(57)【要約】  生体音響エネルギーを感知するためのセンサーが、センサーの使用中における身体部位との結合を達成するように構成された境界面部分を備えるハウジングを含んでいる。固定装置はハウジングの上で画定されている。変換器部材は、固定端部と少なくとも１つの自由端部とを有している。変換器の固定端部は、ハウジングの他の部分と比べて境界面部分を通じて変換器に伝達された生体音響エネルギーを優先的に感知しうるように変換器部材が配置されるように、ハウジングに結合されている。
2009517127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体音響エネルギーを感知するためのセンサーであって、
境界面部分を備えるハウジングであって、前記ハウジングの前記境界面部分は、前記センサーの使用中における身体部位との結合を確立するように構成されている、ハウジングと、
少なくとも１つの自由端部と固定装置とを備える変換器部材であって、前記ハウジングの他の部分と比べて、前記ハウジングの前記境界面部分を通じて前記変換器に伝達された生体音響エネルギーを優先的に感知しうるように配置されるように、単一の固定場所で前記固定装置を通じて前記ハウジングに固定的に結合された変換器部材と、
前記変換器部材に結合された少なくとも１つの伝導体と、を備えることを特徴とするセンサー。
【請求項２】
前記固定装置が、前記変換器部材を前記ハウジングに結合するように構成された柔らかい又は硬い結合装置を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３】
前記固定装置が、第１の端部と第２の端部とを有する台座を備え、前記台座の前記第１の端部は、前記ハウジングの前記境界面部分に結合されており、前記台座の前記第２の端部は、前記変換器部材に結合されていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項４】
前記固定装置が、前記ハウジングの一体構造を画定することを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項５】
前記ハウジングが、使用中における前記身体部位への手持ち式結合のために構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項６】
前記ハウジングに結合されており、使用中における前記ハウジングと前記身体部位との間の付着を確立するように構成されている取付け装置であって、前記取り付け装置が接着帯又は弾性帯のいずれか、若しくは両方を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項７】
前記変換器部材が、ただ１つの自由端部を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項８】
前記変換器部材が、２つ以上の自由端部を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項９】
前記少なくとも１つの伝導体が、少なくとも１つの光伝導体を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの光伝導体が、変換器回路に結合されており、前記変換器回路は、前記センサーから離れて位置しており、受信した光信号を出力電気信号に変換するように構成されていことを特徴とする、請求項９に記載のセンサー。
【請求項１１】
前記変換器回路が、１つ以上の電気−音響変換器に結合されていることを特徴とする、請求項１０に記載のセンサー。
【請求項１２】
前記ハウジングがベースとカバーとを備え、前記ベースは前記境界面部分を備え、前記カバーは、柔らかい接合装置を通じて前記ベースに結合されていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１３】
前記カバーが音響吸収性材料を備えることを特徴とする、請求項１２に記載のセンサー。
【請求項１４】
前記ハウジングの前記境界面部分が実質的に硬いことを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１５】
前記ハウジングの前記境界面部分が、ポリマー材料、金属若しくは合金、複合材料、セラミック材料又は結晶質材料を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１６】
前記変換器部材が第１及び第２の対向する主要面を備え、前記変換器部材の前記第１及び第２の主要面は、前記ハウジングの前記境界面部分と実質的に平行であることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１７】
前記変換器部材が、生体由来の物質によって生成された音を感知するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１８】
前記変換器部材が聴診用に構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項１９】
前記センサーが、前記変換器部材の周波数応答を修正するように構成された装置を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項２０】
前記変換器部材の前記自由端部に近接して設けられた質量要素を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項２１】
前記変換器部材の前記自由端部に近接して設けられた磁化可能な材料を備える質量要素と、
前記質量要素の前記磁化可能な材料と磁気的に相互作用するように構成された磁石装置であって、前記磁石と前記質量要素の前記磁化可能な材料との相互作用の調整を支援するように構成された磁石装置を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項２２】
前記変換器部材が、前記変換器部材の変形に応答して電気信号を変調するか又は発生するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項２３】
前記変換器部材がポリマー圧電フィルムを備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項２４】
前記変換器部材が、圧電材料、１つ以上の歪みゲージ、又は１つ以上の容量性素子を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項２５】
前記複数の変換器部材の各々が、前記複数の変換器部材のうちの少なくとも１つの他の変換器部材の周波数応答とは異なる周波数応答を有するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の複数の変換器部材を備えるセンサーユニット。
【請求項２６】
前記複数の変換器部材の各々が、ある硬さ、形状、重量、及び厚さを有し、前記複数の変換器部材の各々の前記硬さ、重量、形状、及び厚さのうちの少なくとも１つが、前記複数の変換器部材のうちの少なくとも１つの他の変換器部材のものとは異なることを特徴とする、請求項２５に記載のセンサーユニット。
【請求項２７】
前記複数の変換器部材の各々が、共通の固定装置によって又は別々の固定装置によって前記ハウジングから支持されていることを特徴とする、請求項２５に記載のセンサーユニット。
【請求項２８】
ゲイン制御回路を更に備え、前記複数の変換器部材の各々のゲイン応答は、前記ゲイン制御回路を通じて選択的に調整可能であることを特徴とする、請求項２５に記載のセンサーユニット。
【請求項２９】
前記ハウジングの前記境界面部分以外の部分で前記ハウジング内に設けられた補助変換器部材と、
前記変換器部材及び前記補助変換器に結合された雑音消去回路と、を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサーユニット。
【請求項３０】
請求項１に記載のセンサーを備えることを特徴とする聴診器。
【請求項３１】
請求項１に記載の１つ以上のセンサーを備えるヘルメットであって、前記１つ以上のセンサーが、前記複数の変換器部材のうちの１つ以上を備えることを特徴とする、ヘルメット。
【請求項３２】
前記センサーと前記ハウジングの外部にあるデバイスとの間の有線通信又は無線通信を支援するように構成された通信回路を備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３３】
前記変換器部材に結合されており、前記変換器部材に、前記変換器部材の近くに、又は、前記変換器部材と一体に若しくは前記変換器部材に対して一体の関係で設けられた信号調節回路を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３４】
前記変換器部材に結合された信号処理回路を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のセンサー。
【請求項３５】
前記信号処理回路が、前記変換器部材に結合されたデジタル及びアナログ信号処理ハードウェア及びソフトウェア回路を備えることを特徴とする、請求項３４に記載のセンサー。
【請求項３６】
生体音響エネルギーを感知するためのセンサーであって、
境界面部分を備えるハウジングであって、前記ハウジングの前記境界面部分は、前記センサーの使用中における身体部位との結合を確立するように構成されている、ハウジングと、
前記ハウジングの前記境界面部分を通じて伝達された生体音響エネルギーを信号に変換する手段と、
前記ハウジングの他の部分と比べて前記ハウジングの前記境界面部分を通じて伝達された生体音響エネルギーを優先的に感知しうるように前記変換器手段が配置されるように、前記ハウジングの単一の固定場所に前記変換する手段を固定する手段と、を備えることを特徴とするセンサー。
【請求項３７】
前記信号を前記ハウジングの外部の場所に伝えるための手段を備えることを特徴とする、請求項３６に記載のセンサー。
【請求項３８】
信号処理又は調節を前記信号に対して実施するための手段を備えることを特徴とする、請求項３６に記載のセンサー。
【請求項３９】
生体音響エネルギーを感知するためのセンサーであって、
境界面部分を備えるハウジングであって、前記ハウジングの前記境界面部分は、前記センサーの使用中における身体部位との結合を確立するように構成されている、ハウジングと、
固定装置を備える変換器部材であって、前記ハウジングの他の部分と比べて前記ハウジングの前記境界面部分を通じて前記変換器に伝達された生体音響エネルギーを優先的に感知しうるように前記変換器部材が配置されるように、前記固定装置を通じて前記ハウジングに固定的に結合された変換器部材と、
前記変換器部材に結合された１つ以上の伝導体と、を備えることを特徴とするセンサー。
【請求項４０】
前記固定装置が、前記変換器部材の２つ以上の分離した固定場所で前記変換器部材を前記ハウジングに固定的に結合するように構成されていることを特徴とする、請求項３９に記載のセンサー。
【請求項４１】
生体音響エネルギーを感知する方法であって、
センサーハウジングの境界面部分と、生体音響エネルギーが発せられる身体部位との間の結合を確立するステップと、
前記センサーハウジングの中に設けた変換器であって、前記生体音響エネルギーに応答して片持ち梁モードで動作可能な変換器を励振するステップと、
前記変換器の励振に応答して前記変換器によって信号を変調するか又は発生するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項４２】
結合を確立するステップが、前記センサーハウジングの前記境界面部分と前記身体部位との間の手持ち式結合を確立することを含むことを特徴とする、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
結合を確立するステップが、前記センサーハウジングの前記境界面部分と前記身体部位との間の接着結合を確立することを含むことを特徴とする、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記信号は電気信号であり、前記方法が、前記電気信号を光信号に変換するステップと、前記光信号を前記センサーハウジングから離れて送信するステップとを更に含むことを特徴とする、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記変換器部材の周波数応答を修正するステップを含むことを特徴とする、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
前記変換器部材及び少なくとも１つの補助変換器部材を使用して雑音消去を実施するステップを更に含むことを特徴とする、請求項４１に記載の方法。
【請求項４７】
前記センサーハウジング内に設けられたデバイスと前記センサーハウジングの外部にあるデバイスとの通信を確立するステップを含むことを特徴とする、請求項４１に記載の方法。
【請求項４８】
前記変換器によって変調された又は生成された信号に対して、信号処理又は信号調節を実施するステップを含むことを特徴とする、請求項４１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用感知デバイスに関し、より具体的には、入力が生体音響エネルギーの振動であり、出力がこれを別の形態のエネルギーに変換したものである、センサー及びそのセンサーを組み込んだデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
心音など、身体によって生成される音を検出するために、様々なデバイスが開発されてきた。既知のデバイスは、主として聴診器などの機械的デバイスから、マイクロホン及び変換器などの種々の電子デバイスにまで及んでいる。例えば、聴診器は、心臓血管系の疾患及び状態の診断に使用される基本的な道具である。聴診器は、初期医療において、又遠隔地など高度な医療機器が利用できない状況において、そのような疾患及び状態の診断に最も広く利用される技術である。
【０００３】
多数の電子聴診器が市場で入手可能であるが、それらは依然として医師及び他の医療専門家に一般的には受け入れられていない。電子聴診器が受け入れられていない理由として考えられることには、患者を評価する際に臨床医にとって妨げとなる雑音又はアーティファクト、並びに、当該の特定の生体音を増幅及び再生することに関する限界が挙げられる。例えば、生体音は、存在するが雑音に隠されているか、又は全く存在しないことがあり、多数の通常の電子聴診器は、これらの２つの状況を区別することができない。
【０００４】
聴診の実施に影響を及ぼす雑音は、当該の信号以外の任意の信号として定義されうる。種々の種類の雑音には、例えば、外部雑音即ち周囲雑音、聴診に関する雑音、聴診器の電子回路によって発生する雑音、及び患者の身体によって生成される生体的性質の雑音が挙げられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
感度及び頑健性を改善した生体音響センサーが必要とされている。聴診器などの種々の種類の医療用感知デバイスに組み込むことができ、従来の器具と比較して信号対雑音比が改善されるようなセンサーが更に必要とされている。本発明は、これら及び他の必要性を満たすものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、生体音響エネルギーを感知するためのセンサー及びそのセンサーを使用した方法に関する。本発明の実施形態によれば、生体音響エネルギーを感知するためのセンサーは、境界面部分を備えるハウジングを含んでいる。ハウジングの境界面部分は、センサーの使用中における身体部位との結合を確立するように構成されている。ある変換器部材は、少なくとも１つの自由端部と固定装置の部分とを備えている。この変換器部材は、ハウジングの他の部分と比べてハウジングの境界面部分を通じて変換器に伝達された生体音響エネルギーを優先的に感知しうるように配置されるように、固定装置によって単一の固定場所でハウジングに固定的に結合されている。少なくとも１つの伝導体が、変換器部材に結合されている。
【０００７】
固定装置は、変換器部材をハウジングに柔らかく結合するように構成された柔軟な結合装置を含んでいてもよい。固定装置は、変換器部材をハウジングに硬く結合するように構成された硬い結合装置を含んでいてもよい。固定装置は、例えば、第１の端部と第２の端部とを有する台座を含んでいてもよい。台座の第１の端部はハウジングの境界面部分に結合することができ、台座の第２の端部は変換器部材に結合することができる。固定装置は、ハウジングの一体構造を画定していてもよい。
【０００８】
センサーのハウジングは、使用中における身体部位への手持ち式結合用に構成することができる。センサーは、ハウジングに結合され、且つ使用中におけるハウジングと身体部位との間の付着を確立するように構成された取付け装置を含んでもよい。例えば、センサーは、ハウジングに結合され、且つ使用中におけるハウジングと身体部位との間の接着結合を確立するように構成された接着装置を含んでもよい。
【０００９】
変換器部材は、ただ１つの自由端部を含んでいてもよく、又２つ以上の自由端部を含んでいてもよい。変換器部材に結合された伝導体（１つ又は複数）は、少なくとも１つの電気伝導体を含んでいてもよい。別の構成において、変換器部材に結合された伝導体（１つ又は複数）は、少なくとも１つの光伝導体を含んでいてもよい。光伝導体は、コンバータ回路に結合されていてもよい。コンバータ回路は、センサーから離れて位置していてもよく、又、受信した光信号を出力電気信号に変換するように構成されていてもよい。コンバータ回路は、一対のイヤホンなど、１つ以上の電気−音響コンバータに結合されていてもよい。コンバータ回路は、コンバータ回路をセンサーから離れて位置する電子デバイスに結合するように構成されたインターフェースに結合されていてもよい。
【００１０】
センサーのハウジングはベースとカバーとを含んでいてもよい。ベースは境界面部分を含んでいてもよく、カバーは、柔軟な接合装置を通じてベースに結合されていてもよい。カバーは音響吸収性材料を含んでいてもよい。ハウジングの境界面部分は、硬さにおいて、比較的撓み性のあるものから相当に硬い即ち剛性のあるものまで及んでもよい。ハウジングのインターフェース部分は、ポリマー材料、金属若しくは合金、複合材料、又はセラミック材料若しくは結晶質材料を含んでいてもよく、又それらの材料で形成されていてもよい。
【００１１】
変換器部材は、第１及び第２の対向する主要面を含んでいてもよい。変換器部材の第１及び第２の主要面は、ハウジングの境界面部分と実質的に平行であってもよい。変換器部材は好ましくは、生体由来の物質によって生成された音を感知するように構成されている。変換器部材は聴診用に構成されていてもよい。
【００１２】
センサーは、変換器部材の周波数応答を修正するように構成された装置を含んでいてもよい。例えば、質量要素が、変換器部材の自由端部に近接して設けられていてもよい。一実施形態において、質量要素は磁化可能な材料を備えていてもよい。磁石装置が、質量要素の磁化可能な材料と磁気的に相互作用するように構成されていてもよい。その磁石装置は、磁石と質量要素の磁化可能な材料との相互作用の調整を支援するように構成されていてもよい。
【００１３】
変換器部材は好ましくは、変換器部材の変形に応答して電気信号を変調する、又は発生するように構成されている。その変換器部材は平面的であってもよく、又湾曲した又は波形の構成の場合などのように、非平面的であってもよい。変換器部材は、圧電フィルムなどの圧電材料、又は圧電抵抗材料若しくは圧電抵抗素子を備えていてもよい。変換器部材は、１つ以上の歪みゲージ又は１つ以上の容量性素子を備えていてもよい。
【００１４】
他の実施形態によれば、センサーユニットは、本明細書で説明した種類の多数の変換器部材を含んでいてもよい。変換器部材の各々は、センサーのうちの少なくとも１つの他の変換器部材の周波数応答とは異なる周波数応答を有するように構成されていてもよい。例えば、変換器部材の各々は、ある硬さ、重量、形状、及び厚さを有しており、変換器部材の各々の硬さ、重量、形状、及び厚さのうちの少なくとも１つは、センサーのうちの少なくとも１つの他の変換器部材のものと異なっていてもよい。ある構成において、変換器部材の各々は、共通の固定装置によってハウジングから支持されている。別の構成において、変換器部材の各々は、個別の固定装置によってハウジングから支持されている。
【００１５】
各変換器部材のゲイン応答が選択的に調整可能となるように、ゲイン制御回路が設けられていてもよい。雑音消去回路が設けられていてもよく、その雑音消去回路は、ハウジングの境界面部分以外の位置でハウジング内に設けられた補助変換器部材を含んでいてもよい。雑音消去回路は、変換器部材及び補助変換器に結合されていてもよい。
【００１６】
聴診器が、本明細書で説明した種類のセンサーを含むように実現されてもよい。そのセンサーは、本明細書で説明した種類の単一の変換器部材又は多数の変換器部材を含んでいてもよい。ヘルメットが、本明細書で説明した種類の１つ以上のセンサーを含むように実現されてもよく、又雑音消去回路を含んでいてもよい。
【００１７】
あるセンサーが、そのセンサーとハウジングの外部にあるデバイスとの間の有線通信又は無線通信を支援するように構成された通信回路を含むように実現されてもよい。あるセンサーが、変換器部材に結合された、デジタル信号プロセッサなどの信号処理回路を含んでいてもよい。その信号処理回路は、変換器部材によって生成された感知信号をフィルタ処理し且つ／又はその感知信号に対して分析を実施するように構成されていてもよい。
【００１８】
別の実施形態によれば、生体音響エネルギーを感知するためのセンサーが、センサーの使用中における身体部位との結合を確立するように構成された境界面部分を備えるハウジングを含んでいる。このセンサーは、固定装置を備える変換器部材を更に含んでいる。この変換器部材は、ハウジングの他の部分と比べてハウジングの境界面部分を通じて変換器に伝達された生体音響エネルギーを優先的に感知しうるように配置されるように、固定装置を通じてハウジングに固定的に結合されている。１つ以上の伝導体が、この変換器部材に結合されている。この固定装置は、変換器部材の２つ以上の分離した固定場所で変換器部材をハウジングに固定的に結合するように構成されていてもよい。
【００１９】
更なる実施形態において、生体音響エネルギーを感知する方法が、センサーハウジングの境界面部分と、生体音響エネルギーが発せられる身体部位との間の結合を確立するステップを含んでいる。その方法は、センサーハウジングの中に設けた変換器であって、生体音響エネルギーに応答して片持ち梁モードで動作可能な変換器を励振するステップを更に含んでいる。その方法は又、変換器の励振に応答して変換器によって信号を変調するか又は発生するステップを含んでいる。
【００２０】
結合を確立するステップは、センサーハウジングの境界面部分と身体部位との間の手持ち式結合を確立することを含んでいてもよい。境界面部分と身体部位との結合は、付着、又は身体に取付け可能な拘束装置を通じて確立してもよい。
【００２１】
変換器によって変調された又は発生された信号は電気信号であってもよく、又、その方法は、電気信号を光信号に変換するステップと、光信号をセンサーハウジングから離れて送信するステップとを更に含んでいてもよい。変換器部材の周波数応答が修正されてもよい。変換器部材及び少なくとも１つの補助変換器部材を使用して、雑音消去が実施されてもよい。センサーハウジング内に設けられたデバイスと、センサーハウジングの外部にあるデバイスとの間で、通信が確立されてもよい。種々の形式のアナログ及び／又はデジタル信号処理及び／又は分析が、変換器によって変調された又は発生された信号に対して実施されてもよい。
【００２２】
上記の本発明の概要は、本発明の各実施形態又は全ての実現形態を説明することを意図したものではない。本発明の利点及び達成は、本発明のより完全な理解と共に、添付の図面に関連してなされた以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を参照することによって明らかになり、又理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
例示する実施形態を以下に説明するにおいて、添付の図面を参照するが、その図面は本明細書の一部をなすものであり、又、本発明を実施しうる種々の実施形態を実例として示すものである。これらの実施形態は利用することができ、又、構造的な変更が、本発明の範囲から逸脱することなくなされうることを理解されたい。
【００２４】
本発明は、生物由来の物質によって生成される音を感知しうるように構成されたセンサーに関する。センサー及びそのセンサーを組み込んだデバイスには、聴診用に構成されたものが挙げられ、又センサー及びそのセンサーを組み込んだデバイスは、例えば、心臓、肺、声帯又は身体の他の器官若しくは組織によって生成される音を感知しうるように構成することができる。一例として、本発明のセンサーは、電子聴診器、ヘルメット、又は、身体によって生成される音声を感知する、他の外部的に着用若しくは結合される機器若しくは器具に組み込むことができる。本発明のセンサーは又、例えば、体内に埋め込まれる心音又は肺音モニターなど、体内に一時的に又は永久的に取り付けるように構成することもできる。
【００２５】
本発明のセンサーは、人間の聴覚に関係付けられる周波数範囲を優先的に感知しうるように実現することができる。しかしながら、周波数の聴覚域以下の身体音及び／又は周波数の聴覚域を超える身体音に関連付けられる周波数も又、本発明のセンサーによって感知しうることを理解されたい。例えば、本発明のセンサーは、直流をわずかに超えるものから約２５ｋＨｚまでに及ぶ周波数を有する身体音を感知するように実現することができる。本発明のセンサーは、聴覚周波数範囲内に含まれる可聴出力を生成することができるか、又は聴覚周波数範囲を超える成分及び／又は聴覚周波数範囲未満の成分を含む電気センサー又は光センサーを創り出すこともできる。
【００２６】
本発明の生体音響センサーは好ましくは、変換器の変形に応答して電気信号を変調するか又は発生するように構成された変換器を組み込んでいる。好適な変換器は、圧電材料（有機及び／又は無機圧電材料）、圧電抵抗材料、歪みゲージ、容量性若しくは誘導性素子、線形可変差動変成器、若しくは変形に応じて電気信号を変調するか又は発生する他の材料又は要素を組み込んだものである。変換器は平面的であってもよく、又、湾曲した又は波形の構成の場合などのように、非平面的であってもよい。好適な圧電材料には、ポリマーフィルム、ポリマーフォーム、セラミック、複合材料又はそれらの組み合わせを挙げることができる。加えて、本発明は、同じ若しくは異なる種類の変換器及び／又は異なる変換器材料の変換器の配列を組み込むことができ、これらの全ては、直列的に、個別に、又は多層構造で接続することができる。
【００２７】
圧電フィルムは、特に片持ち梁モードで動作するように構成された変換器において実現されたとき、生体音響エネルギーを感知するための特に有用な変換材料となることが判明している。本発明の生体音響センサーに好適な圧電フィルムは、バージニア州ハンプトン（Hampton）のメジャメントスペシャリティーズ社（Measurement Specialties, Inc.）から入手可能なＭＩＮＩＳＥＮＳＥ−１００である。圧電フィルムを組み込んだ本発明の生体音響センサーにおける使用に好適な変換器が、参照によって本願に援用する米国特許公報第２００３／０２１４２００号に開示されている。
【００２８】
本明細書において企図される片持ち梁型変換器は、単一の固定端部又は固定場所と少なくとも１つの自由端とを含んだものである。種々の実施形態において、本発明の片持ち梁型変換器は、１つの固定端部と１つの自由端部とを含んでいる。他の実施形態において、本発明の片持ち梁型変換器は、１つの固定端部と複数の自由端部とを含んでいる。そのような実施形態の例について以下で論じる。
【００２９】
本発明者らが見出したところによれば、十分な一体性のハウジングに固定された片持ち梁型変換器を組み込んだ生体音響センサーでは、非片持ち梁型変換器の装置よりも感度が著しく改善される。そのような片持ち梁型変換器の感度は、変換器の自由端部に近接して質量を加えることによって更に増大させることができる。圧電フィルム変換器の使用を伴うある実験において、センサー感度は、変換器を片持ち梁モードで動作させ、且つ変換器の自由端に質量を加えることによって、２０倍超に改善した。
【００３０】
ここで図を参照すると、図１は、本発明の実施形態による、片持ち梁モードで動作するように装着された変換器を組み込んだセンサーを示す。図１の実施形態によれば、センサー１０がハウジング１２を含んでおり、このハウジング１２に、変換器アセンブリ１１が、固定装置１８によって装着されている。変換器アセンブリ１１は変換器１４を含んでおり、この変換器１４は、固定装置１８によって支持されているか、ないしは固定装置１８に装着されている。変換器１４は、１つ以上の伝導体１６への接続（１つ又は複数）を可能にする１つ以上の電気接点を含んでいる。伝導体１６は、典型的には電気伝導体又はワイヤであるが、別法として、以下で論じる実施形態の場合のように、電気−光コンバータ回路に結合された光ファイバーであってもよい。
【００３１】
図１に示す実施形態において、変換器１４は、片持ち梁モードで動作するような方式でハウジング１２に装着されている。変換器１４が片持ち梁モードで動作することが可能となる多数の装着構成が企図される。図１に示す変換器１４は、自由端部１７と固定端部１９とを有している。固定端部１９は固定装置１８に結合されている。
【００３２】
図１に示す実施形態による固定装置１８は台座２０を含んでおり、この台座２０は、一方の端部ではハウジング１２に付着され、他方の端部では変換器１４の固定端部１９に結合されている。台座２０は、高さが図１に示すものと異なっていてもよいが、変換器１４の自由端部１７と、ハウジング表面又は動作中に妨げとなりうるセンサー１０の他の構造との間に、十分な隙間をもたらさなければならない。台座２０は、例えば、エポキシ樹脂、化学結合剤、溶着又ははんだ接合、スクリュー（１つ若しくは複数）／ナット（１つ若しくは複数）、リベット（１つ若しくは複数）又は他の機械的結合具、或いは感圧性接着剤など、剛性の又は柔らかい取り付け装置２２を使用して、ハウジング１２に取り付けられていてもよい。好適な取付け装置２２には、共にミネソタ州セントポール（St, Paul）のスリーエム社（3M）から入手可能な、製品番号９２４のＳｃｏｔｃｈ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｔａｐｅ又は製品名ＤＰ１００のＳｃｏｔｃｈ  Ｗｅｌｄエポキシ接着剤を挙げることができる。
【００３３】
柔らかさがより小さい取付け装置であれば、ハウジングの境界面部分１３から台座２０及び変換器１４への振動の伝達性がより良好になるはずであると考えられる。台座２０又は他の形式の固定装置１８は、ハウジング１２の成型の間に形成された、ハウジング１２の内面から突出する隆起部など、ハウジング１２の一体構造を画定していてもよい。
【００３４】
変換器１４の固定端部１９は、台座２０に枢動可能に又は固定的に装着されていてもよい。変換器１４は、自由端部１７と固定端部１９との間に画定される領域が変換器１４に作用する力に応答して撓曲できるように構成されている。撓曲中の変換器１４の変形により、電気信号の変調又は発生が支援される。変換器１４は好ましくは、変換器１４の機械的変形を、測定可能な電気的パラメータに変換するために、圧電材料を組み込んでいるが、他の材料及び変換器が、先に論じたように企図される。
【００３５】
非限定的な例として、変換器１４の構成、使用する圧電応答材料の種類、並びに圧電応答材料の変形の方向及び様式に応じて、有益な電気応答を、圧電応答材料の種々の領域に配置された電極において発現させることができる。電気接続は、例えば、圧電応答材料を含有する導電性ポリマー、金属蒸着箔、又は導電ペイント積層体若しくはサンドイッチに対して行うことができる。そのような圧電応答材料によって生成しうる測定可能な電気的パラメーターには、電圧、電流、又は電気抵抗の変化が挙げられる。
【００３６】
有極性フルオロポリマーであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）など、ある半結晶質ポリマーは、圧電抵抗特性を有することが知られており、その圧電抵抗特性には圧電応答を挙げることができる。ＰＶＤＦは、力又は変位の関数として電圧を生成するために、種々のセンサーにおいて使用されている。ポリマーは、可撓性及び弾性を有する感知要素として具現化することができ、又、力にさらされたときに弾性的に偏った変形を表す感知信号を発現させるため、ポリマー樹脂の圧電材料が特に有用である。
【００３７】
一実施形態において、変換器１４は、感知要素として好適な圧電ポリマーの薄いストリップを含んでいる。変換器１４の感知要素は、そのストリップが撓曲を受けうるように方向付けられており、その結果、加えられた力に応答して感知要素の圧縮力又は引張力が生じる。その力に応答して電圧信号が生成されるように感知要素との電気的接触がなされている。変換器１４の感知要素が変形すると、ポリマー鎖における又は半結晶格子構造における電荷の相対位置が変化し、それによって、感知要素の変形の大きさに関係する（例えば比例的関係にある）振幅を有する電圧が生成される。
【００３８】
図１に示すハウジング１２は、境界面部分１３を含んでいる。例えば、体内から生成される生体音響信号ＳＢＳが、境界面部分１３に作用することを示している。ハウジングの境界面部分１３は、センサー１０の使用中に、身体部位との結合を確立するように構成されている。例えば、境界面部分１３は、患者の胸部又は胸部を覆う衣類と接触するハウジング１２の表面であってもよい。ハウジング１２は又、非境界面部分１５を備えており、この非境界面部分１５は、センサー１０の使用中に周囲環境と面するハウジング１３の領域であってもよい。非境界面部分１５は、分離可能なカバーであってもよいが、音響吸収性材料又は他の振動減衰材料若しくは装置であってもよい。
【００３９】
変換器アセンブリ１１は、非境界面部分１５など、ハウジング１２の他の部分と比べて境界面部分１３を通じて変換器１４に伝達された生体音響エネルギーを優先的に検知しうるように、ハウジング１２内に装着されている。例えば、図１に示す構成において、変換器１４は、２つの対向する主要面２１ａ、２１ｂを有している。変換器アセンブリ１１は、変換器１４の主要面２１ａ、２１ｂがハウジング１４の境界面部分１３と実質的に平行となるように、ハウジング１２内に装着されている。特定の変換器及びハウジングの機能及び特徴に応じて、他の配向が可能である。変換器１４とハウジング１２の境界面部分１３との間の好ましい配向は、信号対雑音比を増大させる配向である。
【００４０】
ハウジング１２の境界面部分１３は、好ましくは、境界面部分１３から変換器１４への振動の伝達を支援する材料で形成されているか、又はその材料を組み込んでおり、生体音響エネルギーに起因するそのような振動は、身体から発してハウジング１２に作用する。境界面部分１３は好ましくは、変換器１４を支持するように十分な一体性を有している。比較的撓み性のあるものから相当に硬いものまで、多様な撓み性を有する様々な材料を使用しうることが判明している。
【００４１】
境界面部分１３に対する好適な又は使用可能な材料には、ポリマー材料、合金を含めた金属、複合材料、結晶質材料又はセラミック材料が挙げられる。例えば、好適な又は使用可能な材料には、粘弾性材料、発泡体（例えば、連続気泡ポリウレタンの低密度発泡体）、熱可塑性材料、熱硬化性材料、紙材料（例えば厚紙）、及び鉱物材料（例えば雲母）が挙げられる。その他の例には、ポリカーボネート、スチレン、ＡＢＳ、ポリプロピレン、アルミニウム、及び他のプラスチック並びにシート金属合金が挙げられる。理解されたいこととして、この材料の列挙は、説明のみを目的としたものであり、好適な又は使用可能な材料の完全な識別をなすものではない。
【００４２】
比較的硬い材料を境界面部分１３に使用すると、生体音響信号に対する変換器１４の感度が増加すると考えられる。広範囲にわたる材料及び硬さにより、変換器感度が向上すると考えられる。
【００４３】
センサー１０の性能は、変換器１４の周波数応答を修正するように構成された装置を加えることによって高めることができる。そのような装置は、特定の形状、硬さ、重量、又は厚さの変換器１４であってもよい。これらのパラメーターのうちの１つ以上を変更することによって、変換器１４の周波数応答を修正することができる。例えば、複数の変換器を含むセンサーの実現形態において、各変換器は、センサーの他の変換器のものとは異なる硬さ、重量、形状、及び厚さのうちの少なくとも１つを有することによって、異なる周波数応答を備えることができる。
【００４４】
図２は、本発明の実施形態による、片持ち梁モードで動作するように装着された重り付き変換器を組み込んだセンサーを示す。この実施形態は、図１に示すものと類似しているが、変換器１４の自由端部１７に近接した質量１４が加えられている。質量２４を追加すると、変換器１４の感度が向上することが判明している。更に、質量２４が変換器１４の上に存在することで、変換器１４の周波数応答が影響を受ける。質量の重量及び／又は場所を変更すると、変換器１４の周波数応答が変化することが判明している。この現象は、所与の変換器１４の感度が当該の周波数の範囲に増加するように、その変換器１４の周波数応答を調整する目的で利用することができる。
【００４５】
例えば、センサー１０の第１の変換器は、心音を優先的に感知しうるように適切に重りを付けることができ、一方で、センサー１０の第２の変換器は、肺音を優先的に感知しうるように適切に重りを付けることができる。更なる例として、センサー１０の第１の変換器は、正常な心臓弁の閉鎖活動に関連付けられる、１０Ｈｚから２００Ｈｚの周波数範囲にある音を優先的に感知しうるように適切に重りを付けることができ、一方で、センサー１０の第２の変換器は、異常な心臓弁の閉鎖活動（例えば弁狭窄）に関連付けられる、１０Ｈｚから７００Ｈｚの範囲にある音を優先的に感知しうるように適切に重りを付けることができる。
【００４６】
図２は更に、ハウジング１２内に装着された所望による補助変換器６をファントム画法で示す。補助変換器６は好ましくは、センサー１０によって雑音消去法を実現するために使用される。例えば、補助変換器６は、周囲雑音が優先的に感知されるハウジングの場所に装着することができる。図２に示すように、補助変換器６は、ハウジング１２の非境界面部分１５（例えばカバー）に装着されている。この構成において、補助変換器６は、ハウジング１２の非境界面部分１５に作用する周囲雑音に起因する振動を優先的に感知しうる。補助変換器６によって変調されるか又は生成される信号は、変換器１４によって変調又は生成される、周囲雑音に帰せられる信号の内容を消去するために使用することができる。
【００４７】
補助変換器６及び変換器１４によって変調された又は生成された信号を使用して雑音消去を実現する種々の既知の方法を使用することができる。補助変換器６は、変換器１４と同じ又は類似の構造及び構成のものであってもよく、又異なる構造及び構成のものであってもよい。
【００４８】
図３は、片持ち梁モードで動作するように装着された重り付き変換器と、変換器の周波数応答を修正するように重り付き変換器と磁気的に相互作用する磁気制御装置とを組み込んだ、本発明の実施形態によるセンサーの図である。この実施形態によれば、強磁性の重りなど、磁性又は磁化可能な材料の質量３４が、変換器１４の自由端部１７に近接して設けられている。
【００４９】
周波数応答調整機構３５が、作動装置３８に結合された磁石３６を備えて示されている。磁石３６は、永久磁石であっても電磁石であってもよい。作動装置３８及び磁石３６は、磁石３６と質量３４との間に規定される磁界の強度を調整するように協働する。例えば、質量３４に対する磁石３６の位置は、磁石３６と質量３４との間に規定される磁界の強度を調整するように変化させることができる。磁石３６と質量３４との相対位置における変化は、連続的に可変であるか、又は階段状の形式で可変であってもよい。電磁石の場合、供給電流を調整して磁界の強度を変化させることができる。
【００５０】
質量３４に対する磁石３６の位置によって、変換器１４の減衰性が影響を受け、従って変換器１４の周波数応答が変化する。例えば、磁石３６を質量３４の近くに位置した状態では、変換器１４は高い周波数の音をより感知しうるようになる。磁石３６が質量３４から離れて位置した状態では、変換器１４はより低い周波数の音をより感知しうるようになる。周波数応答調整機構３５は、変換器１４の周波数応答を効果的に調整するように（機械的に又は自動的に）作動させることができ、臨床医は、異なる周波数特性を有する身体音（例えば心音）を優先的に検出することができる。１つ以上の周波数応答調整機構３５を、所与のセンサー１０に対して使用することができる。
【００５１】
図４は、多数の変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎを組み込んだセンサー１０の図である。各変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの変換器１４ａ〜１４ｎは、センサー１０の他の変換器１４ａ〜１４ｎと異なる周波数応答を有するように構成されている。先に論じたように、変換器１４の周波数応答は、変換器１４のいくつかのパラメータ、最も顕著には形状、硬さ、重量、及び厚さによって定められる。これらのパラメータのうちの１つ以上を変更することによって、変換器１４の周波数応答を修正することができる。図４に示す実施形態において、各変換器１４ａ〜１４ｎの質量３４ａ〜３４ｎは異なる重量のものであり、結果として、各変換器１４ａ〜１４ｎは異なる周波数応答を有している。種々の変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの間で生じうるクロストークを後に防止又はフィルタ処理する際には注意を要することを理解されたい。
【００５２】
変換器１４ａ〜１４ｎ上の質量３４ａ〜３４ｎの場所など、他のパラメータを変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの間で変更して、様々な周波数応答及び／又は感度を達成しうることが認められよう。図４は、固定装置１８ａ〜１８ｎの台座の高さなど、様々な周波数応答及び／又は感度をもたらすように変更しうる、変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの他の要素を示す。ハウジング１２は、より詳しく言えば境界面部分１３は、異なる周波数応答を変換器１４ａ〜１４ｎの配列にわたってもたらす機能を含むことができる。例えば、各変換器１４ａ〜１４ｎを支持する境界面部分１３の領域の厚さ、材料、又は他の態様を変更することができる。各変換器１４ａ〜１４ｎの周波数応答及び／又は感度に所望の方式で影響を及ぼすように、様々な形状及び材料の要素を境界面部分１３に挿入することができる。従って、複数の変換器１４ａ〜１４ｎの周波数応答及び／又は感度の差異は、変換器１４ａ〜１４ｎの各々を支持する又は変換器１４ａ〜１４ｎの各々に影響を及ぼす領域においてハウジング構造又は材料の差異をもたらすことによって、少なくとも部分的に達成することができる。
【００５３】
図５は、多数の変換器１４ａ〜１４ｎを組み込んだセンサー１０の図であり、これらの変換器１４ａ〜１４ｎは共通の基板に装着することができる。この説明のための実施形態において、変換器１４ａ〜１４ｎの各々は、センサー１０の他の変換器１４ａ〜１４ｎとは異なる長さを有している。この実施例における変換器１４ａ〜１４ｎの質量３４ａ〜３４ｎの重量は同じであるが、質量３４ａ〜３４ｎが重量及び場所において異なっていてもよいことが理解されよう。様々な長さの変換器１４ａ〜１４ｎによって、様々な周波数の身体音に対する感度がもたらされる。
【００５４】
図５は、共通の基板に装着された複数の別個の変換器要素５１ａ〜５１ｎを示す。別個の変換器要素５１ａ〜５１ｎの各々は、変換器１４ａ上の異なる場所に位置している。それ故に、各別個の変換器要素５１ａ〜５１ｎは、異なる周波数の励振を感知することができる。変換器要素５１ａ〜５１ｎは、同じ種類と寸法のものであってもよく、又これら及び他の特徴において異なっていてもよい。所与の多層変換器アセンブリの別個の変換器は好ましくは、センサーの感知／検出回路又はプロセッサに個々のチャネルを通じて結合されており、適当なバッファリングが各チャネルに設けられている。そのようなチャネルは通常、各変換器専用の１つ以上の伝導体によって規定されるが、時間又は周波数分割多重化技法を使用すると、センサーの配線計画の複雑性を軽減することができる。
【００５５】
重要な心臓病の症状を、例えば聴診器を通じて聞いた音に基づいて検出し診断をなすことは、習得し熟練するのに数年を要しうる技術であることが、臨床医には容易に理解される。異常な心臓活動を音響的に検出する作業は、心音の時間間隔がしばしば非常に短く、又、心臓の障害を特徴付ける信号がしばしば正常な心音よりも聞き取りづらいという事実によって複雑なものとなっている。
【００５６】
医学生が心雑音を正しく認識する能力は不十分であることが報告されている。ある調査で判明したところによれば、心雑音を正しく診断することができるのはわずか１３．５±９．８％の生徒であり、又、このことは、続く数年に及ぶ講義、心音の実地指導、及び臨床体験実習を伴っても改善しない。更に、人間の脳が心音の差異を認識するには、音を１２００回〜４４００回繰り返す必要があることが、心理音響学の実験を通じて判明している。この情報を使用して、心音の繰返しが、正しく診断する医師の能力に与える効果を評価するために、研究が実施されてきた。そのようなある研究が、４つの基本的な心雑音を診断する５１人の医学生医師で実施され、その研究で各心雑音が５００回繰り返された。聴診熟達度の顕著な改善（８５±１７．６％）が認められ、当該の心音を約５００回繰り返すと、結果として、基本的な心雑音を正しく認識する熟達度が増すことが示唆された。
【００５７】
既知の４０種類を超える心臓の「雑音」の音が存在することを理解されたい。このことは、医師が各心音を５００回傾聴し、既知の４０種類の心音の各々を記憶することが困難であることを意味する。何故なら、心音を長期間にわたって聞かなければ、人間の脳は、心音の記憶を失う傾向があるからである。
【００５８】
心臓聴診の診断技能の衰えは、患者と医師の双方にとって代替となる診断法に依存する状況となっている。心臓病専門医に紹介された患者の約８０％が、正常な心臓又は単に良性の心雑音を有していることが報告されている。そのような偽陽性（false positive）は、患者及び心臓病専門医の双方にとって、時間及び費用の相当な浪費となる。
【００５９】
本発明の生体音響センサーは、様々な種類及び特徴の心音を感知しうるように実現することができる。例えば、センサーは、１つ又は複数の既知の心音に関連付けられる周波数又は周波数範囲を各々が優先的に感知しうる、いくつかの変換器を組み込んでいてもよい。例えば、個々の変換器は、特定の心雑音を検出するように「チューニング」されていてもよい。変換器配列のうちの各変換器を、臨床医による聴音のために、又は、無線通信リンクの使用などによってディスプレイ／音響デバイスに出力するために、選択的に使用可能にする切換え又は走査技法を用いることができる。
【００６０】
より高度な実現形態において、４０以上の既知の心音の音声プロファイルを創り出すことができる（例えば、信号の形態プロファイル又は周波数スペクトルのプロファイル）。デジタル信号プロセッサなどのプロセッサにより、検出した心音とそのようなプロファイルのライブラリの心音プロファイルとの比較を実施して、患者から発せられる特定の心音の有無を判定することができる。相関アルゴリズム又はパターン認識アルゴリズムなど、種々のアルゴリズムを利用して比較を実施することができる。
【００６１】
本発明の生体音響センサー１０の周波数応答を調整する機能により、好都合にも、単一のセンサーが、広範なスペクトルの身体音に対する広帯域の感度と、当該の身体音周波数を目標とする能力とを有することができる。
【００６２】
図６は、ハウジング１２に設けられた変換器アセンブリ１１を組み込んだセンサー１０の図である。ハウジング１２は、使用中におけるセンサーハウジング１２と身体部位との間の密接で且つ確実な結合をもたらす接着層４８を含んでいる。引きはがし式ライナー４９は、接着層４８を覆っていてもよく、又センサー１０の使用に先立って取り外されてもよい。接着層４８は好ましくは、センサー１０と患者の身体部位（例えば皮膚又は外側の衣類）との間の良好な音響結合をもたらす。種々の既知の接着剤及び引きはがし式ライナー装置を利用することができる。例えば、皮膚に付着させるための心電図（ＥＣＧ）電極の構造に使用される感圧性接着テープに類似した接着剤を使用することができる。そのような１つのテープが、ミネソタ州セントポール（St. Paul）のスリーエム社（3M）から入手可能な、製品番号９９１４の不織布スキンテープからなる接着剤付きＭｉｃｒｏｐｏｒｅテープである。図６に従って構成されたセンサーは、使い捨て聴診器など、使い捨て感知デバイスの状況において特に有用となりうる。
【００６３】
図６に示すハウジング１２は、ベース４０とカバー４２とを含んだ二つ割り型ハウジングである。ベース４２は、先に述べたように境界面部分を組み込んでいるため、ベース４２は好ましくは、比較的硬い材料で形成されている。カバー４２は、ベース４０と同じ材料又は異なる材料で形成し、既知の結合装置を使用してベース４０に取り付けることができる。柔軟な境界面４４をベース４０とカバー４２との間に形成することができる。この柔軟な境界面４４は、典型的には周囲環境の発生源から生成される、カバー４２に沿って又はカバー４２を通じて伝達される振動を減衰させる材料で形成されている。又、先に論じたように、カバー４２は、周囲雑音による変換器の励振を軽減するのに役立つ音響吸収性材料で形成することもできる。カバー４２とベース４０との間の振動絶縁／減衰をもたらすことにより、好都合にも、そのような周囲発生源から生成された振動（例えば、身体で生成されたものでない音）が減衰され、従って、身体で生成された音に対するセンサー１０の感度が増加する。
【００６４】
図７は、取付け装置５０有するハウジング１２を組み込んだセンサー１０の図である。取付け装置５０は、使用中における患者の身体部位へのセンサー１０の取付け、及び使用後における患者からの容易な取外しを支援する。図７に示す実施形態において、取付け装置５０は、センサー１０のハウジング１２に結合された１つ以上のゴムバンド５４を含んでいる。ゴムバンド５４は、患者の当該身体部位の周りで伸長するのに十分な長さ及び弾性のものである。ゴムバンド５４の端部は、使用中にセンサー１０を患者に確実に係合させることを可能にする好適な結合装置を備えている。別の構成において、取付け装置５０は、接着テープの１つ以上のストリップを含んでいてもよく、それらのストリップは、図７で接着（ゴム又は非ゴム）バンド又はストリップ５４によって表すことができる。
【００６５】
一実現形態において、図７に示すように、センサー１０は、取付け装置５０に対して取外し可能であってもよい。例えば、フック・ループ式の境界面５２が、ハウジング１２とゴムバンド５４との間に設けられていてもよい。そのようなフック・ループ式の境界面５２を使用することにより、取付け装置５０に対するセンサー１０の容易な取外し及び取換えが支援される。一例として、各々が特定の身体音を感知するように構成された複数のセンサー１０を、臨床医が入手できるようにすることが可能である。センサー１０は、患者を評価する間に、取付け装置５０を調整したり取り外したりする必要なく、比較的容易に交換することができる。
【００６６】
図８は、本発明の実施形態による、使用中におけるハウジング１２と身体部位との手動結合を支援するために手操作が容易となるように構成された形状を有するハウジング１２を組み込んだセンサー１０の図である。ハウジング１２の形状は、センサーの特定の用途に合わせて人間工学的に調整されていてもよい。図８に示すハウジング１２は、センサー１０の手持ち式操作の容易化を支援することができる。例えば、臨床医は、ハウジング１２のハンドル突出部８０を把持し、ハウジングの境界面部分１３を患者の皮膚又は外側の衣類に当てることができる。センサー１０は、臨床医によって評価中に定位置に保持することができる。他のハウジング形状が企図されることが理解されよう。
【００６７】
図９ａは、本発明のセンサーを組み込んだ聴診器を示す。聴診器９０は、一対のイヤピース９５ａ、９５ｂ、一対のイヤチューブ９７ａ、９７ｂ、及び１つのメインチューブ９３など、従来の構成要素を含むように構成された電子聴診器である。メインチューブ９３は、メインハウジング１１５に結合されており、メインハウジング１１５内に、先に述べた種類のセンサー１０が設けられている。メインハウジング１１５内に設けられうる他の構成要素には、電源９２と、信号処理回路９４と、通信デバイス１１２とが挙げられる。
【００６８】
信号処理回路９４は、上で論じた身体音プロファイルのマッチングなど、センサー１０から受信した生体音響信号のより高度な分析を実施することができる。信号処理回路９４は、センサーによって生成された信号に対して、種々の形式の統計分析を実施することができる。そのような構成において、信号処理回路９４は、デジタル信号プロセッサを含んでいてもよい。別法として又は加えて、外部システム１１４が、そのような信号処理及び分析の全て又は一部を実施してもよい。外部システム１１４は、ディスプレイと、音響システムと、プリンタと、ネットワークインタフェースと、聴診器９０のメインハウジング１１５の中に設けられた通信デバイス１１２との一方向又は二方向の通信を確立するように構成された通信インタフェースを備えていてもよい。
【００６９】
通信デバイス１１２は、通常の無線周波数（ＲＦ）リンクを確立するように実現することができ、無線周波数リンクは、当該技術分野において既知であるように、局所システムと遠隔システムとの通信を成し遂げるために従来より使用されているものである。通信デバイス１１２と外部システム１１４との通信リンクは、ブルートゥース規格、ＩＥＥＥ  ８０２規格（例えばＩＥＥＥ  ８０２．１１）、又は他の周知の若しくは特殊な無線プロトコルなどの既知の通信規格に適合するインターフェースなど、短距離無線通信インターフェースを使用して実現することができる。
【００７０】
図９ｂは、本明細書で説明した種類のセンサー１０ａ及び１０ｂを組み込んだヘルメット９１を示す。図９ｂに示す実施形態によれば、センサー１０ａ及び１０ｂは、ヘルメット９１の着用者による聴覚を向上させるように実現することができ、又、図２を参照して先に説明した方式などで、周囲雑音の消去を更にもたらすことができる。センサー１０ａ及び１０ｂ又は他のセンサーを、音声ピックアップ部として機能するように実装することができ、その音声ピックアップ部の性能は、先に説明した種類の周囲雑音消去の機能によって向上させることができる。本発明の１つ以上のセンサーを含むように実現しうる種々のデバイス及び機器が、米国特許第４，７５６，０２８号、第５，５１５，８６５号、第５，８５３，００５号、及び第Ｄ４３３，７７６号に記載されており、これらの特許は参照によって本願に援用される。
【００７１】
図１０は、本発明の実施形態によるセンサー１０の種々の構成要素を示すブロック図である。図１０に示す実施形態によれば、先に説明した種類の１つ以上のセンサー１０が、典型的には差動構成に従って増幅器１０２に結合されている。いくつかのセンサー１０又は多数の変換器を利用する実現形態においては、各々を別々の増幅器１０２に結合することができる。増幅器１０２は、変換器の固定端部の上又は近くなど、変換器アセンブリの上に位置する第１の増幅段を含んでいてもよい。この第１の増幅器段は必要に応じて、主として、圧電変換器などの変換器の高インピーダンスを、雑音をより受けにくい低インピーダンスに変換するように機能することができる。第２の増幅段の増幅器は、第１の増幅段の出力で生成された感知信号を増幅するために使用することができる。
【００７２】
信号処理回路１０４は、増幅器１０２に結合することができる。信号処理回路１０４の高度化は、簡潔なものから複雑なものまで異なりうる。例えば、信号処理回路１０４は、共通の電源による雑音を減衰させることを目的とした、６０Ｈｚの中心周波数を有する簡潔なノッチフィルターを含んでいてもよい。信号処理回路１０４は、当該の変換器信号の内容の感度及び／又は信号対雑音比を向上させる１つ以上の帯域通過フィルターを含んでいてもよい。
【００７３】
当該の特定の身体音の検出を強化するために、より高度なフィルタ処理を感知信号に対して実施してもよい。そのようなフィルターは、アナログフィルター及び／又はデジタルフィルターを含んでいてもよい。パターン認識、信号源分離、特徴相関、及び雑音消去など、より複雑な信号処理をもたらすために、比較的高度なアナログ信号及びデジタル信号プロセッサを使用してもよい。
【００７４】
通信デバイス１１２は、増幅器１０２の出力に結合することができる。この通信デバイス１１２は、通信デバイス１１２と外部システムとの間の通信リンクを提供する、先に説明した種類のものであってもよい。電源１１０は、センサーの能動部品に電力を与える。図１０に示す部品の種々の機能を協調させるために、プロセッサ／制御器１１７を組み込んでもよい。増幅器１０２の出力１０８で生成された感知信号は、下流の構成要素に伝導体（１つ又は複数）１０６を通じて伝えられるが、この伝導体１０６は電気伝導体であっても光伝導体であってもよい。
【００７５】
プロセッサ／制御器１１７は、種々の診断動作及び較正動作を実施するように構成することができる。例えば、所与のセンサーの各変換器のゲイン応答を等しくすると望ましいことがある。又、変換器の周波数応答の較正を実施して、変換器（１つ又は複数）の周波数応答の「チューニング状態」を整備し、又は「チューニング」することが望ましい。各変換器のゲイン及び／又は周波数応答は、各変換器が予定された振幅の状態となり且つ／又は所望の周波数応答を呈するように、較正ルーチンの間に調整することができる。較正はセンサーの使用前又は使用中に開始することができ、又プロセッサ／制御器１１７によって協調させることができる。ある構成において、既知の特性を有する励振信号を発生させる励振源をセンサー（内部又は外部）に含めることができ、変換器のゲイン及び／又は周波数応答を比較的容易に且つ正確に較正することが可能となる。
【００７６】
一実施形態によれば、又図１１に示すように、アナログ光ファイバー送信器１１９に直接連結されたインピーダンス変換増幅器１１８を、変換器１１に又は変換器１１の近くに実装することができる。光ファイバー送信器１１９の出力は光導波路１１６に接続されており、この光導波路１１６は受信器回路１２０に接続されている。受信器回路１２０は、光導波路１１６を通じて伝達された光信号を再び電気信号に変換するアナログ光ファイバー受信器１２２を含んでいる。光受信器１２２の出力は回路１２４に結合されており、この回路１２４は、増幅システム、信号処理システム、及び／又は、光導波路１１６を介して伝えられた信号／データを記録するためのシステムを含んでいてもよい。受信器回路１２０は、電気リンク又は無線リンク１２６を通じて付加的なデバイス又は回路１３０に結合することができる。この付加的なデバイス又は回路１３０は、イヤホンなどの音響出力デバイス、ＰＤＡ若しくはＰＣなどの電子情報デバイス、又はネットワークインターフェースであってもよい。
【００７７】
圧電変換器１４を具備する図１１のハウジングは、インピーダンス変換増幅器１１２及び光送信器１１４に給電する小型のバッテリを具備していてもよく、或いは、これら及び他の能動部品に電力を供給するための２本の細いワイヤを、光ファイバー導波路又はケーブル１１６と共に束に含めることができる。
【００７８】
信号調節回路又は処理回路を変換器１１に若しくは変換器１１の近くに置くか、又は変換器１１と一体に結び付けることができる。例えば、変換器１１及び信号処理回路は一体構造であってもよい。信号調節回路又は処理回路は、緩衝器、ゲイン及び／又はインピーダンス整合増幅回路、フィルター回路、信号変換回路、並びにより高度な回路などの増幅回路のうちの１つ以上を含むことができる。
【００７９】
図１２ａ〜１２ｆは、本発明に従って実現された様々な変換器構成を示す。図１２ａは、概ね弓状の形状と、単一の固定装置１８と、２つの自由端部１７ａ、１７ｂとを有する片持ち梁型生体音響変換器１４を示す。図１２ｂは、図１２ａに示す変換器の反転版である生体音響変換器１４を示す。図１２ｂに示す変換器１４は、２つの固定端部１９ａ、１９ｂを含む取付け装置を有している。質量要素３４が、２つの固定端部１９ａと１９ｂとの中間点で変換器１４の上に配置されている。
【００８０】
図１２ｃは、共通の固定装置１８に装着された２つの独立した片持ち梁型生体音響変換器１４ａ、１４ｂを含んだ変換器アセンブリを示す。変換器１４ａ、１４ｂは、同じ構造のものとして示されているが、異なる種類及び／又は技術のものであってもよい。図１２ｄは、共通の固定装置１８に装着された４つの片持ち梁型生体音響変換器１４ａ〜１４ｄを示す。図１２ｄに示す変換器１４ａ〜１４ｄのうちのいくつかは、形状の点で異なっており、異なる周波数応答をもたらす。
【００８１】
図１２ｅは、支柱状固定装置１８に連結された固定端部１９を有するバネ状片持ち梁型生体音響変換器１４を示す。質量要素３４が、変換器１４の自由端部１７に又は変換器１４の自由端部１７の近くに位置している。図１２ｆは、支柱状固定装置１８に連結された２つの固定端部１９ａ、１９ｂを有するバネ状生体音響変換器１４を示す。質量要素３４が、２つの固定端部１９ａと１９ｂとの中間点で変換器１４の上に配置されている。質量要素３４の装着場所を変換器１４の長さに沿って移動させると、変換器１４の周波数応答及び感度が変化することが理解されよう。
【００８２】
本発明の生体音響センサーは、片持ち梁モードで動作可能な変換器の使用により、他にない感度及び信号対雑音比をもたらす。感度及び信号対雑音比の向上は、片持ち梁モード以外のモードで動作可能な本発明の変換器を使用して実現することもできる。片持ち梁型変換器を有するセンサーの性能を、心電図を使用して検証した。異なる疾患に関する異なる心音を、コンパクトディスクと、このセンサーを使用した心電図（ＰＣＳ）とによって音について再生した。ＣＤに記録されていた元の音と再生されたセンサー音との間に、ほとんど差異は存在しなかった。センサーは、非常に感度が高いため、患者の衣類の上に置かれた場合でも非常に良好な信号対雑音比を達成しうることが判明した。
【００８３】
本発明の種々の実施形態についての上述の説明は、例示及び説明を目的として提示したものである。網羅的なものにすること、又は、本発明を、開示した厳密な形に限定することは意図していない。上記の教示を考慮すれば、多数の修正および変形が可能である。例えば、睡眠障害はそれ自体、又より重大な神経系疾患の指標として増加している。全ての年齢における睡眠時無呼吸症、及び赤ん坊における乳幼児突然死症候群も又増加しており、一方でそれらの病因が同定されている。診断の方法の一つには、上記の徴候を有する患者の身体運動及び呼吸／肺音を監視することがあり、この監視は、本明細書で説明した種類のセンサーを使用して容易に実施することができる。又、本発明のセンサーは、生体音響感知用途以外の用途においても使用することができる。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ本明細書に添付された特許請求の範囲によって限定されることが意図されている。
【００８４】
本発明は種々の修正及び代替の形態に容易に応じるが、その細部は、一例として図面に示してあり、又詳しく説明することにする。しかしながら、理解されたいこととして、その意図は、説明する特定の実施形態に本発明を限定することではない。逆に、その意図は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲に含まれるすべての修正物、等価物、および代替物を網羅することである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】片持ち梁モードで動作するように装着された変換器を組み込んだ、本発明の実施形態によるセンサーの図である。
【図２】片持ち梁モードで動作するように装着された重り付き変換器を組み込んだセンサーの図であり、本発明の実施形態による、雑音消去を実施するために使用しうる所望による補助変換器を更に示している。
【図３】片持ち梁モードで動作するように装着された重り付き変換器と、本発明の実施形態による、変換器の周波数応答を修正するように重り付き変換器と磁気的に相互作用する磁気制御装置とを組み込んだセンサーの図である。
【図４】多数の変換器アセンブリを組み込んだセンサーの図であり、各変換器アセンブリの変換器は、本発明の実施形態による、センサーの他の変換器とは異なる周波数応答を有するように構成されている。
【図５】共通の固定装置に装着された多数の変換器を組み込んだセンサーの図であり、変換器は、本発明の実施形態による、センサーの他の変換器とは異なる周波数応答を有するように構成されている。
【図６】ハウジングの中に装着された変換器を組み込んだセンサーの図であり、ハウジングは、本発明の実施形態による、使用中におけるハウジングと身体部位との緊密な結合をもたらす接着層を含んでいる。
【図７】ハウジングの中に装着された変換器を組み込んだセンサーの図であり、ハウジングは、本発明の実施形態による、使用中におけるハウジングと身体部位との緊密な結合をもたらす弾性取付け装置を含んでいる。
【図８】ハウジングの中に装着された変換を組み込んだセンサーの図であり、ハウジング形状は、本発明の実施形態による、使用中におけるハウジングと身体部位との緊密な結合を支援するための手操作が容易となるように構成されている。
【図９ａ】本発明のセンサーを組み込んだ聴診器を示す。
【図９ｂ】本発明のセンサーを組み込んだヘルメットを示す。
【図１０】本発明の実施形態によるセンサーの回路のブロック図である。
【図１１】本発明の実施形態による、センサーによって生成された信号を光ファイバーを使用して伝達するための回路図である。
【図１２ａ】本発明の実施形態による種々の有用なセンサー構成を示す。
【図１２ｂ】本発明の実施形態による種々の有用なセンサー構成を示す。
【図１２ｃ】本発明の実施形態による種々の有用なセンサー構成を示す。
【図１２ｄ】本発明の実施形態による種々の有用なセンサー構成を示す。
【図１２ｅ】本発明の実施形態による種々の有用なセンサー構成を示す。
【図１２ｆ】本発明の実施形態による種々の有用なセンサー構成を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１２ｅ】
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【図１２ｆ】
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【国際調査報告】
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