JPH10216123A - ステレオフォニック生体音響信号システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】バルクウエーブとシェアウエーブとを巧みに組
合せて利用したワンポイントステレオマイクロホンの思
想による改良された胎児心音聴音系が紹介されている。 【構成】選択図（図２）において、接触子（３）に結合
されたセンサエレメント（４、５、６）はお互いに他と
直交する３軸の独立した振動成分をセンスする。これら
センサ出力が一次結合されて２チャンネルの疑似ステレ
オ信号としてフィルタ（２１）、アンプ（２２）、ヘッ
ドフォン（２３）等よりなる両耳効果を目的とする聴音
系に供給される。使用者は両耳効果により目的とする観
測対象の胎児心が観測点の左右どちらにずれているかを
感じとる事が出来、最適観測点の発見が容易に出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の応用分野】この発明は生体音響信号変換器お
よびそれを用いた生体音響信号システムに関し、特に具
体的にはステレオフォニックな心音ないし胎児心音マイ
クロホン、およびそれを応用したステレオフォニックな
心音ないし胎児心音聴診器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の心音ないし胎児心音マイクロホ
ン、および心音ないし胎児心音聴診器（以下単に心音マ
イクロホンないし心音聴診器と略記する）においては、
被検体表面から入力される機械振動信号を単純な音波と
見做し、これを接触面においてその法線方向の振動を１
チャンネルの信号として変位、速度ないし加速度の形で
検出する物ばかりであった。すなわちこの技術領域には
オーデイオ音響技術でいう到来波面の選択による指向性
をもとにしたワンポイントステレオマイクロホンのよう
な物の概念はなかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の心音マイクロホ
ンないし心音聴診器においては上記のように高々１チャ
ンネルの信号を抽出するのみで、指向性ないし両耳効果
を用いていない。そのため例えば特に母体腹壁上から胎
児心音を聴こうとする場合などにおいては、試みに心音
マイクロホンを当接した部位において姑息的ながら胎児
心音がきこえたとしても、さらにマイクロホンをどちら
に移動したらより良くきこえるのかは、全く経験と試行
錯誤によるほかはなかった。これは特に在宅医療におい
て操作者が患者（即ち妊婦）自身ないしその家族という
様な場合に特に問題となる。

【０００４】これに反して超音波ドプラ方式の胎児心拍
検出器の場合は、それ自身の指向性がかなり鋭いので、
試行錯誤によってその観測点から見て最も良くきこえる
“方位角”を捜し当てる事は比較的容易である。しかし
胎児心音の場合は、音響信号が波面を決める事が出来る
様な高い周波数ではないので、ある観測点からの方位角
をもってしては最適条件を決められず、最適受信点は常
に目的胎児心から最も近い、該胎児心を大略法線方向に
見る様な体表面の部位となる。

【０００５】胎児心音の重要さはその全くの受動性、無
侵襲性にあり、超音波が能動的で、１００％無害とは言
い切れない事に鑑みて改めて注目される点にある。実際
問題として、胎児心音の検出が困難で、超音波ドプラ法
でなければ全く役に立たないのは妊娠初期のみであり、
妊娠中期以後の観測ないし監視においては少なくとも妊
婦自身が静かにしている限り胎児心音法で十分である。
さらにこの場合、コスト、安全性の両面において胎児心
音の方に微利がある。

【０００６】故に本発明の課題は胎児心音の場合におい
ても姑息的にせよステレオフォニックな効果により指向
性を得て、これにより上記の最適点の捜し出しを容易に
する事にある。

【０００７】

【問題を解決するための手段】遠方から伝搬して来た音
をマイクロフォンで拾うと思うからその媒質は等方性の
流体であり、縦波即ちバルクウエーブしか伝搬しないと
思い込むが、実は体組織は横波すなわちシェアウエーブ
も伝搬するふにゃふにゃした半固体のいい加減な媒質で
あり、また途中に羊水などの正に流体その物が介在して
いてもそれを経て音が伝わった先でまたモード変換が起
り縦波から横波が発生し、横方向すなわちもとの縦波の
伝搬方向とは直角の方向に散って行く。

【０００８】またかかる過程の起る全体像の寸法は目的
とする胎児心音の周波数と音速に鑑みて波長より遥かに
小さい局所空間である。このため先に述べた腹壁上の
“最適点”においては胎児心音は法線上に押し引きする
振動ベクトルとしてあらわれるが、それより離れた点で
はそれにつけ加えて接線方向に往復する運動の成分を持
つ。故にこれらをまとめて有機的に検出するならばマイ
クロフォンが当っている点が最適点か、またどちらの方
向にずれているかを検出できる。

【０００９】故に本発明においては被検体表面の法線方
向および接線方向を含む２軸あるいは３軸に自由度を持
つ接触子を有し、該接触子には該自由度の内少なくとも
２軸に関して加速度、速度、あるいは変位の検出系を成
すセンサエレメントを配置して成る生体音響信号変換器
を該心音マイクロフフォンとして用いる。また上記セン
サエレメントの内少なくとも２つに関しそれらの電気出
力をステレオフォニックなオーディオ信号として扱い、
最終的にこれらをＬチャンネルおよびＲチャンネルの信
号として両耳効果を目的とする聴音系に供給するステレ
オフォニック生体音響信号システムないしステレオフォ
ニック心音聴取システムを具現する。即ちこの様にして
得られる疑似的な立体音響感においては、両耳に同じ信
号が行く場合には明らかに目的信号源はマイクロフォン
の正面にある一方、両耳の信号に差異があり、方向感が
ある場合にはその示す方向に正しい最適点がある事を巧
みに示唆することができる。

【００１０】

【発明の好ましい実施例】図１は本発明の好ましい実施
例の一つを示す物で、これにおいて、ともに被検体表面
に接触する筐体（１）の辺縁部（２）と、該辺縁部の内
側に配置され、該辺縁部との関係において少なくとも被
検体表面の法線方向および接線方向を含む２軸あるいは
３軸に自由度を持つ接触子（３）と、を有し、該接触子
には該自由度の内少なくとも２軸に関して加速度、速
度、あるいは変位の検出系を成すセンサエレメント（４
ないし６）を配置して成り、爾して該接触子に感受され
る法線方向の振動のみなら接線方向の振動も検出される
如く構成された事を特徴とする生体音響信号変換器が示
されている。

【００１１】また図２は本発明の今一つの好ましい実施
例を示す物で、これにおいて、上記生体音響信号変換器
を用い、上記センサエレメントの内少なくとも２つに関
しそれらの電気出力をステレオフォニックなオーディオ
信号として扱い、最終的にこれらをＬチャンネルおよび
Ｒチャンネルの信号として両耳効果を目的とする聴音系
に供給し、爾して該接触子に感受される接線方向の振動
成分をＬＲ両信号間の差信号として与えることにより両
耳効果により信号源の方向感を与える如く構成されたス
テレオフォニック生体音響信号システムが示されてい
る。

【００１２】図１において、筐体（１）は、一例とし
て、断面が四角いドーナツ状の形状を有し、その辺縁部
（２）と接触子（３）とは大略同一平面上にあり、この
場合、これらの間にはゴムまたはプラスチックの膜また
は薄板による同心円状のひだを有する蛇腹ないしコルゲ
ーションダンパに類する構造の封止手段（１１）が張り
渡されている。即ちこの封止手段（１１）は防水および
防塵の目的を兼ねるとともに、その３軸の自由度および
スチフネスにより筐体辺縁部（２）と接触子（３）とを
位置関係が逸脱せぬように保つ作用もする。接触子
（３）は厚肉平面円盤の、あるいはその上に僅かに凸な
る外面（図の下方に向けて）を有する部材で、軽量な発
泡プラスチックやゴム、あるいは木材ないしその加工品
などで出来ている。この様な構造が被検体表面（腹壁）
に適宜な押圧をもって（図の下方に向けて）接すると、
筐体（１）およびその辺縁部（２）が外界と接触子
（３）との間に音響シールドの役を果しつつ、接触子
（３）が被接触面の法線１軸および接線２軸の合計３軸
の自由度をもって接触された腹壁の局部と一体になって
振動する。

【００１３】接触子（３）の背面には機械端子（１２）
があり、これに３個の伝達子（１３、１４、１５）が機
械的に結合されている。これらの伝達子は典型的には只
の針金であり、押し引きする方向には応力を伝達するが
曲げる方向には伝達しない。伝達子の先はＰＺＴなどの
圧電セラミックスで出来たセンサエレメント（４、５、
６）に接続されている。これらのセンサエレメントの他
端は筐体辺縁部（２）に各々の台座（１６）などを介し
て保持され、音響学的に終端されている。

【００１４】図示の如きこの様な構造において、伝達子
（１３）とセンサエレメント（４）の系においては、接
触子の、図において正面向かって上下すなわち垂直な方
向の振動のみが検出され、また同じく（１４）と（５）
および（１５）と（６）の組み合わせの系においては図
の正面向かって前後左右の、接触面には平行な、ただし
それら相互の間では直交する関係の、振動が独立に検出
される。かくして３つのセンサエレメント（４ないし
６）の各々においては、接触子（３）の、お互いに他と
直交する３軸の振動成分が独立して検出される。尚、図
１の物は実際に使用する時にはさらに図に正面向かって
上の方に蓋を必要とするが、ここでは図示を省略されて
いる。

【００１５】センサエレメント（４ないし６）は典型的
にはＰＺＴのユニモルフまたはバイモルフによる変位な
いし応力に応じて電荷を出力する検出系である事ができ
るが、他の種類の応力、変位、速度ないし加速度のセン
ス機構も応用可能である。例えば終端部を只の空中に放
置される錘で終端したＰＺＴユニモルフまたはバイモル
フないし厚み振動センサを用いれば加速度検出系とな
る。また図を以て詳細に説明する事は省略するがムービ
ングコイルあるいはムービングマグネット系を用いれば
速度検出系とする事が出来る。これらの如何なるセンス
機構を採用するかは設計上の自由度である。

【００１６】またこの様に３軸をすべて検出対象とする
ことはしないで選択された２軸のみを検出対象とし、例
えば接触子の接線方向の動きは１軸省略してどちらかの
１軸のみとしても十分に目的を達する事が出来る。また
この様にして選択的に検出する２軸はお互いに他と大略
直交していさえいればよい。図３はその様な例を示すも
ので、これにおいて各部を示す符号と内容は図１と同じ
である。ここでは２枚のＰＺＴセンサエレメント（２
６、２７）が大略４５度づつかたむいて用いられ、その
一端はゴム状の伝達子（２８）により機械端子（１２）
に結合され、他端は台座（１６）により筐体（１）に固
定されいる。この構造は、先の例と同主旨により、機械
端子（１２）において観測される所の、図に向って左右
（接線方向）および上下（法線方向）の振動成分を加算
および減算した結果を各々検出する。その一方、図に向
って前後（図の面に垂直）の方向の振動成分は故意に無
視されている。尚、図３の物もまた実際に使用する時に
はさらに図に正面向かって上の方に蓋を必要とするが、
ここでは図示を省略されている。

【００１７】図３の構成は、図示による詳説は省略する
が、公知の４５−４５方式のステレオＬＰレコード再生
用のカートリッジと、設計思想や動作原理の上で酷似し
ている。全く簡易な構成による本発明の実施例ではその
様なカートリッジを筐体側に搭載し、その針先を機械端
子（１２）に結合しさえすれば、姑息的ながら目的を果
す事ができる。

【００１８】一方、図２においては上記の手段手法によ
り入手された２ないし３チャンネル疑似ステレオ胎児心
音信号の利用仕方の最も好ましい一例における構成を示
す。これにおいて最も本質的かつ特徴的な点は、これら
の多チャンネル信号が最終的に両耳効果を得る様に、言
い換えると左耳用の信号Ｌチャンネルおよび右耳用の信
号Ｒチャンネルとして用いられる事である。この例にお
いては必要ならば帯域通過フィルタ（２１）を経由、汎
用されるステレオアンプ（２２）、ヘッドフォン（２
３）などよりなる両耳効果を目的とする聴音系に供給さ
れる。これらは全体として胎児心音聴診器を成す。本発
明と従来例の設計思想との相違点を一言で要約するなら
ば、これは、バルクウエーブとシェアウエーブとを巧み
に利用したワンポイントステレオマイクロホンの思想に
よる胎児心音聴診器であると言える。

【００１９】これらＬおよびＲチャンネルの両信号とし
ては、図１の構成においては垂直方向の振動のセンサエ
レメントの出力と、二つある水平方向の振動のセンサエ
レメントのうちどちらかの出力、またはそれらの一次結
合、との間の和および差が用いられる。一例として、図
３の構成においてはこの主旨での和信号と差信号は初め
から両センサエレメント（２６、２７）において作成さ
れていると理解されるので、それらの各々の出力が即そ
のままＬおよびＲの各チャンネルの信号として用いられ
る。

【００２０】この様にして出来たＬおよびＲの信号の両
耳効果においては、前記の如く信号源となる振動主体が
正面方向にあり、観測点において横方向ないし接線方向
の振動即ちシェアウエーブがない時にはＬＲ両信号はレ
ベル、位相とも等しくＬ＝Ｒとなり、方向感を生じな
い。しかるに信号源となる振動主体が正面方向になく、
観測点において横方向の振動即ちシェアウエーブがある
時には左にあるか右にあるかに応じてレベル上Ｌ＞Ｒま
たはＬ＜Ｒ、ないしＬＲ間の位相の進み遅れの関係、ま
たそれらの組合せとして現れる。この様な左右の耳に到
達する信号の相違は一般に両耳効果により良く弁別でき
る所であり、よって使用者は聴覚的な音像の印象を頼り
目的胎児心を正面に捕える事が出来、これにより主旨と
する目的を達する事が出来る。

【００２１】以上の方式原理および実施例の説明におい
ては、接触子は略平面か、多少出っ張っているキノコの
頭状の部片とみなし、非接触体表面はそれ自身はあまり
変形しないで接触子をひきずって振動する物とみなして
いた。しかし心音ないし胎児心音の検出系としてはこれ
は唯一の可能な手法ではなく、他にも例えば故意に棒状
に出っ張った圧迫子を用い皮下脂肪層を掻分けてやや深
い部分の振動を検出する事を重視する手法（圧迫子法）
とか、接触面の上に観測開口を有する流体変成器を配置
する空気伝導式ないし液体伝導式とか、もしくは静電容
量や電磁波、空中超音波などによる非接触的振動検出な
ど種々の方式がある。

【００２２】圧迫子法においては圧迫子の押し引き振動
のほかに曲げないしすりこぎ状の振動を検出すれば前記
主旨にかなう。また観測開口による方式では隣接した、
もしくはやや離れた２地点を観測するように変換器筐体
に２つの開口を構成すれば前記主旨にかなう。非接触式
でも何等かの方法で隣接した、もしくはやや離れた２地
点を観測するように構成すれば前記主旨にかなう。

【００２３】すなわちどの方式に基づいて拡張した構造
または構成であっても、本発明の主旨である法線成分の
みならず接線成分も検出し、特に後者をＬＲ間の差信号
として与えて両耳効果により方向感を与える構成は可能
であり、もって本発明の実施の範囲に含まれると解釈さ
れるべきである。

【００２４】

【発明の効果】上記の如く明らかにされたように、本発
明の実施によれば使用者は聴覚的な音像の印象を頼り目
的胎児心を正面に捕える様に観測点を移動または傾斜す
る事が出来る様になり、安全性と経済性に優れた胎児心
音システムをドプラシステムと同程度の便利さで利用で
きるようになるのでその益する所大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例の一つを示す。

【図２】本発明の今一つの好ましい実施例を示す。

【図３】本発明のさらに別な、一部省略のある好ましい
実施例を示す。

【符号の説明】

図１ないし３において、 （１） 筐体 （２） 筐体辺縁部 （３） 接触子 （４ないし６） センサエレメント （１１） 封止手段 （１２） 機械端子 （１３ないし１５） 針金状の伝達子 （１６） 台座 （２１） 帯域通過フィルタ （２２） ステレオアンプ （２３） ヘッドフォン （２６、２７） センサエレメント （２８） ゴム状物質による伝達子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ともに被検体表面に接触する筐体（１）の
   辺縁部（２）と、該辺縁部の内側に配置され、該辺縁部
   との関係において少なくとも被検体表面の法線方向およ
   び接線方向を含む２軸以上に自由度を持つ接触子（３）
   とを有し、該接触子には該自由度の内少なくとも２軸に
   関して応力、加速度、速度、あるいは変位の検出系を成
   すセンサエレメント（４ないし６）を配置して成る事を
   特徴とし、爾して該接触子に感受される法線方向の振動
   のみならず接線方向の振動も検出される如く構成された
   事を特徴とする、生体音響信号変換器。
2. 【請求項２】請求項１に規定された生体音響信号変換器
   を用い、そのセンサエレメントの内少なくとも２つに関
   しそれらの電気出力をステレオフォニックなオーディオ
   信号として扱い、最終的にこれらをＬチャンネルおよび
   Ｒチャンネルの信号として両耳効果を目的とする聴音系
   に供給する如く構成され、爾して該接触子に感受される
   接線方向の振動成分をＬＲ両信号間の差信号として与え
   ることにより両耳効果により信号源の方向感を与える如
   く構成された事を特徴とする、ステレオフォニック生体
   音響信号システム。