JP2023502887A - 呼吸音検出装置 - Google Patents

Abstract

被験者の呼吸を監視するための接触センサは、第１の音響キャビティを画定するマイクロホン・ハウジングと、第１の音響キャビティ内に配置されたＭＥＭＳマイクロホンと、前面および後面を有するキャビティ壁によって第１の音響キャビティから分離された第２の音響キャビティであって、キャビティ壁の前面によって少なくとも部分的に画定された第２の音響キャビティと、キャビティ壁を通って第１の音響キャビティと第２の音響キャビティとの間に形成された音響導管と、第２の音響キャビティで終端する第１の端部および第２の音響キャビティの外側で終端する第２の端部を有する圧力開放ベントと、を備える。

Description

本開示は、接触センサに関し、詳細には、呼吸音を検出するための接触マイクロホンに関する。

喘息は、肺の気道の長期にわたる炎症性疾患であり、喘鳴、咳、および息切れが、変動して繰り返される症状を引き起こす。喘息症状をモニタリングするために使用される従来の機器は、ピーク・フロー・メータである。これは、人の呼気の最大速度、したがって気道内の閉塞の程度、を測定する携帯機器である。しかしながら、症状の自己診断のためのピークフロー監視の有効性は、ピークフローの広範囲の「正常」値、および結果の変動の度合いが高いこと、のために制限される。

気管に近接して皮膚上に配置された接触センサを使用して気管の振動を監視する、ｉＳｏｎｅａ（ＲＴＭ）によるＡｉｒｓｏｎｅａ（ＲＴＭ）などの喘鳴モニタが開発されている。そのような機器は、圧電センサを使用して呼吸音を拾い上げ、これを分析して患者が喘鳴を発しているかどうか、および、どの程度かを判定することができる。

本明細書に含まれている文書、行為、材料、機器、物品などのいかなる議論も、これらの事項のいずれかもしくはすべてが先行技術ベースの一部を形成すること、または、添付の特許請求の範囲の各々の優先日前に存在していた本開示に関連する分野における共通の一般知識であったこと、を認めるものと解釈されるべきではない。

本開示の第１の態様によれば、被験者の呼吸を監視するための接触センサが提供され、接触センサは、第１の音響キャビティを画定するマイクロホン・ハウジングと、第１の音響キャビティ内に配置されたＭＥＭＳマイクロホンと、前面および後面を有するキャビティ壁によって第１の音響キャビティから分離された、第２の音響キャビティであって、キャビティ壁の前面によって少なくとも部分的に画定された、第２の音響キャビティと、キャビティ壁を通って、第１の音響キャビティと第２の音響キャビティとの間に形成された音響導管と、第２の音響キャビティで終端する第１の端部と第２の音響キャビティの外側で終端する第２の端部とを有する圧力開放ベントと、を備える。

いくつかの実施形態では、接触センサは、キャビティ壁の上に形成された可撓性膜をさらに備えていてもよく、可撓性膜は、キャビティ壁の前面に面する前面および後面を有する。

接触マイクロホンは、可撓性振動板の後面と、キャビティ壁の外側限界の周りに延在するキャビティ壁の前面との間に、ガスケットをさらに備えていてもよく、圧力開放ベントは、ガスケットに形成されたノッチを備える。

可撓性膜は、シリコーン、または二軸延伸ポリエチレン・テレフタレート（マイラー（ＲＴＭ））、またはガラス強化エポキシ積層体を備えていてもよい。可撓性膜は、特にシリコーンから作製される場合、０．４ｍｍ～０．８ｍｍの厚さ、または約０．５５ｍｍ～０．６５ｍｍの厚さ、を有することができる。可撓性膜は、例えば、ガラス強化エポキシ積層体から作製される場合、約０．１ｍｍ、または、例えば、マイラーから作製される場合、０．０７ｍｍの厚さを有することができる。

可撓性膜は、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０タイプＡを使用して測定される、６０から８０の間のショア・デュロメータ硬度を有することができる。例えば、可撓性膜は、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０タイプＡを使用して測定される、約７３のショア・デュロメータ硬度であってもよい。

いくつかの実施形態では、キャビティ壁は、前面キャビティ壁の外側限界の周りに延在する接触面を備えていてもよく、可撓性膜は部分的または完全に省略される。使用時に、接触面は、被験者の表面に接触するように構成されてもよい。次いで、キャビティ壁および被験者の表面は、音響チャンバを形成してもよい。

いずれの場合も、圧力開放ベントは、第２の音響キャビティと大気との間に、空気を通気するように構成されてもよい。圧力開放ベントは、キャビティ壁の外側限界で終端するキャビティ壁の前面に形成されたノッチを備えていてもよい。いくつかの実施形態では、可撓性膜はカバーの一部であり、圧力開放ベントは、ノッチと流体連通するカバー内のサイドベントをさらに備える。あるいは、圧力開放ベントは、キャビティ壁の前面とキャビティ壁の後面との間に形成された通路を備えていてもよい。

接触センサは、ベントの第２の端部に近接して配置された膜フィルタをさらに備えていてもよい。膜フィルタは、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）を、備えていてもよい。

キャビティ壁の前面は、キャビティ壁内の導管の入口に向かって圧力波を集束させるためのボウル形状またはホーン形状を有することができる。

音響導管は、キャビティ壁の前面のほぼ中央の位置で終端することができる。音響導管は、約０．５ｍｍの直径を有することができる。音響導管は、０．５ｍｍ～５．０ｍｍの長さを有することができる。

接触センサは、マイクロホン・ハウジングに結合された減衰質量をさらに備えていてもよい。減衰質量は、アルミニウムまたはステンレス鋼を、備えていてもよい。

接触センサは、プリント回路基板（ＰＣＢ）をさらに備えていてもよい。その場合、ＭＥＭＳマイクロホンは、ＰＣＢ上に実装されてもよい。

キャビティ壁の後面は、そこから延びる複数のピンを備えていてもよい。ＰＣＢは、それを貫通して形成された複数の開口部を備えることができ、複数のピンの各々は、マイクロホン・ハウジングを、例えば音響導管と位置合わせするように、複数の開口部のそれぞれの開口部と係合するように構成される。複数のピンと複数の開口部との係合は、マイクロホン・ハウジング内の音響開口部を、音響導管と位置合わせすることができる。複数のピンは、熱かしめピンであってもよい。その場合、ＰＣＢは、複数のピンによってキャビティ壁に対して固定されてもよい。

第２のガスケットが、マイクロホン・ハウジングとキャビティ壁の後面との間に設けられてもよい。第２のガスケットは、音響開口部の外側限界の周りに延びることができる。

本開示のさらなる態様によれば、筐体を備える機器が提供され、筐体と、上記態様のいずれか一つの接触マイクロホンと、周囲音を受信するように構成された背景マイクロホンであって、接触マイクロホンおよび背景マイクロホンは、筐体内に収容される、背景マイクロホンと、を備える。

ＭＥＭＳマイクロホンおよび背景マイクロホンは、実質的に音響的に分離されてもよい。

機器は、筐体内に収容された１つまたは複数の音響減衰器をさらに備えていてもよい。

筐体は、第１の端部と、第１の端部の反対側にある第２の端部とを有してもよい。可撓性振動板の接触面は、設けられる場合、筐体の第１の端部に近接して配置されてもよい。背景マイクロホンは、筐体の第２の端部に近接して配置されてもよい。

本明細書を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という単語、または「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もしくは「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」などの変形は、記載された要素、整数もしくはステップ、または、要素、整数もしくはステップの群、を含むことを意味するが、任意の他の要素、整数もしくはステップ、または、要素、整数もしくはステップの群、を除外しないことを意味すると理解される。

次に、本開示の実施形態を、添付の図面を参照して、非限定的な例として説明する。

本開示の一実施形態による装置の断面図である。 図１に示す装置の斜視分解図である。 図１に示す装置のＭＥＭＳマイクロホンの拡大断面図である。 図１に示す装置のＭＥＭＳマイクロホンによって取得された信号を、様々なベント構成と比較するグラフである。 様々なベント構成を有する図１に示す装置のＭＥＭＳマイクロホンによって取得された信号の周波数応答を示すグラフである。 ボウル形状の前面を有する図１の装置のキャビティ壁の断面図である。 凹ホーン形状の前面を有する図１の装置のキャビティ壁の断面図である。 凸ホーン形状の前面を有する図１の装置のキャビティ壁の断面図である。 図１に示す装置を備える機器の斜視図である。 図９に示す機器の断面図である。 本開示の別の実施形態による装置の断面図である。 空気流の通過を示すようにマークされた図１１Ａの断面図である。

本開示の実施形態は、接触センサを使用した呼吸監視の改善を提供する。

本開示の実施形態は、呼吸による動物または人間の解剖学的構造の振動を検知するための接触センサに関する。具体的には、被験者皮膚のいずれかの振動を（任意選択的に皮膚に機械的に結合された可撓性振動板を介して）電気信号に変換するように構成されたＭＥＭＳマイクロホンを使用する接触センサが提供される。

ＭＥＭＳマイクロホンは、典型的には、入射音響波を電気的表現に変換する従来のマイクロホンとして機能するように設計される。従来の目的のために使用される場合、ＭＥＭＳマイクロホンは、広く比較的平坦な周波数応答および高い線形性を示す。しかしながら、ＭＥＭＳマイクロホンは、空気の柱へのアクセスを必要としないため、圧電センサが従来使用されている接触マイクロホンなどの接触センサにおいて、従来使用されていない。本発明者らは、接触検知用途のためのＭＥＭＳマイクロホンの優れた音声捕捉特性を利用する技術を考案した。

本開示の実施形態は、皮膚（または皮膚上の可撓性振動板）をＭＥＭＳマイクロホン（音圧／空気圧を測定する）とインタフェースするために音響エアギャップ結合を使用する。以下により詳細に説明するように、本発明者らは、この構成に設けられたＭＥＭＳマイクロホンによって取得される音響信号の品質が、音響エアギャップの通気のレベルによって実質的に影響を受けることを見出した。通気を提供することにより、通気されていない機器と比較した場合、より広い周波数範囲にわたってより平坦な周波数応答を取得することができ、低周波数のブーミングを低減することができる。

図１および図２は、本開示の様々な実施形態による装置１００の断面および斜視分解図である。装置１００は、ＭＥＭＳマイクロホン１０６を収容する第１の音響キャビティ１０４を画定するマイクロホン・ハウジング１０２を備える。装置１００は、第２の音響キャビティ１０８をマイクロホン・ハウジング１０２から分離するキャビティ壁１１０によって画定される第２の音響キャビティ１０８をさらに備える。

図１および図２の実施形態では、装置１００は、装置１００の適切な機能に有害となり得る汚れ、水、および他の物質の侵入を防止するために、キャビティ壁１１０の上に配置された可撓性膜１１２の形態の振動板をさらに備える。図示の実施形態では、可撓性膜１１２は、キャビティ壁１１０の外側限界にわたって延在するカバー１１３の一部として形成される。他の実施形態では、可撓性膜１１２は、別個の要素として形成されてもよい。さらに別の実施形態では、使用時に、被験者の表面（例えば、皮膚）が、キャビティ壁１１０の外側限界と直接封止を形成し、したがって可撓性膜１１２として機能するように、可撓性膜１１２は完全に省略されてもよい。このような機器の機能は、可撓性膜１１２を用いて後述するものと同様である。

図示の実施形態では、可撓性膜１１２とキャビティ壁１１０との間に封止を提供するために、可撓性膜１１２とキャビティ壁１１０の外側限界の周りに延びるキャビティ壁１１０との間にガスケット１１５（例えば、Ｏリング）が設けられる。ガスケット１１５はまた、第２の音響キャビティ１０８の容積を増加させてもよい。ガスケット１１５の厚さを変えることにより、第２の音響キャビティ１０８の容積、したがって第２の音響キャビティ１０８の音響応答を変更することができる。他の実施形態では、ガスケット１１５は省略されてもよく、可撓性膜１１２およびキャビティ壁１１０は、キャビティ壁１１０の外側限界の周りでそれらの間に封止を形成する。

図３は、マイクロホン・ハウジング１０２の近傍の装置１００の一部の拡大断面図である。図３に示すように、第１の音響キャビティ１０４と第２の音響キャビティ１０８との間に音響導管１１４が設けられ、音響導管は、キャビティ壁１１０の前面１１６から、キャビティ壁１１０の開口部１１１を通り、マイクロホン・ハウジング１０２に形成された開口部１１８を通って延びる。これにより、音響導管１１４は、音響波が第１の音響キャビティ１０４と第２の音響キャビティ１０８との間を進行することを可能にする。図示の実施形態では、キャビティ壁１１０とマイクロホン・ハウジングとの間の結合を封止するために、キャビティ壁１１０の後面１２０と音響導管１１４の周囲に延在するマイクロホン・ハウジングとの間にガスケット１１９が設けられている。図示の実施形態では、キャビティ壁１１０の後面１２０には、ガスケット１１９（この例では、Ｏリング）を受け入れるように構成された凹部が設けられ、ガスケット１１９は、マイクロホン・ハウジング１０２が組み立て中にキャビティ壁１１０の後面１２１と接触し、したがって封止を形成するときに、弾性変形するようなサイズにされる。ガスケット１１９は、マイクロホン・ハウジング１０２とキャビティ壁１１０との間の結合部で音響導管１１４を封止するだけでなく、音響導管１１４の実質的に一貫した長さをさらに保証する。

使用時に、可撓性膜１１２（または可撓性膜１１２が省略されている場合、被験者の皮膚または表面）が、その表面に垂直な方向に動くと、可撓性膜１１２から第２の音響キャビティ１０８および音響導管１１４を通ってマイクロホン・ハウジング１０２に形成された第１の音響キャビティ１０４に進む音波が発生し、この音波はＭＥＭＳマイクロホン１０６によって拾い上げられる。

ＭＥＭＳマイクロホン１０６および／またはマイクロホン・ハウジング１０２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）１２４上に実装されてもよく、その上に、ＭＥＭＳマイクロホン１０６によって取得された信号を処理するためのデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの回路１２５が設けられてもよい。そのような回路は当技術分野で周知であるため、ここでは詳細に説明しない。

キャビティ壁１１０の後面には、そこから延びる複数のピン１２６が設けられてもよく、ＰＣＢ１２４には、組み立て中にマイクロホン・ハウジング１１８の開口部１１８をキャビティ壁１１０に形成された通路１１１の後部入口と並置するように、キャビティ壁１１０に対するＰＣＢ１２４の位置を固定するために、そこを貫通して形成された複数の対応する開口部１２８が設けられてもよい。複数のピン１２６の各々は、マイクロホン・ハウジング１１８の開口部１１８を通路１１１と位置合わせするように、複数の開口部１２８のそれぞれの開口部と係合するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、複数のピン１２６は、図１に示すように、ＰＣＢ１２４をキャビティ壁１１０との接続された構成に固定するために、加熱に応答して、変形するように構成され得る熱かしめピンであってもよい。

他の実施形態では、マイクロホン・ハウジング１０２は、キャビティ壁１１０に直接固定されてもよく、またはキャビティ壁１１０に一体化されてもよい。その場合、ガスケット１１９および凹部１２２を省略することができ、音響導管１１４は、第１および第２の音響キャビティ１０４，１０８の間の単一の通路として形成される。

上述したように、第２の音響キャビティの通気は、ＭＥＭＳマイクロホンによって取得される信号を実質的に改善することが分かっている。したがって、図示の実施形態では、装置１００は、第２の音響キャビティ１０８と装置１００の外側との間に延在する圧力開放ベントを備える。この例では、圧力開放ベントは、キャビティ壁の外側限界で終端するキャビティ壁１１０の前面１１６の切断部またはノッチ１３２、およびカバー１１３のサイドベント１３２から形成される。ノッチ１３２およびサイドベントは、第２の音響キャビティ１０８と、可撓性膜１１２の上部接触面を迂回する大気との間に空気通路を形成し、可撓性膜１１２の上部接触面が患者／ユーザの皮膚などの測定面と接触している場合でも、空気が装置１００の側面を通って通気することを可能にする。図２から明らかなように、カバーがない例では、ノッチ１３２は、第２の音響キャビティ１０８と大気との間に空気通路を提供する圧力開放ベントを形成するのに十分である。

他の実施形態では、ガスケット１１５（設けられている場合）は、第２の音響キャビティ１０８と装置１００の外部との間に空気通路を形成する切れ目またはノッチを備えることができる。

さらに他の実施形態では、装置１００の側面に通気する代わりに、圧力開放ベント１３０は、前面１１６とキャビティ壁１１０の後面との間で、キャビティ壁を貫通して形成された空気通路を備えることができる。そのような貫通ベントは、上記のようなサイドベントの代わりに、またはサイドベントと組み合わせて設けられてもよい。貫通ベントが、後述する図１１Ａに示されている。装置１００が複数のマイクロホンを備える機器に組み込まれる場合、以下により詳細に説明するように、キャビティ壁の後面１２１に近接する他のマイクロホンへの通気音が結合する可能性を低減するために、キャビティ壁１１０の後面１２１に通気するのではなく、図１に示すサイドベント構成を実施することが好ましい場合がある。

圧力開放ベント１３０を介した第２の音響キャビティ１０８への汚れおよび／または水分の進入を防止するために、ベント１３０の流体経路内に配置されたフィルタ１３４が設けられてもよい。フィルタ１３４は、実質的に防水性であり得るメッシュを備えていてもよい。例えば、フィルタ１３４は、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）、例えばゴアテックス（登録商標）を備えていてもよい。

装置１００は、装置１００内の機械的振動の振幅を低減するために設けられた減衰質量部１３６をさらに備える。

さらに、後述する機器などのより大きな機器に組み込まれると、減衰質量部１３６は、ＭＥＭＳマイクロホン１０６とそのような機器内の他のマイクロホンとの間の音響結合を低減する。減衰質量部１３６は、好ましくは、装置１００の全体の質量を最小にするためにアルミニウムから製造される。あるいは、減衰質量部１３６はステンレス鋼であってもよい。

減衰質量部１３６は、キャビティ壁１１０に結合され、したがって、可撓性膜１１２、マイクロホン・ハウジング１０２およびＰＣＢ１２４と間接的に結合される。任意選択的に、以下でより詳細に説明するように、ＰＣＢ１２４に結合されたケーブルなどの１つまたは複数のケーブル（図示せず）が、装置１００から出ることができるように、キャビティ壁１１０から遠位の減衰質量部１３６にポート１３８を設けることができる。減衰質量部１３６には、減衰質量部１３６の外側限界の周りに延びるフランジ１４０を設けることができ、これは、カバー１１３を固定するように、したがって減衰質量部１３６およびキャビティ壁１１０に対して可撓性膜１１２を固定するように、カバー１１３の内部溝１４２と係合することができる。したがって、カバー１１３および減衰質量部１３６は、閉じ込められた、または実質的に封止された、ユニットを形成できる。これに関して、装置１００は実質的に封止されてもよく、カバー１１３は、ユーザまたは患者によって装置１００から取り外しできず、装置１００の取り外し可能な要素による、窒息または他の致命的なリスクを低減することができる。

第２の音響キャビティ１０８への／第２の音響キャビティ１０８からの、通気を提供することにより、振動板の動作中に生じる過剰な空気圧が、第２の音響キャビティ１０８の外側を通過することが可能になる。そのような通気は、振動板１１２の動きに応答してＭＥＭＳマイクロホン１０６によって得られる信号の品質を改善することが分かっている。

図４は、サイドベント１３２（中央）を備えた図１に示す装置１００、および、ベントなし（上部）および貫通ベントあり（下部）の図１の装置１００と同様の装置、のＭＥＭＳマイクロホン１０６によって、同じ被験者から得られた呼吸音を示すグラフである。ベントがない場合、得られた呼気信号に有意なノイズが存在することが分かる。対照的に、第２の音響キャビティ１０８の通気は、呼気信号の明確な取得をもたらす。

図５は、サイドベント１３２（中央）を備える図１に示す装置１００、および、ベントなし（上部）および貫通ベントあり（下部）の図１の装置１００と同様の装置、の周波数応答を比較するグラフである。図５から、通気がない装置から得られた信号の低周波成分が、過度に増幅されていることが分かる。この低い周波数利得または「ブーミング」は、ＭＥＭＳマイクロホンを、通気された装置１００（サイドベントと貫通ベントの両方）と比較した場合に、より早く、すなわちより小さい振動板の動きに応答して、飽和を引き起こす。さらに、サイドベントされた装置１００の周波数応答は、貫通ベントされた装置よりも大きい周波数範囲（例えば、２ｋＨｚ～４．５ＫＨｚ）にわたって、より平坦であることが分かる。

通気に加えて、可撓性膜１１２の表面（または被検者の表面）の材料特性、第２の音響キャビティ１０８の形状およびサイズ、音響導管１１４の形状およびサイズ、ならびに、第１の音響キャビティ１０４の形状およびサイズ、を含むがこれらに限定されない、複数の他の要因が、可撓性膜１１２の上面（または膜１１２が省略されている場合は、被験者の表面）とＭＥＭＳマイクロホン１０６との間の音の伝達に、影響を及ぼし得る。

いくつかの実施形態では、キャビティ壁１１０の前面１１６は、音響導管１１４への音波の結合を増加させるように成形されてもよい。例えば、キャビティ壁１１０の前面は、図６に示すような浅いボウル形状、図７に示すようなより深いボウル形状もしくは凹ホーン形状（図７は図１のキャビティ形状に類似）、または、図８に示すような凸ホーン形状を有してもよい。音響導管１１４は、ホーンもしくはボウルのほぼ中心、またはキャビティ壁１１０の中心、に配置されてもよい。図７に示されているような凹ホーン形状を有するキャビティ壁１１０は、図６および図８に示されているものと比較した場合に、ＭＥＭＳマイクロホン１０６によって出力される信号において、周波数応答の改善、および残響時間の低減、をもたらすことが見出されている。

いくつかの実施形態では、音響導管は、０．４ｍｍ～０．６ｍｍ、例えば０．５ｍｍの直径を有することができる。いくつかの実施形態では、音響導管は、０．５ｍｍ～５．０ｍｍ、または１．５ｍｍ～２．０ｍｍ、例えば１．８５ｍｍの長さを有することができる。

可撓性膜１１２は、単一部品として、例えばカバー１１３と一体化された単一部品として成形することができる。

医療用途では、可撓性膜は生体適合性であり、患者またはユーザの皮膚からの音を第２の音響キャビティ１０８に結合するための適切な伝達媒体を提供する、材料から製造されることが好ましい。いくつかの実施形態では、可撓性膜１１２は、シリコーン、熱可塑性ポリマー（ポリスチレン（ＡＢＳポリマー）、ポリプロピレン、またはポリエチレンなど）、二軸延伸ポリエチレン・テレフタレート（例えば、マイラー（ＲＴＭ））、または、ガラス強化エポキシ積層体（例えばＦＲ４）から形成されてもよい。本発明者らは、可撓性膜１１２にマイラーを使用すると、可撓性膜１１２と皮膚との接触が断たれた場合に、ひび割れ音ノイズが生じることを見出した。

第２の音響キャビティ１０８への音の伝達を最大にするために、可撓性膜１１２は、６０から８０の間、好ましくは７０から８０の間（例えば、７３）のＡＳＴＭ Ｄ２２４０タイプＡを使用して測定されるショア・デュロメータ硬度を有してもよい。

いくつかの実施形態では、特にシリコーンから形成される場合、可撓性膜１１２は、０．４ｍｍ～０．８ｍｍ、好ましくは０．５５ｍｍ～０．６５ｍｍ（例えば、０．６ｍｍ）の厚さを有する。いくつかの実施形態では、特に二軸延伸ポリエチレン・テレフタレート（例えば、マイラー（ＲＴＭ））から形成される場合、可撓性膜１１２は、０．０５ｍｍ～０．１０ｍｍ（例えば、０．０７ｍｍ）の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、特にガラス強化エポキシ積層体から形成される場合、可撓性膜１１２は、０．０８ ｍｍ～０．１２ｍｍ（例えば、０．１０ｍｍ）の厚さを有することができる。

本発明者らは、可撓性膜１１２の上記の好ましい材料および寸法が、より広い周波数範囲にわたってＭＥＭＳマイクロホン１０６によって取得される信号のより平坦な周波数応答をもたらし得ることを見出した。具体的には、本発明者らは、指定されたデュロメータ硬度および厚さのシリコーンから形成された可撓性膜１１２を提供することが、皮膚の表面との接触を移行するときにひび割れ音を最小限に抑えて、非常に効果的な皮膚の境界面をもたらし、その結果、シリコーンの比較的高質量および低剛性のために、より大きな周波数範囲にわたって優れた周波数応答を示すことを見出した。

図９および図１０は、図１～図３を参照して上述した装置１００を組み込んだ機器２００の斜視図および断面図を提供する。機器２００は、装置１００の一部を筐体２０２の第１の開口端２０４に封入する密封筐体２０２を備え、装置１００の可撓性膜１１２は、取り外し可能なダストキャップ２２４によって封止された筐体２０２の第１の開口端２０４から突出している。ダストキャップ２２４は、機器２００が使用されていないときに装置１００の可撓性膜１１２を覆うように設けられる。ダストキャップ２２４は、筐体２０２と係合したときに、図９に示すように、筐体２０２に当接するダストキャップ２２４の表面が、筐体２０２の表面と同一平面になるように、押し込み構成で筐体２０２の開口端２０４と係合する。

機器２００は、使用中にユーザの手に保持されるように成形される。したがって、ユーザの親指および人差し指のために、筐体２０２の両側に一対のくぼみ２０５が設けられている。

図１０に示されているように、機器２００は、ハウジング２０２内に、背景マイクロホン２０６をさらに備え、背景マイクロホンは、装置１００のＭＥＭＳマイクロホン１０６と同様のＭＥＭＳマイクロホンであってもよい。音響ポート２０８は、筐体２０２の側壁２１０に設けられ、背景マイクロホン２０６と筐体２０２の外部との間の音響経路を提供する。背景マイクロホン２０６が設けられ、装置１００のＭＥＭＳマイクロホン１０６によってもピックアップされる周囲成分を除去するために、周囲音をピックアップする。任意選択的に、汚れおよび／または水分の侵入を軽減するために、音響ポート２０８によって提供される音響経路にフィルタ２１２を設けることができる。フィルタ２１２は、装置１００の任意選択のフィルタ１３４と同様であってもよい。

機器２００の人間工学をさらに補助するために、装置１００の減衰質量部１３６の重量に対抗して、筐体２０２内にカウンタ・ウエイト２１５を設けて、機器２００の質量中心が機器２００の中心の近接することを確実にできる。

機器２００は、メイン・プリント回路基板（ＰＣＢ）２１４、バッテリ２１６、オン／オフボタン２１８、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光インジケータ２２０、および充電ポート２２１を、さらに備えることができる。オン／オフボタン２１８、光インジケータ２２０および／または充電ポートは、メインＰＣＢ２１４に取り付けられてもよい。筐体２０２の壁２１０を貫通して開口部が設けられ、筐体２０２の外側から充電ポート２２１にアクセスすることができる。充電ポート２２１が使用されていないときに開口部を塞ぐために、取り外し可能なダストカバー２２３を設けることができる。

メインＰＣＢ２１４は、その上に、処理回路およびメモリと通信可能に結合された１つまたは複数のプロセッサ、メモリ、および入力／出力（Ｉ／Ｏ）バスを搭載することができる。１つまたは複数のプロセッサは、ポート１３８を通ってメインＰＣＢ２１４まで、ＰＣＢ１２４と第２のマイクロホン２０６との間に延びるケーブルハーネス２２２を介して、装置１００から受信した信号を処理するように動作可能であってもよい。メインＰＣＢ２１４は、ＭＥＭＳマイクロホン１０６および／または第２のマイクロホン２０６によって取得されたオーディオ信号が、スマートフォン、コンピュータ、タブレットなどのような補助機器に送信されるか、または間接的に、クラウドに送信される、ことを可能にするために、有線または無線通信（例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（ＲＴＭ）またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（ＲＴＭ））のための回路を、さらに備えることができる。そのような技術を実行するための方法は当技術分野で知られているので、ここではより詳細に説明しない。

図１１Ａは、貫通ベントを有する例示的な実施形態の装置１１００の断面図である。構成要素の多くは、図２に示すものと同じである。図２と同様に、ハウジング１０２は、ＭＥＭＳマイクロホン（図１１Ａには図示せず）を収容する第１の音響キャビティを画定する。装置１１００は、第２の音響キャビティ１１０８をマイクロホン・ハウジング１０２から分離する、キャビティ壁１１１０によって画定される第２の音響キャビティ１１０８をさらに備える。貫通ベント１１８０は、キャビティ壁１１１０を貫通して延びる円形孔の形態で設けられている。図１１Ｂの矢印１１９０で示すように、貫通ベント１１８０は、キャビティ壁を通ってポート１３８を介して装置の内部に入る空気経路を提供する。

特に本開示の恩恵を受ける当業者によって、本明細書で説明される様々な動作は、特に図面に関連して、他の回路または他のハードウェア構成要素によって実施され得ることを理解されたい。所与の方法の各動作が実行される順序は変更されてもよく、本明細書に示される機器の様々な要素は、追加、並べ替え、結合、省略、修正などされてもよい。本開示は、すべてのそのような修正および変更を包含することを意図しており、したがって、上記の説明は、限定的な意味ではなく例示的な意味で見なされるべきである。

同様に、本開示は特定の実施形態を参照するが、本開示の範囲および範囲から逸脱することなく、それらの実施形態に対して特定の修正および変更を行うことができる。さらに、特定の実施形態に関して本明細書に記載されている恩恵、利点、または問題の解決策は、重要で、必要な、または本質的な特徴または要素として解釈されることを意図しない。

さらなる実施形態および実装形態も同様に、本開示の恩恵を受けて、当業者には明らかであり、そのような実施形態は本明細書に包含されると見なされるべきである。さらに、当業者であれば、説明した実施形態の代わりに、またはそれと併せて、様々な同等の技術を適用することができ、そのような同等物はすべて本開示に含まれると見なされるべきであることを認識するであろう。

上記の実施形態は、本発明を限定するのではなく例示するものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲または実施形態の範囲から逸脱することなく、多くの代替実施形態を設計することができることに留意されたい。「を備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、請求項または実施形態に列挙されたもの以外の要素またはステップの存在を排除するものではなく、「ａ」または「ａｎ」は複数を排除するものではなく、単一の特徴または他のユニットは、請求項または実施形態に列挙された、いくつかのユニットの機能を果たすことができる。特許請求の範囲または実施形態におけるいかなる参照番号またはラベルも、それらの範囲を限定するように解釈されるべきではない。

Claims (32)

1. 被験者の呼吸を監視するための接触センサであって、
   第１の音響キャビティを画定するマイクロホン・ハウジングと、
   前記第１の音響キャビティ内に配置されたＭＥＭＳマイクロホンと、
   前面および後面を有するキャビティ壁によって、前記第１の音響キャビティから分離された第２の音響キャビティであって、前記キャビティ壁の前記前面によって、少なくとも部分的に画定された第２の音響キャビティと、
   前記キャビティ壁を貫通して、前記第１の音響キャビティと前記第２の音響キャビティとの間に形成された音響導管と、
   前記第２の音響キャビティで終端する第１の端部と、前記第２の音響キャビティの外側で終端する第２の端部とを有する圧力開放ベントと、を備える、接触センサ。
2. 前記キャビティ壁は、前記前面キャビティ壁の外側限界の周りに延在する接触面を備え、前記接触面は、使用時に、前記被験者の前記表面に接触するように構成される、請求項１に記載の接触センサ。
3. 前記圧力開放ベントは、前記第２の音響キャビティと大気との間に空気を通気するように構成される、請求項１に記載の接触センサ。
4. 前記キャビティ壁の上に形成された可撓性膜をさらに備え、前記可撓性膜は、前面および、前記キャビティ壁の前記前面に面する後面を有する、請求項１または２に記載の接触センサ。
5. 前記圧力開放ベントは、前記キャビティ壁の前記前面に形成され、前記キャビティ壁の外側限界で終端するノッチを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の接触センサ。
6. 前記可撓性膜はカバーの一部であり、前記圧力開放ベントが、前記ノッチと流体連通する前記カバー内のサイドベントをさらに備える、請求項４に従属する場合の請求項５に記載の接触センサ。
7. 前記圧力開放ベントは、前記キャビティ壁の前記前面と前記キャビティ壁の前記後面との間に形成された通路を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の接触センサ。
8. 前記可撓性振動板の前記後面と前記キャビティ壁の前記前面との間に、前記キャビティ壁の外側限界の周りに延在する、ガスケットをさらに備え、前記圧力開放ベントは、前記ガスケットに形成されたノッチを備える、請求項４に記載の接触センサ。
9. 前記ベントの前記第２の端部に近接して配置された膜フィルタをさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の接触センサ。
10. 前記膜フィルタは、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）を備える、請求項８に記載の接触センサ。
11. 前記キャビティ壁の前記前面は、ボウル形状またはホーン形状を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の接触センサ。
12. 前記音響導管は、前記キャビティ壁の前記前面のほぼ中央の位置で終端する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の接触センサ。
13. 前記音響導管は、約０．５ｍｍの直径を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の接触センサ。
14. 前記音響導管は、０．５ｍｍから５．０ｍｍの間の長さを有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の接触センサ。
15. 前記可撓性膜はシリコーンを備える、請求項４に従属する場合の、請求項１から１４のいずれか一項に記載の接触センサ。
16. 前記可撓性膜は、０．４ｍｍから０．８ｍｍの間の厚さを有する、請求項１４に記載の接触センサ。
17. 前記可撓性膜は、０．５５ｍｍから０．６５ｍｍの厚さを有する、請求項１４に記載の接触センサ。
18. 前記可撓性振動板は、二軸延伸ポリエチレン・テレフタレート（マイラー（ＲＴＭ））、または、ガラス強化エポキシ積層体を備える、請求項４に従属する場合の請求項１から１３のいずれか一項に記載の接触センサ。
19. 前記可撓性膜は、約０．１ｍｍ（ＦＲ４）または０．０７ｍｍ（マイラー）の厚さを有する、請求項１７に記載の接触センサ。
20. 前記可撓性膜が、６０から８０の間のＡＳＴＭ Ｄ２２４０タイプＡを使用して測定されるショア・デュロメータ硬度を有する、請求項４に従属する場合の請求項１から１９のいずれか一項に記載の接触センサ。
21. 前記可撓性膜が、約７３のＡＳＴＭ Ｄ２２４０タイプＡを使用して測定されるショア・デュロメータ硬度を有する、請求項４に従属する場合の請求項１から２０のいずれか一項に記載の接触センサ。
22. 前記マイクロホン・ハウジングに結合された減衰質量部をさらに備える、請求項１から２１のいずれか一項に記載の接触センサ。
23. 前記減衰質量部が、アルミニウムまたはステンレス鋼を備える、請求項２２に記載の接触センサ。
24. プリント回路基板（ＰＣＢ）を備え、前記ＭＥＭＳマイクロホンが前記ＰＣＢ上に取り付けられている、請求項１から２３のいずれか一項に記載の接触センサ。
25. 前記キャビティ壁の前記後面は、そこから延在する複数のピンを備え、前記ＰＣＢは、それを貫通して形成された複数の開口部を備え、前記複数のピンの各々は、前記マイクロホン・ハウジングを前記音響導管と位置合わせするように、前記複数の開口部のそれぞれの開口部と係合するように構成される、請求項２４に記載の接触センサ。
26. 前記マイクロホン・ハウジングに音響開口部が形成され、前記複数のピンが前記複数の開口と係合すると、前記音響開口部が前記音響導管と位置合わせされる、請求項２４に記載の接触センサ。
27. 前記マイクロホン・ハウジングと前記キャビティ壁の前記後面との間に、第２のガスケットをさらに備え、前記第２のガスケットは、前記音響開口部の外側限界の周りに延在する、請求項２６に記載の接触センサ。
28. 前記複数のピンは熱かしめピンであり、前記ＰＣＢは前記複数のピンによって前記キャビティ壁に対して固定される、請求項２５から２７のいずれか一項に記載の接触センサ。
29. 筐体と、
    請求項１から２８のいずれか一項に記載の接触センサと、
    周囲音を受信するように構成された背景マイクロホンと、を備え、
    前記接触マイクロホンおよび前記背景マイクロホンは、前記筐体に収容されている、機器。
30. 前記ＭＥＭＳマイクロホンおよび前記背景マイクロホンは、実質的に音響的に分離される、請求項２９に記載の機器。
31. 前記筐体内に収容された１つまたは複数の音響減衰器をさらに備える、請求項２９または３０に記載の機器。
32. 前記筐体は、第１の端部と、前記第１の端部の反対側の第２の端部とを有し、前記可撓性振動板の前記接触面は、前記筐体の前記第１の端部に近接して配置され、前記背景マイクロホンは、前記筐体の前記第２の端部に近接して配置される、請求項２９から３１のいずれか一項に記載の機器。

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