(57)【要約】  生物音響エネルギーを感知するためのセンサは、使用する間、身体部位との結合を確立するように構成されたインターフェイス部分を含むハウジングを包含する。センサは、ハウジングのインターフェイス部分に結合されると共に、生物起源の物体によって生成される音を感知するように構成された変換器要素を包含する。１以上の伝導体が変換器要素に結合される。マス要素は、変換器要素の表面に適合するように結合される。介在物質は、変換器要素表面とマス要素との間に配置されると共に、変換器要素を励振している間の、変換器要素表面とマス要素の間の差動運動を可能にする。
2009517129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物音響センサであって：
使用する間、身体部位との結合を確立するように構成された境界部分を含むハウジング；
前記ハウジングの前記インターフェイス部分に結合され、生物学的起源のマターによって発生した音を感知するように構成される変換器要素であって、該変換器要素の変形に応答して信号を変調又は生成するように構成された変換器要素；
前記変換器要素に結合された１以上の伝導体；
前記変換器要素の表面に対応するように結合されたマス要素；及び
前記変換器要素表面と前記マス要素との間に配置され、前記変換器要素を励振している間、前記変換器要素表面と前記マス要素との間の差動運動を可能にする介在物質
を備える、生物音響センサ。
【請求項２】
前記マス要素、介在物質、及び変換器要素が、前記変換器要素によって発生させることが可能な信号を増幅するように構成された、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記マス要素、介在物質、及び変換器要素が、前記変換器要素に衝突する生物音響エネルギーに応答して、前記変換器要素の機械的変形を可能にするように構成された、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記マス要素の少なくとも前記変換器要素に向いた表面が、音波に対する高い反射係数を有する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記介在物質が音響信号を伝送することができる、請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記介在物質が接着剤を含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記介在物質が低い音響インピーダンスを有する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記マス要素が、前記変換器要素の表面の有効な変換部分を実質的に全て覆う、請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
前記マス要素が、マスと、第１の表面及び第２の表面を有する剛性のシート、フィルム、又は膜を含み、該第１の表面が前記介在物質に接触するように配列され、該マスが該第２の表面に隣接して配置された、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記剛性のシート、フィルム、又は膜の少なくとも前記第１の表面が、音波に対する高い反射係数を有する、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記マス要素が金属材料又は非金属材料を含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記マス要素が、前記変換器要素のｘ−ｙ面に対して実質的に均一な重量分布プロファイルを有する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１３】
前記マス要素が、前記変換器要素のｘ−ｙ面に対して実質的に不均一な重量分布プロファイルを有する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１４】
前記マス要素が複数の別個のマスアレンジメントを含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１５】
前記マス要素が単一のマス要素である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１６】
前記変換器要素がポリマー圧電フィルムを含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１７】
前記変換器要素が、圧電抵抗材料、１以上の歪みゲージ、１以上の容量素子、セラミック材料、又は結晶質材料を含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１８】
前記変換器要素が積層構造を更に含み、該積層構造が、圧電フィルム、フィルムの形態の重り、及び１以上の接着剤層を含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項１９】
前記変換器要素の構成要素が前記介在物質のマス中に埋め込まれている、請求項１に記載のセンサ。
【請求項２０】
前記変換器要素が聴診用に構成された、請求項１に記載のセンサ。
【請求項２１】
前記センサが、前記変換器要素の周波数応答を修正するように構成されたアレンジメントを有する、請求項１に記載のセンサ。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの伝導体が少なくとも１つの光伝導体を含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの光伝導体がコンバータ回路に結合され、該コンバータ回路が、前記センサから離れて位置し、そして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た、請求項２２に記載のセンサ。
【請求項２４】
前記コンバータ回路が１以上の電気・音声コンバータに結合された、請求項２３に記載のセンサ。
【請求項２５】
前記ハウジングが、使用する間、前記身体部位にハンドヘルドで結合されるように構成された、請求項１に記載のセンサ。
【請求項２６】
前記ハウジングが基部及びカバーを含み、該基部が前記インターフェイス部分を含み、該カバーが、適合する接合アレンジメントを介して該基部に結合された、請求項１に記載のセンサ。
【請求項２７】
前記ハウジングが基部及びカバーを含み、該カバーが吸音物質を含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項２８】
前記ハウジングの前記インターフェイス部分が実質的に剛性である、請求項１に記載のセンサ。
【請求項２９】
前記ハウジングの前記インターフェイス部分が、ポリマー材料、金属又は合金、複合材料、セラミック材料、或いは結晶質材料を含む、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３０】
前記ハウジングに結合され、使用する間、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た固定装置を備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３１】
前記ハウジングに結合され、使用する間、前記ハウジングと前記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備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項３２】
請求項１に記載の該変換器要素を複数備え、前記複数の変換器要素のそれぞれが、前記複数の変換器要素の少なくとも１つの他の変換器要素と異なる周波数応答を有するように構成された、センサユニット。
【請求項３３】
前記複数の変換器要素がそれぞれ、剛性、重量、形状、及び厚さを有し、前記複数の変換器要素それぞれの該剛性、重量、形状、及び厚さの少なくとも１つが、前記複数の変換器要素の少なくとも１つの他の変換器要素と異なる、請求項３２に記載のセンサユニット。
【請求項３４】
前記複数の変換器要素がそれぞれ、共通の固定アレンジメント又は別個の固定アレンジメントによって前記ハウジングから支持される、請求項３２に記載のセンサユニット。
【請求項３５】
利得制御回路を更に備え、該利得制御回路を介して、前記複数の変換器要素それぞれの利得応答を選択的に調節することができる、請求項３２に記載のセンサユニット。
【請求項３６】
請求項１に記載のセンサユニットであって：
前記ハウジングの前記インターフェイス部分以外の位置で前記ハウジング内に配置された補助変換器要素；及び
前記変換器要素及び前記補助変換器に結合された雑音消去回路、を更に備える、センサユニット。
【請求項３７】
請求項１に記載の前記センサを備える聴診器。
【請求項３８】
請求項１に記載のセンサを１以上備え、該１以上のセンサが前記複数の変換器要素の１以上を備えるヘルメット。
【請求項３９】
前記センサと前記ハウジング外部のデバイスとの間の、有線又は無線通信を容易にするように構成された通信回路を備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４０】
前記変換器要素に結合された信号処理回路を更に備える、請求項１に記載のセンサ。
【請求項４１】
前記信号処理回路が、前記変換器要素に結合された、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含む、請求項４０に記載のセンサ。
【請求項４２】
生物音響センサであって：
使用する間、身体部位との結合を確立するように構成されたインターフェイス部分を含むハウジング；
該ハウジングの該インターフェイス部分を介して伝達された生物音響エネルギーを信号に変換する手段；
補強層；及び
前記変換手段を励振している間、前記変換手段と前記補強層との間の差動運動を促進する手段
を備える、センサ。
【請求項４３】
前記信号を前記ハウジング外部の場所に通信する手段を備える、請求項４２に記載のセンサ。
【請求項４４】
前記信号を処理する手段を備える、請求項４２に記載のセンサ。
【請求項４５】
ハウジング内に配置された変換器を使用して生物音響エネルギーを感知する方法であって：
前記生物音響エネルギーに応答して前記変換器を励振すること；
前記変換器を励振している間、前記変換器と剛性のマスとの間の差動運動を促進すること；及び
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又は生成すること
を含む、方法。
【請求項４６】
前記センサハウジングのインターフェイス部分と、前記生物音響エネルギーが生じる身体部位との間の結合を確立することを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記信号が電気信号であり、前記方法が、前記電気信号を光信号に変換することと、該光信号を前記センサハウジングから離れた場所に伝送することとを更に含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記変換器要素の周波数応答を修正することを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】
前記変換器要素及び該ハウジング内に配置された少なくとも１つの補助変換器要素を使用して、雑音消去を行うことを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】
前記センサハウジング内に配置されたデバイスと、前記センサハウジング外部のデバイスとの間の通信を確立することを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項５１】
前記信号に対して信号処理又は信号調整を行うことを含む、請求項４５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、入力が生物音響エネルギーを変形したものであり、出力が別のエネルギー形態への変換であるセンサ、及びそのようなセンサを組み込んだデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
心音などの身体によって発生される音を検出する、様々なデバイスが開発されてきた。既知のデバイスは、聴診器などの主として機械的なデバイスから、マイクロホン及び変換器などの様々な電子デバイスにまで及ぶ。例えば、聴診器は、心臓血管系の疾病及び状態を診断するのに使用される基本的な用具である。それは、一次医療において、また、遠隔地など、高度な医療機器を利用できない状況において、そのような疾病及び状態を診断するための最も一般的に用いられる技術として役立つ。
【０００３】
多数の電子聴診器が市販されているが、それらは、現在のところ、内科医及び他の医療従事者には広く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ものとしては、患者を調べている間、臨床医にとって妨げになる雑音又はアーティファクトが発生すること、並びに、目的の特定の生物音を増幅し再生することに関連する制限があることが挙げられる。例えば、生物音が存在しても雑音によって遮断されるか、又は生物音が全く存在しないことがあり、多くの従来の電子聴診器はこれら２つの事例を区別することができない。
【０００４】
聴診器の性能に影響を及ぼす雑音は、目的のもの以外のいずれかの信号として規定されてもよい。様々なタイプの雑音としては、例えば、外部雑音又は周囲雑音、聴診に関連する雑音、聴診器の電子回路によって生成される雑音、及び患者の身体から発生する生物学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】
感度及び堅牢性が改善された生物音響センサが必要とされている。更に、聴診器など、様々なタイプ又は医療用感知デバイスに組み込まれてもよい、従来の具現例に比べて信号対雑音比が改善されたセンサが必要とされている。本発明はこれら及び他の必要性を満たす。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、生物音響エネルギーを感知するためのセンサ及びその使用方法を目的とする。本発明の一実施形態によれば、生物音響センサは、使用する間、身体部位との結合を確立するように構成されたインターフェイス部分を備えるハウジングを包含する。センサは、ハウジングのインターフェイス部分に結合され、生物学的起源のマターによって発生した音を感知するように構成された変換器要素を包含する。１以上の伝導体が変換器要素に結合される。マス要素は、変換器要素の表面に対応するように結合される。
【０００７】
介在物質は、変換器要素表面とマス要素との間に配置される。介在物質により、変換器要素を励振している間、変換器要素表面とマス要素の間の差動運動が可能になる。介在物質は、好ましくは、感圧性接着剤などの接着剤を含む。介在物質は、音信号を伝送することができ、低い音響インピーダンスを有する。
【０００８】
マス要素、介在物質、及び変換器要素表面は、変換器要素に衝突する生物音響エネルギーに応答して、変換器要素の機械的変形を可能にするように構成される。好ましくは、マス要素、介在物質、及び変換器要素は、変換器要素によって発生させることができる信号を有効に増幅するように構成される。変換器要素による信号発生が増加することで、励振中に変換器に転送される生物音響エネルギーの損失が低減されることがある。
【０００９】
マス要素は、変換器要素表面の有効変換部分の実質的に全てを覆ってもよい。或いは、マス要素は、変換器要素の有効変換部分の全てよりも少ない部分を覆ってもよい。
【００１０】
マス要素は、マスと、第１の表面及び第２の表面を有する剛性のシート又は膜を備えてもよく、マス自体は剛性の表面を有する。剛性のシート又は膜の第１の表面は、介在物質に接触するように配列されてもよく、マスは第２の表面に隣接して配置されてもよい。
【００１１】
１つの具現例では、フッ化ポリビニリデン様の圧電フィルム（例えば、ＰＶＤＦ２フィルム）が、小袋の中にあるような状態でポリエステルフィルムに入れられる。例えば、厚さ約０．０３８ミリ（約０．００１５インチ）のポリエステルフィルムがＰＶＤＦ２フィルムのそれぞれの側に配置されてもよい。別の具現例では、変換器要素は積層構造を含んでもよい。積層構造は、圧電フィルム、フィルムの形態の重り、及び１以上の接着剤層を含んでもよい。
【００１２】
マス要素は、金属、非金属材料、又は複合材料を含んでもよい。マス要素は、変換器要素のｘ−ｙ面に対して実質的に均一な重量分布プロファイルを有してもよい。或いは、マス要素は、変換器要素のｘ−ｙ面に対して実質的に線形の重量分布プロファイルを有してもよい。他の構成では、マス要素は、変換器要素のｘ−ｙ面に対して実質的に非線形の重量分布プロファイルを有してもよい。マス要素は、単一のマス又は複数の別個のマスアレンジメントを含んでもよい。
【００１３】
変換器要素は、好ましくは、変換器要素の変形に応答して、電気信号を変調又は生成するように構成される。変換器要素は、ポリマー圧電フィルムなどの圧電材料、或いは、圧電抵抗性又は圧電セラミックの材料若しくは素子を含んでもよい。変換器要素は、１以上の歪みゲージ又は１以上の容量素子を含んでもよい。変換器要素は、平面であるか、又は、湾曲した若しくは波形の形体の場合など、非平面であってもよい。
【００１４】
センサのハウジングは、使用する間、身体部位にハンドヘルドで結合するように構成されてもよい。センサは、ハウジングに結合されると共に、使用する間、ハウジングと身体部位の間の固着を確立するように構成された固定装置を包含してもよい。例えば、センサは、ハウジングに結合されると共に、使用する間、ハウジングと身体部位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包含してもよい。
【００１５】
１以上の伝導体が変換器要素に結合され、それは導電体であってもよい。別の構成では、変換器要素に結合された伝導体（１つ又は複数）は、少なくとも１つの光伝導体を包含してもよい。光伝導体はコンバータ回路に結合されてもよい。コンバータ回路は、センサから離れて載置されると共に、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もよい。コンバータ回路は、一対のイヤホンなどの、１以上の電気・音声コンバータに結合されてもよい。コンバータ回路は、コンバータ回路をセンサから離れて載置された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もよい。
【００１６】
センサのハウジングは基部及びカバーを包含してもよい。基部はインターフェイス部分を包含してもよく、カバーは、適合する接合装置を介して基部に結合されてもよい。カバーは吸音物質を包含してもよい。ハウジングのインターフェイス部分の剛性は、比較的柔軟な程度から実質的に剛性又は硬質な程度にまで及んでもよい。ハウジングのインターフェイス部分は、ポリマー材料、金属若しくは合金、複合材料、或いはセラミック材料又は結晶質材料を包含するか、それらから形成されてもよい。
【００１７】
本明細書に記載されるタイプの変換器要素を２つ又はそれ以上包含するセンサユニットが実現されてもよく、その際、変換器要素はそれぞれ、異なる周波数応答を有するように構成される。例えば、変換器要素はそれぞれ、剛性、重量、形状、及び厚さを有し、各変換器要素の剛性、重量、形状、及び厚さの少なくとも１つは、センサの他の変換器要素のものとは異なる。変換器要素はそれぞれ、共通の固定アレンジメントによって、又は別個の固定アレンジメントによってハウジング側から支持されてもよい。
【００１８】
各変換器要素の利得応答を選択的に調節することができるように、利得制御回路が設けられてもよい。雑音消去回路が設けられてもよく、それは、ハウジングのインターフェイス部分以外の位置でハウジング内に配置された補助変換器要素を包含してもよい。雑音消去回路は、変換器要素又は補助変換器に結合されてもよい。
【００１９】
聴診器は、本明細書に記載されるタイプのセンサを包含するように実現されてもよい。そのセンサは、本明細書に記載されるタイプの単一の変換器要素又は多数の変換器要素を包含してもよい。ヘルメットは、本明細書に記載されるタイプのセンサを１以上包含して実現されてもよく、雑音消去回路を包含してもよい。
【００２０】
センサは、センサとハウジング外部のデバイスの間の有線又は無線通信を容易にするように構成された、通信回路を包含して実現されてもよい。センサは、変換器要素に結合された、デジタル信号プロセッサなどの信号処理回路を包含してもよい。信号処理回路は、変換器要素によって発生した感知信号をフィルタリングするように、且つ／又はその分析を行うように構成されてもよい。
【００２１】
更なる実施形態によれば、生物音響エネルギーを感知する方法は、生物音響エネルギーに応答して変換器を励振する工程を伴う。この方法は更に、励振の間に変換器に伝達された生物音響エネルギーの損失を低減する工程を伴う。この方法は、変換器の励振に応答して、変換器によって信号を変調又は生成する工程も伴う。生物音響エネルギーの損失を低減する工程は、変換器を励振する間、変換器と剛性のマスとの間の差動運動を促進する工程を伴うことがある。
【００２２】
結合を確立する工程は、センサハウジングのインターフェイス部分と身体部位の間でハンドヘルドで結合を確立する工程を伴う。インターフェイス部分と身体部位の間の結合は、接着又は身体に固定可能な拘束装置によって確立されてもよい。
【００２３】
変換器によって変調又は生成される信号は電気信号であってもよく、方法は更に、電気信号を光信号に変換し、光信号をセンサハウジングから離れた場所に伝送する工程を伴ってもよい。変換器要素の周波数応答は修正されてもよい。雑音消去は、変換器要素及び少なくとも１つの補助変換器要素を使用して行われてもよい。センサハウジング内に配置されたデバイスと、センサハウジング外部のデバイスとの間で通信が確立されてもよい。様々な形態のアナログ及び／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若しくは生成された信号に対して行われてもよい。
【００２４】
上述の本発明の概要は、本発明の各実施形態又はあらゆる実施態様を説明するためのものではない。本発明の利点及び効果、並びに本発明に対する一層の理解は、以下に記載する発明を実施するための最良の形態及び特許請求の範囲を添付図面と併せて参照することによって明らかになり、理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下に示す実施形態の説明では、添付図面を参照するが、それらの図面は、本明細書の一部を成すと共に、本発明が実現されてもよい様々な実施形態を実例として示すものである。本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態が利用されてもよく、また構造上の変更が行われてもよいことを理解されたい。
【００２６】
本発明は、生物学的起源のマターから発生される音に対して感受性であるように構成されたセンサ、並びにその使用方法に関する。センサ及びそのようなセンサを組み込んだデバイスとしては、聴診用に構成されたものが挙げられ、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発生される音に対して感受性であるように構成されてもよい。一例として、本発明のセンサは、電子聴診器、ヘルメット、又は、身体によって発生される音を感知する、外部に装着されるか結合される他の装置若しくは器具に組み込まれてもよい。本発明のセンサは、また、例えば、身体内に埋め込まれる心臓音又は肺音のモニタなど、身体内に一時的若しくは恒久的に固定するように構成されてもよい。
【００２７】
本発明のセンサは、ヒトの聴覚と関連する周波数範囲を優先的に感知するようにして実現されてもよい。但し、可聴周波数範囲よりも低い且つ／又は高い、身体音と関連する周波数も、本発明のセンサによって感知されてもよいことが理解される。例えば、本発明のセンサは、ＤＣの僅かに上と約２５ｋＨｚの間の範囲の周波数を有する身体音を感知するように実現されてもよい。本発明のセンサは、可聴周波数範囲内にある可聴出力を発生してもよく、又は、可聴周波数範囲よりも高い且つ／又は低い内容を包含する電気センサ又は光センサを作成してもよい。
【００２８】
本発明の生物音響センサは、好ましくは、変換器の変形に応答して電気信号を変調又は生成するように構成された変換器を組み込む。好適な変換器は、圧電材料（有機及び／若しくは無機圧電材料）、圧電抵抗材料、歪みゲージ、容量素子若しくは誘導素子、線形可変差動変圧器、並びに変形に応答して電気信号を変調又は生成する他の材料若しくは素子を組み込んだものである。好適なピエゾ材料としては、ポリマーフィルム、ポリマー発泡体、セラミックス、複合材料、又はそれらの組み合わせが挙げられる。それに加えて、本発明は、同じ若しくは異なる変換器タイプ及び／又は異なる変換器材料の変換器のアレイを組み込んでもよく、それらの全てが直列に、個別に、又は多層構造の形で接続されてもよい。
【００２９】
発明者らは、例えば、本発明にしたがって実現された、重み付けされるか剛化された圧電フィルム変換器を組み込んだ生物音響センサにより、従来の圧電フィルム変換器装置よりも感度が大幅に改善されることを見出している。重み付き圧電フィルム変換器の感度は、変換器要素とマスとの間に配置される剛性のシート、フィルム、又は膜を付加することによって向上されてもよい。例えば、十分なマスの剛性のシートを使用することで、変換器の感度が大幅に改善されてもよい。１つの実験では、センサ感度は、圧電フィルム変換器要素に適合するように結合されるマスを付加することによって２５倍超過に改善された。本発明の生物音響センサに適した圧電フィルムとしては、米国特許第４，４３４，１１４号、同第４，３６５，２８３号、及び同第５，８８９，８７３号に開示されているものが挙げられ、それらを参考により本明細書に組み込む。
【００３０】
次に図面を参照すると、図１は、本発明の一実施形態による、重み付き変換器要素を包含する変換器アセンブリ１１を組み込んだセンサ１０を示す。図１の実施形態によれば、センサ１０は、変換器アセンブリ１１がそれに取り付けられるハウジング１２を包含する。変換器アセンブリ１１は、固定アレンジメント１８を介してハウジング１２によって支持される、ないしは別の方法でそれに接続される変換器１４を包含する。変換器１４は、１以上の伝導体１６に接続できるようにする１以上の電気接点を包含する。伝導体１６は、典型的には導電体又はワイヤであるが、代わりに、本明細書に後述される一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であってもよい。
【００３１】
図１に示される実施形態では、変換器１４はハウジング１２に取り付けられるので、ハウジング１２のインターフェイス部分１３に衝突する身体音ＳＢＳから生じる振動が変換器１４に容易に伝達される。変換器１４が、ハウジング１２のインターフェイス部分１３を介して変換器１４に伝送される振動を受け取ることができるようにする、多数の取付け構成が考えられる。
【００３２】
図１に示される変換器１４は、固定アレンジメント１８を用いてハウジング１２に固着される。固定アレンジメント１８は、変換器１４をハウジングのインターフェイス部分１３に堅く、又は適合するように結合してもよい。例えば、固定アレンジメント１８は、例えば、エポキシ、化学結合、溶接若しくははんだ接合、ねじ／ナット（いずれも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、或いは感圧性接着剤であってもよい。好適な固定アレンジメント１８は、どちらも３Ｍ社（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から入手可能な、Ｎｏ．９２４スコッチ接着剤転写テープ（Scotch Adhesive Transfer Tape）又はＮｏ．ＤＰ１００スコッチ溶着エポキシ接着剤（Scotch Weld epoxy adhesive）を包含してもよい。より従順性の低い固定装置が、ハウジングのインターフェイス部分１３から変換器１４に振動をより良好に伝達するはずであると考えられる。
【００３３】
図１には更に、介在物質２１を用いて変換器１４に適合するように結合されるマス１９が示される。変換器１４とマス１９との間に配置される介在物質２１は、音信号を伝送することができる材料である。介在物質２１により、変換器１４を励振している間の、変換器１４とマス１９の間の差動運動も可能になる。マス１９と変換器１４の間の差動運動が可能になることにより、変換器要素１４が機械的に変形できるようになるが、これは、変換器１４の変換要素が適切に機能するための必要条件である。
【００３４】
介在物質２１は、感圧性接着剤層などの接着剤層であってもよい。他のタイプの介在物質２１としては、ダウ・コーニング（Dow Corning）（ミシガン州ミッドランド（Midland））から入手可能なＮｏ．７３２シリコンシーラント、又は３Ｍ社（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から入手可能なＮｏ．９２４スコッチ接着剤転写テープ（Scotch Adhesive Transfer Tape）の１以上の層が挙げられる。介在物質２１は、連続気泡ポリウレタンの低密度発泡体などの発泡体材料を包含してもよい。介在物質２１は好ましくは低い音響インピーダンスを有する。
【００３５】
それに加えて、マス１９は変換器１４に対する比較的剛性の裏当てとなる。マス１９がもたらす剛性の裏当てにより、振動若しくは屈曲によって、又は圧縮モードの場合には音波エネルギーがハウジング１２に衝突する結果として電気信号を発生させる、変換器の能力が向上する。マス１９、介在物質２１、及び変換器は共に作動して、変換器１４が発生させることができる信号を有効に増幅する。
【００３６】
マス１９は、図１に示されるように、変換器１４の有効変換部分の実質的に全てを覆ってもよい。或いは、マス１９は、変換器１４の有効変換部分の全てよりも少ない部分を覆ってもよい。マス１９は、例えば、金属、ポリマー材料などの非金属材料、又は複合材料で形成されてもよい。マス１９の少なくとも変換器１４に向いた表面は、目的の音波及びそれらのフーリエ周波数範囲に対して高い反射係数を有することが望ましい。一般に、金属及びそれらの合金、並びにセラミックスなどの、固く稠密な材料が適している。
【００３７】
図２は、本発明の別の実施形態による変換器アセンブリ１１を組み込んでいるセンサ１０の図である。図２に示されるセンサ１０の機構の多くは、本質的に、図１を参照して上述したものである。図２に示される実施形態によれば、変換器アセンブリ１１は、シート、フィルム、膜、又は他のタイプの剛性の裏当て構造であってもよい補強層１７を包含する。補強層１７はマス１９と介在物質２１との間に配置される。補強層１７の少なくとも変換器１４に向いた表面は、目的の音波及びそれらのフーリエ周波数範囲に対して高い反射係数を有することが望ましい。
【００３８】
補強層１７は、補強層１７とマス１９との間に設けられる、接着剤又は他の形態の固定装置（例えば、機械的結合若しくは溶接）包含してもよい。介在層２１は、好ましくは、補強層１７を変換器１４に適合するように結合するための接着剤インターフェイス面を提供する。
【００３９】
一実現例では、フッ化ポリビニリデン様の圧電フィルム１４（例えば、ＰＶＤＦ２フィルム）が、小袋の中にあるような形でポリエステルフィルムに入れられる。厚さ約０．００１５インチのポリエステルフィルムが、ＰＶＤＦ２フィルム１４のそれぞれの面に配置されてもよい。別の実現例では、変換器要素１４は積層構造を含んでもよい。積層構造は、圧電フィルム、フィルムの形態の重り、及び１以上の接着剤層を含んでもよい。
【００４０】
概ね、補強層１７の表面積は、好ましくは変換器１９の変換部分と同一の広がりを持つ。図２に示されるように、マス１９の被覆面積は、変換器１９の変換部分と同一の広がりを有する必要はないが、そのような構成が考えられる。変換器１４に対するマス要素１９のサイズ、形状、及び／又は位置により、変換器１４の周波数応答及び感度が変わってもよいことが理解される。
【００４１】
図３Ａ〜３Ｈは、マス１９の様々な構成を示す。図３Ａ〜３Ｈに示されるように、マス１９は、変換器１４のｘ−ｙ面に対してほぼ均一な重量分布プロファイルを有してもよい。いくつかの構成では、マス１９は、変換器１４のｘ−ｙ面に対してほぼ線形の重量分布プロファイルを有してもよい。他の構成では、マス１９は、変換器１４のｘ−ｙ面に対して非線形の重量分布プロファイルを有してもよい。マス１９は、一体のマスであるか、又は２つ以上の別個のマスアレンジメントを含んでもよい。マス１９の他の多数の構成が考えられ、図３Ａ〜３Ｈはそれらの一部のみを示すものであり、限定と解釈されるべきではない。
【００４２】
変換器１４は、変換器１４のそれぞれの端部の間に規定される領域が、変換器１４に作用する抵抗力に応答して屈曲できるようにして、変換器アセンブリ１１（例えば、図１及び２に示されるもの）内に配列される。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材料又は素子を組み込む。上述したように、特に、圧電材料若しくは圧電抵抗材料、歪みゲージ、容量素子若しくは誘導素子、又は線形可変差動変圧器など、変形に応答して信号を変調又は生成する様々な変換器が使用されてもよい。
【００４３】
例えば、変換器１４の構成、使用される変換器材料又は要素のタイプ、並びに材料／要素が変形する向き及び変形の仕方に応じて、変換器要素の様々な領域に位置する電極又は接点において、有用な電気応答が発生してもよい。例えば、導電性ポリマー、金属化箔、又は伝達材料／要素を含む導電性ペイント積層体若しくはサンドイッチに対して、電気的接続が作成されてもよい。有用な測定可能な電気的パラメータとしては、例えば、電圧、電流、又は電気抵抗の変化などが挙げられる。
【００４４】
偏光フルオロポリマーフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）など特定の半結晶性ポリマーは、圧電応答を包含してもよい圧電抵抗性を有することが分かっている。ＰＶＤＦは、抵抗力又は変位に応じて電圧を発生させるため、様々なセンサに使用される。ポリマー樹脂圧電材料は特に有用であるが、それは、可撓性と弾性の両方を有する感知要素としてポリマーを具体化し、抵抗力を受けたときに弾力的に付勢されて変形したことを表す、感知信号を発生させることが可能であるためである。
【００４５】
一実施形態では、変換器１４は、感知素子として好適な圧電ポリマーの薄いストリップを包含する。変換器１４の感知素子は、加えられた抵抗力に応答して、ストリップが偏向され、結果として感知素子が圧縮されるか、又は引張られるように、変換器アセンブリ１１内で方向付けられる。抵抗力に応答して電圧信号が発生するようにして、感知素子との電気接点が作られる。変換器１４の感知素子の変形により、ポリマー鎖内又は半結晶性格子構造内の電荷の相対位置が変わり、それによって、感知素子の変形の大きさに関連した（例えば、比例した）振幅を有する電圧が発生する。
【００４６】
図１及び２に示されるハウジング１２は、インターフェイス部分１３を包含する。例えば、身体内から発生する生物音響信号ＳＢＳがインターフェイス部分１３に衝突するのが示される。ハウジングのインターフェイス部分１３は、センサ１０を使用する間、身体部位との結合を確立するように構成される。例えば、インターフェイス部分１３は、患者の胸部又は胸部を覆っている衣服と接触する、ハウジング１２の表面であってもよい。ハウジング１２はまた、センサ１０を使用する間、周囲環境に向いたハウジング１３の領域であってもよい、非インターフェイス部分１５を包含する。分離可能なカバーであってもよい非インターフェイス部分１５は、吸音物質、又は他の振動減衰材料若しくは装置を組み込んでもよい。
【００４７】
変換器アセンブリ１１は、変換器１４が、非インターフェイス部分１５などのハウジング１２の他の部分に比べて、インターフェイス部分１３を介して変換器１４に伝送される生物音響エネルギーを優先的に感知するようにして、ハウジング１２内に取り付けられてもよい。例えば、図１及び２に示される構成では、変換器１４は２つの向かい合った主表面を有する。変換器アセンブリ１１は、変換器１４の主表面がハウジング１４のインターフェイス部分１３にほぼ平行であるようにして、ハウジング１２内に取り付けられる。特定の変換器及びハウジングの特徴並びに特性によっては、他の向きが可能である。変換器１４とハウジング１２のインターフェイス部分１３との間の好ましい向きは、信号対雑音比が増加されるようなものである。
【００４８】
ハウジング１２のインターフェイス部分１３は、好ましくは、インターフェイス部分１３から変換器１４への振動の伝達を容易にする材料から形成されるか、又はそれを組み込んでおり、そのような振動は、身体から生じ、ハウジング１２に衝突する生物音響エネルギーから得られるものである。インターフェイス部分１３は、好ましくは、変換器１４を支持するのに十分な一体性を有する。比較的柔軟なものから実質的に剛性のものまで、様々な柔軟性を有する多種多様な材料が使用されてもよいことが見出されている。
【００４９】
インターフェイス部分１３に好適又は有効な材料としては、ポリマー材料、合金を包含する金属、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、好適又は有効な材料としては、粘弾性材料、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。他の例としては、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、並びに他のプラスチック類及びシート合金が挙げられる。この材料の列挙は例示のためのものに過ぎず、好適又は有効な材料の包括的な特定を構成するものではないことが理解される。
【００５０】
比較的剛性の材料をインターフェイス部分１３に使用することで、生物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。また、広範囲にわたる材料及び剛性により、変換器の感度が十分になり、又は向上すると考えられる。
【００５１】
本発明のセンサ１０は雑音消去装置を組み込んでもよく、それによって、感知性能に悪影響を及ぼす可能性がある周囲雑音が有効に減衰又は排除される。図１、２、４、及び５Ａ〜５Ｃに示されるものなどのセンサ１０は、ハウジング１２内に取り付けられる任意の補助変換器６を組み込んでもよい。補助変換器６は、好ましくは、センサ１０による雑音消去方法論を実現するために使用される。例えば、補助変換器６は、周囲雑音を優先的に感知するようなハウジング位置に取り付けられてもよい。例えば、図２に示されるように、補助変換器６は、ハウジング１２の非インターフェイス部分１５（例えば、カバー）に取り付けられる。この構成では、補助変換器６は、ハウジング１２の非インターフェイス部分１５に衝突する周囲雑音から生じる振動を優先的に感知する。補助変換器６によって変調又は生成された信号は、周囲雑音に起因する、変換器１４によって変調又は生成された信号の内容を消去するのに使用されてもよい。
【００５２】
補助変換器６及び変換器１４によって変調又は生成された信号を使用して、有効に雑音を消去する様々な既知の方法が使用されてもよい。補助変換器６は、変換器１４と同じ又は類似の構造若しくは構成のものであってもよく、或いは、異なる構造若しくは構成のものであってもよい。
【００５３】
センサ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付加することによって向上してもよい。そのような装置は、変換器１４の特定の形状、剛性、重量、又は厚さであってもよい。これらのパラメータの１以上を変更することで、変換器１４の周波数応答を修正することができる。例えば、複数の変換器を包含するセンサ実装（implementation）では、各変換器が、センサの他の変換器とは異なる剛性、重量、形状、及び厚さの少なくとも１つを有することにより、異なる周波数応答を提供してもよい。重量又は重量分布が異なるマス１９を設けることによっても、異なる周波数応答を有する変換器１４が提供されてもよい。
【００５４】
図４及び５は、重量又は重量分布が異なるマス１９ａ〜１９ｎそれぞれに適合するように結合された多数の変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎを組み込んだセンサ１０の図である。各変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの変換器は、センサ１０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る。変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎは、同じ又は異なる設計（平面、非平面、又はそれらの両方若しくは他のタイプの混合）であってもよい。
【００５５】
例えば、センサ１０の第１の変換器は、心音を優先的に感知するように適切に重み付けされてもよく、センサ１０の第２の変換器は、肺音を優先的に感知するように適切に重み付けされてもよい。更なる例として、センサ１０の第１の変換器は、１０〜２００Ｈｚの範囲の周波数の正常な心臓弁の閉鎖活動に関連する音を優先的に感知するように、適切に重み付けされてもよく、センサ１０の第２の変換器は、１０〜７００Ｈｚの範囲の異常な心臓弁の閉鎖活動（例えば、弁狭窄）に関連する音を優先的に感知するように、適切に重み付けされてもよい。
【００５６】
上述したように、変換器の周波数応答は、いくつかのパラメータによって、代表的には、変換器の有効変換要素の形状、剛性、重量、及び厚さによって規定される。これらのパラメータの１以上を変更することにより、変換器の周波数応答を修正することができる。図４に示される実施形態は、これらのパラメータの少なくとも１つは各変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎで異なり、その結果、変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの各変換器は異なる周波数応答を有する。異なる周波数応答を得るため、変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの間で他のパラメータを変えることができることが理解される。
【００５７】
異なる周波数応答及び／又は感度を得るため、センサ又はセンサハウジングの他のパラメータは、変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎに対して変えることができることが理解される。ハウジング１２は、より具体的にはインターフェイス部分１３は、一連の変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎにわたって異なる周波数応答を提供する機構を包含してもよい。例えば、各変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎを支持する、ないしは別の方法でそれに影響するインターフェイス部分１３のある領域の厚さ、材料、又は他の特徴が変えられてもよい。様々な形状および材料の要素が、所望の形で各変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの周波数応答及び／又は感度に影響するように、インターフェイス部分１３に挿入されてもよい。そのようにして、複数の変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの周波数応答及び／又は感度の差異が、少なくとも部分的には、変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎを支持する若しくはそれらに影響する領域におけるハウジングの構造又は材料を異ならせることによって得られてもよい。
【００５８】
図５Ａは、共通の固定アレンジメント１８に取り付けられたそれぞれのマス１９ａ〜１９ｎに適合するように結合された、多数の変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎを組み込んだセンサ１０の図である。この例示の実施形態では、固定アレンジメント１８は、変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎがそれぞれ取り付けられる剛性材料であってもよい。この構成により、センサ１０の変換器部分の製造、並びに組立て中の変換器部分のハウジング１２への設置が簡略化されてもよい。
【００５９】
図５Ｂ及び５Ｃは、本発明の実施形態による、複数変換器センサ１０の２つの例示的構成を示す。図５Ｂは、多数の変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎと、介在物質２１を介して各変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの変換器１４ａ〜１４ｎに適合するように結合された単一のマス１９とを組み込んだセンサ１０の図である。変換器１４ａ〜１４ｎは、好ましくは、センサ１０の他の変換器１４ａ〜１４ｎとは異なる周波数応答を有するように構成される。
【００６０】
図５Ｃは、多数の変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎと、補強層２１と、介在層２１を介して各変換器アセンブリ１１ａ〜１１ｎの変換器１４ａ〜１４ｎに適合するように結合された単一のマス１９とを組み込んだセンサ１０の図である。変換器１４ａ〜１４ｎは、好ましくは、センサ１０の他の変換器１４ａ〜１４ｎとは異なる周波数応答を有するように構成される。
【００６１】
所与の複数変換器アセンブリの個々の変換器は、好ましくは、個々のチャネルを介してセンサの感知／検出回路又はプロセッサに結合され、各チャネルには適切な緩衝がもたらされることが理解される。様々な変換器１４ａ〜１４ｎの間で発生することがある何らかのクロストークを注意して防ぐか、又は後で取り除く必要があることが理解される。そのようなチャネルは、典型的には、各変換器専用の１以上の伝導体によって規定されるが、センサの配線スキームの複雑性を低減するため、様々な時間又は周波数多重化技術が使用されてもよい。
【００６２】
例えば、関連性のある心臓の症状を検出し、聴診器を通じて聴き取った音に基づいて診断を行う技術を身に付け、またその技術を磨くには、数年を要する場合があることが、臨床医には容易に理解される。心音が互いから分離される時間周期は非常に短い場合が多く、また、心臓疾患を特徴付ける信号は通常の心音よりも聴き取りにくい場合が多いことが、異常な心臓の運動を聴覚的に検出する作業を複雑にしている。
【００６３】
医学生が心雑音を的確に認識する能力は低いことが報告されている。１つの研究では、心雑音を的確に診断できた学生は僅か１３．５±９．８％であり、これは、その後の数年間、講義を受け、心音を実際に確認し、次に臨床を経験することによる訓練を受けても改善されないことが見出された。また、音響心理学によって、脳が差異を認識するためには、音が１２００〜４４００回繰り返される必要があることが見出されている。この情報を用いて、医師が的確に診断を行う能力に対する心音の反復の効果を評価するための研究が行われている。１つのそのような研究が、５１名の研修医が４種類の基本的な心雑音を診断することによって行われ、各雑音は５００回繰り返された。聴診の習熟度の有意な改善（８５±１７．６％）が観察され、目的の心音を５００回程度繰り返すことによって、基本的な心雑音を的確に認識する習熟度が向上したことが実証された。
【００６４】
４０種類超過の異なる既知の心「雑音」が存在することを理解されたい。このことは、医師がそれぞれの心音を５００回聴き取り、且つそれら４０種類の既知の心音をそれぞれ記憶していることを困難にするが、それは、長期間音を聴いていない場合、脳は記憶を失ってしまう傾向を有するためである。
【００６５】
心臓聴診の診断技能の減退は、患者及び医師の両方が代替診断方法に依存するという状況に寄与している。心臓病専門医の診察を受けた患者の約８０％が、正常な心臓又は単に良性の心雑音を有することが報告されている。そのような偽陽性は、患者と心臓病専門医の両方にとって大幅な時間と費用の浪費となる。
【００６６】
本発明の生物音響センサは、様々なタイプ及び特性の心音を感知するように実現されてもよい。例えば、センサは、１つ若しくは多数の既知の心音に関連する周波数又は周波数範囲をそれぞれ優先的に感知する、いくつかの変換器を組み込んでもよい。例えば、個々の変換器は、特定の心雑音を検出するように「調整」されてもよい。切替え又は走査技術が採用されてもよく、それによって、一連の変換器の中の各変換器を臨床医が聴き取ったり、又は、無線通信リンクを使用するなどして、表示／聴覚デバイスに出力することが選択的に可能になる。
【００６７】
更に複雑な実現例では、４０種類以上の既知の心音の音プロファイル（例えば、信号形態プロファイル又は周波数スペクトルプロファイル）が展開されてもよい。デジタル信号プロセッサなどのプロセッサは、検出された心音とそのようなプロファイルのライブラリーの心音プロファイルとの比較を行って、患者から生じる特定の心音が存在するかしないかを判断してもよい。相関アルゴリズム又はパターン認識アルゴリズムなどの様々なアルゴリズムが、比較を行うために採用されてもよい。
【００６８】
本発明の生物音響センサ１０の周波数応答を調節する能力により、有利には、単一のセンサが、身体音の広いスペクトルに対する広帯域の感度を有し、且つ特に目的とする身体音周波数を標的にする能力を有することが可能になる。
【００６９】
図６は、ハウジング１２内に配置された本発明の変換器アセンブリ１１を組み込んだセンサ１０の図である。ハウジング１２は、使用する間、センサハウジング１２と身体部位の間の密着し安定した結合をもたらす接着剤層４８を包含する。剥離ライナー４９は、接着剤層４８を覆い、センサ１０を使用する前に取り除かれてもよい。接着剤層４８は、好ましくは、センサ１０と患者の身体部位（例えば、皮膚又は上着）の間の良好な音響的結合をもたらす。例えば、皮膚に付着される心電図（ＥＣＧ）電極を構築するのに使用される、感圧性接着剤テープに類似した接着剤が使用されてもよい。１つのそのようなテープは、３Ｍ社（ミネソタ州セントポール（St. Paul））から入手可能な不織布皮膚用テープである、接着剤を備えたミクロ細孔テープＮｏ．９９１４である。図６にしたがって構成されたセンサは、使い捨て聴診器などの使い捨て感知デバイスに関して特に有用であってもよい。
【００７０】
図６に示されるハウジング１２は、基部４０及びカバー４２を包含する二部分ハウジングである。基部４２は上述したようなインターフェイス部分を組み込むので、基部４２は、好ましくは比較的剛性の材料で形成される。カバー４２は、基部４０と同じ又は異なる材料から形成されると共に、既知の結合装置を使用して基部４０に結合されてもよい。適合するインターフェイス面４４が基部４０とカバー４２との間に形成されてもよい。適合するインターフェイス面４４は、カバー４２に沿って、又はそれを介して伝送される、典型的には周囲環境中の発生源から生じた振動を減衰する材料で形成される。また、上述したように、カバー４２は、周囲雑音による変換器の励振を低減するのに役立つ吸音物質から形成されてもよい。カバー４２と基部４０の間の振動を隔離／減衰することで、有利には、そのような周囲の発生源から生じた振動（例えば、身体以外から発生する音）が減衰され、結果として、身体が発生する音に対するセンサ（senor）１０の感度が増加する。
【００７１】
図７は、固定装置５０を有するハウジング１２を組み込んだセンサ１０の図である。固定装置５０により、使用の間センサ１０を患者の身体部位に固定し、使用後に患者から容易に取り外すことが容易になる。図７に示される実施形態では、固定装置５０は、センサ１０のハウジング１２に結合された１以上の弾性バンド５４を包含する。弾性バンド５４は、目的の患者の身体部位を囲むように延びるのに十分な長さと弾性のものである。弾性バンド５４の端部は、使用する間、センサ１０を患者にしっかり係合できるようにするのに適した結合装置を備える。代替の構成では、固定装置５０は、接着剤テープの１以上のストリップを包含してもよく、それは、図７の接着剤（弾性又は非弾性）バンド又はストリップ５４によって代表されてもよい。
【００７２】
信号処理回路９４は、上述したような身体音プロファイルの照合など、センサ１０から受け取った生物音響信号のより高度な分析を行ってもよい。信号処理回路９４は、センサにより発生した信号の様々な形態の統計分析を行ってもよい。そのような構成では、信号処理回路９４はデジタル信号プロセッサを包含してもよい。別の方法として、又はそれに加えて、外部システム１１４がそのような信号処理及び分析の全て若しくは一部を行ってもよい。外部システム１１４は、ディスプレイ、音声システム、プリンタ、ネットワークインターフェース、並びに、聴診器９０の主ハウジング１１５内に配置された通信デバイス１１２との一方向性又は二方向性通信を確立するように構成された通信インターフェースを包含してもよい。
【００７３】
図８は、本発明の一実施形態による、使用中のハウジング１２と身体部位の手動での結合を容易にするため、手で簡単に操作でき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１０の図である。ハウジング１２の形状は、センサの特定の用途に対して人間工学的に調整されてもよい。図８に示されるハウジング１２は、センサ１０の手持ちで簡単に操作することを容易にしてもよい。例えば、臨床医は、ハウジング１２のハンドル突起部８０を把持し、ハウジングのインターフェイス部分１３を患者の皮膚又は上着に当ててもよい。センサ１０は、評価の間、臨床医によって適所で保持されてもよい。他のハウジング形状が考えられることが理解される。
【００７４】
図９ａは、本発明のセンサを組み込んだ聴診器を示す。聴診器９０は、一対の耳当て９５ａ及び９５ｂ、耳管９７ａ及び９７ｂ、並びに主管９３など、従来の構成要素を包含するように構成された電子聴診器である。主管９３は、上述のタイプのセンサ１０がその中に配置される主ハウジング１１５に結合される。主ハウジング１１５内に配置されてもよい他の構成要素としては、電源９２、信号処理回路９４、及び通信デバイス１１２が挙げられる。信号処理回路９４は、上述のような身体音プロファイルの照合など、センサ１０から受け取った生物音響信号のより高度な分析を行ってもよい。別の方法として、又はそれに加えて、外部システム１１４がそのような信号の処理及び分析を行ってもよい。外部システム１１４は、ディスプレイ、音声システム、プリンタ、ネットワークインターフェース、並びに、聴診器９０の主ハウジング１１５内に配置された通信デバイス１１２との一方向性又は二方向性の通信を確立するように構成された通信インターフェースを包含してもよい。
【００７５】
通信デバイス１１２は、当該技術分野において既知のように、局所システムと遠隔システムの間の通信を行うのに従来的に使用される、従来の高周波（ＲＦ）リンクを確立するように実現されてもよい。通信デバイス１１２と外部システム１１４の間の通信リンクは、ブルートゥース規格、ＩＥＥＥ８０２規格（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１）、又は他の公開若しくは専有無線プロトコルなどの、既知の通信規格に準拠したインターフェースなど、近距離無線通信インターフェースを使用して実現されてもよい。
【００７６】
図９ｂは、本明細書に記載されるタイプのセンサ１０ａ及び１０ｂを組み込んだヘルメット９１を示す。図９ｂに示される実施形態によれば、センサ１０ａ及び１０ｂは、ヘルメット９１の着用者による聴取りを向上するようにして実現されてもよく、更に、図２を参照して上述したようなやり方などで、周囲雑音を消去してもよい。センサ１０ａ及び１０ｂ又は他のセンサは、音声検出器（voice pick-up）として役立つように実現されてもよく、その性能は、上述のタイプの周囲雑音消去能力によって向上してもよい。本発明の１以上のセンサを包含するように実現されてもよい様々なデバイス及び装置が、米国特許第４，７５６，０２８号、同第５，５１５，８６５号、同第５，８５３，００５号、及び同第Ｄ４３３，７７６号に開示されており、それらを本明細書に参照により組み込む。
【００７７】
図１０は、本発明の一実施形態によるセンサ１０の様々な構成要素を示すブロック図である。図１０に示される実施形態によれば、上述のタイプの１以上のセンサ１０は、典型的には差動構成にしたがって増幅器１０２に結合される。いくつかのセンサ１０又は複数の変換器を用いる実現例では、それぞれが別個の増幅器１０２に結合されてもよい。増幅器１０２は、変換器の定置端部の上又はその近くなど、変換器アセンブリ上に位置する第１のステージを包含してもよい。この第１の増幅器ステージは、必要であれば、主に、圧電変換器などの変換器の高いインピーダンスを、雑音の影響を受けにくい低いインピーダンスに変換する役割を果たしてもよい。第２ステージの増幅器は、第１ステージの出力側で発生した感知信号を増幅するのに使用されてもよい。
【００７８】
信号処理回路１０４は増幅器１０２に結合されてもよい。信号処理回路１０４の高度化は、単純なものから複雑なものまで様々であってもよい。例えば、信号処理回路１０４は、共通の電源による雑音を減衰する目的で、６０Ｈｚの中心周波数を有する単純なノッチフィルタを包含してもよい。信号処理回路１０４は、目的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する、１以上の帯域フィルタを包含してもよい。
【００７９】
目的とする特定の身体音の検出を向上させるため、感知信号に対してより高度なフィルタリングが行われてもよい。そのようなフィルタは、アナログ及び／又はデジタルフィルタを包含してもよい。比較的高度なアナログ及びデジタル信号プロセッサが使用されて、パターン認識、発生源の分離、特徴の相関、及び雑音消去など、より複雑な信号処理が提供されてもよい。
【００８０】
通信デバイス１１２は、増幅器１０２の出力側に結合されてもよい。通信デバイス１１２は、通信デバイス１１２と外部システムの間の通信リンクを提供する、上述のタイプのものであってもよい。電源１１０はセンサの能動的構成要素に電力を供給する。図１０に示される構成部品の様々な機能を協調させるため、プロセッサ／コントローラ１１７が組み込まれてもよい。増幅器１０２の出力１０８において発生する感知信号は、電気又は光伝導体であってもよい伝導体（１つ又は複数）１０６を介して、下流側の構成要素に通信される。
【００８１】
プロセッサ／コントローラ１１７は、様々な診断作業及び較正作業を行うように構成されてもよい。例えば、所与のセンサの各変換器の利得応答を均等にするのが望ましいことがある。周波数応答の較正を行って、変換器（１つ又は複数）の周波数応答を「同調させる」、又はその「同調」を調節することも望ましいことがある。各変換器の利得及び／又は周波数応答は、それぞれが予め確立された振幅になるように、且つ／又は所望の周波数応答を示すように、較正ルーチンの間に調節されてもよい。較正は、センサの使用前又は使用中に開始されてもよく、プロセッサ／コントローラ１１７によって協調されてもよい。１つの構成では、既知の特性を有する励振信号を生成する励振源が、センサ（内部又は外部）に包含されてもよく、それにより、変換器の利得及び／又は周波数応答を比較的簡単且つ正確に較正することが可能になる。
【００８２】
一実施形態によれば、また図１１に示されるように、アナログ光ファイバ送信器１１９に直接インターフェース接続される変換器１１の位置又はその近くに、インピーダンス変換増幅器１１８が実現されてもよい。光ファイバ送信器１１９の出力側は光ガイド１１６に接続され、それは受信器回路１２０に接続される。受信器回路１２０は、光ガイド１１６を介して伝送された光信号を変換して電気信号に戻す、アナログ光ファイバ受信器１２２を包含する。光受信器１２２の出力側は回路１２４に結合され、それは、追加の増幅、信号処理及び／又は、光ガイド１１６を越えて伝達された信号／データを記録するシステムを包含してもよい。受信器回路１２０は、電気リンク又は無線リンク１２６を介して、追加のデバイス又は回路１３０に結合されてもよい。追加のデバイス又は回路１３０は、イヤホンなどの音声出力デバイス、ＰＤＡ若しくはＰＣなどの電子情報デバイス、ディスプレイデバイス、又はネットワークインターフェースであってもよい。
【００８３】
圧電変換器１４を収容している図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に電力を供給する小型電池を収容してもよく、或いは、これら及び他の能動的構成要素に電力を供給するため、光ファイバーガイド又はケーブル１１６と併せて束にした形で、２つの小さなワイヤが包含されてもよい。
【００８４】
信号調整又は処理回路は、変換器１１の位置若しくはその近くに置くか、又はそれと関連付けて一体化することができる。例えば、変換器１１及び信号処理回路は一体構造であることができる。信号調整又は処理回路は、バッファ、利得、及び／又はインピーダンスの整合増幅回路、フィルタ回路、信号変換回路、並びにより高度な回路などの、１以上の増幅回路を包含してもよい。
【００８５】
本発明の生物音響センサは、本明細書に記載されるタイプの変換器及び変換器を補強するマスを使用することにより、非常に優れた感度と信号対雑音比を提供する。センサの性能を、心音図を使用して検証した。異なる疾患に関連する異なる心音を、コンパクトディスクによって音に関して、またこのセンサを使用して心音図（ＰＣＳ）に関して再生した。ＣＤに記録された元の音と再生されたセンサの音との間には殆ど差異がなかった。センサの感度は、患者の衣服の上に置かれたときであっても、非常に良好な信号対雑音比を得ることができる程度であることが見出された。
【００８６】
本発明の様々な実施形態を、例証及び説明の目的で上記に記載してきた。包括的であることも、開示されたそのままの形態に本発明を限定することも意図するものではない。以上の教示を考慮すれば、多数の修正及び変形が可能である。例えば、睡眠障害は、それ自体も、またより深刻な神経系疾患の指標としても増加傾向にある。全ての年齢層における睡眠時無呼吸症及び乳児における乳幼児突然死症候群も、それらの病因は特定されつつあるものの、増加傾向にある。診断方法は、上述の指標と共に、患者の身体運動及び呼吸音／肺音のモニタリングを伴うことがあり、それは、本明細書に記載される種類のセンサを使用して容易に行うことができる。また、本発明のセンサは、生物音響感知用途以外の用途に使用されてもよい。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって制限されるものとする。
【００８７】
本発明は、様々な修正例及び代替形態に変更することが可能であるが、それらの具体例が一例として図面に示されており、また詳細に記載される。但し、本発明を記載される特定の実施形態に限定するものではないことを理解されたい。逆に、添付の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の範囲内にある、全ての修正例、等価物、及び代替例を包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施形態による、重み付き変換器要素を包含する変換器アセンブリを組み込んだセンサの図。
【図２】本発明の別の実施形態による、補強シート又は膜及び重み付き変換器要素を包含する変換器アセンブリを組み込んだセンサの図。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、変換器要素に適合するように結合されてもよいマス要素の様々な構成を示す。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、変換器要素に適合するように結合されてもよいマス要素の様々な構成を示す。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による、変換器要素に適合するように結合されてもよいマス要素の様々な構成を示す。
【図３Ｄ】本発明の一実施形態による、変換器要素に適合するように結合されてもよいマス要素の様々な構成を示す。
【図３Ｅ】本発明の一実施形態による、変換器要素に適合するように結合されてもよいマス要素の様々な構成を示す。
【図３Ｆ】本発明の一実施形態による、変換器要素に適合するように結合されてもよいマス要素の様々な構成を示す。
【図３Ｇ】本発明の一実施形態による、変換器要素に適合するように結合されてもよいマス要素の様々な構成を示す。
【図３Ｈ】本発明の一実施形態による、変換器要素に適合するように結合されてもよいマス要素の様々な構成を示す。
【図３Ｉ】本発明の一実施形態による、変換器要素に適合するように結合されてもよいマス要素の様々な構成を示す。
【図４】本発明の一実施形態による、多数の変換器アセンブリを組み込んだセンサの図であり、各変換器アセンブリの変換器は、センサ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５Ａ】本発明の一実施形態による、共通の固定アレンジメントに取り付けられた多数の変換器を組み込んだセンサの図であり、変換器は、センサ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５Ｂ】本発明の一実施形態による、多数の変換器アセンブリと、各変換器アセンブリの変換器要素に適合するように結合された単一のマス要素とを組み込んだセンサの図であり、変換器は、センサ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５Ｃ】本発明の一実施形態による、多数の変換器アセンブリと、補強シート又は膜と、各変換器アセンブリの変換器要素に適合するように結合された単一のマス要素とを組み込んだセンサの図であり、変換器は、センサ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】本発明の一実施形態による、ハウジング内に取り付けられた変換器を組み込んだセンサの図であり、ハウジングは、使用の間ハウジングと身体部位との間に密接な結合をもたらす接着剤層を包含している。
【図７】本発明の一実施形態による、ハウジング内に取り付けられた変換器を組み込んだセンサの図であり、ハウジングは、使用の間ハウジングと身体部位との間に密接な結合をもたらす弾性固定装置を包含している。
【図８】本発明の一実施形態による、ハウジング内に取り付けられた変換器を組み込んだセンサの図であり、ハウジングの形状は、使用の間ハウジングと身体部位を密接に結合するのを容易にするため、手で簡単に操作できるように構成されている。
【図９Ａ】本発明のセンサを組み込んだ聴診器を示す。
【図９Ｂ】一対の本発明のセンサを組み込んだヘルメットを示す。
【図１０】本発明の一実施形態によるセンサの回路のブロック図。
【図１１】本発明の一実施形態による、光ファイバを使用してセンサにより発生する信号を伝達する回路の図。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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