zu sein und ist auch vorzugsweise ausgebildet, um das elektrische Signal basierend auf der Biegung der Haut zu erzeugen. Leider kann eine schlechte Korrelation der Signale von ungeeignetem Positionieren des Sensors, eine Feldgeometrie und/oder Sensorausbildungen die Zuverlässigkeit und/oder die Korrelation des detektierten akustischen Signals nachteilig beeinflussen. In der Tat ist eine potentielle problematische Sensoreigenschaft die, daß er Signale erzeugen kann, die nicht repräsentativ für die interessierende akustische Welle ist, die mit dem Blutfluß eines Patienten im Zusammenhang steht, d.h., er kann auf irrelevante akustische Wellen und Geräusche ansprechen.
Herkömmliche akustische Sensoren können ein schlechtes Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) aufweisen, indem sie übermäßig sensitiv auf Umgebungsgeräusche sein können (was typischerweise erfordet, daß ein spezieller ruhiger Raum für akustische Anwendungen verwendet wird) oder können an einer geringen Sensitivität relativ zu deren elektrischem Boden leiden. Andere Sensoren haben anderen Leistungsdefizite, so wie eine unzureichende Sensitivität. Zusätzlich sind viele Sensoren relativ komplexe Ausbildungen, welche sie teuer in der Herstellung und schwierig in der klinischen Anwendung machen können.
Ein Beispiel eines konventionellen wegwerfbaren akustischen Feldsensors ist in dem US-Patent Nr. 5,885,222 beschrieben. Der Sensor enthält eine Vielzahl von Schichten verschiedener Materialien, die an einem Ende mit einer im wesentlichen steifen elektrostatischen Abschirmung und einem elektrischen Anschluß verbunden ist. Ein weiteres Beispiel eines akustischen Sensors ist in dem US-Patent 6,261,237 dargestellt. Dieser Sensor ist ein flexibler Dünnfilmsensor, welcher ein Fußteil und einen zweiteiligen piezoelektrischen Filmträger enthält. Weitere Beispiele akustischer Sensoren sind in den US-Patenten 5,365,937 und 5,807,268 beschrieben. Diese Sensoren verwenden einen Luftspalt und einen Rahmen, welcher agiert, um einen Polymerfilm zu spannen und unter Spannung zu halten. Jedoch verbleibt ein Bedürfnis, verbesserte Sensoren für die effiziente und verbesserte passive Detektion von Herz- und Blutfluß-Akustik bereitzustellen.
Die US-A-S 807 271 beschreibt ein Sensorfeld nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gegenstände und Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Sensor mit niedrigem Profil bereitzustellen, welcher ausgelegt ist, um im wesentlichen konform mit einer äußeren epidermischen Fläche eines Patienten zu sein.
Es ist ein zusätzlicher Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Sensor bereitzustellen, der ein hohes Signal-zu-Rauschverhältnis für die interessierende akustische Energie bereitzustellen.
Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, ein verbessertes wegwerfbares Sensorfeld mit einer Vielzahl von individuellen Sensorelementen bereitzustellen, die konform mit der darunterliegenden epidermischen Fläche sind, wenn sie an einem Patienten angeordnet werden, und die Sensor neben Sensor unmittelbar in einer Weise angeordnet sind, die eine erhöhte Anzahl von Sensorelementen innerhalb eines interessierenden akustischen Bereichs ermöglicht und die einzelnen Sensorelemente derart positioniert, so daß sie separat auf bevorzugte akustische Wellenlängen ansprechen.
Es ist ein zusätzlicher Gegenstand der Erfindung, eine Sensoranordnung bereitzustellen, welches das Potential für eine ungewünschte Signalüberspechung entlang der einzelnen elektrischen Wege für die Sensorelemente reduziert.
Es ist noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung, einen Übertragungsweg für jeden der einzelnen Sensoren in einer Sensoranordnung bereitzustellen, in einer Weise, die mechanische und elektrische Übersprechungen zwischen den Sensoren und/oder äußere mechanische Eingaben in den Sensor-Signalweg reduziert.
Es ist auch ein weiterer Gegenstand der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, um einzelne Sensorelemente auf einem Subjekt zu installieren und auszurichten.
Diese und andere Gegenstände der vorliegenden Erfindung werden durch eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil bereitgestellt, die als ein mechanischer Filter agiert, um die Signalaktivierung des Sensors oder die Ansprechbarkeit auf fremde und/oder ungewünschte akustische Wellenlängen oder nicht relevante akustische Wellenbestandteile zu minimieren. Solch eine Vorrichtung ist auf kurze Wellenlängen selektiv ansprechbar, die eine Biegung durch die Dicke des Sensors verursachen, während sie widerstandsfähig gegenüber längere akustische Wellenlängen sind. Die längeren Wellenlängen stehen typischerweise im Zusammenhang mit Druckwellen in dem Körper oder in dem Hintergrundrauschen innerhalb des Untersuchungsraums, und was Druck durch die Dicke des Sensors verursachen können. Im Betrieb haben die Scherwellen wegen der Unterschiede in der Geschwindigkeit der Wellen über einem Frequenzband typischerweise viel kürzere Wellenlängen als die Wellenlängen, die mit Druckwellen im Zusammenhang stehen. Anders ausgedrückt ist der Sensor der vorliegenden Erfindung ansprechbar auf eine Biegeform der Verlagerung, die durch kurze Wellenlängen der Scherwellen verursacht wird, und ist im wesentlichen nicht ansprechbar auf akustische Eingaben der viel längeren Druckwellenlängen.
Somit stellt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine auf Biegung ansprechbare Sensoranordnung mit niedrigem Profil bereit, welche ausgelegt und ausgebildet ist, um im wesentlichen Druckenergie zurückzuweisen, während sie auf Scherenergie in dem interessierenden Frequenzbereich anspricht. Die Sensoranordnung enthält eine Vielzahl von unmittelbar zueinander angeordneten Sensorelementen. Vorzugsweise enthalten die Sensorelemente zwei aktive Oberflächen, wobei jede dieser an gegenüberlie genden Seiten einer neutralen Schicht liegt, so daß die Summe der zwei Schichten ein Signal erzeugt, welches auf die Biegung oder eine Änderung in der Krümmung der darunter liegenden Fläche anspricht, da sie im Betrieb von der neutralen Achse des Aufbaus entfernt werden.
Insbesondere ist ein erster Aspekt der Erfindung auf eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil gerichtet. Die Anordnung enthält eine Vielzahl von sich longitudinal erstreckenden Sensorstreifen. Jeder der Sensorstreifen umfaßt einen Sensorrahmen, der mindestens eine sich longitudinal erstreckende Schiene mit einer Länge aufweist. Die Sensorstreifen enthalten auch eine Vielzahl von akustischen Sensorelementen, die an der mindestens einen Schiene befestigt sind. Das Sensorelement weist eine biegsame Ausbildung auf. Die Streifen enthalten eine Vielzahl von einzelnen elektrischen Signalwegen, mindestens einen (und bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei räumlich getrennte und gegenüberliegende Wege) für jedes der Sensorelemente. Die elektrischen Signalwege definieren einen Signalweg von einem jeweiligen von jedem der Sensorelemente zu einem gewünschten elektrischen Abschlußpunkt.
Vorzugsweise ist der Signalweg der Sensoranordnung ausgebildet, so daß jedes Sensorelement eine erste PVDF-Filmschicht und eine zweite PVDF-Filmschicht sowie einen Zwischenneutralkern enthält, wobei jede PVDF-Filmschicht eine zugehörige innere PVDF-Filmoberfläche (die Live-Signalwege und -Elektroden definiert) und entsprechende erste und zweite äußere Grundflächen (die die Grundebene bilden) aufweist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Rahmen mit ersten und zweiten schräg gegenüberliegenden Seiten ausgebildet. Die gegenüberlie- genden Seiten des Rahmens sind entlang eines größeren Teils der Rahmenlänge beabstandet angeordnet, und jedes der Sensorelemente ist an einer ausgewählten Seite der Rahmenseiten befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das akustische Sensorelement ausgelegt und ausgebildet, um sich zwischen den gegenüberliegenden Seiten des Sensorrahmens zu erstrecken. Es ist auch bevorzugt, daß die Sensorelemente an dem Rahmen derart angeordnet sind, daß nebeneinander liegende Elemente an verschiedenen Seiten des Rahmens befestigt sind. Vorzugsweise ist jeder der Streifen ein Einheitskörper entlang eines größeren Teils von dessen Länge, und die Sensorelemente sind entlang dem Streifen linear ausgerichtet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein einzelnes akustisches Sensorelement gerichtet. Das akustische Sensorelement umfaßt eine elastische Kernschicht, vorzugsweise ein Material mit geringer absoluter Dielektrizitätskonstante umfassend, die eine Kerndicke und eine erste biegsame Materialschicht aufweist, die über der Kernschicht liegt und diese berührt. Die erste biegsame Materialschicht umfaßt ein piezoelektrisch aktives Material und weist gegenüberliegende innere und äußere Flächen auf. Das Sensorelement enthält auch eine zweite biegsame Materialschicht, die über der Kernschicht liegt und diese berührt, gegenüberliegend der ersten biegsamen Materialschicht. Die zweite biegsame Schicht umfaßt ein piezoelektrisch aktives Material und weist ebenfalls gegenüberliegende innere und äußere Flächen auf. Die erste Materialschicht enthält eine erste elektrische Leitung, die an der inneren Fläche angeordnet ist, und die zweite Materialschicht enthält eine zweite elektrische Leitung, die an deren inneren Fläche angeordnet ist. Während des Betriebes und in Abhängigkeit von der Biegung des Sensorelements erzeugen die erste elektrische Leitung und die zweite elektrische Leitung entsprechende erste und zweite Spannungen, und die ersten und zweiten Spannungen weisen entgegengesetzte Polarität auf.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der Kern Neopren, und die erste biegsame Schicht und die zweite biegsame Schicht sind aus PVDF gebildet. Auch weist vorzugsweise die Kernschicht eine erste relative absolute Dielektrizitätskonstante auf, und die erste biegsame Materialschicht und die zweite biegsame Materialschicht weisen eine zweite relative absolute Dielektrizitätskonstante auf. Die erste relative absolute Dielektrizitätskonstante ist geringer als die zweite relative absolute Dielektrizitätskonstante. Somit kann die resultierende Kapazität des Kerns derart sein, daß sie ungefähr eine Größenordnung geringer als das PVDF ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kern mit einer größeren Dicke als die PVDF-Schichten ausgelegt. Die Kapazität ist zugehörig zu der absoluten Dielektrizitätskonstante (ε), dem Bereich (A) und der Dicke (1), wie durch die Gleichung (C = εA/l) beschrieben; daher ist der Kern vorzugsweise mit einer Kapazität ausgebildet, welche geringer als die der PVDF-Schichten ist.
Somit wird die Sensorausbildung derart sein, daß die zwei absoluten Dielektrizitätkonstanten typischerweise sich um einen Faktor Zwei unterscheiden (weil der Kern dicker als das PVDF ausgebildet ist).
Ein zusätzlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ähnlich der Vielfach-Streifenanordnung, ist aber gerichtet auf eine Sensoranordnung mit einem einzelnen akustischen Streifen, wobei die Anordnung mit einem einzelnen Streifen einen mit einer Rahmenlänge versehenen Sensorrahmen mit mindestens einer sich longitudinal erstreckenden Schiene umfaßt. Der Streifen enthält auch eine Vielzahl von Sensorelementen, die an der Schiene befestigt sind. Die Sensorelemente weisen eine biegsame Ausbildung auf. Der Streifen enthält auch gegenüberliegende, räumlich getrennte erste und zweite elektrische Signalwege für jedes der Sensorelemente. Die ersten und zweiten elektrischen Signalwege definieren einen ersten Signalübertragungsweg und einen zweiten Signalübertragungsweg von einem entsprechenden von jedem der Sensorelemente zu einem gewünschten elektrischen Abschlußpunkt. Vorzugsweise definiert der akustische Streifensensor ein im wesentliches planares Profil mindestens entlang dem Rahmen, wenn von der Seite betrachtet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Rahmen und die Sensorelemente ausgelegt und ausgebildet (während des Betriebs und in Position an einem Patienten), um als Reaktion auf eine Biegebewegung, die im Zusammenhang mit Scherwellen steht, sich zu biegen, während sie eine Gesamt-Translationsbewegung als Reaktion auf lange Druckwellen erfährt (so daß eine Sensorreaktion im Zusammenhang mit den langen Druckwellen verhindert wird). Vorzugsweise ist die Größe der akustischen Streifensensorelemente derart, um ein interkostales Anordnen an dem Subjekt zu ermöglichen. Insbesondere ist jedes Sensorelement mit Dimensionen von ungefähr 8 mm bis ungefähr 11 mm in der Länge ausgelegt und ausgebildet, und die Breite kann geeignet sein, jedoch können andere Größen ebenfalls verwendet werden. Es ist auch bevorzugt, daß der erste elektrische Signalweg und der zweite elektrische Signalweg gegenüberliegend an gegenüberliegenden Seiten des Kerns angeordnet sind. Bei einem alternativen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine diskrete Masse oder eine Versteifung über jedes der Sensorelemente angeordnet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein akustisches Verfahren zur akustischen Detektion von Koronararterien gerichtet, das den Ausgang mit einem Differentialsignal im Zusammenhang mit einem gebogenen Sensor, wie oben beschrieben, verwendet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung eines Steifensensors gerichtet. Das Verfahren enthält die Schritte des Bildens einer Basisschicht eines Einheitskörper-Streifensensors und des Bildens einer Reihe von unmittelbar zueinander angeordneten, sich nicht berührenden Feldern und eines Rahmensegments in der Basisschicht. Zwei getrennte, sich gegenüberliegende PVDF-Schichten sind an gegenüberliegenden größeren Flächen der Basisschicht angeordnet. Die PVDF-Schichten enthalten zwei größere Flächen und einen elektrischen Signalweg, der an einer Fläche gebildet ist, und einen Erdungsweg, der an der anderen Fläche gebildet ist. Das Verfahren enthält den Schritt des Ausrichtens der PVDF-Schichten, so daß die elektrischen Signalwege jeder der PVDF-Schichten zur Basisschicht gerichtet sind. Vorzugsweise ist eine Reihe entsprechender, aber elektrisch getrennten äußeren Leitungen an den größeren Flächen der PVDF-Schichten angeordnet.
Vorzugsweise sind die PVDF-Schichten um die Sensorfeldbereiche selektiv "aktiv" polarisiert und um die sich longitudinal erstreckenden Seiten oder Schienen im wesentlichen nicht aktiviert. Wahlweise können vorbestimmte Teile der sich longitudinal erstreckenden Seiten erhitzt werden, um bestimmte Bereiche der sich longitudinal erstreckenden Seiten oder Schienen zu depolarisieren. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine leitende äußere Grundebene über dem PVDF-Material gebildet, so wie durch Anlagern einer leitenden Materialschicht oder durch Bilden von metallisiertem Mylar über der Spitze und den Boden der PVDF-Materialflächen (die Flächen, die von dem Kern weg gerichtet sind).
Ein zusätzlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Sensoranordnung mit einem modularen Element gerichtet. Insbesondere ist dieser Aspekt auf eine akustische Sensoranordnung gerichtet, welche eine Vielzahl von einheitlichen akustischen Sensorelementen und eine Vielzahl von Übertragungsleitungen umfaßt, die gegenüberliegende erste und zweite Enden aufweisen und eine Länge zwischen ihnen definieren, wobei eine entsprechende Übertragungsleitung für jede der Vielzahl von einheitlichen akustischen Sensoren vorgesehen ist. Das erste Ende der Übertragungsleitung ist einzeln an einem der akustischen Sensorelmente befestigt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist auf einen akustischen Sensor gerichtet. Der akustische Sensor umfaßt ein Sensorelement und eine Übertragungsleitung. Das Sensorelement der Anordnung kann eine elastische Kernschicht umfassen, die ein Material mit niedriger absoluter Dielektrizitätkonstante umfaßt, das eine Kerndicke und eine erste biegsame Materialschicht aufweist, die ausgelegt und ausgebildet sind, die Kernschicht zu umfassen und über ihr zu liegen. Die erste Materialschicht umfaßt ein piezoelektrisch aktives Material mit gegenüberliegenden ersten und zweiten größeren Flächen. Eine erste elektrische Leitung und eine zweite elektrische Leitung sind an der ersten größeren Fläche der ersten biegsamen Materialschicht angeordnet. Die erste biegsame Schicht und die zugehörigen elektrischen Leitungen definieren eine entsprechende erste und zweite Elektrode, so daß in Position über dem Kern die erste Elektrode eine entgegengesetzte Polarität relativ zu der zweiten Elektrode aufweist. Vorzugsweise enthält das Sensorelement auch eine äußere leitende Abschirmschicht, die ausgelegt und ausgebildet ist, um über der zweiten größeren Fläche der ersten Materialschicht zu liegen.
Der Sensor enthält zusätzlich eine lineare Übertragungsleitung, die an dem Sensorelement befestigt ist. Die lineare Übertragungsleitung enthält erste und zweite Enden und erstreckt sich longitudinal zwischen ihnen. Die Übertragungsleitung umfaßt eine erste biegsame Materialschicht, die sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende der linearen Übertragungsleitung erstreckt. Die erste biegsame Schicht weist gegenüberliegende erste und zweite größere Flächen auf und umfaßt ein piezoelektrisch aktives Material. Die Übertragungsleitung enthält auch erste, zweite und dritte elektrische Leitungen, die an der ersten biegsamen Materialschicht in elektrischer Verbindung mit den elektrischen Leitungen der ersten Materialschicht des Sensorelementes angeordnet sind. Die erste elektrische Leitung und die zweite elektrische Leitung sind an der ersten größeren Fläche angeordnet, und die dritte elektrische Leitung ist an der zweiten größeren Fläche angeordnet. Die Übertragungsleitung enthält auch eine erste Schicht und eine zweite Schicht eines nicht-leitenden Films, die ausgebildet und ausgelegt sind, um über einen größeren Teil der ersten größeren Fläche und der zweiten größeren Fläche der ersten biegsamen Materialschicht zu liegen. Die Übertragungsleitung enthält zusätzlich einen ersten leitenden Streifen einer linearen Außenschicht, der ausgebildet und ausgelegt ist, um über einen größeren Teil der ersten nicht-leitenden Filmschicht gegenüberliegend der ersten größeren Fläche der ersten biegsamen Materialschicht zu liegen, und einen zweiten leitenden Streifen einer linearen Außenschicht, die ausgebildet und ausgelegt ist, um über einen großen Teil der zweiten nichtleitenden Filmschicht zu liegen, die gegenüber der zweiten größeren Fläche der ersten biegsamen Materialschicht liegt. Die erste biegsame Materialschicht der Übertragungsleitung und des Sensorelements ist eine einheitliche Schicht, und die dritte elektrische Leitung der ersten biegsamen Materialschicht stellt eine elektrische Masse zur Verfügung, die wirkend im Zusammenhang mit der ersten leitenden äußeren Schicht und der zweiten leitenden äußeren Schicht des Sensors steht.
Jeder der Sensoren oder Sensoranordnungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann auch eine oder mehrere diskrete Massen oder Versteifungen enthalten, die in einem Bereich oder mehreren Bereichen des Sensorelements angeordnet sind, um die Biegereaktion des Sensors zu erleichtern. Vorzugsweise werden die diskreten Massen oder Versteifungen an der äußeren Fläche (weg von der Haut des Patienten) angeordnet und können eine Reflexionsfläche enthalten, um ein Meßausrichtungsmittel für einen praktischen Betrieb des Detektionssystems zu ermöglichen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die diskrete Masse ungefähr 5 Gramm eines Materials mit hoher Dichte und ist seitlich angeordnet, um sich in einen zentralen Bereich quer zur Breite des Sensorfeldes zu erstrecken. Vorteilhafterweise kann die diskrete Masse die Empfindlichkeit des Sensorelements über ein interessierendes Frequenzband verbessern, insbesondere das Frequenzband, das in der passiven Analyse von Koronar-erzeugten akustischen Geräuschen verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft, weil die Sensoranordnung mit niedrigem Profil einen niedrigen Schwerpunkt ermöglicht, relativ einfach herzustellen und elastisch ausgebildet ist, um konform mit der epidermi schen äußeren Schicht zu sein. Zusätzlich kann der Sensor mit niedrigem Profil als ein mechanischer Filter agieren, so daß er auf Scherwellen anspricht, aber relativ nicht auf Druckwellenlängen in dem interessierenden Frequenzbereich anspricht.
Des weiteren ist der Streifenanordnungssensor der vorliegenden Erfindung in einer kleineren Einheit mit einem im wesentlichen konstanten und flachen Profil ausgebildet und ist vorteilhaft ausgebildet, um zu ermöglichen, daß zusätzliche Sensoren beabstandet mit getrennten elektrischen Signalwegen in unmittelbarer Nähe angeordnet werden, wodurch ermöglicht wird, daß eine erhöhte Anzahl von Sensorelementen an einem Patienten in dem interessierenden Bereich angeordnet werden.
Alternativ hierzu gestaltet die fertige Erfindung eine Reihe von ausgerichteten, aber diskreten konformen Biegesensoren mit entsprechenden getrennten Übertragungsleitungen, die ausgebildet sind, um auf Scherwellen anzusprechen, während sie im wesentlichen nicht ansprechend auf akustische Eingaben der Druckwellen in dem interessierenden Frequenzbereich sind (typischerweise 100–1000 Hz). Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Übertragungsleitungen flexibel und mit einem Mittel ausgebildet, um im wesentlichen die Übertragungsleitung von den anderen Sensoren und Übertragungsleitungen in der Anordnung zu isolieren oder dämpfen, um jede Übersprechung zwischen den elektrischen Sensorwegen zu minimieren oder eine Translationsbewegung aufgrund ungewünschter mechanischer Kräfte in der System-Betriebsumgebung zu verhindern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine schematische Darstellung einer Sensor-Feldanordnung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
1B ist eine Draufsicht auf eine Streifen-Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht der Sensoranordnung mit niedrigem Profil entlang der Linie 2-2 nach 1B.
3 ist eine Schnittansicht des Sensors mit niedrigem Profil ent lang der Linie 3-3 der 1B.
4 ist eine Seitenansicht des Sensors, der in 1B dargestellt ist.
5 ist eine vergrößerte Teildraufsicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer Sensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung.
5A ist eine vergrößerte Teildraufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Sensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine Draufsicht auf eine Trägereinheit oder eine Basisstruktur nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 stellt auch Hitze dar, die auf vorbestimmte Bereiche der Basisstruktur angewendet wird, um Bereiche des PVDF-Films auf dem Rahmen zu depolarisieren.
7 ist eine Draufsicht auf ein Siebdruck- oder Muster einer äußeren Signalleitung nach der vorliegenden Erfindung.
8A ist eine vergrößerte Draufsicht auf ein einzelnes Sensorelement, das zwei Elektrodenflächen nach einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In dieser Figur wurde der Signalrücklauf, der die Rückseite des PVDF-Films bedeckt, aus Übersichtlichkeitsgründen entfernt.
8B ist eine vergrößerte Draufsicht auf ein Sensorelement, das in 1B dargestellt ist.
9 ist eine schematische geschnittene Teilansicht des Sensorele- ments entlang der Linie 9-9 nach 8B.
10 stellt eine bevorzugte Ausbildung der Anordnung dar, die an der äußeren Haut oder epidermischen äußeren Schicht eines Patienten angeordnet ist, nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 stellt eine bevorzugte Ausbildung der Anordnung mit mehreren Streifenanordnungseinheiten dar, die in einem akustischen Fenster an einem Patienten angeordnet sind.
12 ist eine seitliche schematische Darstellung der Sensoranordnung, die in 11 dargestellt ist.
13 ist ein elektrisches Schaltbild eines Sensorelements nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13A stellt schematisch die Spannungs-Differential-Signalreaktion des Sensors entsprechend der Belastung auf dem Sensor dar, der – wie in 13 dargestellt – ausgebildet ist.
14a–14c stellen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Reaktion des Sensors dar. 14a stellt die wesentliche Nicht-Reaktion dar, die im Zusammenhang mit einer längeren Wellenlänge steht, die quer zum Sensorort übertragen wird, während die 14b und 14c die Spannungsreaktion (entgegengesetzte Polarität) entsprechend einer Biegung bei interessierenden kürzeren Wellenlängen zeigt. Wie dargestellt, ist die Spannungspolarität, die einer Aufwärtsbiegung entspricht, für die obere PVDF-Schicht positiv und für die untere PVDF-Schicht negativ, und die Polaritäten kehren sich für eine Abwärtsbiegung um.
14d stellt schematisch die Fähigkeit des Sensors dar, als ein mechanischer Filter zu agieren, um eine Erzeugung einer detektierbaren Signalantwort für lange Wellenlängen nach der vorliegenden Erfindung zu verhindern.
15 stellt ein bevorzugtes System einer Sensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung dar.
Die 16 und 16A sind Blockschaltbilder von bevorzugten Verfahren zur Bildung einer Streifen-Sensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung.
17A ist ein fotografisches Bild einer perspektivischen Ansicht von der Seite einer alternativen Ausbildung einer Sensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Sensoranordnung in Position auf einem Subjekt dargestellt ist.
17B ist eine vergrößerte Fotografie der Sensoranordnung nach 17A.
18A ist eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Ausbildung eines Sensorfilmkörpers, der geeignet ist, das Sensorelement für die Sensoranordnung, die in 17A dargestellt ist, zu bilden.
18B ist eine Unteransicht des Sensorfilmkörpers nach 18A.
19A ist eine Explosionsdarstellung eines Sensorkörpers nach der vorliegenden Erfindung.
19B ist eine geschnittene Ansicht eines Sensorelements nach der vorliegenden Erfindung.
20A ist eine Teildraufsicht auf einen Sensorfilmkörper und eine Polyesterschicht nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
20B ist eine Teildraufsicht auf einen Sensorkörper mit mehreren Schichten nach der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine Draufsicht auf einen Sensorkörper nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Ansicht vier Endabschlüsse darstellt, die durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
22A–E stellen die Verwendung von diskreten Massen mit auf Biegung ansprechende Sensoren nach der vorliegenden Erfindung dar.
23A–C zeigen die Verwendung von äußeren Versteifungen für auf Biegung ansprechbare Sensorelemente nach der vorliegenden Erfindung. 23B stellt eine Kombination von hinzugefügten diskreten Massen und Versteifungen nach der vorliegenden Erfindung dar.
24 stellt eine Streifenanordnung mit diskreten Massen nach der vorliegenden Erfindung dar.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen vollständiger beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt werden. Die Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgebildet werden und sollte nicht auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele begrenzt werden; vielmehr werden diese Ausführungsbeispiele bereitgestellt, so daß diese Offenbarung sorgfältig und vollständig wird und den Fachmännern den Bereich der Erfindung übertragen wird. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Elemente. In den Zeichnungen können Schichten oder Bereiche zur besseren Darstellung überspitzt dargestellt sein.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ausbildung einer Sensoranordnung und Bestandteile hiervon und ein zugehöriges Verfahren zum Herstellen einer Sensoranordnung. In der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung werden bestimmte Ausdrücke verwendet, um sich auf die Lagebeziehung bestimmter Strukturen relativ zu anderen Strukturen zu beziehen. Wie hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "longitudinal" und Ableitungen hiervon auf die allgemeine Richtung, die durch die longitudinale Achse der Sensoranordnung bestimmt wird, die sich zwischen den zwei Enden der Sensoranordnung erstreckt. Somit wird sich die longitudinale Achse, wenn auf einem Patienten angeordnet, entlang der Länge des Streifensensors erstrecken. Wie hierin verwendet wird, beziehen sich die Ausdrücke "außen", "nach außen", "seitlich" und Abweichungen hiervon auf die allgemeine Richtung, die durch einen Vektor definiert wird, der an der longitudinalen Achse der Sensoranordnung entsteht und sich horizontal und senkrecht hierzu erstreckt. Umgekehrt beziehen sich die Ausdrücke "innen", "nach innen" und Abweichungen hiervon auf die allgemeine Richtung entgegengesetzt zu der nach außen gerichteten Richtung. Zusammen umfassen die Richtungen "nach innen" und "nach außen" die "Quer"Richtung.
Unter Bezug nun auf 1B wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung 10 mit niedrigem Profil nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Sensoranordnung 10 ist ausgebildet, um die Reaktion der Sensorelemente 20 auf Druckenergie zu verhindern, um einen selektiven Ausgang bereitzustellen, der im wesentlichen nur die interessierende akustische Energie darstellt (Scherwellen mit kurzen Wellenlängen in dem interessierenden akustischen Frequenzband). Vorzugsweise enthalten die Sensorelemente 20 zwei elektrisch aktive Schichten, wobei jede dieser Schichten an gegenüberliegenden Seiten einer neutralen Schicht liegt, so daß der Spannungsausgang der zwei Schichten einen Signalausgang erzeugt, der auf eine Biegung oder eine Änderung in der Krümmungsänderung der darunter liegenden Fläche reagiert. Somit ist die Sensoranordnung 10 ausgebildet, um als ein mechanischer Filter zu agieren, um Sensorreaktionen auf Druckenergie zu filtern.
Allgemein beschrieben, enthält der Sensor 10 einen Rahmen 15 und eine Vielzahl von Sensorelementen 20. Die Sensoranordnung 10 ist mit einer zentralen Kernschicht 75 und gegenüberliegenden (PVDF) äußeren Schich ten 50, 60 ausgebildet, die piezoelektrische Schichten 500 und 600 enthalten. Wie in 9 dargestellt, stellt jede der (PVDF) äußeren Schichten 50, 60 ein Paar von räumlich getrennten Elektroden 501, 502 sowie 601, 602 bereit, die eine erste Signalspannung 51 sowie eine zweite Signalspannung 61 bezüglich der Erde 675 definieren. Wie ebenfalls in 9 dargestellt ist, weist jede der äußeren Schichten 50, 60 eine äußere Fläche 50a, 60b auf, die mit derselben elektrischen Erde 675 verbunden sind. Die zwei Elektrodenflächen 501, 502 sowie 601, 602 der gegenüberliegenden äußeren Schichten sind ausgebildet, um getrennte elektrische Signalwege bereitzustellen (d.h. Spannungsausgänge V₁ bzw. V₂), wenn der Sensor 20 gebogen wird, wie weiter unten beschrieben wird. Die Signalflächen 50b, 60a werden vorzugsweise durch positionierende Signalleitungen 22 (7) an der dazugehörigen Fläche der PVDF-Schicht 50, 60 bereitgestellt. Wie dargestellt, bedeutet dies, daß die nach innen gerichteten Flächen der PVDF-Schichten 50b, 60a elektrische Leitungen enthalten, die hierauf gebildet sind.
Die äußere Erdungsebene oder Flächen 675 sind vorzugsweise durch Aufbringen einer leitenden Schicht auf die Außenflächen der PVDF-Schichten 50a, 60b bereitgestellt. Zur Anordnung oder Bildung der elektrischen Leitungen 22, 22' oder der Erdungsfläche kann jedes Metal ablagernde oder schichtende Technik verwendet werden, wie Elektronenstrahlverdampfung, thermisches Verdampfen, Anstreichen, Sprühen, Eintauchen oder Sputtern eines leitenden Materials oder metallischer Farbe und dergleichen oder mit Material über die ausgewählten Flächen der PVDF-Schichten 50, 60. Die Erdungsebene ist vorzugsweise durch Aufbringen einer durchgehenden metallisierten Fläche über die gesamten äußeren Flächen der PVDF-Schichten 50a, 60b gebildet, um eine beständige Abschirmung zu bilden. Natürlich können alternative metallische Flächen oder Techniken verwendet werden, wie durch Befestigen einer leitenden Mylar-Abschirmungsschicht über die äußere Fläche der PVDF-Schichten 50, 60. Vorzugsweise wird leitende Farbe oder Tinte (wie Silber oder Gold) auf die PVDF-Schichten als eine dünne ebene Schicht aufgebracht, so daß sie sich nicht über oder um die Umfangskantenteile der Signalwege der inneren Leitungen 22, 22' erstrecken.
Wie in 1B dargestellt, enthält die Sensoranordnung 10 ein Rahmenteil 15 mit zwei sich longitudinal erstreckenden Seitenschienen, einer ersten Seitenschiene 16 und einer zweiten Seitenschiene 17. Vorzugsweise ist der Rahmen 15 ausgebildet, so daß die zwei Seitenschienen 16, 17 entlang einem größeren Teil der Länge des Rahmens 15 räumlich getrennt sind.
Eine Vielzahl von Sensorelementen 20 ist zwischen die zwei Seitenschienen 16 und 17 angeordnet, so daß jedes Sensorelement 20 an mindestens einer der Seiten 16, 17 befestigt ist. Wie dargestellt, ist jedes Sensorelement 20 vorzugsweise an nur einer Seite befestigt, d.h. an einer seitlichen Befestigung 18, die entweder an der ersten Seite 16 oder der zweiten Seite 17 angeordnet ist. Wie in den 1A und 1B dargestellt, sind des weiteren vorzugsweise benachbarte Sensoren an verschiedenen Seiten des Rahmens 15 befestigt, und die seitlichen Befestigungen 18 erstrecken sich im wesentlichen um das Zentrum des Sensorelements 20. Wie in den 1A, 1B, 2,3 und 7 dargestellt, enthält die Sensoranordnung 10 ein erstes Signal-Leitungsmuster 22 und ein zweites Signal-Leitungsmuster 22'. Die Leitungsmuster 22, 22' sind dieselben und ausgebildet, um zwei getrennte, aber übereinstimmende elektrische Signalbereiche 25, 26, 27, 28, 29, 30 und 25', 26', 27', 28', 29', 30' des aktiven Sensors quer zu dem oberen und unteren PVDF-Filmschicht-Sensorelementen 20, 20' zu definieren. Die Sensoranordnung 10 ist ausgebildet, so daß jeder übereinstimmende elektrische Signalbereich 25, 25', 26, 26', 27, 27', 28, 28', 29, 29' und 30, 30' des Sensorelements einen getrennten und übereinstimmenden elektrischen Signalweg 25a, 25a', 26a, 26a', 27a, 27a', 28a, 28a', 29a, 29a', 30a, 30a' aufweist, die übereinstimmende aber getrennte obere und untere Signalwege 51, 61 definieren. Somit erstreckt sich der elektrische Weg für jeden Sensor 25a–30a von einem Sensorelement 20 zu einem elektrischen Abschluß oder einem elektrischen Verbindungsfeld 40. Obwohl 1A nur eine PVDF-Signalschicht darstellt, enthält die gegenüberliegende PVDF-Schicht der Sensoranordnung 10 ein anderes (zweites oder Boden) Signalleitungsmuster 22', das im wesentlichen ähnlich ist zu und ausgebildet ist, sich mit dem dargestellten oberen äußeren Leitungsmuster 22 auszurichten, das entsprechende gestrichene Bezugszeichen enthält. Bei Montage oder Herstellung werden zwei der PVDF-Schichten, die in der linken Seite der 1A dargestellt sind, an gegenüberliegenden Seiten eines neutralen Kerns 75 angeordnet.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die elektrischen Leitungen 22, 22' an den entsprechenden äußeren PVDF-Schichten 50, 60 aufgebracht, wie durch Aufbringen eines leitenden Tinten- oder Farbmusters mit Siebdruck. Die Erdungsebene ist vorzugsweise an jeder PVDF-Schicht 50, 60 durch Aufbringen einer durchgehenden Schicht leitender Tinte oder Farbe hierauf bereitgestellt. Der Kern 75 enthält typischerweise eine Neoprenschicht mit einem dünnen Film eines Haftmittels an jeder Seite. Die PVDF-Schichten 50, 60 werden dann an dem Kern 75 gesichert, um den Kern zwischen ihnen festzulegen. Die elektrischen Verbindungen (Pinanschlüsse) werden in einem externen Verbinder hergestellt, und die oberen und unteren PVDF-Erdungsleitungen oder Flächen 50a, 60b werden zu einer gemeinsamen Erdung 675 an dieser verbunden (vgl. US-Patent Nr. 5,595,188).
Wie in 5 dargestellt, enthält die Sensoranordnung 10' einen Rahmen 15', welcher ausgebildet sein kann, um ergänzende Strukturbefestigungen 21 an ausgewählten Bereichen (wie an den Enden) bereitzustellen, um die zwei Seiten 16', 17' zusammen weiter strukturell zu binden, um zu helfen, eine Strukturfestigkeit oder Lage-Integrität für die Sensorelemente an der Anordnung 10' bereitzustellen. Dies kann nützlich für Sensoranordnungen 10' sein, die, sobald die sterilisiert sind, in einer sterilen darunter liegenden Haftschicht und sterilen Verpackung zum Transport und zur Lagerung eingefaßt werden, da die Sensoranordnung typischerweise schnell von ihrer Verpackung während des Verbrauchs gelöst wird. Die zusätzliche mechanische Verstärkung kann die Verschiebung des Sensorelements 20 von dem Rahmen 15' minimieren.
5A stellt ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung 10'' nach der vorliegenden Erfindung dar. Wie dargestellt, enthält der Rahmen 15'' eine einzelne, sich longitudinal erstreckende Seite oder Schiene 17'', welche vorzugsweise relativ zu der Zwei-Schienen-Ausbildung, dargestellt in 1B, aufgeweitet ist, um eine geeignete physische Trennung (um das Potential für die elektrische Kopplung zu minimieren) der elektrischen Leitungen 22b bereitzustellen. Natürlich werden die elektri schen Leitungen 22b geändert, um sich entlang der einzelnen Schiene 17'' zu erstrecken.
2 und 3 stellen eine Schnittdarstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Sensoranordnung 10 mit niedrigem Profil dar. Wie dargestellt (in Schnittdarstellung), ist die Sensoranordnung 10 derart ausgelegt, daß zwei piezoelektrisch aktive (PVDF) äußere Schichten 50, 60 der Sensoranordnung 10 (enthaltend die äußeren Schichten sowohl von den Rahmenseiten 16, 17 als auch der Sensorelemente 20) ein erstes Material umfassen, das eine zugehörige erste Dicke aufweist, während eine Kern- oder Zwischenschicht 75 ein zweites elastisches Material umfaßt, das eine zweite Dicke aufweist. 9 stellt schematisch die elektrische Ausbildung des Sensorelements 20 dar und wird weiter unten beschrieben. Die äußeren Leitungen 22, 22' sind an den entsprechenden oberen und unteren Flächen 50b, 60a (d.h. die inneren Flächen an einem vollständigen Anordnungsaufbau) der äußeren Flächen 50, 60 angeordnet.
Wie dargestellt, ist die Dicke des Kerns 75 größer als die Dicke der äußeren Schichten 50, 60. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kern 75 um eine Größenordnung dicker als die Dicke der äußeren Schicht. Noch bevorzugter weist der Kern 75 eine Tiefe oder Dicke von ungefähr 600 Mikrometer auf, während die äußeren Schichten 50, 60 um ungefähr 30 Mikrometer dick sind. Es ist auch bevorzugt, daß das Kernmaterial derart ausgewählt wird, daß es eine relative absolute Dielektrizitätskonstante aufweist, die geringer ist (und bevorzugter viel geringer ist als eine Größeordnung geringer) als die relative absolute Dielektrizitätskonstante der äußeren Schichten 50, 60. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein geeigneter Wert der relativen absoluten Dielektrizitätskonstante eines Kerns ungefähr 5 oder 6.
Es ist auch bevorzugt, daß das Kernmaterial 75 derart ausgewählt wird, daß es elastisch oder nachgiebig (im wesentlichen nicht komprimierbares Material) ist und vorzugsweise geringe Viskoseverluste aufweist. "Elastisch", wie hier verwendet, bedeutet, daß der Kern aus einem Material ausgelegt und ausgebildet ist, welches ermöglicht, daß die Sensoranordnung (mindestens das Sensorelement) konform mit der darunter liegenden Fläche ist, wenn in Position. Anders ausgedrückt ist der Kern 75 derart ausgebildet, daß mindestens die Sensorelemente 20 im wesentlichen mit dem Körper übereinstimmend angebracht sind, d.h. der Form der darunter liegenden Hautfläche des Patienten zu folgen, wenn sie hierauf angeordnet werden. Bevorzugte Kernmaterialien enthalten Nitril, Neopren, Latex, Polyethylen oder Polyethylen-Gebilde mit hoher Dichte. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Kernmaterial Neopren. Alternativ kann der Kern 75 als eine dünne Schicht eines Isolator (neutrales Zentrum) gebildet sein, das es ermöglicht, daß zwei gegenüberliegende elektrisch aktive Schichten 50, 60 elektrisch getrennt und direkt ansprechend auf die Biegung der darunterliegenden Fläche sind.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Kern 75 eine erste relative absolute Dielektrizitätskonstante auf, und die äußeren Schichten 50, 60 sind erste und zweite biegsame Materialschichten, die eine zweite relative absolute Dielektrizitätskonstante aufweisen. Die erste relative absolute Dielektrizitätskonstante ist geringer als die zweite relative absolute Dielektrizitätskonstante. Somit kann die resultierende Kapazität des Kerns 75 derart sein, daß sie ungefähr eine Größenordnung geringer als die PFDV-Schicht 50, 60 ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kern 75, derart ausgelegt, um eine größere Dicke als die PVDF-Schichten 50, 60 aufzuweisen. Die Kapazität des Kerns 75 ist zu dem Material und der Ausbildung des Kerns 75 zugehörig. Insbesondere ist die Kapazität des Kerns 75 zugehörig zu der absoluten Dielektrizitätskostanten (ε) des Kernmaterials, und die Kernausbildung (Bereich A) und die Dicke (1) wie durch die Gleichung (C = εA/l) beschrieben. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Sensor 20 so ausgebildet, daß die Kapazität des Kerns 75 geringer ist als die der Elektroden, die durch die PVDF-Schichten 50, 60 definiert werden.
Mit Bezug auf die 2,3 und 9 werden die äußeren Schichten 50, 60 von einem piezoelektrisch aktiven Material gebildet wie, aber nicht begrenzt auf, Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder dessen Kopolymer mit Trifluorethylen (PVDF-TrFe). Wie in 9 dargestellt, sind die Elektroden 501, 502, 601, 602 an beiden Seiten der größeren Flächen des piezoelektrischen Films 500, 600 gebildet. In dieser Weise stellt das PVDF-Material äußeren Schichten 50, 60 dar, die als Elektroden agieren, die als elektromechanische Wandler agieren und demnach als ein akustischer Sensor 20 verwendet werden können. Allgemein beschrieben und wie in den 14A, 14B und 14C dargestellt, ist der Sensor 20 so ausgebildet, daß, wenn das piezoelektrische Material Dehnung und Druck (Biegung oder Krümmungsverschiebung) ausgesetzt wird, wird ein elektrisches Potential oder Spannung, die proportional zu der Größenordnung der Spannung oder des Drucks ist, quer zur Dicke des piezoelektrischen Materials gebildet (vgl. beispielsweise US-Patent Nr. 5,885,222).
Eine bevorzugte elektrische Ausbildung wird nachfolgend diskutiert.
4 ist eine Seitenansicht einer Sensoranordnung 10 mit niedrigem Profil nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, ist die Sensoranordnung 10 derart ausgebildet, daß jedes der Sensorelemente 25–30 und der Rahmen 15 in (wesentlicher) koplanarer Ausrichtung entlang mindestens der oberen Fläche 10a eines größeren Teils des Bereichs des Rahmens 15 sind, wenn von der Seite betrachtet (d.h. die Sensoren 20 und die Seiten 16, 17 weisen dieselbe Materialdicke und Schichten auf). Wie dargestellt, ist die Sensoranordnung 10 vorzugsweise (und die Sensoranordnung 10'' mit dem einzelnen Schienenrahmen 15'') derart ausgebildet, daß die Elemente 20 und der Rahmen 15 dieselbe Profilausbildung entlang der oberen und unteren Flächen 10a, 10b aufweisen. Die Sensoranordnung 10 ist im wesentlichen bündig entlang der oberen und unteren Flächen 10a, 10b. Wie dargestellt, enthält die lineare Streifenanordnung vorzugsweise eine obere und untere äußere Fläche 10a, 10b mit einem im wesentlichen konstanten und flachen Profil. Alternativ, wie weiter unten beschrieben wird, kann die obere äußere Fläche eine oder mehrere diskrete Massen 900 oder Versteifungen 910 aufweisen, die an dem Bereich des Sensorelements befestigt sind, um die Ansprechbarkeit des gebogenen Sensorelements 20 zu modifizieren (26).
5 zeigt ein alternatives Ausführungsbespiel einer Sensoranordnung 10'. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die seitlichen Befestigungen 18' zu alternierenden Vorwärts- und Rückwärtskanten des Sensorelements 20. Wie auch dargestellt, weisen die Seiten oder Seitenschienen 16', 17' eine größere seitliche Länge auf, die einen zusätzlichen Bereich für die Signalleitungen 22 bereitstellt. Der zusätzliche Bereich kann es den getrennten Wegen ermöglichen, durch eine größere Trennungsdistanz räumlich getrennt zu sein, oder können ermöglichen, daß zusätzliche Sensorelemente 20 verwendet werden (ein größerer Bereich wird verwendet für zusätzliche Leitungen, die für zusätzliche Elemente verwendet werden). Die zusätzliche Breite der Seiten 16', 17' kann auch helfen, elektrische Übersprechung entlang der Länge des Signalweges zu minimieren. Ähnlich stellt 5A ein Ausführungsbeispiel mit einer einzelnen Schiene einer Sensoranordnung 10'' nach der vorliegenden Erfindung dar. Wie dargestellt, enthalten die Sensoranordnung 10, 10', 10'' eine Vielzahl von Sensorelementen 20 (vorzugsweise mehr als vier Sensorelemente und bevorzugter sechs oder mehr Sensorelemente).
Mit Bezug nun auf 6 ist eine bevorzugte Strukturbasisschicht 100 dargestellt. Die Basisschicht 100 stellt die Strukturbasis für die Signalleitungen 22, 22' bereit, die vorzugsweise auf die PVDF-Schichten 50, 60 aufgebracht sind und an der Basisschicht 100 befestigt sind, wie nachfolgend diskutiert wird. Wie dargestellt, definiert die Basisschicht 100 den Rahmen 15, die Seitenschienen 16, 17 und die Felder für die Sensorelemente 20. Sie enthält auch einen Halsabschnitt 102, welcher den oberen Teil des Rahmens, der ein elastisches Kernmaterial enthält, von einem dünneren Wandteil 105 trennt (welches sich zu den Anschluß-Verbindungsenden am Verbinder (nicht dargestellt) herunter erstreckt)). Auf jeden Fall ist der Halsabschnitt 102 des Rahmens 15 vorzugsweise derart ausgebildet, um die Sensoranordnung von einer Dicke zu einer anderen überzuleiten, so daß der Kern 75 eine erste Dicke an dem oberen Halsabschnitt 102 aufweist, aber im wesentlichen vor dem Ende des unteren Halsabschnitts 105 in einer zweiten reduzierten Dicke endet. Vorzugsweise ist die Sensoranordnung 10, wie in 6 dargestellt, so ausgebildet, daß das Neopren sich nach unten bis in den Bereich erstreckt, der in Gitterschraffur dargestellt ist. Eine bevorzugte Neopren-Haltezone 76 ist in der Position A-A dargestellt. Vorzugsweise ist das Band 105 so ausgebildet, daß die PVDF elektrisch aktiven Flächen sich nicht berühren. Beispielsweise können andere dünne isolierende Kernmaterialien wie ein doppelseitiger Polyethylenfilm so angeordnet werden, daß es sich zwischen die zwei nach innen gerichteten Flächen der PVDF-Schichten 50, 60 erstrecken.
7 stellt ein bevorzugtes Leitungsmuster 22, 22' dar, welches bei Zusammenbau an geeigneten Flächen der Filmschichten 50, 60 positioniert wird, welche die entsprechenden elektrischen Bereiche für die Sensorelemente 25–30, 25'–30' und entsprechende Signalwege 25a–30a, 25a'–30a' bilden, welche sich herunter entlang dem Halsabschnitt 102 und dem Bandteil 105 des Sensorrahmens erstrecken. Wie in 7 dargestellt, enthalten die elektrischen Muster 22, 22' einen aktiven Bereich 220 von Sensorfeldern und lineare Leitungen 221. Das Leitungsmuster ist an den piezoelektrischen Schichten 50, 60 – wie oben beschrieben – angeordnet. Vorzugsweise wird es durch Aufbringen von leitender Tinte gebildet, wie Anordnen eines Musters mit Siebdruck von Silbertinte auf die äußere Fläche der äußeren Schichten 50, 60. Während bestimmte leitende Muster in den 7 und 5A dargestellt sind, können alternative leitende Muster ebenfalls verwendet werden. Beispielsweise können leitende Farbe, flexible Leiterplatten, Folie oder andere Beschichtungs- oder Metall-Anordnungsverfahren und Techniken verwendet werden. Es ist auch bevorzugt, daß, wenn flexible Leiterplatten verwendet werden, sie ausgebildet oder befestigt sind an der Basisschicht 100, so daß sie zu der Struktur der Sensoranordnung durchsichtig sind, um jede Potentialstörung in Übereinstimmung mit dem Sensorelement zu dem Körper zu minimieren.
Zur Verdeutlichung ist es nach der vorliegenden Erfindung ersichtlich, daß schützende Filme oder Beschichtungen auch über die äußeren PVDF-Schichten positioniert werden können, die die Erdungs- oder Signalebenen (oder Leitungen) bilden, so lange sie aufgebracht sind, um im wesentlichen transparent zu dem Betrieb der Sensorelemente zu sein. Daher, wenn sie hierin verwendet werden, können die Leitungen) 22, 22' oder äußeren Schichten 50, 60 Leitungen oder Schichten enthalten, die mit Feuchtigkeitssperren-Beschichtungen, Haftmitteln oder anderen Materialien bedeckt sind und somit nicht genau "äußerlich" oder "außen" sind, wie zur Erleichterung der Diskussion hierin beschrieben.
8B ist eine vergrößerte Sicht auf ein Sensorelement 20. Vorzugsweise ist das Sensorelement 20 im wesentlichen rechteckig mit Seitendimensionen von ungefähr 8 mm bis ungefähr 11 mm. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie in 9 dargestellt, sind die oberen und unteren Leitungen 22, 22' auf die nach innen gerichteten größeren Flächen der (PVDF) Schichten 50, 60 angeordnet. Somit enthalten die elektrisch aktiven Bereiche, die die Signalwege definieren, die Feldbereiche 25, 25', und die Signalleitungswege 25a, 25a', welche räumlich getrennt mit einem Abstand von der Spitze zum Boden um einen zentralen, neutralen Kern 75 angeordnet sind. Die äußeren PVDF-Schichten 50, 60 sind vorzugsweise relativ dünn (wie unter ungefähr 60 Mikrometer und vorzugsweise um 30 Mikrometer), während die Kerntiefe 75a eine Größenordnung größer ist (ungefähr 300 Mikrometer und vorzugsweise über ungefähr 500 bis 600 Mikrometer). Diese Ausbildung macht die Dicke der PVDF-Schichten 50, 60 relativ strukturell vernachlässigbar im Vergleich zu der Tiefe oder Dicke des Kerns 75. Wie in 9 dargestellt, sind die oberen und unteren Signalwege 502a, 602a, die durch die Leitungsmuster 22, 22' definiert werden, durch eine Entfernung getrennt, die im wesentlichen gleich der Kerntiefe 75a ist.
10 stellt schematisch eine bevorzugte Ausbildung eines Aufbaus 120 der Sensoranordnung mit niedrigem Profil dar. Wie in 10 dargestellt, enthält der Aufbau 120 der Sensoranordnung vier seitlich positionierte lineare Sensor- oder Streifenanordnungen 120a, 120b, 120c, 120d in elektrischer Verbindung mit einem Signalprozessor 150 (der einen Opto-Isolator 151 aufweist). 10 stellt vier Sensoranordnungen 10 dar, die über bevorzugte interkostale Räume angeordnet sind (vgl. WO-A-00/27287, US-Patente Nr. 6 193 668 und 6 371 924). 10 stellt auch eine bevorzugte Anschluß-Litzenanordnung für den Aufbau 120 der Sensoranordnung dar. Wie dargestellt, erstreckt sich die Anschlußlitze 120P vorzugsweise von den Sensorelementen zu dem Brustbein des Patienten, wodurch die Ausbildung einer Standardleitung ermöglicht wird, ungeachtet des Zugangs zu dem Patienten (d.h. ob das System an dem Patienten von der rechten oder linken Seite des Bettes angebracht wird). Alternativ können, wie in 11 dargestellt, die elektrischen Anschlußlitze 120P sich von der gegenüberliegenden Seite erstrecken.
In ähnlicher Weise stellen 11 und 12 einen bevorzugten Aufbau 120 einer Sensoranordnung mit niedrigem Profil dar, die an einem Subjekt angeordnet ist, wobei der Aufbau vier lineare Anordnungssensoren 10 umfaßt, wobei die Sensoren jeweils sechs Sensorelemente 20 aufweisen. Natürlich können alternative Anzahlen von Sensoranordnungen 10 oder Sensorelemente 20 an den Anordnungen 10 verwendet werden (entweder in Kombination oder allein). 12 stellt die akustische Sensoranordnung 10 mit niedrigem Profil dar, die an der Haut 200 eines Patienten über einem akustischen Fenster über dem interessierenden Herzbereich angeordnet ist. Somit enthält die Sensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Mittel zum lösbaren Sichern der Sensoranordnung an einem Patienten. Solche Mittel können eine Haftmittelschicht umfassen, die in einer Seite der Sensoranordnung eingebracht oder an einer Seite der Sensoranordnung aufgebracht wurde, so wie die Haftmittelschicht 775, die in 9 dargestellt ist. Geeignete Haftmittel zum lösbaren Sichern medizinischer Apparate oder Vorrichtungen an einem Patienten sind den Fachleuten bekannt. Wie in 9 dargestellt, enthält die Sensoranordnung 10 auch vorzugsweise ein lösbares Haftmittel 775, das entlang eines größeren Teils der unteren äußeren Fläche 60b angeordnet ist, um die Sensoranordnung an einem Patienten während einer klinischen Anwendung zu sichern. Selbstverständlich können sterile Haftmittelchremes, doppelseitige Klebebänder und dergleichen alternativ oder zusätzlich verwendet werden, um die Anordnung an der Patientenhaut zu positionieren.
Mit Bezug nun auf die 9, 13A, 13B und 14A–C sind bevorzugte elektrische und Betriebsschemata für die Sensorelemente 20 dargestellt. Wie oben beschrieben, stellt 9 die piezoelektrischen aktiven äußeren Schichten 50, 60 dar als enthaltend einen PVDF (oder ein anderes piezoelektrisches Polymer) Teil 500, 600 sowie zwei entsprechende gegenüberliegende erste und zweite innere aktive Elektrodenflächen oder Schichten 501, 502 und 601, 602 dar. Die inneren Filmflächen 502, 602 enthalten jeweils einen getrennten elektrischen Signalweg 502a, 602a, während die äußeren Filmflächen 501, 601 mit einer gemeinsamen Erdung 675 verbunden sind.
9 und 13A–B zeigen, daß das PVDF an der ersten (oberen) äußeren Schicht 50 mit einer negativen bis positiven Polarität angeordnet ist. Dies bedeutet, daß die größere innere Fläche 50b eine positive Polarität aufweist, während die größere äußere Fläche 50a eine negative Polarität aufweist. Im Unterschied hierzu ist das PVDF an der (unteren) äußeren Schicht 60 mit der umgekehrten Polarität angeordnet; positiv an der größeren inneren Oberfläche 60a und negativ an der größeren äußeren Fläche 60b. Natürlich könnten die Schichtpolaritäten auch umgekehrt sein (d.h. die obere Schicht 50 kann negative bis positive aufweisen, während die untere Schicht 60 positive bis negative aufweisen kann).
Wie in 14B und 14C dargestellt, stellt jede der äußeren Schichten 50, 60 eine Spannung (V₁ und V₂) 51 bzw. 61 in Reaktion auf die Biegung des Sensors 20 bereit, auch als Reaktion auf lange Druckwellen. In Reaktion auf eine Gesamttranslationsbewegung des Sensors 20, welche nicht in einer Biegung resultiert, wird jedoch keine Spannung erzeugt. Weil die Polaritäten umgekehrt sind und weil das Kernmaterial sowie die Sensorausbildung einen hohen Grad der Kopplung zwischen den zwei äußeren aktiven (elektrischen) Schichten 50, 60 bereitstellen, wird der absolute Wert der Spannung für eine bestimmte Biegung oder Krümmung im wesentlichen die gleiche sein. Weil jedoch während der Biegung oder Krümmung des Sensors eine Schicht unter Druck und die andere Schicht unter Spannung ist, wird das Vorzeichen der Spannung zwischen den zwei Schichten entgegengesetzt sein. Ferner, wenn Bewegung des Sensors nicht in einer Krümmung des Sensors resultiert, wird die Polarität des Vorzeichens dieselbe zwischen den zwei Schichten sein. Somit ist die vorliegende Sensorausbildung vorzugsweise ausgebildet, die Spannungsdifferenz der zwei Spannungen, das ist die Differenz zwischen den Reaktionsspannungen V₁, V₂, zu lesen.
Vorteilhafterweise ist, wie in 13A dargestellt, die Elektrodenausbildung so, daß der Sensor 20 wie ein Differenzverstärker 63 agiert. In Betrieb nimmt die Sensoranordnung 10 die Spannungsdifferenz der zwei Reaktionsspannungen V₁, V₂, um eine Signalantwort zu erzeugen, welche einen erhöhten Spannungswert aufweist (ungefähr doppelter Wert) und somit kann eine verbesserte SNR-Leistung bereitgestellt werden. Des weiteren sind für Nichtbiegungssensoranregungen die Spannungspolaritäten derart, daß die Signalantworten von jeder Schicht 50, 60 sich gegenseitig auslöschen, wodurch der Signalausgang für Nichtbiegungsanregungen minimiert wird.
In Betrieb erfahren sowohl die oberen als auch die unteren Sensorschichten, wie schematisch in 14a für einen Nicht-Spannungseingang wie eine Druckwelle dargestellt (typischerweise Einfluß auf die Sensoren durch Umgebungsrauschen, das durch das Rauschen in der Luft getragen wird, oder Rauschen, das durch strukturelle Vibration übertragen wird) dieselbe Kraft, und ohne Spannung oder Biegung, um eine Krümmung in den Schichten 50, 60 zu verursachen, sind die Polaritäten der Spannungen derart, daß jede Signalantwort gelöscht wird und kein Signalausgang zur Detektion übertragen wird. Im Gegensatz, wie in 14b und 14c dargestellt, weisen die Polaritäten der Schichten 50, 60, die im Zusammenhang mit der Dehnung in dem PVDF oder äußeren (elektrische Reaktion) Schichten 50, 60 stehen, entgegengesetzte Polaritäten auf. Beispielsweise kann die (V₂) Reaktion für eine gegebene Biegung in der äußeren Schicht 50 und eine (V₁) Reaktion von 2 Mikrovolt ungefähr (–2 Mikrovolt) betragen, und die Signalantwort für diese Biegung wird dann 2–(–2) oder 4 Mikrovolt sein. Natürlich wird die Größenordnung der Spannung in Abhängigkeit von dem Grad der Dehnung oder der Krümmung der Biegung variieren.
14a stellt die wesentliche Nicht-Reaktion dar, die mit einer Druck- oder längeren Wellenlänge im Zusammenhang steht, die quer zum Sensorort übertragen wird, während die 14b und 14c die Spannungsreaktion (entgegengesetzte Polarität) zeigen, die einer Biegung bei interessierenden kürzeren Wellenlängen entsprechen. Wie dargestellt, ist die Spannungspolarität entsprechend einer Aufwärtsbiegung für die obere PVDF-Schicht 50 positiv und für die untere PVDF-Schicht 60 negativ, und die Polaritäten kehren sich für eine Abwärtsbewegung um.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie schematisch in 14d dargestellt, sind die Sensoranordnungen 10, 10', 10'', 10''' so ausgebildet, daß sie selektiv auf kürzere Wellenlängen 310 ansprechen, die eine Biegung durch die Dicke des Sensorelements 20, 420 verursachen, während sie im wesentlichen nicht ansprechen auf oder widerstandsfähig gegenüber längeren akustischen Wellenlängen 300 sind. Die längeren Wellenlängen 300 stehen typischerweise im Zusammenhang mit Druckwellen in den Körper oder den Umgebungsgeräuschen innerhalb des Untersuchungsraums und verursachen Druck durch die Dicke des Sensorelements. In Betrieb weisen Scherwellen wegen der Unterschiede in der Geschwindigkeit der Wellen oder eines interessierenden Frequenzbandes typischerweise viel kürzere Wellenlängen als die Wellenlängen auf, die mit Druckwellen im Zusammenhang stehen. Anders ausgedrückt ist der Sensor ansprechend auf den Biegungsmodus der Verschiebung, die durch kürzere Wellenlängen der Scherwellen 310 verursacht werden, und im wesentlichen nicht ansprechend auf akustische Eingaben der viel längeren Druckwellenlängen 300. Gleichzeitig ist die Sensoranordnung ausgebildet, um auf Scherwellen mit kürzeren Wellenlängen 310 zu reagieren. Somit agiert die Sensoranordnung 10 der vorliegenden Erfindung als ein mechanischer Filter und verhindert oder minimiert die Sensorelemente, eine detektierbare Signalantwort für lange Wellenlängen bei interessierenden Frequenzen zu erzeugen. Die Sensoren und Sensoranordnungen, die hierin beschrieben werden, enthalten einen Betriebsbereich für die interessierenden akustischen Wellenlängen für die Diagnose und die Detektion einer Koronararterien-Erkrankung. Vorzugsweise enthalten die Sensoren einen Betriebsbereich von mindestens ungefähr 100–2500 Hz und bevorzugter einen Bereich von ungefähr 100–1000 Hz. Vorzugsweise sind die Sensorelemente 20 ausgebildet und ausgelegt an dem Rahmen 17, um auf Scherwellen bei interessierenden Betriebsfrequenzen zu reagieren, wie diejenigen, die gekennzeichnet sind durch eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von weniger als ungefähr 25m/s oder mehr im Bereich von ungefähr 5–15 m/s, und um eine Signalantwort auf Druckwellen oder akustische Wellen mit einer Ausbreitungsgeschwindigkeit von über ungefähr 100 m/s zu unterdrücken oder zu verhindern. Bevorzugter ist der Sensor ausgebildet, um eine Reaktion, die mit der Wellengeschwindigkeit der Druckwellen in der Luft im Zusammenhang stehen, typischerweise eine Geschwindigkeit von ungefähr 340 m/s, und die Reaktion zu unterdrücken, die im Zusammenhang mit der Wellengeschwindigkeit von Druckwellen in dem Körper steht, wobei die Druckwellengeschwindigkeit typischerweise ungefähr 1540 m/s im Körper beträgt.
8A stellt eine alternative diskrete oder Einzelsensorausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der Signalrückweg, der die Rückseite des Films bedeckt, wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit entfernt. Es ist bevorzugt, daß die Breite der Anschlußlitze ausgebildet und ausgelegt ist, um die Kapazität einer Signalleitung unter ungefähr 10% derjenigen eines Sensorelements zu halten. Wie dargestellt, enthält der einzelne Sensor 201 einen elektrischen Weg für ein positives Signal 280 und einen elektrischen Weg für ein negatives Signal 281, der durch zwei PVDF-Schichten 50j, 60j ähnlich den elektrischen Leitungen 322, 322', die an den äußeren PVDF-Schichten der Streifenanordnung 10, wie oben beschrieben, gebildet sind. Wie dargestellt, kann das einzelne Element 201 durch Ausbilden von vier Signalleitungen an einem einzelnen Blatt eines PVDF-Materials gebildet werden. Das Einzelblatt ist ausgebildet, um gefaltet zu werden, wie entlang der dargestellten gepunkteten Faltlinien, um zwei innere Signalwege 280, 281 und die äußere gemeinsame Erdung bereitzustellen. Die zwei Erdungen 290a, 290b sind vorzugsweise durch eine metallisierte Mylar-Abschirmung 290 gebildet, die ausgebildet ist, um eine durchgängige ebene elektrische Abschirmung an einer Fläche des PVDF-Materials bereitzustellen (wobei die Fläche den elektrischen Leitungen 322, 322' gegenüberliegt). Der elektrische Ausgangsstift kann auch alternativ ausgebildet sein, wie es von einem Fachmann geschätzt wird.
17A und 17B stellen noch ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung 10''' mit Zickzack-Anordnung dar, die mechanische Vibrationen und Übersprechungen zwischen Sensorelementen 421, 422, 423 und deren zugehörigen Übertragungsleitungen 431, 432, 433 vorteilhaft minimieren können, während sie auch einen mechanischen Filter bereitstellen (um Druckenergie zurückzuweisen und selektive akustische Antworten, wie oben beschrieben, zuzulassen) nach der vorliegenden Erfindung. Diese akustische Zickzack-Anordnung mit niedrigem Profil ist auch ausgebildet, um selektiv auf Schwerwellen zu reagieren, während Druckwellenenergie in dem interessierenden Frequenzbereich zurückgewiesen wird. Wie dargestellt, enthält diese Sensoranordnung 10''' mehrere diskrete oder modulare Sensoren 420 sowie entsprechende jeweilige Übertragungsleitungen 430, die an einem ersten Verbinder 450 und in einem Betriebssystem 1501 mit Signalprozessor angeschlossen sind. Wie in 17B dargestellt, enthält die Sensoranordnung 10''' vorzugsweise drei Sensorelemente 421, 422, 423 mit jeweiligen Übertragungsleitungen 431, 432, 433. Die getrennten Übertragungsleitungen 431, 432, 433 können im wesentlichen jedes Element und entsprechende Übertragungsleitungen isolieren, um hierdurch die Übersprechung zwischen benachbarten Sensorelementen zu minimieren.
Wie auch in 17B dargestellt ist, sind die Übertragungsleitungen 431, 432, 433 vorzugsweise gefaltet oder mit einer Reihe von Wellenbewegungen 435 entlang der Länge des Übertragungsweges gebildet (wobei der Übertragungsweg sich zwischen dem Sensorelement 420 und dem Hauptverbinder 450 erstreckt). Obwohl dargestellt als in Zickzackart "scharf" gefaltet oder mit gecrimpten Kanten ("Falten") gebildet, wird es von einem Fachmann geschätzt, daß andere mechanische Dämpfungsausbildungen ebenfalls verwendet werden können. Beispielsweise, aber nicht begrenzt auf, kann die Übertragungsleitung mit einer Reihe von sinusförmigen Kurven oder Wellen oder Falten, die entlang einem Teil von dessen Länge gebildet sind, oder mit wechselnden Materialbreiten gebildet sein (beispielsweise dünn bis breit, breit bis dünn) oder eine Kombination von Falt- oder Kurvenmustern, eingeschobenem Extramaterial oder wechselnder Materialbeschaffenheit, Gewicht und dergleichen. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck "wellenförmig" die oben genannten mechanischen Dämpfungsausbildungen.
17A und 17B stellen eine bevorzugte Ausrichtung der Sensoranordnung 10''' dar. Wie dargestellt, positioniert die Sensoranordnung 10''' in Position auf einem Subjekt die Sensorfelder 421, 422, 423 derart, daß die diskreten Sensorfelder als eine Anordnung 10''' mit einer Vielzahl von modularen, getrennten oder diskreten Sensoren ausgebildet sind; das heißt, die Sensoren 421, 422, 423 und entsprechende Übertragungsleitungen 431, 432, 433 sind als diskrete ausgerichtete Segmente in der Anordnung ausgebildet, d.h. sie haben "modulare Abtrennung". Wie dargestellt, ist der hintere Teil des Sensorfeldes 423b des am meisten entfernten Sensors 423 (der Sensor, der am nächsten zum Zentrum der Brust des Subjekts positioniert ist) unmittelbar an dem Vorderteil 422a des nächst angrenzenden Sensorfeldes 422. Der hintere Teil dieses Sensorfeldes 422b ist unmittelbar an dem vorderen Teil 421a des nächsten Sensorfeldes 421 positioniert. Des weiteren sind, wie dargestellt, die Sensorfelder 421, 422, 423 derart angeordnet, daß sie im wesentlichen linear angeordnet und sich symmetrisch relativ zu einer horizontalen oder seitlichen Ausrichtungsachse A-A erstrecken. Des weiteren ist bevorzugt, daß jedes der Sensorfelder konform mit der darunter liegenden Haut ist und die Übertragungsleitungen ausgelegt und ausgebildet sind, so daß jedes räumlich von den anderen getrennt ist (d.h. nicht mit den anderen in Berührung stehen).
Die Übertragungsleitung 430 erstreckt sich vorzugsweise longitunidal von einem Endteil des Sensorfelds (dargestellt als der hintere Teil) 423b, 422b, 421b weg. Vorzugsweise ist das Sensorfeld 10''' ausgebildet und ausgelegt, so daß die Übertragungsleitung für jeden Sensor 430 sich von dem Sensorfeld in einer Weise weg erstreckt, daß, wenn verbunden mit dem Systemverbinder 450 und sicher an der Fläche des Patienten befestigt, die Übertragungsleitung 430 eine konkave Kontur entlang eines Teils ihrer Länge definiert, wenn von der Seite betrachtet. Das heißt, wie in den 17A und 17B dargestellt, daß die Länge der Übertragungsleitung 430 derart it, daß sie ausreichend lang ist, wenn sie in Position ist, um so eine geeignete Menge einer Erschlaffung bereitzustellen, um ein Spannen der Übertragungsleitung zu verhindern, wenn der Hauptverbinder 450 mit dem Signal verarbeitenden Eingangsanschluß 1501 verbunden wird. Zusätzlich, wie dargestellt, ist die Sensoranordnung 10''' so ausgebildet, daß die Anordnung drei diskrete Sensoren 420 enthält, und jeder Sensor 420, Sensorfeld 421–423 und zugehörige Übertragungsleitung 430 sind wesentliche Spiegelbilder der anderen Sensoren, Sensorfelder und Übertragungsleitungen. Jedoch kann die Sensoranordnung 10''' alternative Anzahlen von Sensoren wie 2, 4, 5 oder mehr enthalten. Zusätzlich kann das System mehrere der Vielfachelement-Sensoranordnungen 10''' (so wie vier) der Sensoranordnung 10''' mit diskreten Dreifach-Sensorelementen (nicht dargestellt) verwenden. Diese Vielzahl von Sensoranordnungen 10''' mit drei Element kann die Anzahl der Patientenverbindungen reduzieren, die durch einen Techniker bei der Anwendung am Patienten unternommen werden muß, um die Anlage zur Verwendung vorzubereiten, während sie immer noch ermöglicht, Elemente mit zwölf einzelnen Sensorfelder für präzisere akustische Detektion an einem Patienten zu verwenden.
17A stellt einen Reflektor 424 dar, der an jeder der Sensorelemente 420 angeordnet ist, um die Meßerkennung des Detektionssystems der Lageausrichtung der Sensorelemente 420 zu ermöglichen, wenn sie auf dem Körper sind. Der Reflektor 424 kann durch zahlreiche Mittel aufgebracht werden, wie mit reflektierender Farbe oder durch Befestigen von reflektierendem Klebeband an äußeren (offenen) Flächen des Sensorelements 420 (vgl. beispielsweise parallel anhängige und parallel übertragene US-Patentanameldungen, identifiziert durch Anwalts-Aktenzeichen 9023-11IP durch Van Horn, mit dem Titel "Verfahren, Systeme und Computerprogramm-Produkte für Meßsensorpositionsbewertung").
Mit Bezug nun auf die 18A und 19A wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Sensorkörpers 420 dargestellt. Ähnlich dem Ausführungsbeispiel, das in 8A dargestellt ist, enthält der Sensorkörper 420 eine dünne Schicht eines piezoelektrischen Films 420f ("PVDF"), der gegenüberliegende erste und zweite größere Flächen 420f_a , 420f_b aufweist. Die erste größere Fläche 420f des Films enthält eine aktive metallisierte Elektrodenfläche 22e, die gegenüberliegende Sensorfeldbereiche 420p1, 420p2 definiert. Die erste größere Fläche 420f_a enthält auch die getrennten elektrischen Leitungen 480, 481. Vorzugsweise sind die elektrischen Leitungen außerhalb der Elektrodenbereiche inaktiv, beispielsweise dadurch, daß die Leitungsbereiche anfänglich nicht polarisiert sind, oder depolarisiert sind, so daß sie agieren können, um ein Biegungssignal, das durch die Elektrodensensorbereiche erzeugt wird, zu tragen oder zu übertragen.
Die zweite größere Fläche 420f_b der PVDF-Filmschicht 420_f (wobei die Fläche unter der offenen Fläche liegt, wie in 18A dargestellt) ist von einer leitenden Leitung gebildet wie eine leitende Tinte (aber natürlich können andere Verfahren zur Anordnung einer leitenden Leitung verwendet werden, so wie diese, die oben beschrieben wurden). Wie in 18B dargestellt, ist die zweite größere Fläche 420f_b vorzugsweise ausgebildet, um ein durchgehendes leitendes aktives Flächenmuster 22e' bereitzustellen, welche den oberen Teil des "T" enthält, das durch die zwei Feldteile des Sensorkörpers 420p1, 420p2 definiert wird. Die zweite größere Fläche 420f_b enthält auch eine Leitung 438g, die entlang einer Seite des PVDF-Films angeordnet ist. Diese dritte Übertragungsleitung 438g agiert als ein Erdungssignal oder -leitung.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie in 18B dargestellt, ist die Leitung 438g vorzugsweise ausgebildet, um sich mit einer größeren Distanz an dem Abschlußende des Sensors 440 zu erstrecken und somit den langen Fingerteil 440f des Abschlußendes des Sensors zu bilden. Diese zusätzliche Länge ermöglicht diesem Teil des Sensors über die andere Seite des Sensors gefaltet zu werden, um die Erdungssignalleitung 438g mit den Signalübertragungsleitungen 438b, 438c für jede der Elektroden 450, 460 auszurichten. Wie in den 20B und 21 dargestellt, stellt diese Abschlußausbildung einen Vierpunkt-Abschluß dar, wobei einer jeweils der elektrischen Abschirmungs-"Erdung" 438a, den PVFD-Filmschichtleitungen 438b, 438c und der gefalteten Erdungsleitung 438g zugehörig ist. Die Vierpunkt-Abschlußverbindung für den Hauptverbinder 450 ist somit an einer einzelnen gemeinsamen Verbindungsfläche ausgebildet.
Die PVDF-Filmschicht 420f definiert die akustischen Sensorsignalwege 480, 481 und den Erdungs-Signalweg 438g für jedes der Sensorfelder oder Elektroden 450, 460, enthaltend den aktiven Teil des Sensorfeldes 420p1, 420p2 und die zugehörigen Übertragungs- oder Signalwege 438b, 438c, 438g. Ähnlich dem Betrieb des Differenzsensors 63, der für die 13 und 13A erklärt wurde, ist der PVDF-Film 420f vorzugsweise ausgebildet, um gegenüberliegende Sensorfelder 420p1, 420p2 bereitzustellen, welche als Elektroden 450, 460 mit entgegengesetzten Polaritäten agieren. Wie in 19B dargestellt, stellen die negative und positive Polarität, die mit den oberen und unteren Elektroden 450, 460 zusammengehörig sind, die Differenzausbildung für die Biegungs-induzierten Spannungen v₁, v₂ dar. Als Anmerkung für das oben beschriebene Ausführungsbeispiel können die Polaritäten natürlich auch umgekehrt sein, aber der Sensorbereich ist vorzugsweise mit entgegengesetzten Polaritäten für das Sensorfeld ausgebildet, um die Betriebs-Meßausbildung basierend auf Differenz bereitzustellen. Auf jeden Fall wird, wie dargestellt, die PVDF-Filmschicht 420f ausgebildet, um eine obere Elektrodenfläche bzw. eine untere Elektrodenfläche 420, 460 bereitzustellen (wobei die untere Elektrodenfläche und die Fläche, die in 18A dargestellt sind, an dem Patienten angeordnet sind, so daß diese Flächen auf die Haut des Patienten gerichtet sind).
Wie in 19A dargestellt, um den Sensoraufbau 420 zu bilden, wird vorzugsweise eine Schicht nichtleitenden Materials (wie Polyesterfilm) 499 befestigt an oder aufgebracht, um im wesentlichen über die gesamte Länge der beiden Seiten der PVDF-Filmschicht 420f entlang der linearen Übertragungsleitung 430 oder Leitungsteil des Sensorkörpers 420b zu liegen (ausschließlich beider Seiten der Sensorfelder 420p1, 420p2 oder des oberen Teils des "T"-Bereichs des Sensorkörpers). Vorzugsweise und wie auch dargestellt enden die Polyester-Filmschichten 499 mit einem Abstand weg von dem Abschluß des Sensors 440 – im wesentlichen entlang einer Linie, die durch P-P in 18A und 20B dargestellt ist. Ein einseitiges oder doppelseitiges Polyesterband mit selbstklebender Rückseite kann in geeigneter Weise verwendet werden, um die Polyesterschichten an den entsprechenden PVDF-Filmflächen 420f_a , 420f_b zu befestigen. Natürlich können andere Haftmittel oder Befestigungsmittel auch verwendet werden, wie von einem Fachmann geschätzt wird.
Der Sensorkörper 420 enthält auch einen elastischen Kern 75', welcher an einer Seite des Sensorfeldbereiches des Sensorkörpers 420 aufgebracht ist, wie durch den Pfeil dargestellt, der dem Kernelement 75' zugehörig ist, gezeichnet in gepunkteten Linien in 18A. 19A zeigt auch die bevorzugte Aufbauposition des Kerns 75' relativ zu dem Sensorfeldbereich 420p2 des Sensorkörpers 420. In Position ist der Kern 75' angeordnet, um über dem Sensorfeld 420p2 zu liegen und an dem Sensorfeld 420p2 befestigt zu sein (wie mittels eines Haftmittels). Wie in 19A in doppeltgepunkteter Linie dargestellt, um das Biegungs-ansprechende Sensorelement 421–423 zu bilden, ist das PVDF-Filmsensorfeld 420p1 über der zentralen Kernschicht 75' gefaltet, um auf dem gegenüberliegenden PVDF-Filmsensorfeld 420p2 aufzuliegen, wie in Schnittdarstellung in 19B gezeigt.
Wie es auch in 19A dargestellt ist, sind bei diesem Ausführungsbeispiel erste und zweite Schichten von leitenden Abschirmungsmaterialschichten 501, 502 an dem Sensorkörper 420 befestigt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Abschirmungsmaterialschichten metallisierte Filme oder bevorzugter ein dünnes Blatt eines Mylar^®-Films. Die leitenden Abschirmungsmaterialschichten 501, 502 helfen, den Sensor 420 abzuschirmen, um die Einführung von elektromagnetischen Interferenzen in Sensorsignalwegen zu minimieren. Wie in 19A dargestellt, sind die Abschirmungsmaterialschichten 501, 502 so ausgelegt und ausgebildet, daß sie nicht entlang dem Sensorfeldbereich des Sensors sich berühren, d.h. daß die Umfangskanten des Sensorfeldes nicht durch die Abschirmungsmaterial schichten 501, 502 eingeschlossen sind, wenn die PVDF-Filmsensorfelder über dem Kern 75' ausgerichtet sind.
Wie in 19A dargestellt, erstreckt sich die erste Abschirmungsschicht 501 linear von dem oberen Halsabschnitt des Sensorkörpers zu einem Endteil, welcher an dem Abschlußende des Sensors 440 angrenzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die erste Abschirmungsschicht nicht, um die PVDF-Sensorfeldbereiche 420p1, 420p2 zu bedecken. Wie auch dargestellt ist, endet die erste Abschirmungsschicht 501 an der im wesentlichen selben Position wie die Polyesterschicht 499, aber sie enthält auch ein Abschluß-Vorsprungsende 438a, welches sich longitudinal eine weitere Distanz erstreckt, um sich mit den aktiven Signalübertragungsleitungen 438b, 438c auszurichten.
20A zeigt den bevorzugten Endpunkt für die nicht-leitenden Schichten 499 und die obere Abschirmungsschicht 501. Wie dargestellt, erstreckt sich das Material angrenzend, aber unter den Sensorfeldbereichen 420p1, 420p2. 20B zeigt die äußere Abschirmungsmaterialschicht 501, die an der PVDF-Filmschicht 420f angeordnet ist. Wie angemerkt, enden die Abschirmungsschicht 501 und die dazwischen angeordnete Polyesterschicht 499 an einer gemeinsamen Abschlußlinie P-P für einen großen Teil der Außenabschirmungsschicht 501. Diese Ausbildung ermöglicht einen elektrischen Zugang für die Signalleitungen 438b, 438c. Diese Ausbildung ermöglicht auch eine elektrische Verbindung mit dem Erdungsweg 438g, wenn sie gefaltet wird, um die Abschirmungsmaterialschicht 501 zu kontaktieren.
Wie in 19A dargestellt, ist die zweite oder gegenüberliegende Außenabschirmungsschicht 502 ausgebildet und ausgelegt, um im wesentlichen konform mit der Form und Größe der ungefalteten PDVF-Filmschicht 420f zu sein. Somit enthält sie einen "T"-geformten Körper, von dem der obere Teil vorzugsweise entlang mit dem Sensorfeld 420p1 gefaltet ist. Wenn gefaltet, stellt die zweite Abschirmungsschicht 502 eine durchgehende elektrische Abschirmung für die offenen größeren Flächen des Sensorfeldes 420p dar und endet vorzugsweise auch im oder berührt den oberen Teil der ersten Abschirmungsschicht 501a an einer unteren Kante 502a. Demgemäß stellen die zwei gegenüberliegenden Abschirmungsschichten 501, 502 eine zusammenhängende Abschirmung für den Sensor 420, wie in 17A dargestellt, bereit, während die isolierende Polyesterfilmschicht die elektrische Integrität der innen angeordneten Signalwege 438b, 438c aufrechterhält. Ähnlich der ersten Abschirmungsschicht 501 enthält die zweite Abschirmungsschicht 502 einen sich longitudinal erstreckenden Vorsprungsteil 438a', der angeordnet ist, um über dem ersten Vorsprung 438a mit der PVDF-Filmschicht 420f zu liegen, die zwischen ihnen angeordnet ist. Bei Abschluß in den Verbinder stellen die Vorsprungsteile 438a, 438a' die elektrische Verbindung für die Abschirmungsschichten 501, 502 bereit.
21 stellt die elektrischen Signalwege 438a, 438b, 438c und 438g dar, die an dem Sensorkörper 420b gebildet sind. Die Live-Signalwege mit gegenüberliegender Polarität sind 438b und 438c, während die Erde durch 438g und die Abschirmung durch 438a, 438a' bereitgestellt sind.
Wie in 19B dargestellt, ist die Elektrodenausbildung 450, 460 vorteilhafterweise derart, daß der Sensor 420 als ein Differenzverstärker 63' agiert, wie für das oben beschriebene Ausführungsbeispiel diskutiert. In Betrieb nimmt der Sensor 420 die Spannungsdifferenz der zwei Reaktionsspannungen v₁, v₂, um eine Signalantwort zu erzeugen, die einen erhöhten Spannungswert aufweist (ungefähr doppelter Wert) und kann somit eine verbesserte SNR-Leistung bereitstellen. Des weiteren können, für Nicht-Biegungs-Sensoranregungen, die Spannungspolaritäten derart sein, daß die Signalantworten von jeder der Schichten 450, 460 sich gegeneinander auslöschen, wobei der Signalausgang für Nicht-Biegungsanregung minimiert wird.
Vorzugsweise werden die Materialien für die Sensorbestandteile wie für den Kern ausgewählt und ausgebildet, wie für das erste hierin beschriebene Ausführungsbeispiel beschrieben.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält eine Sensoranordnung 10'''M, wie in 22A dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird mindestens eine diskrete Masse 900 oder eine äußere Biegeversteifung 910 zu der oberen (offenen, wenn an einem Patienten) Fläche jedes der Sensorelemente 420 hinzugefügt. Diese Ausbildung kann die Biegereaktion des Sensorelements 420 modifizieren und kann die Kopplung des Sensors verbessern. Vorzugsweise erstrecken sich die diskreten Masse 900 oder die äußere Versteifung 910 quer zu mindestens einem Teil der kurzen Dimension des Sensorelements. Es ist auch bevorzugt, daß die Masse (oder Versteifung) ausgelegt und an dem Sensorelement 420 ausgebildet sein kann, so daß sie im Gegensatz zu Verteilten lokal diskret ist (wobei Verteilten ein sich kontinuierlich Erstrecken quer zur langen Dimension des Sensorelements bedeutet).
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie in 22A dargestellt, ist eine zentral positionierte diskrete Masse an jedem Sensorelement 420 angeordnet. Vorzugsweise wird die Masse von einem Material mit hoher Dichte gebildet, wie eine Wolframverbindung, Blei oder anderes Schwermetall. Eine geeignete diskrete Masse 900 wiegt ungefähr 3–6 Gramm, bevorzugter ungefähr 4,5–5 Gramm. Typische Dimensionen der diskreten Masse sind ungefähr 5,1 × 5,1 × 10,7 mm (0,2 × 0,2 × 0,42 Inches) (oder ungefähr eine 5 mm Länge quer zur kurzen Dimension des Sensorfelds). Beispiele der diskreten äußeren Versteifungen enthalten eine Schicht von Material mit einer unterschiedlichen (steiferen) Steifigkeit im Vergleich zu den PVDF-Schichten oder dem Kern.
22A–E, 23A–C und 24 stellen exemplarisch Ausbildungen mit diskreten Massen und Versteifungen nach der vorliegenden Erfindung dar. 22B stellt eine Vielzahl von diskreten Massen 901 dar, die an gegenüberliegenden Enden des Sensorelements 420 angeordnet sind. 24 stellt eine diskrete Masse 900 dar, die an der Streifenanordnung 10 angeordnet ist. 22C stellt eine diskrete Masse 900, die an dem Sensorelement 420 angeordnet ist, und eine diskrete Masse 900 und eine zweite diskrete Masse 900a dar, die an dem Übertragungsweg 430 angeordnet sind. 22D stellt eine Vielzahl von diskreten Massen 900 dar, die an dem Sensorfeld 420 angeordnet sind. 22E zeigt eine Vielzahl von wechselseitig ausgebildeten diskreten Elementen 902, die an dem Sensorelement 420 angeordnet sind. 23A stellt ein Paar von gegenüberliegenden äußeren Versteifungen 910 dar, die an dem Sensorelement 420 angeordnet sind, während 23C eine einzelne Zentrumsversteifung 910 darstellt. 23B zeigt, daß die Versteifung 910 mit einer diskreten Masse 900 kombi niert werden kann.
Die Reflektoren (424, 18A) oder ein reflektierendes Material kann auch in geeigneter Weise auf die offenen Fläche der Versteifung 910 oder der diskreten Masse 900 aufgebracht werden, um eine Systemlage-Betriebsausrichtung, wie oben beschrieben, zu ermöglichen.
Zusätzlich kann die Steifigkeit der Sensorelemente 20, 420 durch Auswahl des Kernmaterials eingestellt werden, um eine unterschiedliche, steifere Elastizität an einem Bereich oder mehreren Bereichen in dem Feld bereitzustellen, so daß die steiferen Bereiche sich in mindestens einen Bereich quer mindestens eines Teils der kurzen Seite des Sensors erstrecken.
Herstellung
Wie in den 1A und 1B dargestellt, wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Sensoranordnung 10 als ein einheitlicher Körper hergestellt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sensoren besteht nicht das Erfordernis, diskrete Sensorelemente an einem darunterliegenden elektrischen Band zu befestigen. Vorzugsweise sind mindestens der Rahmen 15 und die Sensorelemente 20 als einheitlicher Körper ausgebildet, und bevorzugter ist die Sensoranordnung 10 selbst ein gänzlich einheitlicher Körper (d.h. ein einstückiger Aufbau mit mehreren Schichten, aber keinem diskreten Bestandteil außer einem elektrischen Schnittstellen-Verbinder (nicht dargestellt) der ausgelegt ist, um in Verbindung mit elektrischen Anschlüssen 40 zu sein).
Für das in 17A dargestellte Ausführungsbeispiel ist bevorzugt, daß der Kern 75' extrudiert, gegossen, geformt oder geschnitten wird und daß, nachdem die elektrische Abschirmungsschicht und andere Schichten angeordnet sind (und das Sensorfeld gefaltet ist), die Wellenbewegung durch mechanisches Crimpen der zusammengesetzten Sensoren an gewünschten Abständen entlang deren Länge gebildet werden. Natürlich können andere Crimpmittel oder Bildungsmittel wie spezialisiertes Werkzeug auch verwendet werden, um die Wellenbewegungen an dem Sensorkörper auszubilden, wie es durch einen Fachmann begrüßt wird.
16 zeigt ein Blockschaltdiagramm, das ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Sensors mit niedrigem Profil beschreibt, der zwei getrennte PVDF-Schichten nach dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel aufweist. Nachdem die Basis oder der Kern gebildet ist (d.h. geschnitten oder extrudiert), werden die äußeren Schichten 50, 60 hieran befestigt, um den Streifensensor zu bilden (Block 300). Die Basisschicht ist derart geschnitten, daß eine Reihe von unmittelbar angeordneten und sich nicht berührenden Felder an einem Rahmensegment in der Basisschicht gebildet werden (Block 310). Ein elektrischer Signalweg wird an jeder der Außenschichten (PVDF-Film) angeordnet, welcher dann an der Basisschicht gesichert wird (Block 330).
Wahlweise kann der PVDF-Film selektiv aktiviert werden, d.h. daß nur ausgewählte Bereiche wie die Sensorfeldbereiche werden aktiv polarisiert. Alternativ können ausgewählte Teile des PVDF-Films durch Aufbringen von Hitze hierauf im wesentlichen deaktiviert werden (Block 350). Wie es von Fachleuten geschätzt wird, um den piezoelektrischen Effekt in dem PVDF-Material wünschenswert zu verbessern, wird das Material typischerweise einem geeigneten elektrischen Polpotential quer zur Dicke des Films für eine verlängerte Zeitperiode ausgesetzt. Die hierin verwendeten Ausdrücke "selektiv aktivieren" oder "selektiv polarisieren" meinen somit das einem elektrischen Polpotential Aussetzen ausgewählter Bereiche des PVDF-Materials, um den piezoelektrischen Effekt in dem Film zu verbessern. Während der Herstellung kann das Aussetzen nur der Sensorfeldbereiche und nicht der Schienen die "aktive" Eigenschaft der Schienen und/oder Nicht-Meßbereiche des PVDF-Films minimieren, wodurch im wesentlichen "nicht-aktive" Bereiche bereitgestellt werden. Zusätzlich, wie oben bemerkt, kann der gesamte Sensor dem elektrischen Polpotential ausgesetzt werden, und dann können die Schienen "depolarisiert" werden, wie durch Heizen. Alternativ ist natürlich eine "ausgewählte Polarisation oder Aktivierung" nicht notwendig. Beispielseise kann der gesamte PVDF-Film, der in dem Sensor verwendet wird, piezoelektrisch verbessert oder "aktiviert" verbleiben.
16A stellt zusätzliche bevorzugte Verfahrensschritte dar. Wie dargestellt, wird das Rahmensegment derart geformt, daß es ein Paar longitudinale Seiten enthält, und die Reihe von sich nicht berührenden Feldern ist angeordnet, um eine Seite des Rahmensegments zu befestigen (Block 312). Vorzugsweise wird ein Muster, das eine Vielzahl von elektrisch getrennten äußeren Leitungen definiert, an einer Fläche von jeder der zwei PVDF-Schichten angeordnet (welche eine entsprechende obere und untere elektrische Leitung definieren, die zugehörig zu jeder der sich longitudinal erstreckenden gegenüberliegenden Seiten und der Sensorfelder ist) (Block 335). Wie dargestellt durch Block 340 wird vorzugsweise auch der Anordnungsschritt durch Auftragen einer leitenden Schicht mit einem Leitungsmuster bereitgestellt, wie durch leitende Tinte, und die zwei PVDF-Schichten werden an der Basisschicht derart befestigt, daß die Signalleitungen zueinander gerichtet sind und die Basisschicht berühren. (Block 354).
Vorzugsweise wird zum Extrudieren des Kerns 75 oder 75' oder für den Basisbildungsschritt ein Neopren-Kernmaterial in eine Düse eingeführt. Wie oben beschrieben, wird das PVDF-Material vorzugsweise auf die Kernschicht 75 (75') derart eingeführt, daß eine erste äußere Schicht 50 eine erste Polarität aufweist und daß eine zweite äußere Schicht 60, die den Kern 75 berührend angeordnet ist, der gegenüber der ersten äußeren Schicht 50 liegt, eine zweite Polarität aufweist, wobei die zweite Polarität zur ersten Polarität entgegengesetzt ist. Vorzugsweise führt der Herstellungsprozeß das Kernmaterial in die Bildungs-, Schneide- oder Extrudierungsmaschine derart ein, daß er in dem fertigen extrudierten Erzeugnis in einer longitudinalen Entfernung weg vom Rahmen entlang der Basisschicht endet (100, 6). Das Rahmenmuster wird dann geschnitten, um die Basisschicht zu bilden (welche den Kern 75 und zwei gegenüberliegende äußere Schichten 50, 60, wie oben beschrieben, enthält). Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel definiert die Basisschicht eine lineare Anordnung einer Vielzahl von Sensorfeldern. Ein elektrischer Signalweg ist auf der äußeren Fläche der Basisschicht 100 angeordnet. Vorzugsweise wird das elektrische Leitungsmuster auf die PVDF-Schicht durch Aufbringen einer leitenden Tinte in einem Siebdruckmuster hierauf eingeführt. Vorzugsweise wird das elektrische Leitungsmuster auf zwei (vorzugsweise ebenen) getrennten Flächen der zwei PVDF-Schichten eingeführt, der oberen äußeren Fläche und der unteren äußeren Fläche 50, 60. Das elektrische Muster enthält einen Sensorfeld-aktiven Bereich 220 und lineare Leitungen 221. Des weiteren wird vorzugsweise dasselbe Muster als eine äußere Leitung auf jeder schräg verlaufenden äußeren Fläche angeordnet, so daß die Sensoranordnung zwei getrennte Signalwege für jedes Element 20 aufweist, nämlich Signalwege, die durch die Kernmaterialtiefe oder Dicke getrennt sind. Optional, wie oben beschrieben und durch Block 350 dargestellt, kann das PVDF selektiv polarisiert sein oder ausgewählte Teile der äußeren Schichten können depolarisiert sein. Beispielsweise, wie schematisch in 6A dargestellt, können die Rahmenteile, welche die linearen äußeren Leitungsteile tragen, nicht aktiviert sein oder geheizt sein, um das PVDF-Material in diesem Bereich zu de-aktivieren, um das Potential der Siegnalanregung in diesem Bereich zu minimieren, um so eine Wechselwirkung oder Aktivierung entlang der Länge der Anordnung zu verhindern.
19A zeigt ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Sensors mit niedrigem Profil, das diskrete Elemente, wie in 17A dargestellt, aufweist. Allgemein beschrieben ist eine erste einheitliche PVDF-Filmschicht mit einem sich seitlich erstreckenden Teil mit einer ersten Breite und einem sich longitudinal erstreckenden Teil mit einer zweiten Breite ausgebildet. Der sich longitudinal erstreckende Teil erstreckt sich vorzugsweise von einer unteren Kante eines Zentrums des seitlichen Teils, so daß eine "T"-Formausbildung geschaffen wird. Elektrische Leitungen werden an beiden größeren Flächen der PVDF-Schicht gebildet. Die elektrischen Leitungen werden als rechteckig geformtes Sensorelement auf dem oberen oder seitlichen Teil des "T" gebildet, so daß dieser Teil die zwei getrennten Elektrodenbereiche mit entgegengesetzter Polarität definiert. Die elektrischen Leitungen werden auf dem unteren Teil des "T" gebildet, um drei elektrische Wege zu definieren. Der erste und der zweite Weg werden an einer größeren Fläche angrenzend an der einen Seite gebildet, um den elektrischen Signalweg für die erste und zweite Elektrode bereitzustellen. Der dritte Weg wird an der gegenüberliegenden Seite der PVDF-Schicht gebildet (an der zweiten größeren Fläche). Der dritte Weg enthält vorzugsweise einen Hauptfingerteil. Der dritte Weg bildet die elektrische Erdung und erstreckt sich entlang der Seite der zweiten größeren Fläche gegenüberliegend der Seite, an der der erste und der zweite Weg an der ersten größeren Fläche gebildet sind.
Ein elastischer Kern (wie Neopren) wird an der obersten Fläche einer der Elektrodenbereiche eingeführt. Lineare Streifen aus nicht-leitendem Film werden angeordnet, um über dem unteren Teil des "T" zu liegen. Ein erstes elektrisches Abschirmungsmaterial (wie Mylar^®) ist angeordnet, um über den unteren Teil des "T" über dem nicht-leitenden (Polyester) Film an der Seite zu liegen, die der ersten größeren Fläche des PVDF-Films gegenüberliegt (die Seite mit dem ersten und zweiten elektrischen Weg), und enthält vorzugsweise einen leitenden Fingerbereich. Diese leitende Abschirmungsschicht erstreckt sich nicht in den Elektrodenbereich. An der zweiten äußeren Fläche wird eine "T"-förmige leitende Abschirmungsschicht ausgebildet und ausgelegt, um die PVDF-Filmform zu spiegeln. Diese äußere leitende Abschirmungsschicht ist angeordnet, um über der zweiten größeren Fläche des PVDF-Films in dem Elektrodenbereich zu liegen und über dem nicht-leitenden Film in der linearen Übertragungsschicht zu liegen und diese zu berühren.
Der sich seitlich erstreckende Teil des PVDF-Films mit der äußeren Abschirmung hierauf wird über den Neoprenkern derart gefaltet, daß der erste und der zweite Elektrodenbereich sich gegenüberliegend angeordnet sind, mit dem Kern in Berührung mit jedem und zwischen ihnen angeordnet. Der Finger des Erdungsstreifens wird zusammengefaltet, um das erste leitende Abschirmungsmaterial zu berühren, wodurch eine im wesentlichen durchgängige elektrische Abschirmung für den Sensor bereitgestellt wird, während die elektrische Integrität des Elektrodensensors erhalten wird. Die Übertragungsleitung wird dann vorzugsweise an vorbestimmten Teilen gecrimpt, um Wellenformen entlang deren Länge zu erzeugen. Der Sensor wird dann vorzugsweise mit einer Vielzahl von anderen Sensoren kombiniert und als eine Sensoranordnung zusammengepackt. Die Sensoranordnung enthält vorzugsweise ein Trägerelement, das ausgebildet ist, um die Sensorelemente in Lageausrichtung zu halten, bis die Sensorelemente an dem Patienten gesichert sind. Zu dieser Zeit kann das Trägerelement leicht von den einzelnen Sensorelementen gelöst werden, wobei diese in Position belassen (in vorbestimmter Ausrichtung) sowie strukturell getrennt oder physikalisch isoliert von den anderen werden. Anders ausgedrückt wird die Sensoranordnung mit einer Vielzahl von modularen Sensoren ausgebildet, die durch modularisierende Elemente gehalten werden und nach Aufbringen der modularen Anordnung auf einen Patienten wird das modulare Element leicht entfernt, wobei die Sensoren sicher in einer vorbestimmten Ausrichtung an einem Patienten belassen werden.
Vorteilhafterweise kann die vorliegende Erfindung eine Sensor-Baugruppe mit niedrigem Profil bereitstellen, die ansprechbarer auf akustische Signale ist, die an der äußeren epidermischen Schicht gemessen werden (konform mit dem Brustbereich des Patienten und biegsam in Abhängigkeit von der Brustbewegung). Des weiteren stellt die vorliegende Erfindung eine kleinere Anordnungsbaugruppe mit dicht angeordneten, getrennten, elektrisch aktivierten Sensorelementen bereit, wodurch zusätzlich Sensoren in einem kleineren Bereich ermöglicht werden, um eine schärfere Sensormessung zu ermöglichen. Des weiteren kann die Sensoranordnung selektiv auf kürzeren Wellenlängen für den interessierenden akustischen Welleneingang reagieren, insbesondere jene, die im Zusammenhang mit einer Auswerte-Koronar-Arterienerkrankung im Zusammenhang stehen.
Es wird auch geschätzt werden, daß das PVDF selektiv in dem Sensorfeldbereich, wie oben beschrieben, aktiviert werden kann (oder das PVDF kann in dem Nicht-Sensorfeldbereich deaktiviert werden, vorzugsweise mindestens entlang der elektrischen Leitungen) für alle der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Es wird auch geschätzt werden, daß die Sensorelemente 20, 420 alternativ ausgebildet sein können, wie, aber nicht begrenzt auf, als ein Dreieck, Viereck, Kreis, Parallelogramm, Achteck und dergleichen. Ähnlich können die diskreten Massen 900 oder äußeren Versteifungen 910 auch in alternativen Formen ausgebildet sein wie, aber nicht begrenzt auf, als ein Dreieck, Viereck, Kreis, Parallelogramm, Achteck und dergleichen.
Während ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hinsichtlich eines Rahmens mit zwei Seiten oder Schienen beschrieben wurde, kann die Erfindung auch die Form eines einzelnen Rahmens oder eines einzelnen Schienenteils mit Sensoren einnehmen, die an einer Seite oder beiden Seiten des Rahmens oder der Schiene gebildet sind, oder alternativ diskrete Elementsensoren. Demnach sollte die vorliegende Erfindung nicht als begrenzend auf Strukturen mit einer bestimmten Anzahl von Rahmenelementen oder mit einer bestimmten Ausbildung des Rahmens verstanden werden, sondern sollte jede Rahmenstruktur oder diskrete Sensorstruktur umfassen, die den Differenzbetrieb der Sensoranordnung nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
Das Vorstehende ist für die vorliegende Erfindung erläuternd und nicht als begrenzt auszulegen. Obwohl einige wenige beispielhafte Ausführungsbeispiele dieser Erfindung beschrieben wurden, werden es Fachleute schätzen, daß zahlreiche Modifikationen bei den beispielhaften Ausführungsbeispielen möglich sind, ohne materiell von den neuen Lehren und Vorteilen dieser Erfindung abzuweichen. Demnach sind all diese Modifikationen innerhalb des Bereichs dieser Erfindung eingeschlossen, wie in den Ansprüchen beschrieben. In diesen Ansprüchen decken Mittel-plus-Funktionssätze (means-plus-function) die hierin beschriebenen Strukturen als die vorgetragene Funktion ausführend ab, und nicht nur strukturell äquivalente, sondern auch äquivalente Strukturen. Deshalb soll verstanden werden, daß das Vorbeschriebene die vorliegende Erfindung darstellt und nicht als beschränkend auf beschriebene bestimmte Ausführungsbeispiele auszulegen ist, und daß Modifikationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele sowie andere Ausführungsbeispiele im Bereich der beigefügten Ansprüche enthalten sind.

Claims

Eine akustische Sensoranordnung (10, 10', 10'', 10''') mit niedrigem Profil, mit: einer Vielzahl von Sensorelementfeldern (20, 420), wobei jedes ein piezoelektrisches Material aufweisendes aktives Sensorelement enthält, wobei jedes Sensorelementfeld (20, 420) konform mit einer Form einer darunter liegenden Anordnung ist und wobei die Sensorelementfelder im Betrieb ausgebildet sind, um in Abhängigkeit zu einer Biegung, die durch akustische Signale hervorgerufen wird, ein elektrisches Signal zu erzeugen; und mindestens einem sich longitudinal erstreckenden Ausdehnungsstreifen (16, 16', 17, 17', 17'', 430), der eine erste Richtung definiert und der eine Länge mit einem ersten Endabschnitt und einem diesem gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt aufweist, wobei der Ausdehnungsstreifen mindestens einen diskreten elektrischen Übertragungsweg (22, 22', 280, 281, 322, 322', 438b, 438c, 480, 481) auf sich aufweist und wobei der zweite Endabschnitt des Ausdehnungsstreifens zur Verbindung mit einer Ausgangsvorrichtung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Sensorelementfeldern (20, 420) eine Vielzahl von zueinander beabstandeten, konformen akustischen Sensorelementfeldern (20, 420) umfaßt, die entlang der ersten Richtung diskret ausgerichtet sind, und daß der mindestens eine sich longitudinal erstreckende Ausdehnungsstreifen (16, 16', 17, 17', 17'', 430) einstückig an mindestens einem der Vielzahl von akustischen Sensorfeldern befestigt ist, wobei ein bestimmter Ausdehnungsstreifen ausgebildet ist, so daß das mindestens eine einstückig befestigte akustische Sensorelementfeld sich von der ersten Richtung des Streifens weg nach außen erstreckt, wobei die Zahl der diskreten elektrischen Übertragungswege (22, 22', 280, 281, 322, 322', 438b, 438c, 480, 481) auf dem Streifen der Zahl der vom Streifen gehaltenen akustischen Sensorelementfelder entspricht, wobei ein bestimmtes akustisches Sensorelement ausgebildet ist, um in elektrischer Verbindung mit einem bestimm ten elektrischen Übertragungsweg zu sein.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine akustische Sensorelementfeld (20, 420), wenn es von der Seite betrachtet wird, im wesentlichen eben und ausgebildet ist, um lösbar an der Haut einer Testperson befestigt zu werden, und wobei im Betrieb sich gegenüberliegende Hauptflächen (50, 60, 450, 460) des akustischen Sensorelementfelds sich gleichzeitig in Abhängigkeit von detektierten akustischen Wellen, die von der Testperson ausgestrahlt werden, biegen.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach Anspruch 1 oder 2, der mindestens eine Streifen (16, 16', 17, 17', 17'') entlang eines großen Abschnittes von ihm im wesentlichen eben ausgebildet ist, wenn er von der Seite betrachtet wird.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vielzahl von akustischen Sensorelementfeldern (20) als eine Vielzahl von longitudinal voneinander beabstandeten akustischen Sensorelementfeldern ausgebildet ist, die an einem gemeinsamen Streifen (16, 16', 17, 17', 17'') angeordnet sind.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedes des mindestens einen akustischen Sensorelementfelds (20, 420) sich im wesentlichen rechtwinklig von der ersten Richtung des Streifens (16, 16', 17, 17', 17'', 430) weg erstreckt.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5, wobei der mindestens eine Streifen eine Vielzahl von Streifen (430) umfaßt, wobei jeder ein entsprechendes akustisches Sensorelementfeld (420) aufweist, das an einem Endabschnitt von einem Streifen (430) angeordnet ist.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine akustische Sen sorelementfeld (20, 420) als ein im wesentlichen rechteckförmiger Ausschnitt mit einem Klebemittel an einer Hauptfläche von ihm ausgebildet ist.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, wobei jeder des mindestens einen Streifens (16, 16', 17, 17', 17'') eine Vielzahl von zueinander unmittelbar angeordneten, longitudinal ausgerichteten Sensorelementfeldern (20) mit Lücken zwischen diesen aufweist.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine Streifen einen Halsabschnitt (102) mit einer ersten Weite umfaßt, der in einem konformen Sensortragrahmen (15, 15', 15'') endet, wobei der Sensortragrahmen mindestens eine äußere, sich longitudinal erstreckende, konforme Schiene (16, 16' 17, 17', 17'') umfaßt, die sich um einen äußeren Umfangskantenabschnitt hiervon erstreckt, und wobei die akustischen Sensorelementfelder (20) an der mindestens einen, sich longitudinal erstreckenden Schiene (16, 16', 17, 17', 17'') angeordnet sind und sich von dieser seitlich weg (18, 18') erstrecken, und wobei ein entsprechender elektrischer Übertragungsweg (22, 22', 280, 281, 480, 481) auf dem Streifen sich seitlich (22b) von einem entsprechenden akustischen Sensorelementfeld (20) erstreckt und dann sich longitudinal um die mindestens eine, sich longitudinal erstreckende Schiene (16, 16', 17, 17', 17'') erstreckt, wobei benachbarte Übertragungswege auf der sich longitudinal erstreckenden Schiene benachbart angeordneten akustischen Sensorfeldern entsprechen.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach Anspruch 9, wobei der Sensortragrahmen (15, 15') zwei zueinander beabstandete, sich longitudinal erstreckende Schienen (16, 17; 16, 17') aufweist, die an gegenüberliegenden Umfangskantenabschnitten hiervon mit einer Vielzahl von akustischen Sensorelementen (20), die hierzwischen gehalten werden, angeordnet sind.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach Anspruch 10, wobei jedes der Vielzahl der akustischen Sensorelemente (20) an einer bestimmten Schiene der gegenüberliegenden Rahmen-Schienen (16, 17; 16, 17') angeordnet ist.
Eine akustische Sensoranordnung mit niedrigem Profil nach Anspruch 10, des weiteren umfassend Lücken zwischen benachbarten Sensorelementen (25, 26, 27, 28, 29, 30), wobei jedes Sensorelement ausgebildet ist, um unabhängig akustische Energie und Schwingungsenergie zu detektieren, um sodurch auf gezielte akustische Wellenlängen zu reagieren und um eine Reaktion auf Druckwellenlängen zu verhindern, um so durch die Sensoranordnung detektierte akustische Signale mechanisch zu filtern.
Eine akustische Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Streifen (16, 16', 17, 17', 17'', 430) ein Einheitskörper entlang eines großen Teils seiner Länge ist.
Eine akustische Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die mindestens eine sich longitudinal erstreckende Rahmen-Schiene (16, 16', 17, 17', 17'', 430) und die akustischen Sensorelementfelder (20, 420) eine obere Fläche aufweisen, und wobei die obere Fläche der mindestens einen Rahmen-Schiene und die Sensorelementfelder eine im wesentlichen gemeinsame konstante flache Kontur aufweisen, wenn sie von der Seite betrachtet werden.
Eine akustische Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, des weiteren eine Vielzahl diskreter Massen (900, 901) umfassend, wobei mindestens eine auf einem kleinen Teil auf einer oberen Fläche jedes der akustischen Sensorelementfelder (20, 420) angeordnet ist.
Eine akustische Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes der Sensorelementfelder (20, 420) eine erste PVDF-Schicht (50, 450), die auf einer zweiten flexiblen Kernschicht (75, 75') liegt und diese berührt, und eine dritte PVDF-Schicht (60, 460) umfaßt, die der ersten Schicht gegenüberliegt und die Kernschicht berührt.
Eine akustische Sensoranordnung nach Anspruch 16, wobei der Streifen-Übertragungsweg (22, 22', 438b, 438c, 480, 481) für jedes entsprechende Sensorelement (20, 420) hierauf ein Verdrahtungsmuster (22, 22', 25–30, 25'–30', 25a–30a, 25a'–30a', 322, 322', 438b, 438c, 438g, 480, 481) umfaßt, das auf die erste und die zweite PVDF-Schicht (50, 450; 60, 460) aufgetragen ist.
Eine akustische Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, wobei jede der mindestens einen Rahmen-Schiene (16, 16', 17, 17', 17'', 430) eine erste PVDF-Schicht (50, 450), eine zweite Zwischenkernschicht (75, 75') und eine dritte PVDF-Schicht (60, 460) umfaßt, wobei die erste und die dritte PVDF-Schicht die zweite Kernschicht zwischen sich anordnen.
Eine akustische Anordnung nach Anspruch 18, wobei jeder der mindestens einen Rahmen-Schiene (16, 16', 17, 17', 17'', 430) und die akustischen Sensorfelder (20, 420) dieselben Vielschicht-Materialien im wesentlichen in der gleichen Dicke aufweisen.
Eine akustische Anordnung nach Anspruch 19, wobei die erste PVDF-Schicht (50, 450) selektiv um die Abschnitte der Sensorelemente auf jedem akustischen Sensorfeld (20, 420) aktiv polarisiert ist und im wesentlichen um die Rahmen-Schienen-Seiten (16, 16', 17, 17', 17'', 430) nicht-aktiv polarisiert sind, um sodurch eine erhöhte Signalisolierung bereitzustellen.
Eine akustische Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 7 sowie 12 bis 13, wobei die Vielzahl der Streifen (16, 16', 17, 17', 17'', 430) mindestens 3 beträgt.
Eine akustische Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 20, wobei der mindestens eine Streifen (16, 16', 17, 17', 17'', 430) mindestens 4 beträgt.
Eine akustische Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 22, wobei die Vielzahl der akustischen Sensorelemente (20) 6 beträgt.
Eine akustische Anordnung nach Anspruch 18, wobei der elektrische Streifen-Übertragungsweg durch zwei räumlich getrennte, sich gegenüberliegende elektrische Leitungen (22, 22', 25–30, 25'–30', 25a–30a, 25a'–30a', 322, 322', 438b, 438c, 438g, 480, 481) gebildet ist, die an der ersten PVDF- und der dritten PVDF-Schicht (50, 60; 450, 460) gebildet sind, wobei die getrennten elektrischen Leitungen eine erste elektrische lineare Leitung mit einem ersten, im wesentlichen rechteckförmigen Sensorelement-Leitungsbereich (20, 22e, 420) und einer entsprechenden zweiten linearen Leitung mit einem zweiten, im wesentlichen rechteckförmigen Sensorelement-Leitungsbereich (20, 420) enthalten, wobei die erste elektrische lineare Leitung und der erste rechteckförmige Leitungsbereich auf der ersten PVDF-Schicht (50, 450) angeordnet sind, und wobei die zweite elektrische lineare Leitung und der zweite rechteckförmige Leitungsbereich auf der dritten PVDF-Schicht (60, 460) angeordnet sind.
Eine akustische Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei jedes akustische Sensorelement umfaßt: eine elastische Kernschicht (75, 75'), das ein Material mit einer geringen absoluten Dielektrizitätskonstante umfaßt, das eine Kerndicke aufweist; eine erste konforme Materialschicht (50, 450), die über der Kernschicht liegt und diese berührt, wobei die erste Materialschicht ein piezoelektrisch aktives Material aufweist, wobei die erste konforme Schicht gegenüberliegende innere und äußere Flächen aufweist; eine zweite konforme Materialschicht (60, 460), die über der Kernschicht liegt und diese berührt, wobei die Kernschicht der ersten biegsamen Materialschicht gegenüberliegt, wobei die zweite konforme Schicht ein piezoelektrisch aktives Material umfaßt und gegenüberliegende innere und äußere Flächen aufweist; eine erste elektrische Leitung (22, 280, 322, 438b, 480), die an der inneren Fläche der ersten konformen Materialschicht angeordnet ist; und eine zweite elektrische Leitung (22', 281, 322', 438c, 481), die an der inneren Fläche der zweiten konformen Materialschicht angeordnet ist, so daß die erste und die zweite elektrische Leitung über der Kernschicht zueinander gerichtet sind, wobei während des Betriebs und in Abhängigkeit von einem Biegen des Sensorelements (20, 22e, 420) die erste und die zweite elektrische Leitung gleichzeitig eine entsprechende erste und eine entsprechende zweite Spannung von gegensätzlicher Polarität erzeugen.
Ein akustischer Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jedes der akustischen Sensorelementfelder (20, 420) ausgebildet ist, um gleichzeitig eine erste und eine zweite Spannung von gegensätzlicher Polarität während des Biegens zu erzeugen, und wobei die Sensoranordnung ausgebildet ist, um die erste und die zweite Spannung zu kombinieren, um einen Spannungsunterschied zwischen der ersten und der zweiten Spannung zu bestimmen.
Verfahren zur Herstellung einer Streifensensor-Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 26 mit einer Vielzahl von Sensorelementen auf dieser, umfassend die Schritte: Bilden einer Basisschicht (100; 75) eines Einheitskörper-Streifensensors mit gegenüberliegenden größeren Flächen; Bilden einer Reihe von unmittelbar zueinander angeordneten, sich nicht berührenden Sensorelementfeldern (20) und eines Rahmensegments (15, 15', 15'') in der Basisschicht (100); Anordnen von zwei getrennten, sich gegenüberliegenden PVDF-Schichten (50, 60, 450, 460) an gegenüberliegenden größeren Flächen der Basisschicht (100), wobei die PVDF-Schichten zwei größere Flächen und einen elektrischen Signalweg (22, 22') aufweisen, der an einer Fläche gebildet ist, und ein Erdungsweg ist an der anderen gebildet; und Ausrichten der PVDF-Schichten, so daß die elektrischen Signalwege (220) jeder der PVDF-Schichten zu der Basisschicht (75, 75') gerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 27, bei dem der zweite bildende Schritt des weiteren ein Bilden des Rahmensegments (15, 15'), um zwei sich longitudinal erstreckende, voneinander beabstandete, sich gegenüberliegende Seitenschienen (16, 16', 17, 17') zu enthalten, und ein Anordnen der Reihe von Sensorelementfeldern (20) auf der Basisschicht (100, 75) umfaßt, um sie an mindestens einer der zwei gegenüberliegenden Seitenschienen des Rahmensegments zu befestigen und um sie zwischen den zwei gegenüberliegenden Seitenschienen anzuordnen.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem der Anordnungsschritt durch Anordnen einer Reihe von elektrisch getrennten, leitenden äußeren Leitungen (22) an einer ersten größeren Fläche der PVDF-Schichten durchgeführt wird, wobei die leitenden elektrischen Leitungen einen sich linear erstreckenden Signalweg (221) und einen Elektrodenbereich (220) aufweisen, die ausgelegt und ausgebildet sind, um in wesentlichen den Sensorelementfeldern (20) zu entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 29, das des weiteren ein Anordnen einer Reihe von diskreten Massen (900, 901) an der offenen Fläche von einer der PVDF-Schichten (50, 60, 450, 460) nahe den Sensorelementfeldern (20) enthält.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die PVDF-Schichten (50, 60, 450, 460) der Sensorelementfelder (20) ausgebildet sind, um Ausgangsspannungen von gegensätzlicher Polarität in Abhängigkeit von einem Biegungseingang zu erzeugen.
Verfahren zur Detektion von akustischen Wellensignalen, um den Zustand einer Koronararterie eines Patienten zu identifizieren, unter Verwendung der Sensoranordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 25, mit: Anordnen der Sensoranordnung (10, 10', 10'', 10''') auf einer offenen Fläche des Patienten in dem interessanten Brustbereich; Sichern von jedem der Vielzahl der Sensorelemente (20, 420) an dem Patienten, so daß diese konform mit der Fläche des Patienten sind; Biegendes Verlagern mindestens eines Sensorelements (20, 420) in Abhängigkeit zu einer detektierten Scherwelle in einer akustischen Frequenz von Interesse, wobei das biegende Verlagern eine erste Spannung mit einer ersten Polarität, die der ersten piezoelektrisch aktiven Schicht (50, 450) zugeordnet ist, und einer zweiten Spannung mit einer entgegengesetzten Polarität erzeugt, die der zweiten piezoelektrisch aktiven Schicht (60, 460) zugeordnet ist; und Kombinieren der ersten Spannung und der zweiten Spannung, um ein Ausgangssignal für den gebogenen Sensor in Abhängigkeit zu der Änderung der Krümmung der Patientenfläche, die der detektierten Scherwelle zugeordnet ist, zu erzeugen.