DE69930523T2

DE69930523T2 - Sensor mit einer dünnen piezoelektrischen polymerschicht

Info

Publication number: DE69930523T2
Application number: DE69930523T
Authority: DE
Inventors: T. Cal Apex SWANSON; J. Simon Raleigh LEWANDOWSKI; E. Charles Raleigh CHASSAING; Z. Michael Charlotte SLEVA
Original assignee: Harris Corp
Current assignee: Harris Corp
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1999-08-13
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2019-08-14
Also published as: ATE320757T1; DE69930523D1; WO2000010462A1; US6261237B1; EP1107696B1; AU5484099A; EP1107696A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf einen flexiblen Sensor mit einem dünnen Film für die passive akustische Detektion von Herz- und Blutflußgeräuschen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bestimmte Polymere, Copolymere und Mischungen zeigen wegen einer dipolaren Ferroelektrizität, die in bestimmten Kristallphasen vorherrscht, ein piezoelektrisches Verhalten. Die üblichsten der semi-kristallinen ferroelektrischen Polymere sind Poly (Vinyliden-fluorid) (PVDF) und dessen Copolymer mit Trifluorethylen, P(VDF-TrFE). Wie mit jedem piezoelektrisch aktiven Material, wenn Elektroden an beiden der größeren Flächen einer Probe eines piezoelektrischen Films angeordnet sind, arbeitet das Element als ein elektromechanischer Wandler und kann somit als ein Sensor oder Stellelement verwendet werden. Wenn der Film als ein Sensor arbeitet und einer Beanspruchung entweder in der Richtung, die der Filmdicke entspricht, oder in einer der Querrichtungen unterliegt, wird ein elektrisches Potential, das proportional zu der angewandten Beanspruchung ist, entlang der Dicke des Films entwickelt. Die Elektroden ermöglichen eine Verbindung zu einem äußeren elektronischen Schaltkreis, so daß es möglich ist, die durch den Sensor bereitgestellten Informationen zu verarbeiten.
Sensoren, die Wandler mit einem piezoelektrischen Film zur passiven Detektion von Körpergeräuschen aufweisen, sind bekannt, vgl. beispielsweise US-Patente 5,365,937 und 5,595,188 sowie veröffentlichte Anmeldungen WO92/08407 und WO90/08506. Jedoch können bekannte Sensoren durch ungewünschte Leistungsbedingungen gekennzeichnet sein, einschließlich geringem Signal-zu-Rausch-Verhältnis, Nebensprechen und Signalverunrei nigungen von Oberschwingungen der Stromleitung oder einem Geräusch der Umgebung. Diese Bedingungen können teilweise der Nichtübereinstimmung des Wandlers mit Flächen des menschlichen Körpers zurechenbar sein.
Die JP 04-126135 beschreibt einen Sensor zur Detektion von Blutflußgeräuschen, die zu der äußeren Fläche des Augenlids übertragen werden, wobei der Sensor ein Gehäuse mit einem offenen Ende, eine über dem offenen Ende gespannte Membran, einen gespannten piezoelektrischen Film und einen Stecker umfaßt, der die Membran mit dem piezoelektrischen Film verbindet.
Ein verbesserter Sensor mit einem dünnen Film für die effiziente passive Detektion von Herz- und Blutflußgeräuschen wird benötigt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wesentliche Bestandteile des Sensors mit einem flexiblen dünnen Film dieser Erfindung umfassen einen piezoelektrischen Film, welcher einen rechteckigen aktiven Bereich aufweist, ein Gehäuse mit einem Filmträgermittel, auf dem der Film angeordnet ist, und einen Fuß. Der Fuß ist der einzige Sensorbestandteil, der mit der Haut in Berührung kommt. Nachstehend werden diese Bestandteile als "Film", "Gehäuse" und "Fuß" bezeichnet.
Die Erfindung kann Sensoren enthalten, in welchen ein anfänglich schlaffer piezoelektrischer Film, der befestigte gegenüberliegende Ränder aufweist, durch die Sensormasse gespannt wird, um eine Beanspruchung nach einer vertikalen Verschiebung des akustischen Mediums, beispielsweise menschliches Fleisch, zu erzeugen, auf dem der Sensor angeordnet werden kann.
Die Erfindung kann auch Sensoren enthalten, in denen der piezoelektrische Film anfänglich gespannt ist.
Ein wichtiges Merkmal der Erfindung umfaßt Sensoren, wobei die Federkonstante des Sensors dieselbe Größenordnung wie die Federkonstante von menschlichem Fleisch aufweist und vorzugsweise der Federkonstante des menschlichen Fleisches angepaßt ist.
Die Erfindung kann einen einzelnen Sensor oder eine Vielzahl von individuellen Sensoren umfassen. Eine Vielzahl von individuellen Sensoren kann in einem linearen Feld oder einer schlangenartigen Anordnung angeordnet sein. Ein lineares Feld kann auch eine Vielzahl von Gliedern umfassen, wobei jedes Glied aus zwei oder mehr individuellen Sensoren besteht. Lineare Felder von Sensoren können in einem intercostalen Raum eines Patienten (ICS) angeordnet werden. Eine ungewünschte Bewegung eines angeordneten Feldes kann durch einen seitlich angrenzenden Streifen oder mehreren seitlich angrenzenden Streifen von Klebeband verhindert werden.
Eine Vielzahl von linearen Feldern mit Sensoren oder von individuellen Sensoren kann angeordnet sein, um ein akustisches Fenster eines Patienten aufzunehmen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine schematische Darstellung eines gespannten Films (ein Fuß und ein Gehäuse sind nicht dargestellt).
2 ist ein Bereich eines einzelnen Sensors, welcher in einem Glied mit einer Vielzahl von Sensoren angeordnet sein kann. Glieder umfassen typischerweise drei Sensoren. Das Gehäuse, die oberen und unteren Bestandteile der Film-Trägerstruktur innerhalb des Gehäuses, ein Bogen in dem unteren Trägerbestandteil für den Film, um einen gespannten Film aufzunehmen, Schienen an den äußeren unteren Rändern des Gehäuses und Details, die das Befestigen des Films durch die Trägerstruktur darstellen, sind dargestellt.
3 ist eine Zusammenstellungszeichnung. Auf der linken Seite sind der Film (mit dem befestigten Fuß) und die zweiteilige Trägerstruktur für den Film nicht zusammengefügt dargestellt. Auf der rechten Seite sind dieselben Bestandteile zusammengefügt dargestellt.
4 stellt eine Seite eines Streifens eines piezoelektrischen Films dar. Neun leitende Sensorbereiche und Details des leitenden Farbdruckes auf dem Film sind dargestellt. Da der Film transparent ist, ist einiges des Drucks an der gegenüberliegenden Seite ebenfalls dargestellt.
5 ist eine Draufsicht auf ein einzelnes lineares Feld oder eine schlangenartige Anordnung mit drei Gliedern, wobei jedes drei Sensoren (neun Sensoren) umfaßt. Ein Band ist angrenzend an jeder Seite des Feldes mit drei Gliedern dargestellt, um eine ungewünschte Bewegung des Sensorgehäuses zu vermeiden, das zu einem mechanischen Nebensprechen führen kann, und um zu einer geeigneten Spannung des PVDF-Films an einer gekrümmten Brust zu führen. Lineare Felder, die jede gewünschte Zahl von Gliedern und Sensoren umfassen, können in der gleichen Weise angeordnet werden.
6 zeigt eine dreidimensionale Ansicht ohne das Band eines linearen Feldes mit drei Gliedern (neun Sensoren) wie in 5 dargestellt.
7 ist eine Unteransicht der schlangenartigen Anordnung der 5 und 6, die kreisförmige Füße zeigen, die an dem Film mit Kunststoffstangen (gestrichelte Linien), die rechteckig im Querschnitt sind, befestigt sind. Diese Füße können anders als kreisförmig ausgebildet sein, beispielsweise vieleckig, und das Befestigungsmittel kann ein anderes als Stangen sein, beispielsweise Scheiben.
8 ist eine seitliche Ansicht der schlangenartigen Anordnung mit drei Gliedern (neun Sensoren), die in 5 und 6 dargestellt ist.
9 ist eine dreidimensionale Ansicht der Unterseite einer schlangenartigen Anordnung mit drei Gliedern (neun Sensoren), die in den 5 und 6 dargestellt ist.
10 zeigt fünf schlangenartige Anordnungen mit drei Gliedern, wobei eine jeweils innerhalb der fünf intercostalen Räume (ICS) eines Patienten angeordnet ist. Die schlangenartigen Anordnungen sind angeordnet, um ein akustisches Fenster eines Patienten aufzunehmen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Sensors ist in den 1 bis 3 dargestellt. Der Film ist geringfügig länger als die Entfernung zwischen den Punkten, an denen der Film an dem Gehäuse befestigt ist, so daß der Film anfänglich locker ist. Wenn der Sensorfuß in Kontakt mit der Oberfläche eines sich einschaltenden akustischen Mediums gebracht wird, wird somit der Film durch das Gewicht des Gehäuses gespannt. Für ein gegebenes akustisches Medium, beispielsweise die Brust eines Patienten, sind die Empfindlichkeitsabhängigkeit und der Frequenzgang des Sensors abhängig von der Gehäusemasse, dem Oberflächenbereich des Bodens des Fußes und dem Grad, zu dem der Film gespannt wird (dies ist der "Versetzwinkel" θ). Unter Bezug auf 1, wenn der Fuß vertikal (d.h. die Richtung senkrecht zu der oberen Fläche des Sensorgehäuses) verschoben wird, gerade bis der Film sich aus seinem lockeren Zustand entfernt, dann wird der Unterschied in der vertika len Position zwischen dem resultierenden Scheitel und einem Punkt an einem der befestigten Ränder des Films als "anfängliche statische Verschiebung" (X₁ in der Figur) bezeichnet. Der Ausdruck "statisch" wird verwendet, um die Gesamt-Filmverschiebung, die hier beschrieben wird, von den kleinen vorübergehenden Verschiebungen zu unterscheiden, zu deren Detektion die Vorrichtung ausgebildet ist. Wenn der Sensor in Kontakt mit der Fläche des akustischen Mediums gebracht wird, wird der Film durch die Belastung der Gehäusemasse gedehnt, wodurch eine zusätzliche zunehmende statische Verschiebung (X₂) bereitgestellt wird. Die Summe der anfänglichen und zunehmenden statischen Verschiebungen umfaßt die gesamte statische Verschiebung (X₁ + X₂), welche für eine vorgegebene Distanz (L) den statischen Versetzwinkel (θ = θ₁ + θ₂) des Films bestimmt.
Es ist aus 2 ersichtlich, daß eine geringe vorübergehende Verschiebung der Oberfläche des akustischen Mediums, die unterhalb des Sensorfußes angeordnet ist, eine entsprechende vertikale Verschiebung des Fußes nach sich zieht, was eine Beanspruchung T₁ entlang der Länge des Films erzeugt. Da der Film piezoelektrisch ist, wird eine Spannung v, die proportional zu der eingeleiteten Beanspruchung ist, zwischen den Filmelektroden nach der Gleichung 1 erzeugt:
wobei d₃₁ bzw. ε die dazugehörige Konstante der piezoelektrischen Beanspruchung bzw. die Dielektrizitätskonstante ist, und t ist die Dicke des Films.
Die relative Steifigkeit K_eff (das Reziproke der Nachgiebigkeit) des gespannten Filmelements und die für das akustische Medium, k_med, wie sie durch den Sensorfuß erfahren wird, sind für den Betrieb des Sensors wichtig. Besonders die Breitbandsensivität wird für eine vorgegebene Gehäusemasse und Filmdimensionen maximiert, wenn K_eff = K_med. Für ein Filmelement mit vorgegebenen Dimensionen können zwei Parameter manipuliert werden, um K_eff = K_med zu erzielen: die gesamte statische Verschiebung bzw. der Radius des Sensorfußes. In bezug auf den zuerst genannten verhält sich der Film unter ausreichender Massenbelastung wie eine nichtlineare Feder, für welche die Steifigkeit mit ansteigender statischer Verschiebung nach der Gleichung 2 ansteigt:
wobei L_o die Länge des Films, X die gesamte statische Verschiebung, L die Entfernung zwischen den Gehäuseschienen und K die Steifigkeit des Films ist, die durch die Gleichung 3 gegeben wird:
In Gleichung 3 ist Y das Young'sche Modul für das piezoelektrische Polymer, und A ist der Querschnittsbereich durch die Breite des Films. Es sollte beachtet werden, daß für eine geeignete Gehäusemasse der beherrschende Bestandteil von X die anfängliche statische Verschiebung wegen der Lockerheit des Films ist. Unter Berücksichtigung der Fußgröße erhöht sich die sichtbare Steifigkeit des akustischen Mediums, wie sie durch den Sensor erfahren wird, mit ansteigendem Fußradius a nach der Gleichung 4:
wobei ρ die Dichte des Mediums ist, und μ₁ und μ₂ dessen Lame'schen Konstanten sind,
wobei G = μ₁ + jωμ₂ das Schermodul des Mediums ist.
Somit ist das Fleisch unter dem Sensorfuß steifer für einen Fuß, welcher die Haut über einen größeren Bereich berührt.
Wie zuvor erwähnt, hat die Gehäusemasse einen signifikanten Effekt auf die Leistung des Sensors. Unter der Annahme, daß zunächst alle Bestandteile des Sensors sich nur in der vertikalen Richtung bewegen (das Ziel des Bandes nach 5 ist, eine ungewollte Gehäusebewegung in den Querrichtungen zu reduzieren), kann das Verhalten des Sensors auf eine Verschiebung der Fläche, mit der er in Kontakt ist, als ein unterdämpfter Hochpaßfilter zweiter Ordnung beschrieben werden. Die Resonanzfrequenz f_n des Filters ist eine Funktion der Gehäusemasse m_b, der Anzahl der Sensoren in einem einzelnen Glied n_s und der äquivalenten Steifigkeit K_eq (die Reihenkombination von K_eff und K_med für einen einzelnen Sensor). Die Beziehung ist:
In Gleichung 5 sind die Masse des Sensorfußes und die bewegte Masse des akustischen Mediums, die unterhalb des Fußes angeordnet sind, vernachlässigt, da sie jeweils viel kleiner als die Gehäusemasse sind. Zweitens erhöht sich die Breitbandsensitivität der Vorrichtung mit ansteigender Gehäusemasse, aber praktische Überlegungen führen zu einer oberen Grenze dieses Parameters. Diese Überlegungen enthalten Grenzwerte der Patienten-Toleranz hinsichtlich der Masse auf seiner oder ihrer Brust und die Gefährdung der ernstlichen Herabsetzung der Sensorleistung durch Kontakt der Gehäuseschienen mit der Haut des Patienten.
Die 2 und 3 stellen die Ausbildung eines einzelnen Sensors mit einem losen Film dar, der einen anfänglichen statischen Verschiebungswinkel θ₁ von ungefähr 9°, eine Gehäusemasse eines einzelnen Sensors (Glied) von ungefähr 42 Gramm und eine Federkonstante von ungefähr 3 kN/m aufweist.
2 zeigt einen Bereich eines einzelnen Gliedes 301, das einen Sensor 100 innerhalb eines vorzugsweise metallischen Gehäuses 101 für ein Glied von drei Sensoren veranschaulicht. Das Gehäuse des Glieds umfaßt einstückige untere und obere Teile 102, 103. Der Umfang des Gehäuseteils 102 ist durch eine hauptsächlich trapezförmige Endwand 104, durch Seitenwände 105, 106, ein Oberteil 107 und ein Unterteil 108 definiert. Weil der Bereich des Oberteils 107 kleiner als der Bereich des Unterteils 108 ist, fallen die Endwand 104 und die Seitenwände 105 und 106 nach innen ab, um das Oberteil 102 des Gehäuses des Gliedes trapezförmig im Querschnitt zu machen und so einem linearen Sensorfeld (vgl. 5 und 6) Flexibilität zu gewähren. Das untere Gehäuseteil 103 definiert eine Kammer, in der obere und untere Filmträgerbestandteile 109 und 110 angeordnet sind. Die äußeren unteren Ränder des unteren Gehäuseteils 103 stellen Sensor-Seitenschienen 111 und 112 bereit.
Ein Film 200 ist dargestellt, der an den beabstandeten Punkten A, A' zwischen den oberen und unteren Filmträgerbestandteilen 109, 110 festgeklemmt ist. Das Filmsegment, welches den Raum zwischen den Druckpunkten überspannt, ist lose. Ein Bogen 113 in dem unteren Filmträgerelement 110 stellt eine Abdeckung für den losen Film 200 zur Verfügung.
Die Sensitivität des Sensors kann als eine Funktion der Gehäusemasse (Massenbeanspruchung des Films) steigen. Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung beträgt die Masse eines einzelnen Gehäuses ungefähr 40 Gramm bis ungefähr 45 Gramm. Jedoch kann die Gehäusemasse weniger, beispielsweise 20 Gramm, oder größer, beispielsweise 200 Gramm sein.
Mittel 114, vorzugsweise Kunststoffstangen, befestigen den kreisförmigen Fuß 115 an der zugänglichen unteren Fläche des Films 200. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung weist der kreisförmige Fuß einen Durchmesser von 0,2 bis 0,5 Inch (0,508 bis 1,27 cm), vorzugsweise 0,3 bis 0,4 Inch (0,762 bis 1,016 cm) auf. Ein vieleckiger Fuß mit einem ähnlichen Bereich kann anstatt eines kreisförmigen Fußes verwendet werden. Dieser Fuß und die Trägerstangen können aus jedem gewünschten Kunststoff hergestellt sein, beispielsweise Polystyrol, Polypropylen, Polycarbonat oder dergleichen.
Die Länge der Fuß-Befestigungsmittel 114 ist ausgelegt, um zu verhindern, daß die Haut des Patienten die Sensorschienen 111, 112 berührt, die durch das Unterteil 103 des Gehäuses bereitgestellt werden, wie in 2 dargestellt.
Ein Durchgangsloch 116 für eine Stellschraube, um das Gehäuse 101 und die Filmträgerteile 109, 110 in Verbindung zu halten, ist dargestellt (gestrichelte Linien).
3 zeigt einen auseinandergebauten Sensor (linker Teil). Obere und untere Filmträgerteile 109 und 110 sind mit Stiften 116 und Löchern 116a zur Aufnahme der Stifte (schraffierte Linien) dargestellt. Das obere Filmträgerbestandteil ist in Kontakt mit dem unteren Bestandteil durch Reibung zwischen den Stiften 116 gehalten.
4 zeigt eine Seite eines Films 200 mit neun rechteckförmigen, beabstandeten leitenden Sensorbereichen 1000 und zugehörigen gedruckten leitenden Farblinien 1001, welche die Sensorbereiche mit Stiften innerhalb eines männlichen Bestandteils 1002 eines Kunststoffsteckers verbinden. Die Sensorbereiche 1000 sind gleichmäßig voneinander beabstandet und durch Löcher 1003 in dem Film 200 getrennt. Versteifungen 1004 weisen Löcher 1005 auf, um Stifte anzuordnen (nicht dargestellt). Der Stecker 1002 weist leitende Stifte 1006 auf. Entgegengesetzte Stege 1007 sind an dem Stecker 1002 bereitgestellt, um eine geeignete Ausrichtung zwischen dem männlichen Bestandteil 1002 und dem weiblichen Bestandteil (nicht dargestellt) des Steckers zu ermöglichen.
Die Erfindung enthält ein lineares Feld von Sensoren, das an einem kontinuierlichen piezoelektrischen Filmstreifen angeordnet ist, welcher eine Vielzahl von separaten Sensorelementen aufweist, die longitudinal beabstandet auf einer seiner Fläche angeordnet sind. Eine Vielzahl von ähnlichen longitudinal beabstandeten Sensoren ist entlang des Streifens angeordnet, wobei jeder der Sensoren mindestens eines der Vielzahl von Sensorelementen auf der Fläche des Filmstreifens umfaßt.
Die 5 bis 8 stellen ein Ausführungsbeispiel eines solchen linearen Feldes 300 mit drei Gliedern (neun Sensoren) von Gliedern 301 dar. Jedes Glied umfaßt drei Sensoren 100 (nicht dargestellt).
Wie in 5 dargestellt, weist das Oberteil eines jeden Gliedes 301 zwei Löcher 117 und 118 für Stellschrauben oder gleiche Mittel auf, um das Gehäuse 101 des Gliedes an den Filmträgerbestandteilen 109, 110 zu sichern (vgl. 2). Ein rechteckförmiges, reflektierendes Bandstück 119 ist an dem Oberteil eines jeden Sensors 100 angebracht, um photogrammetische Sensor-Ort-Verfahren zu gewähren.
Mittel zum Sichern des linearen Sensorfeldes mit drei Gliedern gegen ungewollte Bewegung können durch ein Klebeband 120 bereitgestellt werden, das an jeder Seite des Feldes angeordnet ist.
Wie 5 zeigt, arbeiten die Teile des Filmstreifens zwischen jedem der Glieder, die in dem Glied 301 enthalten sind, wie ein Gelenk, um dem Feld 300 Feldflexibilität zu gewähren.
Die Gehäuse sind vorzugsweise aus Metall gebildet. Zinkgüsse sind geeignet, um Gewicht und eine Abschirmung vor elektromagnetischer Interferenz bereitzustellen.
In einem flexiblen linearen Feld 300, wie es in den 5 und 6 dargestellt ist, sind individuelle Glieder 301 geeignet voneinander beabstandet angeordnet (Mitte zu Mitte).
Jedes flexible lineare Feld ist vorzugsweise zur Durchführung einer mindestens 10 Grad Torionsdrehung Glied-zu-Glied von der Ebene (durch Gewicht der Sensoren alleine) und eines vertikalen Drehwinkels von mindestens +45° und –30° relativ zu dem angrenzenden Glied imstande. Der Abstand zwischen jedem der linearen Felder, die in einer Gruppe oder Anordnung von linearen Feldern enthalten sind, kann so klein wie 2 cm oder so weit wie 4 cm sein (Mitte-zu-Mitte). Die Rückseite jedes linearen Feldes ist vorzugsweise flach ausgebildet, um visuelle Bildbearbeitung zu ermöglichen. Glieder und Sensorelemente reiben vorzugsweise nicht aneinander oder klappern aneinander, um so mechanisches Nebensprechen zu reduzieren.
Sensoren, die in einer Anordnung oder einem Feld enthalten sind, weisen vorzugsweise Interkanal-Phasen-Differenzen von weniger als 1 Grad Standardabweichung über das 100 Hz bis 2 kHz-Frequenzband auf, wenn sie über die vorgegebenen Winkel angewandt werden. Das Gehäuse des Sensors ist vorzugsweise Metall, beispielsweise Zinkguß, um Gewicht und Stabilität bereitzustellen.
Die Sensortemperaturen während der Datenaufnahme können zwischen 20°C und 38°C liegen. Die Abweichungen von Sensor zu Sensor können so hoch sein wie 10°C. Außentemperaturunterschiede und -dynamiken zwischen Feldelementen beeinflussen vorzugsweise nicht die Interkanal-Phasen-Spezifikationen innerhalb des Leistungsbandes zwischen 100 Hz und 2 kHz.
Die Verstärker-Impedanz, an der jeder Sensor befestigt werden kann (ausschließlich Verkabelung) liegt typischerweise bei 199 Megaohm, parallel mit 25 pf oder mehr.
Nebensprechen zwischen beliebigen zwei Sensoren mit Ausnahme durch den vorgesehenen Ausbreitungsweg ist vorzugsweise geringer als –30 dB.
Konventionelle individuelle Sensorstecker und Verkabelung werden vorzugsweise auf den Feldstecker abgestimmt. Das Stecker/Kabeldesign ist ausgewählt, um eine Ausbreitung von Außengeräuschen das Kabel hinunter in die Sensoren zu minimieren, und vorzugsweise der Feldgestaltung an menschlichen Konturen angepaßt, so daß die Feldleistung nicht beeinträchtigt wird.

Claims

Sensor (100) zur Detektion von Geräuschen in einem akustischen Medium mit: (i) einem piezoelektrischen Filmsegment (200), (ii) von einander beabstandeten Sicherungsmitteln für einen Filmrand, an denen gegenüberliegende Ränder des Filmsegments (200) angeordnet sind, (iii) einem Fuß (115) für einen Oberflächenkontakt eines Körpers, wobei der Fuß an dem Filmsegment angeordnet ist; und (iv) einem Gehäuse (101), umfassend einen Umfang mit einem oberen Teil (102) und einem unteren Teil (103), wobei der untere Teil (103) äußere untere Ränder aufweist und wobei das Gehäuse (101) die voneinander beabstandeten Sicherungsmittel für einen Filmrand umfaßt, wobei der Fuß (115) sich in einer Entfernung unter den äußeren unteren Rändern des Gehäuseumfangs erstreckt, wobei die Masse des Gehäuses (101) eine Spannung des Filmsegments (200) verursacht, wenn der Fuß (115) in Oberflächenkontakt mit dem Körper angeordnet wird, wobei eine vorübergehende Bewegung der Oberfläche des Körpers den Fuß (115) verlagert, wodurch das Filmsegment (200) veranlaßt wird, ein elektrisches Signal zu erzeugen und wobei das Gehäuse eine Masse zwischen 20–200 Gramm aufweist.
Sensor nach Anspruch 1, wobei (i) die Masse des Gehäuses (101) zwischen 40 bis ungefähr 50 Gramm liegt, und (ii) der Fuß (101) kreisförmig ist und einen Durchmesser von ungefähr 0,5 bis 1,3 cm aufweist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Film (200) ein Poly(Vinyliden-Fluorid)-Film ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sensor eine Federkonstante von 2 kN/m bis 4 kN/m aufweist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, des weiteren mit einem Befestigungsmittel (114), das ausgelegt ist, um den Fuß (115) an dem Filmsegment (200) zu befestigen, wobei im Betrieb der Sensor ausgelegt ist, so daß der Fuß und das Befestigungsmittel (115, 114) sich umsetzen können, unbehindert durch den Boden des Sensorgehäuses (101).
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die äußeren unteren Ränder des Gehäuses voneinander beabstandete Seitenschienen (111, 112) definieren, wobei das Gehäuse des weiteren einen unteren Filmträgerbestandteil (110) aufweist, wobei die Seitenschienen (111, 112) und der untere Filmträgerbestandteil (110) zusammenwirken, um die gegenüberliegenden Ränder des Filmsegments (A, A') zusammenzudrücken, und wobei das Filmsegment (200) den Raum zwischen den Druckpunkten überspannt.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das obere Teil des Gehäuses (102) eine hauptsächlich trapezförmige Endwand (104) aufweist.
Sensor nach Anspruch 5 oder einem der Ansprüche 6 und 7, wenn abhängig von Anspruch 5, wobei das Befestigungsmittel (114) für den Fuß zwischen dem Filmsegment (200) und dem Fuß (115) angeordnet ist, so daß das Befestigungsmittel für den Fuß an der offenen unteren Oberfläche des Filmsegments (200) befestigt ist, wobei die äußeren unteren Ränder des unteren Teils des Gehäuses voneinander beabstandete Seitenschienen (111, 112) definieren und wobei das Befestigungsmittel (114) für den Fuß eine Länge aufweist, welche ausgewählt ist, um einen Körperoberflächenkontakt mit den Seitenschienen (111, 112) zu vermeiden, wenn der Sensor auf diesem in Position gebracht ist.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper ein menschlicher Körper ist und wobei der Sensor eine Federkonstante aufweist, die von derselben Größenordnung wie die nominale Federkonstante von menschlichem Fleisch ist.
Vorrichtung zur Detektion von Herztönen und Blutflußgeräuschen eines Patienten, das umfaßt: (i) ein Gehäuse (101) mit einer Masse zwischen 20 g und 200 g; (ii) einen piezoelektrischen Film, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist; (iii) eine Vielzahl von Sensoren (100) mit piezoelektrischem Film, wobei jeder Sensor umfaßt: (a) ein piezoelektrisches Filmsegment (200), wobei jedes Segment gegenüberliegende Ränder aufweist, die an voneinander beabstandeten Sicherungsmitteln für einen Filmrand befestigt sind; (b) einen Fuß (115) für Oberflächenkontakt mit einem Körper eines Patienten, wobei der Fuß an einem entsprechenden Filmsegment befestigt ist und wobei die entsprechenden Füße voneinander beabstandet sind; wobei: das Gehäuse (101) einen Umfang mit einem oberen Teil (102) und einem unteren Teil (103) aufweist, wobei der untere Teil (103) äußere untere Ränder aufweist, und wobei das Gehäuse (101) die voneinander beabstandeten Sicherungsmittel für einen Filmrand aufweist; die Masse des Gehäuses (101) eine Spannung jedes Filmsegments (200) verursacht, wenn ein entsprechender Fuß (115) in Oberflächenkontakt mit dem Körper versetzt wird; jeder Fuß (115) sich in einer Entfernung unter den alleruntersten Teil des Gehäuseumfangs erstreckt; und eine vorübergehende Bewegung der Oberfläche des Körpers verursacht, daß entsprechende gespannte Filmsegmente (200) ein elektrisches Signal erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, des weiteren umfassend Trägermittel (110) zur Anordnung des piezoelektrischen Films innerhalb des Gehäuses (101), wobei der piezoelektrische Film auf einem Trägermittel (110) angeordnet ist, so daß der getragene Film eine offene Oberfläche aufweist und wobei ein entsprechender Fuß (115) an der offenen Oberfläche des Filmsegments (200) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11 mit mindestens drei Sensoren.
Vorrichtung nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei die entsprechenden Sensoren gegenüberliegende Ränder aufweisen und wobei das Gehäuse eine Seitenschiene (111, 112), angrenzend an jedem der gegenüberliegenden Ränder, bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei ein Teil der oberen Oberfläche von jedem der Füße (115) von der offenen Oberfläche des Films (200) durch ein Befestigungsmittel (114) beabstandet ist, und wobei das Befestigungsmittel ausgelegt ist, um den Kontakt mit dem Patientenkörper durch die Seitenschiene (111, 112) zu vermeiden, wenn die Vorrichtung auf der Brust eines Patienten angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Vielzahl der piezoelektrischen Filmsensoren von einem durchgehenden piezoelektrischen Filmstreifen gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei der die Federkonstante der Sensoren (100) von derselben Größenordnung wie die nominale Federkonstante von menschlichem Fleisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Federkonstante ungefähr 2 kN/m bis ungefähr 4 kN/m beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei der Film ein Poly(Vinyliden Fluorid)-Film ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei im Betrieb die Sensoren derart ausgelegt sind, daß jeder Fuß (115) sich versetzen kann, ungehindert durch den Boden des Gehäuses (101).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, wobei das Gehäuse (101) äußere untere Ränder (103) aufweist, die voneinander beabstandete Seitenschienen (111, 112) definieren, wobei das Gehäuse des weiteren einen unteren Filmträgerbestandteil (110) umfaßt, wobei die Seitenschienen (111, 112) und der untere Filmträgerbestandteil (110) zusammenwirken, um die gegenüberliegenden Ränder der Filmsegmente (A, A') zusammenzudrücken und wobei die Filmsegmente den Raum zwischen den Druckpunkten überspannen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 20, wobei der obere Teil des Gehäuses (102) eine hauptsächlich trapezförmige Endwand (104) aufweist.
Lineares Feld mit einer Vielzahl von Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 10 bis 21.
Feld nach Anspruch 22 mit mindestens drei Vorrichtungen, wobei jede der Vorrichtungen ein Sensorglied (301) in dem Feld (300) definiert.
Feld nach Anspruch 22 oder 23, wobei das Feld (300) geeignet ist zur Torsionsdrehung von mindestens zehn Grad zwischen entsprechenden Gliedern (301).
Feld (300) nach einem der Ansprüche 21 bis 24, bei dem die Sensorglieder (301) geeignet sind, einen vertikalen Drehwinkel von mindestens +45 Grad bis –30 Grad relativ zu den angrenzenden Sensorgliedern (301) auszuführen.