生体音収集用マイクロホン、及び電子聴診装置
【課題】外部環境雑音や摺動雑音の混入が生じ難く、生体音を高感度に集音し、かつ集音帯域の広帯域化が可能な生体音収集用マイクロホンを提供する。
【解決手段】本発明に係る生体音収集用マイクロホン１は、マイクロホンユニット１０に対する生体音伝導部として機能し、その表面を被検体の体表面に密着させ、その裏面をマイクロホンユニット１０に当接又は近接させた板状の第１の生体音伝播部２０と、前記第１の生体音伝播部２０よりもショアＡ硬度の低い素材からなり、筺体４０と前記第１の生体音伝播部２０とで区画された空間に充填され、かつマイクロホンユニット１０を埋設する第２の生体音伝播部３０を備える。
【解決手段】本発明に係る生体音収集用マイクロホン１は、マイクロホンユニット１０に対する生体音伝導部として機能し、その表面を被検体の体表面に密着させ、その裏面をマイクロホンユニット１０に当接又は近接させた板状の第１の生体音伝播部２０と、前記第１の生体音伝播部２０よりもショアＡ硬度の低い素材からなり、筺体４０と前記第１の生体音伝播部２０とで区画された空間に充填され、かつマイクロホンユニット１０を埋設する第２の生体音伝播部３０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子聴診装置、及びこの電子聴診装置に内蔵された生体音収集用マイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
聴診器は、従来から医療現場で生体音を診断する装置として広く用いられてきた。聴診器は、通常、生体音を収集するチェストピース部と、これに接続されて生体音を音波として伝送するチューブと、その先端に配設されたイヤー部を有する。チェストピース部において、内部がコーン型となった金属部分がベルモード、樹脂フィルムからなる振動板がダイアフラムモードとして用いられる。これらのモードは、患者の疾患の症状や診察部位により適宜使い分けられている。
【０００３】
聴診器のチェストピース部の形状は、長い歴史の中で最適化されてきた。近年においては、聴診器の電子化技術により、生体音を電気信号に変換して信号処理し、その後再び音波に変換して診断する電子聴診器が開発されている。聴診器の電子化技術により、聴音データを保存して情報を共有化したり、聴診技術の伝承を図ったりすることが可能となってきた。さらに、聴音データの解析によって、隠れている疾患の兆候を顕在化させることも期待されている。
【０００４】
電子聴診器のチェストピース部に、マイクロホンを装着したものがある。特許文献１、２には、非可聴つぶやき音声を頭部や頸部付近から採取するマイクロホンが開示されている。非可聴つぶやき音声は、声帯の規則振動を伴わない音声であって、外部からは非可聴な体内軟組織部を伝播する振動音である。このような音声の信号は、音響空間の振動を検知する通常のマイクロホンではなく、体内の生体音を採取する肉伝導マイクロホンにより採取する。
【０００５】
図７は、特許文献１に開示された肉伝導マイクロホン１００の構成を示す概略断面図である。肉伝導マイクロホン１００は、コンデンサマイクロホン１１０、体内軟組織部の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有し、皮膚表面からコンデンサマイクロホン１１０に入力音声を伝導する接触部として機能する硬化したソフトシリコーンゴム１２０を有する。また、肉伝導マイクロホン１００は、硬質のフレーム１３０、受信した振動音を電気信号として導出するためのリード線１４０、外部雑音防音空間１５０等を有する。
【０００６】
肉伝導マイクロホン１００は、硬化したソフトシリコーンゴム１２０の表面を皮膚と接触させることにより音声を採取する。硬質のフレーム１３０と硬化したソフトシリコーンゴム１２０との間には、外部雑音防音空間１５０が設けられている。これにより、外部雑音の混入を防ぐ。コンデンサマイクロホン１１０は、硬化したソフトシリコーンゴム１２０内に埋設されている。コンデンサマイクロホン１１０より得た信号は、信号線１４０を介して外部に伝送される。硬化したソフトシリコーンゴム１２０の硬度は、３０（ＳｈｏｒｅＡ）以下であることが望ましいことが記載されている。
【０００７】
図８に、特許文献２に開示された肉伝導マイクロホン２００の概略断面図を示す。肉伝導マイクロホン２００は、マイクロホンユニット２１０、肉伝導音伝播部２２０、内側カバー部材２３０、粘着遮音部２４０、外部カバー部材２５０、信号線２６０等を有する。
【０００８】
肉伝導音伝播部２２０は、その一面を皮膚表面に密着させ、人体内を伝播する肉伝導音を伝播させる軟性部材よりなる。肉伝導伝播部２２０は、その音響インピーダンスの特性が人体における肉部の音響インピーダンスの特性に近い素材、例えば、ウレタンエラストマーやシリコン等により構成されている。これにより、肉伝導音を人体（皮膚）から肉伝導音伝播部２２０に効率的に伝播させることができる。内部カバー部材２３０は、肉伝導音伝播部２２０における皮膚表面との接触面以外の部分全体を覆うものであり、マイクロホンユニット２１０が収容されている。粘着遮音部２４０は、人の皮膚に対する粘着性を有する軟性部材であるウレタンエラストマーからなり、内側カバー部材２３０の外側全体を覆うように形成されている。外側カバー部材２５０は、粘着遮音部２４０における皮膚接着部以外の外側全体を覆うものであり、外装を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００５／０６７３４０号公報 第８図
【特許文献２】特開２００８−０４２７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の聴診の対象は、心音、肺音、若しくは呼吸音（集音帯域は、２０Ｈｚから５００Ｈｚ程度）であったが、これまで集音対象ではなかった微小な生体音を集音する技術や、集音可能な帯域を広げる広帯域化技術により、疾患との新たな関連付けを行って早期に疾病を発見したり、予防医学に貢献したりすることに期待が集まっている。これらを実現するためには、生体音を高感度に集音しつつ雑音を排除し、かつ、集音域の広帯域化を実現する技術が強く求められている。
【００１１】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部環境雑音や摺動雑音の混入が生じ難く、生体音を高感度に集音し、かつ集音帯域の広帯域化が可能な生体音収集用マイクロホン、及びこれを内蔵した電子聴診装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る生体音収集用マイクロホンは、生体音を集音する生体音収集用マイクロホンであって、生体音を電気信号に変換するマイクロホンユニットと、前記マイクロホンユニットを収容する筺体と、前記マイクロホンユニットに対する生体音伝導部として機能し、その表面を被検体の体表に密着させ、その裏面を前記マイクロホンユニットに当接又は近接させた板状の第１の生体音伝播部と、前記第１の生体音伝播部よりもショアＡ硬度の低い素材からなり、前記筺体と前記第１の生体音伝播部とで区画された空間に充填され、かつ前記マイクロホンユニットを埋設する第２の生体音伝播部とを備える。
前記第１の生体音伝播部は、ショアＡ硬度が４０以上であることが好ましい。
前記第２の生体音伝播部は、ショアＡ硬度が４０未満であることが好ましい。
前記第１の生体音伝播部の好ましい例として、粘弾性体、又はゴム弾性体が挙げられる。
前記第２の生体音伝播部の好ましい例として、粘弾性体、又はゴム弾性体が挙げられる。
前記第１の生体音伝播部の特に好ましい例として、シリコーンゴム、又はウレタンエラストマーが挙げられる。
前記第２の生体音伝播部の特に好ましい例として、シリコーンゴム、又はウレタンエラストマーが挙げられる。
本発明に係る電子聴診装置は、上記生体音収集用マイクロホンを内蔵したものである。
なお、生体音を収集する領域の音響インピーダンス特性は、その領域（例えば、組織）の密度、弾性率（ヤング率），組織を伝播する音速等から見積もった値から算出することができる。
【００１３】
本発明に係る生体音収集用マイクロホンによれば、第１の生体音伝播部として、（１）音響インピーダンスの特性が生体音収集領域の音響インピーダンス特性に近いものを用い、（２）形状を板状とし、（３）その表面を被検体の体表に密着させ、（４）マイクロホンユニットに当接又は近接させているので、生体音をマイクロホンユニットに効率よく伝導させることが可能となる。さらに、第２の生体音伝播部を第１の生体音伝播部と筺体で区画された空間に充填し、素材として第１の生体音伝播部よりもショアＡ硬度の低い素材を用い、かつ、マイクロホンユニットを埋設しているので、聴診時に被検体との摺動による雑音や環境雑音の混入が生じにくく、外部雑音の減衰を大きくして雑音混入を抑制することができる。その結果、生体音をマイクロホンユニットに効率よく伝導することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外部環境雑音や摺動雑音の混入が生じ難く、生体音を高感度に集音し、かつ集音帯域の広帯域化が可能な生体音収集用マイクロホン、及びこれを内蔵した電子聴診装置を提供することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は第１実施形態に係る生体音収集用マイクロホンの概略断面図、（ｂ）は、第１実施形態に係る生体音収集用マイクロホンの概略平面図。
【図２】変形例に係る生体音収集用マイクロホンの概略断面図。
【図３】第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホンの概略断面図。
【図４】第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホンにおける心音のスペクトラム。
【図５】（ａ）は第２実施形態に係る第１の生体音伝播部のショアＡ硬度に対して周波数をプロットした図、（ｂ）は周波数と音圧の関係を示す図。
【図６】第３実施形態に係る生体音収集用マイクロホンの概略断面図。
【図７】特許文献１に係る肉電導マイクロホンの概略断面図。
【図８】特許文献２に係る肉電導マイクロホンの概略断面図。
【図９】比較例に係る生体音収集用マイクロホンにおける心音のスペクトラム。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。また、以降の図における各部材のサイズや比率は、説明の便宜上のものであり、実際のものは、必ずしもこれらのサイズや比率でなくてもよい。また、以降の実施形態や変形例において、同種の部材には同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００１７】
［第１実施形態］
図１（ａ）に、第１実施形態に係る電子聴診装置に内蔵された生体音収集用マイクロホン１の概略断面図を、図１（ｂ）に、生体音収集用マイクロホン１の第１の生体音伝播部側からの概略平面図を示す。生体音収集用マイクロホン１は、マイクロホンユニット１０、第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０、筺体４０、信号線５０等を具備する。
【００１８】
第１実施形態に係る電子聴診装置は、いわゆる電子聴診器であり、生体音収集用マイクロホン１、チューブ（不図示）、音波変換部（不図示）、イヤー部（不図示）等を有する。生体音収集用マイクロホン１によって電気信号に変換されたデータは、信号線５０を介して電気信号をチューブに伝送し、その後、音波変換部で再び音波に変換してイヤー部から生体音を診断する。電子聴診装置は、さらに、生体音を保存する記憶部、得られた生体音を解析する解析部、データ転送部、データ表示部などを有する装置であってもよい。また、一般的な聴診器の構成をもたず、記憶部、解析部、解析結果の表示部等を有する電子聴診装置であってもよい。
【００１９】
第１実施形態においては、被検体として人の生体胸部６０の生体音を聴診する例について述べる。但し、本発明の生体音収集用マイクロホン及びこれを内蔵した電子聴診装置は、生体胸部に限定されず、生体の軟組織部の生体音の聴診に広く適用することができる。なお、生体音は、心音、肺音、呼吸音、血流音、蠕動音、嚥下音、胎児心音等の胎児音等の生体音全般を含む。また、聴音対象は、人に限定されず、犬、猫、家畜等をはじめとする各種動物であってもよい。
【００２０】
マイクロホンユニット１０は、第１の生体音伝播部２０及び第２の生体音伝播部３０を伝導する生体音を電気信号に変換するものである。このマイクロホンユニット１０は、生体音の振動を感知する感知部の全体が、第２の生体音伝播部３０に埋設されている。生体音は、第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０を介してマイクロホンユニット１０に伝導される。
【００２１】
マイクロホンユニット１０は、例えば、エレクトリックコンデンサマイクロホンを採用することができる。また、他の小型のダイナミックマイクロホン、圧電素子、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）によるシリコンマイクロホンを採用してもよい。
【００２２】
第１の生体音伝播部２０の表面２１は、被検体の体表に密着させる部位であり、密着対象は、皮膚表面の他、手術中の体内の体表面等でもよい。第１実施形態においては、生体胸部６０の皮膚表面６１に第１の生体音伝播部２０の表面２１を密着させる例について説明する。第１の生体音伝播部２０の形状は、図１（ｂ）に示すように円板形状となっている。生体音収集用マイクロホン１は、第１の生体音伝播部２０の表面２１を生体胸部６０の皮膚表面６１に接触させることにより生体音を採取する。第１の生体音伝播部２０の側面は、筐体４０によって固設されている。第１実施形態においては、筐体４０の表面と第１の生体音伝播部２０の表面２１が同一面にある例を示しているが、第１の生体音伝播部２０の表面２１が筐体４０の表面よりも突出していてもよい。
【００２３】
第１の生体音伝播部２０は、生体内を伝導する生体音をマイクロホンユニット１０に伝導する役割を担う。第１の生体音伝播部２０の素材は、その音響インピーダンスの特性が、生体音を収集する領域の音響インピーダンス特性に近いものを用いる。ここで、被検体内の音響インピーダンスとは、皮膚、皮下組織、臓器、筋肉等の軟組織部、及び骨格からなる硬度組織の伝導音が合成された音響インピーダンスをいう。生体音を収集する領域の音響インピーダンス特性は、その領域（例えば、組織）の密度、弾性率（ヤング率），組織を伝播する音速等から見積もった値から算出することができる。固有の音響インピーダンスは、密度と音速の積により見積もることができる。
【００２４】
生体組織と第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンス差が大きいと、第１の生体音伝播部２０へ生体音が伝播し難くなる。第１の生体音伝播部２０と生体とは、音響インピーダンスやショアＡ硬度で直接的に比較はできないため、共通するパラメターとして音速を用いる。すなわち、生体は、水から骨まで様々な音響特性を有する部位（皮質骨，海綿骨，内臓，筋繊維，脂肪，腱，血管，血液，水分ｅｔｃ）の混合体で，部位，場所，個体により構成比率が異なり，部位の音速もそれぞれの固有値の合成となっている。生体の音速は、一般的には１４００ｍ／ｓ〜４０００ｍ／ｓ程度の範囲のどこかの値を示す。従って、第１の生体音伝播部２０もそれに応じてある範囲を持って適応可能である。つまり、第１の生体音伝播部２０は、生体組織の音速が１４００ｍ／ｓ〜４０００ｍ／ｓの範囲で伝播できるように設定されている。例えば、ショアＡ硬度４０のエラストマーは音速で１０００ｍ／ｓ〜２０００ｍ／ｓを示す。
【００２５】
生体胸部６０は、皮膚、臓器、筋肉、脂肪、血管等の軟組織とともに骨格が生体表面付近に高い密度で形成されていることに特徴がある。聴音される生体音は、これら全組織を伝導してきた伝導音となる。軟組織部の音速（音の伝播速度）は、臓器、組織により多少差があるが、通常１４００ｍ／ｓ〜１６００ｍ／ｓ程度である。一方、骨の音速は概ね３０００ｍ／ｓ〜４０００ｍ／ｓであり、軟組織部と比較すると速い。従って、伝導音は軟組織の伝導音だけでなく、ヤング率の高い骨格部の伝導音も考慮すると、見かけ上の音速は、軟組織部の音速よりも速くなる。そのため、第１の生体音伝播部２０は、密着性と形状追随性に優れ、求められるヤング率をある程度保持できる粘弾性特性であることが好ましい。
【００２６】
第１の生体音伝播部２０は、硬度、ヤング率が高く、かつ耐摺動ノイズ特性が高く、さらに生体胸部との音響インピーダンス差が小さく、第１の生体音伝播部２０内の音速が、生体内の音速とほぼ同等な特性を有するものが好ましい。ショアＡ硬度を４０以上とすることにより、低周波数側の帯域をより低い方向にシフトさせ、高周波数側の帯域をより高い方向にシフトさせ、広帯域化を図ることができる。これにより周波特性を向上させ，生体音を高効率で取り出すことが可能となる。第１の生体音伝播部２０のショアＡ硬度の上限値は、ゴム弾性を有する部材についての推奨測定範囲である９０においても好適に適用できるため、測定限界によりショアＡ硬度の好ましい上限値は規定できない。なお、ショアＡ硬度は、ＡＳＴＭ規格（ＡＳＴＭ Ｄ２２４０）やＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｋ ６５２３）に記載の方法により行う。
【００２７】
第１の生体音伝播部２０の厚みは，生体音の伝播距離が長くなると減衰が生じるため、２ｍｍ以下とすることが好ましく、下層の部材の音響特性の影響が大きくなるのを避ける観点からは、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２８】
第１の生体音伝播部２０の素材は、上記特性を満足するものであれば特に制限なく用いることができるが、好ましい例として、粘弾性体やゴム弾性体が挙げられる。ここで、粘弾性体とは、粘性と弾性両方を合わせ持つ性質をもった物体をいい、樹脂などの高分子物質を挙げることができる。また、ゴム弾性体とは、常温でヤング率が約１〜１０ＭＰａの範囲にあり、わずかな応力で伸び、外力を除くと元に戻る性質を有する物体をいう．合成ゴムの例としては、ポリエーテルゴムや多硫化ゴム、シリコーンゴムが挙げられる。第１の生体音伝播部２０の特に好ましい例として、シリコーンゴムやウレタンエラストマーが挙げられる。
【００２９】
第１の生体音伝播部２０として、ウレタンエラストマーやシリコーンゴム等を用いると、皮膚表面に対する密着性が良好となる。すなわち、第１の生体音伝播部２０が皮膚表面に対して密着し、より強固に人体に対して保持させることができる。但し、ウレタンエラストマーの中でも、特に密着性の高いウレタンエラストマーを第１の生体音伝播部２０として用いると、音響インピーダンスと、人体の軟組成の音響インピーダンスとの差が大きくなり、生体音の伝播効率が悪化する（減衰が大きくなる）恐れがある。よって、ウレタンエラストマーを用いる際に密着性の低いウレタンエラストマーを用いることが好ましい。
【００３０】
第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０とを離間させることにより、より効果的に生体音の高音域を減衰させることが可能で、より耐ノイズ特性に優れた特性を得ることができる。しかしながら、第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０との離間距離が大きくなりすぎると、検出する音圧自体が低下してしまう。従って、第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０の種類に応じて適宜、第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０との離間距離を調整することが重要となる。生体音伝導を高感度に行う観点からは、第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０の離間距離は１ｍｍ以下とすることが好ましい。第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０とは、図２に示す生体音収集用マイクロホン１Ａのように、第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０を離間させずに当接させてもよい。
【００３１】
第２の生体音伝播部３０は、第１の生体音伝播部２０における皮膚表面６１に密着させる面である表面２１の反対側の面である裏面２２とマイクロホンユニット１０、筺体４０の内部側面４１に区画される空間に充填されている。第２の生体音伝播部３０は、マイクロホンユニット１０を保持する役割を担う。また、第２の生体音伝播部３０は、生体胸部６０、第１の生体音伝播部２０、及び筺体４０との音響インピーダンス差を大きくし、ノイズ成分を減衰させるフィルターとしての役目も果たす。
【００３２】
また、第２の生体音伝播部３０は、耐摺動ノイズ特性や耐外部環境ノイズ特性に優れていることが求められる。また、第２の生体音伝播部３０の音響インピーダンスは、生体音の音響インピーダンスと差が大きいものが好ましい。第２の生体音伝播部３０の硬度は小さいことが好ましい。少なくとも第１の生体音伝播部２０よりも硬度が小さいことが好ましい。第２の生体音伝播部３０の素材は、上記要件を満足するものであれば特に限定されないが、好ましい例として粘弾性体、又はゴム弾性体が挙げられる。第２の生体音伝播部３０のうちでも特に好ましい例として、シリコーンゴム、ウレタンエラストマーが挙げられる。第１の生体音伝播部２０や第２の生体音伝播部３０には、特性に影響を与えない範囲で添加材等が含有されていてもよい。
【００３３】
筺体４０は、生体音収集用マイクロホン１の外装として機能する。第１の生体音伝播部２０と筺体４０によって囲まれる空間に第２の生体音伝播部３０が充填され、第２の生体音伝播部３０内にマイクロホンユニット１０が埋設されている。筺体４０は、底面が開口した円筒形状となっている。そして、前述したように、筺体４０内部には、第２の生体音伝播部３０が充填され、その中にマイクロホンユニット１０が埋設されている。
【００３４】
筺体４０の素材は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で特に限定されないが、一例として、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の制振性の高い金属や、ＡＢＳ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂等の樹脂が挙げられる。外装外観は、聴診に適した形状であれば特に限定されない。マイクロホンユニット１０を収容する生体音収集用マイクロホン１の形状は、一般的には、円錐状や円筒状である。筺体４０は、内部に空洞を有する構造でもよいし、空洞のない構造体であってもよい。
【００３５】
次に、第１実施形態に係る生体音収集用マイクロホンの製造方法の一例について述べる。まず、筺体４０、マイクロホンユニット１０を用意し、第２の生体音伝播部２０としてウレタンエラストマーの主剤，硬化剤（主剤に対し５重量％）を混合する。次いで、マイクロホンユニット１０を筐体４０の内部に接しないよう支持しておき，信号線５０側の筐体４０の開口部を一時的に封止する。その後、未硬化の第２の生体音伝播部２０を生体に接する筐体４０の開口側から充填し、２４時間室温で放置し硬化させ第２の生体音伝播部３０を形成する。
【００３６】
次いで，第１の生体音伝播部２０としてシリコーンエラストマーの主剤，硬化剤（主剤に対し１０重量％）を混合する。そして、マイクロホンユニット１０の開口部表面を未硬化の第１の生体音伝播部２０を用いてシリコーンエラストマーで充填するよう注入し，２４時間室温で放置して硬化させることにより第１の生体音伝播部２０を形成する。これらの工程を経て、生体用マイクロホンユニット１０を製造する。
【００３７】
マイクロホンユニット１０の埋設位置は、第２の生体音伝播部３０の表面と同一の高さに保持するか，あるいは第２の生体音伝播部３０内へ埋没させてもよい。マイクロホンユニット１０と第１の生体音伝播部２０とに存在する第２の生体音伝播部３０の厚みを０．５ｍｍ以内に調整すると，音圧低下や周波数特性の劣化を生じさせることなくマイクロホンユニット１０を形成できるので好ましい。第１の生体音伝播部２０と第２の生体音伝播部３０の接合方法は特に制限がないが、通常，第２の生体音伝播部３０の密着力で十分である。
【００３８】
第１実施形態に係る生体音収集用マイクロホン１によれば、第１の生体音伝播部２０の表側２１全体を生体胸部６０の皮膚表面に密着させるので、効率よく集音することができる。すなわち、第１の生体音伝播部２０の表側全体を生体の体表に密着させることができるので、雑音を効率的に除去できる。また、第１の生体音伝播部２０は、音響インピーダンスの特性が生体音収集領域の音響インピーダンス特性に近い板状のものを用いているので、生体音をマイクロホンユニット１０に効率よく伝導させることが可能となる。
【００３９】
また、第２の生体音伝播部３０を第１の生体音伝播部２０と筺体４０で区画された空間に充填し、第１の生体音伝播部２０よりもショアＡ硬度の低い素材を用い、かつ、マイクロホンユニット１０を埋設しているので、以下の効果を得ることができる。すなわち、聴診時に患者との摺動による雑音や環境雑音の混入が生じにくく、かつ外部雑音の減衰を大きくして、雑音混入を抑制することができる。その結果、生体音をマイクロホンユニット１０に効率よく伝導することができる。
【００４０】
さらに、第１の生体音伝播部２０として、ショアＡ硬度４０以上の素材により構成されたものを用いることにより、生体胸部６０と第１の生体音伝播部２０との界面において、より効果的に高音域の生体音の減衰を少なくし、高感度かつ広帯域に生体音を集音することができる。これは、第１の生体音伝播部２０のショアＡ硬度を４０以上とすることにより、より効果的にヤング率や音速を被検体である生体胸部６０とほぼ同程度に高く保つことができるためである。
【００４１】
また、第２の生体音伝播部３０として、生体胸部６０、第１の生体音伝播部２０及び筐体４０との音響インピーダンス差が大きいものを充填させることにより、より効果的に外部雑音の減衰を大きくし、雑音混入を抑制することができる。このような特性を有するために、第２の生体音伝播部３０のショアＡ硬度は、４０未満であることが好ましい。第２の生体音伝播部３０のショアＡ硬度は、測定下限であっても好適に適用できる。第２の生体音伝播部３０として、硬度が低く、減衰が大きく、かつ音速が低いものを用いると、より効果的に生体音の帯域以外の音を第２の生体音伝播部３０内で効率的に減衰させることが可能となる。その結果、耐雑音特性を向上させることができる。また、第１の生体音伝播部２０のマイクロホンユニット１０までの伝送距離を短くすることによって、第２の生体音伝播部３０中での減衰を影響ないレベルにすることができる。
【００４２】
［第２実施形態］
次に、第１実施形態とは異なる電子聴診装置に内蔵された生体音収集用マイクロホンについて説明する。図３に、第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホン２の概略断面図を示す。第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホン２は、筺体４０ａの形状、第２の生体音伝播部３０ａの充填部の形状が異なる点を除いては、第１実施形態に係る生体音収集用マイクロホンと同様である。
【００４３】
生体音収集用マイクロホン２は、マイクロホンユニット１０、第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０ａ、筺体４０ａ、信号線５０等を具備する。筺体４０ａの内部空間は、円錐の上部を切り取った構造となっている。換言すると、筺体４０ａの内部空間は、側面視では台形状となっている。この筺体４０ａの内部空間に第２の生体音伝播部３０ａが充填され、この第２の生体音伝播部３０ａ内にマイクロホンユニット１０が埋設されている。
【００４４】
図４に、第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホン２を用いて収集した心音のスペクトラムを示す。縦軸の目盛りは２ｋＨｚスケールで，横軸の目盛りは２０ｓｅｃスケールである。なお、第１の生体音伝播部２０として、ショアＡ硬度５０、厚さ１ｍｍのシリコーンゴムを用いた。また、第１の生体音伝播部２０内の音速を求めたところ、１６５０ｍ／ｓであった。なお、音速は、レーザードップラー法により求めることができる。
【００４５】
心音の周波数解析を行ったところ、図４に示すとおり、高音域まで（２ｋＨｚまで）の情報が得られることがわかる。これは、従来の聴診器に比して、高音域側に広帯域化できたことを示すものである。
【００４６】
図９に、比較例に係る図７の構成の肉伝導マイクロホンを用いて収集した心音のスペクトラムを示す。縦軸の目盛りは２ｋＨｚスケールで，横軸の目盛りは２０ｓｅｃスケールである。生体音伝播部として、ショアＡ硬度５、生体とマイクロホンユニット１０の距離、すなわち、当該部位のシリコーンゴムの厚さを１ｍｍとした場合の心音のスペクトラムを示す。図９より、信号、特に高音域の減衰が大きいだけでなく、帯域全体の音圧も低下しており、減衰が必要以上に大きいことがわかる。これは、樹脂内の音速が７００ｍ／ｓであり、マイクロホンユニット特性の劣化は第１の生体音伝播部２０と生体胸部６０との音響インピーダンス差が大きいことによるものである。
【００４７】
第２実施形態に係る生体音収集マイクロホンにおいて、第１の生体音伝播部２０のショアＡ硬度を変更し、それぞれのサンプルの測定音の周波数特性をプロットした結果を図５（ａ）に示す。図中に示す低音域側周波数、及び高音域側周波数は、図５（ｂ）に示すように、最大音圧ピークより−１０ｄＢとなる音圧の低音域側、及び高音域側の周波数を示す。ショアＡ硬度４０以上で低音域側の周波数が低音側にシフトし、高音域の周波数が高音側にシフトしており、帯域幅が増加していることから、第１の生体音伝播部２０の特性が大きく影響していることが判明した。よって、第１の生体音伝播部２０のショアＡ硬度は４０以上であることが好ましく、第２の生体音伝播部３のショアＡ硬度は４０未満であることが好ましい。
【００４８】
図５（ａ）より、生体胸部より発生する生体音を、従来の聴診器のみならず肉伝導マイクロホンよりも高感度で、広帯域に集音、及び解析することが可能であることがわかる。そして、隠れた疾患の早期発見に利用可能な生体音収集用マイクロホンとして用いることが期待できる。
【００４９】
第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホン、及び電子聴診装置によれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
［第３実施形態］
図６に、第３実施形態に係る生体音収集用マイクロホン３の概略断面図を示す。第３実施形態に係る生体音収集用マイクロホン３は、第１の生体音伝播部２０ｂの形状、及び第２の生体音伝播部３０ｂの充填部の充填領域が異なる点を除いては、第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホンと同様である。
【００５１】
生体音収集用マイクロホン３は、マイクロホンユニット１０と対向配置される位置において、第１の生体音伝播部２０ｂ、第２の生体音伝播部３０ｂ、筺体４０ｂ、信号線５０等を具備する。第１の生体音伝播部２０ｂは、マイクロホンユニット１０と対向配置される位置に設けられている。第２の生体音伝播部３０ｂは、第１の生体音伝播部２０ｂの外周領域を取り囲むように筺体４０ｂの内部空間に充填されている。すなわち、第３実施形態においては、第１の生体音伝播部２０ｂと筺体４０ｂ以外に、第２の生体音伝播部３０ｂも生体の体表と密着するようになっている。
【００５２】
生体音の伝播を主たる機能とする第１の生体音伝播部２０ｂには、人体の軟組成と音響インピーダンスが近いウレタンエラストマー等の材料（比較的密着性の低いもの）を採用し、第２の生体音伝播部３０ｂは、皮膚への密着を優先して、より密着（粘着）性の高いウレタンエラストマー等の材料を採用することが好ましい。換言すると、第１の生体音伝播部２０ｂよりも柔らかい密着性（強固な装着性）を有する第２の生体音伝播部３０ｂにも皮膚接着部を有するようにしている。すなわち、第２の生体音伝播部３０に皮膚に対する高い密着力（強固な装着性）を用い、第１の生体音伝播部２０に生体音の高い伝播効率を用いることにより、皮膚に対する高い密着力を可能とし、生体音収集用マイクロホン１と皮膚との隙間から雑音が浸入することをより確実に防止できる。なお、上記においては、ウレタンエラストマーの例について述べたが、他の素材を用いた場合においても同様である。
【００５３】
第３実施形態によれば、上記構成により、皮膚に対する高い密着力と生体音伝導部における生体音の高い伝播効率とを両立することが可能となる。その結果、皮膚接着部が皮膚表面に密着した状態において、第１の生体音伝播部２０ｂにおける皮膚表面との接触面が皮膚表面に対してより強く密着（吸着）される。その結果、生体音収集用マイクロホン３と皮膚との隙間からマイクロホンユニット１０に雑音が浸入することをより確実に防止できる。
【００５４】
また、第３実施形態に係る生体音収集用マイクロホン、及び電子聴診装置によれば、マイクロホンと対向配置される領域に第１の生体音伝播部を設けているので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、生体を伝導する生体音を収集する生体音収集用マイクロホンに好適に適用できる。また、この生体音収集用マイクロホンを内蔵した電子聴診装置に好適に適用できる。特に、人体胸部から伝導する心音、肺音、呼吸音、血流音、蠕動音、嚥下音等の生体音を収集する、生体音収集用マイクロホン、電子聴診装置に好適である。
【符号の説明】
【００５６】
１、２、３ 生体音収集用マイクロホン
１０ マイクロホンユニット
２０ 第１の生体音伝播部
２１ 表面
２２ 裏面
３０ 第２の生体音伝播部
４０ 筺体
５０ 信号線
６０ 生体胸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子聴診装置、及びこの電子聴診装置に内蔵された生体音収集用マイクロホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
聴診器は、従来から医療現場で生体音を診断する装置として広く用いられてきた。聴診器は、通常、生体音を収集するチェストピース部と、これに接続されて生体音を音波として伝送するチューブと、その先端に配設されたイヤー部を有する。チェストピース部において、内部がコーン型となった金属部分がベルモード、樹脂フィルムからなる振動板がダイアフラムモードとして用いられる。これらのモードは、患者の疾患の症状や診察部位により適宜使い分けられている。
【０００３】
聴診器のチェストピース部の形状は、長い歴史の中で最適化されてきた。近年においては、聴診器の電子化技術により、生体音を電気信号に変換して信号処理し、その後再び音波に変換して診断する電子聴診器が開発されている。聴診器の電子化技術により、聴音データを保存して情報を共有化したり、聴診技術の伝承を図ったりすることが可能となってきた。さらに、聴音データの解析によって、隠れている疾患の兆候を顕在化させることも期待されている。
【０００４】
電子聴診器のチェストピース部に、マイクロホンを装着したものがある。特許文献１、２には、非可聴つぶやき音声を頭部や頸部付近から採取するマイクロホンが開示されている。非可聴つぶやき音声は、声帯の規則振動を伴わない音声であって、外部からは非可聴な体内軟組織部を伝播する振動音である。このような音声の信号は、音響空間の振動を検知する通常のマイクロホンではなく、体内の生体音を採取する肉伝導マイクロホンにより採取する。
【０００５】
図７は、特許文献１に開示された肉伝導マイクロホン１００の構成を示す概略断面図である。肉伝導マイクロホン１００は、コンデンサマイクロホン１１０、体内軟組織部の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有し、皮膚表面からコンデンサマイクロホン１１０に入力音声を伝導する接触部として機能する硬化したソフトシリコーンゴム１２０を有する。また、肉伝導マイクロホン１００は、硬質のフレーム１３０、受信した振動音を電気信号として導出するためのリード線１４０、外部雑音防音空間１５０等を有する。
【０００６】
肉伝導マイクロホン１００は、硬化したソフトシリコーンゴム１２０の表面を皮膚と接触させることにより音声を採取する。硬質のフレーム１３０と硬化したソフトシリコーンゴム１２０との間には、外部雑音防音空間１５０が設けられている。これにより、外部雑音の混入を防ぐ。コンデンサマイクロホン１１０は、硬化したソフトシリコーンゴム１２０内に埋設されている。コンデンサマイクロホン１１０より得た信号は、信号線１４０を介して外部に伝送される。硬化したソフトシリコーンゴム１２０の硬度は、３０（ＳｈｏｒｅＡ）以下であることが望ましいことが記載されている。
【０００７】
図８に、特許文献２に開示された肉伝導マイクロホン２００の概略断面図を示す。肉伝導マイクロホン２００は、マイクロホンユニット２１０、肉伝導音伝播部２２０、内側カバー部材２３０、粘着遮音部２４０、外部カバー部材２５０、信号線２６０等を有する。
【０００８】
肉伝導音伝播部２２０は、その一面を皮膚表面に密着させ、人体内を伝播する肉伝導音を伝播させる軟性部材よりなる。肉伝導伝播部２２０は、その音響インピーダンスの特性が人体における肉部の音響インピーダンスの特性に近い素材、例えば、ウレタンエラストマーやシリコン等により構成されている。これにより、肉伝導音を人体（皮膚）から肉伝導音伝播部２２０に効率的に伝播させることができる。内部カバー部材２３０は、肉伝導音伝播部２２０における皮膚表面との接触面以外の部分全体を覆うものであり、マイクロホンユニット２１０が収容されている。粘着遮音部２４０は、人の皮膚に対する粘着性を有する軟性部材であるウレタンエラストマーからなり、内側カバー部材２３０の外側全体を覆うように形成されている。外側カバー部材２５０は、粘着遮音部２４０における皮膚接着部以外の外側全体を覆うものであり、外装を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】ＷＯ２００５／０６７３４０号公報 第８図
【特許文献２】特開２００８−０４２７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の聴診の対象は、心音、肺音、若しくは呼吸音（集音帯域は、２０Ｈｚから５００Ｈｚ程度）であったが、これまで集音対象ではなかった微小な生体音を集音する技術や、集音可能な帯域を広げる広帯域化技術により、疾患との新たな関連付けを行って早期に疾病を発見したり、予防医学に貢献したりすることに期待が集まっている。これらを実現するためには、生体音を高感度に集音しつつ雑音を排除し、かつ、集音域の広帯域化を実現する技術が強く求められている。
【００１１】
本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部環境雑音や摺動雑音の混入が生じ難く、生体音を高感度に集音し、かつ集音帯域の広帯域化が可能な生体音収集用マイクロホン、及びこれを内蔵した電子聴診装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る生体音収集用マイクロホンは、生体音を集音する生体音収集用マイクロホンであって、生体音を電気信号に変換するマイクロホンユニットと、前記マイクロホンユニットを収容する筺体と、前記マイクロホンユニットに対する生体音伝導部として機能し、その表面を被検体の体表に密着させ、その裏面を前記マイクロホンユニットに当接又は近接させた板状の第１の生体音伝播部と、前記第１の生体音伝播部よりもショアＡ硬度の低い素材からなり、前記筺体と前記第１の生体音伝播部とで区画された空間に充填され、かつ前記マイクロホンユニットを埋設する第２の生体音伝播部とを備える。
前記第１の生体音伝播部は、ショアＡ硬度が４０以上であることが好ましい。
前記第２の生体音伝播部は、ショアＡ硬度が４０未満であることが好ましい。
前記第１の生体音伝播部の好ましい例として、粘弾性体、又はゴム弾性体が挙げられる。
前記第２の生体音伝播部の好ましい例として、粘弾性体、又はゴム弾性体が挙げられる。
前記第１の生体音伝播部の特に好ましい例として、シリコーンゴム、又はウレタンエラストマーが挙げられる。
前記第２の生体音伝播部の特に好ましい例として、シリコーンゴム、又はウレタンエラストマーが挙げられる。
本発明に係る電子聴診装置は、上記生体音収集用マイクロホンを内蔵したものである。
なお、生体音を収集する領域の音響インピーダンス特性は、その領域（例えば、組織）の密度、弾性率（ヤング率），組織を伝播する音速等から見積もった値から算出することができる。
【００１３】
本発明に係る生体音収集用マイクロホンによれば、第１の生体音伝播部として、（１）音響インピーダンスの特性が生体音収集領域の音響インピーダンス特性に近いものを用い、（２）形状を板状とし、（３）その表面を被検体の体表に密着させ、（４）マイクロホンユニットに当接又は近接させているので、生体音をマイクロホンユニットに効率よく伝導させることが可能となる。さらに、第２の生体音伝播部を第１の生体音伝播部と筺体で区画された空間に充填し、素材として第１の生体音伝播部よりもショアＡ硬度の低い素材を用い、かつ、マイクロホンユニットを埋設しているので、聴診時に被検体との摺動による雑音や環境雑音の混入が生じにくく、外部雑音の減衰を大きくして雑音混入を抑制することができる。その結果、生体音をマイクロホンユニットに効率よく伝導することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、外部環境雑音や摺動雑音の混入が生じ難く、生体音を高感度に集音し、かつ集音帯域の広帯域化が可能な生体音収集用マイクロホン、及びこれを内蔵した電子聴診装置を提供することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は第１実施形態に係る生体音収集用マイクロホンの概略断面図、（ｂ）は、第１実施形態に係る生体音収集用マイクロホンの概略平面図。
【図２】変形例に係る生体音収集用マイクロホンの概略断面図。
【図３】第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホンの概略断面図。
【図４】第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホンにおける心音のスペクトラム。
【図５】（ａ）は第２実施形態に係る第１の生体音伝播部のショアＡ硬度に対して周波数をプロットした図、（ｂ）は周波数と音圧の関係を示す図。
【図６】第３実施形態に係る生体音収集用マイクロホンの概略断面図。
【図７】特許文献１に係る肉電導マイクロホンの概略断面図。
【図８】特許文献２に係る肉電導マイクロホンの概略断面図。
【図９】比較例に係る生体音収集用マイクロホンにおける心音のスペクトラム。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。また、以降の図における各部材のサイズや比率は、説明の便宜上のものであり、実際のものは、必ずしもこれらのサイズや比率でなくてもよい。また、以降の実施形態や変形例において、同種の部材には同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００１７】
［第１実施形態］
図１（ａ）に、第１実施形態に係る電子聴診装置に内蔵された生体音収集用マイクロホン１の概略断面図を、図１（ｂ）に、生体音収集用マイクロホン１の第１の生体音伝播部側からの概略平面図を示す。生体音収集用マイクロホン１は、マイクロホンユニット１０、第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０、筺体４０、信号線５０等を具備する。
【００１８】
第１実施形態に係る電子聴診装置は、いわゆる電子聴診器であり、生体音収集用マイクロホン１、チューブ（不図示）、音波変換部（不図示）、イヤー部（不図示）等を有する。生体音収集用マイクロホン１によって電気信号に変換されたデータは、信号線５０を介して電気信号をチューブに伝送し、その後、音波変換部で再び音波に変換してイヤー部から生体音を診断する。電子聴診装置は、さらに、生体音を保存する記憶部、得られた生体音を解析する解析部、データ転送部、データ表示部などを有する装置であってもよい。また、一般的な聴診器の構成をもたず、記憶部、解析部、解析結果の表示部等を有する電子聴診装置であってもよい。
【００１９】
第１実施形態においては、被検体として人の生体胸部６０の生体音を聴診する例について述べる。但し、本発明の生体音収集用マイクロホン及びこれを内蔵した電子聴診装置は、生体胸部に限定されず、生体の軟組織部の生体音の聴診に広く適用することができる。なお、生体音は、心音、肺音、呼吸音、血流音、蠕動音、嚥下音、胎児心音等の胎児音等の生体音全般を含む。また、聴音対象は、人に限定されず、犬、猫、家畜等をはじめとする各種動物であってもよい。
【００２０】
マイクロホンユニット１０は、第１の生体音伝播部２０及び第２の生体音伝播部３０を伝導する生体音を電気信号に変換するものである。このマイクロホンユニット１０は、生体音の振動を感知する感知部の全体が、第２の生体音伝播部３０に埋設されている。生体音は、第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０を介してマイクロホンユニット１０に伝導される。
【００２１】
マイクロホンユニット１０は、例えば、エレクトリックコンデンサマイクロホンを採用することができる。また、他の小型のダイナミックマイクロホン、圧電素子、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）によるシリコンマイクロホンを採用してもよい。
【００２２】
第１の生体音伝播部２０の表面２１は、被検体の体表に密着させる部位であり、密着対象は、皮膚表面の他、手術中の体内の体表面等でもよい。第１実施形態においては、生体胸部６０の皮膚表面６１に第１の生体音伝播部２０の表面２１を密着させる例について説明する。第１の生体音伝播部２０の形状は、図１（ｂ）に示すように円板形状となっている。生体音収集用マイクロホン１は、第１の生体音伝播部２０の表面２１を生体胸部６０の皮膚表面６１に接触させることにより生体音を採取する。第１の生体音伝播部２０の側面は、筐体４０によって固設されている。第１実施形態においては、筐体４０の表面と第１の生体音伝播部２０の表面２１が同一面にある例を示しているが、第１の生体音伝播部２０の表面２１が筐体４０の表面よりも突出していてもよい。
【００２３】
第１の生体音伝播部２０は、生体内を伝導する生体音をマイクロホンユニット１０に伝導する役割を担う。第１の生体音伝播部２０の素材は、その音響インピーダンスの特性が、生体音を収集する領域の音響インピーダンス特性に近いものを用いる。ここで、被検体内の音響インピーダンスとは、皮膚、皮下組織、臓器、筋肉等の軟組織部、及び骨格からなる硬度組織の伝導音が合成された音響インピーダンスをいう。生体音を収集する領域の音響インピーダンス特性は、その領域（例えば、組織）の密度、弾性率（ヤング率），組織を伝播する音速等から見積もった値から算出することができる。固有の音響インピーダンスは、密度と音速の積により見積もることができる。
【００２４】
生体組織と第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンス差が大きいと、第１の生体音伝播部２０へ生体音が伝播し難くなる。第１の生体音伝播部２０と生体とは、音響インピーダンスやショアＡ硬度で直接的に比較はできないため、共通するパラメターとして音速を用いる。すなわち、生体は、水から骨まで様々な音響特性を有する部位（皮質骨，海綿骨，内臓，筋繊維，脂肪，腱，血管，血液，水分ｅｔｃ）の混合体で，部位，場所，個体により構成比率が異なり，部位の音速もそれぞれの固有値の合成となっている。生体の音速は、一般的には１４００ｍ／ｓ〜４０００ｍ／ｓ程度の範囲のどこかの値を示す。従って、第１の生体音伝播部２０もそれに応じてある範囲を持って適応可能である。つまり、第１の生体音伝播部２０は、生体組織の音速が１４００ｍ／ｓ〜４０００ｍ／ｓの範囲で伝播できるように設定されている。例えば、ショアＡ硬度４０のエラストマーは音速で１０００ｍ／ｓ〜２０００ｍ／ｓを示す。
【００２５】
生体胸部６０は、皮膚、臓器、筋肉、脂肪、血管等の軟組織とともに骨格が生体表面付近に高い密度で形成されていることに特徴がある。聴音される生体音は、これら全組織を伝導してきた伝導音となる。軟組織部の音速（音の伝播速度）は、臓器、組織により多少差があるが、通常１４００ｍ／ｓ〜１６００ｍ／ｓ程度である。一方、骨の音速は概ね３０００ｍ／ｓ〜４０００ｍ／ｓであり、軟組織部と比較すると速い。従って、伝導音は軟組織の伝導音だけでなく、ヤング率の高い骨格部の伝導音も考慮すると、見かけ上の音速は、軟組織部の音速よりも速くなる。そのため、第１の生体音伝播部２０は、密着性と形状追随性に優れ、求められるヤング率をある程度保持できる粘弾性特性であることが好ましい。
【００２６】
第１の生体音伝播部２０は、硬度、ヤング率が高く、かつ耐摺動ノイズ特性が高く、さらに生体胸部との音響インピーダンス差が小さく、第１の生体音伝播部２０内の音速が、生体内の音速とほぼ同等な特性を有するものが好ましい。ショアＡ硬度を４０以上とすることにより、低周波数側の帯域をより低い方向にシフトさせ、高周波数側の帯域をより高い方向にシフトさせ、広帯域化を図ることができる。これにより周波特性を向上させ，生体音を高効率で取り出すことが可能となる。第１の生体音伝播部２０のショアＡ硬度の上限値は、ゴム弾性を有する部材についての推奨測定範囲である９０においても好適に適用できるため、測定限界によりショアＡ硬度の好ましい上限値は規定できない。なお、ショアＡ硬度は、ＡＳＴＭ規格（ＡＳＴＭ Ｄ２２４０）やＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｋ ６５２３）に記載の方法により行う。
【００２７】
第１の生体音伝播部２０の厚みは，生体音の伝播距離が長くなると減衰が生じるため、２ｍｍ以下とすることが好ましく、下層の部材の音響特性の影響が大きくなるのを避ける観点からは、０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２８】
第１の生体音伝播部２０の素材は、上記特性を満足するものであれば特に制限なく用いることができるが、好ましい例として、粘弾性体やゴム弾性体が挙げられる。ここで、粘弾性体とは、粘性と弾性両方を合わせ持つ性質をもった物体をいい、樹脂などの高分子物質を挙げることができる。また、ゴム弾性体とは、常温でヤング率が約１〜１０ＭＰａの範囲にあり、わずかな応力で伸び、外力を除くと元に戻る性質を有する物体をいう．合成ゴムの例としては、ポリエーテルゴムや多硫化ゴム、シリコーンゴムが挙げられる。第１の生体音伝播部２０の特に好ましい例として、シリコーンゴムやウレタンエラストマーが挙げられる。
【００２９】
第１の生体音伝播部２０として、ウレタンエラストマーやシリコーンゴム等を用いると、皮膚表面に対する密着性が良好となる。すなわち、第１の生体音伝播部２０が皮膚表面に対して密着し、より強固に人体に対して保持させることができる。但し、ウレタンエラストマーの中でも、特に密着性の高いウレタンエラストマーを第１の生体音伝播部２０として用いると、音響インピーダンスと、人体の軟組成の音響インピーダンスとの差が大きくなり、生体音の伝播効率が悪化する（減衰が大きくなる）恐れがある。よって、ウレタンエラストマーを用いる際に密着性の低いウレタンエラストマーを用いることが好ましい。
【００３０】
第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０とを離間させることにより、より効果的に生体音の高音域を減衰させることが可能で、より耐ノイズ特性に優れた特性を得ることができる。しかしながら、第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０との離間距離が大きくなりすぎると、検出する音圧自体が低下してしまう。従って、第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０の種類に応じて適宜、第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０との離間距離を調整することが重要となる。生体音伝導を高感度に行う観点からは、第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０の離間距離は１ｍｍ以下とすることが好ましい。第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０とは、図２に示す生体音収集用マイクロホン１Ａのように、第１の生体音伝播部２０とマイクロホンユニット１０を離間させずに当接させてもよい。
【００３１】
第２の生体音伝播部３０は、第１の生体音伝播部２０における皮膚表面６１に密着させる面である表面２１の反対側の面である裏面２２とマイクロホンユニット１０、筺体４０の内部側面４１に区画される空間に充填されている。第２の生体音伝播部３０は、マイクロホンユニット１０を保持する役割を担う。また、第２の生体音伝播部３０は、生体胸部６０、第１の生体音伝播部２０、及び筺体４０との音響インピーダンス差を大きくし、ノイズ成分を減衰させるフィルターとしての役目も果たす。
【００３２】
また、第２の生体音伝播部３０は、耐摺動ノイズ特性や耐外部環境ノイズ特性に優れていることが求められる。また、第２の生体音伝播部３０の音響インピーダンスは、生体音の音響インピーダンスと差が大きいものが好ましい。第２の生体音伝播部３０の硬度は小さいことが好ましい。少なくとも第１の生体音伝播部２０よりも硬度が小さいことが好ましい。第２の生体音伝播部３０の素材は、上記要件を満足するものであれば特に限定されないが、好ましい例として粘弾性体、又はゴム弾性体が挙げられる。第２の生体音伝播部３０のうちでも特に好ましい例として、シリコーンゴム、ウレタンエラストマーが挙げられる。第１の生体音伝播部２０や第２の生体音伝播部３０には、特性に影響を与えない範囲で添加材等が含有されていてもよい。
【００３３】
筺体４０は、生体音収集用マイクロホン１の外装として機能する。第１の生体音伝播部２０と筺体４０によって囲まれる空間に第２の生体音伝播部３０が充填され、第２の生体音伝播部３０内にマイクロホンユニット１０が埋設されている。筺体４０は、底面が開口した円筒形状となっている。そして、前述したように、筺体４０内部には、第２の生体音伝播部３０が充填され、その中にマイクロホンユニット１０が埋設されている。
【００３４】
筺体４０の素材は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で特に限定されないが、一例として、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の制振性の高い金属や、ＡＢＳ樹脂、ＰＥＴ樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂等の樹脂が挙げられる。外装外観は、聴診に適した形状であれば特に限定されない。マイクロホンユニット１０を収容する生体音収集用マイクロホン１の形状は、一般的には、円錐状や円筒状である。筺体４０は、内部に空洞を有する構造でもよいし、空洞のない構造体であってもよい。
【００３５】
次に、第１実施形態に係る生体音収集用マイクロホンの製造方法の一例について述べる。まず、筺体４０、マイクロホンユニット１０を用意し、第２の生体音伝播部２０としてウレタンエラストマーの主剤，硬化剤（主剤に対し５重量％）を混合する。次いで、マイクロホンユニット１０を筐体４０の内部に接しないよう支持しておき，信号線５０側の筐体４０の開口部を一時的に封止する。その後、未硬化の第２の生体音伝播部２０を生体に接する筐体４０の開口側から充填し、２４時間室温で放置し硬化させ第２の生体音伝播部３０を形成する。
【００３６】
次いで，第１の生体音伝播部２０としてシリコーンエラストマーの主剤，硬化剤（主剤に対し１０重量％）を混合する。そして、マイクロホンユニット１０の開口部表面を未硬化の第１の生体音伝播部２０を用いてシリコーンエラストマーで充填するよう注入し，２４時間室温で放置して硬化させることにより第１の生体音伝播部２０を形成する。これらの工程を経て、生体用マイクロホンユニット１０を製造する。
【００３７】
マイクロホンユニット１０の埋設位置は、第２の生体音伝播部３０の表面と同一の高さに保持するか，あるいは第２の生体音伝播部３０内へ埋没させてもよい。マイクロホンユニット１０と第１の生体音伝播部２０とに存在する第２の生体音伝播部３０の厚みを０．５ｍｍ以内に調整すると，音圧低下や周波数特性の劣化を生じさせることなくマイクロホンユニット１０を形成できるので好ましい。第１の生体音伝播部２０と第２の生体音伝播部３０の接合方法は特に制限がないが、通常，第２の生体音伝播部３０の密着力で十分である。
【００３８】
第１実施形態に係る生体音収集用マイクロホン１によれば、第１の生体音伝播部２０の表側２１全体を生体胸部６０の皮膚表面に密着させるので、効率よく集音することができる。すなわち、第１の生体音伝播部２０の表側全体を生体の体表に密着させることができるので、雑音を効率的に除去できる。また、第１の生体音伝播部２０は、音響インピーダンスの特性が生体音収集領域の音響インピーダンス特性に近い板状のものを用いているので、生体音をマイクロホンユニット１０に効率よく伝導させることが可能となる。
【００３９】
また、第２の生体音伝播部３０を第１の生体音伝播部２０と筺体４０で区画された空間に充填し、第１の生体音伝播部２０よりもショアＡ硬度の低い素材を用い、かつ、マイクロホンユニット１０を埋設しているので、以下の効果を得ることができる。すなわち、聴診時に患者との摺動による雑音や環境雑音の混入が生じにくく、かつ外部雑音の減衰を大きくして、雑音混入を抑制することができる。その結果、生体音をマイクロホンユニット１０に効率よく伝導することができる。
【００４０】
さらに、第１の生体音伝播部２０として、ショアＡ硬度４０以上の素材により構成されたものを用いることにより、生体胸部６０と第１の生体音伝播部２０との界面において、より効果的に高音域の生体音の減衰を少なくし、高感度かつ広帯域に生体音を集音することができる。これは、第１の生体音伝播部２０のショアＡ硬度を４０以上とすることにより、より効果的にヤング率や音速を被検体である生体胸部６０とほぼ同程度に高く保つことができるためである。
【００４１】
また、第２の生体音伝播部３０として、生体胸部６０、第１の生体音伝播部２０及び筐体４０との音響インピーダンス差が大きいものを充填させることにより、より効果的に外部雑音の減衰を大きくし、雑音混入を抑制することができる。このような特性を有するために、第２の生体音伝播部３０のショアＡ硬度は、４０未満であることが好ましい。第２の生体音伝播部３０のショアＡ硬度は、測定下限であっても好適に適用できる。第２の生体音伝播部３０として、硬度が低く、減衰が大きく、かつ音速が低いものを用いると、より効果的に生体音の帯域以外の音を第２の生体音伝播部３０内で効率的に減衰させることが可能となる。その結果、耐雑音特性を向上させることができる。また、第１の生体音伝播部２０のマイクロホンユニット１０までの伝送距離を短くすることによって、第２の生体音伝播部３０中での減衰を影響ないレベルにすることができる。
【００４２】
［第２実施形態］
次に、第１実施形態とは異なる電子聴診装置に内蔵された生体音収集用マイクロホンについて説明する。図３に、第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホン２の概略断面図を示す。第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホン２は、筺体４０ａの形状、第２の生体音伝播部３０ａの充填部の形状が異なる点を除いては、第１実施形態に係る生体音収集用マイクロホンと同様である。
【００４３】
生体音収集用マイクロホン２は、マイクロホンユニット１０、第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０ａ、筺体４０ａ、信号線５０等を具備する。筺体４０ａの内部空間は、円錐の上部を切り取った構造となっている。換言すると、筺体４０ａの内部空間は、側面視では台形状となっている。この筺体４０ａの内部空間に第２の生体音伝播部３０ａが充填され、この第２の生体音伝播部３０ａ内にマイクロホンユニット１０が埋設されている。
【００４４】
図４に、第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホン２を用いて収集した心音のスペクトラムを示す。縦軸の目盛りは２ｋＨｚスケールで，横軸の目盛りは２０ｓｅｃスケールである。なお、第１の生体音伝播部２０として、ショアＡ硬度５０、厚さ１ｍｍのシリコーンゴムを用いた。また、第１の生体音伝播部２０内の音速を求めたところ、１６５０ｍ／ｓであった。なお、音速は、レーザードップラー法により求めることができる。
【００４５】
心音の周波数解析を行ったところ、図４に示すとおり、高音域まで（２ｋＨｚまで）の情報が得られることがわかる。これは、従来の聴診器に比して、高音域側に広帯域化できたことを示すものである。
【００４６】
図９に、比較例に係る図７の構成の肉伝導マイクロホンを用いて収集した心音のスペクトラムを示す。縦軸の目盛りは２ｋＨｚスケールで，横軸の目盛りは２０ｓｅｃスケールである。生体音伝播部として、ショアＡ硬度５、生体とマイクロホンユニット１０の距離、すなわち、当該部位のシリコーンゴムの厚さを１ｍｍとした場合の心音のスペクトラムを示す。図９より、信号、特に高音域の減衰が大きいだけでなく、帯域全体の音圧も低下しており、減衰が必要以上に大きいことがわかる。これは、樹脂内の音速が７００ｍ／ｓであり、マイクロホンユニット特性の劣化は第１の生体音伝播部２０と生体胸部６０との音響インピーダンス差が大きいことによるものである。
【００４７】
第２実施形態に係る生体音収集マイクロホンにおいて、第１の生体音伝播部２０のショアＡ硬度を変更し、それぞれのサンプルの測定音の周波数特性をプロットした結果を図５（ａ）に示す。図中に示す低音域側周波数、及び高音域側周波数は、図５（ｂ）に示すように、最大音圧ピークより−１０ｄＢとなる音圧の低音域側、及び高音域側の周波数を示す。ショアＡ硬度４０以上で低音域側の周波数が低音側にシフトし、高音域の周波数が高音側にシフトしており、帯域幅が増加していることから、第１の生体音伝播部２０の特性が大きく影響していることが判明した。よって、第１の生体音伝播部２０のショアＡ硬度は４０以上であることが好ましく、第２の生体音伝播部３のショアＡ硬度は４０未満であることが好ましい。
【００４８】
図５（ａ）より、生体胸部より発生する生体音を、従来の聴診器のみならず肉伝導マイクロホンよりも高感度で、広帯域に集音、及び解析することが可能であることがわかる。そして、隠れた疾患の早期発見に利用可能な生体音収集用マイクロホンとして用いることが期待できる。
【００４９】
第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホン、及び電子聴診装置によれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
［第３実施形態］
図６に、第３実施形態に係る生体音収集用マイクロホン３の概略断面図を示す。第３実施形態に係る生体音収集用マイクロホン３は、第１の生体音伝播部２０ｂの形状、及び第２の生体音伝播部３０ｂの充填部の充填領域が異なる点を除いては、第２実施形態に係る生体音収集用マイクロホンと同様である。
【００５１】
生体音収集用マイクロホン３は、マイクロホンユニット１０と対向配置される位置において、第１の生体音伝播部２０ｂ、第２の生体音伝播部３０ｂ、筺体４０ｂ、信号線５０等を具備する。第１の生体音伝播部２０ｂは、マイクロホンユニット１０と対向配置される位置に設けられている。第２の生体音伝播部３０ｂは、第１の生体音伝播部２０ｂの外周領域を取り囲むように筺体４０ｂの内部空間に充填されている。すなわち、第３実施形態においては、第１の生体音伝播部２０ｂと筺体４０ｂ以外に、第２の生体音伝播部３０ｂも生体の体表と密着するようになっている。
【００５２】
生体音の伝播を主たる機能とする第１の生体音伝播部２０ｂには、人体の軟組成と音響インピーダンスが近いウレタンエラストマー等の材料（比較的密着性の低いもの）を採用し、第２の生体音伝播部３０ｂは、皮膚への密着を優先して、より密着（粘着）性の高いウレタンエラストマー等の材料を採用することが好ましい。換言すると、第１の生体音伝播部２０ｂよりも柔らかい密着性（強固な装着性）を有する第２の生体音伝播部３０ｂにも皮膚接着部を有するようにしている。すなわち、第２の生体音伝播部３０に皮膚に対する高い密着力（強固な装着性）を用い、第１の生体音伝播部２０に生体音の高い伝播効率を用いることにより、皮膚に対する高い密着力を可能とし、生体音収集用マイクロホン１と皮膚との隙間から雑音が浸入することをより確実に防止できる。なお、上記においては、ウレタンエラストマーの例について述べたが、他の素材を用いた場合においても同様である。
【００５３】
第３実施形態によれば、上記構成により、皮膚に対する高い密着力と生体音伝導部における生体音の高い伝播効率とを両立することが可能となる。その結果、皮膚接着部が皮膚表面に密着した状態において、第１の生体音伝播部２０ｂにおける皮膚表面との接触面が皮膚表面に対してより強く密着（吸着）される。その結果、生体音収集用マイクロホン３と皮膚との隙間からマイクロホンユニット１０に雑音が浸入することをより確実に防止できる。
【００５４】
また、第３実施形態に係る生体音収集用マイクロホン、及び電子聴診装置によれば、マイクロホンと対向配置される領域に第１の生体音伝播部を設けているので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、生体を伝導する生体音を収集する生体音収集用マイクロホンに好適に適用できる。また、この生体音収集用マイクロホンを内蔵した電子聴診装置に好適に適用できる。特に、人体胸部から伝導する心音、肺音、呼吸音、血流音、蠕動音、嚥下音等の生体音を収集する、生体音収集用マイクロホン、電子聴診装置に好適である。
【符号の説明】
【００５６】
１、２、３ 生体音収集用マイクロホン
１０ マイクロホンユニット
２０ 第１の生体音伝播部
２１ 表面
２２ 裏面
３０ 第２の生体音伝播部
４０ 筺体
５０ 信号線
６０ 生体胸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体音を集音する生体音収集用マイクロホンであって、
生体音を電気信号に変換するマイクロホンユニットと、
前記マイクロホンユニットを収容する筺体と、
前記マイクロホンユニットに対する生体音伝導部として機能し、その表面を被検体の体表面に密着させ、その裏面を前記マイクロホンユニットに当接又は近接させ、当該マイクロホンユニットと少なくとも互いに対向配置させた板状の第１の生体音伝播部と、
前記第１の生体音伝播部よりもショアＡ硬度の低い素材からなり、前記筺体と前記第１の生体音伝播部とで区画された空間に充填され、かつマイクロホンユニットを埋設する第２の生体音伝播部と、
を備えることを特徴とする生体音収集用マイクロホン。
【請求項２】
前記第１の生体音伝播部は、ショアＡ硬度が４０以上であることを特徴とする、請求項１に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項３】
前記第２の生体音伝播部は、ショアＡ硬度が４０未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項４】
前記第１の生体音伝播部は、粘弾性体、又はゴム弾性体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項５】
前記第２の生体音伝播部は、粘弾性体、又はゴム弾性体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項６】
前記第１の生体音伝播部は、シリコーンゴム、又はウレタンエラストマーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項７】
前記第２の生体音伝播部は、シリコーンゴム、又はウレタンエラストマーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載された生体音収集用マイクロホンを内蔵した電子聴診装置。
【請求項１】
生体音を集音する生体音収集用マイクロホンであって、
生体音を電気信号に変換するマイクロホンユニットと、
前記マイクロホンユニットを収容する筺体と、
前記マイクロホンユニットに対する生体音伝導部として機能し、その表面を被検体の体表面に密着させ、その裏面を前記マイクロホンユニットに当接又は近接させ、当該マイクロホンユニットと少なくとも互いに対向配置させた板状の第１の生体音伝播部と、
前記第１の生体音伝播部よりもショアＡ硬度の低い素材からなり、前記筺体と前記第１の生体音伝播部とで区画された空間に充填され、かつマイクロホンユニットを埋設する第２の生体音伝播部と、
を備えることを特徴とする生体音収集用マイクロホン。
【請求項２】
前記第１の生体音伝播部は、ショアＡ硬度が４０以上であることを特徴とする、請求項１に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項３】
前記第２の生体音伝播部は、ショアＡ硬度が４０未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項４】
前記第１の生体音伝播部は、粘弾性体、又はゴム弾性体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項５】
前記第２の生体音伝播部は、粘弾性体、又はゴム弾性体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項６】
前記第１の生体音伝播部は、シリコーンゴム、又はウレタンエラストマーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項７】
前記第２の生体音伝播部は、シリコーンゴム、又はウレタンエラストマーであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体音収集用マイクロホン。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載された生体音収集用マイクロホンを内蔵した電子聴診装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４】
【図９】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−７４９１５（Ｐ２０１３−７４９１５Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４９３８（Ｐ２０１１−２１４９３８）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
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