帶噪聲振動(dòng)控制的生物聲學(xué)傳感器的制造方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]已經(jīng)開(kāi)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(tīng)診器)到可典型地包括麥克風(fēng)和換能器的各種電子裝置。
[0002]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(tīng)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。
[0003]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(kāi)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)。
[0004]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(kāi)N0.2011/1213271 (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】

[0005]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(kāi)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(kāi)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(kāi)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。
[0006]由于換能器生成的信號(hào)具有較高的信噪比，因此本公開(kāi)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(kāi)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)。
[0007]在一個(gè)方面，本公開(kāi)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。
[0008]在另一個(gè)方面，本公開(kāi)提供了一種生物聲學(xué)傳感器，所述生物聲學(xué)傳感器包括:被構(gòu)造用于手持操縱的外殼；由感測(cè)聽(tīng)診信號(hào)的外殼支撐的換能器組件，所述換能器組件包括具有第一主表面的換能器和物理地聯(lián)接到所述換能器的致動(dòng)器；頭戴式耳機(jī)，所述頭戴式耳機(jī)聯(lián)接到所述外殼，且被構(gòu)造用于通過(guò)所述頭戴式耳機(jī)上的耳件傳送對(duì)應(yīng)于所述聽(tīng)診信號(hào)的音頻；被構(gòu)造用于生成參考信號(hào)的參考傳感器；處理器，所述處理器設(shè)置在所述外殼中，且被構(gòu)造用于將所述聽(tīng)診信號(hào)轉(zhuǎn)換成代表所述聽(tīng)診信號(hào)的第一數(shù)字信號(hào)；和聯(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)造用于生成抗噪聲信號(hào)，其中所述抗噪聲信號(hào)至少部分基于所述參考信號(hào)的分量，且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。
[0009]在又一個(gè)方面，本公開(kāi)提供了一種增加所述聲學(xué)傳感器生成的信號(hào)的信噪比的方法。所述方法可包括:提供換能器組件和遠(yuǎn)離所述換能器組件的參考傳感器，其中所述換能器組件包括換能器和聯(lián)接到所述換能器的第一主表面的致動(dòng)器；提供聯(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；從所述換能器生成聲學(xué)信號(hào)，并且從所述參考傳感器生成參考信號(hào)；將至少所述參考信號(hào)提供至所述噪聲振動(dòng)控制電路；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)；將所述抗噪聲信號(hào)提供至所述致動(dòng)器；經(jīng)由所述致動(dòng)器來(lái)使所述換能器的至少一部分變形。
[0010]當(dāng)術(shù)語(yǔ)“包括”和其變型在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中出現(xiàn)時(shí)，這些術(shù)語(yǔ)并不具有限制性含義。
[0011]詞語(yǔ)“優(yōu)選的”和“優(yōu)選地”是指在某些情況下可以提供某些有益效果的本發(fā)明實(shí)施例。然而，在相同的情況或其它情況下，其它實(shí)施例也可以是優(yōu)選的。此外，對(duì)一個(gè)或多個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的表述并不暗示其它實(shí)施例不是可用的，并且并非意圖從本發(fā)明的范圍中排除其它實(shí)施例。
[0012]如本文所述，應(yīng)該認(rèn)為所有數(shù)字都由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。
[0013]本文所用的“一種(個(gè))”、“所述(該)”、“至少一種(個(gè))”以及“一種或多種(一個(gè)或多個(gè))”可互換使用。因此，例如，包括“一種(個(gè))”參考傳感器的系統(tǒng)可被理解為是包括“一種或多種(一個(gè)或多個(gè))”參考傳感器的系統(tǒng)。
[0014]另外，本文通過(guò)端點(diǎn)表述的數(shù)值范圍包括所述范圍內(nèi)包含的所有數(shù)值(例如，I至5 包括 1,1.5、2、2.75,3,3.80、4、5 等)。
[0015]本發(fā)明的上述
【發(fā)明內(nèi)容】
并不意在描述本發(fā)明的每個(gè)公開(kāi)的實(shí)施例或每種實(shí)施方式。以下描述更具體地例示了示例性實(shí)施例。在本專利申請(qǐng)全文的若干地方，通過(guò)實(shí)例列表提供指導(dǎo)，所述實(shí)例可用于多種組合中。在每種情況下，所陳述的列表只是作為代表性的群組，且不應(yīng)被解釋為對(duì)所有情況的窮舉。
【附圖說(shuō)明】
[0016]結(jié)合附圖，將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，其中在所有若干個(gè)視圖中，對(duì)應(yīng)的參考符號(hào)表明對(duì)應(yīng)的部分，并且其中:
[0017]圖1示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的生物聲學(xué)傳感器系統(tǒng)的框圖。
[0018]圖2是根據(jù)本公開(kāi)的具體實(shí)施的換能器組件的示圖。
[0019]圖3是根據(jù)本公開(kāi)的具體實(shí)施的另一個(gè)換能器組件的示圖。
[0020]圖4是根據(jù)本公開(kāi)的具體實(shí)施的包括振動(dòng)控制模塊的生物聲學(xué)傳感器系統(tǒng)的功能框圖。
[0021]圖5是根據(jù)本公開(kāi)的具體實(shí)施的將換能器感測(cè)到的振動(dòng)的影響減小的方法的細(xì)化框圖。
[0022]圖6是在根據(jù)本公開(kāi)的具體實(shí)施振動(dòng)控制反饋回路之前和之后的聲學(xué)信號(hào)的圖形表示。
[0023]在某些描繪的實(shí)施例中的層僅是為了進(jìn)行示意性的說(shuō)明，而不旨在絕對(duì)限定任何部件的厚度、相對(duì)厚度，或者說(shuō)是位置。盡管上述附圖示出了本發(fā)明的若干實(shí)施例，但正如討論中所指出的，還可以想到其它的實(shí)施例。在所有情況下，本公開(kāi)僅示例性而非限制性地展示了本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)想出許多其它的屬于本發(fā)明的范圍和原則精神內(nèi)的修改形式和實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本公開(kāi)涉及一種改進(jìn)的生