(57)【要約】効率的な態様で音響データを取得する装置、システム、方法が開示されている。いくつかの実施の形態は、分極軸及び導電層を有する圧電検知部分を有している。いくつかの実施の形態において、これらの圧電検知部分は、全体的に互いに同一平面にあり、一部電気的に接続されている。いくつかの実施の形態において、２つの圧電検知部分の分極軸は、これらの間にゼロ以外の角度を有している。ある実施の形態は、ノイズ低減素子を備える。いくつかの実施の形態において、電気信号を検知するために電極を備えている。
2008546482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源からの音響信号を検知するための装置であって、
第１分極軸及び２つの導電部分を有する第１圧電部分を備える第１音響検知素子と、
第２分極軸及び２つの導電部分を有する第２圧電部分を備える第２音響検知素子と、
ノイズ低減素子と、を備え、
前記第１圧電部分における１つの導電部分は、前記第２圧電部分における１つの導電部分に電気的に接続され、
前記第１圧電部分及び前記第２圧電部分は、前記第１分極軸及び前記第２分極軸が、互いの間にゼロでない角度を形成するように、配置されている、装置。
【請求項２】
前記ノイズ低減素子は、音響ノイズを減衰するように構成されたノイズ低減材料を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ノイズ低減材料は、ノイズ低減発泡体、エラストマー、又はゲル、を備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記ノイズ低減材料は、少なくとも１つの前記第１音響検知素子及び前記第２音響検知素子の少なくとも一部を実質的に囲む、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記ノイズ低減素子は、少なくとも１つの前記第１音響検知素子及び前記第２音響検知素子を音響ノイズから少なくとも部分的に遮蔽するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
音響ノイズを減衰するように構成されたノイズ低減材料を更に備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ノイズ低減素子は、音響振動数帯域における音響ノイズを低減するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記音響振動数帯域は、約３００Ｈｚから約２０００Ｈｚである、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも一部の前記ノイズ低減素子は、前記第１音響検知素子及び前記第２音響検知素子から離隔されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
ハウジングを更に備え、
前記第１音響素子及び前記第２音響素子は、前記ハウジング中に配置され、
前記ハウジングは、音源からの音響信号を前記第１検知素子及び前記第２検知素子によって受信できるように構成された表面部分を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記ノイズ低減素子は、前記ハウジング内に配置されるノイズ低減材料を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
少なくとも一部の前記第１音響検知素子及び前記第２音響検知素子は、前記ハウジングの前記表面部分及び前記ノイズ低減材料の間に、全体的に配置される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ノイズ低減材料は、前記第１音響検知素子及び前記第２音響検知素子を実質的に囲んでいる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記音源は、体内に位置しており、
前記ハウジングにおける前記表面部分は、前記体の肌に適用されるように構成されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記ゼロでない角度は、約９０度である、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
音響及び電気信号を検知するための装置であって、
第１分極軸及び２つの導電部分を有する第１圧電部分を備える第１音響検知素子と、
第２分極軸及び２つの導電部分を有する第２圧電部分を備える第２音響検知素子と、
前記第１音響検知素子及び前記第２音響検知素子における前記導電部分から電気的に絶縁される電極と、を備え、
前記第１圧電部分における１つの導電部分は、前記第２圧電部分における１つの導電部分に電気的に接続され、
前記第１圧電部分及び前記第２圧電部分は、前記第１分極軸及び前記第２分極軸が、互いの間にゼロでない角度を形成するように、配置されている、装置。
【請求項１７】
前記電極は、導電層を備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記導電層は、金属又は金属合金を備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記電極は、音響信号が少なくとも１つの前記第１音響検知素子及び前記第２音響検知素子によって受信できるように、音源からの音響信号を少なくとも一部通すように構成されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記電極は、患者の肌に電気的に接続されるように構成されている、請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記電極は、前記患者の心臓からの電気信号を受信するように構成され、
前記第１音響検知層及び前記第２音響検知層は、前記患者内の解剖学的構造からの音響信号を受信するように構成されている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
ノイズ低減素子を更に備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
前記ノイズ低減素子は、音響ノイズを減衰するように構成されたノイズ低減材料を備える、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記ノイズ低減素子は、少なくとも１つの前記第１音響検知素子及び前記第２音響検知素子を音響ノイズから少なくとも部分的に遮蔽するように構成されている、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
前記ゼロでない角度は、約９０度である、請求項１６に記載の装置。
【請求項２６】
音響検知装置であって、
第１分極軸及び２つの導電層を有する第１圧電検知部分と、
第２分極軸及び２つの導電層を有する第２圧電検知部分と、
前記第２圧電検知部分は、前記第１圧電検知部分に全体的に同一平面に位置されて、
前記第１圧電検知部分における１つの導電層は、前記第２圧電検知部分における１つの導電層に電気的に接続され、
前記第１分極軸及び前記第２分極軸は、互いの間にゼロでない角度を有している、装置。
【請求項２７】
前記第１圧電部分は、前記第２圧電検知部分から、部分的に離れている、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１圧電検知部分における１つの導電層と、前記第２圧電検知部分における１つの導電層と、の電気的な接続は、これらの２つの導電層間の直接接触によって形成されている、請求項２６に記載の装置。
【請求項２９】
前記第１圧電検知部分における１つの導電層と、前記第２圧電検知部分における１つの導電層と、の電気的な接続は、これらの２つの導電層間における曲がった金属接続によって形成されている、請求項２６に記載の装置。
【請求項３０】
前記第１圧電検知部分における１つの導電層と、前記第２圧電検知部分における１つの導電層と、の電気的な接続は、これら２つの導電層を含む等電位面を形成する、請求項２６に記載の装置。
【請求項３１】
前記第１圧電検知部分及び前記第２圧電検知部分は、２つの前記圧電検知部分が略同一方向のひずみを受けるときに、一方の圧電検知部分の頂部導電層が、他方の圧電検知部分の底部導電層と同じ極性の電荷を受け取るように、互いに反転している、請求項２６に記載の装置。
【請求項３２】
前記圧電検知部分の各々は、ポリビリニデンフルオロイドを含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項３３】
前記導電層は、金属化された部分を含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項３４】
各々の前記圧電検知部分は、前記２つの導電層を組み合わせたものよりも厚い検知層を有している、請求項２６に記載の装置。
【請求項３５】
前記第１分極軸及び前記第２分極軸の間の角度は、略９０度である、請求項２６に記載の装置。
【請求項３６】
音響センサを製造する方法であって、
第１分極軸を有する第１圧電検知層を提供すること、
前記第１圧電層の各側面に１つずつ、２つの導電層を提供すること、
第２分極軸及び２つの導電層を有する第２圧電層を提供すること、を含み、
前記２つの導電層は、第２圧電層の各側面に１つずつ提供され、
前記第２圧電層は、前記第１圧電層と全体的に同一平面に位置しており、
前記第１圧電検知部分における１つの導電層は、前記第２圧電検知部分における１つの導電層に電気的に接続され、
前記第１分極軸及び前記第２分極軸は、互いの間にゼロでない角度を有している、方法。
【請求項３７】
前記第１圧電層を、前記第２圧電層から、部分的に離すことを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１圧電層における１つの導電層と、前記第２圧電層における１つの導電層とを、これらの２つの導電層を直接接触することによって、電気的な接続を形成することを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１圧電層における１つの導電層と、前記第２圧電層における１つの導電層とを、これらの２つの導電層間の屈曲可能なリード線で、電気的な接続を形成することを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】
２つの前記圧電層が略同一方向のひずみを受けるときに、一方の圧電層の頂部導電層が、他方の圧電層の底部導電層と同じ極性の電荷を受け取るように、前記第１圧電層及び前記第２圧電層の極性を互いに反転させることを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４１】
ポリビリニデンフルオロイドを含む少なくとも１つの圧電層を提供することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
金属導電層を提供することを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４３】
前記２つの導電層を組み合わせたものよりも厚い圧電層を提供することを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１分極軸及び前記第２分極軸の間の角度を略９０度に配向することを更に含む、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年６月２１日出願、名称“ACOUSTIC SENSOR”の、米国特許仮出願第６０／６９２５１５号明細書に基づく優先権を主張する。この明細書の全体は、参照として本願明細書に組み込まれ、本願明細書の一部をなす。本出願は、２００６年５月２日出願、名称“ACOUSTIC SENSOR”の、米国特許第１１／４１５８９５号明細書、及び、２００６年５月３日出願、名称“ACOUSTIC SENSOR”の、米国特許第１１／４１７９５２号明細書にも関連する。これらの明細書の全体は、参照として本願明細書に組み込まれ、本願明細書の一部をなす。
【０００２】
本願明細書において記載されている本発明は、全般的にトランスデューサの分野に関し、特に音響トランスデューサに関するものである。例えば、いくつかの実施の形態は、生物音を検出でき、そして、これらの音源に関する生物的な特徴を決定する信号処理のための正確なデータを生成できる音響センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
トランスデューサは、多くの現代技術において有効な部分である。ある有用な部類のトランスデューサは、音響振動波といったアナログ信号を電気信号に変換する。特に、マイクロホンは、音響トランスデューサを含み、これらの音に対応する信号を検出して記録できる。人間の髪自体が音響トランスデューサである。
【０００４】
音響センサの設計者は、不必要なノイズから所望な信号を分離するという課題を継続的に抱えている。この課題は、電子ノイズ（又は不必要な電気信号）と同様に、音響ノイズ（又は外部の音響振動）にも当てはまる。音響ノイズは、人間の耳で検出可能な気を散らす背景のしゃべり声、又は、道路を運転する離れたトラックかあの瞬間的な聞き取れない振動でありうる。この種のノイズは、音響センサの入力に干渉するおそれがある。電子ノイズは、電子機器中の電子に振動又は移動を引き起こす電磁放射でありうる。この種のノイズは、音響センサの出力に干渉するおそれがある。トランスデューサは、ある信号を別の信号に変えるため、いずれの型の信号に対してもノイズの問題がある。
【０００５】
電流センサで発生する他の問題は、信号の過度検知である。例えば、多くの場合に、センサは、効率的な信号検出が構造的に可能である。しかしながら、信号に対するセンサの方向で、過度に敏感になる。比較的小さな方向の変化であっても、センサは、受信信号の強度に著しく影響して、信号が受信されたか否かを決定しえないおそれがある。従って、多くのセンサは、適切な方向に非常に依存しているため、非効率的である。これにより、反復テスト（作業者がエラーに気づいた場合）、又は不正確で信頼できない読込がもたらされる。
【０００６】
既存のセンサにおける別の問題は、異なる時間でセンサの様々な部分への信号の到着に関するものである。例えば、互いに垂直に積層された複数の（マルチプル）センサ部分を有するいくつかのセンサにおいて、スタックの下から到着する信号は、ある時間にあるセンサ部分に到達するが、同じ信号は、後になるまで他のセンサ部分に到達しない。この到着の時間差によって、センサ出力における信号時間の出現多義性（不明確さ）が生じるおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、音響トランスデューサの感度を増大し、シールディング（遮蔽）を向上し、望ましくないノイズを低減し、そして、ノイズ対信号比を増大する方法及び装置に対する必要性が存在している。センサのエラーによる時間消費及び再配置を必要とせずに、様々な方向からの信号を受信する音響センサの能力を向上する方法及び装置に対する必要性も存在している。更に、様々な検知素子での到着時間差に関する問題を最小化して信号検知出力における信号時間の出現多義性を最小化するためにセンサを向上する必要性も存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施の形態において、発生源からの音響信号を検知する装置は、第１分極軸及び２つの導電部分を有する第１圧電部分を備える第１音響検知素子を備える。この装置は、第２分極軸及び２つの導電部分を有する第２圧電部分を備える第２音響検知素子を備える。この装置は、ノイズ低減素子を更に備える。この装置は、第１圧電部分の１つの導電部分が第２圧電部分の１つの導電部分に電気的に接続されるように構成されている。この装置は、第１分極軸及び第２分極軸の間の角度をゼロ以外にするように第１圧電部分及び第２圧電部分が配置されるように更に構成されている。
【０００９】
他の実施の形態における音響及び電気信号を検知する装置は、第１分極軸を有する第１圧電部分及び２つの導電層を備える第１音響検知素子、及び、第２分極軸を有する第２圧電部分及び２つの導電層を備える第２音響検知素子を備える。この装置は、第１及び第２音響検知素子の導電部分から電気的に絶縁された電極を更に備える。この装置は、第１圧電部分の１つの導電部分が第２導電部分の１つの導電部分に電気的に接続されるように構成されている。この装置は、第１分極軸及び第２分極軸の間の角度をゼロ以外にするように第１及び第２圧電部分が配置されるように更に構成されている。いくつかの実施の形態におけるこの装置は、ノイズ低減素子を更に備える。
【００１０】
他の実施の形態において、音響を検知する装置は、第１分極軸を有する第１圧電部分及び２つの導電層を備える第１音響検知素子、及び、第２分極軸を有する第２圧電部分及び２つの導電層を備える第２音響検知素子を備える。この装置において、第２圧電検知部分は、第１圧電検知部分の１つの導電層が第２圧電検知部分の１つの導電層に電気的に接触して、第１圧電検知部分に全体的に同一平面に配置されている。第１分極軸及び第２分極軸の間の角度は、ゼロ以外である。
【００１１】
実施の形態における音響センサの製造方法は、第１分極軸を有する第１圧電部分及び２つの導電層を備える第１圧電層を提供すること、を含む。１つの導電層は、第１圧電層の片側上にある。この方法は、第２分極軸を有する第２圧電部分及び２つの導電層を備える第２圧電層を提供すること、を含む。１つの導電層は、第２圧電層の片側上にある。第２圧電検知部分は、第１圧電検知部分の１つの導電層が第２圧電検知部分の１つの導電層に電気的に接触して、第１圧電検知部分に全体的に同一平面に配置されている。第１分極軸及び第２分極軸の間の角度は、ゼロ以外である。
【００１２】
本発明における特定の実施の形態は、図面を参照して簡潔に記述される。これらの図は、例示であり、本発明は、示され又は記述された主題に制限されない。
【００１３】
図１は、本発明の一実施の形態による、センサの検知層部材の概略斜視図である。
【００１４】
図２は、図３の２−２線に沿った、２つの検知層部材の概略断面側面図である。
【００１５】
図３は、リード線及び他の部材を有する図２の検知層部材の概略平面図である。
【００１６】
図４は、本発明の一実施の形態による、センサの一部の（図５の４−４線に沿った）概略部分断面側面図である。
【００１７】
図５は、本発明の一実施の形態によるセンサの概略斜視図である。
【００１８】
図６は、プロセッサへのデータを送信するリード線を有する患者の胸の表面上に位置する複数のセンサの概略例である。
【００１９】
図７Ａ−図７Ｃは、圧電材料の屈曲によって誘起された圧電分極及び電荷に関する特定の概念の概略例である。
【００２０】
図８Ａ−図８Ｂは、平面材料の多次元屈曲及び対応するベクトル原理の概略例である。
【００２１】
図９Ａは、患者の肌に位置する、本発明の一実施の形態によるセンサ、及び、実質的な球面音波を放出する点源の切断概略断面例である。
【００２２】
図９Ｂは、後の時間での、図９Ａのセンサ、点源、及び音波の概略断面例である。
【００２３】
図９Ｃは、図９Ｂのセンサ、点源、及び音波の概略三次元立断面例である。
【００２４】
図１０は、本発明による一の代換実施の形態におけるセンサの斜視図である。
【００２５】
図１１Ａは、本発明による他の代換実施の形態におけるセンサの他の斜視図である。
【００２６】
図１１Ｂは、図１１Ａのセンサの平面図である。
【００２７】
図１１Ｃは、図１１Ｂの線１１Ｃ−１１Ｃに沿った、図１１Ａのセンサの概略断面側面図である。
【００２８】
図１２Ａは、一実施の形態における２つの検知層を有するセンサの効率的な電気的特性を示す概略電子回路線図である。
【００２９】
図１２Ｂは、テスト及び／又はデータ処理のために図１２Ａの回路に取付可能な電子機器を示す概略電子回路線図である。
【００３０】
図１２Ｃは、他の実施の形態における２つの検知層を有するセンサの効率的な電気的特性を示す概略電子回路線図である。
【００３１】
図１３Ａは、ノイズ低減音響センサの一実施の形態における部分の概略部分断側面図である。
【００３２】
図１３Ｂは、ノイズ低減音響センサの他の実施の形態における部分の概略部分断側面図である。
【００３３】
図１４は、組み合わされた音響及び電子センサの部分の（図１５の線１４−１４に沿った）概略部分断側面図である。
【００３４】
図１５は、本発明の一実施の形態による、組み合わされた音響及び電子センサの概略斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１を参照すると、検知層１００は、頂部導電層１１０及び底部導電層１１２を有する圧電中央部分１１４を備える。この圧電材料は、圧電性コポリマーであってもよい。一の好適な実施の形態において、圧電部分１１４は、ポリビニリデンフルオロイド（ＰＶＤＦ）から形成される。ＰＶＤＦは、機械的ひずみが材料に付与されるときに、反対面上において実質的に等しい強度で逆の極性の表面変化を生じる異方性圧電性ポリマーである。検知部分を形成しうる他の好適な材料は、ビニリデンフルオロイドを含む化合物を含んでもよい。１つの好適な材料は、７５％重量のビニリデンフルオロイドである圧電性コポリマーである。金属化したＰＶＤＦは、Measurement Specialties, Inc.のHampton VA 23666から得ることができる。ＰＶＤＦは、その圧電特性とともに、その整合性及び弾力性によって、良い効果を得るように使用できる。さらに、ＰＶＤＦは、安価であり、最も一般的に使用される商業的な圧電性ポリマーであり、合成状態で比較的影響を受けない性質を有している。ポリビニリデンシアニド及びそのコポリマー、芳香族及び脂肪族のポリ尿素、塩化ポリビニル、（ナイロン添加の）芳香族ポリアミド、トリフルオロエチレンを有するＰＶＤＦコポリマー（Ｐ［ＶＤＦ−ＴｒＦＥ］）、テトラフルオロエチレン（Ｐ［ＶＤＦ−ＴＦＥ］）、及びヘキサフルオロプロピレン（Ｐ［ＶＤＦ−ＨＦＰ］）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を有するＰＶＤＦ混合物、ポリビニルフルオロイド、ポリビニルアセテート、及び強誘電体液晶ポリマーといった、他の圧電材料も、使用可能である。
【００３６】
概略的に示されるように、圧電部分１１４は、金属化された部分（頂部導電層１１０及び底部導電層１１２）によって完全に覆われていない。好適には、頂部導電層１１０及び底部導電層１１２は、検知層は例示された構造にあるとき、互いに電気的に接触しない。検知層１００、又はその副層（頂部及び底部導電層１１０及び１１２及び圧電部分１１４）のいずれも、図１において原寸に比例していない。
【００３７】
導電層１１０及び１１２は、圧電部分１１４の表面に付着する金属化層を備えてもよい。導電層１１０、１１２は、堆積処理といった、任意の好適な処理によって、圧電部分の表面に付着しうる。圧電部分１１４の表面の金属化は、当業者に既知の任意の好適な材料及び任意の好適な技術を用いて達成しうる。例えば、ニッケル、銀、銅、又はこれらの合金といった、金属の薄層は、検知層１１４の内表面及び外表面上に堆積されうる。他の実施の形態において、導電層１１０及び１１２は、導電性インクを含んでもよく、又は塗布してもよい。
【００３８】
好適な実施の形態において、圧電部分１１４は、２つの導電層１１０、１１２のいずれかよりも厚いことが好ましい。ある実施の形態において、圧電部分１１４は、約１００ミクロン以下の厚さを有している。特定の好適な実施の形態において、圧電部分１１４は、１５０ミクロン未満の厚さを有し、頂部及び底部導電層１１０、１１２は、各々３０ミクロン未満の厚さを有している。１つの好適な構成において、検知層１００は、銅ニッケル合金コーティングを有するＰＶＤＦを備える。圧電部分は、約１５０μｍ及び約６μｍの間の厚さを有してもよい。ある好適な実施の形態において、圧電部分１１４及び２つの導電層１１０、１１２を組み合わせた全厚さは、約２８μｍである。
【００３９】
典型的に、引っ張りひずみが圧電部分１１４上に付与されるとき、圧電部分１１４の一面は、他面に対して正の電荷を得る。この電荷は、典型的に隣接する導電層１１０又は１１２の１つに移行する。圧電部分１１４は、圧電部分が特定の方向において延伸されたときに、圧電効果が大きくなるように分極されることが有利である。分極軸は、“延伸軸”とも呼ばれうる。本願明細書で使用されるように、“分極軸”、“分極”、又は“分極された”の語は、材料が延伸される平面中の圧電材料における圧電応答の方向依存性を言う。二軸配向（２つの面内寸法における延伸）も可能であるが、製造される圧電膜は、低めの相互等方性の圧電特性を有する。最も商業的に利用可能なＰＶＤＦは、一軸的に延伸され、延伸軸又は配向軸に沿って高水準の圧電応答を提供する。伸張軸（延伸軸）は、本願明細書では分極軸と同じ意味で呼ばれるが、図面において文字“Ｐ”とともに矢印で示している（例えば、図３、図７Ａ−図７Ｃ参照）。“延伸面”（例えば、図１における層１１０及び１１２間の方向に平行又は反平行）に全体的に垂直な双極子モーメントを有する材料を圧電層が備えることが理解される。ある圧電材料において、双極子モーメントの方向は、圧電材料の作製中において、極方向と全体的に同じである。本願明細書で使用されるように、“分極軸”、“分極”、及び“分極された”の語は、双極子モーメントの方向又は極方向を呼ばない。
【００４０】
圧電部分１１４が緊張下にある場合、圧電部分の反対側の層上に集積している反対方向に分極された電荷が、頂部及び底部導電層１１０及び１１２に亘って広がり、２つの導電層１１０及び１１２の間にキャパシタ効果を生じる。この構成のため、２つの導電層１１０及び１１２を横断して測定される電圧は、キャパシタンス方程式：Ｑ＝ＣＶに関連する。ここで、Ｑは表面電荷の量であり、Ｃはキャパシタンスであり、Ｖは出力電圧である。Ｑはクーロンで表され、Ｃはファラッドで表され、Ｖはボルトで表される。特定のＰＶＤＦ材料の構成は、特定の印加される力に応じた予測可能な電圧出力Ｖを示す。全体的に、表面電荷Ｑの量は、圧電材料のひずみ（変形）に比例し、キャパシタンスＣは、付与される材料及び構造に対して一定である。従って、Ｑ及びＶのいずれも、圧電材料におけるひずみに全体的に比例する。電圧又は電荷の応答関数が既知であれば、一方のパラメータの測定は、ひずみを引き起こす信号（例えば、音響振動）の強度についての情報を提供できる。さらに、所与の物理的構成に対する圧電材料の正確な応答特性が既知でない場合、出力電圧は、依然として有用なデータを提供できる。何故なら、様々な時間での応答が、比較できるからである。
【００４１】
更に、圧電部分が分極している場合、音響エネルギーの方向に関する情報も、得ることができる。代換的に、異なる方向に分極している２つの圧電部分の組合せは、センサでの到着の信号方向に独立して、検知信号の強度に関する正確なデータを提供するように構成することができる。
【００４２】
図２を参照すると、２つの検知層２１０及び２２０（各々は上述した検知層１００に類似している）は、全体的に平行で、部分的に変位して、全体的に同一面の方向で、配置される。図示の実施の形態において、２つの検知層２１０及び２２０が正確な同一面にはないが、これらは、単一の検知部分における幅“ｄ”だけ垂直に変位しており、この幅は、上述したように、１００ミクロン未満でもよい。図２において、２つの検知層２１０及び２２０は、断面で概略的に示される。検知層２１０は、頂部導電層２１２及び底部導電層２１４を有する。検知層２２０は、頂部導電層２２２及び底部導電層２２４を有する。好適な構成において、導電層２１４及び２２２は、電気的に接触していて、それぞれの圧電部分から同一の極性の電荷を受けとるように構成される（層２１４は、層２１６が適切に加圧されるときに電荷を受けとり、層２２２は、層２２１が適切に加圧されるときに電荷を受けとる）。例えば、圧電部分２１６がひずんでいるときに底部導電層２１４が負の電荷を蓄積すると、圧電部分２２１がひずんでいるときに頂部導電層２２２が負の電荷を蓄積する。同様に、外側の２つの導電層２１２及び２２４は、同一の極性の電荷を集積する。
【００４３】
記述された構成は、検知層２１０及び２２０が互いに“反転”されている（すなわち、２つの検知層の頂部及び底部層上にそれぞれ反対の極性の電荷を有するように構成されている）が、単一のリード線を２つの導電層に接触できるという利点を提供する（このリード線２４４は、導電層２１４及び２２２のいずれとも接触している。図３参照）。他の好適な実施の形態において、検知層２１０及び２２０は、互いに反転していない（例えば、これらは、２つの検知層の頂部層上に同一の極性集積の電荷を有するように構成される）。このような実施の形態は、“反転した”実施の形態に比較して、向上したノイズ対信号比を有利に提供することができる。
【００４４】
図３を参照すると、２つの検知層２１０及び２２０の平面図が、概略的に示されている。この図において、２つの検知層の分極は、文字“Ｐ”及び両面のある矢印で示されている。従って、検知層２１０は、検知層２２０に実質的に直角に分極している。この直角に分極した検知部分２１０及び２２０は、複数の方向検知能力を提供する。例えば、電気的応答が殆ど又は全くないように検知部分２１０を曲げる信号は、電気的応答が生成されるような検知部分２２０をより大きく曲げるであろう。実際、更に後述されるように、２つの機械的に連結されるが、反対に分極された検知部分２１０及び２２０は、任意の到着時間を検知するように共に作用できる。さらに、検知部分２１０によって検知され難いこれらのベクトル部分は、検知部分２２０によって検知され易い。
【００４５】
いくつかの実施の形態は、２つの分極した検知部分を有する。これらの検知部分の分極方向は、直角ではないが、非平行であり、ゼロ及び９０度の間の任意の相対角度を有する。互いに平行に分極された検知部分は、複数の方向からの入力信号を検知するように使用されてもよい。更に、相対角度は、方向同定能力、又はより効率的な強度検知能力を有するセンサを提供するように選択できる。
【００４６】
図３を参照すると、２つの検知層２１０及び２２０は、オーバーラップ距離２３０でオーバーラップ（重複）している。いくつかの実施の形態において、オーバーラップ距離２３０は、略３ｍｍである。検知層２１０及び２２０間におけるオーバーラップは、機械的接続とともに、上述したように、電気的接続を提供する。オーバーラップ距離２３０と、２つの検知部分２１０及び２２０の類似の性質との組合せによって、単一面における特性に近い連結システムが形成できる。例えば、２つの検知部分２１０及び２２０の物理的寸法（幅厚さ等）及び特性（剛性、弾性、伸張強度等）は、典型的に類似している。何故なら、いくつかの実施の形態において、２つの検知部分は、同種の材料から切断されているからである。例えば、２つの検知部分２１０及び２２０は、ＰＶＤＦ原料の単一シートからテンプレートを用いて切断してもよい。いくつかの実施の形態において、２つの検知部分２１０及び２２０は、同一寸法を有しているが、ＰＶＤＦ原料の分極に対して異なる方向に切断されている。更に、２つの検知部分２１０及び２２０の厚さ“ｄ”は、検知部分２１０及び２２０の他の寸法と比較すると概して小さく、そして、結合されたシステムの寸法は、厚さ“ｄ”又はオーバーラップ距離２３０のいずれかよりも何倍も大きい。いくつかの好適な実施の形態は、複数の検知部分を有しており、各々は、１４．２ｍｍ×３０ｍｍの寸法、及び略２８μｍの厚さ“ｄ”を有する。
【００４７】
好適には、２つの検知部分２１０及び２２０は、機械的な連結及び電気的な接続を保持できるために充分ではあるが、平板状のシステムの弾性が著しく変わるほど大きく重複しないような、オーバーラップ２３０を有している。従って、２つの検知層２１０及び２２０は、物理的に屈曲でき、そして、同一材料の連続面が衝突音響信号に応答するのと同一の方法で充分に応答できる。いくつかの好適な実施の形態は、３ｍｍのオーバーラップ距離を有する。例えば、検知部分は、１４．２ｍｍ×３０ｍｍであるときに、オーバーラップ２３０は、２つの検知部分２１０及び２２０の３０ｍｍ長さに沿って生じうる。この構成において、センサの全領域は、略７６２ｍｍ２である。
【００４８】
例示の構成は、２つの検知層２１０及び２２０に衝突音響信号が一致して（ユニゾンで）到着できるという利点をも有する。すなわち、到着の時間差（ＴＤＯＡ）を最小にできる。従って、いくつかの実施の形態において、本願明細書で記述した構成は、“等面の最適材料の接着適合”又は“ＩＳＯＭＡＣ”センサと呼ぶこともできる。最適化された領域を有する２つの検知層は、同一面内に位置することができ、したがって、一般的に“等面”、又は、様々な地点が衝突音響信号源から同一距離で全体的に位置する表面に存在している。更に、詳細を後述するように、センサを構成する材料は、衝突音響信号に応答して曲がり、同時に皮膚表面に接着して効率的な機械的連結を可能にするとともに、皮膚表面に適合するものでありうる。
【００４９】
例示の実施の形態において、リード線２４２は、導電層２１４及び２２２に電気的に接続されている。リード線２４４は、導電層２１４及び２２２のいずれにも接触している。リード線２４６は、導電層２２４に接触している。いくつかの実施の形態において、リード線２４２、２４４、及び２４６は、複数の金属突起を備えてもよく、各々は、５ｍｍのリップを有する。電気的に接続する他の方法を使用することもできる。例示のように、リード２４２、２４４、２４６の各々は、遮蔽されたツイストワイヤ２４８のペアに結合される。各ペアは、例示の実施の形態において同様であるので、ワイヤの各ペアは、図１において２４８で表示されている。リード２４２、２４４、及び２４６をワイヤ２４８に接続する１つの方法は、半田付け、又は圧接によるものである。電気的接続も、ＥＣ接着によって形成できる。
【００５０】
リード線２４２はＡ端子に対応し、リード線２４４はＣ端子に対応し、リード線２４６はＢ端子に対応する。Ａ及びＢは、正の端子であり、一方でＣは、“共通の”又は接地された端子であってもよい。あるいは、Ａは正の端子であり、一方でＣは接地された端子であり、Ｂは負の端子であってもよい。検知層２１０及び２２０を横断する電位差を測定するために、様々な電気的接続が可能である。
【００５１】
リード線２４２、２４４及び２４６は、導電層２１２、２１４、２２２、及び２２４上に蓄積される電荷を、後述する電子回路及び接続部を用いて測定するための方法を提供する。検知部分２１０及び２２０の物理的性質が既知であれば、本願明細書で記述した方程式及び物理的関係によって、音響信号の強度、方向等を計算することができる。圧電部分の頂部及び底部表面上に蓄積される電荷は、導電層２１２及び２１４、２２２及び２２４中において比較的小さい抵抗しか受けない。従って、任意の特定の層において存在する電荷は、この層の任意の接触点で測定され、及び／又は、この接触点から収集されうる。
【００５２】
好適な実施の形態において、検知部分２１０及び２２０は、２平面のキャパシタに対する物理静電方程式を用いてモデル化することができる。例えば、例示の構成において、２つの検知部分２１０及び２２０は、等しい領域を有している。この構成は、反対の電気的方位を有する２つの変位したキャパシタに、全体的に類似している。接触している導電層２１４及び２２２が負の電荷を有していると仮定すると、電荷が蓄積された後の、２つの素子のキャパシタンス及び電圧は、個々に記述することができる。
Ｃｊ＝（Ａｊε）／ｄｊ      ここで、ｊ＝１、２                            （１）
ここで、Ｃｊは“ｊ”番目の素子のキャパシタンスであり、Ａｊは、“ｊ”番目の素子の領域であり、εは、媒体（例えばＰＶＤＦ）の電気誘電率であり、そして、ｄｊは、“ｊ”番目の素子における導電層間の離隔（圧電部分２１６及び２２６の幅に対応する）、又はキャパシタの平行面間における離隔距離である。好適な実施の形態において、ｄ１＝ｄ２＝２８μｍである。従って、任意の素子における２つの平板で発生する対応する電圧信号は、
Ｖｊ＝Ｑｊ／Ｃｊ        ここで、ｊ＝１、２                              （２）
である。
【００５３】
導電層２１２、２１４、２２２及び２２４の各々が、等しい領域（Ａ１＝Ａ２）を有していると仮定すると、すなわち、各圧電部分２１６及び２２６が同一の厚さを有し（ｄは一定）、圧電部分が同一材料から形成され（従って電気誘電率は等しく）、（εは一定）であるとすると、上述の方程式（１）及び（２）から、
Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ                                                              （３）
になる。
【００５４】
従って、
Ｑ＝ＣＶ                                                                （４）
で与えられるクーロンの電荷“Ｑ”に対するキャパシタンスの方程式を用いて、
Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ                                                          （５）
になる。
【００５５】
従って、上記のように仮定すると、必要に応じて物理的な構成を最適化することができる。例えば、センサの電圧出力を増大するために、複数の素子を配置してもよいし、又は、素子の表面領域を拡大してもよい。すなわち、ε及びｄが既知で一定である場合、Ｑ及びＶを最適化又は最大化するように、変化又は最適化することができる。あるいは、所望のＱ又はＶを得るために、Ａ、ｄ、ｊ及び／又はεを変えることができる。本願において記述されるいくつかの実施の形態における特徴の１つは、リブを著しくオーバーラップさせること無しに、肋間筋に亘って皮膚上に配置されるような寸法でセンサが設計されていることである。センサは、付与されたサイズにおける接着性縁部内に適合するように設計することもできる。このような縁部は、例えば、１インチ×１インチ未満であるセンサを必要とする。従って、センサ領域は、特定の最大値を有しうる。電圧出力は、電子ハードウエアの任意の制約下において一定の範囲内に入るように調整することもできる。例えば、いくつかの実施の形態において、好適な電圧出力は、略０及び略５ボルトの間である。電圧信号が送られる電子機器における、所望のゲイン、ダイナミックレンジ、及び他の特性は、全て設計パラメータを提供できる。いくつかの実施の形態は、例えば略７６２ｍｍ２の全センサ領域で、これらのパラメータ下において、適切な信号強度を得る。
【００５６】
図４は、層中により多くの材料が追加されている図２における構造を示す。示されるように、検知層２１０及び２２０は、（例えば、アルミニウムといった金属から形成できる）金属遮蔽層４１０及び４１３間に位置している。これらの層４１０及び４１３は、接着材料４１１及び４１２の層を用いて、検知部分２１０及び２２０に接着している。層４１１及び４１２を形成する接着層は、導電性ではない可撓性材料であることが好ましい。電気的接続は、金属遮蔽層４１０及び４１３、及び端部Ｃ（共通の、又は接地端部）のそれぞれの間に作ることができる。このような接続を作るために、可撓性で導電性の接着剤が使用可能である。導電性ではない可撓性の接着材料４０９及び４１４は、例示のように、２つの電気的に絶縁された適合膜４１５及び４１７に接着するために使用できる。適合膜４１５及び４１７を形成するために使用できる材料の１つは、シリコーンである。生体適合接着剤４１６の層は、適合膜４１５又は４１７の１つの上に配置されてもよい。例示の実施の形態において、生体適合接着剤４１６は、適合膜４１５上に配置されている。生体適合接着剤を形成するために使用可能な１つの材料は、Chicopee, MA, 01022にある、Tyco Healthcare Group LP部門、Ludlow社製の“Ludlow Hydrogel”である。
【００５７】
金属遮蔽層４１０及び４１３は、望ましくない電気的ノイズを最小化するための電気遮蔽効果を提供することができる。従って、これらの層は、漂遊電荷が遮蔽層４１０及び４１３の内側に侵入することを防止する、連続した又は実質的に連続した導電表面を形成してもよい。いくつかの実施の形態において、金属遮蔽層は、シールドを提供する不連続なメッシュから形成されてもよい。遮蔽層４１０及び４１３は、音響信号をセンサ５１０（図５参照）に自由に変形できるように、他の層とともに柔軟性を有することが好ましい。従って、遮蔽層４１０及び４１３は、センサを過度に硬化させずにそして検知部分２１０及び２２０全体の機械的インピーダンスに決定的な影響を有さずに、検知部分２１０及び２２０を電気的に絶縁するためのファラデーケージを好適に提供する。しかしながら、遮蔽層４１０及び４１３の剛性及び弾性は、全体のインピーダンスが例えば人肌表面に適合するような機械的インピーダンスの部位を提供するように選択できる。
【００５８】
層４１１及び４１２を形成する、可撓性で、非導電性の接着材料は、検知部分２１０及び２２０及び遮蔽層４１０及び４１３の間の永久接続を好適に提供する。層４１１及び４１２は、音響信号がセンサ５１０に付与されるとき、電気的応答に寄与せずに層を機械的に連結するように作動して、容易に屈曲することが好ましい。これらの層４１１及び４１２は、検知層２１０及び２２０から遮蔽層４１０及び４１３に電荷が通過しないことをも好適に保障する。これらの層４１１及び４１２は、不規則性又は非連続性の殆ど無い、一様な分布であることが好ましい。更に、層４１１及び４１２は、接触する表面に滑らかにそして均一に接着することが好ましい。
【００５９】
適合膜４１５及び４１７は、適合膜４１５及び４１７内の電気的接続部を望ましくない湿気から保護する保護撥水層を提供できる。いくつかの実施の形態において、適合膜４１５及び４１７は、生体適合接着剤４１６を除く全ての他の層を囲む連続した外側層を形成する。適合膜４１５及び４１７は、例えば人肌に対応する機械的インピーダンスをも提供できる。従って、適合膜４１５及び４１７は、付与される音響信号に人肌が応答するように、人肌の表面の変化する外形に、絶えず適合しうる。適合膜４１５及び４１７は、人肌とセンサとの間の音響損失を最小限に保持することに役立つ。記述された構成によれば、人肌に適合するシリコーン適合材料を用いることによって、良好なセンサ感度を提供することができる。
【００６０】
層４０９及び４１４を形成する可撓性で非導電性の接着材料は、遮蔽層４１０及び４１３、並びに、絶縁適合膜４１５及び４１７間の永久接続を提供することが好ましい。これらの層４０９及び４１４は、音響信号がセンサ５１０上に付与されたときに、電気的応答に寄与すること無しにこれらの層を機械的に連結して作動するように、容易に屈曲することが好ましい。これらの層４０９及び４１４は、センサ５１０外側と遮蔽層４１０及び４１３との間に電荷が通らないことを保障することにも好適に役立つ。これらの層４０９及び４１４は、不規則性又は不連続性の殆ど無い、一様な分布であることが好ましい。更に、これらの層４０９及び４１４は、接触する表面に滑らかにそして均一に接着することが好ましい。
【００６１】
いくつかの実施の形態において、生体適合接着剤４１６は、適合膜４１５及び肌の間の機械的及び音響的接続を向上するために使用される。生体適合接着剤４１６は、（上述した）“Hydrogel”であってもよく、感度及び音響的／機械的接続を向上するために肌センサ接触部に配置してもよい。いくつかの実施の形態において、生体適合接着剤４１６は、センサ５１０が配置される人肌表面上に塗布され、そして、センサ５１０は肌の同一表面上に押圧される。接着剤４１６は、所定の場所に押圧される前にセンサ５１０上に配置されてもよい。いくつかの実施の形態において、生体適合接着剤４１６は、センサ５１０が梱包されるときにセンサ上の取り外し可能なストリップ（図示せず）下方に位置しており、ユーザは、センサ５１０を使用する直前に、ストリップを取り外して生体適合接着剤４１６を取り出すことができる。
【００６２】
図５に概略的に示されるように、上述したこれらの層は、上述のように、センサ５１０、及び、端子Ａ、Ｂ、Ｃに対応するリード、を形成できる。示されるように、図４は、線“４−４”に沿ったセンサ５１０の概略断面図を示す。
【００６３】
図６を参照すると、記述したセンサは、２００４年４月２３日に出願され、２００５年２月１７日に公開された、米国特許出願第１０／８３０，７１９号明細書、そして、２００６年１月１７日に出願された、米国特許出願第１１／３３３，７９１号明細書に記述されているような、心臓音を検出及び処理するためのシステムにおいて有利に使用することができる。これらの明細書は、その全体を参照として組み込まれ、本願明細書の一部をなす。この検知能力の向上したセンサ５１０は、例えば人の心臓の部分における狭窄の正確な検出及び位置の特定を助けることができる。いくつかの実施の形態において、例えば人の心臓を囲む人体における複数の位置からのデータを収集するために、複数のセンサを使用してもよい。特に、図６は、複数のセンサ５１０における１つの可能な構成及びこれらの人体上での一般的な配置を概略的に示す。いくつかの実施の形態において、４つのセンサが、人の心臓を囲む外側組織上で、肌表面上に位置してもよい。これらのセンサ５１０は、体内（例えば、心臓動脈）から生じる音からの音響データを収集できる。例えば、センサ５１０は、複数の空間点からの同一の音響信号に対するデータを収集できる。これらのセンサは、例えば、音響信号に関する情報を運ぶ電気信号を運ぶ信号処理システム６１２に電気的に接続できる。このような信号処理システムの例は、米国特許第１０／８３０，７１９号明細書及び米国特許第１１／３３，７９１号明細書に記述されている。これらの記述されたセンサは、音響信号の到着方向が何であれ、正確な音響データを提供することによって記述される臨床的有益性に役立つことができる。
【００６４】
図７Ａを参照すると、分極した圧電スラブ（圧板）７１０が示されている。このスラブ７１０は、分極方向にひずみを受けて、スラブの表面に電荷の集積が生じる。スラブ７１０頂部での圧電材料は、分極方向に伸張力を受けて、これにより、その上面に正電荷の集積が生じる。これに対し、スラブ７１０底部での圧電材料は、分極方向に収縮力を受けて、これにより、その下面に負電荷の集積が生じる。
【００６５】
図７Ｂは、分極に直交した方向にひずみを受ける分極した圧電スラブ７２０がその表面に有意な電荷を集積していないことを概略的に示す。従って、単一に分極した圧電スラブ７２０は、スラブ７２０の分極に沿ったひずみを入力が引き起こさない場合、通常、入力を有効に検知しない。スラブ７２０頂部での圧電材料は、図７Ａに示されるスラブ７１０のような同一の伸張力を受ける。そして、スラブ７２０底部での圧電材料は、スラブ７１０のような同一の収縮力を受ける。しかしながら、スラブ７２０は直角に分極しているため、スラブ７２０には圧電効果が何ら生じない。
【００６６】
これに対して、図７Ｃは、同一に分極した圧電スラブ７２０が電荷を集積でき、従って、スラブ７２０上に異なる配向の力を引き起こす信号を有効に“検知”することを示す。特に、スラブ７２０頂部の圧電材料は、分極と同一方向に伸張力７２１を受けて、その上面に正電荷の集積が生じる。加えて、スラブ７２０底部での圧電材料は、分極の同一方向に収縮力７２３を受けて、その下面に負電荷の集積が生じる。
【００６７】
図８Ａは、２次元ベクトル８３０を示す。このベクトル８３０は、ある大きさ（その長さに対応）と、この頁の平面における方向を有する。示されるように、ベクトル８３０は、垂直成分８３２及び水平成分８３４の、２つのベクトル成分に“分解”できる。２つの成分８３２及び８３４の組合せによって、元のベクトル８３０に固有の同一情報を提供することができる。垂直成分８３２及び水平成分８３４は、ベクトル８３０を展開できる“基底の組”として特徴づけることもできる。
【００６８】
このベクトル８３０はこれらの成分に分解できるので、入力信号は、カーテシアン座標系（又は他の基底の組）における２つの成分に分解できるベクトル量で表すことができる。この概念は、単一センサにおいて２つの直角に分極した（又は非平行の）検知部分を結合するために用いることができ、方向成分を算出することができ、そして、信号強度に対する近似も提供できる。従って、分極したスラブ７１０及び７２０が、一方のスラブが他方のスラブに直交する（又は非平行な）方向に分極するように、物理的に結合されていると、任意の方向から来る信号を検知する装置を構築できる。このような装置は、衝突音響信号が２つのスラブに本質的に一致して到着できるように、すなわち、到着の時間差（ＴＤＯＡ）が最小になるように、構成されていることが好ましい。このＴＤＯＡの最小化は、本願明細書で例示されているように、部分的にオーバーラップする薄いＰＶＤＦ材料の２つの部分をセンサが備えるときに、得ることができる。
【００６９】
図８Ｂは、スラブの分極軸に一致しないひずみを受ける圧電スラブ８１０を示す。すなわち、このひずみは、分極軸“Ｐ”に平行でも垂直でもない方向“Ｓ”に存在している。ひずみ“Ｓ”は、いくつかの直交成分８１２（“Ｐ”に垂直な成分）及びいくつかの平行成分８１４（“Ｐ”に平行な成分）の観点で、表される。ひずみ“Ｓ”から生じる様々な伸張及び収縮力の影響下で、スラブ８１０は、平行成分８１４ほどには、これらの力の直交成分８１２を検知しない。この種の非整列のひずみは、体内で生じる音響信号によって生成されて患者の肌の表面に到着するものに典型的である。実際、測定される任意の音響信号の到着方向を予測することは困難であり（特に、このような情報が、最初の場所における試験から追求される情報の一部をなしうるときに）、センサの分極が入力音響信号に対して完全に整列することは困難である。更に、信号の方向を知る必要はないが、信号の強度に関する情報が追及されるときに、組み合わされたシステムが、センサの照準合わせをする必要無しに、任意の方向からの信号を検知することができる。図７において示された方向において、２つのスラブ７１０及び７２０が、図８Ｂに示されたひずみを受けた機械的に連結されたシステムを形成するように結合されるときに、２つの検知部分７１０及び７２０は、音響信号におけるベクトル成分を互いに検知することができる。更に、２つの検知部分７１０及び７２０が全体的に同一面に位置している場合、ＴＤＯＡは最小化され、そして、２つの検知部分は本質的に同一の信号に応答するであろう。従って、図２−図４において示される検知部分２１０の構成は、複数方向の検知能力を提供することができ、そして、大型のＴＤＯＡによる検知誤差を最小化することができる。
【００７０】
図９Ａを参照すると、音響信号９１０が概略的に示され、波源９１０から発生する円形の波面９１４が示される。エネルギーが表面９２０に対して上方に向かうにつれて、波源９１０から更に離れる他の波面９１８も示される。いくつかの実施の形態において、波源９１０は、人体内に位置してもよく、表面９２０は、身体の表面上の人肌であってもよい。センサ５１０は概略的に示され、センサ５１０内に検知部分２１０及び２２０を示している。波面９１８が表面に到着する前に、センサ５１０は、何ら顕著なひずみを受けておらず平衡に停止しており、本質的にゼロ信号の構成である。
【００７１】
図９Ｂを参照すると、波面９１８は、表面９２０に到着して表面９２０を変形させる。すなわち、表面を外方に突出させて、表面９２０中にひずみを引き起こす。センサ５１０は、表面９２０に機械的に連結され、（音響信号に対応する）波面９１８が表面９２０に到着するときに比例したひずみを受ける。このひずみは、検知部分２１０及び２２０の表面に集積する電荷を引き起こし、波面９１８の強度及び方向についての情報を含むセンサ５１０から送信される信号を順次発生できる。
【００７２】
図９Ｃは、図９Ｂに示された表面９２０での波面９１８の到着における三次元図を概略的に示す。示されるように、検知部分２１０及び２２０は、１次元以上のひずみを受ける。従って、検知部分２１０及び２２０は、直行方向に分極することができ、そして、システムは、上述したように、有効な方向の情報を集めることができる。これは、記述されたセンサの実施の形態における１つの利点を示す。すなわち、複数の方向からの信号を検出することができる。記述された特徴によって、肌を曲げる原因となる音響波からの音響エネルギーを力学的エネルギーに変換するセンサの能力を増大することができる。例えば、センサが人肌上に搭載されたときに、センサ５１０は、３６０°の視覚における任意の方向からの信号を受信することができる。
【００７３】
図１０は、２つの検知部分１０１０及び１０２０における実施の形態を概略的に示す。上部検知部分１０１０は、リードＡに接触する上部導電層１０１２、及び、リードＣに電気的に接続される下部検知部分１０１４を有する。下部検知部分１０２０における上部導電層１０２２も、リードＣに接触しており、そして、下部検知部分１０２０における下部導電層１０２４は、リードＢに接触している。上部検知部分１０１０は、示されるように、下部検知部分１０２０に部分的にオーバーラップするように配置できる。好適には、任意の付与されたセンサの実施の形態の上部及び下部の検知部分は、略等しい。これらの等しい領域によって、キャパシタンスの計算が単純化される。何故なら、２つの領域は、領域毎の両面の方程式に分割することによって、打ち消されるからである。従って、図１０に示される実施の形態において、上部検知部分１０１０の領域は、下部検知部分１０２０の領域に略等しい。更に、導電層１０１２及び１０２４は、１つの方向に分極していることが好ましく、導電層１０１４及び１０２２は、図１０において“Ｐ”でラベル付けされた分極矢印で示されるように、直交方向に分極していることが好ましい。
【００７４】
図１１Ａは、２つの検知部分である、外側リング１１１０及び内側リング１１２０の実施の形態における斜視図を概略的に示す。好ましくは、２つのリングは、同一の面積を有するが、これらの半径は同一ではない。外側リング１１１０は、コンタクトストリップ１１３２を介して内側リング１１２０の底部導電層１１２４に電気的に接続される上部導電層１１１２を有する。この構成により、何らのオーバーラップ部分無しに、２つの検知部分１１１０及び１１２０を電気的に接続できる。更に、この実施の形態において、２つの検知部分１１１０及び１１２０は、略同一平面上にある。端子Ａは、内側リング１１２０における上部導電層１１２２に電気的に接続されていることが示されている。端子Ｂは、外側リング１１１０における下部導電層１１１４に電気的に接続されていることが示されている。端子Ｃは、外側リング１１１０における上部導電層１１１２に電気的に接続され、そして、内側リング１１２０の下部導電層１１２４に延長されていることが示されている。
【００７５】
図１１Ｂは、図１１Ａの実施の形態における平面図を概略的に示す。図１１Ｃは、図１１Ｂにおける線１１Ｃ−１１Ｃに沿った断面図を概略的に示す。この実施の形態における略同一平面の性質は、図１１Ｃにおける断面図において明らかである。更に、導電層１１１２及び１１２４は、１つの方向に分極していることが好ましい。そして、導電層１１１４及び１１２２は、図１１において“Ｐ”でラベル付けされた分極矢印によって示されるように、直交方向に分極していることが好ましい。内側及び外側リングの表面積は等しいことが好ましい。これにより、音響信号が任意の方向から到着するときに、一定のゲイン及び信号応答をセンサで得ることが可能になる。この構成は、その全体的な円筒状の対称形によって、球状の波面を検知するときに、特に有効なデータを提供できる。
【００７６】
図１２Ａは、上述した一定の実施の形態における電気的な応答特性を表すために使用可能な電子回路の実施の形態を概略的に示す。例えば、図１２Ａは、検知層２１０及び２２０が互いに“反転”している実施の形態における電気的な応答を表す。端子Ａは、可変の電圧源ＶＳ２に接続されている。可変の電圧源ＶＳ２は、例えば、導電層２１２、１０１２、１１２２に対応しうる。端子Ｂは、可変の電圧源ＶＳ１に接続されている。可変の電圧源ＶＳ１は、例えば、導電層２２４、１０２４、１１１４に対応しうる。これらの導電層は、電気的に接触している互いの圧電部分におけるひずみ（及びこれらの圧電部分の表面に集積する電荷）の量に依存する可変電圧を有する。端子Ｃは、２つの可変電圧源の反対側で、抵抗ＲＳ１及びＲＳ２を介して、地面に接続されている。実際的な効果において、抵抗ＲＳ１及びＲＳ２は、通常ゼロに等しい。端子Ｃは、例えば、導電層２１４及び２２２、１０１４及び１０２２、及び、１１１２及び１１２４に対応しうる。これらの層が地面に接続されているとき、検知部分における圧電効果の結果として端子Ａ及びＢに流れる電荷に釣り合うために必要な電荷を引き出す（又は貯める）ことができる。端子Ａ及びＣを横切る電位差が測定され、端子Ｃ及びＢを横切る電位差が測定される。いくつかの実施の形態において、Ａ−Ｃ電圧は、衝突音響信号における１つのベクトル成分に対応する信号に関する情報を提供し、Ｂ−Ｃ電圧は、他のベクトル成分に対応する信号に関する情報を提供する。図１２Ｃは、上述した他の実施の形態における電気的な応答特性を表すために使用できる電子回路における他の実施の形態を概略的に示す。例えば、図１２Ｃは、検知層２１０及び２２０が互いに“反転”していない実施の形態における電気的な応答特性を表すことができる。図１２Ａを参照して全体的に上述されるように、いくつかの実施の形態において、Ａ’−Ｃ’電圧は、衝突音響信号における１つのベクトル成分に対応する信号に関連する情報を提供でき、そして、Ｂ’−Ｃ’電圧は、他のベクトル成分に対応する信号に関連する情報を提供できる。
【００７７】
図１２Ｂは、図１２Ａにおいて示される回路を試験するために使用でき、及び／又は、上述した実施の形態によって生成されたデータを分析できる、電子回路の実施の形態を概略的に示す。端子ａは、Ａに接続され、端子ｃは、Ｃに接続され、そして、端子ｂは、Ｂに接続される。スイッチ１２２２が閉じている場合、マルチメータ１２２０は、端子Ａ及びＣを横切る、電流、抵抗、及び／又は、電圧降下を測定することができる。スイッチ１２２４が閉じている場合、マルチメータ１２２０は、端子Ｃ及びＢを横切る、電流、抵抗、及び／又は、電圧降下を測定することができる。同様に、スイッチ１２２６及び１２２８の両方が閉じている場合、信号処理器６１２は、検知された系の電気的及び音響的特徴を決定するためのセンサによって提供される信号を処理することができる。
【００７８】
本願において記述される音響センサの実施の形態は、音響信号に対する感度の増大を有利に提供できる。しかしながら、いくつかの場合には、特定の音響信号における、より精度の良く、正確な、及び／又は高い信号対雑音の測定を提供するために、センサで受信する音響ノイズを低減することが望ましい。“音響ノイズ”又は“ノイズ”は、幅広い用語であって通常の意味で使用され、そして、周囲の、環境的な、及び／又は、音響センサ付近を通る、背景ノイズ及び／又は振動を含んでもよい。音響ノイズは、例えば道路を走る離れたトラックから発生する低振幅で聞こえない振動、変圧器、バラスト、モータ等による音、と同様に、人間の耳で検知できる気を散らす背景ノイズ及びしゃべり声を含んでもよい。
【００７９】
音響センサで受信した音響ノイズは、圧電音響検知層の部分の変形に寄与しうる。そして、これにより、センサによる電気信号出力に寄与しうる。音響ノイズの影響を部分的に取り除くために、後処理を適用しうる様々な信号処理方法（例えばフィルター）があるが、検知層で受信した音響ノイズの強度を減少するノイズ減少特性を提供することが、いくつかの場合に有益である。例えば、音響ノイズは、１つの場所又は１つの方向から発生するノイズでありうる。ある方向のシールド又はダンパーが、センサに到達するノイズを減衰させるために使用できる。一方で、他の方向からの音響信号は、障害無く、処理することができる。いくつかの実施の形態におけるノイズ低減特性を有する音響センサは、これにより、より明りょうでそしてより低ノイズの電気出力信号を有利に生成できる。この信号は、例えば、音響的にノイズの多い環境における比較的かすかな音においても、より高い信号対雑音で測定が可能になる。
【００８０】
本願明細書で使用されるように、“ノイズ低減”及び“ノイズを低減すること”は、一般的な用語であり、センサで及び／又はセンサ中に配置された任意の音響検知素子によって受信される音響ノイズの量（例えば、振幅、エネルギー、強度、フラックス等）を抑制する部材、装置、及び素子を意味する幅広い意味で使用される。ノイズ低減特性は、例えば、音響ノイズを遮蔽及び／又は減衰する特性を含んでもよい。一般的に、音響減衰特性は、ノイズが検知素子に対して伝播するときに、音響ノイズを減衰又は吸収する。一般的に、音響遮蔽特性は、ノイズが検知素子に到達することを抑制又は防止するために、音響ノイズを、偏向、反射、及び／又は屈折させる。本願明細書で使用しているように、ノイズ低減素子は、音響センサで受信する音響ノイズを低減するために、遮蔽、減衰、及び／又は他の既知の（又は現在未知の）効果を利用することができる。例えば、様々なノイズ低減素子は、好適なノイズ低減を提供するために、遮蔽、減衰、干渉、偏向等を組み合わせて使用してもよい。
【００８１】
ノイズ低減特性を有する音響センサは、例えば、人体によって生成される音を検出及び分析するように構成されたシステム（例えば、図６を参照して記述された心音検出システム）において、有利に使用される。人体で生成される音は、しばしば、調査室における典型的な音響ノイズと比較して小さい強度を有している。さらに、特定の場合において、音響信号の一部のみが、病状に関連する診断情報を運ぶ。例えば、米国特許出願第１０／８３０，７１９号明細書及び米国特許出願第１１／３３３，７９１号明細書において記述されるようないくつかの実施の形態におけるシステムは、約３００Ｈｚから約２０００Ｈｚの帯域の振動数を有する心音の部分を利用する。音響信号における診断上有用な部分の音響強度は、完全な音響信号よりも一般的に小さいため、検知素子で受信する音響ノイズを低減できる音響センサを用いるためのシステムにおいて特に有用である。
【００８２】
図１３Ａは、ノイズ低減音響センサの概略部分断側面図である。示されたセンサは、後述することを除いて、図４を参照して記述されたセンサと、全体的に同様であり、そして、類似の参照番号は、全体的に同様の特徴に対応している。図１３Ａにおいて示されるような実施の形態の音響センサは、１又は２以上の音響ノイズ低減層１３２０を備える。全体的に、ノイズ低減層１３２０は、センサの少なくとも１つの表面の少なくとも一部に配置されるか、又は隣接されている。特定の実施の形態において、ノイズ低減層１３２０は、検知される物体に接着されるか又は音響接触されるように構成されるセンサの部分を除いて、音響センサを実質的に囲んでいる。例えば、図１３Ａに示される実施の形態において、音響検知層２１０及び２２０は、適合膜４１５及びノイズ低減層１３２０の間に介装される。特定の実施の形態において、ノイズ低減層１３２０は、接着材料４０９によってセンサに接着される。適合膜４１５は、音響身体信号を受信するように、生体適合接着剤４１６を介して患者の肌に接着されてもよい。ノイズ低減層１３２０は、検知層２１０、２２０によって受信する周囲の音響ノイズを有利に低減するが、（例えば適合膜４１５を介して）患者の身体から受信した音響信号を著しく低減しない。
【００８３】
例示目的のみのために、図１３Ａは、単一ノイズ低減層１３２０を備えるセンサの実施の形態を概略的に示す。しかしながら、これは、限定を意図するものではない。他の実施の形態において、例えば２、３、４、又はそれ以上の層といった、１又は２以上のノイズ低減層を、使用してもよい。これらの層は、例えば、接着剤、ギャップ（エアギャップ及び／又は分圧又は減圧されたギャップを含む）、電気遮蔽層（例えば金属層４１０、４１３）等の、任意の種類の好適な材料又は物体を介して、互いに（及び／又はセンサ中の他の部材から）分離されてもよい。いくつかの実施の形態において、ノイズ低減層１３２０は、接着材料４０９を介してセンサに接着される。特定の実施の形態において、ノイズ低減層は、音響速度が比較的大きい領域（例えば波腹で）において音響減衰を増大させるために、センサ中の他の層から分離される。他の実施の形態において、ノイズ低減層の構成は、図１３Ａに示したものと異なっている。例えば、いくつかの実施の形態において、これらの層は、平坦な平行な層ではなく、任意の好適な形状、厚さ、及び／又はサイズを有してもよい。
【００８４】
音響ノイズ低減層１３２０は、層１３２０中に入る又は通る音響波を低減するための任意の種類の材料を備えてもよい。いくつかの実施の形態において、音響ノイズ低減材料は、オープンセル発泡体（例えば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテル、メラミン等）、エラストマー（例えば、ソフトシリコーン）、ゲル、不規則に接着されたエラストマー粒子の複合体、粘弾性材料、を含み、又は、上述した任意の他の好適な材料の組合せも使用できる。例えば、層１３２０は、ゲルを囲む薄いエラストマースキンで形成されてもよい。これらの材料は、特定の振動数を有する音響波に対してノイズ低減を向上するために選択できる。例えば、いくつかの実施の形態において、ノイズ低減層１３２０は、検出される及び／又は解析される音を含む振動数帯域における音波を低減するために選択される。例えば、心音検知システムでの使用に好適な実施の形態において、対象の振動数帯域は、約３００Ｈｚから２０００Ｈｚに拡大してもよく、そして、ノイズ低減層は、この振動数帯域内において全体的に音響信号を減衰するために選択又は構成することができる。いくつかの実施の形態において、音響ノイズ低減層１３２０は、例えば数Ｈｚから１０ｋＨｚの音響振動数のより広い帯域を減衰するように設計された複数層の積層板を備える。心音検知システムといった特定の実施の形態において、ノイズ低減層１３２０が、十分に可撓性な材料を備えることが好ましい。これにより、センサは、患者の肌の外形に適合できる。
【００８５】
いくつかの実施の形態において、ノイズ低減層１３２０は、音響ノイズを所望の量減衰するように選択される。例えば、いくつかの実施の形態において、ノイズ低減層は、例えば３ｄＢ、５ｄＢ、１０ｄＢ、２０ｄＢ、３０ｄＢの音響減衰を低減するように構成されている。いくつかの実施の形態において、音響ノイズ低減層１３２０は、約１ｍｍから約３ｃｍの範囲の厚さを有する。１つの好適な実施の形態において、約１／８の厚さのソフトシリコーン層が使用される。層の厚さは、シリコーンの柔軟性によって異なりうる（例えば、同一の減衰を達成するために、より柔らかいシリコーンは、より大きな厚さを必要としうる）。
【００８６】
いくつかの実施の形態において、ノイズ低減層は、検知層２１０及び２２０から離れる音波を遮蔽、偏向、反射、又は屈折するようにある程度作用する材料を備える。例えば、図１３Ｂにおいて概略的に示される実施の形態において、ノイズ低減層は、音響センサの他の部分を囲む半剛体のシェルといったシェル１３２４を備える。このような実施の形態において、シェル１３２４は、例えば、入射音響ノイズの実質的部分が検知層２１０、２２０に到達することを防止することによって、音響ノイズエネルギーから検知層２１０、２２０を部分的に遮蔽する。いくつかの実施の形態におけるシェル１３２４は、入射方向に合理的に広い範囲から音響ノイズを遮蔽するように形成される。例えば、図１３Ｂにおいて示されるシェル１３２４は、（例えば、球、卵形、楕円の一部等の）丸い形状を有する。しかしながら、他の形状も使用できる。例えば、いくつかの実施の形態において、シェルは、１又は複数の平らな又は角のある表面を有してもよい。いくつかの実施の形態において、シェルは、シェルを通る任意の音響ノイズ信号の更なる減衰を提供するために、エアギャップ、音響減衰発泡体、又は、他の好適な材料によって、センサの他の層から離隔される。図１３Ｂに示される実施の形態において、音響減衰層１３２０は、シェル１３２４及び他の層の間に配置される。本願明細書で更に記述されるように、センサは、生体適合接着層４１６を介して肌に印加してもよい。図１３Ｂに示される実施の形態のセンサは、検知層２１０及び２２０の位置に達するノイズの寄与を実質的に低減するため、周囲のノイズを有利に遮蔽及び減衰する。
【００８７】
ノイズ低減機能を有するいくつかの実施の形態のセンサが記述されているが、発明の範囲又は趣旨を離れることなく、代換の材料、構造、成分、及び構造を使用できることは、当業者には明らかであろう。様々な実施の形態において、ノイズ低減部材は、特定の実施の形態において、又は合理的な必要に応じて、より多くの又は少ないノイズ低減を提供するように構成されてもよく、ノイズ低減部材は、取り除かれてもよい。多くの変形例が可能である。
【００８８】
本願明細書の開示は、感度、並びに電気的及び音響的遮蔽を向上させて、音響時間到着の差を低減して、そして、信号対雑音の向上した、音響センサの様々な実施の形態を記述している。このようなセンサは、人体からの低い振幅音響信号を検知するために有利に使用できる。図６を参照して記述されるように、本願明細書で開示される実施の形態の任意の音響センサは、患者からの心音を検知するためのシステムで使用されるときに、利点を提供する。これらのシステムのいくつかにおいて、例えば心拡張又は心収縮といった、心音の１又は２以上の部分を同定することが望ましい。例えば、米国特許出願第１０／８３０，７１９号明細書、及び米国特許出願第１１／３３３，７９１号明細書は、冠動脈における閉塞を検知して、診断して、及び／又は決定する音響心音信号に連動して心電図（“ＥＫＧ”；“ＥＣＧ”としても知られる）信号が使用されるシステムの実施の形態を開示している。いくつかの実施の形態におけるこれらのシステムは、心音からの音響及び電気信号を、それぞれ検出するために、個々の音響センサ及びＥＫＧセンサを使用する。しかしながら、音響及び電気信号に対する個々のセンサを使用する実施の形態は、患者に対して最大１６のセンサ（例えば、１つのシステムにおける４つの音響センサ及び１２のＥＫＧセンサ）の取付けを必要としうる。従って、音響及び電気感度を組み込んだ単一センサは、患者に取付けなければならないセンサの数を有利に低減できるだけでなく、患者の快適性をも高めることができ、そして、１又は２以上の機能しないセンサが、誤った測定を引き起こす傾向を低減することができる。
【００８９】
図１４は、本発明の一実施の形態による、組み合わされた音響及び電子センサの部分の概略部分断側面図である。この側面図は、図１５の線１４−１４に沿ったものである。このセンサは、後述すること以外は図４及び図１３を参照して記述されるセンサに全体的に類似しており、類似の参照番号は、全体的に類似の特徴部に対応している。この実施の形態において、センサは、図１３Ａにおいて示される層１３２０に全体的に類似した音響ノイズ低減層１４２０を備える。他の実施の形態において、他のノイズ低減特性は、例えば、音響ノイズ遮蔽層（例えば、図１３Ｂにおいて示されるシェル１３２４）といったものに備わっている。しかしながら、他の実施の形態において、センサは、ノイズ低減層１４２０に加えて又はこれに換えて使用される適合膜（全体的に図４の膜４１７に類似している）を備える。
【００９０】
電気信号を検出及び送信するために、組み合わされた音響及び電子センサは、導電電極１４３０を備える。図１４に示されるように、組み合わされたセンサは、電極１４３０が患者の肌に取付けられ又はさもなければ電気的に連結されるように構成されてもよい（例えば、電極１４３０は、センサの底部又は最下層に位置する）。いくつかの実施の形態において、導電接着剤１４１６は、肌上に配置される前に、電極１４３０上に配置されてもよい。好ましくは、導電接着剤１４１６は、抵抗損失を低減するような十分に小さい電気的インピーダンス、及び、音響反射損失を低減するような音響インピーダンスを有する生体適合基材を備える。いくつかの実施の形態において、接着剤１４１６は、人体に略適合するような音響インピーダンスを有するように選択される。いくつかの実施の形態における接着剤１４１６は、導電ヒドロゲルを備え、感度及び音響的／機械的／電気的接続を向上するようにスキンセンサ接触面上に導電ヒドロゲルを配置してもよい。いくつかの実施の形態において、導電接着剤１４１６は、センサが配置される人肌の表面上に塗布される。そして、センサは、この肌の同一領域上に押圧される。接着剤１４１６は、所定の場所に押圧される前に、センサ上に配置されてもよい。いくつかの実施の形態において、導電接着剤１４１６は、センサが梱包されるときにセンサ上の取り外し可能なストリップ又はタブ（図示せず）の下方に位置している。そして、ユーザは、センサを使用する直前に、ストリップを剥がして、下方の生体適合接着剤１４１６を露出させることができる。
【００９１】
特定の実施の形態において、電極１４３０は、患者の肌に電気的に接続される（又は肌上又はその近くに位置する）ように構成される薄い導電層を備える。電極１４３０は、例えば接着層４１４によって、センサに接着されてもよい。好ましくは、接着層４１４は、金属遮蔽層４１０、４１３から、そして、検知層２１０、２２０の導電部分から、電極１４３０を絶縁するため、非導電性である。いくつかの実施の形態において、電極１４３０は、アルミニウム、ニッケル、銀、金、銅、又はこれらの合金、又はこれらの塩を含む。いくつかの実施の形態において、金属層が接着層４１４によってセンサに接着されているが、他の実施の形態において、金属層は、コーティング、金属化、蒸着、又は他の方法によって、センサの下部表面上に形成される。このような実施の形態において、絶縁誘電体層又は非導電基材は、電極１４３０及び金属遮蔽層４１３の間に介装されてもよい。他の実施の形態において、電極１４３０は、センサの下部表面上を導電インクで覆ってもよい。好適な実施の形態において、電極１４３０は、例えば、導電プラスチック、ポリマー、又は、導電性カーボン添加物を含むポリエーテル又はポリエステルウレタンといった、複合体の１又は２以上の層を備える。いくつかの実施の形態において、電極１４３０は、導電率を高めるために、導電プラスチック及び金属の交互の層を含む複数層の薄板を備える。
【００９２】
必須ではないが、電極１４３０は、患者の肌の外形に一致するように、十分に薄く可撓性であることが好ましい。さらに、十分に薄く可撓性の電極１４３０は、音響検知層２１０及び２２０によって検出されるように、入射する音響信号を、組み合わされたセンサの内側に有利に伝播させることができる。いくつかの好適な実施の形態において、電極１４３０は、３０μｍ以下の厚さを有するが、他の厚さ（例えば約１０μｍから約１００μｍ）を用いてもよい。他の実施の形態において、電極の厚さは、最大約１ｍｍ、又は約１ｍｍ、又はそれ以上であってもよい。
【００９３】
図１４において示される実施の形態において、電極１４３０は、検知層２１０及び２２０から下方で僅かに離隔して配置されている。好ましくは、これらの層の間隔の厚さは、（電極１４３０での）電気信号及び（検知層２１０、２２０での）音響信号の到着時間の差が最小であるように著しく小さい。従って、組み合わされたセンサは、患者の身体における電気的及び音響的活動を同時に又はほぼ同時に測定する。他の実施の形態において、電極１４３０は、図１４に示されたものよりも異なって配置されてもよい。例えば、いくつかの実施の形態において、電極１４３０は、図１４に示された他の層の下に配置されずに、音響検知層２１０、２２０の外周又は周囲の部分から横方向（水平）に離れて配置されるか、及び／又は部分的に囲んでいる。図１１Ａに示された音響センサに電極を組合せる実施の形態において、導電材料を備える電極は、内側リング１１２０内の環に、及び／又は、内側リング１１２０間の環状ギャップ内に、及び外側リング１１１０に、及び／又は、外側リング１１１０の外側に配置されてもよい。他の実施の形態において、電極は、内側及び／又は外側リング１１２０、１１１０下に配置された１又は２以上の層中に配置された導電材料を備える。電極が音響検知層２１０及び２２０下に配置されていない特定の実施の形態における組み合わされた音響センサは、有利なことに、音響検知層及び電極のそれぞれによって、音響及び電気信号を実質的に同時に受信できる。さらに、いくつかの実施の形態において、体内の音源からの音響信号は、有利なことに、電極を通って伝播する必要無しに、音響検知層に到達する。
【００９４】
特定の好適な実施の形態において、電極１４３０は、ＥＫＧ電極として機能して、心筋の収縮及び緩和によって生成される活動電位といった、電気信号を測定するために使用されうる。良く知られているように、心音サイクルの間に、電流は身体を通って広がり、そして、肌上に異なる電位を生じる。肌に電気的に接触するように１又は２以上の電極１４３０を配置することによって、これらの電位差は、医療技術で公知の技術によって、直ちに測定できる。一般的に、ＥＫＧは、電位（例えば電圧）を検知するが、電極１４３０はこれに限定されず、例えば、電流、抵抗、又は他の好適な量を検知するために使用してもよい。様々なシステムにおいて、２及び１２の間の電気センサは、（約１ｍＶの最大振幅（ピーク・トゥ・ピーク）を有する）心臓の電気信号を測定するために使用される。いくつかの実施の形態において、任意の金属層は、ＥＫＧ電極として機能しうる。例えば、いくつかの実施の形態において、金属遮蔽層４１０及び４１３は、電気信号を測定するために機能できる。
【００９５】
通常の心音サイクルは、Ｐ波、ＱＲＳ群、及びＴ波といった、多数の電気特性を含む。ＱＲＳ群は、心室の収縮を表し、Ｒ波は、最大電位での典型的な特性である。心音を検知及び処理するための特定の実施の形態におけるシステムは、米国特許１０／８３０，７１９号明細書及び米国特許１１／３３３，７９１号明細書に開示されているように、（毎分の）心拍、及び心音における心臓拡張及び／又は収縮部分の継続期間を同定するためといった診断目的のために、（例えば、連続的なＲ波間における継続時間といった）心電信号における形跡を利用する。本願明細書に記述されている、組み合わされた音響及び電子センサは、有利なことに、これらの心音のシステムに利用できる。何故なら、この組み合わされたセンサは、心臓から放出される音響及び電気信号のいずれも測定するからである。組み合わされたセンサは、有利なことに、心音を測定及び診断するために必要とされるセンサの全体数を低減する（例えば、１つの実施の形態において、４つの組み合わされたセンサが使用される）。患者の身体上にセンサを配置することに関する更なる詳細は、例えば米国特許第１０／８３０，７１９号明細書及び米国特許第１１／３３３，７９１号明細書において見出される。他の実施の形態において、組み合わされたセンサは、（アイントホーフェンの三角形によれば）心電図記録法における他の原理によって配置してもよい。
【００９６】
図１５は、本発明における一実施の形態による、組み合わされた音響及び電子センサ１５１０の概略斜視図である。この組み合わされたセンサ１５１０は、好適には、患者の肌に適合するように、そして、上述した入射音響エネルギーに応じて電気信号を生成するためセンサ１５１０内の検知層２１０及び２２０が変形できるように、曲げることができる。加えて、センサ１５１０の部分（例えば電極１４３０）は、好適には、接触点での電位の電気信号指針を提供するように、肌に電気的に接触する。センサ１５１０中の電極１４３０は、電極１４３０を通過するときに身体からの音響信号が実質的に減衰しないように、そして、電気的及び音響信号の到着時間差が実質的に小さくなるように、十分に薄くそして可撓性であることが望ましい。
【００９７】
図１５に概略的に示されるように、センサ１５１０は、４つのリード線：Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＥを備える。３つのリード線Ａ、Ｂ、及びＣは、図５を参照して記述されるリード線Ａ、Ｂ、Ｃに全体的に実質的に類似していて、音響検知センサ２１０及び２２０中の導電層の導電率を提供するために使用される。図１５におけるラベルＥのリード線は、電極１４３０に導電率を提供する。リード線Ｅは、当業界で公知の任意の好適な種類の電気接続を備える。例えば、リード線Ｅは、電極１４３０に接続された（又は一部として形成された）金属突起を含んでもよい。一実施の形態において、５ｍｍの突起を有する。いくつかの実施の形態において、リード線Ｅは、図３を参照して記述されるワイヤ２４８に全体的に類似する遮蔽されたツイストワイヤのペアに取付けられる。リード線Ｅは、半田付け、圧接、ＥＣ接着、又は何らかの他の好適な方法によって、ワイヤに接続されてもよい。
【００９８】
図１５に示されるリード線Ｅは、電極１４３０によって検知された電気信号を、更に処理又は測定するための他の装置又は部材に運ぶ。例えば、１つの実施の形態において、リード線Ｅは、（図１２Ｂにおけるマルチメータ１２２０に全体的に類似している）マルチメータに接続され、電流、抵抗、及び／又は電圧といった、好適な電気量を測定することができる。他の実施の形態において、リード線Ｅは、図６に示された信号処理システム６１２といったプロセッサに（代換的に又は追加的に）接続されてもよい。このような実施の形態において、電気信号は、例えば、デジタリング、フィルタリング、増幅、多数化を含む、１又は２以上の公知技術によって、処理できる。電極１４３０によって検知される電気信号は、心音の所望の部分の同定といった目的又は他の好適な目的のために、（米国特許出願第１０／８３０，７１９号明細書、そして、米国特許出願第１１／３３３，７９１号明細書に記述されているシステムを含む）身体音検知システムによって使用できる。いくつかの有利な実施の形態において、システムは、診断処理を行うために電極１４３０及び音響検知層２１０、２２０の両方からの信号を利用する。
【００９９】
いくつかの有利な実施の形態におけるノイズ低減特性及び／又は電子検知特性を有するセンサが記述されてきたが、他の実施の形態は、図１３Ａ−図１５に概略的に示されたものと異なって構成できることが理解される。例えば、ノイズ低減及び電子特性は、図１０及び図１１Ａ−図１１Ｃを参照して記述されるセンサの実施の形態に容易に組み込むことができることを当業者は理解できるであろう。さらに、上述したいくつかの層の機能は、いくつかの実施の形態において、組合せることができる。例えば、接着機能及びノイズ減衰機能は、単一の粘着性発泡層によって達成（又は補助）できる。従って、多くの層の組合せ及び／又はセンサの構成は、本発明の範囲又は趣旨から離れることなく行うことができる。
【０１００】
本願明細書で記述される実施の形態は、有利なことに、（例えば、高効率の）異なる製造処理に対して調整できる。例えば、電気接続部及び回路は、化学堆積及び集積回路処理を用いて形成することができる。更に、複数の材料は、一形態において、一方の上に他方を堆積してもよく、そして、本願明細書で記述した接着材料の必要性を除外する堆積処理を使用してもよい。本願明細書で記述されるセンサは、本願発明の範囲を離れることなく、様々な製造方法及び技術を用いて製作できるということを、当業者は理解するであろう。
【０１０１】
特定の好適な実施の形態に関連して本発明を記述してきたが、個々の実施の形態における様々な特徴部を組合せることができ、さらなる実施の形態及び明記されていない自明な変形例を形成することができる。さらに、本願明細書の開示を読んだ後に当業者に明らかな他の実施の形態も、本発明の範囲内である。更に、様々な特性、態様、及び利点が本願明細書で記述されてきたが、全ての実施の形態がこのような特性、態様、又は利点を組み込むか又は達成する必要はないことが理解される。従って、特定の実施の形態は、本願明細書で教示又は示唆されるような他の特性、態様、又は利点を必ずしも達成すること無しに、本願明細書で教示するような１つの利点又は一連の利点を達成又は最適化してもよい。様々な変形、修正、及び組合せは、本発明の趣旨及び範囲から離れることなく、行うことができる。従って、本願明細書で開示された本発明の範囲は、上述した特定の実施の形態によって限定すべきものではなく、特許請求の範囲を公平に読むことによって決定すべきものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態による、センサの検知層部材の概略斜視図である。
【図２】図２は、図３の２−２線に沿った２つの検知層部材の概略断面側面図である。
【図３】図３は、リード線及び他の部材を有する図２の検知層部材の概略平面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態による、センサの一部の（図５の４−４線に沿った）概略部分断面側面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施の形態によるセンサの概略斜視図である。
【図６】図６は、プロセッサへのデータを送信するリード線を有する患者の胸の表面上に位置する複数のセンサの概略例である。
【図７Ａ】図７Ａは、圧電材料の屈曲によって誘起された圧電分極及び電荷に関する特定の概念の概略例である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、圧電材料の屈曲によって誘起された圧電分極及び電荷に関する特定の概念の概略例である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、圧電材料の屈曲によって誘起された圧電分極及び電荷に関する特定の概念の概略例である。
【図８Ａ】図８Ａは、平面材料の多次元屈曲及び対応するベクトル原理の概略例である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、平面材料の多次元屈曲及び対応するベクトル原理の概略例である。
【図９Ａ】図９Ａは、患者の肌に位置する、本発明の一実施の形態によるセンサ、及び、実質的な球面音波を放出する点源の切断概略断面例である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、後の時間での、図９Ａのセンサ、点源、及び音波の概略断面例である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図９Ｂのセンサ、点源、及び音波の概略三次元立断面例である。
【図１０】図１０は、本発明による一の代換実施の形態におけるセンサの斜視図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明による他の代換実施の形態におけるセンサの他の斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａのセンサの平面図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、図１１Ｂの線１１Ｃ−１１Ｃに沿った、図１１Ａのセンサの概略断面側面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、一実施の形態における２つの検知層を有するセンサの効率的な電気的特性を示す概略電子回路線図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、テスト及び／又はデータ処理のために図１２Ａの回路に取付可能な電子機器を示す概略電子回路線図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、他の実施の形態における２つの検知層を有するセンサの効率的な電気的特性を示す概略電子回路線図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、ノイズ低減音響センサの一実施の形態における部分の概略部分断側面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、ノイズ低減音響センサの他の実施の形態における部分の概略部分断側面図である。
【図１４】図１４は、組み合わされた音響及び電子センサの部分の（図１５の線１４−１４に沿った）概略部分断側面図である。
【図１５】図１５は、本発明の一実施の形態による、組み合わされた音響及び電子センサの概略斜視図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１００  検知層
１１０  頂部導電層
１１２  底部導電層
１１４  圧電中央部分
２１０、２２０  検知層
２１２、２１４、２２２、２２４  導電層
２３０  オーバーラップ距離
２４２、２４４、２４６  リード線
２４８  ワイヤ
４０９、４１４  接着材料
４１０、４１３  金属遮蔽層
４１５、４１７  適合膜
４１６  生体適合接着剤
５１０  センサ
６１２  信号処理器
７１０  圧電スラブ
８１２  直交成分
８１４  平行成分
８３０  二次元ベクトル
９１０  波源
９１４、９１８  波面
１１１０  外側リング
１１２０  内側リング
１１１２、１１２２  上部導電層
１１１４、１１２４  下部導電層
１１３２  コンタクトストリップ
１２２０  マルチメータ
１２２２、１２２４、１２２６、１２２８  スイッチ
１３２４  シェル
１４２０  ノイズ低減層
１４３０  導電電極
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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