TWI818115B - 聽診器及電子聽診裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種能夠以高SN比測量生物聲之聽診器及電子聽診裝置。聽診器具備支撐台及支撐於該支撐台並且檢測從被測物產生之聲音之檢測部，檢測部具有壓電膜，該壓電膜與支撐台對向而至少配置於檢測從被測物產生之聲音之部分並且在與支撐台相反的一側彎曲成凸形，壓電膜具備具有彼此對向之2個主表面之壓電體層、設置於2個主表面中的前述支撐台側的主表面之第1電極及設置於與支撐台相反的一側的主表面之第2電極，所述聽診器將由於從被測物產生之聲音而在前述壓電膜中產生之變形作為振動訊號來進行檢測。
Description
本發明係關於一種能夠以再現性良好地測量生物聲之聽診器及電子聽診裝置。
作為從外部觀察生物之器具，通常使用聽診器。聽診器為能夠放大在生物體內部中產生之心聲或血流聲等聲音而直接聽到者。近年來，提出有經由數字轉換裝置等與電腦連接並且使用電腦來記錄來自聽診器的聲音之電子聽診系統。
電子聽診系統有望用於遠程醫療。在使用可視電話等之遠程診斷中，藉由聽診器進行診斷之情況下，使用如下方法：患者本身使聽診部與自己的身體接觸，生物聲藉由聲音感測器檢測並轉換成電訊號，藉由網際網路等通訊機構發送給遠程醫生。專利文獻1中提出有如下結構：為了能夠從遠隔區域識別使聽診部適當地與體表面接觸而在聽診部具備檢測與人體的接觸之感測器。
又，專利文獻2中揭示有如下結構：電子手錶型脈搏波處理裝置中具備按壓力檢測機構，基於檢測脈搏波之脈搏波感測器之檢測訊號因脈搏波感測器與人體之間的按壓力而發生變化，藉此按壓力檢測機構確認是否為以適當的按壓力進行接觸之狀態。
通常，聽診器具有與皮膚接觸之部分（聽診部），並且在其聽診部具備用於收集聲音的隔膜。另一方面，已知有電子聽診系統中的聽診器在其聽診部隔著隔膜和空氣層設置有聲音（振動）感測器之結構（例如專利文獻3）。相對於此，在專利文獻4中提出有具備聲音感測器之聽診器，該聲音感測器由不經由空氣層而直接從皮膚獲取生物聲之壓電元件構成。依據專利文獻4的聽診器，由於將壓電元件直接與皮膚接觸，因此能夠大幅擴大可檢測的頻率。具體而言，專利文獻4的聲音感測器由其中一個表面與人體的皮膚接觸之金屬板及形成於金屬板的另一表面之壓電陶瓷構成。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-170112號公報
[專利文獻2]國際公開第94/015525號
[專利文獻3]日本特開2016-179177號公報
[專利文獻4]日本特開2012-090909號公報
專利文獻4的壓電元件中，與皮膚接觸之部分為平坦的表面，檢測效率不足。期望在聽診器中能夠高效率地檢測微弱的生物聲。
本發明鑑於上述情況，其目的在於提供一種能夠以高SN比（Signal to Noise ratio，信噪比）測量生物聲之聽診器及電子聽診裝置。
用於解決上述課題的具體方法中包括以下態樣。
＜1＞本揭示的聽診器具備支撐台及支撐於支撐台並且檢測從被測物產生之聲音之檢測部，檢測部具有壓電膜，該壓電膜與支撐台對向而至少配置於檢測從被測物產生之聲音之部分並且在與支撐台相反的一側彎曲成凸形，壓電膜具備具有彼此對向之2個主表面之壓電體層、設置於2個主表面中的支撐台側的主表面之第1電極及設置於與支撐台相反的一側的主表面之第2電極，將由於從被測物產生之聲音而在壓電膜中產生之變形作為振動訊號來進行檢測。
＜2＞如＜1＞所述之聽診器，其具備隔音構件，該隔音構件設置於檢測從被測物產生之聲音之部分的周圍並且屏蔽外部聲音。
＜3＞如＜2＞所述之聽診器，其中
隔音構件由彈性構件構成，該彈性構件具有向外側突出至壓電膜彎曲成凸形之部分的頂點以上之部分。
＜4＞如＜1＞至＜3＞中任一項所述之聽診器，其還在支撐台與壓電膜之間具備緩衝材料。
＜5＞如＜1＞至＜3＞中任一項所述之聽診器，其還在支撐台與壓電膜之間的空間具有加壓氣體。
＜6＞如＜1＞至＜5＞中任一項所述之聽診器，其中
第2電極僅設置於壓電膜彎曲成凸形之部分的中央部。
＜7＞如＜1＞至＜6＞中任一項所述之聽診器，其中
壓電體層由將壓電體粒子分散於由高分子材料構成之基質中而成之高分子複合壓電體構成。
＜8＞如＜1＞至＜7＞中任一項所述之聽診器，其還具備心電圖測量用電極。
＜9＞如＜8＞所述之聽診器，其中
心電圖測量用電極設置於壓電膜的具備第2電極之表面側。
＜10＞如＜9＞所述之聽診器，其中
心電圖測量用電極和第2電極由圖案化電極層構成。
＜11＞如＜1＞至＜10＞中任一項所述之聽診器，其還在支撐台與壓電膜之間具備壓力感測器，該壓力感測器檢測壓電膜對被測量物的按壓壓力。
＜12＞如＜1＞至＜11＞中任一項所述之聽診器，其具備處理部，該處理部進行第1處理及第2處理中的至少一個處理，該第1處理為求出藉由壓電膜檢測之振動訊號的振幅成為最大之對被測量物的按壓壓力，該第2處理為判定對被測量物的按壓壓力是否適當。
＜13＞如＜12＞所述之聽診器，其中
處理部進行從通知部通知第1處理中所求出之壓力及第2處理中所判定之判定結果中的至少一個之處理。
＜14＞一種電子聽診裝置，其具備：＜1＞至＜13＞中任一項所述之聽診器；及處理裝置，接收藉由聽診器檢測之振動訊號及與按壓壓力有關之資料，處理裝置從振動訊號及與按壓壓力有關之資料進行第1處理及第2處理中的至少一個處理，該第1處理中求出藉由壓電膜檢測之振動訊號的振幅成為最大之對被測量物的按壓壓力，該第2處理中判定對被測量物的按壓壓力是否適當。
[發明效果]
依據本揭示的聽診器及電子聽診裝置，能夠以高SN比測量生物聲。
以下，參閱圖示對本揭示的聽診器的實施形態進行說明。
“第1實施形態的聽診器”
圖1係本發明的第1實施形態的聽診器1的平面示意圖及將局部作為截面而示出之側面示意圖。為了容易在圖式中視覺辨認，適當地變更而繪製各層的膜厚及該等的比例，並非反映實際的膜厚及比例（在以下的圖式中亦相同。）。
本實施形態的聽診器1具備支撐台10及支撐於支撐台10之檢測部12。檢測部12檢測從被測物產生之聲音。檢測部12具備壓電膜20，該壓電膜20與支撐台10對向而配置並且在與支撐台10相反的一側彎曲成凸形。壓電膜20具備具有彼此對向之2個主表面之壓電體層22、設置於2個主表面中的支撐台10側的主表面之第1電極24及設置於與支撐台10相反的一側的主表面之第2電極25。壓電膜20至少設置於檢測從被測物產生之聲音之部分（以下，亦稱為感測器區域15。）即可。
聽診器1例如為與習知之聽診器中的聽診部（胸片）部分差不多的尺寸。
藉由上述結構，聽診器1將在壓電膜20中由於從被測物產生之聲音而產生之變形作為振動訊號來進行檢測。具體而言，若使感測器區域15的壓電膜20與被測量物接觸，則壓電膜20藉由因從被測物產生之聲音而引起之在被測量物的表面產生之振動而振動，並且將該振動作為在第1電極24與第2電極25之間產生之電壓來進行檢測。本說明書中，將如上所述檢測之電壓稱為振動訊號。聽診器1中作為檢測器具備檢測電路40，該檢測器與壓電膜20的第1電極24及第2電極25連接並且檢測電極24與電極25之間的電壓。檢測電路40可以設置於支撐台10內部，亦可以設置於支撐台10的外部。檢測電路40中可以設置有放大振動訊號之增幅電路，振動訊號被放大並從檢測電路40輸出。另外，經放大之振動訊號S在轉換成音響訊號（聲音）之轉換部中轉換成聲音，並且能夠從揚聲器聽到。或者，如習知之聽診器結構，亦能夠經由模擬耳管從聽筒聽到。另外，支撐台10為將聽診器1按壓到被測量物時由用戶把持之部分，對形狀及材質並無限制。壓電膜20與支撐台10的至少一部分對向而設置即可，只要以在與其一部分之間留有空間而施加規定的張力以便向外側凸出之狀態支撐，則能夠認為是彎曲成凸形。
壓電膜20可以直接與支撐台10的一部分連接，亦可以經由其他構件與支撐台10連接。
以下，被測量物為生物，並且將從被測物產生之聲音作為從生物產生之聲音（生物聲）而進行說明。作為從生物產生之聲音，可舉出心率、呼吸聲、血管聲音及腸蠕動音等。然而，本揭示的聽診器亦能夠用於機器噪音的檢測及配管異常的檢測等。亦即，作為被測量物，並不限定於生物，包括機器及配管等，作為從被測物產生之聲音，包括從機器及配管等產生之聲音。
以適當的擠壓壓力將聽診器1的彎曲成凸形之壓電膜20按壓於生物的皮膚表面亦即皮膚，藉此能夠以高SN比檢測生物聲。按壓於皮膚之壓電膜20能夠直接檢測因生物聲而引起之生物表面的位移（振動）。因此，與習知之內置微音器且經由空氣層檢測振動之聽診器相比，能夠抑制雜訊成分。又，能夠大幅擴大可檢測的頻率。又，藉由將經彎曲之壓電膜20按壓於皮膚，與將未彎曲的平面狀壓電膜按壓於皮膚之情況相比，能夠提高生物聲的檢測效率。在壓電膜20中因生物表面的振動而產生變形，該變形在壓電膜20中轉換成電壓而作為振動訊號進行檢測。與壓電膜沒有彎曲而以平面狀設置之情況進行比較，在壓電膜彎曲而設置之情況下能夠增加產生變形時的在壓電體層中產生之面內方向的伸縮，因此所得到之電壓的振幅變大。因此，能夠進行高SN比的收集聲音。
壓電膜的彎曲程度能夠以其曲率半徑表示。如圖2所示，假設壓電膜20在描繪均勻的圓弧之狀態下支撐於支撐台，藉由式R=｛（w/2）2+h2｝/2h求出曲率半徑。其中，將壓電膜20的曲率半徑設為R，將從包含與支撐台的連接端之表面到凸部的頂點的距離（拱高）設為h，將通過在包含與支撐台的連接端之表面內與h交差之點且連接端之間的最長的長度設為w（參閱圖2）。例如為具備圓盤狀的支撐台之情況下，w相當於圓盤的直徑。
例如假設為直徑3～10cm左右的胸片形狀聽診器之情況下，從充分得到基於使壓電膜彎曲之效果之觀點考慮，曲率半徑為1m以下為較佳，0.6m以下為更佳，另一方面，從將與皮膚的接觸面積設為充分的接觸面積而實現高靈敏度之觀點考慮，曲率半徑設為大於0.03m為較佳。
另外，壓電膜20可以成為如下形狀：凸部的頂點附近成為大致平坦的平坦部，與其平坦部連接之外緣部構成從支撐台10上升之傾斜部，在平坦部與傾斜部的連接部中較大地彎曲。即使為該等形狀之情況下，亦與上述相同地由凸部的頂點為止的距離h和壓電膜的端部之間的最長的長度w求出壓電膜20的曲率半徑R。
壓電膜20至少設置於檢測從被測物產生之聲音之部分即可，但是亦可以設置於與支撐台10對向之整個表面。本實施形態的聽診器1中，緩衝材料52填充於壓電膜20與支撐台10之間的空間50。聽診器1中，藉由該緩衝材料52，使壓電膜20彎曲成凸形，並且在施加一定程度的張力之狀態下支撐壓電膜20。
緩衝材料52具有適度的彈性，支撐壓電膜20並且在壓電膜20的任何部位施加恆定的機械偏壓，由此將與壓電膜20的膜表面垂直的方向的運動（振動）轉換成在膜的面內方向上的伸縮運動，從而為了提高電荷的產生效率而被設置。
又，藉由改變緩衝材料的填充密度，能夠實現具有適當的排斥力之聽診器。
作為緩衝材料52，只要具有適度的彈性並且不妨礙在壓電膜20中產生變形而適當地變形就沒有限定。具體而言，使用包含嫘縈、聚對酞酸乙二酯（PET）等聚酯纖維之羊毛氈及玻璃棉等纖維材料、聚胺酯等泡沫材料為較佳。
另外，可以在空間50中填充加壓空氣等加壓氣體來代替緩衝材料52。
［壓電膜］
如圖3A中放大表示其一部分，壓電膜20具有壓電體層22、設置於壓電體層22的一個表面之第1電極24及設置於另一表面之第2電極25。壓電膜20具有按壓於被測量物時不會產生破裂之程度的彈性及可撓性。另外，如圖3B所示，壓電膜20還可以具有設置於第1電極24的表面之保護層27及設置於第2電極25的表面之保護層28。作為壓電體層22，將電壓施加到第1電極24與第2電極25之間之情況下，使用在面內方向產生伸縮亦即主表面伸縮之層。
壓電體層22的材質可以為聚偏二氟乙烯（PVDF）、亞乙烯基-三氟化乙烯共聚物（P（VDF-TrFE））及聚乳酸等有機壓電膜、如日本特開2014-199888號公報中所揭示之高分子複合壓電體。如圖3A及圖3B所示，高分子複合壓電體為將壓電體粒子22b均勻地分散於由高分子材料構成之基質22a中者。又，壓電體層22需要被輪詢（極化）。
另外，壓電體層22中的壓電體粒子22b可以有規則性地分散於基質22a中，亦可以不規則地分散於基質22a中。
作為基質22a，例如氰基乙基化聚乙烯醇（氰基乙基化PVA）等在常溫下具有黏彈性之高分子材料為較佳。作為基質22a，除了氰基乙基化PVA以外，可例示聚乙酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯共丙烯腈、聚苯乙烯-乙烯基聚異戊二烯嵌段共聚物、聚乙烯基甲基酮及聚丁基甲基丙烯酸酯等。
壓電體粒子22b為壓電體的粒子。壓電體粒子22b為具有鈣鈦礦型結晶結構之陶瓷粒子為較佳。作為陶瓷粒子，例如可例示鋯鈦酸鉛、鋯鑭鈦酸鉛、鈦酸鋇及鈦酸鋇與鉍鐵氧體的固溶體等。
另外，作為壓電體層22的材質，亦能夠使用日本特開2018-191394號公報、日本特開2014-233688號公報及日本特開2017-012270號公報的以聚合物為主成分之聚合物駐極體材料、例如聚醯亞胺；聚丙烯；PTFE（聚四氟乙烯（4氟化））、PFA（四氟乙烯/全氟烷基乙烯醚共聚物）、FEP（四氟乙烯/六氟伸丙基共聚物（4.6氟化））AF（非晶質氟聚合物）等Teflon（註冊商標）；聚乙烯及COCs（環烯烴聚合物）等有機材料。
第1電極24及第2電極25為用於將壓電體層22的變形作為電壓而進行檢測之電極。
對第1電極24及第2電極25的形成材料並無特別限定，可利用各種導電體。具體而言，可例示C、Pd、Fe、Sn、Al、Ni、Pt、Au、Ag、Cu、Cr及Mo等以及該等合金。又，能夠利用氧化銦錫（ITO）、氧化銦鋅（IZO）、酸化錫及氧化鋅等透明導電膜。另外，亦能夠利用導電性聚合物等有機系的導電體等。對電極的形成方法亦無特別限定，可利用各種如下方法等公知的方法：基於真空蒸鍍或濺射等氣相沉積法（真空成膜法）之成膜、網板印刷及附著由上述材料形成之箔。
其中，尤其從能夠確保壓電膜20的可撓性亦即前後運動的大小、能夠形成不限制壓電體層的變形之薄電極層等之理由考慮，藉由真空蒸鍍成膜之銅、鋁製薄膜或導電性聚合物可較佳地用作第1電極24及第2電極25。
對第1電極24及第2電極25的厚度並無特別限定，但是1μm以下為較佳，盡可能薄為更佳。又，第1及第2電極24及25的厚度基本相同，但是亦可以不同。
又，第1電極24和/或第2電極25無需與壓電體層22的整個表面對應而形成。亦即，第1電極24及第2電極25中的至少一個例如可以小於壓電體層22。設置於凸側的表面之第2電極25可以設置於壓電膜20彎曲成凸形之部分的中央部，亦可以僅設置於中央部。壓電膜20彎曲成凸形之部分的中央部包含凸側的表面中的彎曲成凸形之部分的頂點，並且距頂點的距離為從頂點到與支撐台的連接端的距離的一半以下之區域為較佳。
對保護層27、28並無特別限定，可以利用各種片狀物，作為一例，可較佳地例示各種樹脂薄膜（塑膠薄膜）。其中，依據具有優異之機械強度及耐熱性等之理由，可較佳地利用聚對酞酸乙二酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚碳酸酯（PC）、聚亞苯基亞硫酸酯（PPS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚醚醯亞胺（PEI）、聚醯亞胺（PI）、聚萘二甲酸乙二酯（PN）、三乙醯基纖維素（TAC）、聚萘二甲酸乙二酯（PEN）、環狀烯烴系樹脂、天然橡膠、氟矽氧橡膠及矽氧橡膠。
對保護層27、28的厚度亦沒有特別限定。又，保護層27、28的厚度基本相同，但是亦可以不同。
其中，與前述電極24、25等相同地，若保護層27、28的剛性高，則限制壓電體層22的伸縮，因此其結果導致壓電膜的前後運動的振幅變小。因此，保護層27、28的厚度依據壓電膜20亦即聲音感測器中所要求之性能、操作性及機械強度等適當設定即可。
另外，在壓電膜20的一部分設置有用於將第1電極24及第2電極25與檢測電路40連接的配線。圖1的側面示意圖中，示意性地示出連接第1電極24及第2電極25與檢測電路40之連接線。例如，如圖1的俯視圖所示，與第2電極25連接之配線25a設置成延伸到壓電膜20的端部。配線25a能夠與第2電極25同時藉由電極層的圖案化來形成。該情況下，配線25a與第2電極25由相同材料構成。
依據本實施形態的聽診器1，能夠高精度地測量心率、呼吸聲、血管聲音及腸蠕動音等從生物產生之體內聲音。例如亦能夠高精度地檢測因主動脈瓣狹窄症、肺動脈瓣狹窄症、二尖瓣閉鎖不全症及三尖瓣閉鎖不全症等而引起之心率中的異響。又，例如藉由測量將聽診器1安裝於手腕等並且充分地按壓血管且緩慢地分離時的血管聲音，亦能夠獲取與血壓對應之資料。
圖1所示之聽診器1亦能夠用作習知之聽診器中的胸片部分，並且藉由具備內含從檢測電路傳遞訊號之電線之軟管、耳管及聽筒，能夠藉由與習知之聽診器相同的使用方法來使用。又，亦可以在聽診器1中具備用於Bluetooth（註冊商標）、紅外線通訊等無線通訊的功能，與智慧手機及個人電腦等進行通訊。將所檢測之資料發送到智慧手機或個人電腦等顯示部及訊號處理部，並且能夠用顯示器確認波形或作為資料而記錄並且用於經時變化等的診斷。
依據本聽診器1，由於感測器區域成為凸形，因此能夠實現壓電膜與皮膚表面的良好的接觸，並且能夠以高效率檢測生物聲。另一方面，由於感測器區域成為凸形，因此將感測器區域按壓於皮膚時，在檢測部12的凸形周圍的部分與生物之間產生間隙，容易從其間隙進入包含環境聲音及人的聲音等之外部聲音。因此，具備排除基於外部聲音之雜訊的影響之機構為較佳。
“第2實施形態的聽診器”
圖4係本發明的第2實施形態的聽診器2的平面示意圖及用截面示出局部之側面示意圖。圖4中，針對與圖1至圖3B中所說明之要件相同的要件標註相同的符號，並且省略詳細的說明。以下圖式中亦相同。
第1實施形態的聽診器1的結構中，聽診器2具備檢測從被測物產生之聲音之部分、在此設置於壓電膜20的周圍之阻斷環境聲音及人的聲音等的來自外部的聲音（外部聲音）之隔音構件。隔音構件包含具有向外側突出至壓電膜20彎曲成凸形之部分的頂點以上之部分之隔音用彈性構件為較佳。本實施形態中，作為隔音構件，具備具有向外側突出至壓電膜20彎曲成凸形之部分的頂點以上之部分之隔音用彈性構件55。除此以外的結構與聽診器1相同。另外，圖4中省略檢測電路的圖示。
如圖4所示，彈性構件55比壓電膜20彎曲成凸形之部分的頂點（在此為彎曲面的大致中央的部分）高Δh，並且向前端遠離支撐台之方向亦即外側突出而設置。
圖5示出將聽診器2按壓於生物90的皮膚表面之狀態。如圖5所示，使用該聽診器2對生物聲進行聽診之情況下，將具備第2電極25之感測器區域15按壓於生物90。此時，在第2電極25與生物90接觸之前彈性構件55與生物90接觸，該彈性構件55壓縮至第2電極25按壓於生物90為止。聽診器2中，在未使感測器區域15與生物90接觸之狀態下，彈性構件55的厚度（高度）為Ha（參閱圖4），在將感測器區域15按壓於生物90之狀態下，彈性構件55壓縮至成為厚度Hb（＜Ha）為止。如圖5所示，若將感測器區域15按壓於生物90，則感測器區域15被生物90和彈性構件55包圍，因此環境聲音等的來自外部的聲音藉由彈性構件55被屏蔽，並且能夠抑制因來自外部的雜訊而引起的對壓電膜20的影響。
作為彈性構件55，只要在將聽診器2按壓於被測量物時至少能夠壓縮變形Δh即可。彈性構件55中，即使在一部分具有非彈性部分，亦在其他一部分具有彈性部分並且能夠壓縮變形即可。彈性構件55中，如玻璃棉的纖維系材料及如胺甲酸乙酯泡沫的泡沫材料等環境聲音的吸收效果高為較佳。其中，彈性構件55的突出高度Δh為0以上即可，但是1mm以上為較佳。彈性構件55相對於檢測部12能夠拆卸為較佳。另外，隔音構件並不限定於彈性構件，一部分可以使用狹縫或穿孔板構成亥姆霍茲共振器。
另外，如本揭示的聽診器具有感測器區域成為凸形並且在與生物接觸之部分的周圍產生間隙之結構之聽診器中，如本實施形態的聽診器2，具備隔音用彈性構件55，藉此能夠抑制因環境聲音而引起之雜訊。
使用第1及第2聽診器以適當的按壓壓力將壓電膜20按壓於被測量物，藉此能夠檢測良好的SN比的訊號。生物聲例如伴隨心率之體表面的位移微小，因此獲取良好的訊號時，以適當的壓力將壓電膜20按壓於生物非常重要。另一方面，家庭保健、遠程醫療等用途中，有時沒有專門技術之患者使用聽診器。因此，期望構成為任何人皆能夠以適當的按壓壓力進行測量並且能夠進行良好的檢測。
“第3實施形態的聽診器”
圖6係本發明的第3實施形態的聽診器3的示意圖。又，圖7係表示聽診器3的結構之方塊圖。
第3實施形態的聽診器3中，在檢測部12中具備在將感測器區域15的壓電膜20按壓於生物時用於測量施加於壓電膜20之按壓力的壓力感測器30。壓力感測器30具備主體部32及支撐部34。處於外力未施加到壓電膜20之狀態之情況下，發揮藉由配置成與壓電膜20的第1電極24接觸之支撐部34支撐壓電膜之支撐功能，以便將壓電膜20向外部彎曲成凸形。而且，壓電膜20按壓於生物等並且超過支撐壓電膜20之穩態之壓力施加到支撐部34之情況下，將其壓力作為施加到壓電膜20之按壓力亦即基於壓電膜20之對被測量物的按壓壓力進行檢測。又，本聽診器3中，未在支撐台10與壓電膜20之間的空間設置緩衝材料。具備具有如上述的支撐部34之壓力感測器30之情況下，藉由支撐部34支撐壓電膜20，因此無需緩衝材料。
作為壓力感測器30，例如能夠適當使用彈簧秤、應變片或隔膜等公知的感測器。
而且，聽診器3具備處理部60，該處理部60進行第1處理及第2處理中的至少一個處理，該第1處理為求出藉由壓電膜20檢測之振動訊號的振幅成為最大之對被測量物的按壓壓力，該第2處理為判定對被測量物的按壓壓力是否適當。
另外，本實施形態的聽診器3具備通知部70。通知部70具有向用戶通知按壓壓力為最佳及處於適當範圍中的至少一個之功能。作為通知部70，例如能夠使用發光二極體（LED）等燈或蜂鳴器等。只要設置於不妨礙將感測器區域15按壓於被測量物之操作之部位，則通知部70可以設置於任何部位。通知部70以燈等視覺進行識別之情況下，設置於在將感測器區域15按壓於被測量物之狀態下容易視覺辨認之部位為較佳。
處理部60進行向通知部70通知第1處理中所求出之壓力及第2處理中所判定之判定結果中的至少一個之處理。
第1處理例如為從藉由壓電膜20檢測之振動訊號及藉由壓力感測器30檢測之與按壓壓力有關之資料求出能夠檢測振幅成為最大之振動訊號之按壓壓力之處理。用戶將聽診器3的感測器區域15按壓於皮膚並且逐漸改變按壓壓力暫時將聽診器遠離皮膚。處理部60從經變化之按壓壓力與在各按壓壓力的振動訊號的關係求出振幅成為最大之按壓壓力（最佳壓力）。之後，用戶一邊逐漸增加按壓壓力的同時再度將聽診器3按壓於皮膚時，在成為最佳壓力之時刻，處理部60在通知部70中藉由例如點亮燈、改變燈的顏色或發出聲音等向用戶通知最佳壓力。藉此，用戶以最佳壓力將聽診器與皮膚接觸之狀態下，能夠測量心音等生物聲。
第2處理例如為從由壓力感測器30檢測之與按壓壓力有關之資料判定其按壓壓力是否處於作為資料預先設置於儲存裝置等之適當的按壓壓力範圍之處理。用戶將聽診器3的感測器區域15按壓於皮膚之狀態的按壓壓力判定為適當的按壓壓力範圍之情況下，處理部60在通知部70中藉由點亮燈、改變燈的顏色或發出聲音等向用戶通知為適當的按壓壓力。藉此，用戶能夠以適當的按壓壓力將聽診器與皮膚接觸之狀態下，測量心音等生物聲。作為按壓壓力，1kPa至25kPa左右為較佳。
另外，適當的按壓壓力依據心音、呼吸聲、血管聲音或腸蠕動音等成為測量對象之聲音而不同。因此，如下構成為較佳：對成為各測量對象之每個聲音預先準備適當的按壓壓力範圍的資料，並且用戶在測量時指定測量對象。
在以強的按壓壓力按壓壓電膜20之狀態下，不能得到充分的位移，因此導致振動訊號的振幅變小，其結果聲音變小。又，在以弱的按壓壓力按壓之狀態下，不會發生充分的位移，因此聲音還是變小。因此，期望以適當的壓力進行測量。依據本聽診器3，用戶藉由通知部70能夠輕鬆地確認是否處於以適當的按壓壓力按壓之狀態，因此即使為沒有專門技術之人亦能夠進行高SN比的測量而更佳。
壓電膜20適合於如振動的動態壓力的測量，但是不適合如按壓聽診器來聽到聲音時的按壓壓力的靜態壓力的測量，因此如本實施形態的聽診器3，具備另外的靜態壓力感測器30為較佳。
但是，壓電膜20只要有約1Hz以上的壓力變化，則能夠進行檢測，因此不具備如聽診器1的壓力感測器30，僅為壓電膜20亦能夠設為檢測與按壓壓力有關之資料之構成。聽診器1的結構中，亦可以為如下構成：具備與聽診器3的處理部60相同的處理部，處理部從壓電膜20獲取振動訊號和與按壓壓力有關之資料這兩者。
如上述，本聽診器3中感測壓力並且將適當的壓力範圍傳送到用戶，藉此能夠感測正確的聲音。若具有壓力感測功能，則在遠隔區域的診斷中患者本人將聽診器施加到身體之情況下，亦能夠獲取適當的資料，並且醫生能夠進行適當的指示。
“第4實施形態的聽診器”
圖8係本發明的第4實施形態的聽診器4的示意圖。又，圖9係示出包含聽診器4之電子聽診裝置101的結構之方塊圖。
聽診器4中，代替緩衝材料將加壓空氣54填充於壓電膜20與支撐台10之間的空間50。將壓電膜20按壓於皮膚表面時，壓力感測器35檢測壓電膜20與壓力感測器35的空隙內的空氣被壓縮而壓力發生變化之情況。基於空氣被壓縮之壓力變化與壓電膜20的按壓壓力的變化對應。如上所述，在本揭示的技術中聽診器中具備壓力感測器之情況下，壓力感測器只要直接或間接地測量壓電膜20的按壓壓力即可。
本實施形態的聽診器4不具備處理部。但是，聽診器4以能夠進行資料的通訊之形態與外部的處理裝置100連接。聽診器4與處理裝置100的連接形態可以為無線亦可以為有線。電子聽診裝置101構成為包含聽診器4及處理裝置100。另外，當然亦可以將第3實施形態的聽診器3與處理裝置100連接而使用。
由壓電膜20檢測之振動訊號、由壓力感測器35檢測之與按壓壓力有關之資料從聽診器4輸出到處理裝置100。由壓電膜20檢測之振動訊號可以為用聽診器4轉換成音訊號來輸出之結構，亦可以為作為波形輸出到設置於處理裝置100之顯示器之結構。
處理裝置100能夠藉由組裝有預定應用之智慧手機、平板型電腦或個人電腦等構成。
在處理裝置100中，用運算電路或程序對從聽診器4輸出之資料進行雜訊去除，亦能夠向用戶通知能夠以SN比高的最佳的壓力值進行測量。若在處理裝置100側設置該等通知功能，則聽診器4亦可以不具備通知部70。
處理裝置100具有與設置於第3聽診器3之處理部60相同的功能。亦即，處理裝置100進行第1處理及第2處理中的至少一個處理，該第1處理為求出藉由壓電膜20檢測之振動訊號的振幅成為最大之對被測量物的按壓壓力，該第2處理為判定對被測量物的按壓壓力是否適當。又，使通知部70通知在第1處理中得到之壓力及按壓壓力是否適當。在此，第1處理及第2處理與在設置於第3聽診器3之處理部60進行之第1處理及第2處理相同，因此能夠得到與第3聽診器3的情況相同的效果。
又，在處理裝置100中，可以記錄與能夠得到日常測量中的生物聲的振動訊號及最大的振動訊號之最佳壓力有關之資料等。亦能夠藉由最佳壓力的變化來診斷身體的變化例如身體的腫脹等。
另外，處理裝置100可以進行如下：用戶獲取緩慢改變按壓壓力的同時將聽診器的感測器區域按壓於皮膚並且將進行聽診器遠離皮膚之動作之期間連續測量之振動訊號和與按壓壓力有關之資料，抽取並記錄振動訊號的振幅最大的資料及與檢測其振動訊號時的壓力有關之資料。該等情況下，處理裝置100中，不進行上述第1及第2處理亦能夠獲取良好的SN比的訊號。
“第5實施形態的聽診器”
圖10係本發明的第5實施形態的聽診器5的平面示意圖及剖面示意圖。
聽診器5在檢測部12具備心電圖測量用電極26。本實施形態的聽診器6中，心電圖測量用電極26設置於與壓電體層22的第2電極25相同的表面。該情況下，心電圖測量用電極26和第2電極25由圖案化電極層構成為較佳。在此，圖案化電極層係指在相同步驟中形成之電極層被圖案化而形成之層。藉由在壓電體層22上形成相同的電極層並且進行圖案化，能夠同時形成第2電極25和心電圖測量用電極26及該等配線25a、26a。本實施形態中，具備配置成大致正三角形之3個心電圖測量用電極26，但是心電圖測量用電極26為2個以上即可，亦可以具備4個以上。另外，圖10中省略了檢測生物聲之檢測電路。聽診器6中，除了生物聲檢測用檢測電路以外，還具備心電圖測量用檢測電路（未圖示）。另外，如圖10所示，支撐台10的形狀可以為在與壓電膜20對向之部分具備凹部之形狀。
藉由具備心電圖測量用電極26，能夠與心率的測量的同時進行心電的測量。能夠同時測量複數個資料，因此能夠減輕對檢查之患者的負擔。
心電圖測量用電極26並不限定於由能夠與第2電極25同時製作的圖案化電極層構成，可以在檢測部12的感測器區域15以外的部分另行形成。又，心電圖測量用電極26可以經由設置於第2電極25上之保護層設置於具備第2電極25之表面側。
“第6實施形態的聽診器”
圖11係本發明的第6實施形態的聽診器6的剖面示意圖。
與第5實施形態的聽診器5相同地，聽診器6在檢測部12具備心電圖測量用電極29。壓電膜20及心電圖測量用電極29的結構與第6實施形態的聽診器6的結構不同。本實施形態的聽診器6中，具備如圖3B所示之分別在第1電極24及第2電極25的表面具有保護層27、28之壓電膜20。而且，心電圖測量用電極29設置於壓電膜20的第2電極25所具備之表面側的保護層28的表面。具備心電圖測量用電極29，因此與第5實施形態的聽診器5相同地，能夠與心率的測量同時進行心電的測量。能夠同時測量複數個資料，因此能夠減輕對檢查之患者的負擔。另外，具備具有保護層27、28之壓電膜20，因此發揮耐久性高之效果。
第3～第6實施形態的聽診器3～6中，亦能夠設為具備設置於第2實施形態的聽診器2之用於屏蔽外部聲音的隔音用彈性構件55等隔音構件之結構，藉由具備隔音構件能夠抑制來自外部的雜訊而較佳。
“確認試驗例”
圖12係使用圖6所示之第3實施形態的聽診器3測量心率而獲取之資料。圖12的A係以低於適當的按壓壓力的壓力將壓電膜按壓於生物之狀態下進行測量時的資料，圖12的B係以適當的按壓壓力按壓之狀態下進行測量時的資料，圖12的C係以高於適當的按壓壓力的壓力按壓之狀態下進行測量時的資料。在本例子中，適當的壓力為約3kPa。但是，適當的壓力亦因聽診器的大小、壓電膜的凸的形狀及彎曲的曲率等而不同。
如圖12的B所示，可知藉由以可得到最大振幅之按壓壓力獲取訊號，能夠清晰地測量心率的1聲音、2聲音。另一方面，如圖12的A所示，若以低於適當的按壓壓力的壓力獲取訊號，則與適當的壓力的情況相比，成為訊號振幅相對較少且雜訊成分相對較多的波形資料。認為這是因為測量面未與體表面充分接觸。又，如圖12的C所示，若以高於適當的按壓壓力的壓力獲取訊號，則與壓力低的情況相同地成為雜訊成分較多的波形資料。
如圖12所示，可知藉由以適當的按壓壓力將本揭示的聽診器按壓於皮膚，能夠以非常高的SN比獲取生物聲。
1、2、3、4、5、6:聽診器
10:支撐台
12:檢測部
15:感測器區域
20:壓電膜
22:壓電體層
22a:基質
22b:壓電體粒子
24:第1電極
25:第2電極
25a:配線
26、29:心電圖測量用電極
26a:配線
27、28:保護層
30、35、130:壓力感測器
32:主體部
34:支撐部
40:檢測電路
50:空間
52:緩衝材料
54:加壓空氣
55:隔音用彈性構件
60:處理部
70:通知部
90:生物
100:處理裝置
101:電子聽診裝置
Ha、Hb:厚度
S:振動訊號
h:距離(高度)
w:長度
圖1係表示第1實施形態的聽診器的結構之示意圖。
圖2係用於說明壓電膜的曲率半徑的算出方法的圖。
圖3A係放大表示壓電膜的截面之圖。
圖3B係放大表示設計變更例的壓電膜的截面之圖。
圖4係表示第2實施形態的聽診器的結構之示意圖。
圖5係表示使第2實施形態的聽診器與生物的皮膚表面接觸之狀態之示意圖。
圖6係表示第3實施形態的聽診器的結構之示意圖。
圖7係表示第3實施形態的聽診器的結構之方塊圖。
圖8係表示第4實施形態的聽診器的結構之示意圖。
圖9係表示第4實施形態的聽診器的結構之方塊圖。
圖10係表示第5實施形態的聽診器的結構之示意圖。
圖11係表示第6實施形態的聽診器的結構之示意圖。
圖12係表示訊號SN比藉由按壓壓力的大小而變化之圖。
1:聽診器
10:支撐台
12:檢測部
15:感測器區域
20:壓電膜
22:壓電體層
24:第1電極
25:第2電極
25a:配線
40:檢測電路
50:空間
52:緩衝材料
S:振動訊號
Claims (13)
- 一種聽診器，其具備支撐台及支撐於該支撐台並且檢測由被測物產生之聲音之檢測部，該檢測部具有壓電膜，該壓電膜與該支撐台對向而至少配置於檢測從該被測物產生之聲音之部分並且在與該支撐台相反的一側彎曲成凸形，該壓電膜具備具有彼此對向之2個主表面之壓電體層、設置於該2個主表面中的該支撐台側的主表面之第1電極及設置於與該支撐台相反的一側的主表面之第2電極，該聽診器將由於從該被測物產生之聲音而在該壓電膜中產生之變形作為振動訊號來進行檢測，其中該第2電極僅設置於該壓電膜彎曲成凸形之部分的中央部。
- 如申請專利範圍第1項所述之聽診器，其具備隔音構件，該隔音構件設置於檢測從該被測物產生之聲音之部分的周圍並且屏蔽外部聲音。
- 如申請專利範圍第2項所述之聽診器，其中該隔音構件由彈性構件構成，該彈性構件具有向外側突出至該壓電膜彎曲成凸形之部分的頂點以上之部分。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之聽診器，其還在該支撐台與該壓電膜之間具備緩衝材料。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之聽診器，其還在該支撐台與該壓電膜之間的空間具有加壓氣體。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之聽診器，其中該壓電體層由將壓電體粒子分散於由高分子材料構成之基質中而成之 高分子複合壓電體構成。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之聽診器，其還具備心電圖測量用電極。
- 如申請專利範圍第7項所述之聽診器，其中該心電圖測量用電極設置於具備該壓電膜的該第2電極之表面側。
- 如申請專利範圍第8項所述之聽診器，其中該心電圖測量用電極和該第2電極由圖案化電極層構成。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之聽診器，其還在該支撐台與該壓電膜之間具備壓力感測器，該壓力感測器檢測該壓電膜對該被測物的按壓壓力。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之聽診器，其具備處理部，該處理部進行第1處理及第2處理中的至少一個處理，該第1處理中求出藉由該壓電膜檢測之該振動訊號的振幅成為最大之對被測量物的按壓壓力，該第2處理中判定對該被測量物的按壓壓力是否適當。
- 如申請專利範圍第11項所述之聽診器，其中該處理部進行從通知部通知該第1處理中所求出之壓力及該第2處理中所判定之判定結果中的至少一個之處理。
- 一種電子聽診裝置，其具備：申請專利範圍第1項至第12項中任一項所述之聽診器；及處理裝置，接收藉由該聽診器檢測之振動訊號及與按壓壓力有關之資料，該處理裝置從該振動訊號及與該按壓壓力有關之資料進行第1處理及 第2處理中的至少一個處理，該第1處理中求出藉由該壓電膜檢測之該振動訊號的振幅成為最大之對該被測物的按壓壓力，該第2處理中判定對該被測物的按壓壓力是否適當。
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