(57)【要約】口腔内に位置する、内部ではあるが、非外科的に設置されたマイクロホンのための口腔内組織伝導マイクロホン装置および方法が記載される。口腔内組織伝導マイクロホンは、頬、口蓋、または歯肉の内側表面に対して位置付けられている可撤性歯科用器具と取り付け、接着、あるいは統合され得る。センサは、ほとんどの既存のデバイスと適合しない環境内で動作することができる、目に付かない補聴、体内音監視、または通信デバイス内の構成要素としての役割を果たす。概して、圧電膜は、組織に対して良好に整合され、口腔粘膜、歯肉、または口蓋を通して受信される圧電効果信号によって電気信号に直接変換するセンサとしての役割を果たす。
2013531932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撤性口腔内器具であって、
対象の口内の１本以上の歯への可撤性取り付けのために構成されている器具筐体と、
前記筐体によって支持されているマイクロホンであって、前記マイクロホンは、前記筐体が前記１本以上の歯に取り付けられている場合に、前記口内の粘膜表面に対して接触して位置付けられる接触表面を有している、マイクロホンと
を備え、
前記マイクロホン接触表面は、前記粘膜表面に対して整合された音響インピーダンスを有している、器具。
【請求項２】
前記器具筐体は、前記筐体から延在し、前記マイクロホンに接続されている構造部材を備えている、請求項１に記載の器具。
【請求項３】
前記器具筐体は、前記１本以上の歯の第１の表面に沿って位置付けられ、前記マイクロホンは、前記１本以上の歯の第２の対向する表面に沿って位置付けられている、請求項１に記載の器具。
【請求項４】
前記筐体は、前記マイクロホンに対向する突起をさらに備え、前記突起は、２本の隣接する歯の間の間隙空間内に嵌入するためのサイズを有している、請求項１に記載の器具。
【請求項５】
前記マイクロホンは、前記筐体内に固着されているフレームによって支持されている圧電膜を備え、前記圧電膜は、前記接触表面と振動連通している、請求項１に記載の器具。
【請求項６】
前記圧電膜は、ＰＶＤＦ膜を備えている、請求項５に記載の器具。
【請求項７】
前記マイクロホンは、前記筐体に固着されている圧電膜を備え、前記圧電膜は、フレームによって支持されておらず、前記圧電膜は、前記接触表面に接着され、前記接触表面と振動接触している、請求項１に記載の器具。
【請求項８】
前記マイクロホンは、エレクトレットマイクロホンを備え、前記エレクトレットマイクロホンは、空気腔の背後、かつ、前記接触表面と振動連通しているダイヤフラムに近接して位置付けられている、請求項１に記載の器具。
【請求項９】
前記マイクロホンは、梁によって支持されている圧電膜を備え、前記梁は、前記梁の第１の端部において前記筐体内に固着され、前記梁の第２の端部において前記接触表面と振動連通している、請求項１に記載の器具。
【請求項１０】
前記マイクロホンは、第１の周波数共鳴を有する第１の梁と、前記第１の周波数共鳴と異なる第２の周波数共鳴を有する第２の梁とを備え、前記第１および第２の梁の各々は、前記梁の各々が前記接触表面と振動連通するように、互に近接して前記筐体内に固着されている、請求項１に記載の器具。
【請求項１１】
前記マイクロホンは、前記接触表面と振動連通している内部突起と、前記突起の周囲に巻き付けられている圧電膜とを備えている、請求項１に記載の器具。
【請求項１２】
前記マイクロホンは、前記接触表面と振動連通している圧電セラミックディスクを備えている、請求項１に記載の器具。
【請求項１３】
口腔内組織伝導マイクロホンであって、
対象の口内に位置するためのサイズを有している包体であって、前記包体は、組織接触部分を有している、包体と、
前記包体内に位置付けられているフレームと、
圧電膜と
を備え、
前記圧電膜は、前記組織接触部分による作動が前記圧電膜に力を適用するように、前記包体内に前記フレームに固着され、前記包体は、前記口内の組織に対して整合されたインピーダンスを有している、マイクロホン。
【請求項１４】
口腔内組織伝導マイクロホンであって、
対象の口内に位置するためのサイズを有している包体であって、前記包体は、組織接触部分を有している、包体と、
圧電膜と
を備え、
前記圧電膜は、前記組織接触部分による作動が前記圧電膜に力を適用するように、前記包体内に支持され、前記包体は、前記口内の組織に対して整合されたインピーダンスを有している、マイクロホン。
【請求項１５】
対象の口内の聴覚信号を検出する方法であって、
前記口内の組織領域に対してマイクロホン包体の組織接触部分を位置付けることであって、前記包体の組織接触部分は、前記組織領域に対して整合された音響インピーダンスを有している、ことと、
前記包体の組織接触部分を介して前記組織領域を通して伝達される聴覚信号を受信することと、
前記聴覚信号を表す電気信号が生成されるように、前記包体内の圧電膜を作動させることと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記組織接触部分を位置付けることは、前記対象の頬の内側表面に対して前記組織接触部分を位置付けることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記位置付けることは、前記頬の内側表面に対する接触が維持されるように、前記対象の歯または複数の歯の表面に対して前記マイクロホン包体を位置付けることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記位置付けることは、前記頬の内側表面に対する接触が維持されるように、前記対象の歯肉表面に対して前記マイクロホン包体を位置付けることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記組織接触部分を位置付けることは、前記対象の軟口蓋に対して前記組織接触部分を位置付けることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記組織接触部分を位置付けることは、前記対象の歯肉表面に対して前記組織接触部分を位置付けることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
前記聴覚信号を受信することは、前記聴覚信号に対応する電気信号が生成されるように、前記圧電膜内に引張応力を付与することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２２】
前記圧電膜を作動させることは、ＰＶＤＦ膜を作動させることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記聴覚信号を表す電気信号を、信号を受信および／または伝送可能な通信デバイスに伝送することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２４】
前記聴覚信号を表す電気信号を記録することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２５】
前記圧電膜を作動させることは、前記包体内のフレームに固着されている前記圧電膜を作動させることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２６】
双方向通信口腔内器具であって、
対象の口内の１本以上の歯への可撤性取り付けのために構成されている器具筐体と、
前記筐体によって支持されているマイクロホンであって、前記マイクロホンは、前記筐体が前記１本以上の歯に取り付けられている場合に、前記口内の粘膜表面に対して接触して位置付けられる接触表面を有し、前記マイクロホンは、前記粘膜表面に対して整合された音響インピーダンスを有している、マイクロホンと、
前記粘膜表面と振動接触している変換器と
を備え、
前記変換器は、前記粘膜表面を通してユーザ発生音を検出するように構成され、前記器具は、前記ユーザ発生音を含む信号を無線で伝送するように構成されている、器具。
【請求項２７】
前記器具筐体は、前記１本以上の歯の第１の表面に沿って位置付けられ、前記マイクロホンは、前記１本以上の歯の第２の対向する表面に沿って位置付けられている、請求項２６に記載の器具。
【請求項２８】
前記マイクロホンは、前記筐体内に固着されているフレームによって支持されている圧電膜を備え、前記圧電膜は、前記接触表面と振動連通している、請求項２６に記載の器具。
【請求項２９】
前記圧電膜は、ＰＶＤＦ膜を備えている、請求項２６に記載の器具。
【請求項３０】
前記マイクロホンは、エレクトレットマイクロホンを備え、前記エレクトレットマイクロホンは、空気腔の背後、かつ、前記接触表面と振動連通しているダイヤフラムに近接して位置付けられている、請求項２６に記載の器具。
【請求項３１】
前記器具は、前記信号を電話または無線機に無線で伝送するように構成されている、請求項２６に記載の器具。
【請求項３２】
前記無線信号は、低電力無線通信プロトコルを介して伝送される、請求項２６に記載の器具。
【請求項３３】
前記無線信号は、１０−１００ｍの範囲で伝送される、請求項２６に記載の器具。
【請求項３４】
前記ユーザ発生音は、ユーザ発生発話または生物物理学的音を含む、請求項２６に記載の器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６１／３４９，５０８号（２０１０年５月２８日出願）を基礎とする優先権の利益を主張する。該出願は、その全体が参照により本明細書に引用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、補聴器、身体または健康監視のためのシステム、または通信デバイス内で採用され得る、可聴または生物物理学的音によって発生される組織伝導振動の検出用口腔内センサの方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
組織接触振動センサ（接触マイクロホン）は、心臓の鼓動、血流、または呼吸等、体内から発生する音を感知するための電子聴診器において広く採用されている。これらのセンサ（または、変換器）は、皮膚または軟組織と接触するように配置され、生物物理学的プロセスによって誘発される、組織を通して伝播する振動に応答して、電気信号を発生する。広く用いられている別の種類の電子聴診器は、ユーザの発声によって誘発される、組織振動を検出するために使用される、喉マイクロホンである。声帯によって発生される、音響（振動）波は、喉頭を包囲する硬および軟組織を通して伝播し、外部に搭載された接触マイクロホンによって、発話として、検出される（特許文献１、特許文献２）。全体を通して参照されるすべての特許または特許出願は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【０００４】
ユーザ発話の検出のために採用される他の組織接触マイクロホンは、典型的には、額の皮膚、乳様突起上の耳の背後、または外耳道内に外部的に搭載される。喉に搭載されるセンサとは対照的に、これらのマイクロホンは、頭蓋骨（骨伝導を介して）を通して、次いで、周囲皮膚組織を通して伝播する、喉頭および声道の他の部分（硬／軟口蓋、舌、唇、歯）の共鳴によって誘発される振動を検出する。非可聴呟き（ＮＡＭ）マイクロホンは、主に、口腔を包囲する軟組織において伝導される微細な音振動を伝導するように設計され、耳の背後の顎近傍の軟組織上方に搭載される。
【０００５】
体内音および／または発話を検出するために、外部に適用される組織接触センサ設計の実施例として、密閉されたダイヤフラム内に統合される容量性平板マイクロホン構造（特許文献３）、中空空洞を覆って位置付けられる薄膜圧電ポリマー（特許文献４、特許文献５）、組織結合器と接触する第２のダイヤフラムを伴う筐体内に統合される、エレクトレットマイクロホン（特許文献６）、および軟質シリコーンパッドに連結される開放コンデンサマイクロホンが挙げられる。
【０００６】
組織接触マイクロホンは、多様な構造を利用するが、必ず、ゴム、ポリウレタン、またはプラスチック等、皮膚または組織の音響インピーダンスに整合された接触表面を組み込む。組織整合接触材料は、組織を通して伝達する音圧波を効率的に変換器に連結する一方、空気を通して伝播する音に対してデバイスの感度を低くする。その結果、センサは、環境雑音を低減するのに効果的であって、産業立地、移動車両、または戦場等、雑音環境における双方向通信デバイスとしての使用に好適であり得る。
【０００７】
近年の研究は、いくつかの喉および頭蓋骨搭載組織接触マイクロホンの性能をブーム（空気伝導）マイクロホンと比較評価し、接触マイクロホンの発話雑音比が改良されていることを実証した。本研究はまた、理論上、舌および唇等の軟咬合器から符号化される情報の減少のため、ブームマイクロホンより、発話明瞭度が劣ることを見出した。しかしながら、完全な頭部のヘルメット、保護スーツ、および水中機器等、過度の周囲雑音または機器制限が、空気伝導マイクロホンの使用を妨害する環境では、多数の接触マイクロホンシステムが、市販されているように、発話明瞭度の低下は、明らかに、許容され得る。
【０００８】
喉、耳または、骨伝導発話のための組織接触マイクロホンに依存する、既存のシステムは、有意な利点を提供するが、外部に搭載されたセンサ、電子機器、および／またはバッテリを必要とする。本機器は、かさばり、かつ容易に目に付き、ヘルメットおよび防具等の他の機器に干渉する可能性があり、外耳道を閉塞し、湿潤および／または苛酷な環境において使用されない場合がある。
【０００９】
組織接触センサの分野における関連開発として、完全埋込式補聴器が挙げられるが、その場合、マイクロホン部分は、耳の直上およびの背後または耳道の骨壁内に皮下的に設置される。ユーザの発話を検出するように設計された前述のセンサとは対照的に、埋め込まれた補聴器マイクロホンは、周囲環境音に応答するように設計される（特許文献７、特許文献８、特許文献９、および特許文献１０）。これらのシステムでは、マイクロホンによって検出された信号は、処理され、増幅され、中耳の刺激のために埋め込まれた変換器または聴神経の刺激のための電極に送信され得る。埋め込まれたマイクロホンを覆って位置付けられる、皮膚の薄層は、ダイヤフラムとして作用し、空気圧の乱れによって誘発される機械的振動を埋設されたセンサに、典型的には、エレクトレットマイクロホンに連結する。埋め込まれたマイクロホンは、１．５ｍＶ／Ｐａの一定感度応答で、５ｋＨｚ超まで測定され、その発話明瞭度の試験は、外部音場７０ｄＢ  ＳＰＬで、完璧な単語認識を実証した。
【００１０】
完全埋込式補聴システムの一部として、埋込式マイクロホンは、いくつかの点において、ユーザに利点をもたらす。補聴システムは、完全に目に付かず、障害者としての見掛けを排除する。外耳道を閉塞せず、快適性／不適合の問題を排除し、部分的聴取損失を伴うものに対して、低周波数音知覚を改善する。従来の補聴器に適合しない環境または活動における使用を可能にする。しかしながら、有意な欠点は、マイクロホン、バッテリ、および信号調整／増幅電子機器の設置または除去のために、外科手術が必要とされ、埋め込まれたバッテリを外部的に充電するためのいくつかの手段が存在しなければならないことである。加えて、埋め込まれたマイクロホンは、皮膚表面における振動と電気信号との間のいくつかの媒体変換段階に依存し、全体的デバイス性能を制限する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４６０７３８３号明細書
【特許文献２】米国特許第３７４６７８９号明細書
【特許文献３】米国特許第６４９８８５４号明細書
【特許文献４】米国特許第６２６１２３７号明細書
【特許文献５】米国特許第６９３７７３６号明細書
【特許文献６】米国特許第７４３３４８４号明細書
【特許文献７】米国特許第６５１６２２８号明細書
【特許文献８】米国特許第６６２６８２２号明細書
【特許文献９】米国特許第７２０４７９９号明細書
【特許文献１０】米国特許第７３５４３９４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、組織に埋め込まれたマイクロホンおよび外部に適用された組織接触マイクロホンの前述の制限を解決し、口腔内に位置する、内部ではあるが、非外科的に設置された（すなわち、可撤性）マイクロホンにおけるこの種のセンサの示された利点を実現することを目的とする。頬、口蓋、または歯肉の内側表面に対して位置付けられることによって、センサは、ほとんどの既存のデバイスに適合しない環境内で動作することができる、目に付かない補聴、体内音監視、または通信デバイスにおける構成要素としての役割を果たす。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の圧電膜は、電圧を誘発歪みに関連付ける、その高圧電電圧定数ｇ、組織に対して良好に整合されたその低機械的インピーダンス、ならびにその全般的頑健性および機械的安定性のため、口腔内組織接触センサとしての使用に非常に好適である。加えて、空気伝導マイクロホンによる後続検出のために、封入された空気腔内の圧力変化への機械的振動の変換に依存する、接触センサ（米国特許第６５１６２２８号および第７４３３４８４号に説明されるもの等）とは対照的に、圧電膜の場合、組織振動は、直接、圧電効果によって、電気信号に変換される。前述のように、全体を通して参照される、全特許または特許出願は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００１４】
湾曲開放フレーム構造に固定された場合、ＰＶＤＦ膜は、垂直方向に方向付けられた機械的変位に非常に高い感度を提供し、その周波数応答は、共鳴を下回って動作されると、一定である。曲率は、垂直方向に方向付けられた圧力を、適用された応力を遥かに上回り得る膜軸に沿った引張応力に変換する。誘発された膜応力は、適用された圧力に比例して、膜電極に電荷を発生させる。膜厚、曲率半径（ＲＯＣ）、および電極面積は、電気インピーダンス、感度、共鳴周波数、および機械的インピーダンスに影響を及ぼすように調節され、したがって、用途に対する微調整を可能にし得る。
【００１５】
可撤性口腔内組織伝導マイクロホンは、可撤性歯科用器具と取り付け、接着、または統合され得る。歯科用器具は、歯、例えば、上側奥歯に連結し、口腔のある軟組織と密接に接触する等、接触するようにマイクロホンを位置付ける。口腔粘膜（頬の内側表面）は、マイクロホンが、可能な限り、信号減衰を最小限にするように、外部音源に近接して使用され得る。代替実施例では、歯肉または口蓋が、代替位置として、使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａは、曲率が、どのように垂直方向に方向付けられた圧力を、適用された応力を遥かに上回り得る、膜軸に沿った引張応力に変換するかの実施例を示す。図１Ｂは、梁内に曲げモーメントを、および膜軸内に引張応力を生じさせる、梁の端部に作用する、垂直力を示す。図１Ｃは、ゴム接触パッドの周囲に巻き付けられている膜を組み込む、圧電膜組織接触マイクロホンを示し、パッド上の垂直力が、ゴムパッドの半径方向拡張のため、膜軸に張力を発生させる。
【図２Ａ】図２Ａは、歯の舌側または頬側に位置付けられる、金属またはプラスチック筐体内に含まれる、歯科用器具のマイクロホンセンサ部分を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、軟組織との良好な接触を確保し、ＰＶＤＦ膜の活性部分に効率的に振動を連結するために、フレーム開口部上の中心に位置する、薄型突起を組み込む、接触レンズを示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、３０４または３１６ステンレス鋼またはチタン等の生体適合性金属から構築される、フレームの実施例を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、ＰＶＤＦ膜の層（例えば、１０ｍｍｘ２０ｍｍ、５２ミクロン厚）を湾曲かつ開放金属フレームに接合（例えば、シアノアクリレート、エポキシ樹脂、または両面接着剤によって）または機械的に固定することによって、構築される、マイクロホンセンサの実施例を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、伸展方向（１−方向）が示される、圧電膜を示し、（１−方向における）膜の縁は、固定されるが、その側辺は、固定されず、さらに、平坦開放フレームを使用する圧電膜センサのための代替配設を示し、（１−方向における）膜の縁は、固定されるが、その側辺は、固定されず、膜は、中立位置にある。また、平坦開放フレームを使用する圧電膜センサが示され、（１−方向における）膜の縁は、固定されるが、その側面は、固定されず、幕は、中立位置からたわんでいる。
【図３Ｂ】図３Ｂは、空気腔の背後に位置付けられたエレクトレットマイクロホンと、ダイヤフラムとを組み込む、設計を示し、ダイヤフラムは、組織と接触するためのゴムパッドと接触する。
【図３Ｃ】図３Ｃは、片持ち梁構造を組み込む、圧電膜センサを示し、膜は、梁の一方の表面に、靭性接着剤（例えば、エポキシ樹脂）によって接合され、梁の端部は、マイクロホンフレームに固定される。
【図３Ｄ】図３Ｄは、有効周波数応答を拡張するために、マイクロホン内に組み込まれる、異なる特性を伴う、複数の梁構造の実施例を示す。
【図３Ｅ】図３Ｅは、センサが、どのように広帯域周波数応答を生成するように、総括および増幅される、電圧信号を発生し得るかの実施例を示す。
【図３Ｆ】図３Ｆは、剛なプラットフォームに対して固定され、圧電膜によって包囲される、円筒形区画を組み込む、ゴム接触パッドを示す。
【図３Ｇ】図３Ｇは、接触パッドの円筒形部分とマイクロホン筐体内の剛なプラットフォームとの間に挟さまれている圧電セラミックディスクの実施例を示す。
【図４】図４は、奥歯の背後にルーティングされる器具の頬側および舌側を接続する導管によって、バッテリ電力および下流の電気段階に配線で接続された前置増幅器回路を伴う、マイクロホンセンサを示す。
【図５Ａ】図５Ａは、可能な限り、例えば、口腔粘膜を通して、信号減衰を最小限にするように、外部音源に近接して位置付けられるように、マイクロホンを位置付けるために、上側奥歯等の歯に連結される歯科用器具の実施例を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、例えば、口蓋に対して、マイクロホンを位置付けるために、歯に連結される歯科用器具を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、歯肉に対して、マイクロホンを位置付けるために、歯に連結される歯科用器具を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、用途に応じて、さらなるデジタル信号処理電子機器、送信機または受信機回路（または、両方）、アンテナ、およびバッテリ（例えば、リチウムイオン）を組み込む、歯科用器具の両側を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、マイクロホンから受信した信号が、どのように、後の分析のために、歯科用器具内に格納されるフラッシュメモリ内に記憶され得るかの実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
空気伝導マイクロホンと同じように、下層（組織）膜の機械的振動を検出する、皮下に埋め込まれたマイクロホンとは対照的に、周囲音検出のために使用される口腔内マイクロホンは、頭部の軟組織に連結し、それを通して伝播する、音圧波に応答しなければならない。頭部の空気／組織境界は、インピーダンス不整合および信号の散乱のため、音伝送に対する有意な障壁として作用し、外部音圧エネルギーの少量のみが埋め込まれたセンサに伝送される。空気／水境界における音圧波の直角入射は、音響強度において、３３ｄＢ（９９．９％）の理論的損失をもたらす。散乱効果もまた、関与し、空気中の水球に対するＦＥＡモデル（頭部を近似する）は、若干高い音響減衰を予測する。
【００１８】
したがって、周囲音を測定するために使用される、口腔内組織伝導マイクロホンは、空気／組織界面における損失を克服するために十分なＳＮＲ（信号対雑音比）を有する一方、最小所望周囲音圧レベル（ＳＰＬ）を検出しなければならない。補聴器内の構成要素として効果的に使用される、口腔内組織マイクロホンは、標準化された測定基準に従って、７０ｄＢ  ＳＰＬにおいて、優れた発話明瞭度をもたらし、６０ｄＢ  ＳＰＬ未満（伝播損失のため、センサにおいて測定されると、３０ｄＢ  ＳＰＬ未満になる）まで有用性能を提供すべきである。
【００１９】
発話、呼吸、または他の体内音等のユーザ発生（すなわち、天然）音の検出のために使用される場合、口腔内組織マイクロホンは、ユーザの軟組織内を伝播する振動を感知し、したがって、空気／組織境界損失によって制限されない。軟組織は、低域通過フィルタとして作用し、高周波数音成分を減衰させるが、これは、任意の外部に搭載された組織接触マイクロホンにも当てはまる。
【００２０】
声道の追加成形を伴わずに、喉頭で振動を感知する、喉マイクロホンとは対照的に、口腔内組織において検出される発話情報は、咽頭、硬咬合器（硬口蓋、歯）、および軟咬合器（舌、軟口蓋）を含む、声道の大部分からの寄与を含み得る。唇および鼻腔の影響は、口腔内組織信号から排除され得るが、発話品質は、喉マイクロホンのものより著しく優れているであろう。頭蓋骨または外耳道搭載組織マイクロホンは、誘発された骨振動におけるより多くの声道成分内容のため、より高い信号品質を提供し得るが、口腔内マイクロホンに勝る利益は、僅かであり得る。発明者らは、空気伝導音と比較して、口腔内マイクロホンの良好な発話忠実性を示した。
【００２１】
ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の圧電膜は、電圧を誘発歪みに関連付けるその高い圧電電圧定数ｇ、組織に良好に整合されるその低機械的インピーダンス、およびその全般的頑健性および機械的安定製のため、口腔内組織接触センサとして使用するために非常に好適である。加えて、空気−伝導マイクロホン（米国特許第６５１６２２８号および第７４３３４８４号に説明されるもの等）による後の検出のために、封入された空気腔内における圧力変化への機械的振動の変換に依存する接触センサとは対照的に、圧電膜の場合、組織振動は、圧電効果によって直接電気信号に変換される。
【００２２】
湾曲開放フレーム構造に固定された場合、ＰＶＤＦ膜１０は、垂直方向に方向付けられた機械的変位に対して、非常に高い感度を提供し、その周波数応答は、共鳴を下回って動作される場合、一定である。曲率は、垂直方向に方向付けられた圧力または力Ｆを、適用された応力を遥かに上回り得る、膜軸に沿った引張応力に変換する（図１Ａ）。誘発された膜歪みは、適用された圧力に比例して、膜電極に電荷を発生させる。膜厚、曲率半径（ＲＯＣ）、および電極面積は、電気インピーダンス、感度、共鳴周波数および機械的インピーダンスに影響を及ぼすように調節され、したがって、用途に対して微調整を可能にし得る。図１Ｂは、垂直方向に方向付けられた力Ｆが、片持ち梁構造に構成される膜１０に適用され得、方向付けられた力は、梁の長さに沿って、張力Ｆｔを誘発する、実施例を例証する。同様に、図１Ｃは、垂直方向に方向付けられた力Ｆが、湾曲構造にわたり半径方向拡張を誘発し、円周に接合された膜内に張力を発生させる湾曲構造１２に適用され得る別の実施例を例証する。
【００２３】
口腔内組織伝導マイクロホン２０は、可撤性歯科用器具（図４Ａ）と取り付け、接着、または統合され得る。歯科用器具は、歯、例えば、上側奥歯Ｍに連結し、口腔のある軟組織と接触するように、マイクロホン２０を位置付ける。口腔粘膜（頬の内側表面）は、マイクロホン２０が、可能な限り、信号減衰を最小限にするように、外部音源に近接して位置付けられるので、好ましい（図５Ａ）。歯肉（図５Ｃ）または口蓋（図５Ｂ）もまた、代替位置を構成し得る。例えば、図５Ｂに示されるように、頬側部分１００は、バッテリおよび／または電子機器を保持し得る一方、構造部材２２を介して連結される第２の部分１０２は、軟口蓋の一部に対して、デバイスによって位置付けられるマイクロホンを含み得る（本明細書に説明されるように）。図５Ｃは、マイクロホン２０が、歯または歯表面上ではなく、歯肉Ｇの頬側に対して位置付けられ得る別の変形例を示す。第２の部分１０４は、前述のように、舌側に維持され得る一方、２つの部分は、構造部材２２を介して、奥歯の周囲に相互に連結される。
【００２４】
歯科用器具は、歯科用構造のモデルを使用して作製され、熱形成プロセスを使用して加工される、カスタマイズされたデバイスであり得（図４）。また、例えば、接続ワイヤまたは他の構造部材２２によって、またはねじりバネを伸展させ、定位置に設置し、次いで、解放することによって、奥歯に固定することができる非カスタム形式を利用し得る。接続ワイヤまたは他の構造部材２２はさらに、例えば、デバイスの２つの部分間、例えば、内側頬表面に接触する頬側マイクロホン２０と、バッテリおよび／または電子機器を保持し得る舌側部分２４との間の電力および／または信号をルーティングする導管として機能し得る。さらなる搭載技法は、参照として組み込まれる、２００９年１０月２９日出願の米国特許出願第２００９／０２６８９３２号に説明されている。歯科用器具は、歯の１つ以上の表面に適合し得る１つ以上の特徴２６を組み込み、歯上でのその維持および配置を改善する。
【００２５】
歯科用器具のマイクロホンセンサ部分２０は、軟組織接触領域に応じて、歯の舌側または頬側に位置付けられる、例えば、金属、プラスチック、または他の好適な筐体３０内に含まれ得る（図２Ａ）。マイクロホン筐体の歯接触部分は、２本の奥歯間の間隙空間内に嵌入する突起等の凸形特徴２８を組み込み、使用中、位置を維持し得る。マイクロホン２０筐体の歯接触部分は、好ましくは、軟プラスチックまたはゴム材料を組み込み、歯を通した骨伝導を介して、筐体に連結される振動を低減させる。筐体３０は、例えば、液体シリコーンゴム（ＬＳＲ）で被覆成形され得るが、軟組織（頬の内側表面等）に接触する筐体３０の一部は、シリコーンまたはポリウレタン接触表面３２を有し得る。筐体３０の内部３８（例えば、信号調整電子機器を格納し得る）は、伝導性塗料または金属鍍着３６を組み込み、電磁干渉に対するマイクロホンの感受性を低減させる。
【００２６】
マイクロホンセンサ２０は、膜１０の伸展方向（「１」方向４４として知られる）が、フレーム３４の曲率半径に沿うように、ＰＶＤＦ膜１０の層（例えば、１０ｍｍｘ２０ｍｍ、５２ミクロン厚）を湾曲開放金属フレーム３４（図２Ｄ）に接合（例えば、シアノアクリレート、エポキシ樹脂、または両面接着剤４０によって）または機械的に固定することによって、構築することができる（参照として組み込まれる米国特許第６９３７７３６号）。ＰＶＤＦのコポリマー（例えば、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ）等の他の圧電膜も、使用され得る。
【００２７】
フレーム３４（図２Ｃ）は、３０４または３１６ステンレス鋼またはチタン等の生体適合性金属から構築され得る。不活性な膜材料の量（寄生容量に追加される）を最小限にするために、フレーム縁の幅は、膜を効果的に固定し、たわみに抵抗するための実践的最小に維持される。幅１−２ｍｍが、一実施例において使用され得る。曲率半径は、直接、マイクロホン感度および共鳴周波数に影響を及ぼす（膜の柔軟性に及ぼす効果のため）。例えば、５ｍｍ−２０ｍｍのフレーム半径が、主要発話周波数帯域（３００−４ｋＨｚ）を上回る共鳴周波数を提供する一方、十分なデバイス感度を維持するために使用され得る。フレーム３４は、例えば、機械的ファスナーまたは接着剤によって、マイクロホン筐体３０に組み込まれる。さらに、フレーム３４は、所望の特性に応じて、楕円、円形等、いくつかの異なる形状に構成され得る。加えて、代替変形例では、フレームは、包体から省略され、および／または圧電膜は、筐体に直接固着され、フレームによって支持されないが、圧電膜は、包体の接触表面に接着され、それと振動接触したままであり得る。
【００２８】
シリコーンＲＴＶまたはポリウレタンゴム（例えば、ＮｕＳｉｌ  Ｍｅｄ−６０１５またはＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｘ３−６１２１）の接触層３２（レンズ）が、ＰＶＤＦ膜１０上の定位置に鋳造される。接触レンズ３２は、軟組織との良好な接触を確保し、ＰＶＤＦ膜１０の活性部分に効率的に振動を連結するように、フレーム開口部の中心に置かれる薄型突起を組み込む（図２Ｂ）。レンズ鋳造プロセスは、レンズと表面全体にわたるＰＶＤＦ膜との間の密接な機械的接触を確保し、液体侵入から、マイクロホンアセンブリの表面を密閉するように作用する。代替アプローチは、可撓性接着剤を使用して、圧電膜を予成形されたゴム接触層に取り付けるものである。これは、活性膜表面にわたる密接な接触およびレンズ／筐体界面における水密密閉を確保するよう注意が必要である。機械的負荷効果を最小限にし、マイクロホン外形を低減するために、接触レンズは、例えば、厚さ１−２ｍｍに限定され得る。
【００２９】
圧電膜センサ２０のための代替配設は、平坦開放フレーム３４を使用し、（１−方向４４に）相互に対向する第１の組の膜の縁は、固定される４０が、対向する第２の組の辺は、固定されない（図３Ａ）。接触レンズ５０に及ぼす静的（すなわち、「ＤＣ」）圧力（組織に対して設置される場合、等）は、膜をまっすぐまたは平坦な中立位置５２からたわませ、前述の湾曲構成５４をもたらす。ここでは、誘発される曲率５４の量は、適用されるＤＣ力によって規定され、したがって、センサの感度および周波数応答は、使用中、変動するであろう。しかしながら、本配設は、より軽い／より小さいデバイスおよび簡略化された構造をもたらし得る。
【００３０】
本構造の場合、膜曲率の量は、代替として、導線４２を介して第１および第２の電極に接続されるＤＣブーストコンバータ回路によってＤＣ電場を印加することによって、電子的に調節／制御され得る。
【００３１】
代替として、所望の圧電膜曲率は、可撓性接着剤を使用して、膜を所定の曲率５４を有するゴム接触層に接着させ、フレーム３４と筐体３０との間の縁を（１−方向に）固定することによって、達成され得る。
【００３２】
圧電膜センサ１０のさらなる実施例は、片持ち梁構造６８を組み込む。膜１０は、剛な接着剤（例えば、エポキシ樹脂）によって、梁の一方の表面に接合され７２、梁の端部は、マイクロホンフレームに固定される７０（図３Ｃ）。ゴム接触表面５０は、外部音振動が、ゴム５０内に伝播し、梁６８に伝達されるように、梁の端部に対して位置付けられる、円筒形部分７４を組み込む。本配設では、梁６８の端部に作用する垂直力は、梁６８に曲げモーメントを、および膜軸に引張応力を生じさせる（図１Ｂ）。前述の湾曲／固定膜１０配設と同様に、張力は、膜１０の縁に作用する。膜縁の小有効面積は、膜の表面で測定されるより遥かに高い応力を生じさせ、同じ入力圧力に対して、より高い電圧をもたらす。
【００３３】
梁寸法および材料は、所望の共鳴周波数を提供するように調節され得る。例えば、鋼鉄梁は、プラスチック梁と比較して、より高い共鳴周波数を発生させるであろう。有効周波数応答を拡張するために、異なる特性を伴う複数の梁構造もマイクロホン内に組み込まれ得る（図３Ｄ）。本配設では、単一組織接触パッドが、各々が独自の周波数応答を有する両方の梁に適用される。例えば、各々が梁上に配置される膜１０を有する（前述のように）高周波数共鳴梁８０および低周波数共鳴梁８２が、フレーム３４に沿い互に近接して固定され、各梁８０、８２が、同じ適用力Ｆを有し得る。外部振動に応答して、センサは、広帯域周波数応答を生成するように、総括および増幅される電圧信号を発生させる（図３Ｅ）。すなわち、高周波数共鳴梁８０からの応答８４および低周波数共鳴梁８２からの応答８６は、広帯域周波数応答を生成するように、総括および増幅され得る。
【００３４】
代替として、圧電膜組織接触マイクロホンは、ゴム接触パッド１２の周囲に巻き付けられた膜１０を組み込み、パッド上の垂直力Ｆは、ゴムパッドの半径方向拡張によって、膜１０の軸に張力を発生させる（図１Ｃ）。ゴム接触パッド５０は、比較的に剛なプラットフォーム９０に対して固定される円筒形区分９４を組み込む（図３Ｆ）。圧電膜１０は、円筒形９４の周囲に巻き付けられ、エポキシ樹脂、またはシアノアクリレート、または他の接着剤によって、それ自体に接合される。小露出タブ９６は、底面電極へのアクセスを可能にする。電気導線４２は、信号調整および増幅のために、上面および底面電極の両方に取り付けられ、プラットフォーム９０の孔を通して、マイクロホン包体３８にルーティングされる。
【００３５】
別の組織接触マイクロホンは、ゴム接触パッド５０に連結される圧電セラミックディスク９２（例えば、ＰＺＴ５Ｈ）を組み込む。ディスク９２は、接触パッドの円筒形部分９４とマイクロホン筐体内の剛体のプラットフォーム９０との間に挟さまれている（かつ、接触される）（図３Ｇ）。ディスク９２は、例えば、エポキシ樹脂、または当技術分野において周知の他の好適な接着剤材料によって、プラットフォーム９０に接合される。ディスク９２の直径および厚さは、着目可聴周波数帯域を上回る共鳴周波数を提供するように制御される。プラットフォーム９０は、例えば、Ｕｌｔｅｍ（ポリエーテルイミド）、またはＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン）、または他の好適なポリマー材料等の硬質ポリマーから加工され、圧電ディスクの背面に不整合機械的インピーダンスを提供し、感度を増加させ得る。電気導線４２は、信号調整電子機器への接続のために、上面および底面圧電電極に接合またははんだ付けされ、包体３８にルーティングされる。圧電膜と同様に、セラミック９２に連結された振動は、材料内に歪みを誘発し、電荷を発生させる。本配設では、圧電セラミック９２は、その厚さモード（３−方向、ポーリング方向に沿って）で動作し、ＰＺＴ５Ｈ等のセラミックは、本モードにおいて、膜より著しく効率的である。しかしながら、セラミック９２の高音響インピーダンス（約３０ＭＲａｙｌ）は、ゴムから連結され得る音エネルギーの量を制限する。機械的連結は、セラミック／エポキシ樹脂合成物を利用して、音響インピーダンスを低減させる（約１５ＭＲａｙｌ）ことによって、有意に改善することができる。
【００３６】
口腔内組織マイクロホンの最終実施例は、米国特許第７４３３４８４号に説明されるものに基づく、音響振動センサを組み込み得る。本設計は、空気腔６６およびダイヤフラム６０の背後に位置付けられる、エレクトレットマイクロホン６２を組み込み、ダイヤフラム６０は、組織との接触のために、ゴムパッド５０と接触する（図３Ｂ）。エレクトレットマイクロホンは、通常、外部使用のために意図され、外部大気への圧力解放ポートを組み込む。筐体を密閉することによって、センサは、前述の可撤性歯科用器具内に統合され得る。マイクロホンの背後のチャンバ内に封入された空気６６は、デバイスの共鳴周波数に影響を及ぼす、剛性リアクタンスとして作用し、追加された組織層による、追加の機械負荷に対抗し得る。
【００３７】
上側奥歯に対して頬側に搭載するために、口腔内組織伝導マイクロホンアセンブリは、例えば、２０ｍｍ（水平長）ｘ２０ｍｍ（垂直幅）ｘ１０ｍｍ（外形高）を超えない体積内に含まれ、快適性を改善し、発話、飲食、および微笑等、通常の活動中の隠匿性を維持する。口蓋への代替搭載構成は、発話への影響を最小限にし、咽頭反射を回避するために、同様の寸法上の制約を必要とする。
【００３８】
ＰＶＤＦ膜またはエレクトレットマイクロホンセンサの高容量は、さらなる電気段階を効果的に駆動するために、信号調整回路が可能な限りセンサに近接して位置付けられることを必要とする。前置増幅器は、インピーダンス変換および信号利得のために、高入力インピーダンス（例えば、＞１０ＭＯｈｍ）低雑音ＪＦＥＴトランジスタまたは市販のエレクトレット増幅器チップを組み込み、マイクロホン筐体内にセンサとともにパッケージ化され得る。帯域通過フィルタが、３００Ｈｚ-４０００Ｈｚ等の発話周波数範囲を強調するために、信号増幅後に採用され得る。
【００３９】
マイクロホン２０自体のサイズ制約のため、歯科用器具の対向する側２４は、用途に応じて、さらなるデジタル信号処理電子機器、送信機または受信機回路（または、両方）、アンテナおよびバッテリ（例えば、リチウムイオン）を組み込み得る（図６Ａ）。この場合、マイクロホンセンサまたは前置増幅器回路は、奥歯の背後にルーティングされる器具の頬側および舌側を接続する導管２２によって、バッテリ電力および下流の電気段階に配線で接続される。
【００４０】
デバイスは、意図された使用に応じて、または封入されたバッテリを再充電するために、必要に応じて、口から除去され得る。充電は、誘導的手段（誘導コイルが、歯科用器具パッケージ内に必要とされる）を使用して、または露出された電気接点の直接連結によって、達成され得る。
【００４１】
可撤性口腔内組織マイクロホンは、中耳または蝸牛インプラント等の補聴システムの一体部分として使用され得る。この場合、口腔内マイクロホンは、外部空気伝導マイクロホンまたは皮下的に埋め込まれたマイクロホンに取って代るであろう。口腔内マイクロホンによって検出される信号は、例えば、中耳または聴神経のさらなる信号処理および刺激のために、埋め込まれた受信コイルへの近接場磁気誘導（ＮＦＭＩ）または低電力無線機周波数（ＲＦ）リンクを使用して、処理／フィルタリングされ、増幅され、および無線伝送されるであろう。口腔内マイクロホンは、隠された中耳または蝸牛インプラント補聴システムのための非外科的解決策を提供する。
【００４２】
別の使用では、口腔内マイクロホンは、口腔内骨伝導補聴システムに統合されてもよく、その場合は、歯は、外部信号に応答して振動され、誘発される振動は、骨伝導によって蝸牛に伝播し、ユーザは、それらを音として感知する。本システムでは、組織マイクロホンおよび骨変換器は、同一歯科用器具に組み込まれ、マイクロホン信号は、駆動電子機器に配線で接続され得る。代替として、マイクロホンは、口の片側に位置付けられ、受信した音を、歯を駆動するために、口の反対側に位置付けられた別の器具に無線で伝送する。さらに別の代替では、マイクロホンは、口の下側または上側部分のいずれかに位置付けられ、相補的に口の対向する下側または上側部分に位置付けられた別の器具に、受信した音を無線で伝送し得る。このように、口腔内組織マイクロホンは、隠され、かつ可撤性の補聴器を構成する。
【００４３】
さらに、口腔内組織マイクロホンは、例えば、ユーザ発話を捕捉および処理し、電話（例えば、携帯電話）、無線機（例えば、携帯用無線機）、あるいは標準的低電力無線通信プロトコル（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を使用して、信号を受信および／または伝送可能な他の通信デバイスに、発話を含む信号を無線で伝送する、通信システムの一部として使用され得る。前述のように、組織マイクロホンは、外部空気伝導音に対して感度が低く、したがって、本システムは、特に、高雑音環境において有用となるであろう。
【００４４】
代替として、通信システムは、より高い電力伝送電子機器を利用して、範囲を１０−１００ｍ以上に増加させ、したがって、ユーザが、完全に隠されたマイクロホンを装着し、遠隔に位置する受信機と通信することを可能にする。口腔内組織マイクロホンは、この場合、ユーザ発話、生物物理学的音（例えば、呼吸、心臓の鼓動音等）、または周囲音を検出するために使用され得る。
【００４５】
さらなる用途では、マイクロホンは、ユーザ発話、生物物理学的音、または周囲音を監視するために、口腔内記録システムの一部として、使用され得る。マイクロホン２０から受信した信号は、後の分析のために、歯科用器具の舌側部分２４に格納される、フラッシュメモリまたは他の好適なメモリ記憶デバイス内に記憶され得る（図６Ｂ）。
【００４６】
本発明を実行するための前述のアセンブリおよび方法の修正、実用可能であるような異なる変形例の間での組み合わせ、および当業者にとって明白な本発明の側面の変形例は、特許請求の範囲内であることを目的とする。
【図１】
2013531932.tif 000003
【図２（Ａ）】
2013531932.tif 000004
【図２（Ｂ）】
2013531932.tif 000005
【図２（Ｃ）】
2013531932.tif 000006
【図２（Ｄ）】
2013531932.tif 000007
【図３Ａ】
2013531932.tif 000008
【図３Ｂ】
2013531932.tif 000009
【図３Ｃ】
2013531932.tif 000010
【図３Ｄ】
2013531932.tif 000011
【図３Ｅ】
2013531932.tif 000012
【図３Ｆ】
2013531932.tif 000013
【図３Ｇ】
2013531932.tif 000014
【図４】
2013531932.tif 000015
【図５（Ａ）】
2013531932.tif 000016
【図５（Ｂ）】
2013531932.tif 000017
【図５（Ｃ）】
2013531932.tif 000018
【図６Ａ】
2013531932.tif 000019
【図６Ｂ】
2013531932.tif 000020
【国際調査報告】
2013531932.tif 000021