JP4007927B2

JP4007927B2 - Electronic stethoscope

Info

Publication number: JP4007927B2
Application number: JP2003035013A
Authority: JP
Inventors: 誠舘野; 誠一堀江; 喜久郎根本
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: JP2004242849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響聴診器と同等な音質で聴診音を増幅又は録音再生する電子聴診器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
器官、特に心臓および肺からの音を聴いて病気を診断するために医師によって使用される音響聴診器は、図４に示すように、受音具１００で捉えた音を導音管１０１、左右一対の副導音管１０２および左右一対のイヤーチップ１０３を経て使用者の左右の外耳道に導くよう構成されている。
しかし、音響聴診器の使用者が難聴、例えば老人性難聴のために聴力低下を来した場合、この種の音響聴診器を使用して、呼吸音などの微弱な音を聴取するのは困難である。このような問題を解決するために、図５に示すように、音響聴診器の受音具１０５にマイクロホン１０６を設け、このマイクロホン１０６の出力を増幅器１０７で電気的に増幅し、イヤホン１０８を介して装用者に聴取させる、いわゆる電子聴診器が提案されている。
また、聴診の教材とするため、或いは患者の記録のために受音具１０５に設けたマイクロホン１０６の出力を録音することも行われている。更に、複数の医師が同時に聴診を行って聴診の実習をするときに、一人が操作する受音具１０５のマイクロホン１０６の出力を分岐し、それを他の人が同時に聴取することもある。
【０００３】
しかし、この種の電子聴診器は、従来型の音響聴診器と音質が異なるため、従来型の音響聴診器を使用して学習をし、経験を積んだ使用者にとって違和感があり正確な診断ができないという問題点を有していた。即ち、従来型の音響聴診器においては、図４に示すように、受音具１００が捉えた音が導音管１０１および左右一対の副導音管１０２が有する音響特性の影響を受けて装用者の外耳道に到達するのに対し、電子聴診器においては、図５に示すように、受音具１０５が捉えた音が直接マイクロホン１０６で電気信号に変換されるため、導音管１０１および左右一対の副導音管１０２が有する音響特性の影響を受けることがない。
それに加えて電子式聴診器ではイヤホン１０８から音が送出させるため、使用するイヤホン１０８固有の電気音響特性及びそれと使用者の耳の形状との相互作用により音質が変化する。これらが両者の音質に差が生じる主な原因となり、音響聴診器で経験を積んだ使用者が正確な診断を行うことを困難にしていた。
【０００４】
そこで、イヤーチップ内にマイクロホンとイヤホンを配置し、導音管及び副導音管を通じて到達した音をマイクロホンで集音し、それをイヤホンにより外耳道内に出力することにより音響聴診器の音質に近づける聴診器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、音響聴診器の伝達関数を模擬するフィルタを備え、複数の音響聴診器の伝達関数を測定してそれを模擬するフィルタ係数を記憶し、それを切り替えて使用する電子聴診器が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１３１１５４号公報
【特許文献２】
特表平１０−５０４７４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の発明では、導音管及び副導音管内の音の伝播特性はイヤーチップがマイクロホンで閉塞されることにより音響聴診器と同じにはならない。また、イヤホンから外耳道内に音を出力する際の電気音響特性も、導音管等を伝播した音が直接外耳道に導かれる場合とは異なっていた。
また、特許文献２に記載の発明では、使用するイヤホン固有の電気音響特性及びそれと使用者の耳の形状との相互作用による音質の変化を補正することができないため、音響聴診器と同等の音質を得ることは困難であった。また、音響聴診器の伝達関数をあらかじめ計測した上で、それを模擬するフィルタ係数を記憶させるのは手間のかかることであった。
【０００７】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、使用するイヤホンと耳の形状に自動的に適応して、常に音響聴診器と同等な音質で聴診音を聴取できる電子聴診器を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、受音具で集音された聴診音を信号処理した後に使用者の耳に装着されたイヤホンから出力させる電子聴診器であって、前記受音具で集音した聴診音を検出する第１マイクロホン又は前記受音具で受ける振動を検出する振動センサと、前記受音具に導音管を介して接続された擬似耳内に設置された第２マイクロホンと、前記イヤホンから使用者の外耳道内又は外耳道近傍に出力される音を検出する第３マイクロホンと、前記第１マイクロホン又は振動センサの出力信号を信号処理して前記イヤホンに出力する適応フィルタを備え、前記第３マイクロホンの出力信号が前記第２マイクロホンの出力信号に近似するように前記適応フィルタを適応制御するものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、受音具で集音された聴診音を信号処理した後に使用者の耳に装着されたイヤホンから出力させる電子聴診器であって、前記受音具で集音した聴診音を検出する第１マイクロホン又は前記受音具で受ける振動を検出する振動センサと、前記第１マイクロホン又は振動センサの出力信号を信号処理して出力する導音管と擬似耳の音響特性と同等な特性を有する補正フィルタと、前記イヤホンから使用者の外耳道内又は外耳道近傍に出力される音を検出する第３マイクロホンと、前記第１マイクロホン又は振動センサの出力信号を信号処理して前記イヤホンに出力する適応フィルタを備え、前記第３マイクロホンの出力信号が前記補正フィルタの出力信号に近似するように前記適応フィルタを適応制御するものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、受音具で集音された聴診音を信号処理した後に使用者の耳に装着されたイヤホンから出力させる電子聴診器であって、前記受音具で集音した聴診音を検出する第１マイクロホン又は前記受音具で受ける振動を検出する振動センサと、前記受音具で集音した聴診音が導音管を介して導かれる使用者の一方の外耳道内又は外耳道近傍に生じる音を検出する第２マイクロホンと、前記イヤホンから使用者の他方の外耳道内又は外耳道近傍に出力される音を検出する第３マイクロホンと、前記第１マイクロホン又は振動センサの出力信号を信号処理して前記イヤホンに出力する適応フィルタを備え、前記第３マイクロホンの出力信号が前記第２マイクロホンの出力信号に近似するように前記適応フィルタを適応制御するものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１、２又は３記載の電子聴診器において、前記第１マイクロホン又は振動センサの出力信号の代りに、前記第２マイクロホン又は前記補正フィルタの出力信号を前記適応フィルタに入力する。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項１、２、３又は４記載の電子聴診器において、前記適応フィルタの出力信号及び／又は前記第３マイクロホンの出力信号を録音再生する録音再生手段を備えた。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項１、２、３、４又は５記載の電子聴診器において、前記適応フィルタの出力信号及び／又は前記第３マイクロホンの出力信号を解析する解析手段を備えた。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る電子聴診器の第１の実施の形態の構成図、図２は同じく第２の実施の形態の構成図、図３は同じく第３の実施の形態の構成図である。
【００１５】
本発明に係る電子聴診器の第１の実施の形態は、図１に示すように、受音具１内に設置され受音具１で集音した聴診音を検出する第１マイクロホン２と、受音具１に導音管３を介して接続された擬似耳４内に設置された第２マイクロホン５と、第１イヤーピース６内に設置された第１イヤホン７から使用者の外耳道内又は外耳道近傍に出力される音を検出する第３マイクロホン８と、第１マイクロホン２の出力信号を信号処理して第１イヤーピース６内に設置された第１イヤホン７及び第２イヤーピース９内に設置された第２イヤホン１０に出力する適応フィルタ１１を備えている。
【００１６】
ここで、第１マイクロホン２は、マイクロホン以外の振動センサなどでもよく、受音具１を患者の体表に接触させたときに体表の振動を電気信号に変換することによって聴診音と同等の信号を得ることができるものでもよい。また、第３マイクロホン８は、外耳道内の音を受音するように設置されるが、マイクロホン自体を必ずしも外耳道内に置く必要はなく導音チューブをイヤーチップ内に設けて音を導いてもよい。
【００１７】
なお、１２は減算器、１３は遅延器、１４は可変減衰器、１５は増幅器、１６はＡ／Ｄ変換器、１７はＤ／Ａ変換器、１８はモード切換えスイッチ、１９は録音端子、２０は再生端子である。
【００１８】
導音管３は、図４に示す従来の音響聴診器の導音管１０１及び副導音管１０２と同様な約７０ｃｍの管である。
擬似耳（イヤーンシュミレータ）４は、国際規格のIEC 60711:1981 "Occluded-ear simulator for the measurement of earphones coupled to the ear by ear inserts"に適合するもので、挿入イヤホンを装着したときの平均的な人の耳と同等な音響インピーダンスを有する。従って、擬似耳４の内部には、音響聴診器を用いた場合の使用者の外耳道内部とほぼ同等な音質の音が発生する。
【００１９】
なお、擬似耳４はIEC 60711の仕様に限定されるものではなく、例えばより簡易的な構造のIEC 60126に基づくいわゆる2ccカプラと呼ばれるものの他、人の耳の音響インピーダンスを模擬する装置であれば何でもよい。また、実際の音響聴診器の音質により近づけるために、導音管３と擬似耳４の結合部に僅かな隙間をもたせてもよい。
【００２０】
以上のように構成した本発明に係る電子聴診器の第１の実施の形態の動作について説明する。
使用者が第１イヤーピース６と第２イヤーピース９をそれぞれ左右の耳に装着し、受音具１を患者の体表に接触させると、受音具１で集音された聴診音は、第１マイクロホン２で電気信号に変換され、次いでＡ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換された後に適応フィルタ１１で信号処理され、増幅器１５で適度に増幅されて第１イヤーピース６内に設置された第１イヤホン７及び第２イヤーピース９内に設置された第２イヤホン１０から出力される。
【００２１】
また、受音具１で集音され導音管３を介して擬似耳４内に到達した聴診音は、第２マイクロホン５で電気信号に変換され、次いでＡ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換され、更に遅延器１３で遅延されて適応フィルタ１１に対する希望応答ｄ_kになる。
【００２２】
また、第１イヤホン７から出力される音は、第３マイクロホン８で電気信号に変換され、次いでＡ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換され、更に可変減衰器１４で減衰されて適応フィルタ１１に対する出力応答ｙ_kになる。ここで、減算器１２によって希望応答ｄ_kより出力応答ｙ_kを減じた信号が、適応フィルタ１１に対する瞬時誤差ε_kになる。
【００２３】
適応フィルタ１１では、第１マイクロホン２で電気信号に変換されＡ／Ｄ変換器１６でＡ／Ｄ変換された信号について、瞬時誤差ε_kが最小となるようにＬＭＳアルゴリズムにより信号処理する。ＬＭＳアルゴリズムは演算量少なく良好に動作することが知られている。ＬＭＳアルゴリズムによる適応制御のためのフィルタ係数の更新は、次に示す式（１）による。
【００２４】
【数１】

【００２５】
ここで、Ｗ_kとＸ_kは、それぞれフィルタ係数と入力信号のベクトル（ベクトルの次数＝フィルタタップ数）である。添え字kはＡ／Ｄ変換された標本値数列に対応している。ε_kは前記した瞬時誤差である。μは適応（収束）の速さに関係するステップサイズパラメータで、通常0.01〜0.001程度が適するといわれている。また、Ｗ_kの補正量が入力振幅に依存するのを補正するために、μを次に示す式（２）で置きかえる手法（Normalized ＬＭＳアルゴリズム）を使用している。
【００２６】
【数２】

【００２７】
ここで、σ²は入力信号の平均パワー（の推定値）で、入力信号の瞬時パワーを時定数処理して得る。（Ｌ＋１）はフィルタタップ数である。ｕは定数で、これが大きい方が適応が速くなるが、大きすぎるとフィルタ特性が収束せずに振動してしまう。本発明の実施の形態では、ｕ＝0.01を用いている。これらを含めると、フィルタ係数の更新式は次に示す式（３）になる。
【００２８】
【数３】

【００２９】
また、σ²は次に示す式（４）により逐次算出される。
【００３０】
【数４】

【００３１】
x_kは入力信号であり、αは時定数に関係する定数で、次に示す式（５）の関係になる。
【００３２】
【数５】

【００３３】
f_sはサンプリング周波数で本発明の実施の形態では32,000Ｈz、τは１（秒）になっているが、目的とする性能によりこれ以外の数値にしてもよい。
【００３４】
適応フィルタ１１の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器１７でアナログ信号に変換された後に、モード切換えスイッチ１８が端子Ｍに設定されているときには増幅器１５に入力され、増幅器１５の出力信号は第１イヤーピース６内に設置された第１イヤホン７及び第２イヤーピース９内に設置された第２イヤホン１０で音に変換され、これを使用者が両耳で聴取する。
【００３５】
適応フィルタ１１は瞬時誤差ε_kが最小になるように、即ち出力応答ｙ_kが希望応答ｄ_kに近似するようにＬＭＳアルゴリズムによって自動調整を行うようになっているため、第１イヤピース６及び第２イヤピース９内には擬似耳４内に発生する音と近似した音が発生する。それにより使用者は、音響聴診器と同等な音質で聴診音を聴取できる。なお、これを精度良く実施するには、第２マイクロホン５と第３マイクロホン８に特性の同じのものを用いる必要がある。
【００３６】
また、本発明の実施の形態では可変減衰器１４の減衰量を変更することにより、聴診音の増幅度を調整できる。可変減衰器１４の減衰量を大きくすれば、第１イヤピース６内の聴診音に対してより減衰した出力応答ｙ_kを希望応答ｄ_kに近似させるために、適応フィルタ１１の利得が自動的に増加し、より増幅された聴診音が第１イヤホン７及び第２イヤホン１０に出力される。それにより、使用者は聴力が低下していても良好に聴診音を聴取できる。
【００３７】
適応フィルタ１１の出力信号は、録音端子１９に接続されていて、外部の録音機により録音ができる。その再生信号を再生端子２０に入力しモード切換えスイッチ１８を端子Ｐに設定すれば、録音時と同じ音質の聴診音を聞くことができる。
【００３８】
これによって聴診音を患者の記録として保存することができる。また、録音した聴診音を聴診の教材として用いることもできる。更に、録音端子１９又は再生端子２０の信号を解析装置に接続し聴診音による疾病の判別などを行えば、従来の音響聴診器に近い信号を解析に用いることができるので、解析精度が高まる。同じく、第３マイクロホン８の出力信号を解析に用いれば、更に従来の音響聴診器に近い信号を解析に用いることができる。
【００３９】
なお、本発明の実施の形態では、適応フィルタ１１の入力信号として第１マイクロホン２の出力信号を用いているが、第１マイクロホン２を省略し第２マイクロホン５の出力信号を適応フィルタ１１の入力信号とすることもできる。このようにした場合には入力信号と希望応答ｄ_kが一致しているので、適応フィルタ１１では第１イヤホン７の電気音響特性と使用者の耳の形状による影響だけを補正すればよいので演算精度がよくなる。一方、第１マイクロホン２の出力信号を用いると、第１マイクロホン２は受音具１の中に設置されているので、周囲の騒音等の影響を受けずに聴診音を受音できるので性能が安定するという利点がある。
【００４０】
本発明の実施の形態におけるイヤーピース６，９は、イヤーチップ６ａ，９ａを有し外耳道に挿入して使用するようになっている。第３マイクロホン８にはイヤーチップ６ａを貫通するチューブにより外耳道内の音が入力されるようになっている。なお、イヤーチップ６ａ，９ａを挿入するイヤホン７，１０の代わりに、ヘッドホンのような耳載せ型や耳覆い型のイヤホンを用いることもできる。その場合にも、第３マイクロホン８は外耳道内またはなるべく外耳道の近傍の音を受音できるようにする。
【００４１】
次に、本発明に係る電子聴診器の第２の実施の形態は、図２に示すように、図１に示す導音管３、擬似耳４及び第２マイクロホン５に替えて補正フィルタ２５を用いている以外は、第１の実施の形態と同様な構成である。即ち、図４に示す従来の音響聴診器の導音管１０１及び副導音管１０２と同様な約７０ｃｍの管である導音管３及び擬似耳４の音響特性を補正フィルタ２５で代替するものである。
【００４２】
そこで、Ａ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換された第１マイクロホン２の出力信号を補正フィルタ２５に入力した場合に、補正フィルタ２５の出力信号が第２マイクロホン５の出力信号と同等になるよう予め補正フィルタ２５の伝達関数を設定しておく。
【００４３】
そして、補正フィルタ２５の出力信号を希望応答ｄ_kとし、第３マイクロホン８による出力応答ｙ_kが補正フィルタ２５による希望応答ｄ_kに近似するように、即ち瞬時誤差ε_kが最小になるように、適応フィルタ１１がＬＭＳアルゴリズムによって適応制御される。その他の動作は第１の実施の形態と同様なので説明を省略する。
【００４４】
次に、本発明に係る電子聴診器の第３の実施の形態は、図３に示すように、受音具１で集音した聴診音が導かれる音響聴診器と同様な導音管３１と一方の副導音管３２の先端に形成されたイヤチップ３３の近傍に第２マイクロホン５が設置され、他方の副導音管３４は中断していて、使用者のもう一方の耳に第１イヤピース６を装着する構成となっている。なお、第１マイクロホン２は使用していない。
【００４５】
また、第２マイクロホン５の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換され、更に遅延器１３で遅延されて適応フィルタ１１に対する希望応答ｄ_kになると共に、適応フィルタ１１の入力信号になる。
【００４６】
そして、第３マイクロホン８による出力応答ｙ_kが第２マイクロホン５による希望応答ｄ_kに近似するように、即ち瞬時誤差ε_kが最小になるように、適応フィルタ１１がＬＭＳアルゴリズムによって適応制御される。その他、第１の実施の形態と同様な動作の説明は省略する。
【００４７】
適応フィルタ１１の出力信号は、Ｄ／Ａ変換器１７でアナログ信号に変換された後に、モード切換えスイッチ１８が端子Ｍに設定されている時には増幅器１５に入力され、増幅器１５の出力信号は第１イヤーピース６内に設置された第１イヤホン７で出力音に変換される。
【００４８】
また、増幅器１５の出力信号は、同時に第２イヤーピース９など複数のイヤーピース２１，２３内にそれぞれ設置されたイヤホン２２，２４にも入力されており、他の使用者が同時に聴診音を聴取できる。また、適応フィルタ１１の出力信号は録音端子１９を通じて外部録音機で録音できる。
【００４９】
適応フィルタ１１は、瞬時誤差ε_kが最小になるように、即ち第３マイクロホン８による出力応答ｙ_kが第２マイクロホン５による希望応答ｄ_kに近似するようにＬＭＳアルゴリズムによって自動調整するようになっているため、第１イヤピース６や第２イヤーピース９などを装着した耳内には、導音管３１及び副導音管３２で直接導かれて第２マイクロホン５で受音したのと近似した音が発生する。
【００５０】
第３の実施の形態によって第２イヤーピース９などを装着した複数の使用者が音響聴診器と同等な音質で同時に聴診音を聴取できるので、複数の医師が共同で聴診を行い、効率的に実習を行うことができる。
また、録音端子１９を通じて外部録音機に録音した音の再生信号を再生端子２０に入力し、モード切換えスイッチ１８を端子Ｐ側に設定すれば、録音時と同じ音質の聴診音を複数の使用者が同時に聞くことができる。
【００５１】
なお、本発明の実施の形態では、適応フィルタ１１、減算器１２、遅延器１３、可変減衰器１４を、それぞれ個別に設けて構成しているが、それぞれの機能を一括して実現する信号処理プロセサを用いて構成することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に係る発明によれば、第３マイクロホンによって外耳道に実際に生成される音を監視し、それが導音管及び副導音管と同質の管及びそれに結合された擬似耳とによって模擬された音響聴診器の出力音に近似するように制御されるので、イヤホンの電気音響特性と使用者の耳の形状に関わらず、音響聴診器と同等な音質で聴診音を聴取できる。
【００５３】
請求項２に係る発明によれば、第３マイクロホンによって外耳道に実際に生成される音を監視し、補正フィルタを設けることにより、音響聴診器の導音管と副導音管及び擬似耳を設けることなく、イヤホンの電気音響特性と使用者の耳の形状に関わらず、音響聴診器と同等な音質で聴診音を聴取できる。
【００５４】
請求項３に係る発明によれば、第３マイクロホンによって外耳道に実際に生成される音を監視し、擬似耳を設けることなく、イヤホンの電気音響特性と使用者の耳の形状に関わらず、音響聴診器と同等な音質で聴診音を聴取できる。
【００５５】
請求項４に係る発明によれば、第２マイクロホンの出力信号を適応フィルタの入力信号とすると、入力信号と希望応答が一致しているので、適応フィルタでは第１イヤホンの電気音響特性と使用者の耳の形状による影響だけを補正すればよいので演算精度がよくなる。
【００５６】
請求項５に係る発明によれば、適応フィルタの出力信号を外部の録音機により録音ができ、また録音時と同じ音質の聴診音を再生して聞くことができる。
【００５７】
請求項６に係る発明によれば、聴診音に基づく診断技術の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子聴診器の第１の実施の形態の構成図
【図２】本発明に係る電子聴診器の第２の実施の形態の構成図
【図３】本発明に係る電子聴診器の第３の実施の形態の構成図
【図４】音響聴診器の模式図
【図５】従来の電子聴診器の構成図
【符号の説明】
１…受音具、２…第１マイクロホン、３…導音管、４…擬似耳、５…第２マイクロホン、６…第１イヤーピース、７…第１イヤホン、８…第３マイクロホン、９…第２イヤーピース、１０…第２イヤホン、１１…適応フィルタ、１２…減算器、１３…遅延器、１４…可変減衰器、１５…増幅器、１６…Ａ／Ｄ変換器、１７…Ｄ／Ａ変換器、１８…モード切換えスイッチ、１９…録音端子、２０…再生端子、２５…補正フィルタ、３１…導音管、３２，３４…副導音管、３３…イヤチップ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic stethoscope that amplifies or records and reproduces auscultatory sound with sound quality equivalent to that of an acoustic stethoscope.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 4, an acoustic stethoscope used by a doctor to diagnose a disease by listening to sounds from an organ, particularly the heart and lungs, A pair of auxiliary sound guide tubes 102 and a pair of left and right ear tips 103 are guided to the left and right ear canals of the user.
However, if the user of an acoustic stethoscope has hearing loss due to hearing loss, for example, presbycusis, it is difficult to use this type of acoustic stethoscope to listen to weak sounds such as breathing sounds. is there. In order to solve such a problem, as shown in FIG. 5, a microphone 106 is provided in a sound receiving tool 105 of an acoustic stethoscope, and an output of the microphone 106 is electrically amplified by an amplifier 107 and passed through an earphone 108. So-called electronic stethoscopes that allow the wearer to listen are proposed.
In addition, the output of the microphone 106 provided on the sound receiving tool 105 is recorded for use as a teaching material for auscultation or for patient recording. Furthermore, when a plurality of doctors perform auscultation by performing auscultation at the same time, the output of the microphone 106 of the sound receiving device 105 operated by one person may be branched, and another person may listen to it simultaneously.
[0003]
However, this type of electronic stethoscope is different in sound quality from a conventional acoustic stethoscope, so learning using a conventional acoustic stethoscope makes it uncomfortable and accurate diagnosis is possible for experienced users. It had the problem that it was not possible. That is, in the conventional acoustic stethoscope, as shown in FIG. 4, the sound captured by the sound receiving tool 100 is affected by the acoustic characteristics of the sound guide tube 101 and the pair of left and right sub-sound guide tubes 102. On the other hand, in the electronic stethoscope, the sound picked up by the sound receiving tool 105 is directly converted into an electric signal by the microphone 106 as shown in FIG. The acoustic characteristics of the pair of auxiliary sound guide tubes 102 are not affected.
In addition, since sound is transmitted from the earphone 108 in the electronic stethoscope, the sound quality varies depending on the electroacoustic characteristics unique to the earphone 108 to be used and the interaction with the shape of the user's ear. These are the main causes of the difference in sound quality between the two, making it difficult for a user who has experience with an acoustic stethoscope to make an accurate diagnosis.
[0004]
Therefore, a microphone and an earphone are arranged in the ear tip, and the sound that has reached through the sound guide tube and the auxiliary sound guide tube is collected by the microphone, and the sound is output to the external auditory canal by the earphone so as to approach the sound quality of the acoustic stethoscope. A stethoscope is disclosed (for example, refer to Patent Document 1).
Also disclosed is an electronic stethoscope that includes a filter that simulates the transfer function of an acoustic stethoscope, stores a filter coefficient that simulates the transfer function of a plurality of acoustic stethoscopes, and switches between them to be used. (For example, refer to Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3131154 [Patent Document 2]
Japanese National Patent Publication No. 10-504748 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the invention described in Patent Document 1, the sound propagation characteristics in the sound guide tube and the secondary sound guide tube are not the same as those of the acoustic stethoscope when the ear tip is closed by the microphone. In addition, the electroacoustic characteristics when sound is output from the earphone into the ear canal are also different from the case where the sound propagated through the sound guide tube or the like is directly guided to the ear canal.
Further, in the invention described in Patent Document 2, since it is impossible to correct the change in sound quality due to the interaction between the electroacoustic characteristics unique to the earphone used and the shape of the user's ear, the sound quality equivalent to that of an acoustic stethoscope It was difficult to get. In addition, it is troublesome to memorize the filter coefficient for simulating the transfer function of the acoustic stethoscope in advance.
[0007]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is to automatically adapt to the shape of the earphone and ear to be used, and to always be an acoustic stethoscope. An electronic stethoscope capable of listening to auscultatory sounds with equivalent sound quality is to be provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to claim 1 is an electronic stethoscope that outputs an auscultation sound collected by a sound receiver from an earphone attached to a user's ear after signal processing. A first microphone for detecting auscultation sounds collected by a sound tool or a vibration sensor for detecting vibration received by the sound receiving tool, and a pseudo ear connected to the sound receiving tool via a sound guide tube A second microphone, a third microphone that detects sound output from the earphone in the ear canal of the user or in the vicinity of the ear canal, and an adaptation that outputs the output signal of the first microphone or the vibration sensor to the earphone. A filter is provided, and the adaptive filter is adaptively controlled so that the output signal of the third microphone approximates the output signal of the second microphone.
[0009]
The invention according to claim 2 is an electronic stethoscope that outputs an auscultation sound collected by a sound receiving tool from an earphone attached to a user's ear after performing signal processing, and the sound is collected by the sound receiving tool. A vibration sensor that detects vibration received by the first microphone or the sound receiving device that detects auscultation sound, a sound guide tube that outputs the signal output from the first microphone or vibration sensor, and acoustic characteristics of the pseudo-ear A correction filter having equivalent characteristics, a third microphone for detecting sound output from the earphone in the ear canal of the user or in the vicinity of the ear canal, and an output signal of the first microphone or the vibration sensor to process the earphone The adaptive filter is adaptively controlled so that the output signal of the third microphone approximates the output signal of the correction filter.
[0010]
The invention according to claim 3 is an electronic stethoscope that outputs an auscultation sound collected by a sound receiving tool from an earphone attached to a user's ear after signal processing, and collects the sound by the sound receiving tool. A vibration sensor that detects vibration received by the first microphone for detecting auscultation sound or the sound receiving device, and an auscultation sound collected by the sound receiving device in one of the external auditory canals of the user to which the sound is collected through a sound guide tube or A second microphone for detecting sound generated in the vicinity of the ear canal, a third microphone for detecting sound output from the earphone in the other ear canal of the user or in the vicinity of the ear canal, and an output signal of the first microphone or the vibration sensor. An adaptive filter that performs signal processing and outputs to the earphone, and adaptively controls the adaptive filter so that the output signal of the third microphone approximates the output signal of the second microphone. That.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the electronic stethoscope according to the first, second, or third aspect, the output signal of the second microphone or the correction filter is used instead of the output signal of the first microphone or the vibration sensor. Enter in the filter.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the electronic stethoscope according to the first, second, third or fourth aspect, further comprising recording / reproducing means for recording / reproducing the output signal of the adaptive filter and / or the output signal of the third microphone. .
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, in the electronic stethoscope according to the first, second, third, fourth, or fifth aspect, the electronic stethoscope includes analysis means for analyzing the output signal of the adaptive filter and / or the output signal of the third microphone. .
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Here, FIG. 1 is a block diagram of the first embodiment of the electronic stethoscope according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the second embodiment, and FIG. 3 is a block diagram of the third embodiment. FIG.
[0015]
As shown in FIG. 1, the first embodiment of the electronic stethoscope according to the present invention includes a first microphone 2 that is installed in the sound receiver 1 and detects auscultation sound collected by the sound receiver 1, From the second microphone 5 installed in the pseudo ear 4 connected to the sound receiver 1 via the sound guide tube 3 and the first earphone 7 installed in the first earpiece 6 in the ear canal or the ear canal of the user. A third microphone 8 that detects sound output in the vicinity, and a first earphone 7 and a second earpiece 9 that are installed in the first earpiece 6 by processing the output signal of the first microphone 2. An adaptive filter 11 that outputs to the second earphone 10 is provided.
[0016]
Here, the first microphone 2 may be a vibration sensor other than the microphone, and is equivalent to the auscultatory sound by converting the vibration of the body surface into an electrical signal when the sound receiving tool 1 is brought into contact with the body surface of the patient. The signal may be obtained. The third microphone 8 is installed so as to receive sound in the ear canal. However, the microphone itself is not necessarily placed in the ear canal, and a sound guide tube may be provided in the ear tip to guide the sound. .
[0017]
In addition, 12 is a subtractor, 13 is a delay device, 14 is a variable attenuator, 15 is an amplifier, 16 is an A / D converter, 17 is a D / A converter, 18 is a mode switch, 19 is a recording terminal, 20 Is a playback terminal.
[0018]
The sound guide tube 3 is a tube of about 70 cm similar to the sound guide tube 101 and the sub sound guide tube 102 of the conventional acoustic stethoscope shown in FIG.
The simulated ear (earn simulator) 4 conforms to the international standard IEC 60711: 1981 “Occluded-ear simulator for the measurement of earphones coupled to the ear by ear inserts”. It has the same acoustic impedance as the human ear. Accordingly, a sound having a sound quality substantially equal to that inside the user's external auditory canal is generated inside the pseudo ear 4 when the acoustic stethoscope is used.
[0019]
The pseudo ear 4 is not limited to the specifications of IEC 60711. For example, the pseudo ear 4 may be a so-called 2cc coupler based on IEC 60126 having a simpler structure, or any device that simulates the acoustic impedance of the human ear. Anything Moreover, in order to make it closer to the sound quality of an actual acoustic stethoscope, a slight gap may be provided at the coupling portion between the sound guide tube 3 and the pseudo ear 4.
[0020]
The operation of the first embodiment of the electronic stethoscope according to the present invention configured as described above will be described.
When the user wears the first earpiece 6 and the second earpiece 9 on the left and right ears, and the sound receiving device 1 is brought into contact with the body surface of the patient, the auscultation sound collected by the sound receiving device 1 is the first. After being converted into an electric signal by the microphone 2 and then converted into a digital signal by the A / D converter 16, the signal is processed by the adaptive filter 11, moderately amplified by the amplifier 15, and installed in the first earpiece 6. Output from the first earphone 7 and the second earphone 10 installed in the second earpiece 9.
[0021]
The auscultatory sound collected by the sound receiving device 1 and reaching the pseudo ear 4 through the sound guide tube 3 is converted into an electric signal by the second microphone 5 and then converted into a digital signal by the A / D converter 16. This is converted and further delayed by the delay unit 13 to become a desired response d _k for the adaptive filter 11.
[0022]
The sound output from the first earphone 7 is converted into an electrical signal by the third microphone 8, then converted into a digital signal by the A / D converter 16, and further attenuated by the variable attenuator 14 to be applied to the adaptive filter 11. The output response y _k to. Here, a signal _obtained by subtracting the output response y _k from the desired response d _k by the subtractor 12 becomes an instantaneous error ε _k with respect to the adaptive filter 11.
[0023]
The adaptive filter 11 performs signal processing on the signal converted into the electric signal by the first microphone 2 and A / D converted by the A / D converter 16 by the LMS algorithm so that the instantaneous error ε _k is minimized. It is known that the LMS algorithm works well with a small amount of computation. The update of the filter coefficient for adaptive control by the LMS algorithm is based on the following equation (1).
[0024]
[Expression 1]

[0025]
Here, W _k and X _k are a filter coefficient and an input signal vector (vector order = number of filter taps), respectively. The subscript k corresponds to the sample value sequence subjected to A / D conversion. ε _k is the instantaneous error described above. μ is a step size parameter related to the speed of adaptation (convergence), and is usually said to be about 0.01 to 0.001. Further, in order to correct the correction amount of W _k depending on the input amplitude, a method (Normalized LMS algorithm) in which μ is replaced by the following equation (2) is used.
[0026]
[Expression 2]

[0027]
Here, σ ² is the average power (estimated value) of the input signal, and is obtained by time constant processing of the instantaneous power of the input signal. (L + 1) is the number of filter taps. u is a constant, and the larger the value, the faster the adaptation. However, if it is too large, the filter characteristics will not converge and will vibrate. In the embodiment of the present invention, u = 0.01 is used. When these are included, the filter coefficient update formula is the following formula (3).
[0028]
[Equation 3]

[0029]
Further, σ ² is sequentially calculated by the following equation (4).
[0030]
[Expression 4]

[0031]
x _k is an input signal, α is a constant related to the time constant, and has the relationship of the following equation (5).
[0032]
[Equation 5]

[0033]
In the embodiment of the present invention, f _s is the sampling frequency and 32,000 Hz, and τ is 1 (second), but other values may be used depending on the intended performance.
[0034]
The output signal of the adaptive filter 11 is converted into an analog signal by the D / A converter 17 and then input to the amplifier 15 when the mode switch 18 is set to the terminal M. The output signal of the amplifier 15 is the first signal. The sound is converted into sound by the first earphone 7 installed in the earpiece 6 and the second earphone 10 installed in the second earpiece 9, and the user listens with both ears.
[0035]
Since the adaptive filter 11 performs automatic adjustment by the LMS algorithm so that the instantaneous error ε _k is minimized, that is, the output response y _k approximates the desired response d _k , the first earpiece 6 and the second earpiece 6 In the two-ear piece 9, a sound approximate to the sound generated in the pseudo ear 4 is generated. As a result, the user can listen to the auscultatory sound with a sound quality equivalent to that of an acoustic stethoscope. In order to implement this with high accuracy, it is necessary to use the second microphone 5 and the third microphone 8 having the same characteristics.
[0036]
In the embodiment of the present invention, the amplification degree of the auscultatory sound can be adjusted by changing the attenuation amount of the variable attenuator 14. If the attenuation amount of the variable attenuator 14 is increased, the gain of the adaptive filter 11 is automatically increased in order to approximate the attenuated output response y _k to the desired response d _k with respect to the auscultatory sound in the first earpiece 6. The increased and more amplified auscultatory sound is output to the first earphone 7 and the second earphone 10. Thereby, the user can listen to the auscultation sound well even if the hearing ability is reduced.
[0037]
The output signal of the adaptive filter 11 is connected to the recording terminal 19 and can be recorded by an external recorder. If the reproduction signal is input to the reproduction terminal 20 and the mode switch 18 is set to the terminal P, an auscultatory sound having the same sound quality as that during recording can be heard.
[0038]
This allows auscultation sounds to be saved as patient records. The recorded auscultatory sound can also be used as a teaching material for auscultation. Furthermore, if the signal of the recording terminal 19 or the reproduction terminal 20 is connected to an analysis device and a disease is discriminated by an auscultation sound, a signal close to a conventional acoustic stethoscope can be used for analysis, so that the analysis accuracy is improved. Similarly, if the output signal of the third microphone 8 is used for analysis, a signal closer to a conventional acoustic stethoscope can be used for analysis.
[0039]
In the embodiment of the present invention, the output signal of the first microphone 2 is used as the input signal of the adaptive filter 11, but the first microphone 2 is omitted and the output signal of the second microphone 5 is input to the adaptive filter 11. It can also be a signal. In this case, since the input signal and the desired response d _k coincide with each other, the adaptive filter 11 needs to correct only the influence of the electroacoustic characteristics of the first earphone 7 and the shape of the user's ear. Accuracy is improved. On the other hand, when the output signal of the first microphone 2 is used, since the first microphone 2 is installed in the sound receiving device 1, the auscultation sound can be received without being influenced by surrounding noise and the like, so that the performance is improved. There is an advantage of being stable.
[0040]
The ear pieces 6 and 9 in the embodiment of the present invention have

ear tips

6a and 9a and are used by being inserted into the ear canal. Sound from the external auditory canal is input to the third microphone 8 through a tube that penetrates the ear tip 6a. In addition, instead of the earphones 7 and 10 into which the

ear tips

6a and 9a are inserted, ear mounting type earphones or ear covering type earphones such as headphones can be used. In this case, the third microphone 8 can receive sound in the ear canal or in the vicinity of the ear canal as much as possible.
[0041]
Next, in the second embodiment of the electronic stethoscope according to the present invention, as shown in FIG. 2, a correction filter 25 is provided instead of the sound guide tube 3, the pseudo ear 4 and the second microphone 5 shown in FIG. Except for the use, the configuration is the same as that of the first embodiment. That is, the correction filter 25 replaces the acoustic characteristics of the sound guide tube 3 and the pseudo ear 4 which are about 70 cm of the tube similar to the sound guide tube 101 and the secondary sound guide tube 102 of the conventional acoustic stethoscope shown in FIG. It is.
[0042]
Therefore, when the output signal of the first microphone 2 converted into a digital signal by the A / D converter 16 is input to the correction filter 25, the output signal of the correction filter 25 becomes equivalent to the output signal of the second microphone 5. A transfer function of the correction filter 25 is set in advance.
[0043]
The output signal of the correction filter 25 is the desired response d _k, and the output response y _{k from} the third microphone 8 approximates the desired response d _k by the correction filter 25, that is, the instantaneous error ε _k is minimized. The adaptive filter 11 is adaptively controlled by the LMS algorithm. Since other operations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
[0044]
Next, as shown in FIG. 3, the third embodiment of the electronic stethoscope according to the present invention includes a sound guide tube 31 similar to an acoustic stethoscope to which the auscultatory sound collected by the sound receiver 1 is guided. The second microphone 5 is installed in the vicinity of the ear tip 33 formed at the tip of one of the sub sound guide tubes 32, and the other sub sound guide tube 34 is interrupted, and the first ear piece is placed on the other ear of the user. 6 is attached. The first microphone 2 is not used.
[0045]
Further, the output signal of the second microphone 5 is converted into a digital signal by the A / D converter 16 and further delayed by the delay unit 13 to become a desired response d _k to the adaptive filter 11 and the input signal of the adaptive filter 11. become.
[0046]
The adaptive filter 11 is adaptively controlled by the LMS algorithm so that the output response y _{k from} the third microphone 8 approximates the desired response d _{k from} the second microphone 5, that is, the instantaneous error ε _k is minimized. . In addition, description of operations similar to those of the first embodiment is omitted.
[0047]
The output signal of the adaptive filter 11 is converted to an analog signal by the D / A converter 17 and then input to the amplifier 15 when the mode switch 18 is set to the terminal M. The output signal of the amplifier 15 is the first signal. The sound is converted into output sound by the first earphone 7 installed in the earpiece 6.
[0048]
The output signal of the amplifier 15 is also input to the

earphones

22 and 24 installed in the plurality of

earpieces

21 and 23 such as the second earpiece 9 at the same time, so that other users can listen to the auscultation sound at the same time. The output signal of the adaptive filter 11 can be recorded by an external recorder through the recording terminal 19.
[0049]
The adaptive filter 11 is automatically adjusted by the LMS algorithm so that the instantaneous error ε _k is minimized, that is, the output response y _k by the third microphone 8 approximates the desired response d _k by the second microphone 5. Therefore, in the ear wearing the first earpiece 6, the second earpiece 9, etc., a sound that is directly guided by the sound guide tube 31 and the auxiliary sound guide tube 32 and received by the second microphone 5. Will occur.
[0050]
Since a plurality of users wearing the second earpiece 9 and the like according to the third embodiment can simultaneously listen to auscultation sounds with sound quality equivalent to that of an acoustic stethoscope, a plurality of doctors perform auscultation jointly and efficiently practice It can be performed.
In addition, if a playback signal of a sound recorded on an external recorder is input to the playback terminal 20 through the recording terminal 19 and the mode change switch 18 is set to the terminal P side, auscultation sounds having the same sound quality as during recording can be obtained by a plurality of users. Can be heard at the same time.
[0051]
In the embodiment of the present invention, the adaptive filter 11, the subtractor 12, the delay unit 13, and the variable attenuator 14 are individually provided. However, the signal processing for realizing each function collectively is provided. It can be configured using a processor.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the invention, the sound actually generated in the ear canal is monitored by the third microphone, and the sound is the same as the sound guide tube and the auxiliary sound guide tube, and is coupled thereto. Because it is controlled so as to approximate the output sound of an acoustic stethoscope simulated by a pseudo-ear, an auscultatory sound with sound quality equivalent to that of an acoustic stethoscope can be obtained regardless of the electroacoustic characteristics of the earphone and the shape of the user's ear. I can listen.
[0053]
According to the second aspect of the present invention, the sound actually generated in the ear canal is monitored by the third microphone, and the sound guide tube, the sub-sound guide tube, and the pseudo ear of the acoustic stethoscope are provided by providing the correction filter. Therefore, the auscultatory sound can be heard with the same sound quality as that of an acoustic stethoscope regardless of the electroacoustic characteristics of the earphone and the shape of the user's ear.
[0054]
According to the third aspect of the present invention, the sound actually generated in the ear canal is monitored by the third microphone, and the acoustic sound is generated regardless of the electroacoustic characteristics of the earphone and the shape of the user's ear without providing a pseudo ear. Auscultation sounds can be heard with the same sound quality as a stethoscope.
[0055]
According to the fourth aspect of the present invention, when the output signal of the second microphone is the input signal of the adaptive filter, the input signal and the desired response coincide with each other. Therefore, in the adaptive filter, the electroacoustic characteristics of the first earphone and the user Since only the influence of the shape of the ears needs to be corrected, the calculation accuracy is improved.
[0056]
According to the fifth aspect of the present invention, the output signal of the adaptive filter can be recorded by an external recorder, and the auscultatory sound having the same sound quality as that during recording can be reproduced and heard.
[0057]
According to the invention which concerns on Claim 6, it can contribute to the improvement of the diagnostic technique based on auscultation sound.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a first embodiment of an electronic stethoscope according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of an electronic stethoscope according to the present invention. Configuration diagram of third embodiment of electronic stethoscope [FIG. 4] Schematic diagram of acoustic stethoscope [FIG. 5] Configuration diagram of conventional electronic stethoscope [Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sound receiver, 2 ... 1st microphone, 3 ... Sound guide tube, 4 ... Pseudo ear, 5 ... 2nd microphone, 6 ... 1st earpiece, 7 ... 1st earphone, 8 ... 3rd microphone, 9 ... 1st 2 earpieces, 10 second earphones, 11 adaptive filters, 12 subtractors, 13 delay devices, 14 variable attenuators, 15 amplifiers, 16 A / D converters, 17 D / A converters, DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 ... Mode change switch, 19 ... Recording terminal, 20 ... Reproduction terminal, 25 ... Correction filter, 31 ... Sound guide tube, 32, 34 ... Sub sound guide tube, 33 ... Ear tip.

Claims

An electronic stethoscope that outputs an auscultation sound collected by a sound receiving tool and outputs it from an earphone attached to a user's ear after signal processing, and detects auscultation sound collected by the sound receiving tool. Or a vibration sensor for detecting vibration received by the sound receiving device, a second microphone installed in a pseudo ear connected to the sound receiving device through a sound guide tube, and the earphone from the ear canal or A third microphone for detecting sound output in the vicinity of the ear canal; and an adaptive filter for processing the output signal of the first microphone or the vibration sensor and outputting the signal to the earphone, wherein the output signal of the third microphone is the first microphone. An electronic stethoscope characterized by adaptively controlling the adaptive filter so as to approximate the output signal of two microphones.

An electronic stethoscope that outputs an auscultation sound collected by a sound receiving tool and outputs it from an earphone attached to a user's ear after signal processing, and detects auscultation sound collected by the sound receiving tool. Or a vibration sensor that detects vibration received by the sound receiving tool, a sound guide tube that outputs the signal output from the first microphone or the vibration sensor, and a correction filter having characteristics equivalent to the acoustic characteristics of the pseudo-ear. A third microphone for detecting sound output from the earphone into or near the ear canal of the user, and an adaptive filter for processing the output signal of the first microphone or vibration sensor and outputting the signal to the earphone, An electronic stethoscope characterized by adaptively controlling the adaptive filter so that an output signal of the third microphone approximates an output signal of the correction filter.

An electronic stethoscope that outputs an auscultation sound collected by a sound receiving tool and outputs it from an earphone attached to a user's ear after signal processing, and detects auscultation sound collected by the sound receiving tool. Alternatively, a vibration sensor for detecting vibration received by the sound receiving device and a sound generated in the ear canal or near the ear canal of a user to which the auscultatory sound collected by the sound receiving device is guided through a sound guide tube A second microphone, a third microphone for detecting sound output from the earphone to the other ear canal of the user or in the vicinity of the ear canal, and an output signal of the first microphone or the vibration sensor are signal-processed and output to the earphone An electronic stethoscope comprising: an adaptive filter configured to adaptively control the adaptive filter so that an output signal of the third microphone approximates an output signal of the second microphone.

The electronic stethoscope according to claim 1, 2, or 3, wherein an output signal of the second microphone or the correction filter is input to the adaptive filter instead of the output signal of the first microphone or the vibration sensor.

5. An electronic stethoscope according to claim 1, further comprising recording / reproducing means for recording / reproducing the output signal of the adaptive filter and / or the output signal of the third microphone.

The electronic stethoscope according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, further comprising analysis means for analyzing an output signal of the adaptive filter and / or an output signal of the third microphone.