ЭЛЕКТРОННЫЙ ФОНЕНДОСКОП

Полезная модель относится к медицинской технике, к электронным портативным фонендоскопам с автономным питанием, предназначенным для усиления звуковых сигналов при аускультации внутренних органов и прослушивания микровибраций с защитой от внешних акустических и электромагнитных помех, в том числе в транспорте или в полевых условиях.
Известен электронный медицинский датчик звуковых волн, выполняющий функцию фонендоскопа, включающий корпус с отсеком для размещения мембраны и пьезоэлектрического элемента вибрации для преобразования механических колебаний в электрические сигналы, закрепленного на несущем элементе, соединенным с мембраной (см. патент ЕР 1943952, МПК А61В 7/00, А61В В 7/04, публ. 16.07.2008 г.).
В известном датчике не обеспечена автономность эксплуатации, так как отсутствует внутри корпуса источник питания и нет универсального сокета (гнезда) для подключения периферийных устройств (наушников, диктофона, ПК и т.п.), что ограничивает его использование.
Известен электронный фонендоскоп (биофизический сенсор), включающий корпус цилиндрической формы из алюминия, диафрагму (мембрану) в виде PVDF полимера с пьезоэлектрическими свойствами для генерирования электрических сигналов в ответ на звуковые сигналы давления, кольцо для фиксации в корпусе диска с утолщенным ободом, выполненного с возможностью растяжения (сделать плоской как в пяльцах) и экранирования диафрагмы, печатную плату с элементами преобразования (усиления, фильтрации и т.п.) полученных сигналов, причем неразъемное кабельное соединение размещено в корпусе (см. патент WO 01/97691, МПК А61В 7/00, А61В В 7/04, публ. 27.12.2001 г.).
Известная конструкция электронного фонендоскопа имеет следующие недостатки:
- кабельное соединение не обеспечивает портативность прибора;
- не обеспечена автономность устройства, так как отсутствует внутри корпуса источник питания и нет универсального сокета ("гнезда") для подключения периферийных устройств (наушников, диктофона, ПК и т.п.);
- диафрагма, одновременно являющаяся мембраной, представляет собой тонкий гибкий полимер с пьезоэлектрическими свойствами и не защищена снаружи от механических повреждений, чувствительна к внешним акустическим помехам;
- между диафрагмой и нижней плоскостью устройства есть воздушный зазор, который исключает механический контакт с плоской поверхностью исследуемого тела и может привести к отсутствию сигнала.
Известна головка для стетоскопа (датчик-фонендоскоп), включающая сборно-разборный корпус и размещенные в ней на расстоянии не более 2 мм друг от друга первую и вторую мембраны толщиной не более 0,1 мм из упругого коррозионно-стойкого металла, дифференциальный усилитель, первый и второй пьезоэлектрические чувствительные элементы в форме диска толщиной не более 0,5 мм, соединенные с указанным усилителем синфазно и закрепленные клеевым соединением соответственно на первой и второй мембранах, причем первая мембрана установлена в корпусе с возможностью контакта ее поверхности с телом пациента, первая и вторая мембраны выполнены с возможностью сборно-разборной фиксации в корпусе головки накидной гайкой в форме кольца. (см. патент РФ №2417755, МПК А61В В 7/04, публ. 10.05.2011 г.).
Недостатки известной конструкции следующие:
- не обеспечена автономность устройства, так как отсутствует внутри корпуса источник питания и нет универсального сокета ("гнезда") для подключения периферийных устройств (наушников, диктофона, ПК и т.п.).
Известен электронный фонендоскоп, включающий корпус колоколообразной формы, мембрану, установленную в нижнем отсеке корпуса, печатную плату с усилителем и фильтрами, закрепленную в среднем отсеке корпуса, причем нижний и средний отсеки корпуса выполнены соответственно цилиндрической и конической формы и отделены разделительной перегородкой в форме диска с отверстием под установку чувствительного элемента в виде микрофона, печатная плата соединена с закрепленным снаружи корпуса электрическим разъемом-сокетом (типа Jack) для подключения к внешней аппаратуре и выполнена с возможностью питания от батареек, размещенных в верхнем отсеке корпуса цилиндрической формы, средний и верхний отсеки отделены перегородкой для крепления переменного резистора с выключателем питания, верхний отсек снабжен съемной крышкой для фиксации батареек, а нижний отсек снабжен накидной гайкой для фиксации мембраны, разделительной перегородки и печатной платы (см. патент US №4254302, МПК А61В 7/04, публ. 03.03.1981 г. - прототип).
Электронный фонендоскопа имеет следующие недостатки:
- конструкция прибора не соответствует требованиям портативности, так как размещение переменного резистора в верхнем отсеке корпуса и разъема с внешней стороны корпуса значительно увеличивает массогабаритные показатели фонендоскопа;
- имеется большое количество вспомогательных установочных деталей: диск крепления микрофона (175), емкости (192 и 193) для батареек питания, несколько перегородок (194, 196, 197) в верхнем отсеке для разделения батареек питания, разделительная перегородка (208) с переменным резистором (168) и крепежными элементами (209), что значительно усложняет конструкцию и удорожает стоимость, а также увеличивает размер высоты прибора;
- наличие восьми контактных электрических элементов для соединения батареек с печатной платой снижает надежность работы прибора;
- применение переменного резистора (168), установленного в зоне (162) охвата пальцами, при намеренном или случайном изменение уровня сигнала приведет к неоднозначной оценки сравнения результатов полученных в разное время;
- акустический микрофон (123) совместно с тонкой гибкой мембраной (122) образуют очень чувствительный акустический преобразователь в электрический сигнал, который сильно подвержен воздействию внешних акустических и механических (через корпус и гарнитуру) помех, что в значительной степени ограничивает условия применения фонендоскопа;
- расположение электрического разъема-сокета с внешней стороны корпуса и наличие воздушного зазора между переменным резистором (регулятором уровня сигнала) и корпусом снижают надежность конструкции фонендоскопа, так как возможно механическое повреждение указанного разъема, возникновение коррозии, попадание пыли, воды на контактную часть разъема;
- конструкция прибора сложна, неудобна для эксплуатации и ремонта.
Полезная модель решает задачу создания портативного электронного фонендоскопа с повышенной надежностью, удобством эксплуатации, ремонта, имеющего оптимальный вес и габариты, возможность работы от автономного источника питания в неблагоприятных эксплуатационных условиях, в походных условиях и горной местности.
Технический результат полезной модели заключается в создании автономного электронного фонендоскопа (ЭФ) портативной простой конструкции, выполненной с возможностью разъемного соединения с электронными устройствами для прослушивания, записи, передачи слабых звуковых сигналов контактным способом (через мембрану) с поверхности биологических и технических объектов при наличии сильных внешних акустических и электромагнитных помех.
Технический результат достигается тем, что в электронном фонендоскопе, содержащем корпус с нижним, средним и верхним батарейным отсеками для размещения соответственно мембраны, электронных компонентов усилителя на печатной плате и контактного элемента к батарейке питания, чувствительный элемент, связаный с усилителем, который связан с электрическим разъемом для подключения внешней аппаратуры, выключатель питания, разделительную перегородку между верхним батарейным и средним отсеками, чувствительный элемент закреплен в нижнем отсеке на мембране, печатная плата электрически соединена с мембраной и установлена с возможностью разделения нижнего и среднего отсеков корпуса и экранирования чувствительного элемента, разъем для подключения к внешней аппаратуре и выключатель питания размещены в среднем отсеке, а контактный элемент выполнен с возможностью соединения с выключателем питания.
Предпочтительно чувствительный элемент выполнить пьезоэлектрическим.
Верхний батарейный отсек предпочтительно выполнить внутри со слоем электроизоляционного покрытия, разделительную перегородку между верхним батарейным и средним отсеками выполнить с отверстием, а контактный элемент закрепить внутри верхнего батарейного отсека с возможностью перекрытия указанного отверстия.
Контактный элемент целесообразно выполнить в виде круглой пружинистой пластины.
Разделительную перегородку между верхним батарейным и средним отсеками предпочтительно выполнить за одно целое с корпусом.
Целесообразно мембрану выполнить толщиной не более 0,1 мм из упругого коррозионно-стойкого металла с углублением, имеющим плоское дно для установки чувствительного элемента.
Чувствительный элемент предпочтительно выполнить в форме диска толщиной не более 0,5 мм и закреплен в нижнем отсеке к мембране клеевым соединением.
Печатную плату целесообразно выполнить круглой формы и по периметру ее тыльной поверхности электрически соединить с мембраной слоем электропроводящего материала.
В нижнем отсеке мембрану предпочтительно установить с возможностью контакта ее внешней поверхности с телом пациента.
Целесообразно иметь корпус сборно-разборной конструкции со съемной крышкой в верхнем батарейном отсеке и накидной гайкой в форме кольца в нижнем отсеке для сборно-разборной фиксации печатной платы с мембраной.
Предпочтительно корпус выполнить колоколообразной формы из металла с массой не более 20 граммов.
В корпусе верхний батарейный и нижний отсеки целесообразно выполнить цилиндрическими, а средний отсек - с цилиндрической частью для крепления в ней электрического разъема и выключателя питания и конической частью для размещения электронных компонентов усилителя на печатной плате.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где фиг.1 изображает электронный фонендоскоп в разрезе со снятой крышкой и накидной гайкой; на фиг.2 изображен электронный фонендоскоп в собранном виде в разрезе.
На фиг.1-2 приняты следующие обозначения:
1 - корпус;
2 - батарейка питания;
3 - электрический разъем;
4 - выключатель питания;
5 - усилитель;
6 - печатная плата;
7 - мембрана;
8 - чувствительный элемент;
9 - разделительная перегородка с отверстием;
10 - контактный элемент (в виде пружинистой пластины);
11 - слой электроизоляционного покрытия;
12 - съемная крышка;
13 - пластиковая вставка;
14 - накидная гайка (в форме кольца).
Электронный фонендоскоп (ЭФ) выполнен автономным и содержит (фиг.1) корпус 1 из металла колоколообразной формы с нижним, средним отсеками и верхним батарейным отсеком для размещения батарейки 2 питания (например, типа CR 2032 3V). Средний отсек корпуса 1 выполнен с возможностью размещения в нем электрического разъема 3 для подключения внешней аппаратуры, выключателя 4 питания и электронных компонентов усилителя 5 на печатной плате 6. Нижний отсек корпуса 1 предназначен для крепления мембраны 7 с чувствительным элементом 8, выполненным пьезоэлектрическим.
Мембрана 7 выполнена толщиной не более 0,1 мм из упругого коррозионно-стойкого металла, в том числе из нержавеющей стали, с углублением, имеющим плоское дно для установки чувствительного элемента 8, и закреплена в нижнем отсеке корпуса 1 с возможностью контакта ее поверхности с телом пациента.
Чувствительный элемент 8 жестко установлен на мембране 7 и его верхний контакт электрически соединен проводом с входом усилителя 5, а нижний контакт - через мембрану 7 с общим выводом ("-") печатной платы 6 и усилителя 5.
Чувствительный элемент 8 выполнен в форме диска толщиной не более 0,5 мм с возможностью крепления к мембране 7 клеевым соединением.
Печатная плата 6 выполнена круглой формы установлена как разделитель нижнего и среднего отсеков корпуса 1 с возможностью экранирования чувствительного элемента 8. При этом печатная плата 6 имеет по периметру тыльной ее поверхности механическое и электрическое соединение с мембраной 7, например, электропроводящем клеем или компаундом, что одновременно защищает чувствительный элемент 8 от пыли и влаги.
Верхний батарейный и средний отсеки корпуса 1 отделены разделительной перегородкой 9 с отверстием, на которой внутри верхнего батарейного отсека размещен контактный элемент 10 к батарейке 2 питания. Разделительная перегородка 9 с отверстием выполнена за одно целое с корпусом. Контактный элемент 10 выполнен в виде пружинистой пластины и расположен с перекрытием отверстия в разделительной перегородке 9 и соединением с выключателем 4 питания для образования в верхнем батарейном отсеке "гнезда" (полости) под установку батарейки 2 питания. При этом внутренняя поверхность указанного отсека ("гнезда") выполнена с электроизоляционным слоем 11. Верхний батарейный отсек снабжен съемной крышкой 12.
Таким образом, контактный элемент 10 расположен на дне "гнезда" для установки батарейки 2 питания одним электродом ("+") вниз с прижимом сверху съемной крышкой 12 (резьбовым соединением ее с корпусом 1) и образованием при этом контактного соединения с другим электродом ("-") батарейки 2 питания.
Соединенная с мембраной 7 печатная плата 6 выполнена с возможностью сборно-разборной фиксации в корпусе 1 накидной гайкой 14 кольцевой формы. При этом корпус 1 выполнен с массой не более 20 граммов и имеет сборно-разборную конструкцию со съемной крышкой 12, обеспечивающей доступ в верхний батарейный отсек корпуса 1, и накидной гайкой 14 кольцевой формы.
Усилитель 5 размещен на печатной плате 6 и выполнен с высоким входным импедансом с возможностью подключения его выхода к внешней аппаратуре через электрический разъем 3, в том числе к наушникам не менее 32 Ом, а также к линейным и микрофонным входам периферийных устройств. Конструкция выполнена с возможностью разборки в случае замены элементов.
Предлагаемый ЭФ (фиг.2) работает следующим образом. Мембрана 7 с чувствительным элементом 8 при контакте ее поверхности с телом пациента принимает упругие колебания - полезный сигнал аускультации с тела пациента. Механические упругие колебания преобразуются пьезоэлектрическим чувствительным элементом 8 в электрический сигнал, который передается по проводу (не показан) на вход усилителя 5. Усилитель 5 усиливает с нормированными параметрами полезный сигнал аускультации, который передается по проводам (не показаны) на электрический разъем 3. Фонендоскоп применяется с возможностью подключения к внешней аппаратуре, в том числе к наушникам не менее 32 Ом, а также к линейным и микрофонным входам периферийных устройств. Не требует настройки и регулировки и не имеет недостатков перечисленных выше аналога и прототипа. Для доступа в верхний и средний отсеки корпуса 1 достаточно отвинтить (снять) соответственно съемную крышку 12 и накидную гайку 14, при этом многофункциональность примененных конструктивных элементов, в том числе разделительной перегородки 9 (одновременно является держателем контактной пружинистой пластины 10), печатной платы 6 (одновременно является разделителем среднего и нижнего отсеков корпуса 1, а также защитным экраном чувствительного элемента 8), накидной гайки 14 (одновременно является фиксатором печатной платы 6 и мембраны 7 в корпусе 1) в значительной мере упрощает монтаж, ремонт, чистку и обслуживание заявляемого фонендоскопа.
Портативность (в том числе оптимальные габариты) прибора достигается за счет:
- наличия слоя 11 электроизоляционного покрытия на внутренней поверхности верхнего батарейного отсека (полости - "гнезда") для размещения батарейки 2 питания;
- использования съемной крышки 12 в качестве электрического контактного элемента для подключения электрода минус ("-") батарейки 2 питания к усилителю 5 через съемную крышку 12, корпус 1, мембрану 7 и печатную плату 6 без проводов;
- использования мембраны 7 в качестве крепежной детали для размещения и установки печатной платы 6 с усилителем 5 внутри корпуса 1;
- установки между электрическим разъемом 3 и выключателем 4 питания пластиковой вставки 13 в качестве распорки для создания дополнительной жесткости и надежности крепления вдоль осевой плоскости указанных элементов.
В связи с тем, что в фонендоскопе простыми конструктивными средствами образованы «чистые» зоны в виде трех отделенных между собой отсеков, защищенных от проникновения пыли и влаги, создаются условия для оптимальной работы размещенных в них электрических компонентов. При этом значительно снижается вероятность пробоя (из-за уменьшения проникновения токопроводящей пыли) или поломок электронных компонентов, что повышает надежность фонендоскопа.
В предложенном фонендоскопе обеспечена возможность электрического подключения различной внешней мобильной аппаратуры (малогабаритной аппаратуры медицинского и другого назначения, в том числе мобильных телефонов, компьютеров, наушников и т.п.). Наличие отсеков - «чистых» зон в корпусе 1 для размещения функциональных узлов фонендоскопа позволяет сократить время ремонта и обеспечить низкое время восстановления работоспособности.
Предлагаемый фонендоскоп имеет простую конструкцию и за счет уменьшения количества сборочных деталей по сравнению с прототипом. снижены трудоемкость его изготовления в 2-3 раза, а также вес и габариты при обеспечении высокой степени пыле- и влагозащиты.
Преимущества полезной модели по сравнению с аналогами и прототипом в том, что фонендоскоп конструктивно выполнен простым, легким, удобным для эксплуатации и транспортировки, с возможностью замены установленных элементов и имеет хорошую защиту от влаги, пыли и помех. Выходной электрический разъем защищен корпусом фонендоскопа от повреждений, коррозии.
Фонендоскоп прошел опытные испытания, подтвердившие эффективность его применения. Затраты на изготовление фонендоскопа соизмеримы со стоимостью традиционных приборов. Универсальность применения фонендоскопа обеспечена простотой ее разборной конструкции, что позволяет модифицировать составные части независимо друг от друга.