Trial and success in the technical realization of requirements for phonocardiographic microphones

Abstract

To investigate the function of a direct-contact type phonocardiographic microphone in actual use, the mechanical impedances of the contact microphone and that of the living tissue were measured.

The mechanical impedance of the chest wall, measured by the piston method, showed a resonance at about 100 c/s. The impedance becomes elastic below resonance and mass reactive above resonance.

The equivalent mechanical circuit of the tissue is added to that of the contact microphone to get the equivalent model of the microphone actually set on the chest wall. The equivalent model showed a twin-hump characteristic with two resonant frequencies, which we defined as a performance characteristic.

In order to obtain more systematic analysis, a simulator—using electrical elements—was constructed to simulate the performance characteristic.

A contact microphone was experimentally constructed, based upon these studies, and its superior characteristic proved by the “arm method”. It gave good results in clinical use, being both efficient and free from disturbance from ambient noise.

Commaire

Le rendement d'un microphone phonocardiographique à contact direct a été éprouvé en prenant des mesures comparatives des impédances acoustiques du microphone et de celles des tissus vivants.

L'impédance de la paroi thoracique mesurée au moyen d'un système à pistons, présentait une résonnace de 100 c/s environ. Elle devient élastique à des fréquences supérieures et masse-réactive à des fréquences infèrieures.

Le circuit équivalent des tissues est ajôuté à celui du microphone à contact, pour réaliser le modèle analogue du microphone fixé sur la paroi thoracique.

Le graphique de cet appareil est caractérisé par deux sommets représentant deux fréquences de résonnance et que nous avons défini comme caractéristique opératoire.

Dans le but de poursuivre une analyse plus systématique, un simulateur à éléments électriques, représentant la caractéristique opératoire, a été construit. Les expériences faites avec un modèle du microphone de contact, réalisé à cet effet sur les bases décrites, ont dèmontré la supériorité de ce modèle.

En application clinique, les résultats obtenus ont été concluants, mettant en évidence l'efficacité de l'appareil et son pouvoir d'élimination de toute intervention du bruit environnant.

Zusammenfassung

Zur Untersuchung der Arbeitsweise eines phonokardiographischen Kontaktmikrophons wurden die mechanische Impedanz des Kontaktmikrophons und die Impedanz des lebenden Gewebes gemessen. Die mit der Kolbenmethode gemessene mechanische Impedanz der Brustwand zeigte bei etwa 100 Hz/sec eine Resonanz. Die Impedanz verhält sich unterhalb der Resonanzfrequenz elastisch, darüber wird sie massenreaktiv.

Der entsprechende mechanische Kreis des Gewebes wird zu dem des Kontaktmikrophons addiert, um ein äquivalentes Modell des tatsächlichen an der Brustwand angesetzten Mikrophons zu bekommen.

Das Modell ergab eine Kurve mit zwei Spitzenwerten (zwei Resonanzfrequenzen), die als Leistungskurve definiert wurde. Um eine systematischere Analyse zu ermöglichen, wurde ein Simulator aus elektrischen Elementen konstruiert, der die Leistungskurve nachahmte.

Auf der Basis dieser Untersuchungen wurde experimentell ein, Kontaktmikrophon konstruiert, dessen überlegene Eigenschaften bewiesen werden. Bei der klinischen Anwendung wurden damit gute Erfolge erzielt, da es leistungswirksam und frei von umgegenden Störgeräuschen arbeitet.

Резюме

Для исследования функции контактного типа фонокардиографического микофона в реальных условиях его использования измеряли механический импеданс контактного микрофона и тканей.

Механический импеданс грудной стенки, измеренный поршневым методом, показал резонанс около 100 гц. Импеданс становится упругим ниже резонанса и реактивным выше резонанса.

Характеристика эквивалентного механическим свойствам тканей устройства была суммирована с характеристиками контактного микрофона с целью получить эквивалентную модель действия микрофона, непосредственно наложенного на грудную стенку. Эта эквивалентная модель показала двувершинную характеристику с двумя резонансными частотами, которые мы определили как эксплоатационную характеристику.

Чтобы провести более систематический аналив был сконструирован имитатор — с использованием электрических элементов—для воспроизведения эксплоатационной характеристики.

Контактный микрофон был экспериментально сконструирован на основани этих исследовений и его верхняя характеристика была испытана «ручным методом». Он дал хорошие результаты при клиническом использовании, будучи эффективным и вместе с тем свободным от помех, эависящих от окружающих шумов.