電子聴診器
【課題】高周波音を明瞭に聴取できる電子聴診器を提供する。
【解決手段】遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上のハイパスフィルタを設ける。
【効果】遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上のハイパスフィルタを設けることにより、共振周波数以上の帯域において遮断周波数以下の感度を遮断周波数付近の感度より小さくすることができ、遮断周波数以上の聴診音が、遮断周波数以下の音に邪魔されることなく明瞭に聴取できる。
【解決手段】遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上のハイパスフィルタを設ける。
【効果】遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上のハイパスフィルタを設けることにより、共振周波数以上の帯域において遮断周波数以下の感度を遮断周波数付近の感度より小さくすることができ、遮断周波数以上の聴診音が、遮断周波数以下の音に邪魔されることなく明瞭に聴取できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子聴診器に関し、特に高音域を聴診し易い小型電子聴診器に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内で生じる音を取得し診断する装置として聴診器が広く一般に使われている。一般的に聴診器は身体表面から発せられる聴診音（すなわち、体内音）を受信するチェストピースと、これに接続され聴診音を音波として伝達する中空のチューブと、両耳用に２つに分岐した中空のチューブの先端に取り付けられたイヤーチップとから構成されている（例えば、非特許文献１参照）。
最近では、聴診音を一旦、電気信号に変換し電気回路により信号処理を施し、再度、音波に変換された聴診音を耳で聴取できる電子聴診器がある（例えば、非特許文献２参照）。さらに、聴診音を耳で聴取するだけでなく、信号処理装置により聴診音のデータ解析できるものもある。
【０００３】
従来の一般的な聴診器はチェストピースからイヤーチップまで空洞を伝播する音波を耳で聴取するため、その音の大きさや周波数特性はチェストピースの形状や空洞の体積に依存する。特に、チェストピースは皮膚表面に接触させるため、聴取される音の大きさはチェストピースの大きさに依存する。新生児や乳幼児を聴診する時は聴診部位が小さいため、よりサイズの小さいチェストピースを使用するのが望ましい。しかしながら、サイズの小さいチェストピースを使用する場合、聴取する音も小さくなり聞こえ難くなる。
【０００４】
ところで、電子聴診器は電気信号により信号処理を施すことができるため、信号を増幅して聴診することは可能である。電子聴診器の多くは、形状や大きさが昔ながらのアコースティック聴診器に類似しており、狭い部位の聴診には適さない。アコースティック聴診器に類似したチェストピースに一般的なマイクロフォンを装着した電子聴診器も知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、その電子聴診器は、チェストピースの空洞の構造は一般的な聴診器と同じで、マイクロフォン装着部には大きい空洞がある。
【０００５】
ここで、アコースティック聴診器には、低周波音を聞き易くしたべルモードとこれより高周波音を聞き易くしたダイアフラムモードがあり、チェストピースの構造でこれら二つの周波数特性を調整している。電子聴診器においては電子回路によるハイパスフィルタおよびローパスフィルタにより、アコースティック聴診器に近い周波数特性に調整している。
【０００６】
一般的に、聴診器は生体内で生じた音を、チェストピースを生体表面に接触させて聴取する。この時の周波数特性は弾性体である生体とチェストピースの構成により決まる。チェストピースの質量と生体等の弾性定数により共振周波数が存在し、この共振周波数以上では聴取される音は周波数が高くなるほど減衰する。生体内で生じる音は言い換えれば、生体内で生じる振動である。例えば、その振動が周波数に対して一定の大きさ（加速度）であったとしても、聴診器で聴取される音の大きさは、共振周波数以下であれば、質量に依存し、共振周波数以上では質量に依存せず、振動の振幅に依存する。振動の振幅は周波数の２乗に反比例するため、生体内で生じる振動が周波数に対して一定の大きさをもっていたとしても、共振周波数以上で周波数の２乗に反比例して減衰する。さらに、アコースティック聴診器では、チェストピースとイヤーチップとの間にチューブが存在するため、さらに周波数の高い音は減衰する。一般的な聴診器の生体を聴診する系での共振周波数は数１００Ｈｚであり、これ以上の周波数では感度が急激に減衰する。
したがって、心音のような、主に３００Ｈｚ以下の帯域にあるような音については、聴診器を重くすることで、共振周波数以下の感度が増え、聴診しやすくなる。また、呼吸音等は実際には高い周波数の振動を含んでおり、共振周波数以上では感度が急激に滅衰するため、耳で聴診する場合、高周波音は低周波音にマスキングされ、聞き取ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表平８−５０６４９５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】３Ｍ Littmann CLASSIC II S.E. STETHOSCOPE 、[online]、スリーエムヘルスケア株式会社、[平成２１年２月２４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mmm.co.jp/hc/littmann/classic2se.html＞
【非特許文献２】３Ｍ Littmann ELECTRONICS TETHOSCOPE MODEL4100、[online]、スリーエムヘルスケア株式会社、［平成２１年２月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mmm.co.jp/hc/littmann/es-4000.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように従来のアコースティック聴診器は数１００Ｈｚの共振周波数以上の音は高い周波数になるほど感度が減衰するため、共振周波数以上の周波数帯域の音は低周波音にマスキングされ十分聴取できていなかった。また従来の電子聴診器も聴診器が共振周波数以上で感度が減衰するという特性に着目せず、アコースティック聴診器の周波数特性に合わせていたため、高周波音を明瞭に聴取できていなかった。
本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は従来聴診することができなかった共振周波数以上の高周波音を明瞭に聴取できる電子聴診器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明による電子聴診器は、体表に接触させて音を採取するためのチェストピースを備えた電子聴診器であって、
１つ以上のハイパスフィルタを有し、遮断周波数の最も高いハイパスフィルタの遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上であることを特徴とする。この構成によれば、共振周波数以上で−１２ｄＢ／ＯＣＴで感度が減衰し、聞き取り難かった高い周波数の音を明瞭に聴診することができる。さらに複数のハイパスフィルタを設けることにより、より低音域の不要な音を低減し、高い周波数の音を明瞭に聴診することができる。
【００１１】
また、上記電子聴診器において、前記遮断周波数の最も高いハイパスフィルタの遮断周波数よりも高い遮断周波数を有するローパスフィルタを含んでいてもよい。この構成によれば、高周波側の不要な音をさらに低減することができ、所望の周波数帯域の音のみを聴診することができる。
さらに、上記電子聴診器において、前記遮断周波数を調整する遮断周波数調整手段を有してもよい。この構成によれば、聴診したい音の周波数に応じて、聴診器の感度特性を調整することができる。
【００１２】
また、上記電子聴診器において、前記チェストピースは、その内部に、マイクロフォンを有してもよい。マイクロフォンを採用することにより、密閉空間の体積に対する、体表との接触面積の値を適切に設定でき、生体音を良好に取得することができる。
さらに、上記電子聴診器において、前記チェストピースは、接触する体表と共に密閉空間を形成するための開口部を有していてもよい。この構成によれば、チェストピースを生体表面に接触させることによって、生体音を良好に取得することができる。
【００１３】
また、上記電子聴診器において、前記チェストピースは、体表に接触する振動板を有し、前記振動板と共に密閉空間を形成してもよい。この構成によれば、チェストピースを生体表面に接触させることによって、生体音を良好に取得することができる。
さらに、上記電子聴診器において、前記密閉空間内の前記開口部に設けられ前記チェストピースが前記体表に接触している時に前記密閉空間の体積の変化を抑えるための凸部を有してもよい。この構成によれば、チェストピースを生体表面に接触させたとき、体表あるいは振動板が撓むことによる密閉空間の体積の変化を抑え、密閉空間の体積に対する、体表との接触面積の値を適切に設定でき、生体音を良好に取得することができる。
【００１４】
さらに、上記電子聴診器において、棒状の筐体を有し、チェストピースは、前記棒状の筐体の端部に設けられていることが望ましい。この構成によれば、棒状筐体の先端部を生体表面に接触させることによって、生体音を良好に取得することができ、しかも聴診する医師の手や腕の姿勢が自然になり、手や腕の疲れが少なくなる。
なお、上記電子聴診器において、前記マイクロフォンはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子で構成されていることが望ましい。この構成によれば、チェストピースの音を採取する時の密閉空間の体積に対する、体表との接触面積の値を適切に設定することができ、生体音を良好に取得することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、チェストピースを備えた電子聴診器において、遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上であるハイパスフィルタを備えることにより、共振周波数以上の帯域において遮断周波数以下の感度を遮断周波数付近の感度より小さくすることができ、遮断周波数以上の聴診音が、遮断周波数以下の音に邪魔されることなく明瞭に聴取できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態による電子聴診器の信号処理回路の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による電子聴診器の周波数特性を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による電子聴診器の信号処理回路の別の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態による電子聴診器の外観を示す斜視図である。
【図５】本発明の電子聴診器のチェストピースの構成例を示す図である。同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は外側から見た図である。
【図６】本発明の電子聴診器のチェストピースの構成例を示す図である。同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は外側から見た図である。
【図７】本発明の電子聴診器のチェストピースの構成例を示す図である。同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は外側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。本実施形態においては人体の任意の皮膚表面に接触させて聴診に使用する電子聴診器について説明する。
（概要）
発明者は、電子聴診器の信号処理回路に遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上のハイパスフィルタをもうけることにより、共振周波数以上で−１２ｄＢ／ＯＣＴで減衰し、聞き取りにくい高い周波数の音を明瞭に聴診できることを可能にした。
従来の電子聴診器は、コンデンサマイクロフォンが使用されていたが、本発明ではチェストピースの小型化のため、ＭＥＭＳ素子、すなわちシリコンマイクロフォンを使用している。
チェストピース内の密閉空間を所定の高さとすることで、皮膚表面からの生体音の振幅を可聴域で、十分な音圧とすることができる。
【００１８】
（信号処理回路の構成例）
図１は、本発明による電子聴診器の実施形態に用いる信号処理回路の構成例を示すブロック図である。この信号処理回路は、チェストピース内のマイクロフォンで収集した生体音を信号処理する回路である。同図に示されているように、この信号処理回路は、チェストピースに内蔵され生体音を電気信号へ変換するマイクロフォン１０と、第１および第２のハイパスフィルタ１１および１２と、電気信号を所望のレベルに増幅するパワーアンプ１３と、電気信号を音声信号へ変換するイヤフォン１４と、ハイパスフィルタ１１および１２の遮断周波数を制御する遮断周波数調整部１５と、パワーアンプ１３からイヤフォン１４へ出力される音量を調整する音量調整部１６とを備えている。
【００１９】
マイクロフォン１０はコンデンサマイクロフォン、コンタクトマイクロフォン等、皮膚表面の振動を電気信号へ変換できるものであれば何でも良い。マイクロフォン１０からの信号は遮断周波数が変更可能な第１のハイパスフィルタ１１へ入力され、生体音の低周波成分が減衰される。さらに第１のハイパスフィルタ１１より低い遮断周波数を有する第２のハイパスフィルタ１２へ信号が入力され、さらに低周波成分が減衰される。これらハイパスフィルタ１１および１２を通った電気信号はパワーアンプ１３により所望のレベルに増幅され、電気信号を音声信号へ変換するイヤフォン１４へ入力される。
【００２０】
ここで、電子聴診器から出力される音の周波数特性を図２に示す。同図において、生体音は体内の音源から弾性体である生体組織を介して電子聴診器により聴取されるため、ここでは音源を周波数に対して一定の大きさの加速度を有する振動源として、そのときの電子聴診器から出力される音の周波数特性を示している。
同図中の曲線４１はフィルタによる濾波を行わない場合の周波数特性である。この周波数特性では共振周波数４２を有する。この共振周波数は電子聴診器の質量と生体組織等の弾性体とにより決定されるものであり、一般的な聴診器では数１００Ｈｚ程度である。共振周波数以上では−１２ｄＢ／ｏｃｔで減衰する。また、一般的なアコースティック聴診器ではチェストピースからさらにチューブ内を音が伝播するので、さらに周波数が高くなるほど減衰する。
【００２１】
数１００Ｈｚから高周波数域にわたって生体音がある場合、高周波音は減衰されるため、低周波数音にマスキングされ十分聞き取ることができない。
同図中の曲線４３は遮断周波数４４のハイパスフィルタ１１による濾波と、遮断周波数４５のハイパスフィルタ１２による濾波とを行った場合の周波数特性である。曲線４１が共振周波数以上で−１２ｄＢ／ｏｃｔで減衰するため、ハイパスフィルタ１１の遮断特性を１２ｄＢ／ｏｃｔにすることにより、共振周波数４２より高い遮断周波数４４以下の感度を平坦にすることができる。さらに遮断特性が１２ｄＢ／ｏｃｔのハイパスフィルタ１２により遮断周波数４５以下の周波数の音をさらに低減させることができる。
【００２２】
さらに遮断周波数調整部１５により、ハイパスフィルタ１１および１２の遮断周波数を所望の生体音の周波数に設定することにより、所望の生体音を低周波帯域の音にマスキングされることなく明瞭に聴診することができる。なお、ハイパスフィルタ１１および１２の遮断特性は−１２ｄＢ／ｏｃｔ以下で、望ましくは−２４ｄＢ／ｏｃｔである。
また、図３のブロック図に示すように、ハイパスフィルタ１１と、遮断周波数がハイパスフィルタ１１の遮断周波数より高いローパスフィルタ１７とを配置しても良い。ハイパスフィルタ１１とローパスフィルタ１７とを組み合わせることにより、特定の周波数帯域のみの音を明瞭に聴診することができる。
【００２３】
（装置本体の構成）
図４は、本発明の実施形態による電子聴診器１の外観を示す斜視図である。同図において、電子聴診器１は、円柱ないし円筒形の筐体を有しており、その一端には生体の皮膚表面（図示せず）に接触させて音を採取するためのチェストピース２が設けられている。
また、電子聴診器１の筐体側面には、表示・操作部３が設けられている。電子聴診器１の電源の入り切り、音量の調整、モードの切替および表示が、この表示・操作部３によって行われる。
【００２４】
さらに、電子聴診器１の筐体の他端には、生体音信号をヘッドホン、イヤフォン等の生体音再生装置へ伝達するための配線４が接続されている。なお、図示されていないが、電子聴診器１の筐体内部には、聴診音信号について処理を行うための信号処理回路や、信号処理回路へ電力を供給するバッテリーなどが設けられている。
電子聴診器１によって皮膚表面から取得される生体音の周波数特性は、チェストピース２の皮膚との接触面積と電子聴診器１の質量とに依存する。そして、接触面積に対する質量の値を大きくするほど共振周波数は低くなり、共振周波数以下の低音の感度が増加する。
【００２５】
（チェストピースの第１の構成例）
図５は、図４の電子聴診器１に設けられているチェストピース２の第１の構成例を示す図である。同図（ａ）はチェストピースの断面図、同図（ｂ）はチェストピースを同図（ａ）の矢印Ｙの方向から見た外観構成を示す図である。
図５を参照すると、プリント基板２３にマイクロフォンパッケージ２１が実装されている。マイクロフォンパッケージ２１の中にはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子であるマイクロフォンチップ２２が内蔵されている。マイクロフォンパッケージ２１の下側には音孔２１０が設けられており、さらにプリント基板２３の同じ位置にも音孔２３０が設けられている。プリント基板２３はチェストピースの外側筐体２４の内側に設けられている。
【００２６】
外側筐体２４には、開口部２５が設けられている。音孔２３０および２１０の位置が開口部２５の範囲に含まれるように、プリント基板２３が外側筐体２４の内側に設けられている。外側筐体２４の開口部２５の部分を、人体の任意の皮膚表面に接触させることにより、音孔２３０および２１０を介して、マイクロフォンチップ２２によって生体音が取得される。
【００２７】
ここで、同図（ｂ）を参照すると、生体音聴診時に、チェストピースは皮膚表面に接し、マイクロフォンパッケージ２１、プリント基板２３、筐体２４と皮膚とで密閉空間２６が形成される。密閉空間２６内の音圧は、密閉空間の体積と開口部２５の皮膚表面の振幅との比によって決定される。皮膚表面での生体音の振幅は、可聴域では呼吸時で０．３μｍ程度である。この場合、開口部２５の単位面積当たりの密閉空間の高さを３ｍｍとすると、生体音による音圧は１０Ｐａとなる。一般的なマイクロフォンの最大入力音圧は１０〜２０Ｐａ程度であり、密閉空間の体積を制限することにより、生体音を歪ませること無く高感度に取得することができる。
【００２８】
ＭＥＭＳ素子によるマイクロフォンは、マイクロフォンパッケージ２１の体積が小さい。例えば、Ｋｎｏｗｌｅｓ社製、ＳＰ０２０８ＬＥ５では外形体積が２８．９ｍｍ3である。このため、ＭＥＭＳ素子によるマイクロフォンを利用することにより、チェストピースの開口部の直径が３ｍｍ程度でも密閉空間２６の音圧を十分確保できる。このため、チェストピースの外径を、従来にない大きさに小型化しても良好に聴診できる。
なお、筐体２４の材質は特に限定されるものではなく、硬質の樹脂でも良い。もっとも皮膚との密着性を高めるには、シリコンゴムのような弾性材料が望ましい。
【００２９】
（チェストピースの第２の構成例）
図６は、図４の電子聴診器１に設けられているチェストピースの第２の構成例を示す図である。同図（ａ）はチェストピースの断面図、同図（ｂ）はチェストピースを同図（ａ）の矢印Ｙの方向から見た外観構成を示す図である。
図６に示されているチェストピースの基本構成は、図５の場合と同じである。ただし、図６に示されているチェストピース２においては、振動板（ダイヤフラム）３７が設けられている点が図５の場合と異なる。チェストピース２の外側筐体３４に、凹部が設けられている。そして、外側筐体３４の開口部３５を塞ぐように、この凹部に振動板３７が嵌合されている。振動板３７は、電子聴診器の使用時に、体表に接触し、生体音をチェストピース２の内部に伝達する。
【００３０】
振動板３７が設けられていることにより、密閉空間３６が構成される。この振動板３７を設けることにより、振動板３７が設けられていない場合よりも、密閉空間３６の体積を制限することができる。このような構成により、生体音を歪ませること無く高感度に取得することができる。
振動板３７の材質は特に限定されるものではない。ただし、ガラスエポキシ板のような硬質板を振動板３７として用いる場合、チェストピース２において振動板３７の周辺部３４０はシリコンゴムのような弾性材料で形成する必要がある。望ましくは、外側筐体３４、振動板３７は一体のシリコンゴムとし、電子聴診器の筐体から脱着可能なものとする。
【００３１】
（チェストピースの第３の構成例）
図７は、図４の電子聴診器１に設けられているチェストピースの第３の構成例を示す図である。同図（ａ）はチェストピースの断面図、同図（ｂ）はチェストピースを同図（ａ）の矢印Ｙの方向から見た外観構成を示す図である。
図７に示されているチェストピースの基本構成は、図６の場合と同じである。ただし、図７に示されているチェストピース２においては、密閉空間３６内の開口部３５に凸部３８が設けられている。本例では、一端がプリント基板２３に接触し、かつ、他端が振動板３７に接触する位置に、凸部３８が設けられている。そして、本例では、音孔２３０の位置を囲むように、円柱形の凸部３８が４個設けられている。
【００３２】
凸部３８が設けられることによりチェストピース２を体表に強く押し付けたとき、振動板３７が撓んで音孔２３０を塞ぎ、感度が低下するのを防ぐことができる。
なお、凸部３８は振動板３７と一体で形成しても良いし、プリント基板２３と一体で形成しても良い。また、凸部３８は、本例の場合に限定されるものではなく、体表あるいは振動板が撓むことによる密閉空間の体積の変化を抑えることができるように、その位置や個数、形状を適宜調整すればよい。
【符号の説明】
【００３３】
１ 電子聴診器
２ チェストピース
３ 表示・操作部
４ 配線
１０ マイクロフォン
１１、１２ ハイパスフィルタ
１３ パワーアンプ
１４ イヤフォン
１５ 遮断周波数調整部
１６ 音量調整部
１７ ローパスフィルタ
２１ マイクロフォンパッケージ
２２ マイクロフォンチップ
２３ プリント基板
２４、３４ 筐体
２５、３５ 開口部
２６、３６ 密閉空間
３７ 振動板
３８ 凸部
２１０、２３０ 音孔
３４０ 周辺部
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子聴診器に関し、特に高音域を聴診し易い小型電子聴診器に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内で生じる音を取得し診断する装置として聴診器が広く一般に使われている。一般的に聴診器は身体表面から発せられる聴診音（すなわち、体内音）を受信するチェストピースと、これに接続され聴診音を音波として伝達する中空のチューブと、両耳用に２つに分岐した中空のチューブの先端に取り付けられたイヤーチップとから構成されている（例えば、非特許文献１参照）。
最近では、聴診音を一旦、電気信号に変換し電気回路により信号処理を施し、再度、音波に変換された聴診音を耳で聴取できる電子聴診器がある（例えば、非特許文献２参照）。さらに、聴診音を耳で聴取するだけでなく、信号処理装置により聴診音のデータ解析できるものもある。
【０００３】
従来の一般的な聴診器はチェストピースからイヤーチップまで空洞を伝播する音波を耳で聴取するため、その音の大きさや周波数特性はチェストピースの形状や空洞の体積に依存する。特に、チェストピースは皮膚表面に接触させるため、聴取される音の大きさはチェストピースの大きさに依存する。新生児や乳幼児を聴診する時は聴診部位が小さいため、よりサイズの小さいチェストピースを使用するのが望ましい。しかしながら、サイズの小さいチェストピースを使用する場合、聴取する音も小さくなり聞こえ難くなる。
【０００４】
ところで、電子聴診器は電気信号により信号処理を施すことができるため、信号を増幅して聴診することは可能である。電子聴診器の多くは、形状や大きさが昔ながらのアコースティック聴診器に類似しており、狭い部位の聴診には適さない。アコースティック聴診器に類似したチェストピースに一般的なマイクロフォンを装着した電子聴診器も知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、その電子聴診器は、チェストピースの空洞の構造は一般的な聴診器と同じで、マイクロフォン装着部には大きい空洞がある。
【０００５】
ここで、アコースティック聴診器には、低周波音を聞き易くしたべルモードとこれより高周波音を聞き易くしたダイアフラムモードがあり、チェストピースの構造でこれら二つの周波数特性を調整している。電子聴診器においては電子回路によるハイパスフィルタおよびローパスフィルタにより、アコースティック聴診器に近い周波数特性に調整している。
【０００６】
一般的に、聴診器は生体内で生じた音を、チェストピースを生体表面に接触させて聴取する。この時の周波数特性は弾性体である生体とチェストピースの構成により決まる。チェストピースの質量と生体等の弾性定数により共振周波数が存在し、この共振周波数以上では聴取される音は周波数が高くなるほど減衰する。生体内で生じる音は言い換えれば、生体内で生じる振動である。例えば、その振動が周波数に対して一定の大きさ（加速度）であったとしても、聴診器で聴取される音の大きさは、共振周波数以下であれば、質量に依存し、共振周波数以上では質量に依存せず、振動の振幅に依存する。振動の振幅は周波数の２乗に反比例するため、生体内で生じる振動が周波数に対して一定の大きさをもっていたとしても、共振周波数以上で周波数の２乗に反比例して減衰する。さらに、アコースティック聴診器では、チェストピースとイヤーチップとの間にチューブが存在するため、さらに周波数の高い音は減衰する。一般的な聴診器の生体を聴診する系での共振周波数は数１００Ｈｚであり、これ以上の周波数では感度が急激に減衰する。
したがって、心音のような、主に３００Ｈｚ以下の帯域にあるような音については、聴診器を重くすることで、共振周波数以下の感度が増え、聴診しやすくなる。また、呼吸音等は実際には高い周波数の振動を含んでおり、共振周波数以上では感度が急激に滅衰するため、耳で聴診する場合、高周波音は低周波音にマスキングされ、聞き取ることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表平８−５０６４９５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】３Ｍ Littmann CLASSIC II S.E. STETHOSCOPE 、[online]、スリーエムヘルスケア株式会社、[平成２１年２月２４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mmm.co.jp/hc/littmann/classic2se.html＞
【非特許文献２】３Ｍ Littmann ELECTRONICS TETHOSCOPE MODEL4100、[online]、スリーエムヘルスケア株式会社、［平成２１年２月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mmm.co.jp/hc/littmann/es-4000.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように従来のアコースティック聴診器は数１００Ｈｚの共振周波数以上の音は高い周波数になるほど感度が減衰するため、共振周波数以上の周波数帯域の音は低周波音にマスキングされ十分聴取できていなかった。また従来の電子聴診器も聴診器が共振周波数以上で感度が減衰するという特性に着目せず、アコースティック聴診器の周波数特性に合わせていたため、高周波音を明瞭に聴取できていなかった。
本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は従来聴診することができなかった共振周波数以上の高周波音を明瞭に聴取できる電子聴診器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明による電子聴診器は、体表に接触させて音を採取するためのチェストピースを備えた電子聴診器であって、
１つ以上のハイパスフィルタを有し、遮断周波数の最も高いハイパスフィルタの遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上であることを特徴とする。この構成によれば、共振周波数以上で−１２ｄＢ／ＯＣＴで感度が減衰し、聞き取り難かった高い周波数の音を明瞭に聴診することができる。さらに複数のハイパスフィルタを設けることにより、より低音域の不要な音を低減し、高い周波数の音を明瞭に聴診することができる。
【００１１】
また、上記電子聴診器において、前記遮断周波数の最も高いハイパスフィルタの遮断周波数よりも高い遮断周波数を有するローパスフィルタを含んでいてもよい。この構成によれば、高周波側の不要な音をさらに低減することができ、所望の周波数帯域の音のみを聴診することができる。
さらに、上記電子聴診器において、前記遮断周波数を調整する遮断周波数調整手段を有してもよい。この構成によれば、聴診したい音の周波数に応じて、聴診器の感度特性を調整することができる。
【００１２】
また、上記電子聴診器において、前記チェストピースは、その内部に、マイクロフォンを有してもよい。マイクロフォンを採用することにより、密閉空間の体積に対する、体表との接触面積の値を適切に設定でき、生体音を良好に取得することができる。
さらに、上記電子聴診器において、前記チェストピースは、接触する体表と共に密閉空間を形成するための開口部を有していてもよい。この構成によれば、チェストピースを生体表面に接触させることによって、生体音を良好に取得することができる。
【００１３】
また、上記電子聴診器において、前記チェストピースは、体表に接触する振動板を有し、前記振動板と共に密閉空間を形成してもよい。この構成によれば、チェストピースを生体表面に接触させることによって、生体音を良好に取得することができる。
さらに、上記電子聴診器において、前記密閉空間内の前記開口部に設けられ前記チェストピースが前記体表に接触している時に前記密閉空間の体積の変化を抑えるための凸部を有してもよい。この構成によれば、チェストピースを生体表面に接触させたとき、体表あるいは振動板が撓むことによる密閉空間の体積の変化を抑え、密閉空間の体積に対する、体表との接触面積の値を適切に設定でき、生体音を良好に取得することができる。
【００１４】
さらに、上記電子聴診器において、棒状の筐体を有し、チェストピースは、前記棒状の筐体の端部に設けられていることが望ましい。この構成によれば、棒状筐体の先端部を生体表面に接触させることによって、生体音を良好に取得することができ、しかも聴診する医師の手や腕の姿勢が自然になり、手や腕の疲れが少なくなる。
なお、上記電子聴診器において、前記マイクロフォンはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子で構成されていることが望ましい。この構成によれば、チェストピースの音を採取する時の密閉空間の体積に対する、体表との接触面積の値を適切に設定することができ、生体音を良好に取得することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、チェストピースを備えた電子聴診器において、遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上であるハイパスフィルタを備えることにより、共振周波数以上の帯域において遮断周波数以下の感度を遮断周波数付近の感度より小さくすることができ、遮断周波数以上の聴診音が、遮断周波数以下の音に邪魔されることなく明瞭に聴取できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態による電子聴診器の信号処理回路の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による電子聴診器の周波数特性を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による電子聴診器の信号処理回路の別の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態による電子聴診器の外観を示す斜視図である。
【図５】本発明の電子聴診器のチェストピースの構成例を示す図である。同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は外側から見た図である。
【図６】本発明の電子聴診器のチェストピースの構成例を示す図である。同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は外側から見た図である。
【図７】本発明の電子聴診器のチェストピースの構成例を示す図である。同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は外側から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。本実施形態においては人体の任意の皮膚表面に接触させて聴診に使用する電子聴診器について説明する。
（概要）
発明者は、電子聴診器の信号処理回路に遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上のハイパスフィルタをもうけることにより、共振周波数以上で−１２ｄＢ／ＯＣＴで減衰し、聞き取りにくい高い周波数の音を明瞭に聴診できることを可能にした。
従来の電子聴診器は、コンデンサマイクロフォンが使用されていたが、本発明ではチェストピースの小型化のため、ＭＥＭＳ素子、すなわちシリコンマイクロフォンを使用している。
チェストピース内の密閉空間を所定の高さとすることで、皮膚表面からの生体音の振幅を可聴域で、十分な音圧とすることができる。
【００１８】
（信号処理回路の構成例）
図１は、本発明による電子聴診器の実施形態に用いる信号処理回路の構成例を示すブロック図である。この信号処理回路は、チェストピース内のマイクロフォンで収集した生体音を信号処理する回路である。同図に示されているように、この信号処理回路は、チェストピースに内蔵され生体音を電気信号へ変換するマイクロフォン１０と、第１および第２のハイパスフィルタ１１および１２と、電気信号を所望のレベルに増幅するパワーアンプ１３と、電気信号を音声信号へ変換するイヤフォン１４と、ハイパスフィルタ１１および１２の遮断周波数を制御する遮断周波数調整部１５と、パワーアンプ１３からイヤフォン１４へ出力される音量を調整する音量調整部１６とを備えている。
【００１９】
マイクロフォン１０はコンデンサマイクロフォン、コンタクトマイクロフォン等、皮膚表面の振動を電気信号へ変換できるものであれば何でも良い。マイクロフォン１０からの信号は遮断周波数が変更可能な第１のハイパスフィルタ１１へ入力され、生体音の低周波成分が減衰される。さらに第１のハイパスフィルタ１１より低い遮断周波数を有する第２のハイパスフィルタ１２へ信号が入力され、さらに低周波成分が減衰される。これらハイパスフィルタ１１および１２を通った電気信号はパワーアンプ１３により所望のレベルに増幅され、電気信号を音声信号へ変換するイヤフォン１４へ入力される。
【００２０】
ここで、電子聴診器から出力される音の周波数特性を図２に示す。同図において、生体音は体内の音源から弾性体である生体組織を介して電子聴診器により聴取されるため、ここでは音源を周波数に対して一定の大きさの加速度を有する振動源として、そのときの電子聴診器から出力される音の周波数特性を示している。
同図中の曲線４１はフィルタによる濾波を行わない場合の周波数特性である。この周波数特性では共振周波数４２を有する。この共振周波数は電子聴診器の質量と生体組織等の弾性体とにより決定されるものであり、一般的な聴診器では数１００Ｈｚ程度である。共振周波数以上では−１２ｄＢ／ｏｃｔで減衰する。また、一般的なアコースティック聴診器ではチェストピースからさらにチューブ内を音が伝播するので、さらに周波数が高くなるほど減衰する。
【００２１】
数１００Ｈｚから高周波数域にわたって生体音がある場合、高周波音は減衰されるため、低周波数音にマスキングされ十分聞き取ることができない。
同図中の曲線４３は遮断周波数４４のハイパスフィルタ１１による濾波と、遮断周波数４５のハイパスフィルタ１２による濾波とを行った場合の周波数特性である。曲線４１が共振周波数以上で−１２ｄＢ／ｏｃｔで減衰するため、ハイパスフィルタ１１の遮断特性を１２ｄＢ／ｏｃｔにすることにより、共振周波数４２より高い遮断周波数４４以下の感度を平坦にすることができる。さらに遮断特性が１２ｄＢ／ｏｃｔのハイパスフィルタ１２により遮断周波数４５以下の周波数の音をさらに低減させることができる。
【００２２】
さらに遮断周波数調整部１５により、ハイパスフィルタ１１および１２の遮断周波数を所望の生体音の周波数に設定することにより、所望の生体音を低周波帯域の音にマスキングされることなく明瞭に聴診することができる。なお、ハイパスフィルタ１１および１２の遮断特性は−１２ｄＢ／ｏｃｔ以下で、望ましくは−２４ｄＢ／ｏｃｔである。
また、図３のブロック図に示すように、ハイパスフィルタ１１と、遮断周波数がハイパスフィルタ１１の遮断周波数より高いローパスフィルタ１７とを配置しても良い。ハイパスフィルタ１１とローパスフィルタ１７とを組み合わせることにより、特定の周波数帯域のみの音を明瞭に聴診することができる。
【００２３】
（装置本体の構成）
図４は、本発明の実施形態による電子聴診器１の外観を示す斜視図である。同図において、電子聴診器１は、円柱ないし円筒形の筐体を有しており、その一端には生体の皮膚表面（図示せず）に接触させて音を採取するためのチェストピース２が設けられている。
また、電子聴診器１の筐体側面には、表示・操作部３が設けられている。電子聴診器１の電源の入り切り、音量の調整、モードの切替および表示が、この表示・操作部３によって行われる。
【００２４】
さらに、電子聴診器１の筐体の他端には、生体音信号をヘッドホン、イヤフォン等の生体音再生装置へ伝達するための配線４が接続されている。なお、図示されていないが、電子聴診器１の筐体内部には、聴診音信号について処理を行うための信号処理回路や、信号処理回路へ電力を供給するバッテリーなどが設けられている。
電子聴診器１によって皮膚表面から取得される生体音の周波数特性は、チェストピース２の皮膚との接触面積と電子聴診器１の質量とに依存する。そして、接触面積に対する質量の値を大きくするほど共振周波数は低くなり、共振周波数以下の低音の感度が増加する。
【００２５】
（チェストピースの第１の構成例）
図５は、図４の電子聴診器１に設けられているチェストピース２の第１の構成例を示す図である。同図（ａ）はチェストピースの断面図、同図（ｂ）はチェストピースを同図（ａ）の矢印Ｙの方向から見た外観構成を示す図である。
図５を参照すると、プリント基板２３にマイクロフォンパッケージ２１が実装されている。マイクロフォンパッケージ２１の中にはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子であるマイクロフォンチップ２２が内蔵されている。マイクロフォンパッケージ２１の下側には音孔２１０が設けられており、さらにプリント基板２３の同じ位置にも音孔２３０が設けられている。プリント基板２３はチェストピースの外側筐体２４の内側に設けられている。
【００２６】
外側筐体２４には、開口部２５が設けられている。音孔２３０および２１０の位置が開口部２５の範囲に含まれるように、プリント基板２３が外側筐体２４の内側に設けられている。外側筐体２４の開口部２５の部分を、人体の任意の皮膚表面に接触させることにより、音孔２３０および２１０を介して、マイクロフォンチップ２２によって生体音が取得される。
【００２７】
ここで、同図（ｂ）を参照すると、生体音聴診時に、チェストピースは皮膚表面に接し、マイクロフォンパッケージ２１、プリント基板２３、筐体２４と皮膚とで密閉空間２６が形成される。密閉空間２６内の音圧は、密閉空間の体積と開口部２５の皮膚表面の振幅との比によって決定される。皮膚表面での生体音の振幅は、可聴域では呼吸時で０．３μｍ程度である。この場合、開口部２５の単位面積当たりの密閉空間の高さを３ｍｍとすると、生体音による音圧は１０Ｐａとなる。一般的なマイクロフォンの最大入力音圧は１０〜２０Ｐａ程度であり、密閉空間の体積を制限することにより、生体音を歪ませること無く高感度に取得することができる。
【００２８】
ＭＥＭＳ素子によるマイクロフォンは、マイクロフォンパッケージ２１の体積が小さい。例えば、Ｋｎｏｗｌｅｓ社製、ＳＰ０２０８ＬＥ５では外形体積が２８．９ｍｍ3である。このため、ＭＥＭＳ素子によるマイクロフォンを利用することにより、チェストピースの開口部の直径が３ｍｍ程度でも密閉空間２６の音圧を十分確保できる。このため、チェストピースの外径を、従来にない大きさに小型化しても良好に聴診できる。
なお、筐体２４の材質は特に限定されるものではなく、硬質の樹脂でも良い。もっとも皮膚との密着性を高めるには、シリコンゴムのような弾性材料が望ましい。
【００２９】
（チェストピースの第２の構成例）
図６は、図４の電子聴診器１に設けられているチェストピースの第２の構成例を示す図である。同図（ａ）はチェストピースの断面図、同図（ｂ）はチェストピースを同図（ａ）の矢印Ｙの方向から見た外観構成を示す図である。
図６に示されているチェストピースの基本構成は、図５の場合と同じである。ただし、図６に示されているチェストピース２においては、振動板（ダイヤフラム）３７が設けられている点が図５の場合と異なる。チェストピース２の外側筐体３４に、凹部が設けられている。そして、外側筐体３４の開口部３５を塞ぐように、この凹部に振動板３７が嵌合されている。振動板３７は、電子聴診器の使用時に、体表に接触し、生体音をチェストピース２の内部に伝達する。
【００３０】
振動板３７が設けられていることにより、密閉空間３６が構成される。この振動板３７を設けることにより、振動板３７が設けられていない場合よりも、密閉空間３６の体積を制限することができる。このような構成により、生体音を歪ませること無く高感度に取得することができる。
振動板３７の材質は特に限定されるものではない。ただし、ガラスエポキシ板のような硬質板を振動板３７として用いる場合、チェストピース２において振動板３７の周辺部３４０はシリコンゴムのような弾性材料で形成する必要がある。望ましくは、外側筐体３４、振動板３７は一体のシリコンゴムとし、電子聴診器の筐体から脱着可能なものとする。
【００３１】
（チェストピースの第３の構成例）
図７は、図４の電子聴診器１に設けられているチェストピースの第３の構成例を示す図である。同図（ａ）はチェストピースの断面図、同図（ｂ）はチェストピースを同図（ａ）の矢印Ｙの方向から見た外観構成を示す図である。
図７に示されているチェストピースの基本構成は、図６の場合と同じである。ただし、図７に示されているチェストピース２においては、密閉空間３６内の開口部３５に凸部３８が設けられている。本例では、一端がプリント基板２３に接触し、かつ、他端が振動板３７に接触する位置に、凸部３８が設けられている。そして、本例では、音孔２３０の位置を囲むように、円柱形の凸部３８が４個設けられている。
【００３２】
凸部３８が設けられることによりチェストピース２を体表に強く押し付けたとき、振動板３７が撓んで音孔２３０を塞ぎ、感度が低下するのを防ぐことができる。
なお、凸部３８は振動板３７と一体で形成しても良いし、プリント基板２３と一体で形成しても良い。また、凸部３８は、本例の場合に限定されるものではなく、体表あるいは振動板が撓むことによる密閉空間の体積の変化を抑えることができるように、その位置や個数、形状を適宜調整すればよい。
【符号の説明】
【００３３】
１ 電子聴診器
２ チェストピース
３ 表示・操作部
４ 配線
１０ マイクロフォン
１１、１２ ハイパスフィルタ
１３ パワーアンプ
１４ イヤフォン
１５ 遮断周波数調整部
１６ 音量調整部
１７ ローパスフィルタ
２１ マイクロフォンパッケージ
２２ マイクロフォンチップ
２３ プリント基板
２４、３４ 筐体
２５、３５ 開口部
２６、３６ 密閉空間
３７ 振動板
３８ 凸部
２１０、２３０ 音孔
３４０ 周辺部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体表に接触させて音を採取するためのチェストピースを備えた電子聴診器であって、
１つ以上のハイパスフィルタを有し、遮断周波数の最も高いハイパスフィルタの遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上であることを特徴とする電子聴診器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子聴診器において、前記遮断周波数の最も高いハイパスフィルタの遮断周波数よりも高い遮断周波数を有するローパスフィルタを含むことを特徴とする電子聴診器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子聴診器において、前記遮断周波数を調整する遮断周波数調整手段を有することを特徴とする電子聴診器。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の電子聴診器において、前記チェストピースは、その内部に、マイクロフォンを有することを特徴とする電子聴診器。
【請求項５】
請求項４に記載の電子聴診器において、前記チェストピースは、接触する体表と共に密閉空間を形成するための開口部を有することを特徴とする電子聴診器。
【請求項６】
請求項４に記載の電子聴診器において、前記チェストピースは、体表に接触する振動板を有し、前記振動板と共に密閉空間を形成することを特徴とする電子聴診器。
【請求項７】
請求項５または６のいずれか１項に記載の電子聴診器において、前記密閉空間内の前記開口部に設けられ前記チェストピースが前記体表に接触している時に前記密閉空間の体積の変化を抑えるための凸部を有することを特徴とする電子聴診器。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の電子聴診器において、棒状の筐体を有し、前記チェストピースは、前記棒状の筐体の端部に設けられていることを特徴とする電子聴診器。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の電子聴診器において、前記マイクロフォンがＭＥＭＳ素子で構成されていることを特徴とする電子聴診器。
【請求項１】
体表に接触させて音を採取するためのチェストピースを備えた電子聴診器であって、
１つ以上のハイパスフィルタを有し、遮断周波数の最も高いハイパスフィルタの遮断周波数が３００Ｈｚ以上かつ遮断特性が１２ｄＢ／ＯＣＴ以上であることを特徴とする電子聴診器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子聴診器において、前記遮断周波数の最も高いハイパスフィルタの遮断周波数よりも高い遮断周波数を有するローパスフィルタを含むことを特徴とする電子聴診器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子聴診器において、前記遮断周波数を調整する遮断周波数調整手段を有することを特徴とする電子聴診器。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の電子聴診器において、前記チェストピースは、その内部に、マイクロフォンを有することを特徴とする電子聴診器。
【請求項５】
請求項４に記載の電子聴診器において、前記チェストピースは、接触する体表と共に密閉空間を形成するための開口部を有することを特徴とする電子聴診器。
【請求項６】
請求項４に記載の電子聴診器において、前記チェストピースは、体表に接触する振動板を有し、前記振動板と共に密閉空間を形成することを特徴とする電子聴診器。
【請求項７】
請求項５または６のいずれか１項に記載の電子聴診器において、前記密閉空間内の前記開口部に設けられ前記チェストピースが前記体表に接触している時に前記密閉空間の体積の変化を抑えるための凸部を有することを特徴とする電子聴診器。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の電子聴診器において、棒状の筐体を有し、前記チェストピースは、前記棒状の筐体の端部に設けられていることを特徴とする電子聴診器。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の電子聴診器において、前記マイクロフォンがＭＥＭＳ素子で構成されていることを特徴とする電子聴診器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−８３３７２（Ｐ２０１１−８３３７２Ａ）
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３７４３８（Ｐ２００９−２３７４３８）
【出願日】平成２１年１０月１４日（２００９．１０．１４）
【出願人】（０００００００３３）旭化成株式会社 (901)
【公開日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月１４日（２００９．１０．１４）
【出願人】（０００００００３３）旭化成株式会社 (901)
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