JP2014124412A

JP2014124412A - 生体音集音装置、及び生体音集音装置を備える電子聴診装置

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Publication number: JP2014124412A
Application number: JP2012284316A
Authority: JP
Inventors: Migaku Tada; 琢多田
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】集音対象とする生体音を高感度に集音できる生体音集音装置と、生体音集音装置を備える電子聴診装置を提供する。
【解決手段】生体音集音装置１は、筐体４０と、集音対象部位より集音した音波を電気信号に変換するマイク１０と、集音対象部位に接触する第１の面を有する第１の生体音伝播部２１と、第１の生体音伝播部の第１の面に対向する第２の面２２と接し、マイクを覆う第２の生体音伝播部３０とを備える。第１の生体音伝播部は、第１の面を有する第１の層２１と、第１の層と接し、第２の面を有する第２の層２２を備え、第１の層は、フッ素化された低分子材料または高分子材料を用いて形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体音集音装置、及び生体音集音装置を備えた電子聴診装置で、特に妊産婦の腹部から胎児の生体音を集音するための生体音集音装置及び電子聴診装置に関する。

聴診器は、従来から医療現場で生体音を診断する装置として広く用いられてきた。聴診器は、通常、生体音を集音するチェストピース部と、チェストピース部に接続されて生体音を音波として伝送するチューブと、チューブの先端に配設されたイヤー部を有する。近年においては、聴診器の電子化技術により、生体音を電気信号に変換して信号処理し、その後再び音波に変換して診断する電子聴診装置が開発されている。電子聴診装置により、聴音データを保存して情報を共有化したり、聴診技術の伝承を図ったりすることが可能となってきた。さらに、聴音データの解析によって、隠れている疾患の兆候を顕在化させることも期待されている。

チェストピース部に、マイクロホン（以下、マイク）を備える電子聴診装置がある。特許文献１には、声帯の規則振動を伴わない音声を頭部や頸部付近から採取するマイクが開示されている。特許文献２には、音を受け、伝達する受音部材と、受音部材に結合されたヘッドセットと、受音部材と関連する、摩擦音を低減するための手段とを含む聴診器が開示されている。
従来の生体音集音装置は、集音対象が心音、肺音、もしくは呼吸音であり、その集音帯域は２０Ｈｚから５００Ｈｚ程度であったが、従来の集音対象より微小な生体音を集音する技術や、集音可能な帯域を広げる広帯域化技術が進化している。集音された音と、疾患との新たな関連付けを行って早期に疾病を発見したり、予防医学に貢献したりすることが期待されている。
一方で、生体は部位により構造組織が異なるため、集音対象部位が異なれば生体音の伝播も異なり、集音環境が一様ではない。そこで集音対象部位を、骨部を含まない生体軟部組織に限定し、更に集音対象部位で発生しうる音の帯域に帯域を狭めることにより、高感度で高いシグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ比）の生体音が集音可能となることも望まれている。

国際公開第２００５／０６７３４０号パンフレット特表２００８−５２６３１０号公報

電子聴診装置がマイクを備える場合、集音した生体音が増幅されるが、聴診対象である人の集音対象部位の体表または着衣との摩擦音のような、不要な音も集音され増幅されてしまう。特許文献２に開示された摩擦音低減手段を設けると、摩擦音に基づく不要な音を低減できるが、これは特にダイアフラムに圧電素子を備えるような、振動を検出する電子聴診装置で効果が得られる。一方で、マイクで集音する電子聴診装置のダイアフラムでは、摩擦音低減手段を設けることで高周波数帯域においては僅かな効果が認められるが、集音対象とする周波数帯域、例えば５０〜１５０Ｈｚ、には効果が得られなかった。

本発明は上記問題に鑑み、摺動による雑音の混入が生じ難く、集音対象とする生体音を高感度に集音できる生体音集音装置、及び生体音集音装置を備える電子聴診装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するため、以下の生体音集音装置及び、生体音集音装置を備える電子聴診装置を提供する。
集音対象部位より生体音を集音する生体音集音装置において、筺体と、前記集音対象部位より集音した音波を電気信号に変換するマイクと、前記集音対象部位に接触する第１の面を有する第１の生体音伝播部と、前記第１の生体音伝播部の前記第１の面に対向する第２の面と接し、前記マイクを覆う第２の生体音伝播部と、を備え、前記第１の生体音伝播部は、前記第１の面を有する第１の層と、前記第１の層と接し、前記第２の面を有する第２の層を備え、前記第１の層は、フッ素化された低分子材料または高分子材料を用いて形成されたことを特徴とする生体音集音装置。

本発明の生体音集音装置、及び生体音集音装置を備える電子聴診装置によれば、摺動による雑音の混入が生じ難く、集音対象とする生体音を高感度に集音できる。

第１実施形態に係る生体音集音装置の概略断面図である。第２実施形態に係る生体音集音装置の概略断面図である。第３実施形態に係る生体音集音装置の概略断面図である。実施例の生体音集音装置における周波数特性を示す図である。比較例１の生体音集音装置における周波数特性を示す図である。比較例２の生体音集音装置における周波数特性を示す図である。比較例３の生体音集音装置における周波数特性を示す図である。

以下、本発明に係る生体音集音装置及びこれを備える電子聴診装置の実施形態について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。また、以降の図における各部材のサイズや比率は、説明の便宜上のものであり、これらのサイズや比率に限定されない。また、以降の実施形態や変形例において、同種の部材には同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。

生体音集音装置を備える電子聴診装置は、音波変換部、イヤー部等を有する。生体音集音装置によって集音した生体音に基づく音波（以下、生体音波）は、電気信号に変換され、信号線は電気信号を伝送し、音波変換部で電気信号から音波に変換され、イヤー部から出力される。使用者は、イヤー部から出力される音波に基づく生体音を聞き、診断する。
電子聴診装置は、取得した生体音を保存する記憶部、生体音を解析する解析部、生体音のデータを転送する転送部、生体音のデータを表示する表示部などを有してもよい。
また生体音集音装置及びこれを備える電子聴診装置は、集音対象部位を生体の軟部組織である妊産婦の腹部とし、腹部から胎児心音等の生体音を集音する。集音対象部位は生体の軟部組織であれば、どこでもよい。なお集音対象の音には胎児心音の他、心音、肺音、呼吸音、血流音、蠕動音、嚥下音等の軟部組織から集音される、生体音全般を含む。また集音を行う対象は、人に限定されず、犬、猫、家畜等の動物であってもよい。

＜第１実施形態＞
図１に、第１実施形態に係る生体音集音装置１の概略断面図を示す。生体音集音装置１は、マイクロホンユニット１０（以下、単にマイク１０とも称する）、第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０、筺体４０、信号線５０等を備える。
筐体４０の外部形状は円筒形状で、円筒の一端は、円筒の直径と同径の円板が円筒と一体的に形成されており（天面）、円筒の他端（底面）は開口している。筐体４０の内部形状は、円錐形状や円筒形状であり、内部に空洞を有する構造である。筐体４０の形状は、聴診に適していれば特に限定されない。
筐体４０内は、開口している側から第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０がこの順で設けられている。すなわち、第１の生体音伝播部２０が筐体４０の底面側、第２の生体音伝播部３０が筐体４０の天面側に設けられている。マイク１０は、第２の生体音伝播部３０内に設けられている。
筺体４０の材料は、一例として、アルミニウム、真鍮、ステンレス等の制振性の高い金属や、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂が挙げられる。本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、筐体４０の材料は特に限定されない。

マイクロホンユニット１０は、少なくとも振動板（ダイアフラム）と、検出部を有する。マイク１０は、第１の生体音伝播部２０及び第２の生体音伝播部３０を伝播する生体音に基づく音波を電気信号に変換する。マイク１０は、例えば、エレクトレットコンデンサマイクロホンを採用することができる。また、他の小型のダイナミックマイクロホン、マイクロエレクトロメカニカルシステム（以下、ＭＥＭＳ）によるシリコンマイクロホンを採用してもよい。
音波は、第１の生体音伝播部２０、第２の生体音伝播部３０を介してマイク１０に伝播される。マイク１０は、第２の生体音伝播部３０にその全体または一部が収まるような位置に設けられる。マイク１０の第１の生体音伝播部２０側の面と、第２生体音伝播部３０と第１の生体音伝播部２０の第２の層２２との境界面とを離間させると、生体音の高音域を減衰させることに効果があり、高周波数のノイズ低減に優れた特性を有する。一方で離間距離が大きくなると、低周波数の音圧が低下してしまう。従って、境界面と１ｍｍ程度離間するようにマイク１０を配置すると、音圧低下や周波数特性の劣化が生じにくく好ましい。より好ましくは０．５ｍｍ程度とする。あるいは、マイク１０の第１の生体音伝播部２０側の面と、第２の生体音伝播部３０の第１の生体音伝播部２０と接する面である境界面と、が同一面上に位置するよう設けてもよい。
マイク１０の第１の生体音伝播部２０側の面と、境界面との離間距離は、第１の生体音伝播部２０と第２生体音伝播部３０を形成する材料に応じて調整する。調整により、第１の生体音伝播部２０を通じた雑音の混入が生じにくく、混入した雑音を大きく減衰でき、集音対象である生体音をマイク１０に効率よく伝導することが可能となる。

第１の生体音伝播部２０は、筐体４０の底面側の開口と同形の円形状である。第１の生体音伝播部２０は、集音対象部位（腹部）６０の体表６１に接触する第１の面を有する第１の層２１と、第１の層２１の第１の面に対向する面上に形成された第２の層２２を有する。第２の層２２の、第１の層２１と接する面と対向する面上には、第２の生体音伝播部３０が形成される。本実施形態においては、体表６１に第１の生体音伝播部２０の第１の層２１の第１の面（以下、表面）を接触させ、生体音を集音する。
第１の生体音伝播部２０は、生体内を伝導する生体音を第２の生体音伝播部３０を介して、マイク１０に伝導させる。第１の生体音伝播部２０は、体表６１の他、手術中の体内の体表等に接触させてもよい。

図１では、筐体４０の腹部６０と対向する面（以下、筐体４０の底面）と第１の生体音伝播部２０の表面とが同一平面上に位置するが、第１の生体音伝播部２０の表面が筐体４０の表面よりも腹部６０側に突出していてもよい。その場合、第１の生体音伝播部２０の表面が腹部６０の体表６１と接触するものの、筐体４０の底面は体表６１と接触しない。

第１の生体音伝播部２０は、生体音を集音する対象部位の音響特性インピーダンスに近い音響特性インピーダンスを有する材料を用いて形成する。集音対象部位と第１の生体音伝播部２０との音響インピーダンスの差が大きいと、集音対象部位と第１の生体音伝播部２０の領域界面で反射が生じ、第１の生体音伝播部２０へ生体音に基づく音波が伝播し難くなる。
第１の生体音伝播部２０の厚みは、生体音の伝播距離が長くなると減衰が生じるため薄いことが好ましいが、一方で入射した生体音が第２の生体音伝播部３０から射出が生じないような厚みが必要である。

ここで、集音対象部位の音響特性インピーダンスとは、集音対象部位を構成する皮膚、皮下組織、臓器、筋肉等の軟部組織、及び骨格からなる硬組織の各部位の伝達特性を合成して求める音響インピーダンスのことである。なお、集音対象部位の音響インピーダンスは、集音対象部位の断面積内あるいは容積内を構成する各器官の特性インピーダンスの分率和で表される。各組織の音響特性インピーダンスは、組織の密度と組織中の音速の積である。
生体は、水から骨まで様々な音響特性を有する部位（皮質骨、海綿骨、内臓、筋繊維、脂肪、腱、血管、血液、水分）の混合体で、部位、場所、個体により構成比率が異なり、部位の音響インピーダンスもそれぞれの固有値の合成となっている。生体の音速、または生体中の音の伝播速度、は臓器、組織により多少差があるが、一般的には軟部組織の音響インピーダンスは１．３５×１０⁶〜１．７２×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒の値を示す。また骨部の音響インピーダンスは、軟部組織と比較して密度が高く音速が早いため、３．８６×１０⁶〜６．７×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒の値を示す。

胎児心音を集音するための対象部位として適している腹部６０は、皮膚、臓器、筋肉、脂肪、血管等の軟部組織で形成されていることに特徴がある。聴音される生体音は、これら全組織を伝播してきた音となる。そのため、第１の生体音伝播部２０を形成する材料の音響インピーダンスは、軟部組織の音響インピーダンスの範囲に含まれることが好ましく、含まれない場合には軟部組織の音響インピーダンスと差が小さいことが好ましい。さらには、体表６１への密着性と形状追随性に優れた粘弾性を備え、硬度及びヤング率が高く、摺動ノイズが低く、生体内の音速とほぼ同等な音速であることが好ましい。

第１の生体音伝播部２０の材料に、ウレタンエラストマーやシリコーンエラストマー等を用いると、体表６１に対する密着性が良好となる。第１の生体音伝播部２０が体表６１に対して密着し、より強固に人体に対して保持させることができる。ただし、シリコーンエラストマーの中でも、音響インピーダンスの低いシリコーンエラストマーを第１の生体音伝播部２０に用いると、伝播時の損失が大きくなり、減衰が大きくなることにより生体音の伝播効率が低くなる。そのため、音響インピーダンスが高めのシリコーンエラストマーを用いることが好ましい。
例えば、第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンスを１．５×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒とすることにより、第１の生体音伝播部２０の表面から第２の生体音伝播部３０を通じて伝播する生体音を高い効率でマイク１０まで導くことが可能となる。ショアＡ硬度３５のシリコーンエラストマーは、１．５×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒の音響特性インピーダンスを示す。

フッ素化された高分子は基本的に密度が高く、音響特性インピーダンスも高いことが知られている。そのため、第１の生体音伝播部２０をフッ素化された高分子材料で形成すると、第１の生体音伝播部２０の音響特性インピーダンスが集音対象部位の音響特性インピーダンスと比較して高くなりすぎる。また、音の伝播効率が低下する。
従って、第１の生体音伝播部２０をフッ素化された高分子材料を用いて形成し、低摩擦係数特性と音の伝播効率とを両立させることは容易ではない。フッ素化された高分子材料を用いる場合、第１の生体音伝播部２０を構成する材料のうち音響インピーダンスが集音対象部位に近い材料の構成比率が高くなるよう、各材料を組み合わせることが必要となる。

本実施形態では第１の生体音伝播部２０は、第１の層２１をフッ素化された高分子を用いて形成する（以下、高分子層２１とも呼ぶ）。第１の層２１は、体表６１との摺動ノイズを低減させるため、体表６１との摩擦係数が小さい材料を用いて形成することが好ましい。
第１の層２１を形成するフッ素化された高分子材料として、四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン−三フッ化ポリエチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））、エチレン−四フッ化エチレン共重合体（ＥＦＴＥ）の単体、またはこれらを混合した混合物を用いることが好ましい。高分子材料を用いてフィルム状、またはシート状の第１の層２１を形成し、第２の層２２に接着等により付着させる。または、高分子材料を溶解させた溶液を第２の層２２上にディップ、スプレー、スピンコート等にて塗布し、薄膜状の第１の層２１を形成してもよい。あるいは、ＬＢ膜等の単分子膜を第２の層２２の表面に転写させて、第１の層２１を形成することもできる。

第１の生体音伝播部２０の第２の層２２は、集音対象部位からの集音に適した音響インピーダンスを有する材料を用いて形成すればよく、粘弾性体やゴム弾性体を用いることが好ましい。ここで、粘弾性体とは、粘性と弾性の両方の性質を合わせ持つ物質であり、樹脂などの高分子物質が挙げられる。また、ゴム弾性体とは、常温でヤング率が約１〜１０ＭＰａの範囲にあり、わずかな応力で伸び、外力を除くと元に戻る性質を有する物質である。ゴム弾性体の例としては、ポリエーテルゴムや多硫化ゴム、シリコンゴムが挙げられる。シリコーンエラストマーやウレタンエラストマーは、第２の層２２の材料として好ましい。

例えば、シリコーンエラストマーを用いて、厚みが２ｍｍの第２の層２２を形成する。フッ素化された高分子材料として、音響特性インピーダンスが４．５×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒であるポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦ）を用いて高分子層２１を形成した場合、高分子層２１の厚みが０．１ｍｍであれば、第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンスは１．６４×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒であり、高分子層２１の厚みが１ｍｍであれば、第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンスは２．１×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒である。
高分子層２１が１ｍｍの場合は、生体軟部の音響インピーダンスよりも第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンスが高くなってしまうため、本実施形態の生体音集音装置１及び電子聴診装置には適していない。従って、第１の層２１の厚みと第２の層２２の厚みの比を、集音対象領域の音響インピーダンスと第１の生体音伝播部２０の音響特性インピーダンスとが適切な関係となるよう調整すればよい。

第２の生体音伝播部３０は、第１の生体音伝播部２０における第２の層２２と筺体４０の内部側面４１とに区画される空間に充填されている。第２の生体音伝播部３０は、マイク１０を保持し、外部環境ノイズの遮蔽特性に優れていることが好ましい。また第２の生体音伝播部３０は、集音対象部位である腹部６０、第１の生体音伝播部２０、及び筺体４０との音響インピーダンス差を大きくし、ノイズ成分を減衰させるフィルタとしての機能を果たすため、低めの音響インピーダンスを有するシリコーンエラストマーを用いて形成することが好ましい。このとき、第１の生体音伝播部２０よりも音響インピーダンスが小さいことが、より好ましい。
第２の生体音伝播部３０の材料は、上記した要件を満足するものであれば特に限定されないが、粘弾性体やゴム弾性体が好ましく、特にシリコーンエラストマー、ウレタンエラストマーが好ましい。

なお、第１の生体音伝播部２０や第２の生体音伝播部３０には、特性に影響を与えない範囲で他の添加材等が含有されていてもよい。

第１実施形態に係る生体音集音装置１の製造方法の一例を説明する。
第２の生体音伝播部３０の材料であるシリコーンエラストマーの主剤と硬化剤を混合する。硬化剤は、主剤に対し１０重量％とした。マイク１０を筐体４０の内壁に接しないよう支持し、筐体４０の天面側に形成されている信号線５０を通すための開口部を一時的に封止する。
未硬化の第２の生体音伝播部３０の材料を筐体４０の開口側から充填し、２４時間室温で放置して硬化させる。第２の生体音伝播部３０の音響特性インピーダンスは、１．４×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒である。

第１の生体音伝播部２０は、シリコーンエラストマーを用いて形成した２ｍｍ厚の第２の層２２と、フッ素化された高分子としてＰＶＤＦを用いて形成した０．１ｍｍ厚の第１の層２１（ＰＶＤＦフィルム）とを備え、第２の層２２を第２の生体音伝播部３０に接着する。第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンスは１．６４×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒である。第１の生体音伝播部２０と第２の生体音伝播部３０の接合方法は特に制限がないが、通常、第２の生体音伝播部３０の密着力で十分である。

第１実施形態に係る生体音集音装置１によれば、第１の生体音伝播部２０の第１の層２１の全体を腹部６０の体表６１に密着させるので、効率よく集音することができる。第１の生体音伝播部２０の第１の層２１の全体を体表６１に密着させると、摩擦係数が低いため、摺動により発生する雑音を低減できる。
さらに、第１の生体音伝播部２０として、フッ素化された高分子材料により形成した第１の層２１を備えることにより、腹部６０と第１の生体音伝播部２０との界面において生体音の減衰を少なくし、高感度に生体音を集音することができる。これは、第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンスを１．５×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒以上とすることにより、ヤング率や音速を集音対象部位である腹部６０とほぼ同程度に高く保つことができるためである。

また、第２の生体音伝播部３０の音響インピーダンスと、腹部６０、第１の生体音伝播部２０及び筐体４０の音響インピーダンスとの差が大きいことで、より効果的に外部雑音の減衰を大きくし、雑音混入を抑制することができる。第２の生体音伝播部３０の音響インピーダンスは、１．５×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒未満であることが好ましい。第２の生体音伝播部３０として、硬度が低く、減衰が大きく、かつ音速が低いものを用いると、より効果的に生体音の帯域以外の音を第２の生体音伝播部３０内で効率的に減衰させることが可能となる。その結果、雑音を低減させることができる。
また、第１の生体音伝播部２０の厚みと、マイク１０の位置を調整することで、集音した生体音のマイク１０までの伝送距離を短くし、第２の生体音伝播部３０中での生体音の減衰を抑えられる。

第１の生体音伝播部２０は、フッ素化された高分子材料を用いて形成することで、集音対象部位である生体の音響インピーダンスに対して適切な音響インピーダンスを有し、集音対象部位と接触する表面が摩擦特性に優れている。そのため生体音集音装置１は、生体音の伝播特性に優れた信号強度が大きく、集音対象部位上を摺動させる際に発生する摺動ノイズが小さく、Ｓ／Ｎ比の高いものとなる。

＜第２実施形態＞
図２に、第２実施形態の生体音集音装置２の概略断面図を示す。生体音集音装置２は、第１の生体音伝播部２３の構成が異なる点を除き、第１実施形態の生体音集音装置１と同様の構成である。
生体音集音装置２は、マイク１０、第１の生体音伝播部２３、第２の生体音伝播部３０、筺体４０、信号線５０等を備える。

第１の生体音伝播部２３の、集音対象部位の体表６１に接触する第１の面は、主材で形成された主材部と、フッ素化された高分子材料を用いて形成された高分子部２４とを有する。高分子部２４は、フッ素化された高分子材料が粉末状、フレーク状、粒子状、微粒子状等の形態を含む粉体状で、主材部の間に形成されている。主材には、シリコーンエラストマーやウレタンエラストマーを用いる。主材と粉体状の高分子材料との混合は、既知の混合あるいは分散方法で行えばよい。

複数の材料によって形成した第１の生体音伝播部２３の音響インピーダンスは、各材料の音響インピーダンスの合成で表される。本実施形態では、体表６１に接触する第１の面が集音に影響を及ぼすため、第１の生体音伝播部２３の第１の面に平行な断面における各材料の含有比で第１の生体音伝播部２３の音響インピーダンスを定義する。集音対象部位の音響インピーダンスと第１の面の音響インピーダンスとが集音に適する関係になるように、第１の面に平行な面の断面における第１の面を構成する各材料の比率、すなわち断面における主材部と高分子部２４の比によって調整すればよい。さらには、第１の面が低摩擦となるような調整が望ましい。
第１の生体音伝播部２３を、主材をシリコーンエラストマー、高分子材料をＰＶＤＦを用いて形成する場合、断面積におけるシリコーンエラストマーに対するＰＶＤＦの含有比は７％以下が好ましい。例えば、ＰＶＤＦを５％含有する第１の生体音伝播部２３の音響インピーダンスは１．６５×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒であった。

第１の生体音伝播部２３は、フッ素化された高分子材料を用いて形成することで、集音対象部位である生体の音響インピーダンスに対して適切な音響インピーダンスを有し、集音対象部位と接触する表面が摩擦特性に優れている。そのため生体音集音装置２は、生体音の伝播特性に優れた信号強度が大きく、集音対象部位上を摺動させる際に発生する摺動ノイズが小さく、Ｓ／Ｎ比の高いものとなる。

＜第３実施形態＞
図３に、第３実施形態の生体音集音装置３の概略断面図を示す。生体音集音装置３は、第１の生体音伝播部２５の構成が異なる点を除き、第１実施形態、第２実施形態の生体音集音装置（１、２）と同様の構成である。

生体音集音装置３は、マイク１０、第１の生体音伝播部２５、第２の生体音伝播部３０、筺体４０、信号線５０等を備える。
第１の生体音伝播部２５は、第１実施形態の第１の生体音伝播部２０と同様に集音対象部位（腹部）６０の体表６１に接触する第１の面を有する第１の層２６と、第１の層２６の第１の面に対向する面上に形成された第２の層２７を有する。
本実施形態では第１の生体音伝播部２５は、第１の層２６をフッ素化された低分子を用いて形成する（以下、低分子層２６とも呼ぶ）。第１の層２６を形成するフッ素化された低分子材料として、一方に直鎖もしくは分岐したフッ化アルキル鎖を有し、他方にシリル基、カルボキシル基、アミド基、アミノ基、ビニル基、エポキシ基、チオール基、ヒドロキシル基等を有する化合物の単体、またはこれらを混合した混合物を用いることが好ましい。

第２の層２７の材料、例えばシリコーンエラストマー、とフッ素化された低分子材料とを混合し、シリコーンエラストマーを重合硬化させる際にフッ化アルキル部を第２の層２７の表面へ析出させて、第１の層２６を形成する。低分子材料に、炭素数Ｃ１からＣ８までのいずれかの鎖長を有するフッ化アルキル鎖を有する低分子化合物を用いると、フッ化アルキル鎖部分はシリコーンエラストマーと相溶性が極めて低いため、分散していた低分子化合物はシリコーンエラストマーの表面に析出する。第２の層２７の第２の生体音伝播部３０と接していない面から析出したフッ化アルキル鎖は、単分子層（第１の層２６）を形成する。
炭素数がＣ８より小さいＣ１〜Ｃ７の、鎖長が短いフッ化アルキル鎖を用いても同様に単分子層が形成される。分子鎖の片端に非重合性官能基を有するフッ化アルキル鎖は、主材に分散させ表層に析出させて単分子層を形成する方法が適しているが、第１実施形態の第１の層２１を形成する方法と同様に第２の層２７に低分子材料を塗布して第１の層２６を形成してもよい。
または、第２の層２７の表面にフッ素化された低分子材料を付加重合させる等してもよい。この場合は、シリル基等の付加重合性官能基を有するフッ化アルキル鎖を有するシランカップリング剤を用いることが好ましい。あるいは、シリコーンエラストマー等の第１の生体音伝播部２５における主材に、フッ素化された低分子材料が含有された状態で第１の生体音伝播部２５を形成してもよい。この場合は、第１の層２６と第２の層２７からなる積層構造を有さない。

シリコーンエラストマーを用いて形成した第２の層２７上に、フッ化アルキル鎖長に応じた第１の層２６が形成されているが、炭素数Ｃ８であるパーフルオロオクタンカルボン酸を用いると、析出して形成される第１の層２６の厚みは１０ｎｍ程度と非常に薄く、主材であるシリコーンエラストマーの音響インピーダンスにほとんど影響を与えない。第１の生体音伝播部２５の第１の層２６の体表６１と接触する面（表面）の低摩擦係数を実現するものである。

フッ素化された低分子を用いて形成した層を第１の生体音伝播部２４の一方の面に設けると、摺動により発生する雑音を低減させることができる。生体音を効率よく集音することが可能となる。なお、シリコーンエラストマーを主材とし、第２の層２７を形成する例について述べたが、他の材料を用いた場合においても同様である。

第３実施形態の第１の生体音伝播部２５は、集音対象部位に対する高い密着力と、生体音の高い伝播効率とを両立することが可能となる。第１の生体音伝播部２５の表面が集音対象部位の体表に強く密着することで、生体音集音装置３と集音対象部位の体表６１との隙間が小さくなり、隙間からマイク１０に雑音が浸入することを、より確実に防止できる。

第１の生体音伝播部２５は、フッ素化された低分子材料を用いて形成することで、集音対象部位である生体の音響インピーダンスに対して適切な音響インピーダンスを有し、集音対象部位と接触する表面が摩擦特性に優れている。そのため生体音集音装置３は、生体音の伝播特性に優れた信号強度が大きく、集音対象部位上を摺動させる際に発生する摺動ノイズが小さく、Ｓ／Ｎ比の高いものとなる。

本発明の各実施形態では、集音対象とする周波数帯域は５０Ｈｚ〜２００Ｈｚで、特に胎児の心音帯域である１００Ｈｚ前後の帯域の信号が十分な感度で検出できることを目的としている。生体音集音装置、または電子聴診装置は集音対象部位上で静止させて集音するが、胎児の心音は成人と異なり、胎勢が時々変化して聞こえづらいことがある。そうした場合には生体音集音装置、または電子聴診装置を集音対象部位の周辺を摺動させながら、よりよく音が聞こえる場所を探すこととなる。そのため、集音された音に対して妨害となるような体表６１や衣服との摺動摩擦により発生する摺動ノイズを低減させることが求められる。特に、胎児心音がノイズに埋没することを避けるため同帯域の摺動ノイズの低減が必要である。集音対象ではない５０Ｈｚ〜２００Ｈｚ以外の帯域の音は、ローパスフィルタやハイパスフィルタを適用した信号処理により除けばよい。

図１に示す生体音集音装置１を、以下の実施例及び比較例１〜３に記載のように作製し、それぞれの特性を測定した。
実施例の生体音集音装置１の第１の生体音伝播部２０は、ＰＶＤＦを用いて形成した８０μｍ厚の第１の層２１と、シリコーンエラストマーを用いて形成した２ｍｍ厚の第２の層２２を備える。既述の通り、ＰＶＤＦの音響特性インピーダンスは４．５×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒、シリコーンエラストマーの音響特性インピーダンスは１．５×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒である。このようにして形成された第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンスは、１．６２×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒であった。

図４に実施例の生体音集音装置１の周波数特性を示す。横軸が周波数、縦軸が音圧を示し、実線が静的な周波数特性、破線が動的な周波数特性を示す。測定する周波数帯域は、電子聴診装置の対応する２０Ｈｚから１ｋＨｚとした。
周波数特性の測定は、以下の方法で行った。胎児の心音の代用信号として１００Ｈｚサイン波（０．５ｍＶ）を入力した加振器上に、２０ｍｍ厚の水枕と２０ｍｍ厚のウレタンエラストマーを積層させた擬似人体モデルを置いた。生体音集音装置１を接続するマイクアンプのゲインを、胎児心音と略同等にマイク出力が３０ｄＢとなるよう調整した。
静的な特性は、マイクアンプのゲインを維持したまま、生体音集音装置１を擬似人体モデルに接触させて測定した。動的な特性は、マイクアンプのゲインを維持したまま、５０ｇの荷重を負荷した状態で人体前腕部内側に接触させながら、生体音集音装置１を速度５ｃｍ／秒で前腕長手方向に摺動させて測定した。

図４より、実施例の生体音集音装置１は、静的な特性の測定にて１００Ｈｚの信号が約３５ｄＢと、十分な感度で得られることがわかる。また、動的な特性の測定にて得られた周波数特性と比較して、１００Ｈｚ以下の低域の音圧の増加が認められるが、１００Ｈｚの信号がノイズに埋没することがないことが確認できた。

（比較例１）第１の生体音伝播部２０の第１の層２１を、音響特性インピーダンスが２．０×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒のポリウレタンフィルムを用いて、０．１ｍｍの厚みで形成した。第２の層２２は実施例と同じ、２ｍｍ厚のシリコーンエラストマーとする。比較例１における第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンスは、１．５２×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒であった。

図５に比較例１の生体音集音装置の周波数特性を示す。横軸が周波数、縦軸が音圧を示し、実線が静的な周波数特性、破線が動的な周波数特性を示す。測定方法は既に説明したとおりである。
図５より比較例１では、実施例と比較して２０Ｈｚから１ｋＨｚの全帯域において、動的な特性の測定時のマイク出力音圧が大幅に増加している。また、静的な特性で測定した１００Ｈｚの信号強度が、実施例と比較して低下している。

（比較例２）第１の生体音伝播部２０を、第１の層２１を設けず、実施例と同じ、２ｍｍ厚のシリコーンエラストマーで形成された第２の層２２のみとした。従って、体表６１に第２の層２２が接触する。第１の生体音伝播部２０の音響インピーダンスは、１．５×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒であった。
図６に、比較例２の生体音集音装置の周波数特性を示す。横軸が周波数、縦軸が音圧を示し、実線が静的な周波数特性、破線が動的な周波数特性を示す。測定方法は既に説明したとおりである。
図６より比較例２では、実施例と比較して２０Ｈｚから１ｋＨｚの全帯域において、動的な特性の測定時のマイク出力音圧が増加している。また、静的な特性で測定した１００Ｈｚの信号強度が、実施例と比較して低下している。

（比較例３）第１の生体音伝播部２０として、音響特性インピーダンスが４．５×１０⁶ｋｇ／ｍ²秒の四フッ化ポリエチレン（ＰＴＦＥ）を用いて形成した、厚さ２ｍｍのＰＴＦＥプレートを用いた。
図７に、比較例３の生体音集音装置の周波数特性を示す。横軸が周波数、縦軸が音圧を示し、実線が静的な周波数特性、破線が動的な周波数特性を示す。測定方法は既に説明したとおりである。
図７より比較例３は、実施例と比較して１００Ｈｚの信号出力音圧が約１５ｄＢ低い一方で、摺動によるノイズ、すなわち動的な特性の測定時のマイク出力音圧が低いことが分かる。従って、動的な特性の測定におけるノイズ増加は認められないが、静的な特性の測定における１００Ｈｚの信号強度自体が低く、結果として実施例に比べＳ／Ｎ比が低下している。

表１には、実施例、比較例１〜３より求めた、各周波数における動的特性（摺動）の測定時のノイズレベルと、静的特性の測定における１００Ｈｚのノイズレベルとの差を示す。５０Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚでは摺動時のノイズレベルを抑えるため小さい方が好ましく、１００Ｈｚにおいては摺動ノイズ発生時においては，信号レベルとなる絶対値が大きい方が好ましい。
実施例は、５０Ｈｚ及び１５０Ｈｚにおいて、ノイズレベル差が比較例１及び比較例２と比べると小さく、１００Ｈｚにおいていずれの比較例よりも信号感度が高い。
比較例１及び比較例２では、第１の生体音伝播部２０と集音対象部位との音響インピーダンス差は適切な範囲に保たれており、静的な周波数特性において１００Ｈｚの信号強度に大きな低下は見られない。しかしながら、比較例１及び比較例２の第１の生体音伝播部２０は、体表６１との摩擦係数が大きいため、摺動時には１００Ｈｚの信号強度を低下させる要因となっていると考えられる。

比較例３の第１の生体音伝播部２０は、実施例と同様にフッ素化された高分子材料を用いて形成しているが、フィルムと比較して高い剛性を有する板状であるため摩擦係数が低く、摺動時のノイズレベルが極めて低い。また、音響インピーダンスが集音対象部位のものと比較して高すぎるため、生体音の伝播が阻害され、信号レベルも実施例と比較すると大きく劣る。
実際の胎児心音は１００Ｈｚの単一周波数ではなく，１００Ｈｚ±２０Ｈｚ程度の半値幅の広い信号として検出されるため、１００Ｈｚの信号強度が十分に取れることが必要である。生体上を摺動させる際の摩擦係数を低下させるために用いるフッ素化された高分子材料は、より剛性を出すためには膜厚が厚いほうが好ましいが、厚くなると音響インピーダンスが高くなり、生体音を効率良く伝播できないという問題を同時に有している。このため第１の生体音伝播部２０における、フッ素化された高分子材料の割合には最適な範囲がある。第１の層２１の膜厚であれば、主材となるシリコーンエラストマーを２ｍｍ厚とした場合、０．１６ｍｍ以下であることが好ましい。

本発明は、生体を伝導する生体音を集音する生体音集音装置に好適に適用できる。また、生体音集音装置を備える電子聴診装置に好適に適用できる。特に、妊産婦の腹部より胎児の心音等の生体音を集音する、生体音集音装置、及び電子聴診装置に好適である。また、生体音の集音に際して超音波式胎児心音測定に必要なジェルやゼリー等の使用が不要であり、より簡単に利用できる。

１、２、３生体音集音装置
１０マイクロホンユニット
２０、２３、２５第１の生体音伝播部
２１、２６第１の層
２２、２７第２の層
２４高分子部
３０第２の生体音伝播部
４０筺体
５０信号線
６０集音対象部位（腹部）
６１体表

Claims

集音対象部位より生体音を集音する生体音集音装置において、
筺体と、
前記集音対象部位より集音した音波を電気信号に変換するマイクと、
前記集音対象部位に接触する第１の面を有する第１の生体音伝播部と、
前記第１の生体音伝播部の前記第１の面に対向する第２の面と接し、前記マイクを覆う第２の生体音伝播部と、を備え、
前記第１の生体音伝播部は、前記第１の面を有する第１の層と、前記第１の層と接し、前記第２の面を有する第２の層を備え、前記第１の層は、フッ素化された低分子材料または高分子材料を用いて形成されたことを特徴とする生体音集音装置。
前記第１の生体音伝播部の音響インピーダンスが、集音対象部位の音響インピーダンスの範囲を示すよう、前記第１の層及び前記第２の層を形成することを特徴とする請求項１に記載の生体音集音装置。
前記フッ素化された高分子材料は、四フッ化ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−三フッ化ポリエチレン共重合体、エチレン−四フッ化エチレン共重合体の単体のいずれか、または前記各単体を混合した混合物であることを特徴とする、請求項１に記載の生体音集音装置。
前記フッ素化された低分子材料は、炭素数１から炭素数８までのフッ化アルキル鎖を有する化合物であることを特徴とする、請求項１に記載の生体音集音装置。
前記フッ素化された低分子材料は、シランカップリング剤であることを特徴とする請求項１記載の生体音集音装置。
集音対象部位より生体音を集音する生体音集音装置において、
筺体と、
前記集音対象部位より集音した音波を電気信号に変換するマイクと、
前記集音対象部位に接触する第１の面を有する第１の生体音伝播部と、
前記第１の生体音伝播部の前記第１の面に対向する第２の面と接し、前記マイクを覆う第２の生体音伝播部と、を備え、
前記第１の生体音伝播部は、主材とフッ素化された高分子材料とを用いて形成され、前記第１の面は、前記フッ素化された高分子材料を用いて形成された高分子部と、前記主材を用いて形成された主材部とを有することを特徴とする生体音集音装置。
前記第１の生体音伝播部の音響インピーダンスが、集音対象部位の音響インピーダンスの範囲を示すよう、前記第１の層及び前記第２の層を形成することを特徴とする請求項６に記載の生体音集音装置。
前記高分子部は、前記フッ素化された高分子材料が粉体状となり形成されることを特徴とする請求項６記載の生体音集音装置。
請求項１〜８のいずれか１項に記載された生体音集音装置と、
前記生体音集音装置が集音した音に基づく電気信号を音波に変換する音波変換部と、
前記音波を出力する出力部と、を備える電子聴診装置。