JP2010115431A - 体内音取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体内音の長時間連続モニタを容易に実現できる体内音取得装置を提供する。
【解決手段】孔１１とマイクロフォン１０とを備えたマイクロフォンパッケージ１を用いる。孔１１と貫通した孔３１を備え、ゲルシート３で自装置を体表に装着する。この構成によれば、空洞を有するマイクロフォンパッケージ１の筐体が装着部材であるゲルシート３により皮膚表面に装着され、装着面の一部にある開口部は皮膚により密閉される。体内音による皮膚表面の振動が直接空洞内の空気に伝わり、これをマイクロフォン１０により取得できるため、高感度に体内音を取得することができる。また、皮膚に装着されるため、長時間連続して体内音を取得することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は体内音取得装置に関し、特に生体表面に装着して生体内で生じる音を取得する体内音取得装置に関する。

生体内で生じる音を取得し診断する装置として聴診器が広く一般に使われている。一般的に聴診器は身体表面から発せられる聴診音（すなわち、体内音）を受信するチェストピースと、これに接続され聴診音を音波として伝達する中空のチューブと、両耳用に２つに分岐した中空のチューブの先端に取り付けられたイヤーチップとから構成されている（例えば、非特許文献１）。
３Ｍ Littmann CLASSIC II S.E. STETHOSCOPE 、[online]、スリーエムヘルスケア株式会社、[平成２０年１０月２４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.mmm.co.jp/hc/littmann/classic2se.html＞

上述した一般的な聴診器を用いることにより、体内音を取得することができる。しかしながら、一般的な聴診器では、体内音を長時間連続してモニタすることはできない。
本発明は上述した従来技術の欠点を解決するためになされたものであり、その目的は体内音の長時間連続モニタを容易に実現できる体内音取得装置を提供することである。

本発明による体内音取得装置は、
体表上に装着され体内音を取得する体内音取得装置であって、
第１の孔（例えば、図１中の孔１１に対応）とマイクロフォンとを備えた筐体（例えば、図１中のマイクロフォンパッケージ１に対応）と、
前記第１の孔と貫通した第２の孔（例えば、図１中の孔３１に対応）を備え、自装置を前記体表に装着するための装着部材（例えば、図１中のゲルシート３に対応）と、を含むことを特徴とする。この構成によれば、空洞を有する筐体が装着部材により皮膚表面に装着され、装着面の一部にある開口部は皮膚により密閉される。体内音による皮膚表面の振動が直接空洞内の空気に伝わり、これをマイクロフォンにより取得できるため、高感度に体内音を取得することができる。また、皮膚に装着されるため、長時間連続して体内音を取得することができる。

また、前記第１の孔および前記第２の孔と貫通する第３の孔（例えば、図１中の孔４１に対応）を有し、前記筐体が実装された基板（例えば、図１中のプリント基板４に対応）を更に含んでもよい。この構成によれば、前記筐体を容易に実装することができる。
さらに、前記装着部材が脱着可能に構成されていてもよい。この構成によれば、装着部材が劣化して粘着力が低下しても、交換することにより装着力を確保できる。
また、自装置の質量を変化できるように構成されていてもよい。この構成によれば、質量を変えることにより、取得する音の周波数特性を調整することができる。
さらに、前記マイクロフォンがＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子で構成されていてもよい。この構成によれば、装置全体を小さく構成することができ、体表に装着しても違和感がなくなる。

本発明によれば、空洞を有する筐体が装着部材により皮膚表面などの体表に装着され、装着面の一部にある開口部は皮膚により密閉され、体内音による体表表面の振動が直接空洞内の空気に伝わり、これをマイクロフォンにより取得できるため、高感度に体内音を取得することができる。また、装着部材により体表に装着されるため、長時間連続して体内音を取得することができる。したがって、体内音の長時間連続モニタを容易に実現できる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。本実施形態においては人体の任意の皮膚表面に装着して貼り付けて使用する体内音取得装置について説明する。
（装置の構成）
図１は、体内音取得装置の構成例を示す図であり、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。図１において、プリント基板４にマイクロフォンパッケージ１が実装されている。プリント基板４の、マイクロフォンパッケージ１が設けられている面と反対側の面には本装置を皮膚表面に装着するためのゲルシート３が設けられている。ゲルシート３は皮膚表面に接する側に粘着性の部材（以下、粘着性部材と呼ぶ）が設けられている。プリント基板４に設けられている孔４１の位置と、ゲルシート３に設けられている孔３１の位置とはほぼ一致しており、孔同士が貫通するようになっている。

マイクロフォンパッケージ１の筐体内部は空洞になっている。このマイクロフォンパッケージ１の内面には、マイクロフォン１０が設けられている。このため、マイクロフォン１０は、孔１１を通して入力されるパッケージ外部の音を電気信号に変換することができる。マイクロフォン１０は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子で構成されている。

このマイクロフォンパッケージ１に設けられている孔１１は、プリント基板４およびゲルシート３にそれぞれ設けられている孔４１、３１に通じている。そして、これら孔１１、４１、３１によって、開口部３０が形成されている。
なお、本例の装置は、カバー７を有している。このカバー７はプリント基板４のマイクロフォン１０が設けられている面の周囲部分と接するように取り付けられている。

（重りの重さと周波数特性との関係）
図２は、本装置の重さを変化させた場合の、導出される電気信号の周波数特性を示す図である。ここでは、カバー７が無い場合（＋０ｇ）、カバー７の質量が１０ｇの場合（＋１０ｇ）、カバー７の質量が１００ｇの場合（＋１００ｇ）の３種類に変化させた。プリント基板は、直径１５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍとした。粘着性部材として、アスカーＣ硬度が０、厚さ１ｍｍのウレタンエラストマーを用いた。ＰＥＴ板の孔は直径３ｍｍとした。

同図に示されているように、質量が大きいほど、低周波側の感度が増加しているのがわかる。したがって、本装置をできるだけ重くすればよいと考えられるが、重くしすぎると装着感が悪くなったり、脱落したりする可能性がある。このため、図１中のカバー７を着脱できるように構成しておき、複数種類の重さのカバーのうち、適切な重さのものに交換できるようにしてもよい。このように、カバーを交換して装置全体の質量を変えることにより、取得する音の周波数特性を調整することができる。
本装置の周波数特性は、装着部位の皮膚及びゲルシートなどの装着部材の弾性定数と装置の質量とに依存する。すなわち弾性定数及び質量により共振周波数が決定され、共振周波数以上では感度は周波数に依存して低下する。また弾性定数が一定の場合、共振周波数以下での感度は質量が大きいほど高くなる。

（孔径と周波数特性との関係）
図３は、開口部３０の孔の径を変えた場合の、導出される電気信号の周波数特性を示す図である。ここでは、ＰＥＴ板の孔を直径１ｍｍ、３ｍｍの２種類に変化させ、加振器によって加えた振動を計測した。図３を参照すると、孔の径が大きいほど、感度が向上していることがわかる。

（変形例）
図４は、体内音取得装置の変形例の構成を示す図である。図４において、（ａ）は体内音取得装置の下面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。図４を参照すると、図１の場合とは異なり、プリント基板４とカバー７とで形成される空洞内に、マイクロフォン１０が設けられた構成になっている。この構成を採用した場合も、図１の場合と同様に、空洞を有する筐体が粘着性部材により皮膚表面に装着でき、装着面の一部にある開口部は皮膚により密閉される。体内音による皮膚表面の振動が直接空洞内の空気に伝わり、これをマイクロフォンにより取得できるため、高感度に体内音を取得することができる。また、本装置を粘着性部材により皮膚に装着するため、長時間連続して体内音を取得することができる。
なお、ゲルシートについては、着脱できるように構成してもよい。このようにすれば、粘着性部材が劣化して装着力が低下しても、交換することによって装着力を確保できる。
さらに、粘着性部材によって皮膚に装着するのではなく、接着することで皮膚に装着してもよい。

図５は、体内音取得装置の実施例の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。図５を参照すると、本例の体内音取得装置は、円形のＰＥＴ板２の上面にマイクロフォンパッケージ１が設けられ、ＰＥＴ板２の下面にはゲルシート３が設けられている。ゲルシート３は皮膚表面に接する側に粘着性部材が設けられている。ＰＥＴ板２に設けられている孔２１の位置と、ゲルシート３に設けられている孔３１の位置とはほぼ一致しており、孔同士が貫通するようになっている。

マイクロフォンパッケージ１は、円形のプリント基板４に実装されている。そして、このプリント基板４には、マイクロフォン１０によって変換された電気信号を導出するためおよびマイクロフォンパッケージ１への電源供給のための配線５が接続されている。
マイクロフォンパッケージ１の筐体内部は空洞になっている。このマイクロフォンパッケージ１の内面には、マイクロフォン１０が設けられている。このマイクロフォン１０は、孔１１を通して入力されるパッケージ外部の音を電気信号に変換する機能を有している。マイクロフォン１０は、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子で構成されている。

このマイクロフォンパッケージ１に設けられている孔１１は、ＰＥＴ板２およびゲルシート３にそれぞれ設けられている孔２１、３１に通じている。そして、これら孔３１、２１、１１によって、開口部３０が形成されている。
ところで、本例では、プリント基板４の、マイクロフォンパッケージ１の実装面とは反対側の面には重り６が設けられている。この重り６は所望の周波数特性を得るために設けられたものであり、低周波数側の感度を高め、体内音の取得特性も良好に保つことができる。
なお、プリント基板４とマイクロフォンパッケージ１との間、マイクロフォンパッケージ１とＰＥＴ板２との間、ＰＥＴ板２とゲルシート３との間、はそれぞれ隙間がなく、密着した状態が保たれている。

発明者は、米国Ｋｎｏｗｌｅｓ社製のマイクロフォンパッケージ（ＳＰＭ０２０８ＨＥ５）を用いて体内音取得装置を以下のように構成した。まず、筐体に孔のあるマイクロフォンパッケージ１をプリント基板４に固定し、マイクロフォンパッケージ１の孔側に直径３ｍｍの穴を有する外径１５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＰＥＴ板２を接着した。マイクロフォンパッケージ１、プリント基板４、ＰＥＴ板２の総重量は約１ｇである。
また、プリント基板４の裏側に２０ｇの重り６を接着した。そして、プリント基板４に配線５を接続した。さらに、ＰＥＴ板２へ直径３ｍｍの孔を有する外径１５ｍｍのゲルシート３を貼り付けた。なお、ゲルシート３には、積水化成品工業製３ＡＭ０３Ｍ−Ｐ１０Ｗ０５を用いた。

（動作）
上記の構成において、ゲルシート３が皮膚表面に接するようにして体内音取得装置を皮膚表面に取り付ける。ゲルシート３に粘着性部材が設けられているので、皮膚表面に取り付けた状態では、粘着性部材と皮膚表面との接する部分には隙間がなくなる。したがって、体内音取得装置が装着された状態では、マイクロフォンパッケージ１の筐体の内部空間と、マイクロフォンパッケージ１の孔と、ＰＥＴ板２の孔２１と、ゲルシート３の孔３１と、図示せぬ皮膚表面とで囲まれた空洞は閉空間であり、外部につながる隙間はない状態になる。

このように、ゲルシート３によって体内音取得装置が皮膚表面に装着されている状態では、体内音が開口部３０から孔３１、２１、１１を通してマイクロフォン１０に入力される。マイクロフォン１０は、入力された体内音を電気信号に変換する。この変換された電気信号は、配線５を介して導出される。導出された電気信号は、外部の回路（例えば、増幅回路）に入力される。

このような構成において、マイクロフォンパッケージ１の空洞を有する筐体が粘着性部材により皮膚表面に装着されると、装着面の一部にある開口部３０は皮膚により密閉される。すると、体内音による皮膚表面の振動が空洞内の空気に直接伝わり、これをマイクロフォン１０により取得できるため、高感度に体内音を取得することができる。また、体内音取得装置は、粘着性部材であるゲルシート３により皮膚に装着されるため、長時間連続して体内音を取得することができる。
発明者は、以上のように構成された体内音取得装置のゲルシート３を人体頸部の皮膚表面に貼り付けて呼吸音を取得した。導出される電気信号の波形が図６に示されている。図６を参照すると、周期的に波形が現れており、感度良く呼吸音が取得できていることがわかる。なお、図６において、横軸は時間、縦軸は電圧である。

（まとめ）
以上説明したように、この体内音取得装置によれば、空洞を有する筐体が粘着性部材により皮膚表面に装着でき、装着面の一部にある開口部は皮膚により密閉される。体内音による皮膚表面の振動が直接空洞内の空気に伝わり、これをマイクロフォンにより取得できるため、高感度に体内音を取得することができる。また、粘着性部材により皮膚に装着されるため、長時間連続して体内音を取得することができる。
なお、上記は皮膚表面に装着する場合について説明したが、装着箇所は皮膚に限らず、体表であれば粘膜に装着してもよい。
また、上記は人体の体内音を取得する装置について説明したが、これに限らず、動物の体に本装置を装着してもよい。こうすれば、動物の体内音を取得することもできる。

本発明の実施形態による体内音取得装置の構成例を示す図であり、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。 装置の重さを変化させた場合の、導出される電気信号の周波数特性を示す図である。 開口部の孔の径を変えた場合の、導出される電気信号の周波数特性を示す図である。 体内音取得装置の変形例の構成を示す図であり、（ａ）は体内音取得装置の下面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。 本発明の実施形態による体内音取得装置のより具体的な実施例の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。 本発明の実施例による体内音取得装置を用いて、人体頸部から取得した呼吸音に対応する電気信号を示す波形図である。

符号の説明

１ マイクロフォンパッケージ
２ ＰＥＴ板
３ ゲルシート
４ プリント基板
５ 配線
６ 重り
７ カバー
１０ マイクロフォン
１１、２１、３１、４１ 孔
３０ 開口部

Claims (5)

1. 体表上に装着され体内音を取得する体内音取得装置であって、
   第１の孔とマイクロフォンとを備えた筐体と、
   前記第１の孔と貫通した第２の孔を備え、自装置を前記体表に装着するための装着部材と、
   を含むことを特徴とする体内音取得装置。
2. 請求項１に記載の体内音取得装置において、前記第１の孔および前記第２の孔と貫通する第３の孔を有し、前記筐体が実装された基板を更に含むことを特徴とする体内音取得装置。
3. 請求項１又は２に記載の体内音取得装置において、前記装着部材が脱着可能に構成されていることを特徴とする体内音取得装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の体内音取得装置において、
   自装置の質量を変化できるように構成されていることを特徴とする体内音取得装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の体内音取得装置において、前記マイクロフォンがＭＥＭＳ素子で構成されていることを特徴とする体内音取得装置。

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