DE69628436T2

DE69628436T2 - Elektronisches stethoskop

Info

Publication number: DE69628436T2
Application number: DE69628436T
Authority: DE
Inventors: A. James GRASFIELD; E. David WINSTON; A. John PURBRICK; R. Peter STARK; Daniela Steinhubel
Original assignee: STETHTECH CORP SHARON; StethTech Corp
Current assignee: STETHTECH CORP SHARON; StethTech Corp
Priority date: 1995-07-21
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2016-07-20
Also published as: WO1997003600A2; US20080037800A1; US5825895A; US20030072457A1; JPH11510067A; EP0845958A2; US20070154024A1; AU6678296A; CA2227416A1; DE69628436D1; ATE241316T1; EP0845958B1; WO1997003600A3

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft im allgemeinen Stethoskope, die zu diagnostischen Zwecken eingesetzt werden. Insbesondere betrifft die Erfindung elektronische Stethoskope und ein Verfahren zum Verarbeiten von Signalen in elektronischen Stethoskopen zu diagnostischen Zwecken.
2. Erörterung des Standes der Technik
Elektronische Stethoskope sind bekannt. Beispiele für elektronische Stethoskope können den US-Patenten 3,247,324; 4,071,694; 4,170,717; 4,254,302; 4,438,772; 4,528,690; 4,534,058; 4,618,986 entnommen werden.
Trotz der Verfügbarkeit von elektronischen Stethoskopen scheinen sie von medizinischem Personal, wie Ärzten, Krankenschwestern und medizinischem Erste-Hilfe-Personal, nicht in großem Umfang eingesetzt zu werden. Obwohl die Gründe für diese fehlende Akzeptanz nicht eindeutig bestimmbar sind, liegt ein Problem bei einigen erhältlichen elektronischen Stethoskopen darin, daß sie akustische Signale, die sich aufgrund der Funktion von verschiedenen Körperorganen ergeben, nicht auf eine Weise reproduzieren, die einem geübten Benutzer vertraut ist. Weitere Probleme mit bereits erhältlichen elektronischen Stethoskopen bestehen darin, daß sie zu viel Energie verbrauchen, zu schwer, zu groß sind oder es von dem Benutzer abverlangt wird, die Art und Weise der Nutzung des Stethoskops, verglichen mit einem herkömmlichen akustischen Stethoskop, zu verändern.
Medizinisches Personal erlernt die Auskultation hauptsächlich durch die Verwendung eines akustischen Stethoskops und wird darin geübt, normale und anormale Herz- und Lungengeräusche zu hören, die auf ihren bestimmten akustischen Eigenschaften und ihrem Timing oder Takt relativ zu anderen biologischen Geräuschen beruhen. Akustische Stethoskope haben also besondere Eigenschaften, deren Wirkung auf die akustischen Signale, die von dem medizini schen Personal gehört werden, vertraut ist und aufgrund deren eine Diagnose erstellt wird. Manche herkömmliche elektronische Stethoskope können keine Herztöne oder -geräusche und Lungengeräusche mit den gleichen Spektraleigenschaften wie akustische Stethoskope reproduzieren.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein elektronisches Stethoskop bereitzustellen, das zumindest die oben erörterten Nachteile löst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Verarbeiten akustischer Signale bereitzustellen, die durch eine biologische Aktivität erzeugt werden, um eine verbesserte diagnostische Information zu liefern.
Abriß der Erfindung
Die Erfindung löst die Nachteile des Standes der Technik, indem ein elektronisches Stethoskop bereitgestellt wird, das einem üblichen akustischen Stethoskop sehr gleicht. Der Benutzer empfindet die Erfindung als akustisches Stethoskop, und die Erfindung arbeitet wie ein akustisches Stethoskop, allerdings mit erhöhten Leistungseigenschaften.
Bei einer Ausführung umfaßt die Erfindung ein elektronisches Stethoskop mit einem ersten Wandler zum Umwandeln akustischer Signale in elektronische Signale, einem Verarbeitungsabschnitt, der einen Eingang aufweist, der mit einem Ausgang des ersten Wandlers gekoppelt ist, zur Verarbeitung der elektronischen Signale, um ausgewählte elektronische Signale vorzusehen oder zu liefern, die repräsentativ für nur ausgewählte akustische Signale sind, und einem zweiten Wandler, der mit einem Ausgang des Verarbeitungsabschnitts zum Umwandeln der ausgewählten elektronischen Signale in akustische Signale gekoppelt ist. Das elektronische Stethoskop kann ein Bandpassfilter zwischen dem ersten Wandler und dem Verarbeitungsabschnitts umfassen, um unhörbare Signale herauszufiltern. Das Bandpassfilter kann auch dazu verwendet werden, Geräusche herauszufiltern, die außerhalb des Frequenzbereichs von Herztönen oder -geräuschen und Lungengeräuschen liegen.
Das elektronische Stethoskop kann einige Betriebsmodi ausweisen. Bei einem „normalen" Betriebsmodus überträgt das Stethoskop die elektronischen Signale von dem ersten Wandler über den Verarbeitungsabschnitt an den zweiten Wandler im wesentlichen unverändert. Die ser Betriebsmodus soll den Betrieb eines akustischen Stethoskops imitieren, so daß die akustischen Signale, die von dem Benutzer gehört werden, im wesentlichen die gleichen Spektraleigenschaften, wie wenn sie von einem akustischen Stethoskop verarbeitet sein würden, allerdings mit einer zusätzlichen Fähigkeit dahingehend aufweisen, daß die Lautstärke oder das Volumen der akustischen Signale einstellbar ist. Bei diesem Modus kann ein Benutzer neben anderen Geräuschen Töne oder Geräusche hören, die durch eine Gefäßaktivität oder durch Blutfluß erzeugt werden. Im Rahmen dieser Offenbarung soll sich der Begriff „normal", wenn er im Zusammenhang mit dem Betrieb des Stethoskops verwendet wird, auf das akustische Ansprechen oder auf Spektraleigenschaften eines typischen, herkömmlichen akustischen Stethoskops beziehen, allerdings ohne jegliches Ansprechen auf harmonische Schwingungen außerhalb des Frequenzbereichs von Herztönen oder -geräuschen und Lungengeräuschen. Bei einem „Atmungs"-Betriebsmodus werden die elektronischen Signale von dem Bandpassfilter durch ein Hochpassfilter gefiltert, bevor sie an den zweiten Wandler übertragen werden. Bei diesem Filtervorgang werden im wesentlichen elektronische Signale ausgefiltert, die akustischen Signalen entsprechen, die durch eine hinsichtlich den Lungen unterschiedliche biologische Aktivität erzeugt werden, so daß der Stethoskopbenutzer im wesentlichen nur diejenigen Geräusche hört, die durch die Lungenaktivität erzeugt werden. Das Hochpassfilter kann eine Eckfrequenz in dem Bereich von 100 bis 300 Hz aufweisen.
Das elektronische Stethoskop kann auch einen „Herz"-Betriebsmodus aufweisen, bei dem die elektronischen Signale von dem Bandpassfilter durch ein Niedrigpassfilter gefiltert werden, bevor sie an den zweiten Wandler übertragen werden. Bei diesem Betriebsmodus werden im wesentlichen elektronische Signale ausgefiltert, die akustischen Signalen entsprechen, die durch eine hinsichtlich der Herzaktivität unterschiedliche biologische Aktivität erzeugt werden, so daß der Stethoskopbenutzer im wesentlichen nur Geräusche oder Töne hört, die durch die Herzaktivität erzeugt werden. Das Niedrigpassfilter kann eine Eckfrequenz im Bereich von 400 bis 600 Hz aufweisen.
Das elektronische Stethoskop weist einen „Herzgeräusch-(Herzmurmel)-Verstärkungs"-Betriebsmodus auf, bei dem die elektronischen Signale von dem Bandpassfilter durch einen Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung verarbeitet werden und anschließend an die Niedrigpassfilter übertragen werden. Der Geräusch-Verstärkungs-Modus ermöglicht dem Stethoskop, im Vergleich zu Herztönen, die durch normale Herzaktivität (d. h. beispielsweise die sogenannten „dominanten" oder „ersten" und „zweiten" Herztöne) erzeugt werden, Herz geräusche zu verstärken, die durch eine anormale Herzaktivität (d. h. beispielsweise Herzgeräusche oder Murmelgeräusche) erzeugt werden, während gleichzeitig die Lautstärke der normalen Herzaktivität nicht verstärkt wird. Dies ermöglicht dem Benutzer, die Beziehung zwischen dem anormalen Herzgeräusch und den normalen Herztönen eindeutiger zu bestimmen. Dies bewirkt eine Verstärkung der Niedrigniveau-Herzgeräuschaktivität, ohne die normale Herzaktivität wesentlich zu verstärken. Dieser Betriebsmodus ermöglicht auch einem Benutzer, deutlicher Herzgeräusche oder Herzmurmeln zu hören. Dieser Betriebsmodus ermöglicht auch einem Benutzer, Herzgeräusche zu hören, die unhörbar sein könnten oder bei der Verwendung eines herkömmlichen akustischen Stethoskops schwierig zu hören wären. Bei einer Ausführung weist der Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung eine Ansprechzeitkonstante im Bereich von 5 bis 100 ms auf.
Die verschiedenen Betriebsmodi können in Echtzeit ausgewählt werden, ohne das Bruststück entfernen oder absetzen zu müssen.
Bei weiteren Ausführungen umfaßt das elektronische Stethoskop einen Sender-Empfänger, der zwischen dem Bandpassfilter und dem Verarbeitungssystem angeschlossen ist, zum Übertragen elektronischer Signale von dem Bandpassfilter an eine entfernte Einrichtung und/oder zum Empfangen elektronischer Signale von einer entfernten Einrichtung, welche elektronischen Signale durch das Verarbeitungssystem zu verarbeiten sind. Auf diese Weise kann das elektronische Stethoskop das gesamte Spektrum detektierter elektronischer Signale an ein weiteres Stethoskop oder an mehrere Stethoskope übertragen, so daß mehr als ein Benutzer an dem Diagnoseverfahren teilnehmen kann. Auf die gleiche Weise kann das elektronische Stethoskop elektronische Signale empfangen, so daß ein Benutzer diese empfangenen Signale hören und individuell, unabhängig und gleichzeitig verarbeiten kann. Dies läßt, unter anderem, eine Echtzeitübertragung und einen Echtzeitempfang elektronischer Signale zu, so daß einige Benutzer simultan an dem diagnostischen Verfahren teilnehmen können.
Ein weiteres Merkmal einer Ausführung der Erfindung ist ein Schalter zur Energiesteuerung, wobei ein erster Pol des Schalters an ein erstes Binaural (Stereofoneinrichtung) eines Binauralpaars des Stethoskops und ein zweiter Pol des Schalters an ein zweites Binaural (Stereofoneinrichtung) des Binauralpaars angebracht sind. Eine Feder ist mechanisch an jedes Binaural gekoppelt und drückt in einer Ruheposition das erste und zweite Binaural zusammen. Wenn die Schließkraft der Feder überwunden wird und die Binaurale um einen vorbestimm ten Abstand getrennt werden, bilden der erste Pol und der zweite Pol einen elektrischen Kontakt für eine elektrische Energieversorgung an dem Signalverarbeitungsschaltkreis. Beim Freigeben der Binaurale drückt die Feder die Binaurale zusammen, und der erste Pol sowie der zweite Pol werden getrennt, um die elektrische Energieversorgung an dem Signalverarbeitungsschaltkreis zu trennen. Dies stellt eine angenehme und vertraute Betriebsweise des elektronischen Stethoskops bereit, die keine neue Aktivität oder keine neuen Verfahrensschritte, verglichen mit einem akustischen Stethoskop, das nicht an- und ausgeschaltet werden muß, benötigt.
Der Gesamtbetrieb des elektronischen Stethoskops ist dadurch charakterisiert, daß akustische Signale, die von einer menschlichen biologischen Aktivität, wie der Atmungs- und Herzaktivität, erzeugt werden, gefiltert werden, um im wesentlichen ein ausgewähltes akustisches Signal oder einen Satz akustischer Signale, die von einem bestimmten Organ erzeugt werden, von den akustischen Signalen zu isolieren. Das elektronische Stethoskop erfüllt diese Funktion, indem akustische Signale, die von einer menschlichen biologischen Aktivität erzeugt werden, in elektronische Signale umgewandelt werden, die elektronischen Signale zum Bereitstellen eines gefilterten elektronischen Signals selektiv gefiltert werden, das im wesentlichen nur elektronische Signale repräsentativ für akustische Signale enthält, die durch ein bestimmtes Organ erzeugt werden, und das gefilterte elektronische Signal in ein hörbares akustisches Signal umgewandelt wird. Bei einer Ausführung werden beim selektiven Filtern die elektronischen Signale hochpaßgefiltert, so daß das gefilterte elektronische Signal im wesentlichen nur elektronische Signale repräsentativ für akustische Signale enthält, die durch eine Lungenaktivität erzeugt werden. Bei einer weiteren Ausführung werden beim selektiven Filtern die elektronischen Signale niedrigpaßgefiltert, so daß das gefilterte elektronische Signal im wesentlichen nur elektronische Signale repräsentativ für akustische Signale enthält, die durch eine Herzaktivität erzeugt werden. Bei einer weiteren Ausführung werden beim selektiven Filtern die elektronischen Signale überproportional verstärkt und niedrigpaßgefiltert, so daß das gefilterte elektronische Signal im wesentlichen nur elektronische Signale repräsentativ für normale Herztöne und verstärkte anormale Herzgeräusche enthält.
Ein weiteres Merkmal einer Ausführung betrifft die Form der Binaurale, welche die akustischen Signale an die Ohren des Benutzers tragen. Bei der Erfindung sind die Binaurale derart ausgeführt, daß sie an den Körper des Benutzers passen, um angenehm um den Hals des Benutzers in einer „Bereitschafts"-Position zu hängen. Um dies zu erreichen, hat das erste und/oder das zweite Binaural eine erste Krümmung, die im wesentlichen einer Form eines menschlichen Körpers von einem Nackenbereich zu einem Brustbereich folgt, und eine zweite Krümmung, die im wesentlichen einer Form eines menschlichen Körpers von einer Basis des Nackenbereichs zu einem Schulterbereich folgt. Jedes Binaural hat auch eine dritte Krümmung in dem Bereich der Ohrenstücke und ist derart gedreht, daß die Ohrenstücke im wesentlichen mit den Ohrkanälen des Benutzers ausgerichtet sind, wenn das Stethoskop in seiner Gebrauchsposition angelegt ist.
Das erfindungsgemäße elektronische Stethoskop kann auch dazu verwendet werden, eine biologische Aktivität (z. B. Organgeräusche) von Menschen sowie Tieren zu hören.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung, die anhand der beiliegenden Zeichnungen gelesen werden sollte, und durch die Ansprüche besser verstanden, die am Ende der detaillierten Beschreibung angehängt sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen werden hier mit Bezug eingearbeitet und weisen für ähnliche Bauteile ähnliche Bezugszeichen auf. Es zeigen:
1 eine Gesamtansicht des erfindungsgemäßen elektronischen Stethoskops;
1A eine Seitenansicht des Bruststücks des erfindungsgemäßen elektronischen Stethoskops;
2 eine perspektivische Gesamtansicht des elektronischen Stethoskops gemäß 1;
3 eine Seitenansicht gemäß 1 entlang der Linie 3-3, die unter anderen Merkmalen die Form der Binaurale darstellt;
4, 5, 6 und 7 das elektronische Stethoskop gemäß 1 in einer Ruhe- und Gebräuchsposition;
8 eine erste akustische Struktur, die bei dem elektronischen Stethoskop gemäß 1 verwendet werden kann;
9 und 9A eine zweite akustische Struktur, die bei dem elektronischen Stethoskop gemäß 1 verwendet werden kann;
9B, 9C und 9D eine dritte akustische Struktur, die bei dem elektronischen Stethoskop gemäß 1 verwendet werden kann;
10 und 11 den Betrieb des An-/Ausschalters, der bei dem elektronischen Stethoskop gemäß 1 verwendet wird;
11A und 11B einen Betrieb einer alternativen Ausführung des An-/Ausschalters, der bei dem elektronischen Stethoskop gemäß 1 verwendet werden kann;
12 ein schematisches Blockschaltbild, das die verschiedenen Verarbeitungsfunktionen des elektronischen Stethoskops gemäß 1 angibt;
12A und 12B alternative Schaltkreise zum Bereitstellen einer Geräusch-Verstärkungs-Verarbeitungsfunktion; wobei diese Figuren nicht zur Erfindung gehören.
12C ein alternatives schematisches Blockschaltbild, das die verschiedenen Verarbeitungsfunktionen des elektronischen Stethoskops gemäß 1 angibt;
13A und 13B eine beispielhafte Schaltkreisimplementation des Blockschaltbilds, das in 12 dargestellt ist;
14A und 14B eine beispielhafte Schaltkreisimplementation des Blockschaltbilds, das in 12C dargestellt ist; und
15 eine Schaltungsimplementation einer Mikrosteuereinrichtung und eines zugehörigen Schaltkreises, der die Merkmale und Funktionen des Schaltkreises bereitstellt, der in Verbindung mit den 12, 12A, 12B, 12C, 13A, 13B, 14A und 14B dargestellt ist.
Detallierte Beschreibung
Nur zur besseren Lesbarkeit und nicht die Erfindung einschränkend wird die Erfindung mit Bezug auf ein elektronisches Stethoskop erläutert, das zur Herz- und Lungendiagnose beim Menschen eingesetzt werden kann. Bestimmte Betriebsbereiche und Frequenzen werden in diesem Zusammenhang erörtert werden. Ein Fachmann möge jedoch erkennen, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist und daß die Erfindung für eine Diagnose anderer menschlicher biologischer Aktivitäten sowie biologischer Aktivitäten von Säuglingen, Kindern, Tieren und so weiter verwendet werden kann, indem die Betriebsfrequenzen und andere Stethoskopparameter verändert werden.
Es wird nun auf 1, 2 und 3 Bezug genommen, welche die Gesamtkonfiguration des erfindungsgemäßen elektronischen Stethoskops darstellen. Das elektronische Stethoskop 10 umfaßt ein Bruststück 12, das zum Detektieren und Konvertieren einer biologischen Aktivität bestimmter Organe in akustische Druckwellen (d. h. akustische Signale) verwendet wird. Die akustischen Signale werden über ein flexibles akustisches Rohr 14 übertragen. Ein Elektronikgehäuse 16 enthält einen Schaltkreis, der dem Stethoskop ermöglicht, zahlreiche diagnostische Funktionen bereitzustellen, die später detaillierter beschrieben werden. Ein Knopf 18 ist am Elektronikgehäuse 16 angeordnet und ermöglicht dem Benutzer des Stethoskops, die Lautstärke der akustischen Signale leicht einzustellen, die von dem elektronischen Schaltkreis erzeugt werden. An dem Gehäuse sind auch Anzeigeeinrichtungen 20, 21, 23 und 25 vorgesehen, die abhängig von dem jeweiligen Betriebsmodus, in dem sich das Stethoskop befindet, aufleuchten. Die visuellen Anzeigeeinrichtungen 20, 21, 23 und 25 können Licht emittierende Dioden sein. Eine erste und eine zweite flexible akustische Leitung 22 und 24 sind an dem Elektronikgehäuse 16 angebracht. Wie später detaillierter beschrieben werden wird, übertragen bei einer Ausführung der Erfindung die akustischen Leitungen 22 und 24 akustische Druckwellen von dem Bruststück 12. Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung übertragen die akustischen Leitungen 22 und 24 akustische Signale, die sich aufgrund der Verarbeitung duch die Elektronik ergeben, die in dem Elektronikgehäuse 16 untergebracht ist.
Akustische Leitungen 22 und 24 sind mit einem Feder- und Schaltergehäuse 26 gekoppelt. Wie später detaillierter beschrieben werden wird, enthält das Feder- und Schaltergehäuse einen Schalter zum Steuern der Zuführung elektrischer Energie an den elektrischen Schaltkreis im Elektronikgehäuse 16.
Akustische Leitungen 22 und 24 sind jeweils über das Feder- und Schaltergehäuse 26 mit einem ersten und zweiten hohlen Binaural (Stereofoneinrichtung) 28 und 30 gekoppelt. An den Enden 32, 34 der Binaurale sind jeweils ein erstes und ein zweites Ohrenstück 36, 38 angeordnet. Die Ohrenstücke 36 und 38 sind üblicherweise aus Gummi, Kunststoff oder Schaumkissen, die sich dämpfend an die Ohren des Benutzers anlegen können. Die Binawale 28 und 30 können aus einer Aluminiumlegierung sein.
Das Bruststück 12 hat ein Gehäuse 13, das aus einer Aluminiumlegierung gebildet ist, woraus sich ein leichteres Bruststück ergibt und das, wie herausgefunden wurde, für den Patienten angenehmer als Edelstahl ist, der bei herkömmlichen Stethoskopen verwendet wird. Der größere Patientenkomfort ergibt sich aus der Tatsache, daß die Aluminiumlegierung eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist und daß das Aluminiumlegierungs-Bruststück eine geringere thermische Masse hat. Auf diese Weise kann das Bruststück möglicherweise durch die Hand des Benutzers vor dem Berühren der Haut des Patienten erwärmt werden, wodurch dem Patienten nur ein minimaler thermischer Schock mitgeteilt wird. Das Bruststück nutzt eine Membran 15, die aus Polycarbonat gebildet ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen akustischen Stethoskopen nutzt das Bruststück beim erfindungsgemäßen elektronischen Stethoskop nur eine einzige Membran, und eine Glocke ist nicht notwendig. Anschlußstücke oder unterschiedlich bemessene Bruststücke, die zum Ansprechen auf unterschiedliche Frequenzbereiche ausgelegt sind, sind für unterschiedliche Patienten (beispielsweise Säuglinge gegenüber Erwachsenen) nicht notwendig, weil jede notwendige Modifikation der Spektraleigenschaften des Stethoskops elektronisch durchgeführt werden kann.
Knöpfe 40 und 42 auf einer Seite 37 sowie zwei weitere Knöpfe auf einer Seite 39 werden verwendet, um das elektrische Stethoskop von einem Betriebsmodus in einen anderen zu schalten. Eine der visuellen Anzeigeeinrichtungen 20, 21, 23 oder 25 leuchtet in Antwort auf die Aktivierung der Modusknöpfe auf.
Ein Merkmal des erfindungsgemäßen elektronischen Stethoskops ist der Aufbau der Binaurale. Bei vielen akustischen Stethoskopen liegen die Binaurale in einer einzigen Ebene und daher passen sie sich nicht an die natürlichen Krümmungen des Körpers an, wenn sie um den Nacken des Benutzers liegen. Viele akustische Stethoskope drücken tatsächlich in den Nakken des Benutzers, wenn sie in dieser herkömmlichen Bereitschaftsstellung liegen, Im Gegensatz dazu, wie in 3 gezeigt ist, umfassen die Binaurale des erfindungsgemäßen elektronischen Stethoskops einen ersten gekrümmten Abschnitt 44, der derart winklig angeordnet ist, daß er natürlich und bequem an dem Nacken, den Schultern und der oberen Brust des Benutzers anliegt, wobei das Elektronikgehäuse 16 an der Brust des Benutzers liegt. Die Binaurale umfassen auch einen zweiten gekrümmten Abschnitt 46, der den Binauralen (und dem gesamten Stethoskop) ermöglicht, um den Hals oder Nacken des Benutzers herum bequem zu hängen. Die 4, 5, 6 und 7 zeigen das erfindungsgemäße elektronische Stethoskop sowohl in einer „Gebrauchs"-Position (4) als auch in einer „Bereitschafts"-Position (5, 6 und 7). Wie aus den Figuren ersichtlich ist, liegt einer der Gründe, warum das Stethoskop bequem um den Hals des Benutzers herum passend liegt, in der Tatsache, daß die Krümmungen 44 und 46 verbunden sind und durch mehrere Ebenen verlaufen. Bei einer Ausführung hat die Krümmung 44 annähernd einen Radius R1 im Bereich von 7,5 bis 10 cm, und die Krümmung 46 hat annähernd einen Radius R2 in dem Bereich 5 bis 7,5 cm. Bei einer bevorzugten Ausführung ist der Radius R1 ungefähr 9 cm und der Radius R2 ist ungefähr 6,4 cm. Es wurde herausgefunden, daß diese Radiuskombination vorteilhafterweise ein Stethoskop liefert, das bei einer großen Anzahl von Benutzern bequem anliegt. Die Form der Binaurale ermöglichen dem Stethoskop, an der Brust des Benutzers und um den Nacken oder Hals herum bequem flach anzuliegen. Das Stethoskop kann leicht und schnell von seiner „Bereitschafts"-Position in seine „Gebrauchs"-Position verbracht werden.
Eine zusätzliche Krümmung 45 ist ebenfalls mit einem Radius R3 in dem Bereich von 3 bis 4,5 cm vorgesehen. Bei einer bevorzugten Ausführung liegt der Radius R3 bei ungefähr 3,8 cm. Zudem sind das erste und zweite Binaural jeweils in der Richtung der Pfeile 47, 49 gedreht, so daß die Ohrenstücke 36, 38 winklig nach oben angeordnet sind, wie in den 3 und 6 gezeigt ist. Dies ermöglicht den Ohrenstücken 36, 38, sich im wesentlichen mit den Ohrkanälen des Benutzers auszurichten, so daß die Geräuschübertragung in der „Gebrauchs"-Position verstärkt wird.
Es wir nun auf 8 Bezug genommen, die eine erste akustische Struktur (akustische Topologie) des elektronischen Stethoskops darstellt. Die akustische Struktur sollte derart ausgewählt werden, daß die normale Leistungsfähigkeit eines akustischen Stethoskops annähernd repliziert werden kann, um den Wechsel von einem akustischen Stethoskop zu einem elektronischen Stethoskop intuitiv zu realisieren.
Bei der akustischen Struktur, die in 8 dargestellt ist, werden akustische Signale, die an der Membran in dem Bruststück 12 aufgenommen werden, zu dem flexiblen akustischen Rohr 14 geleitet. Das flexible akustische Rohr 14 umgibt zwei parallele akustische Leitungen 50, 52. Die akustische Leitung 50 führt durch das Elektronikgehäuse 16, das Feder- und Schaltergehäuse 26 hindurch und gelangt zum ersten Binaural 32. Die zweite akustische Leitung führt durch das Elektronikgehäuse 16, die Feder und das Schaltergehäuse 26 hindurch hin zum Binaural 34. Ein Mikrophon 54 ist in der Nähe des Endes 34 des zweiten Binaural 30 angeordnet. Das Mikrophon 54 nimmt die Geräusche auf, die durch das Bruststück 12 und die akustische Leitung 52 übertragen sind und wandelt die akustischen Signale in elektronische Signale um, die von einem elektronischen Schaltkreis verarbeitet werden, der in dem Elektronikgehäuse 16 angeordnet ist. Eine Öffnung 56 ist an dem Ende 32 des Binaurals 28 vorgesehen, um überschüssigen Luftdruck entweichen zu lassen, der sonst ein Verzerrung verursachen würde, die von dem überschüssigen Luftdruck an dem Mikrophon erzeugt werden kann. Sobald die elektronischen Signale von dem elektronischen Schaltkreis in dem Elektronikgehäuse 16 verarbeitet worden sind, werden diese Signale zu akustischen Signalen umgewandelt, wobei Miniaturkopfhörer 58 und 60 verwendet werden, die in den Binauralen 28 bzw. 30 angeordnet sind. Das erste und das zweite Ohrenstück 36, 38 bilden eine Dichtung mit den Ohrkanälen des Benutzers, um Umgebungsgeräusche abzublocken und die Übertragung von Geräuschen mit sehr geringer Frequenz durch das Stethoskop hindurch zu verbessern. Indem das Mikrophon 34 in der Nähe des Endes des Binaurals angeordnet ist, kann die gesamte Resonanzkammer, die von den akustischen Leitungen 50 und 52 gebildet ist, die Intensität der niedrigen Frequenzen erhöhen, die von dem Bruststück aufgenommen sind, bevor diese Geräusche in elektrische Signale umgewandelt werden.
Es wird nun Bezug auf 9 genommen, welche eine zweite akustische Struktur darstellt, die in dem erfindungsgemäßen elektronischen Stethoskop verwendet werden kann. Bei der zweiten akustischen Struktur werden Geräusche, die von dem Bruststück 12 aufgenommen wurden, durch akustische Leitungen 62, 64 in einem flexiblen akustischen Rohr 14 übertragen. Wie in 9A gezeigt ist, umgibt das flexible akustische Rohr 14 zwei parallele akustische Leitungen. Es wurde herausgefunden, daß diese Gestalt Fremdrauschen verringert, das zwischen dem Bruststück und dem Mikrophonwandler aufgenommen werden könnte oder ein Rauschen reduziert, das durch Kontakt mit dem flexiblen akustischen Rohr 14 generiert werden könnte.
Beide akustischen Leitungen 62 und 64 enden innerhalb des Elektronikgehäuses 16. Die akustische Leitung 64 ist akustisch mit dem Mikrophon 54 innerhalb des Elektronikgehäuses 16 gekoppelt. Das Mikrophon 54 kann ein Elektret-Kondensator-Mikrophon sein. Die zweite akustische Leitung 62 ist vollständig innerhalb des Elektronikgehäuses 16 untergebracht und endet mit einem offenen Ende 68. Die akustische Leitung 62 besitzt eine größere Länge. Die Länge der akustischen Leitung 62 und der akustischen Leitung 64 in Kombination mit dem offenen Ende 68 der akustischen Leitung 62 werden gewählt, um eine akustische Kammer bereitzustellen, die den akustischen Signalen im wesentlichen die gleiche Tonqualität verleiht, wie sei von einem akustischen Stethoskop geliefert werden würden. Dies ist insofern von Vorteil, als das elektronische Stethoskop dabei unterstützt wird, akustische Signale zu erzeugen, die dem Benutzer ein vertrautes Geräusch mitteilen. Wie bei der ersten akustischen Struktur läßt das offene Ende 68 der akustischen Leitung 62 es zu, daß überschüssiger Luftdruck entweichen kann, um eine Verzerrung der von dem Mikrophon 54 detektierten akustischen Signale zu eliminieren. Die Kombination aus Längen und Abschlußbedingungen der akustischen Leitungen 62 und 64 sind derart gewählt, daß eine Resonanzkammer gebildet wird, welche die Geräuschcharakteristiken eines akustischen Stethoskops wiedergibt. Das Mikrophon 54 nimmt die Geräusche auf, die durch das Bruststück 12 und das flexible akustische Rohr 14 hindurch übertragen werden, und wandelt die akustischen Signale in elektronische Signale um. Diese elektronischen Signale werden anschließend von dem elektrischen Schaltkreis verarbeitet, der in dem Elektronikgehäuse 16 untergebracht ist. Die verarbeiteten elektronischen Signale werden anschließend wieder in akustische Signale zurück umgewandelt, indem ein einzelner Miniaturlautsprecher 70 verwendet wird. Der Lautsprecher 70 ist mit der ersten und der zweiten flexiblen akustischen Leitung 22 und 24 akustisch ge koppelt, die mechanisch und akustisch miteinander innerhalb des Elektronikgehäuses 16 gekoppelt sind. Die akustischen Signale werden durch die erste und die zweite akustische Leitung 22 und 24 durch das erste und das zweite Binaural 28, 30 und durch die Ohrenstücke 36, 38 hindurch an die Ohren des Benutzers übertragen.
Die zweite in 9 dargestellte Struktur stellt einige Vorteile bereit. Zuerst verlaufen durch Anbringen des Mikrophonwandlers und des Lautsprechers in dem Elektronikgehäuse 16 weniger Drähte notwendigerweise außerhalb des Gehäuses, verglichen mit der ersten, in 8 dargestellten, akustischen Struktur. Dies vereinfacht die Herstellung. Zusätzlich verringert das Halten des Mikrophons und des Lautsprechers innerhalb des Elektronikgehäuses 16 das Risiko des Aufnehmens von Stör-Radiofrequenzrauschen und des Erzeugens ungewollter Radiofrequenz-Emissionen. Außerdem bewahrt die zweite akustische Struktur, bei der ein einzelner Lautsprecher die Binaural 28 und 30 versorgt, die herkömmliche Ohrenstückkonfiguration eines beispielsweise herkömmlichen akustischen Stethoskops, womit der Gebrauch des elektronischen Stethoskops für den Benutzer vertrauter ist. Zudem reduziert ein einzelner Lautsprecher, der mit den Binauralen 28 und 30 gekoppelt ist, die Verstärkungsregelungs-Energieanforderung, was wiederum den Energieverbrauch des elektronischen Schaltkreises verringert, der in dem Elektronikgehäuse 16 untergebracht ist, und was die Anzahl notwendiger Bauteile verringert. Das Verwenden eines einzigen Lautsprechers läßt auch eine einfachere Steuerung und ein einfacheres Ausgleichen der akustischen Signale in den Binauralen zu, weil das gleiche akustische Signal beiden Binauralen durch die flexiblen akustischen Leitungen 22 und 24 bereitgestellt wird.
Die in 9 dargestellte akustische Struktur liefert auch einige Vorteile bezüglich des Aufbaus und der Herstellung des Stethoskops. Bei sowohl der ersten akustischen Struktur gemäß 8 als auch bei zahlreichen herkömmlichen akustischen Stethoskopen besitzt der kombinierte akustische Weg oder Pfad, der durch die Kombination des Bruststücks, des Rohrs und der Binaurale gebildet ist, eine feste Länge und hat daher eine vorbestimmte Resonanzfrequenz. Die Resonanzfrequenz und die Spektraleigenschaften sind wichtige Faktoren beim Bestimmen des normalen Ansprechens eines akustischen Stethoskops. Um die Gesamtlänge von Bruststück zum Ohrenstück für einen Benutzer nutzbar zu machen und um eine nutzbare Resonanzfrequenz zu erhalten, liegt die Gesamtlänge eines akustischen Stethoskops für eine Herzanwendung üblicherweise ca. bei 56 bis 71 cm. Diese Längen ergeben Resonanzfrequenzen in dem Bereich von 120 Hz bis 155 Hz.
Bei der in 9 dargestellten, zweiten Struktur kann die Resonanzfrequenz der kombinierten Rohrstruktur der ersten und der zweiten akustischen Leitung 62, 64 dadurch eingestellt werden, daß die Länge der zweiten akustischen Leitung 62 vergrößert oder verkleinert wird, die innerhalb des Elektronikgehäuses 16 untergebracht ist. Folglich kann die Gesamtlänge des erfindungsgemäßen elektronischen Stethoskops in einem relativ breiten Bereich geändert werden (durch Änderung der Länge des flexiblen akustischen Rohrs 14), während eine Resonanzfrequenz innerhalb des Bereichs akustischer Stethoskope gehalten wird, indem die Länge der zweiten akustischen Leitung (innerhalb des Elektronikgehäuses 16) vergrößert oder verkleinert wird, um die Vergrößerung oder Verkleinerung der Gesamtlänge des elektronischen Stethoskops zu kompensieren. Daher kann eine gewünschte Resonanzfrequenz im wesentlichen über einen breiten Bereich von Stethoskop-Gesamtlängen konstant gehalten werden. Dies ermöglicht dem erfindungsgemäßen elektronischen Stethoskop, daß eine mit einem herkömmlichen akustischen Stethoskop vergleichbare Resonanzfrequenz beibehalten wird, um „normale" Geräuscheigenschaften sogar dann zu erhalten, wenn die Länge des elektronischen Stethoskops geändert wird.
Das erfindungsgemäße elektronische Stethoskop, wie es in 9 dargestellt ist, nutzt eine akustische Struktur mit einem Rohr, das ein geschlossenes Ende 65 und ein offenes Ende 68 aufweist. Ein Geräusch wird in der Nähe der Mitte des Rohres durch die Bruststückmembran eingeleitet (wobei die Gesamtrohrlänge die Kombination der Längen der akustischen Leitungen 62 und 64 ist). Diese Struktur erzeugt eine stehende Druckwelle mit einem Knoten an dem geschlossenen Ende 65 und einem Wellenbauch an dem offenen Ende 68. Die Wellenlänge der fundamentalen Resonanzfrequenz dieser Struktur ist viermal die kombinierte Länge der akustischen Leitungen 62 und 65.
Die Resonanzfrequenz läßt sich annähernd durch die folgende Gleichung angeben:

wobei v ≈ 1132 Fuß/Sekunde (Geräuschgeschwindigkeit in Luft unter
herkömmlichen Arbeitsbedingungen hinsichtlich
Temperatur und Feuchtigkeit)
L = Gesamtrohrlänge (Fuß).
Bei einer Ausführung der Erfindung hat die akustische Leitung 64 eine Länge von ungefähr zwölf Zoll, die akustische Leitung 62 hat eine Länge von ungefähr 38 cm, und der akustische Weg innerhalb des Bruststücks 12 liegt ungefähr bei 2,5 cm. Die Resonanzfrequenz dieser gesamten akustischen Kammer, die durch das Bruststück und die zwei akustischen Leitungen gebildet ist, liegt bei ungefähr 121 Hz. Wie oben angemerkt, liegt die Resonanzfrequenz eines herkömmlichen akustischen Stethoskops, das für einen Herz-Einsatz ausgelegt ist, liegt in dem Bereich von 120 Hz bis 155 Hz. Es stellt sich heraus, daß die Längen der akustischen Leitungen bei dieser Ausführungen ein „normales" und ein für trainierte Benutzer von akustischen Stethoskopen vertrautes Geräusch liefern. Die Resonanzfrequenz liegt innerhalb des Bereichs von Resonanzfrequenzen bei herkömmlichen akustischen Stethoskopen, die für einen Herz-Einsatz geeignet sind. Die akustische Weglänge kann variiert werden, um die Resonanzfrequenz einzustellen, und kann in Kombination mit Veränderungen der Parameter des elektronischen Verarbeitungsschaltkreises genutzt werden, der innerhalb des Elektronikgehäuses 16 untergebracht ist, um ein spezielles Stethoskop zum Detektieren von Herzund/oder Lungengeräuschen für spezielle Anwendungen, beispielsweise bei Säuglingen, Kindern, Föten im Mutterleib, Tieren unterschiedlicher Größe und prostethischen Herzventilen, zu optimieren.
Es wird nun auf 9B, 9C und 9D Bezug genommen, die eine dritte akustische Struktur des erfindungsgemäßen elektronischen Stethoskops darstellen. Die dritte akustische Struktur ist eine Variante gegenüber der in den 9 und 9A dargestellten Struktur. Bei der dritten akustischen Struktur ist das Mikrophon 54 innerhalb des flexiblen akustischen Rohrs 14 in der Nähe des Bruststücks 12 hängend gehalten. Bei einer Ausführung ist das Mikrophon annähernd 2,5 cm von dem Ende des flexiblen akustischen Rohrs 14 hängend gehalten, das zum Bruststück 12 paßt. Der Abschnitt des flexiblen akustischen Rohrs 14, welches das Mikrophon 54 enthält, umfaßt eine einzelne akustische Leitung, die in zwei akustische Leitungen 64 und 62 unmittelbar nach dem Mikrophon 54 aufgeteilt ist. Die akustische Leitung 64 ist an einem Ende 65 abgedichtet oder verschlossen. Das Mikrophon 54 ist vorzugsweise konzentrisch in dem Rohr 14A über ein energiedämpfendes Schaummaterial 54B hängend gehalten, wie es in der Querschnittsansicht gemäß 9D dargestellt ist. Das Mikrophon 54 kann mittels Klebstoff an dem Schaum 54B befestigt sein, der wiederum mittels eines Klebstoffs innerhalb des flexiblen Rohrs 14 angebracht ist. Das energiedämpfende Schaummaterial 54B erfüllt drei Funktionen gleichzeitig. Zuerst gewährleistet das Schaummaterial 54B einen Drucknachlaß, indem die Luftsäule durch das Mikrophon und durch das Schaummaterial hin durch in die offene akustische Leitung 62 gelangen kann. Da das Schaummaterial 54B hinsichtlich des Interessens-Durchlaßbandes (20 Hz bis 1600 Hz) akustisch transparent ist, durchlaufen die Geräusche innerhalb des Interessens-Durchlaßbandes durch das Schaummaterial hindurch in die Resonanzkammer, die durch akustische Leitungen 62 und 64 gebildet ist, so daß von dem Mikrophon 54 detektierte Geräusche die gewünschten Toneigenschaften aufweisen. Drittens hält der energiedämpfende Schaum 54B das Mikrophon von dem flexiblen akustischen Rohr 14 mechanisch isoliert (d. h. entkoppelt), so daß irgendein mechanischer Kontakt mit dem flexiblen akustischen Rohr 14 kein unerwünschtes Rauschen in das Mikrophon einleitet.
Ein geschirmtes Kabel 54A mit einem kleinen Durchmesser wird eingesetzt, um das Mikrophon 54 mit dem elektronischen Schaltkreis in dem Elektronikgehäuse 16 zu verbinden. Das geschirmte Kabel verhindert, daß irgendein Radiofrequenzfremdrauschen durch den Mikrophonschaltkreis aufgenommen wird. Das Mikrophonkabel 54A weist vorzugsweise einen Durchmesser auf, der klein genug ist, um flexibel zu bleiben, so daß das Verbiegen oder flexible Verformen des flexiblen akustischen Rohrs 14 keine Spannung an dem Mikrophon und/oder der Schaltung innerhalb des Elektronikgehäuses 16 hervorruft. Wie in 9C gezeigt ist, ist das geschirmte Kabel 54 innerhalb des Materials für das flexible akustische Rohr 14 eingebettet. Alternativ könnte das geschirmte Kabel 54A durch die akustische Leitung 62 aus dem offenen Ende 68 verlaufen und dann mit dem Schaltkreis in dem Elektronikgehäuse 16 elektrisch verbunden sein.
Das in dem Rohr 14A hängend gehaltene Mikrophon 54 ermöglicht es, die Resonanzfrequenzeigenschaften der in den 9 und 9A gezeigten akustischen Struktur zu bewahren, während das Fremdrauschen reduziert wird, das in das Mikrophon über die Längen der akustischen Leitungen 63 und 64 bei der zweiten akustischen Struktur eingeleitet werden kann, wie in den 9 und 9A dargestellt ist. Durch die Membran in dem Bruststück 12 eingeleitete Geräusche können von dem Mikrophon ohne Verzerrung detektiert werden, weil große Bewegungen der Luft in der akustischen Leitung 14A an dem Mikrophon vorbei durch den Schaum 54B hindurch verlaufen und eher durch das offene Ende 68 der akustischen Leitung 62 hindurch entweichen werden, als daß ein übermäßiger Druck am Mikrophon erzeugt wird.
Außerdem werden Geräusche, die durch die Membran des Bruststücks 12 eingeleitete werden, in der Kammer, die durch die akustischen Leitungen 62 und 64 gebildet ist, mitschwin gen können, und diese Resonanzgeräusche können von dem Mikrophon aufgenommen werden, um das natürliche und vertraute Geräusch, wie in der zweiten akustischen Struktur hervorzurufen, das von akustischen Stethoskopen, hervorgerufen wird. Auf diese Weise stören Geräusche mit einer niedrigen Frequenz und hoher Intensität von der Membran 15 nicht den Betrieb des elektronischen Stethoskops.
Die dritte akustische Struktur liefert einige zusätzliche Vorteile. Indem das Mikrophon in der Nähe des Bruststücks plaziert wird, hat als erstes das Mikrophon eine gegenüber Rauschen erheblich reduzierte Empfindlichkeit, wleches Rauschen von dem Teil des flexiblen akustischen Rohrs 14 zwischen dem Mikrophon und dem Elektronikgehäuse eingeleitet wird. Folglich wird Fremdrauschen nicht aufgenommen und nicht mit den gewünschten Herz- und/oder Lungengeräuschen verstärkt. Auf ähnliche Weise bildet Fremdrauschen, das durch irgend etwas hervorgerufen wird, das mit dem flexiblen akustischen Rohr 14 in Kontakt kommt (beispielsweise die Finger des Benutzers), keine unerwünschten Signale, die das Mikrophon erreichen und anschließend verstärkt werden. Es stellte sich heraus, daß im größeren Maß als bei der zweiten akustischen Struktur Fremdrauschen, das zwischen dem Bruststück und dem Mikrophonwandler aufgenommen werden könnte, oder ein Rauschen reduziert wird, das durch den Kontakt mit dem flexiblen akustischen Rohr 14 erzeugt werden könnte.
In allen anderen Gesichtspunkten, einschließlich der Bestimmung der Resonanzfrequenz und des Varüerens der Länge der akustischen Leitungen zum Variieren der Resonanzfrequenz, arbeitet die dritte akustische Struktur auf die gleiche Weise wie die zweite akustische Struktur. Bei einer Ausführung der dritten akustischen Struktur sind die akustischen Leitungen 62 und 64 annähernd 30,5 cm lang, und der akustische Weg innerhalb des Bruststücks 12 ist annähernd 2,5 cm lang. Die Resonanzfrequenz dieser gesamten akustischen Kammer, die durch das Bruststück und die beiden akustischen Leitungen gebildet ist, liegt bei annähernd 136 Hz. Es stellte sich heraus, daß die Längen der akustischen Leitungen bei dieser Ausführung ein „normales" Geräusch und ein einen geübten Benutzer von akustischen Stethoskopen vertrautes Geräusch liefern. Die Resonanzfrequenz liegt innerhalb des Bereichs von herkömmlichen akustischen Stethoskopen, die für einen Herzeinsatz geeignet sind.
Die dritte akustische Struktur kann auch Öffnungen 26A, 30A in den jeweiligen Binauralen 28, 30 umfassen. Die Öffnungen dienen dazu, einen überschüssigen Luftdruck in den Binauralen 28 und 30 zu reduzieren, der durch den Wandler 70 und/oder durch einen statischen Druck erzeugt wird, der sich bildet, wenn die Ohrenstücke an den Ohren des Benutzers geschlossen werden, um dadurch irgendeine Verzerrung zu verringern, welche die Ohren des Benutzers erreichen könnte. Die Öffnungen 26A und 30A können auch in der zweiten akustischen Struktur eingearbeitet sein, die in den 9 und 9A dargestellt ist.
Ein weiteres Merkmal des elektronischen Stethoskops besteht in dem Ein-/Ausschalter 75, der in den 10 und 11 dargestellt ist. Wie in den 10 und 11 dargestellt ist, enthält das Feder- und Schaltergehäuse 26 eine Feder 74 mit Enden, die jeweils an jedem Binaural angebracht sind, wobei die Feder einen Schließdruck dem Binaural mitteilt, so daß die Binaurale 28 und 30 in der Richtung der Pfeile 76 und 78 kontinuierlich aufeinander zu gedrückt werden. Zwei Beryllium-Kupfer-Kontakte 80 und 02 dienen als Schalterpole und sind innerhakb des Feder- und Schaltergehäuses 26 eingearbeitet. Ein Draht 84 ist mit einem Kontakt 80 verbunden und verläuft von dem Kontakt 80 außerhalb des Binaurals 28 und durch die erste akustische Leitung 22 hindurch zum Schaltkreis, der in dem Elektronikgehäuse 16 enthalten ist. Ein Draht 86 ist mit dem Kontakt 82 verbunden und verläuft außerhalb des Binaurals 30 durch die akustische Leitung 24 zum elektronischen Schaltkreis, der in dem Elektronikgehäuse 16 untergebracht ist. Wenn die Binaurale aus ihrer Ruheposition längs der Richtung der Pfeile 80 und 90, wie in 11 gezeigt ist, auseinandergezogen werden, um in die Ohren des Benutzers plaziert zu werden, berühren sich die Kontaktpunkte 92 und 94, womit der elektronische Schaltkreis eingeschaltet oder geschlossen wird, der in dem Elektronikgehäuse 16 untergebracht ist. Wenn der Benutzer das Stethoskop von seinen oder ihren Ohren entfernt und die Feder 74 die Binaurale aufeinander zu schließt, werden die Kontakte 92 und 94 getrennt und der Schaltkreis wird ausgeschaltet.
Die symmetrische Form der Kontakte ermöglicht eine einfache Herstellung. Zudem lassen die rechtwinklig geformten Kontakte 92 und 94 eine genaue Kontrolle über den „Einschalt"-Punkt zu. Schließlich läßt die Kontaktform einen großen Wegbereich nach dem Einschaltpunkt zu. Sobald die Kontaktpunkte 92 und 94 der Kontakte 80 bzw. 82 sich als erstes berühren, werden die Kontakte 80 und 82 sich einfach verbiegen, wenn die Binaurale weiter in Richtung der Pfeile 80 und 90 auseinander gedrückt werden. Auf diese Weise veranlaßt eine weitere Trennung der Binaurale in Richtung der Pfeile 88 und 90 keine Beschädigung des Ein-/Ausschalters oder keine Unterbrechung des Energieflusses zum elektronischen Schaltkreis.
Diese Schalterkonfiguration liefert zahlreiche Vorteile. Erstens eliminiert sie die Notwendigkeit von Zeitschaltkreisen (die automatisch den elektronischen Schaltkreis nach einer vorbestimmten Nichtgebrauchszeit abschaltet) und von manuellen Ein-/Ausschaltern. Zweitens eliminiert sie die Notwendigkeit für Bereitschaftsstöme, welche die Batterie über die Betriebszeit hinaus entladen. Zudem werden der Schalter und das Stethoskop durch den normalen Gebrauch aktiviert und müssen von dem Benutzer nicht anders bedient werden, wie wenn ein akustisches Stethoskop genutzt wird. Durch einfaches Weiten der Binaurale wird das Stethoskop eingeschaltet, oder das Schließen der Binaurale ermöglicht das Abschalten des Stethoskops.
Bei einer Ausführung der Erfindung wird der Schalter 75 aktiviert, wenn ein Abstand von 10 cm zwischen den Ohrenstücken 36 und 38 der Binaurale vorliegt. Es wurde herausgefunden, daß ein Abstand von 10 cm das elektronische Stethoskop einschaltet, bevor es auf einen Kopf eines Menschen gesetzt ist, wobei zur gleichen Zeit sichergestellt ist, daß eine kleine (beispielsweise zufällige) Trennung der Binaurale das Stethoskop nicht einschalten läßt und die Batterie nicht versehentlich entladen wird.
Ein zusätzlicher Vorteil der Feder-Schalter-Anordnung 75 besteht darin, daß sie den Benutzer davor schützt, einem Übergangssignal ausgesetzt zu sein, das sich durch das Liefern hoher Energie an eine stark verstärkten Schaltung ergibt. Dieser Übergang könnte eine Verletzung hervorrufen, falls die Ohrenstücke 36 und 38 bereits dicht an den Ohrkanälen des Benutzers anliegen. Da Energie den Schaltungen durch den Federschalter 75 mitgeteilt wird, bevor die Ohrenstücke die Ohren des Benutzers erreichen, wird jegliches Übergangsrauschen bereits erfolgt sein und von dem Benutzer nicht hörbar sein.
Die Feder 74 kann aus Phosphor-Bronze oder aus einem Feder-Stahl gefertigt sein, welcher seine ursprüngliche Form nach einem Biegevorgang beibehalten kann. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Stethoskop müssen die Ohrenstücke 36 und 38 nicht dicht mit den Ohrkanälen des Benutzers verbunden werden, weil eine Verstärkungsregelung vorgesehen ist. Folglich kann die Feder 74 eine geringere Feder-Konstante als Federn von herkömmlichen akustischen Stethoskopen aufweisen, womit das erfindungsgemäße elektronische Stethoskop im Hinblick auf einen längerdauernden Einsatz weitaus bequemer ist. Bei einer Ausführung liefert die Feder 74 eine Kraft von 0,5 bis 0,6 Pfund, wenn die Binaurale um 10 bis 30 cm getrennt werden.
Es wird nun auf 11A und 11B Bezug genommen, die eine alternative Ausführung des Ein-/Ausschalters darstellen. Wie in den 11A und 11B dargestellt ist, enthält das Federund Schaltergehäuse 26 eine Feder 74 mit Enden, die an dem jeweiligen Binaural angebracht sind, wobei die Feder 74 den Schließdruck auf das Binaural ausübt, so daß die Binaurale 28 und 30 kontinuierlich aufeinander zu in Richtung der Pfeile 76 und 80 gedrängt werden. Ein elektrischer Isolator 74A ist zwischen der Feder 74 und einem ersten Beryllium-Kupfer-Kontakt 80A angeordnet. Ein zweiter Beryllium-Kupfer-Kontakt 82A ist innerhalb eines Gehäuses 26 angeordnet und von dem Kontakt 80A in einem Abstand positioniert. Ein separater Isolator 74B kann zwischen dem Kontakt 82A und der Feder 74 angeordnet sein. Alternativ kann sich der Isolator 74A längs der gesamten Feder 74 erstrecken. Wie bei der Ausführung der Feder gemäß der 10 und 11 dargestellt ist, ist ein Draht 84 mit dem Kontakt 80A und ein Draht 86 mit dem Kontakt 82A verbunden. Wenn die Binaurale aus ihrer Ruheposition in Richtung der Pfeile 88 und 90 auseinander gezogen werden, wie in 11 gezeigt ist, um an den Ohren des Benutzers plaziert zu werden, berührt der Kontakt 82A den Kontakt 80A, was den elektronischen Schaltkreis schließt oder einschaltet, der in dem Elektronikgehäuse 16 untergebracht ist. Wenn der Benutzer das Stethoskop von seiner oder ihren Ohren abnimmt und die Feder 74 die Binaurale aufeinander zu schließt, werden die Kontakte 80A und 82A getrennt, und der Schaltkreis wird abgeschaltet.
Die Ausführung des in den 11A und 11 B gezeigten Feder-Schalters liefert auch einen genauen Einschalt-Punkt, wie bei der Ausführung gemäß den 10 und 11. Sobald der Kontakt 82A den Kontakt 80A berührt, bewegt sich ein Kontaktpunkt 94A längs des Kontakts 80A, während eine elektrische Verbindung sogar dann beibehalten wird, wenn die Binaurale weit über ihren Einschalt-Punkt bei einem annähernd 4 Zoll-Abstand hinaus getrennt werden. Folglich arbeitet der Feder-Schalter-Mechanismus konsistent und zuverlässig für viele verschiedene Kopfgrößen. Vorzugsweise ist die Feder aus einem Federstahl gefertigt, weil sie damit ihre ursprüngliche Form beibehalten kann, sogar nachdem sie verbogen wurde. Im Hinblick auf alle anderen Gesichtspunkte liefert die Feder-Schalter-Konfiguration gemäß den 11A und 11B alle die gleichen Vorteile wie die Schalterkonfiguration gemäß den 10 und 11.
Es wird nun Bezug genommen auf 12, die ein Blockschaltbild des in dem Elektronikgehäuse 16 untergebrachten Schaltkreises darstellt, durch den das erfindungsgemäße elektronische Stethoskop zahlreiche diagnostische Funktionen durchführen kann.
Der Schaltkreis 98 gemäß 12 umfaßt zahlreiche Abschnitte. Ein Eingangsabschnitt 100 wird genutzt, um elektronische Signale zu konditionieren. Ein Verarbeitungsabschnitt 102 verarbeitet die elektronischen Signale von dem Eingangsabschnitt, die von einem Mikrophon 54 gemäß der besonderen ausgewählten diagnostischen Funktion bereitgestellt sind. Ein Ausgangsabschnitt 104 empfängt die verarbeiteten Signale von dem Verarbeitungsabschnitt 102 und stellt jegliches notwendige Puffern und Filtern des Signals bereit, bevor das Ausgangssignal dem Lautsprecher 70 zugesandt wird. Ein Steuerabschnitt 106 liefert ein Steuersignal zum Steuern des Betriebs des Verarbeitungsabschnitts 102. Jeder der Abschnitte wird nun im Detail erläutert werden.
Der Eingangsabschnitt 100 empfängt ein elektronisches Signal von dem Mikrophon 54 über einen Dämpfungs- oder Pufferverstärker 110. Von dem Dämpfungsverstärker 110 wird das Signal zu einem EingangsBandpassfilter 112. Das EingangsBandpassfilter 112 ist ein analoges Filter mit einem Durchlaßband zwischen 20 und 1600 Hz. Dieses Durchlaßband ist das nominale Durchlaßband für Herz- und Atemgeräusche. Signale mit Frequenzen unter 20 Hz sind für das menschliche Ohr nicht hörbar, und eine Verstärkungsregelung dieser Subaudio-Signale würde eine übermäßige Verstärkungsregelungsenergie verbrauchen, und daher werden Signale mit einer Frequenz unterhalb von 20 Hz herausgefiltert. Der Ausgang des Bandpassfilters 112 ist über einen Draht mit einer Sender-Empfängerschnittstelle 114 verbunden. Die Sender-Empfängerschnittstelle 114 umfaßt einen normalerweise geschlossenen Schalter 116, der unter normalen Bedingungen das Signal von dem Bandpassfilter 112 zu dem Eingang 118 des Verarbeitungsabschnitts 102 passieren läßt. Die Sender-Empfängerschnittstelle 114 schafft eine Schnittstelle, die es dem elektronischen Stethoskop ermöglicht, Signale an weitere Vorrichtungen, wie einem zweiten elektronischen Stethoskop, zu senden, oder ermöglicht es dem elektronischen Stethoskop, Signale von einer weiteren Vorrichtung, wie einem zweiten elektronischen Stethoskop zu empfangen, damit mehr als ein Benutzer zuhören und an der Diagnose der gleichen biologischen Aktivität teilhaben kann. Die Verbindung zwischen dem elektronischen Stethoskop kann über einen Draht oder drahtlos realisiert sein. Wenn ein Sender-Empfänger an die Sender-Empfängerschnittstelle angeschlossen wird, und der Sender-Empfänger ein Signal empfängt, wird das Signal von dem Bruststück 12 von dem Verarbeitungsabschnitt 102 getrennt, um eine Interferenz zu vermeiden. Wenn ein Sender-Empfänger an die Sender-Empfängerschnittstelle 114 angeschlossen wird, und der Sender-Empfänger ein Signal überträgt, leitet ein Schaltkreis in dem Sender-Empfänger das Signal von dem Bruststück 12 zum Verarbeitungsabschnitt 102. Die Sender-Empfängerschnittstelle 114 läßt auch zu, ein Signal, das von dem Bruststück 12 detektiert ist, für eine spätere Diagnose zu speichern. Auf die gleiche Weise kann das vorgespeicherte Signal dem Verarbeitungsabschnitt 102 für eine Diagnose durch einen Benutzer zugeführt werden.
Ein Sender-Empfänger, wie der Sender-Empfänger 120, kann verwendet werden, um die Signale, die von dem elektronischen Stethoskop detektiert sind, an eine entfernte Stelle zu übertragen oder Signale von einer entfernten Quelle zu empfangen. Der Sender-Empfänger 120 kann ein Infrarot- oder Radiofrequenz-Sender-Empfänger sein. Der Sender-Empfänger kann Signale nur senden, nur empfangen oder Signale senden und empfangen. Ein Infrarot-Sender-Empfänger ist bevorzugt, weil Infrarotsignale andere Radiofrequenzvorrichtungen nicht beeinflussen und sich von Radiofrequenzen anderer Einrichtungen nicht beeinflussen lassen. Eine Interferenz ist insbesondere in Krankenhausumgebungen zu beachten, wo viele Radiofrequenzvorrichtungen verwendet werden. Da eine Infrarotübertragung eine „Sichtlinie" erfordert, beeinflußt diese Übertragung Vorrichtungen nicht, die sich beispielsweise in anderen Räumen befinden. Der Gebrauch eines Sender-Empfängers, wie des Sender-Empfängers 120, ermöglicht dem elektronischen Stethoskop, elektronische Signale drahtlos zu übersenden und zu empfangen.
Das Signal von entweder dem Eingangsbandpassfilter 112 oder dem Sender-Empfänger 120 wird dem Eingang 118 des Verarbeitungsabschnitts 102 zugesandt. Der Verarbeitungsabschnitts 102 unter der Kontrolles des Steuerabschnitts 106 verarbeitet die elektronischen Signale, die am Eingang 118 empfangen werden, und liefert diese Signale zum Ausgang 119.
Der Verarbeitungsabschnitt 102 hat vier Betriebsmodi. Jeder Modus wird separat erläutert werden.
Wenn der „normale" Modus gewählt ist, ahmt der akustische Ausgang des elektronischen Stethoskops den Ausgang eines herkömmlichen akustischen Stethoskops nach. Bei einem normalen Modus liefert der Verarbeitungsschaltkreis eine im wesentlichen flache Frequenzantwort zwischen 20 und 1600 Hz, wobei Geräusche außerhalb des Durchlaßbandes herausge filtert werden. Im normalen Betriebsmodus durchläuft das Signal von dem Eingang 118 nur den Selektor 122 (von Leitung 123), bevor es an den Ausgangsabschnitt 104 auf der Leitung 124 übertragen wird. Das EingangsBandpassfilter 112 entfernt die harmonischen Resonanzen, die durch das akustische Rohr des Stethoskops erzeugt wurden, welches Rohr unerwünschte Geräusche außerhalb des gewünschten Durchlassbands aufnehmen kann. Folglich hört der Benutzer im wesentlichen nur die Geräusche, die durch das Herz und die Lungen erzeugt wurden, welche Geräusche Spektraleigenschaften aufweisen, die durch die akustische Struktur des Stethoskops bestimmt sind.
Wenn der „Atmungs"-Modus gewählt ist, liefert das elektronische Stethoskop akustische Signale, die im wesentlichen von den Lungen erzeugt sind. Im Atem-Modus wird das Signal von dem Eingang 118 entgalt der Leitung 125 einem digitalen Butterworth Hochpassfilter 126 vierter Ordnung zugesandt, der eine Eckfrequenz von annähernd 140 Hz aufweist. Das nominale Durchlaßband für normale und anormale menschliche Atemgeräusche liegt annähernd bei 140 bis 1600 Hz. Es wurde bestimmt, daß die Eckfrequenz des Hochpassfilters 126 in dem Bereich von 100 bis 300 Hz liegen sollte. Es wurde herausgefunden, daß eine Eckfrequenz von annähernd 140 Hz ein praktikabler Kompromiß zwischen der Notwendigkeit, Fremdsignale zu vermeiden und Signal einzuschließen, die eine wesentliche diagnostische Information enthalten. Die Ausgabe des Hochpassfilters 126 wird längs einer Leitung 127 über einen Selektor 128 entlang einer Leitung 130 zu einem Ausgangsabschnitt 104 geleitet. Im Atmungs-Modus hört der Benutzer im wesentlichen nur akustische Geräusche, die von der biologischen Aktivität der Lungen erzeugt werden.
Wenn der „Herz"-Modus gewählt ist, enthält die akustische Ausgabe des elektronischen Stethoskops im wesentlichen nur akustische Signale, die durch die biologische Aktivität des Herzens erzeugt werden. Im Herz-Modus verläuft das Signal von dem Eingang 118 längs einer Leitung 132 durch einen Selektor 134 und eine Leitung 136 zu einem digitalen Butterworth Niedrigpassfilter 138 vierter Ordnung. Die Ausgabe des Filters wird entlang einer Leitung 140 zu einem Verarbeitungsabschnitt 104 gesendet. Das Niedrigpassfilter 138 ist mit einer Eckfrequenz von annähernd 480 Hz festgelegt. Das nominale Durchläßband für normale Herztöne und anormale Herzgeräusche liegt zwischen annähernd 20 und 600 Hz. Es wurde bestimmt, daß die Eckfrequenz des Niedrigpassfilters 138 in dem Bereich von 400 bis 600 Hz sein sollte. Es wurde herausgefunden, daß eine Eckfrequenz von annähernd 480 Hz einen praktikablen Kompromiß zwischen der Notwendigkeit, Fremdsignale zu vermeiden, und der Notwendigkeit bietet, Signale einzuschließen, die eine wesentliche diagnostische Information enthalten. Aufgrund der Filterung durch das Niedrigpassfilter 138 in dem Herz-Modus hört der Benutzer im wesentlichen nur die Geräusche, die durch die biologische Aktivität des Herzens erzeugt werden.
Wenn der „Geräusch-, insbesondere Herzgeräusch,-Verstärkungs"-Modus ausgewählt ist, verstärkt das elektronische Stethoskop überproportional akustische Signale, die durch normale oder anormale Herzaktivität erzeugt werden. Beim Geräusch-Verstärkungs-Modus wird das elektronische Signal am Eingang 118 entlang einer Leitung 140 zu einem Schaltkreis 142 zur automatischen Verstärkungsregelung gesendet. Von dem Schaltkreis 142 zur automatischen Verstärkungsregelung durchläuft das Signal einen Selektor 144 entlang einer Leitung 146 zu einem Niedrigpassfilter 138. Im Geräusch-Verstärkungs-Modus werden sowohl der Geräuschschaltkreis 142 zur automatischen Verstärkungsregelung als auch das Niedrigpassfilter 138 verwendet, so daß der Benutzer im wesentlichen nur verstärkte anormale Herztöne (d. h. Herzgeräusche) und normale Herzgeräusche (d. h. sogenannte dominante oder erste und zweite Herztöne) hört. Dieser Modus liefert eine überproportionale Verstärkungsregelung von Herzgeräuschen gegenüber dominanten Herztönen, um damit eine Herzgeräusch-Diagnose zu verbessern.
Herzgeräusche sind Geräusche, die durch Anomalien am Herzen erzeugt werden. Üblicherweise haben Herzgeräusche eine sehr geringe Intensität im Vergleich zu ersten und zweiten Herztönen. Herzgeräusche können oft innerhalb weniger Millisekunden zu Beginn oder am Ende der ersten oder zweiten Herztöne auftreten. Im Herzgeräusch-Verstärkungsregelungsmodus umfaßt das Ausgangssignal auf einer Leitung 140 ein Signal der ersten und zweiten Herztöne mit einer leichten Verstärkung, wobei Niedrigniveau-Herztöne, wie die Herzgeräusche, auf ein Niveau verstärkt werden, das sie deutlich hörbar verglichen mit den dominanten Herztönen macht. Bei dem Herzgeräusch-Verstärkungsmodus wird der zeitliche Verlauf oder das Timing zwischen den Frequenzeigenschaften des ersten, des zweiten und der anormalen Herzgeräusche vom Eingang 118 zum Ausgang des Niedrigpassfilters 138 bewahrt (und über den gesamten Signalweg des elektronischen Stethoskops). Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil der zeitliche Verlauf des Herzgeräusches relativ zu den ersten und zweiten Herztönen ein wichtiger Faktor bei der Diagnose einer Herz-Anomalie sein kann. Zudem liefert das Bewahren der Frequenzeigenschaften der normalen Herztöne und anormalen Herzgeräusche vertraute Geräusche, welche ein Benutzer geübt und gewöhnt ist zu hören.
Um dieses Ergebnis zu erreichen, hat die Zeitkonstante des Schaltkreises 142 zur automatischen Verstärkungsregelung eine relativ kurze Dauer. Die Zeitkonstante sollte derart festgelegt werden, daß sie lang genug ist, um ein Einführen irgendeiner bemerkbaren Verzerrung in die von dem Benutzer gehörten Geräusche zu vermeiden. Zudem sollte die Zeitkonstante kurz genug sein, so daß der Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung auf eine schnelle Änderung des Lautstärkeniveaus auf der Leitung 140 ansprechen kann, welche Änderung sich aus dem Übergang zwischen dominanten Herztönen und Herzgeräuschen ergibt. Es wurde herausgefunden, daß eine Zeitkonstante, die einen Bereich von 5 bis 100 Millisekunden aufweist und um 10 Millisekunden gemittelt ist, ein praktikabler Ausgleich zwischen den Anforderungen für die Zeitkonstante liefert. Eine Zeitkonstante von 10 Millisekunden ermöglicht es dem Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung, normale Herztöne und Herzgeräusche ausfindig zu machen, damit eine Verstärkung für jedes Signal bereitgestellt wird, so daß der Ausgang des Schaltkreises 142 zur automatischen Verstärkungsregelung auf der Leitung 146 leicht verstärkte normale Herztöne und deutlich hörbare Herzgeräusche enthält. Die kurze Zeitkonstante ermöglicht es dem Schaltkreis 142 zur automatischen Verstärkungsregelung, das Ausgabeniveau für ein Herzgeräusch niedrigen Niveaus zu erhöhen, das unmittelbar nach einem relativ lauten dominanten Herzton auftritt, indem schnell auf das Abklingen des normalen Herztonsignals angesprochen wird. Auf ähnliche Weise ermöglicht die relativ kurze Zeitkonstante, daß der Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung schnell auf das erhöhte Lautstärkeniveau eines dominanten Herztons anspricht, der einem Geräusch niedrigen Niveaus folgt, und die Verstärkung dementsprechend reduziert wird, so daß der relativ laute normale Herzton nicht wesentlich verstärkt wird und jegliche sich ergebende Verzerrung im wesentlichen unhörbar ist.
Da die Geräusche ein extrem niedriges Intensitätsniveau aufweisen können, und der Schaltkreis 142 zur automatischen Verstärkungsregelung nur eine festgelegte maximale Verstärkung bereitstellen kann, können nicht alle Geräusche auf ein Niveau verstärkt werden, das im wesentlichen dem von dominanten Herztönen entspricht. Daher liefert der Schaltkreis 142 zur automatischen Verstärkungsregelung die Geräusche niedrigen Niveaus mit einer maximalen Verstärkung, um den Unterschied in dem Intensitätsniveau zwischen den Geräuschen und den dominanten Herztönen zu reduzieren. Darunter soll eine überproportionale Verstärkung verstanden werden.
Es wird nun auf 12A und 12B Bezug genommen, die alternative Schatlkreise zum Bereitstellen einer Geräuschverstärkungsfunktion darstellen und die nicht zur Erfindung gehören. Der Schaltkreis 142, der in 12A dargestellt ist, nutzt einen Verstärker 202 mit variabler Verstärkungsregelung, dem ein Schwellenbegrenzer 204 folgt. Der Verstärker 202 variabler Verstärkungsregelung verstärkt alle Signale von dem Bandpassfilter 112. Die verstärkten Signale werden anschließend dem Schwellenbegrenzer 204 zugesandt, der eine vorab festgelegte Schwelle aufweist. Wenn die dominanten Herztöne die Schwelle des Begrenzers erreichen, wird deren weitere Verstärkung verhindert. Indessen wird die Verstärkungsregelung des Verstärkers 202 variabler Verstärkung festgelegt, um das Niveau der Geräusche niedrigen Niveaus zu erhöhen, wobei die Ausgangslautstärke der dominanten Herztöne konstant gehalten wird. Obwohl dieser Schaltkreis die gewünschte Geräuschverstärkungsfiunktion erfüllt, wenn die dominanten Herztöne die Schwelle des Schwellenbegrenzers eneichen und die Verstärkungsregelung des Verstärkers 202 variabler Verstärkung erhöht wird, kann das Begrenzen der dominanten Herztöne eine hörbare Verzerrng bewirken.
Der in 12B dargestellt Schaltkreis 142 nutzt einen analogen Schaltkreis 252 zur automatischen Verstärkungsregelung, dem ein logarithmischer Kompressor 254 folgt. Der Schaltkreis 252 zur automatischen Verstärkungsregelung liefert ein konstantes Durchschnittsausgangs-Lautstärkeniveau, das von dem Niveau des Eingangssignals abhängt. Um die gewünschte Übergangsantwort zu erreichen, werden das nominale Lautstärkeniveau, die Zeitkonstante und die maximale Verstärkung, welche vorgesehen wird, wenn ein niedriges Niveau oder kein Eingangssignal vorliegt, festgesetzt. Folglich normalisiert der Schaltkreis 152 zur automatischen Verstärkungsregelung das Eingangssignal, so daß das dem logarithmischen Kompressor zugeführte Signal ein im wesentlichen konstantes Niveau aufweist. Die Zeitkonstante des Schaltkreises zur automatischen Verstärkungsregelung wird auf eine Dauer von einigen Sekunden festgelegt, so daß mehrere Herzschläge umfaßt sind. Die Ausgabe der Schaltung 252 zur automatischen Verstärkungsregelung ist daher eine gestaffelte Darstellung des Eingangssignals. Der logarithmische Kompressor 254 arbeitet auf eine logarithmische Weise, um das von dem Schaltkreis 252 zur automatischen Verstärkungsregelung gelieferte Signal zu komprimieren, um die Signale niedrigen Niveaus hervorzuheben.
Obwohl der Schaltkreis gemäß 12B zum Durchführen der gewünschten Geräuschverstärkungsfunktion arbeitet, unterliegt er ebenfalls an den gleichen Begrenzungen wie der Schaltkreis 142 gemäß 12A. Da zudem eine relativ lange Zeitkonstante verwendet wird, um das Signalniveau, das von dem Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung geliefert ist, zu normalisieren, ist es für den Benutzer möglich, den Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung arbeiten zu hören. Beispielsweise kann der Benutzer zuerst das Niveau der Herztöne bei einem Niveau hören, während die Zeitkonstante des Schaltkreises zur automatischen Verstärkungsregelung das normalisierte Ausgabeniveau festlegt. Sobald das normalisierte Ausgabeniveau festgelegt ist, kann sich die von dem Benutzer gehörte Lautstärke ändern.
Ein Fachmann möge erkennen, daß der Verstärker 202 variabler Verstärkung und der logarithmische Kompressor 254 auch in Kombination verwendet werden könnten, um die Geräuschverstärkungsfunktion zu erfüllen. Ein Fachmann möge auch erkennen, daß der Schaltkreis 252 zur automatischen Verstärkungsregelung und der Schwellenbegrenzer 204 auch in Kombination verwendet werden könnten, um die Geräuschverstärkungsfunktion zu erfüllen.
Obwohl der Betrieb des Geräuschverstärkungsschaltkreises für den Fall erläutert worden ist, bei dem anormale Herzgeräusche ein niedrigeres Niveau als normale Herztöne aufweisen, kann es Situationen geben, bei denen die anormalen Herzgeräusche tatsächlich lauter als die normalen Herztöne sind. In diesem Fall arbeitet der Geräuschverstärkungsschaltkreis dahingehend, daß die normalen Herztöne verstärkt werden und eine relativ geringe Verstärkung für die anormalen Geräusche bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann der Schaltkreis eine Verstärkung für die anormalen Herzgeräusche oder die normalen Herztöne abhängig davon bereitstellen, welches Geräusch oder welcher Ton eine geringere Intensität aufweist.
Ein Fachmann möge erkennen, daß, obwohl das Filter 138 mit dem Ausgang des Schaltkreises 142 zur automatischen Verstärkungsregelung bei der dargestellten Ausführung verbunden ist, diese Einrichtungen derart verbunden sein könnten, daß das Signal durch ein Filter 138 gefiltert wird und anschließend durch den Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung verstärkungsgeregelt wird. Auf die gleiche Weise können die Schaltkreise gemäß den 12A und 12B vor oder nach dem Filter 138 angeordnet sein.
Im Geräuschverstärkungsmodus kann die Eckfrequenz des Niedrigpassfilters 138 die gleiche Eckfrequenz des Herz-Modus-Betriebs des Stethoskops sein. Alternativ kann die Eckfrequenz des Niedrigpassfilters 138, wenn das Stethoskop in dem Geräuschverstärkungsmodus betrieben wird, zur Eckfrequenz unterschiedlich sein, die im Herz-Modus verwendet wird. Die Eckfrequenz für das Niedrigpassfilter 138 kann bei irgendeiner Frequenz zwischen der Herz-Eckfrequenz und der gesamten Bandbreite für das elektronische Stethoskop (annähernd 1600 Hz) bei einer Ausführung festgelegt werden. Falls beispielsweise im Geräuschverstärkungsmodus die Eckfrequenz des Niedrigpassfilters 138 auf 1600 Hz festgelegt ist, können die Herzfrequenztöne, wie diejenigen durch prothetische Herzwerte hervorgerufene Geräusche, überwacht werden. Wie später erläutert wird, wird ein Takt-/Oszillatorschaltkreis 178 verwendet, um ein Steuersignal zu liefern, das die Eckfrequenz des Niedrigpassfilters 138 ändert. Folglich können die Eckfrequenzen des Filters (beispielsweise Filter 126 und Filter 138) im Verarbeitungsabschnitt 104 unabhängig für jeden Betriebsmodus des elektronischen Stethoskops festgelegt werden.
Der Ausgang bei 119 des Verarbeitungsabschnitts 102 ist mit Widerständen 150 und 152 versehen, die mit dem Eingang eines Summierers 154 gekoppelt sind. Der Ausgang des Summierers 154 verläuft durch ein Niedrigpassfilter zweiter Ordnung, der eine Eckfrequenz von annähernd 1600 Hz aufweist, um ein Durchlaufen von Fremdrauschen durch den Schaltkreis hindurch zum Benutzer weiter zu beschränken. Von dem Filter 156 gelangt das Signal zur Verstärkungssteuerung (die eine über einen Steuerknopf 18 eingestellte Verstärkung aufweist) und zu einem Ausgangslautstärkebegrenzer 158, der einen Begrenzer mit einer einstellbaren Schwelle aufweist, die vorab einstellbar ist. Die Schwelle ist derart eingestellt, daß Geräusche, die in das Bruststück eingeleitet werden, beispielsweise laute Stimmen, die von dem Bruststück an einer harten Fläche abschallen oder lautes Umgebungsrauschen, ein gewisses Niveau nicht überschreiten können, das möglicherweise die Ohren des Benutzers verletzen könnte. Von dem Ausgangslautstärkebegrenzer wird das Signal durch einen Lautsprechertreiberverstärker 160 verstärkt und anschließend dem Lautsprecher 70 zugeführt.
Der Verarbeitungsabschnitt 102 wird durch einen Steuerungsabschnitt 106 gesteuert. Der Steuerungsabschnitt 106 umfaßt zahlreiche Modusschalter 40–43, die mit einem Schalterdecoder 170 gekoppelt sind. Jeder Betriebsmodus des elektronischen Stethoskops wird durch ein kurzzeitiges Drücken des entsprechenden Modusschalters ausgewählt. Der Schalterdecoder 170 spricht auf die Aktivierung der Modusschalter 40–43 an, um jeweils Selektoren 122, 128, 144 und 134 zu aktivieren, damit der gewünschte Betriebsmodus über eine Steuerleitung 172 bereitgestellt wird. Das Steuersignal von dem Schalterdecoder 170 an der Steuerleitung 172 wird ebenfalls einem Schaltkreis 174 zur Steuerung einer Modusanzeigeeinrichtung zugeführt, der die Anzeigeeinrichtungen 20, 21, 23 bzw. 25 abhängig von dem ausgewählten Modus mit Energie versorgt. Die einzelne Anzeigeeinrichtung wird für den jeweiligen Betriebsmodus erleuchtet. Ein Niedrigbatterie-Blinksignal 176 wird auch dem Schaltkreis 174 zum Steuern der Anzeigeeinrichtung zugeführt, wodurch der Schaltkreis 174 zum Steuern der Modusanzeigeeinrichtung die derzeit erleuchtete Anzeigeeinrichtung blinken läßt, wenn die Batteriespannung unter ein vorbestimmtes Niveau fällt. Das Signal kann auch dazu verwendet werden, den Ausgangsabschnitt 104 zu steuern, damit ein Audiosignal geliefert wird, wenn die Batteriespannung unter das vorbestimmte Niveau fällt. Es wurde eine Schwelle von 1,0 Volt gewählt, weil das Stethoskop für mehrere Stunden weiterarbeiten kann, wenn die Energeiversorgung dieses Niveau erreicht. Dabei wird ein Warnsignal dem Benutzer dahingehend mitgeteilt, daß, obwohl die Spannungsversorgung gering ist, ausreichend Energie für ein paar zusätzliche Betriebsstunden zur Verfügung steht. Diese Art der Warnung ist insofern von Vorteil, als der Benutzer gewarnt wird, bevor das Stethoskop tatsächlich seinen Betrieb einstellt, was insbesondere in Notfallsituationen von Bedeutung ist. Auch ein vertrauter Betriebsmodus wird bereitgestellt, weil akustische Stethoskope nicht einfach aufhören zu arbeiten, wodurch der Betrieb des elektronischen Stethoskops dem eines akustischen Stethoskops angeglichen wird.
Bei einem Betriebsmodus nimmt das elektronische Stethoskop den normalen Betriebsmodus immer dann ein, wenn das elektronische Stethoskop eingeschaltet wird. Falls der Schalterdecoder 170 direkt durch die Batterie betrieben wird, die den elektronischen Schaltkreis mit Energie versorgt, dann kann alternativ das elektronische Stethoskop in dem letzten Modus verbleiben, der ausgewählt wurde, bevor das Stethoskop ausgeschaltet wird, indem die Binaurale geschlossen werden. Beim Ausschalten hält ein kleiner Strom von der Batterie den Schalterdecoder 170 in dem letzten Modus, der von dem Schalterdecoder 170 aktiviert wurde. Wenn daher das Stethoskop das nächste Mal eingeschaltet wird, nimmt der Schalterdecoder 170 nicht den normalen Modus, sondern den zuletzt ausgewählten Modus ein.
Das Signal 172 wird auch einem einstellbaren Takt-/Oszillatioschaltkreis 178 zugeführt. Der Schaltkreis 178 liefert Steuersignale auf der Leitung 181, um die Eckfrequenzen der digitalen Filter zu steuern, die in dem Verarbeitungsabschnitt 102 verwendet werden, beispielweise die Filter 126 und 138. Die Benutzung von digitalen Filtern in dem Verarbeitungsabschnitt 102 ermöglicht es, die Eckfrequenzen der Filter abhängig von der besonderen Anbindung einzustellen. Beispielsweise werden die beschriebenen Eckfrequenzen üblicherweise dazu verwendet, Herztöne und Lungengeräusche bei Erwachsenen und Heranwachsenden zu detektieren. Es wurde jedoch bestimmt, daß die Frequenzen der akustischen Signale von Herztönen und Lungengeräuschen von Kleinkindern und Kindern höher als diejenigen von Erwachsenen und Heranwachsenden sind. Folglich müssen die Eckfrequenzen der Filter erhöht werden. Diese Erhöhung der Eckfrequenz kann elektronisch dadurch erreicht werden, daß die Frequenz des Taktsignals, das von dem Taktgeber-Oszillator 178 an der Leitung 181 geliefert wird, geändert wird. Ein Schalter (beispielsweise 179 im Schaltkreis gemäß den 13A, 13B) im Takt-/Oszillatorschaltkreis 178 kann aktiviert werden, um einen neuen Satz Eckfrequenzen an der Steuerleitung 181 bereitzustellen, die zum Detektieren von Herztönen und Lungengeräuschen von Kleinkindern und Kindern geeignet sind. In allen weiteren Gesichtspunkten ist der Betrieb des Schaltkreises so wie eben beschrieben.
Die Möglichkeit, die Eckfrequenzen der Filter zu modifizieren, ist besonders vorteilhaft. Falls die Herztöne und Lungengeräusche bei Kleinkindern und Kindern detektiert werden sollen, wird üblicherweise ein pädiatrisches akustisches Stethoskop verwendet, das im allgemeinen ein kleineres Bruststück und ein akustisches Rohr aufweist, das zum Hervorheben der höheren Frequenzen ausgelegt ist. Alternativ kann ein akustisches Stethoskop für einen Erwachsenen einen Adapter aufweisen, der an das Bruststück angebracht ist, um auf höhere Frequenzen ansprechen zu können. Die Erfindung eliminiert die Notwendigkeit für eine Modifikation eines Stethoskops oder die Notwendigkeit für ein separates Stethoskop für Kleinkinder und Kinder. Ein Fachmann möge erkennen, daß der Schaltkreis 178 derart gesteuert werden kann, daß eine Steuerfrequenz an der Leitung 180 erzeugt wird, die größer oder kleiner als die erörterten Eckfrequenzen sein kann, wobei diese Steuerfrequenzen ausgewählt werden können, um für die besondere durchzuführende Diagnoseart geeignet zu sein.
Die Verwendung von Filtern mit Verstärkungen, die in dem Verarbeitungsabschnitt 102 festgelegt werden können, ist ebenfalls insofern vorteilhaft, als dadurch ermöglicht wird, daß am Knotenpunkt 119 bereitgestellte Signale auf das Signalniveau in dem normalen Modus auf der Leitung 124 für alle Betriebsmodi normalisiert werden. Durch das Steuern der jeweiligen Verstärkungen der Filter 126, 128 kann das Niveau des elektronischen Signals an den Leitungen 130 und 140 derart eingestellt werden, daß es im wesentlichen dem Signalniveau des elektronischen Signals an der Leitung 124 entspricht. Da das Signalniveau an den Leitungen 130 und 140 im wesentlichen dem Signalniveau an der Leitung 124 entspricht, besitzt die Ausgabe des Verarbeitungsabschnitts 102 (und folglich das elektronische Stethoskop) im wesentlichen das gleiche Niveau ohne Rücksicht auf den speziellen ausgewählten Betriebsmodus. Dies stellt einige Vorteile bereit. Erstens muß der Benutzer die Lautstärke nicht manuell erhöhen, wenn von einem Modus mit einer hohen Verstärkung (beispielsweise der Geräuschverstärkungsmodus) zu einem Modus mit einer relativ geringen Verstärkung (beispielsweise dem normalen Modus) gewechselt wird. Zudem wird der Benutzer von übermäßigen Übergängen und Verstärkungen geschützt, wenn von einem Modus mit einer relativ geringen Verstärkung (beispielsweise dem normalen Modus) zu einem Betriebsmodus mit einer relativ hohen Verstärkung (beispielsweise der Geräuschverstärkungsmodus) gewechselt wird.
Ein Fachmann möge erkennen, daß, obwohl die Filter 112 und 156 analoge Filter bei der dargestellten Ausführung sind, diese Filter mit digitaler Technologie implementiert sein könnten. Ein Fachmann möge ebenfalls erkennen, daß, obwohl die Filter 126 und 138 digitale Filter bei der dargestellten Ausführung sind, diese Filter mit analoger Technik implementiert sein könnten.
Es wird nun auf 12C Bezug genommen, welche Figur eine alternative Ausführung des Schaltkreises darstellt, der in dem Elektronikgehäuse 16 untergebracht ist und dem elektronischen erfindungsgemäßen Stethoskop ermöglicht, die oben erörterten diagnostischen Funk- tionen durchfihren zu können. Bei dem Schaltkreis gemäß 12C wurde ein Ausgabelautstärkebegrenzer 158 eliminiert. Zudem verarbeiten ein Unterschallfilter 112A und ein Eingangsbegrenzer 112B das von dem Durchlaßfilter 112 ankommende Signal, bevor es an den Verarbeitungsabschnitt 102 gesendet wird. In allen weiteren Gesichtspunkten entspricht der Betrieb des Schaltkreises gemäß 12C im wesentlichen dem des Schaltkreises, der in Verbindung mit 12 beschrieben wurde.
Das Unterschallfilter 112A unterstützt die genaue Ausfilterung von Schallsignalen (d. h. Signalen unterhalb ungefähr 20 Hz, die für das menschliche Ohr nicht hörbar sind), die eine Verzerrung verursachen und/oder übermäßige Verstärkungsenergie verbrauchen. Die Eckfrequenz des Unterschallfilters 112A ist bei annähernd 35 Hz festgelegt. Wie oben erörtert ist, sollten Signale unterhalb annähernd 20 Hz so stark wie möglich abgeschwächt werden, damit das erfindungsgemäße elektronische Stethoskop die gleichen akustischen Eigenschaften wie ein normales akustisches Stethoskop aufweist. Experimente deuten an, daß die Erhöhung der Eckfrequenz weit über 35 Hz hinaus eine bemerkbare, hörbare Niedrigfrequenzdämpfung, welche die Fähigkeit des elektronischen Stethoskops verringern könnte, sehr geringe Frequenzgeräusche zu reproduzieren, die noch hörbar sind. Das Absenken der Frequenz unter 30 Hz liefert keine merkliche Dämpfung von Signalen unter 20 Hz, es sei denn ein Filter höherer Ordnung wird verwendet. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung ist ein Unterschallfilter 112A ein Bessel-Hochpassfilter zweiter Ordnung mit einer Eckfrequenz von 35 Hz. Experimente deuten an, daß das Bessel-Hochpassfilter zweiter Ordnung mit einer Eckfrequenz von 35 Hz einen akzeptablen Kompromiß zwischen der gewünschten Dämpfung und den Komplikationen liefert, die mit der Verwendung von Filtern höherer Ordnung im Zusammenhang stehen, die verwendet werden können, um eine scharfe Frequenzdämpfung mit einer kleineren Eckfrequenz zu erhalten.
Die Ausgabe des Unterschallfilters 112A wird dem Eingangsbegrenzer 112B bereitgestellt. Der Eingangsbegrenzer 112B reduziert die Stoßgeräusche der Finger des Benutzers, die das Bruststück und/oder das flexible akustische Rohr 14 berühren. Der Eingabebegrenzer 112B begrenzt die Größe des den Verarbeitungsabschnitt 102 zugeführten Eingabesignals auf eine vorhersehbare Weise, so daß große plötzliche Übergänge kein Rauschen und/oder keine Verzerrung in den Ohren des Benutzers hervorrufen. Das Schwellniveau, das für den Begrenzer festgelegt ist, beeinflußt nicht die normalen und annormalen Herz- und/oder Lungengeräusche, und diese Signale durchlaufen unveränderte Filterstufen. Jedoch sind scharfe Stoßstörgeräusche hoher Intensität, die beispielsweise durch die Finger des Benutzers verursacht werden, die gegen die Fläche des Bruststücks oder gegen das flexible akustische Rohr 14 bewegt werden, im wesentlichen durch den Eingangsbegrenzer 112B reduziert. Bei einer erfindungsgemäßen Ausführung kann der Eingangsbegrenzer 112B einen Operationsverstärker mit einer virtuellen Masse, die bei 2,5 Volt festgelegt ist, und mit der Begrenzerschwelle verwendet werden, die bei 1,5 Volt über und unter dem virtuellen Massenieveau festgelegt ist. Der Begrenzer ist ein aktiver Schaltkreis, der eine Diode und einen Operationsverstärker-Blockierschaltkreis umfaßt, der eine harte Grenze bei der 1,5-Volt-Schwelle bereitstellt. Die Verstärkungen des Eingangsdämpfers oder Eingangspuffers 110, des Eingangsbandpassfilters 112 und des Unterschallfilters 112A sind festgelegt, um das maximale normale Signalniveau auf annähernd 1,5 Volt zu bringen, und die dem Begrenzer folgenden Arbeitsschritte, d. h. der Verarbeitungsabschnitt 102 und der Ausgabeabschnitt 104, werden festgelegt, um auf diese vorhersehbare 1,5-Volt-Grenze ansprechen zu können. Signale über dem normalen 1,5-Volt- Niveau werden durch den Begrenzerschaltkreis auf die 1,5 Volt-Niveau-Schwelle begrenzt. Ein Vorteil dieser besonderen Schaltkreiskonfiguration besteht darin, daß der Eingangsbegrenzer eine festgelegte Grenzschwelle unabhängig von dem Lautstärkeniveau bereitstellt, daß im Ausgabeabschnitt 104 festgelegt ist.
Es wird nun auf 13A und 13B Bezug genommen, die ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Schaltkreisausführung des Blockdiagramms gemäß 12 zeigen. Der dargestellte Schaltkreis von einer einzigen „AA"-Alkalibatterie betrieben werden und kann annähernd einen Betrieb von 30 Stunden sicherstellen. Falls eine „AA"-Lithiumbatterie verwendet wird, kann der Schaltkreis annähernd 90 Stunden betrieben werden. Eine Batteriespannungs-Abtastschaltung 180 überwacht das Batteriespannungsniveau und steuert eine Batterieblinkeinrichtungs-Schaltung 182 zum Blinken der anschließend erleuchteten Anzeigeeinrichtung, um die Notwendigkeit eines Batteriewechsels anzudeuten. Die in dem Schaltkreis gemäß den 13A und 13B verwendeten integrierten Schaltungen werden im folgenden aufgelistet: Liste integrierter Schaltungen (13A und 13B)
Es wird nun auf 14A und 14B Bezug genommen, die ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Schaltkreisausführung des Blockdiagramms gemäß 12C darstellen. Die Batteriespannungsabtast-Schaltung 180 und die Blinkschaltung 182 arbeiten auf die gleiche Weise wie diejenigen, die in Verbindung mit den 13A und 13B beschrieben wurden. Die integrierten Schaltungen, die in der Schaltung gemäß 14A und 14B verwendet werden, werden unten aufgelistet: Integrierte Schaltungen (14A und 14B)
Ein Fachmann möge erkennen, daß, obwohl vier Betriebsmodi im Detail beschrieben wurden, das elektronische Stethoskop mit zusätzlichen Betriebsmodi versehen sein kann.
Bei der dargestellten Ausführung wurde eine diskrete Schaltungstechnik beschrieben, um den Betriebsmodus auszuwählen und die Verarbeitungsabschnitte des elektronischen Stethoskops zu steuern. Alternativ könnte eine Mikrosteuereinrichtung unter einer Software-Steuerung verwendet werden. Die Verwendung einer Mikrosteuereinrichtung könnte mehr als vier Betriebsmodi zulassen, die mittels der erwähnten vier Modusschalter ausgewählt werden können. Zudem könnten verschiedenen Betriebsmodi auf andere Weisen kombiniert werden, als oben beschrieben wurde. Zudem könnte eine Mikrosteuereinrichtung verwendet werden, um spezifische Durchlaßbänder für einen speziellen Gebrauch, beispielsweise für Kardiologen oder Pulmonologen auszuwählen, die möglicherweise spezifische Frequenzbereiche des Herzens und/oder der Lunge hören wollen. Ferner könnte die Mikrosteuereinrichtung herangezogen werden, um Modi mit von dem Benutzer einstellbare Eckfrequenzen zu schaffen, wobei z. B. die Lautstärke-Steuerung 18 verwendet wird, und die Frequenz zu variieren, wenn einer dieser Modi ausgewählt wird, oder wobei Modusknöpfe für das schrittweise Anheben und Senken der Frequenz verwendet werden.
Die Mikrosteuereinrichtung könnte die Modusschalter berechtigen, den pädiatrischen Modus an- oder auszuschalten, anstatt einen separaten Schalter zu verwenden. Bei diesem Modus könnte die Mikrosteuereinrichtung auch das Beleuchten der Anzeigeeinrichtung LED steuern, um dem Benutzer anzuzeigen, daß der pädiatrische Modus eingegeben worden ist.
Eine Mikrosteuereinrichtung könnte ebenfalls verwendet werden, eine digitale Lautstärke-Steuerung zu schaffen, womit es dem Benutzer ermöglicht wird, einen Auf- und Abschalter zu drücken, um die Ausgabelautstärke zu erhöhen oder zu senken. Zudem könnte die Mikrosteuereinrichtung dem Benutzer ermöglichen, ein spezielles Bezugslautstärkeniveau auszuwählen. Der Benutzer könnte dann selektiv zwischen einem Lautstärkeniveau, das durch die variable Lautstärke-Steuerung (entweder analog oder digital) in irgendeinem Modus festgelegt ist, und dem Bezugslautstärkeniveau (benutzerdefiniert) zum Vergleich von Geräuschen schalten, die bei unterschiedlichen Lautstärken gehört wurden. Die Mikrosteuereinrichtung könnte auch ein Referenzherzsignal zum Kalibrieren undloder Festlegen des Bezugslautstärke-Niveaus erzeugen. Dieses Bezugsniveau könnte dafür nützlich sein, Standardstufenniveaus für Geräusche für Ärzte mit unterschiedlichen Hörfähigkeiten zu etablieren.
Es wird nun auf 15 Bezug genommen, die eine Schaltungsimplemation einer Mikrosteuereinrichtung und eine dazugehörige Schalttechnik darstellt, welche die zuvor erwähnten Merkmale und Funktionen bereitstellen. Die Schaltung 101 gemäß 15 ermöglicht dem elektronischen Stethoskop, ein intern gespeichertes Referenzherzsignal zu haben, das der Benutzer hören kann, um ein Referenzlautstärkeniveau festzulegen, das in den nicht flüchtigen Speicher gespeichert ist. Sobald das Referenzlautstärkeniveau ausgewählt worden ist und von dem Benutzer gespeichert worden ist, kann der Benutzer zwischen dem von dem Benutzer gewählten, variablen Lautstärkeniveau und dem Bezugslautstärkeniveau (in jedem Betriebs modus) schalten, um Geräusche, die bei einem verstärkten oder gedämpften Niveau gehört wurden, mit einem Referenzniveau zu vergleichen. Das Referenzniveau kann zu jeder Zeit reprogrammiert werden, indem einfach die später beschriebene Kalibrierung wiederholt wird. Der Schaltkreis 101 läßt auch die Lautstärke-Steuerung 302 (entweder analog oder digital) zu, um eine Frequenzsteuerung für ein kontinuierliches Variieren der Eckfrequenzen des digitalen Filters in jedem entsprechenden Betriebsmodus bereitzustellen.
Bei einer Ausführung kann die Mikrosteuereinrichtung 300 ein Mikrochip 16C73 sein. Die Mikrosteuereinrichtung wird als zentrale Steuerung und als Taktgebungseinrichtung verwendet, sowie enthält sie einen integrierten Programmspeicher 310, einen Datenspeicher 308 und ein Taktgebungsuntersystem 312. Die Mikrosteuereinrichtung 300 stellt die Schnittstelle zwischen den Modusschaltern und dem Verarbeitungsabschnitt 102 dar. Die Mikrosteuereinrichtung 300 stellt auch die Schnittstelle eines Impulserzeugungsdecoders (beispielsweise Steuerung 302) zur Einstellung der Lautstärke und/oder der Eckfrequenz. Die Mikrosteuereinrichtung 300 arbeitet auch als Taktgeber zur Steuerung der Eckfrequenzeinstellung der digitalen Filter 126 und 138. Die Mikrosteuereinrichtung 300 steuert auch das Erleuchten der dem Modus anzeigenden lichtemittierenden Dioden 174.
Die Mikrosteuereinrichtung 300 steuert auch einen Multiplizier-Digital-Analog-Wandler (DAC) 306, um das Ausgabelautstärkeniveau zu steuern und zum Wiedergeben des gespeicherten Bezugsherzsignals. Bei einer Ausführung ist der DAC 306 zwischen einem analogen Schalter 304 und dem Ausgangstreiber 160 gekoppelt. Der DAC 306 kann ein Maxim MAX504 sein, der eine serielle Schnittstelle für die Mikrosteuereinrichtung darstellt, einen geringen Energieverbrauch und eine zehn-Bit-Auflösung aufweist. Der Multiplizier-DAC 306 skaliert immer dann, wenn ein Eingabeniveau an seinen Bezugseingang aufgrund eines von der Mikrosteuereinrichtung gespeicherten digitalen Werts auftritt.
Wenn der DAC 306 als Lautstärkesteuerung verwendet wird, wird er mit einem statischen Wert geladen, und der analoge Schalter 304 wird dazu verwendet, das verarbeitete Stethoskopsignal von dem Niedrigpassfilter 156 zum Eingang des DAC 306 zu leiten. Wenn die gespeicherte Frequenzherzsignalwelle abgespielt oder wiedergegeben wird, wird die Bezugseingang zum DAC 306 an einen konstanten Gleichstrom geschaltet, und die Mikrosteuereinrichtung lädt. den DAC sequentiell mit dem gespeicherten Wellenformdatenpunkten aus dem Speicher 308. Die Mikrosteuereinrichtung durchschleift anschließend den Wellenform- speicher 308, gibt die Wellenform wiederholt wieder, bis der Modus geändert wird. Die Wiedergabelautstärke des Bezugsherzsignals kann dadurch variiert werden, daß die Wellenformwerte in der Mikrosteuereinrichtung skaliert sind, bevor sie in den DAC 306 geladen werden.
Um eine Referenzlautstärke festzulegen, wird eine Kalibrierungsprozedur verwendet, bei welcher der Benutzer den Referenzsignalmodus wählt, indem beispielsweise zwei Modusknöpfe gleichzeitig gedrückt werden. Sobald dieser Modus ausgewählt worden ist, wird das elektronische Stethoskop das Referenzherzsignal wiedergeben. Der Benutzer kann anschließend den Lautstärkesteuerknopf drehen, bis das gewünschte Lautstärkeniveau des Bezugssignals in den Ohren des Benutzers gehört werden kann. Das Bezugslautstärkeniveau kann dadurch gespeichert werden, daß einer der Modusknöpfe gedrückt wird. Die Mikrosteuereinrichtung 300 verwendet anschließend einen Stromwellenform-Skalierfaktor, um den statischen DAC-Wert zu brechen, der in einem nicht-flüchtigen Speicher 308 abgespeichert ist. Dieser Wert wird verwendet, um die von dem Benutzer gewählte Lautstärke festzulegen, wenn der Bezugslautstärkemodus ausgewählt ist. Der Benutzer wird dann die Möglichkeit haben, wenn das Stethoskop benutzt wird, um biologische Signale zu hören, zwischen irgendeiner Lautstärkeeinstellung (durch Manipulation der Lautstärkesteuerung bestimmt) und dem gespeicherten Bezugslautstärkeniveau zu schalten.
Bei einer Ausführung kann die Lautstärke-Steuerung 302 ein Drehimpulsdecoder sein und, wie oben bereits erwähnt, kann der Drehimpulsdecoder dazu verwendet werden, die Eckfrequenzen des digitalen Filters in den entsprechenden Betriebsmodi zu variieren. Beispielsweise kann der Drehimpulsdecoder eine Bourns-ECT1D-Vorrichtung sein. Wenn die Welle des Drehimpulsdecoders gedreht wird, werden zwei Impulsströme erzeugt, die zueinander 90° phasenverschoben sind. Die Ankunftsfolge der Impulse an der Mikrosteuereinrichtung wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Welle im Uhrzeigersinn (beispielsweise zum Erhöhen der Lautstärke oder der Frequenz) oder entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird (beispielsweise zum Verringern der Lautstärke oder der Frequenz). Die Welle kann kontinuierlich gedreht werden, und daher sind relative Lautstärke-Frequenzänderungen aus jeder Wellenposition möglich. Die Mikrosteuereinrichtung 300 kann den DAC 306 verwenden, um hörbare Töne für eine Anzeige zu erzeugen, falls Extrempunkte des variablen Bereichs erreicht werden. Ein Fachmann möge erkennen, daß die Mikrosteuereinrichtung und die zugehörigen Schaltungen auch in Verbindung mit dem Schaltkreis verwendet werden können, der in 12 dargestellt ist.

Claims

Elektronisches Stethoskop mit einem ersten Wandler (54) zum Umwandeln akustischer Signale in elektronische Signale; einem Verarbeitungsabschnitt (102), der einen Eingang aufweist, der mit einem Ausgang des ersten Wandlers gekoppelt ist, zur Verarbeitung der elektronischen Signale, um ausgewählte elektronische Signale vorzusehen, die repräsentativ für nur ausgewählte akustische Signale sind; und einem zweiten Wandler (70), der mit einem Ausgang des Verarbeitungsabschnitts gekoppelt ist, zum Umwandeln der ausgewählten elektronischen Signale in akustische Signale; dadurch gekennzeichnet, daß der Verarbeitungsabschnitt in einem Geräusch-Verstärkungsmodus arbeitet, in dem die elektronischen Signale von dem Ausgang des ersten Wandlers durch einen Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung (142) und ein Tiefpassfilter (138) verarbeitet werden; und wobei der Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung eine Zeitkonstante aufweist, die im Bereich von ungefähr 5 bis 100 Millisekunden liegt.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, mit einem Bandpassfilter (112), das zwischen dem Ausgang des ersten Wandlers und dem Eingang des Verarbeitungsabschnittes (102) angeschlossen ist.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, wobei der Verarbeitungsabschnitt auch in einem normalen Betriebsmodus arbeiten kann, in dem die elektronischen Signale von dem Ausgang des ersten Wandlers im wesentlichen unverändert an den zweiten Wandler (70) übertragen werden.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, wobei der Verarbeitungsabschnitt auch in einem Atem-Modus arbeiten kann, in dem die elektronischen Signale von dem Aus gang des ersten Wandlers durch ein Hochpassfilter (126) gefiltert werden, bevor sie an den zweiten Wandler (70) übertragen werden.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 4, wobei das Hochpassfilter (126) eine Eckfrequenz im Bereich von 100 bis 300 Hz hat.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, wobei der Verarbeitungsabschnitt (102) auch in einem Herz-Modus arbeiten kann, in dem die elektronischen Signale von dem Ausgang des ersten Wandlers durch das Tiefpassfilter (138) gefiltert werden, bevor sie an den zweiten Wandler übertragen werden.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 6, wobei das Tiefpassfilter (138) eine Eckfrequenz im Bereich von 400 bis 600 Hz hat.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 2, wobei das Bandpassfilter (112) ein Durchlaßband im Bereich von 20 Hz bis 1600 Hz hat.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 5, wobei die Eckfrequenz ungefähr 140 Hz beträgt.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, mit einem Ausgangsverstärkungsabschnitt (104), der zwischen dem Ausgang des Verarbeitungsabschnitts und dem zweiten Wandler angeschlossen ist.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, mit einer Anzeigeeinrichtung zum Vorsehen eines Status einer Energieversorgung für das elektronische Stethoskop.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 11, wobei die Anzeigeeinrichtung eine optische Anzeigeeinrichtung (174) ist.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 11, wobei die Anzeigeeinrichtung eine akustische Anzeigeeinrichtung ist.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, wobei die elektronischen Signale von dem Schaltkreis zur automatischen Verstärkungsregelung (142) verarbeitet und dann an das erste Tiefpassfilter (138) übertragen werden.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, wobei die Ansprechzeitkonstante ungefähr 10 Millisekunden beträgt.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, mit einem Sender-Empfänger (120), der zwischen einem Ausgang des ersten Wandlers und dem Eingang des Verarbeitungsabschnitts angeschlossen ist, zum Übertragen elektronischer Signale von dem ersten Wandler (54) und Empfangen elektronischer Signale, welche durch den Verarbeitungsabschnitt (102) zu verarbeiten sind.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 16, wobei der Sender-Empfänger ein Infrarot-Sender-Empfänger ist.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 16, wobei der Sender-Empfänger ein Radiofrequenz-Sender-Empfänger ist.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 7, wobei die Eckfrequenz ungefähr 480 Hz beträgt.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, mit Mitteln zum Verändern wenigstens eines Betriebsparameters des Verarbeitungsabschnitts (40, 41, 42, 43, 170), um die ausgewählten elektronischen Signale zu ändern.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, mit einem Sender, der zwischen einem Ausgang des ersten Wandlers und dem Eingang des Verarbeitungsabschnittes angeschlossen ist, zum Übertragen elektronischer Signale von dem ersten Wandler.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, mit einem Unterschall-Filter (112A), das zwischen einem Ausgang des ersten Wandlers und dem Eingang des Verarbeitungsabschnitts angeschlossen ist.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, mit einem Eingangsbegrenzer (112B), der zwischen einem Ausgang des Unterschall-Filters (112A) und dem Eingang des Verarbeitungsabschnitts (102) angeschlossen ist und der eine Größe der elektronischen Signale, welche an den Verarbeitungsabschnitt geliefert werden, begrenzt.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, mit einem Empfänger, der zwischen einem Ausgang des ersten Wandlers und dem Eingang des Verarbeitungsabschnitts angeschlossen ist, zum Empfangen elektronischer Signale, die von dem Verarbeitungsabschnitt zu verarbeiten sind.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 1, wobei der Verarbeitungsabschnitt wenigstens ein Filter (125, 138) mit einer steuerbaren Eckfrequenz aufweist.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 25, wobei der Verarbeitungsabschnitt einen Steuerschaltkreis (178) zum Verändern der Eckfrequenz umfaßt.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 26, wobei der Steuerschaltkreis die Eckfrequenz erhöht.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 26, wobei der Steuerschaltkreis die Eckfrequenz senkt.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 26, wobei der Steuerschaltkreis die Eckfrequenz jedes Filters unabhängig verändert.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 25, wobei das wenigstens eine Filter eine digitales Filter ist.
Elektronisches Stethoskop nach Anspruch 25, wobei das wenigstens eine Filter ein analoges Filter ist.
Verfahren zum Filtern akustischer Signale, welche durch biologische Aktivität erzeugt werden, um ein ausgewähltes akustisches Signal, das von einem bestimmten Organ er zeugt wird, von den akustischen Signalen im wesentlichen abzutrennen, mit folgenden Verfahrensschritten: Umwandeln akustischer Signale, die durch biologische Aktivität erzeugt werden, in elektronische Signale; selektives Filtern der elektronischen Signale, um ein gefiltertes elektronisches Signal vorzusehen, das im wesentlichen nur elektronische Signale enthält, die repräsentativ für akustische Signale sind, welche von einem bestimmten Organ erzeugt werden; Verstärken einer ersten Gruppe elektronischer Signale, die repräsentativ für normale Herztöne sind, auf ein bestimmtes Niveau unter Verwendung eines ersten Verstärkungsfaktors; Verstärken einer zweiten Gruppe elektronischer Signale, die repräsentativ für anomale Herztöne sind, auf das vorbestimmte Niveau unter Verwendung eines zweiten Verstärkungsfaktors; wobei der erste und der zweite Verstärkungsfaktor mit einer Zeitkonstante im Bereich von ungefähr 5 bis 100 Millisekunden automatisch von einem zum anderen oder umgekehrt verändert werden; Tiefpassfiltern des elektronischen Signals, so daß das gefilterte elektronische Signal im wesentlichen nur elektronische Signale umfaßt, die für normale und anomale Herztöne repräsentativ sind; und Umwandeln des gefilterten elektronischen Signals in ein hörbares akustisches Signal.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Schritt des selektiven Filterns auch einen Schritt der Hochpassfilterung der elektronischen Signale umfassen kann, so daß das gefilterte elektronische Signal im wesentlichen nur elektronische Signale umfaßt, die repräsentativ für akustische Signale sind, welche durch Lungen erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei die biologische Aktivität tierische biologische Aktivität ist.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Zeitkonstante etwa 10 Millisekunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei die biologische Aktivität menschliche biologische Aktivität ist.