ЭЛЕКТРОННО-АКУСТИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕЙС ДЛЯ СТЕТОСКОПА
ELECTRONIC-ACOUSTICAL INTERFACE FOR STETHOSCOPE

Изобретение относится к области медицинской техники, к вспомогательным приспособлениям - автономным интерфейсам съемной конструкции и может быть применено для изготовления стетоскопов с акустическим и электронным режимами работы или совместной работы со стандартным стетоскопом, имеющимся у пользователя, для модернизации и расширения функциональных возможностей стетоскопа.
Наиболее близкими аналогами по функциональному назначению и комплектации основных элементов относятся интерфейсы электронных стетоскопов, обеспечивающие улучшение качества и увеличение функциональности диагностики. Главным отличительным признаком интерфейса электронных стетоскопов является наличие электронного канала, содержащего электронные устройства: микрофон, усилитель-преобразователь, мини-динамик (телефон), источник питания, которые конструктивно интегрированы неразъемным соединением с головкой и гарнитурой стетоскопа.
Известен интерфейс в составе электронного стетоскопа с неразъемным соединением головки стетоскопа двумя гибкими трубками с корпусом интерфейса, причем первая трубка содержит микрофон, последовательно соединенный в корпусе с электронным устройством - усилителем, динамиком, микрофон расположен внутри гибкой трубки, соединенной с головкой стетоскопа, динамик непосредственно соединен с акустической гарнитурой стетоскопа, а вторая трубка выполнена в виде акустического резонатора (фазоинвертора) для подъема частотной характеристики головки стетоскопа в области нижних частот и одним концом соединена с головкой стетоскопа, а второй открытый ее конец закреплен в корпусе интерфейса (см. патент США №6002777, кл. А61В 7/04, публ. 14.12.1999 г., Fig.9).
В известном не автономном интерфейсе конструктивные элементы расположены не рационально, что усложняет сборку и ремонт, как интерфейса, так и стетоскопа:
- микрофон расположен внутри гибкой трубки, соединенной с головкой стетоскопа, воспринимает звуковой сигнал с головки и по кабелю внутри трубки передает электрический сигнал в электронное устройство;
- электронное устройство усиливает сигнал с микрофона и выполняет все преобразования сигнала в зависимости от выбранного режима использования стетоскопа и далее подключено к динамику;
- динамик непосредственно соединен с акустической гарнитурой стетоскопа и преобразует электрический сигнал в звуковой;
- вторая трубка выполняет роль акустического резонатора (фазоинвертора) для подъема частотной характеристики головки стетоскопа в области нижних частот и одним концом соединена с головкой стетоскопа, а второй открытый конец закреплен в корпусе интерфейса, частота которого определяется длиной трубки и ее внутренним сечением.
Таким образом, недостаток известного устройства заключается в сложности изготовления и сборки, в применении сложных цифровых микросхем, что повышает его стоимость. Параметры акустического резонатора подобраны только для одного типа головки стетоскопа. Гарнитура стетоскопа выполнена неразъемной с корпусом интерфейса, что затрудняет ремонт или замену гарнитуры. Нет возможности легко и быстро перейти при необходимости с электронного режима на обычный акустический способ диагностики.
Известен электронный интерфейс с разъемным соединением со стандартным электронным стетоскопом, в котором электронная часть - усилитель интерфейса расположен в корпусе, механически соединенном (прикрепленном) снаружи гарнитуры стетоскопа, звуковые преобразователи интерфейса - микрофон и телефоны (мини-динамики) установлены герметично в миниатюрных цилиндрических капсулах (корпусах), в одном - микрофон и динамик, в другом - только динамик (см. патент США №5832093, кл. А61В 7/04, публ. 03.11.98 г.).
В известном интерфейсе капсулы вставляются в гарнитуру стетоскопа или вместо ушных наконечников (акустических телефонов) стетоскопа или между ушными наконечниками и металлическими соединительными трубками стетоскопа. Микрофон и динамики соединены с электронной частью интерфейса проводами, которые обвиваются снаружи вдоль соединительных трубок стетоскопа. Недостатки данного аналога:
- интерфейс обеспечивает только электронный режим работы стетоскопа;
- для перехода на акустический режим работы необходимо удалить капсулы интерфейса из гарнитуры стетоскопа и поставить на место ушные наконечники стетоскопа, что на относительно длительное время прерывает контакт с телом пациента и нарушает последовательность диагностики;
- совместное расположение микрофона и динамика в одном корпусе предполагает возможность самовозбуждения (микрофонного эффекта);
- расположение микрофона в конце акустического тракта, как показывает практика, вызывает значительные помехи из-за посторонних звуков, проникающих из окружающего пространства через стенки гарнитуры стетоскопа, а также сильных шумов при механическом воздействии (трении, касании) на гарнитуру стетоскопа, в том числе проводов интерфейса.
Известен электронно-акустический интерфейс в составе электронно-акустического стетоскопа, имеющий два корпуса, соединенных между собой электрическим разъемом (конектором) и гибким кабелепроводом, совмещающим электронный и акустический каналы, причем первый корпус представляет собой головку стетоскопа с чувствительным элементом - диафрагмой и приемной акустической камерой и содержит микрофон, соединенный с регулируемым усилителем, источник питания, вентиль кнопочного типа с одним входом и выходом для открытия акустического канала и выключения источника питания усилителя в акустическом режиме, а второй корпус содержит динамик и акустический распределительный узел на стыке с ушной гарнитурой стетоскопа, которая закреплена в данном корпусе (см. патент США №4071694, кл. А61В 7/04, публ. 31.01.1978 г. - прототип).
Недостатки известного электронно-акустического интерфейса:
- сложная конструкция, состоящая более чем из десятка оригинальных деталей и различных дорогих материалов, что в основном определяет очень высокую стоимость изделия;
- все управление интерфейсом - кнопка вентиля и регуляторы режимов работы уставлены на корпусе (головки стетоскопа) и внутри рядом с микрофоном, что вызывает при работе с ними значительные помехи в электронном режиме;
- в акустическом режиме звуковая волна проходит через лабиринт внутри интерфейса - полости и отверстия разного сечения и направления с поворотом до 180°, что приводит к фазовым и нелинейным искажениям исходного звукового сигнала и заставляет сомневаться в достоверности диагностики по сравнению со стандартным стетоскопом;
- интерфейс выполнен не съемным с неразборным соединением со стетоскопом, что усложняет сборку, ремонт, как интерфейса, так и стетоскопа.
Технический результат изобретения заключается в создании доступного по стоимости помехоустойчивого простого автономного интерфейса для разъемного подсоединения к любой головке и гарнитуре стетоскопа, в том числе стандартного, повышая его ремонтопригодность, удобство сборки и обеспечивая универсальность применения (диагностика, обучение, передача другому пользователю) при работе в акустическом и электронном режимах с оперативным переключением указанных режимов. Автономность интерфейса позволит модернизировать имеющиеся у пользователей устаревшие отечественные стетоскопы с одним акустическим режимом и исключить их преждевременную утилизацию, что экономически выгодно.
Технический результат достигается тем, что в электронно-акустическом интерфейсе для стетоскопа, выполненном с электронным и акустическим каналами и содержащем корпус, связанный с гибким трубчатым элементом для соединения с головкой стетоскопа, включающим первую трубку, и установленные в корпусе источник питания, последовательно соединенные микрофон, регулируемый усилитель и динамик, образующие с указанной трубкой электронный канал, при этом электронный и акустический каналы подключены соответственно к первому и второму выходам переключателя каналов, в гибкий трубчатый элемент введена вторая трубка, образующая акустический канал, микрофон установлен в первой трубке гибкого трубчатого элемента, переключатель снабжен отверстием и регулировочным винтом, выполненным с возможностью измерения сечения отверстия при соединении с акустическим каналом через переключатель в электронном режиме работы, причем одни концы первой и второй трубок гибкого трубчатого элемента встроены в корпус, а другие концы выполнены с возможностью соединения с головкой стетоскопа пользователя.
Целесообразно в гибком трубчатом элементе первую и вторую трубки выполнить длиной 12-15 см.
Предпочтительно микрофон установить в первой трубке гибкого трубчатого элемента на расстоянии 6-10 мм от другого ее конца и соединить с регулируемым усилителем кабелем, размещенным в первой трубке.
Предпочтительно иметь поворотную ручку переключателя с двумя крайними положениями для соединения электронного или акустического каналов с соответствующими входами переключателя.
Целесообразно в акустическом канале вторую трубку соединить со вторым входом вентиля внутри корпуса.
Предпочтительно выход переключателя для соединения с гарнитурой стетоскопа пользователя выполнить раздвоенным в виде двух штуцеров.
Целесообразно отверстие и регулировочный винт переключателя выполнить с возможностью настройки частотных параметров головки стетоскопа в диапазоне средних частот 200-400 Гц.
Целесообразно регулируемый усилитель выполнить с электрическим линейным выходом для подключения внешних электронных устройств, в том числе записи и/или анализа звука.
При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, предложенное решение соответствует критерию "новизна". Сущность изобретения не следует явным образом из известных решений, следовательно, предложенное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".
На фиг.1 изображен общий вид стетоскопа (стрелками указано место и направление разъединения головки от гарнитуры стетоскопа). На фиг.2 показан внешний вид интерфейса в автономном виде перед подключением к головке и гарнитуре стетоскопа (стрелки показывают направление соединения интерфейса с головкой и гарнитурой). На фиг.3 изображен общий вид структуры интерфейса. На фиг.4 изображены аксессуары для стетоскопа и интерфейса.
Электронно-акустический интерфейс для стетоскопа выполнен автономным, съемным и содержит (фиг.3) корпус 1 из гигиенически нейтрального пластика с гибким трубчатым элементом для соединения с головкой стетоскопа, содержащим первую и вторую трубки 2, 3 для образования соответственно электронного и акустического каналов, переключатель 4, выполненный с возможностью переключения указанных каналов с помощью поворотной ручки 5, источник 6 питания с выключателем 7, последовательно соединенные микрофон 8 с кабелем 9, усилитель 10 с регуляторами 11, 12 соответственно громкости и уровня нижних частот, динамик 13.
Первая и вторая трубки 2, 3 гибкого трубчатого элемента выполнены длиной 12-15 см и встроены (зафиксированы) одними концами в корпусе 1 для образования соответственно электронного и акустического каналов таким образом, что другие их концы выполнены с возможностью соединения с головкой стетоскопа пользователя.
В первой трубке 2 установлен микрофон 8, соединенный с регулируемым усилителем 10 кабелем 9, размещенным в первой трубке 2. Микрофон 8 размещен на расстоянии (L) 8-10 мм от края первой трубки 2.
Вторая трубка 3 выполняет функцию воздушного звуковода для образования акустического канала, при этом один ее конец проходит через корпус 1 и соединен с переключателем 4. Первая и вторая гибкие трубки 2, 3 аналогичны (по материалу и диаметру) трубкам гарнитуры стетоскопов.
Усилитель 10 выполнен с электрическим линейным выходом 14 для подключения внешних электронных устройств, в том числе для записи и/или анализа звука.
Усилитель 10 предназначен для усиления звукового сигнала с микрофона 8 и подачи на динамик 13. Усилитель 10 минимальной стоимости предпочтительно должен быть аналогового типа, например, как применяемый в слуховых аппаратах.
Динамик 13 выполнен с возможностью подачи звукового сигнала на первый вход переключателя 4, обозначенный символом "I".
Источник питания 6, например, аккумуляторного типа, обеспечивает подачу постоянного тока для работы электронной схемы электронного канала. Источник питания 6 выполнен с возможностью включения выключателем 7, когда поворотная ручка 5 переключателя 4 находится в положении "I".
Переключатель 4 имеет первый и второй входы для соединения соответственно с электронным и акустическим каналами и выполнен с возможностью поворота в два крайних положения с помощью поворотной ручки 5 переключателя (соответственно для соединения электронного или акустического канала с выходом переключателя 4). Выход 17 переключателя 4 для соединения с гарнитурой стетоскопа пользователя выполнен раздвоенным в виде двух штуцеров.
Вторая гибкая трубка 3 образует акустический канал и, являясь воздушным звуководом, обеспечивает подачу звукового сигнала на второй вход переключателя 4, обозначенный символом "О".
Переключатель 4 при установке его поворотной ручки 5 в положение "I" имеет возможность передачи звукового сигнала по воздушному каналу от динамика 13 на выход 17 переключателя 4, а в положении "О" - от второй гибкой трубки 3.
Переключатель 4 выполнен с отверстием 15 и снабжен регулировочным винтом 16, расположенным с возможностью изменения сечения отверстия 15. При этом указанные отверстие 15 и винт 16 выполнены с возможностью настройки частотных параметров головки стетоскопа в диапазоне средних частот 200-400 Гц при соединении через переключатель 4 с акустическим каналом в электронном режиме работы интерфейса.
Отверстие 15 переключателя 4 обеспечивает свободный выход воздуха в атмосферу. Площадь сечения отверстия 15 должна быть не менее внутреннего сечения второй гибкой трубки 3. Проходное сечение отверстия 15 может изменяться при помощи регулировочного винта 16 до полного его перекрытия. Физически внутренняя полость второй гибкой трубки 3 и отверстие 15 образуют акустический фазоинвертор. Указанный фазоинвертор действует, когда интерфейс работает в электронном режиме (переключатель 4 в положении "I") и отключается (перекрывается), когда интерфейс работает в акустическом режиме (переключатель 4 в положении "О").
Электронный канал (фиг.3) имеет микрофон 8 в первой трубке 2, а в корпусе 1 регулируемый усилитель 10, источник питания 6, динамик 13, соединенный с первым входом переключателя 4. В акустическом канале вторая трубка 3 соединена со вторым входом переключателя 4 внутри корпуса 1.
Гарнитура стетоскопа 22 присоединяется к интерфейсу через выход 17 переключателя 4.
При использовании стетоскопа с одинарным (одним) выходом головки 21 применяют аксессуары (фиг.4) в виде тройника 18 с короткой гибкой трубкой 19 длиной 20-30 мм (для соединения тройника 18 с головкой стетоскопа) и колпачка-заглушки 20 для перекрытия любого из штуцеров выхода 17 переключателя 4 интерфейса.
Интерфейс применяют для совместной работы со стетоскопом, показанным, например, на фиг.1. Интерфейс используют следующим образом.
Источник 6 питания устанавливают в корпус 1 интерфейса, для экономии питания до начала работы ручку 5 переключателя 4 устанавливают в положение "О".
Подготавливают имеющийся у пользователя стетоскоп для работы с интерфейсом. Для этого отсоединяют (в направлении стрелок на фиг.1) головку 21 стетоскопа от гарнитуры 22 (гибких соединительных трубок), как показано на фиг.2.
Для подключения интерфейса соединяют штуцеры головки 21 стетоскопа с его первой и второй гибкими трубками 2, 3, а гарнитуру 22 с штуцерами выхода 17 интерфейса (фиг.2), при этом регуляторы 11, 12 громкости и нижних частот интерфейса устанавливают в среднее положение. Стетоскоп готов к работе.
Первоначально осуществляют настройку и проверку интерфейса на здоровом без патологии пациенте, для этого на характерной точке аускультации в акустическом режиме (положение "О") определяют равномерность звука в средней полосе частот (примерно 200-600 Гц) и сравнивают соотношение сердечных и легочных звуков, затем переключают интерфейс в электронный режим (в положении "I"), уменьшают уровень сердечных звуков регулятором 12 нижних частот и регулировочным винтом 16 настраивают равномерность средних частот, после чего можно переходить к диагностике патологии.
При диагностике сердца уровень сердечных звуков рекомендуется устанавливать регулятором 12 нижних частот, регулятором 11 громкости устанавливается комфортный уровень звука для уха пользователя.
По окончании работы ручку 5 переключателя 4 устанавливают в положение "О" для экономии источника питания.
В случае использования стетоскопа с одинарным (одним) выходом головки 21 применяют аксессуары в виде тройника 18 с короткой гибкой трубкой 19 и колпачка-заглушки 20 для перекрытия любого из штуцеров выхода 17 переключателя 4 интерфейса. Работа интерфейса при этом аналогична.
Для получения высококачественных результатов диагностики в подходящих условиях (в стационаре) рекомендуется воспользоваться фиксатором для головки 21 стетоскопа (патент РФ на полезную модель №64495 "Фиксатор датчика и каркас для его осуществления"), устанавливаемом на теле пациента.
Интерфейс доступен по цене, универсален, имеет простую помехоустойчивую надежную конструкцию, обеспечивающую диагностику как электронным, так и акустическим способом, и может быть легко соединен с любой головкой и гарнитурой стандартного стетоскопа.
Интерфейс может быть применен для совместной работы с уже имеющимся у пользователя стандартным акустическим стетоскопом. Оперативный и быстрый переход из одного режима диагностики в другой позволяет пользователю точнее настроить работу интерфейса и быстрее освоить (самообучаться) электронному способу диагностики. Кроме того, интерфейс легко и просто отсоединить от гарнитуры стетоскопа и передавать другому пользователю. При этом интерфейс не имеет недостатков перечисленных выше аналогов и прототипа.
Электронно-акустический интерфейс для стетоскопа прошел опытные испытания, подтвердившие эффективность его применения. Затраты на изготовление интерфейса незначительно повышают стоимость стетоскопа, при этом параметры стетоскопа соответствуют современным требованиям. Универсальность применения интерфейса обеспечена простотой его съемной конструкции.