[發(fā)明專利]帶噪聲振動(dòng)控制的生物聲學(xué)傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380024765.2
• 申請(qǐng)日: 2013-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN104684485A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丹尼爾·J·羅杰斯;賈斯廷·通俊亞泰姆;克里斯多佛·J·勒厄德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 3M創(chuàng)新有限公司
• 主分類號(hào): A61B7/04
• 分類號(hào): A61B7/04
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 梁曉廣;關(guān)兆輝

背景技術(shù)

已經(jīng)開發(fā)出多種生物聲學(xué)傳感器來(lái)檢測(cè)人體發(fā)出的聲音，諸如，心音和肺音。已知裝置的范圍是從機(jī)械裝置(諸如，聽診器)到可典型地包括麥克風(fēng)和換能器的各種電子裝置。

盡管市面上可購(gòu)買到許多電子生物聲學(xué)傳感器，但內(nèi)科醫(yī)生和其它醫(yī)療從業(yè)者仍未普遍接受電子生物聲學(xué)傳感器。電子生物聲學(xué)傳感器未被接受的可能原因包括：在診斷病人期間會(huì)產(chǎn)生干擾臨床醫(yī)生的噪音或假象，以及與放大和復(fù)制所關(guān)注的某些生物聲音相關(guān)的限制。一般來(lái)講，包括電子聽診器的生物聲學(xué)傳感器優(yōu)先地被設(shè)計(jì)成檢測(cè)從人體發(fā)出的聲學(xué)振動(dòng)。然而，實(shí)際上，檢測(cè)到的聲學(xué)振動(dòng)包括指示生理參數(shù)的身體聲學(xué)聲音(例如，指示呼吸速率的呼吸音、心音等)和來(lái)自從一個(gè)或多個(gè)噪聲源發(fā)出的環(huán)境噪聲(有時(shí)被稱為周圍噪聲)的聲學(xué)振動(dòng)二者。例如，聲學(xué)噪聲可包括來(lái)自諸如電子器件(例如，計(jì)算機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、電機(jī)、泵、風(fēng)扇、警報(bào)或其它電子器件等)的外部噪聲源的噪聲、來(lái)自諸如患者附近的來(lái)訪家庭成員和醫(yī)療人員的其它人的噪聲、交通工具噪聲(例如，直升飛機(jī)中的)等。在一些情況下，聲學(xué)噪聲包括源自患者的并不指示測(cè)得的生理參數(shù)的聲音。這種聲音可包括患者講話、咳嗽等。結(jié)果，生物聲學(xué)傳感器(通常，換能器)將產(chǎn)生指示檢測(cè)到的所有聲學(xué)振動(dòng)的信號(hào)。各信號(hào)因此將包括代表所關(guān)注的生理參數(shù)的生理聲音分量和代表環(huán)境和/或其它噪聲的聲學(xué)噪聲分量。

生物聲學(xué)傳感器信號(hào)的信噪比通常由于存在聲學(xué)噪聲而降低，不管其來(lái)源是哪。在一些情況下，降低的信噪比可使得難以將信號(hào)的生理聲音分量與噪聲分量區(qū)分開來(lái)得到準(zhǔn)確的測(cè)量。這個(gè)問(wèn)題尤其在一些緊急環(huán)境(諸如，飛行的直升飛機(jī)和救護(hù)車)中被加重，在這些環(huán)境中，傳感器檢測(cè)到的噪聲可以比所關(guān)注的身體聲音大幾個(gè)量級(jí)。

在本領(lǐng)域中已知用各種技術(shù)減少聲學(xué)信號(hào)中噪聲的存在和效果。在典型的方法中，如美國(guó)公開No.2011/1213271(Telfort等人)舉例說(shuō)明的，系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成從不止一個(gè)聲學(xué)感測(cè)元件收集信號(hào)，然后將來(lái)自那些感測(cè)元件的各個(gè)輸出組合(例如，求和、相減、求平均等)，其方式為使得往往會(huì)增強(qiáng)信號(hào)的生理分量同時(shí)往往會(huì)消除或減少信號(hào)的噪聲分量。

發(fā)明內(nèi)容

雖然在某些情況下已知的降噪技術(shù)和處理會(huì)是有幫助的，但當(dāng)所關(guān)注的生理聲音被高級(jí)別的噪聲有效掩蓋時(shí)，對(duì)下游處理的依賴性是不足夠的。本公開的生物聲學(xué)傳感器系統(tǒng)利用反饋回路來(lái)消除或減少?zèng)_擊換能器的環(huán)境噪聲對(duì)換能器本身的影響。本公開的生物聲學(xué)傳感器系統(tǒng)包含致動(dòng)器，致動(dòng)器直接物理地聯(lián)接到換能器的至少一部分表面，所述換能器被構(gòu)造用于響應(yīng)于因沖擊聲學(xué)振動(dòng)而導(dǎo)致的變形來(lái)生成信號(hào)。除了換能器之外，還可提供一個(gè)或多個(gè)參考傳感器來(lái)優(yōu)先感測(cè)環(huán)境噪聲。換能器和參考傳感器二者的輸出信號(hào)可被傳送到包含振動(dòng)控制模塊的信號(hào)處理電路。振動(dòng)控制模塊參照輸出信號(hào)中的至少一個(gè)確定噪聲，生成控制信號(hào)，傳送控制信號(hào)以激發(fā)致動(dòng)器。接著，致動(dòng)器至少部分基于控制信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)分量使換能器物理地變形，以抵消不期望的振動(dòng)(即，噪聲)的影響。本公開的某些生物聲學(xué)傳感器系統(tǒng)可有利地利用自適應(yīng)濾波，使得可用控制信號(hào)負(fù)責(zé)周期性和散發(fā)的噪聲。因此，在換能器本身抵消或大大減少噪聲，使得換能器生成的信號(hào)在任何下游信號(hào)處理之前具有提高的信噪比。

由于換能器生成的信號(hào)具有較高的信噪比，因此本公開的生物聲學(xué)傳感器系統(tǒng)尤其很適于用于緊急或戰(zhàn)爭(zhēng)醫(yī)療，在所述醫(yī)療中，必須在相當(dāng)大的環(huán)境噪聲下評(píng)估和診斷患者的狀況。示例性的狀況包括事故、自然災(zāi)害和戰(zhàn)爭(zhēng)情況，在會(huì)生成大量操作噪聲的極端狀況(諸如，患者運(yùn)輸船上救護(hù)車)當(dāng)中必須倍加注意這些情況。本公開的生物聲學(xué)傳感器系統(tǒng)可尤其很適于用于軍用飛機(jī)，其中環(huán)境噪聲的水平可以比從患者發(fā)出的所關(guān)注聲音大幾個(gè)量級(jí)。

在一個(gè)方面，本公開提供了一種采集生物聲學(xué)信號(hào)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括：換能器組件，所述換能器組件包括被構(gòu)造用于感測(cè)聲學(xué)能量的表現(xiàn)形式的換能器和機(jī)械/物理地聯(lián)接到所述換能器的第一主表面的致動(dòng)器，其中所述換能器被構(gòu)造用于生成聲學(xué)信號(hào)；被構(gòu)造用于生成參考信號(hào)的參考傳感器；聯(lián)接到所述參考傳感器和所述換能器的處理器；聯(lián)接到所述參考傳感器和所述致動(dòng)器的噪聲振動(dòng)控制電路，所述噪聲振動(dòng)控制電路被構(gòu)造用于至少部分基于所述參考信號(hào)的分量來(lái)生成抗噪聲信號(hào)，所述抗噪聲信號(hào)能夠操作用以致使所述致動(dòng)器使所述換能器的至少一部分變形，其中所述換能器的變形增加所述聲學(xué)信號(hào)的信噪比。