JP7242863B2 - 聴診器 - Google Patents

Description

本開示は、聴診器に関する。特に、検出した音をデータとして出力することができる電子聴診器に関する。

従来、生体内部で発生する心音及び血流音等の音（以下、生体音という）を増幅させて聴くことができる聴診器について、ノイズを低減するための技術として、以下の技術が知られている。

例えば、特開２０１６－１７９１７７号公報には、生体内部で発生する音による振動を電圧に変換して音響信号とする有機圧電フィルムと、有機圧電フィルムの表面に設けられ、生体に近い音響インピーダンスを有するシリコンゴム部材と、音響信号を増幅し、ノイズをカットし、特定の周波数域を抽出して出力するアンプ装置と、を備える電子聴診器が記載されている。

特開２０１２－１５２３７７号公報には、人体の皮膚の音響インピーダンスに近い音響インピーダンスを有する集音部構成部材と、集音部構成部材の外周に設けられ、人体の皮膚の音響インピーダンスとかけはなれた音響インピーダンスを有する保持部材と、を備える体内音取得装置が記載されている。

上記の各特開２０１６－１７９１７７号公報、及び特開２０１２－１５２３７７号公報に記載のように、生体に接触する接触面が平坦な面となっている場合、十分な生体音を検出できず、検出した生体音に対するノイズの比率が大きくなってしまう場合がある。聴診器においては、微弱な生体音を検出し、ノイズが少ない状態で出力することが望まれる。

本開示は、生体音を高いＳＮ比（Signal to Noise ratio)で検出できる聴診器を提供する。

本開示の第１の態様は、聴診器であって、開口部を有する支持台と、開口部から露出した表面が凸状に湾曲した状態で支持台に支持され、被測定物から発生される音によって生じる振動を検出する圧電フィルムと、圧電フィルムの被測定物と接触する側の面に配置され、被測定物の音響インピーダンスと圧電フィルムの音響インピーダンスとの間の音響インピーダンスを有する保護層と、を備える。

本開示の第２の態様は、上記第１の態様において、支持台の開口部の周囲に延在する面が、被測定物に接触する接触面とされ、圧電フィルムの開口部から露出した表面が、接触面に対して突出していてもよい。

本開示の第３の態様は、上記態様において、圧電フィルムの開口部から露出した部分の外周を囲み、圧電フィルムに伝達される外部音を遮蔽する遮音部材を更に備えていてもよい。

本開示の第４の態様は、上記第３の態様において、遮音部材の先端が、圧電フィルムの凸状に湾曲した表面に対して突出していてもよい。

本開示の第５の態様は、上記態様において、圧電フィルムの被測定物と接触する側とは反対側に設けられ、圧電フィルムを支持するクッション材を更に備えていてもよい。

本開示の第６の態様は、上記第１から第４の態様において、圧電フィルムの被測定物と接触する側とは反対側に、圧電フィルムを支持する気体が充填されていてもよい。

本開示の第７の態様は、上記態様において、保護層の音響インピーダンスが１．３ＭＲａｙｌｓ以上５．０ＭＲａｙｌｓ以下であってもよい。

本開示の第８の態様は、上記態様において、保護層が、被測定物と接触する側ほど音響インピーダンスが低くなるように音響インピーダンスを傾斜させた層、又は被測定物と接触する側の層ほど音響インピーダンスが低くなるように積層した複数の層で構成されていてもよい。

本開示の第９の態様は、上記態様において、保護層が、エラストマー材料、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリルニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム及びクロソスルホン化ポリエチレンゴムのうち少なくとも１つからなるものであってもよい。

本開示の第１０の態様は、上記態様において、保護層のＡＳＴＭ Ｄ２２４０に準拠したタイプＡデュロメータを用いた硬さ試験における測定値が５０以上１００以下であってもよい。

本開示の第１１の態様は、上記態様において、保護層が、被測定物と接触する面が粗面化されているものであってもよい。

本開示の第１２の態様は、上記第１１の態様において、保護層の被測定物と接触する面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上、１００μｍ以下であってもよい。

本開示の第１３の態様は、上記態様において、保護層が、被測定物と接触する面がシリコーン樹脂からなり、該シリコーン樹脂は、シロキサン骨格を主鎖骨格とし、疎水性の側鎖としてメチル基、ビニル・メチル基及びフェニル・メチル基の少なくとも１つを有するものであってもよい。

本開示の第１４の態様は、上記態様において、圧電フィルムが、互いに対向する２つの主面として、被測定物の側の主面である第１の主面、及び被測定物の側とは逆の主面である第２の主面を有する圧電体層と、第１の主面に設けられた第１の電極と、第２の主面に設けられた第２の電極と、を備えていてもよい。

本開示の第１５の態様は、上記第１４の態様において、圧電体層が、高分子材料からなるマトリックス中に、圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体からなるものであってもよい。

本開示の第１６の態様は、上記第１４又は第１５の態様において、圧電体層が、圧電体層の厚み方向に誘電分極を生じるものであってもよい。

本開示の第１７の態様は、上記第１６の態様において、圧電体層が、誘電分極により、第２の主面の側に正の電荷を生じ、第１の主面の側に負の電荷を生じるものであってもよい。

本開示の第１８の態様は、上記第１４から第１７の態様において、第１の電極が、第１の主面の中央部のみに設けられていてもよい。

本開示の第１９の態様は、上記第１４から第１８の態様において、圧電フィルムが、振動に基づいて振動信号を出力し、振動信号に基づいて音信号を出力し、振動信号のレベル変化に応じて音信号のレベルを調整する出力部を更に備えていてもよい。

本開示の第２０の態様は、上記第１４から第１９の態様において、圧電フィルムの周囲に配置され、被測定物の心電を検出する心電電極を更に備えていてもよい。

上記態様によれば、本開示の聴診器は、生体音を高いＳＮ比で検出することができる。

第１例示的実施形態に係る聴診器の背面側を示す斜視図である。 第１例示的実施形態に係る聴診器の接触面側を示す斜視図である。 第１例示的実施形態に係る聴診器の接触面を示す図である。 図３のＡ－Ａ断面図である。 第１例示的実施形態に係る聴診器を生体に押し当てた場合の図３のＡ－Ａ断面図である。 圧電フィルムを支持する気体が充填された聴診器の図である。 圧電フィルム及び保護層の構成を示す概略図である。 圧電体層の分極作用を説明するための図である。 保護層の音響インピーダンスを変えてＳＮ比を測定したグラフである。 複数の層で構成される保護層の構成を示す概略図である。 表面が疎水性の素材からなる保護層の構成を示す概略図である。 第１例示的実施形態に係る聴診器の構成を示すブロック図である。 第１例示的実施形態に係る出力部の構成を示すブロック図である。 第２例示的実施形態に係る聴診器に関する図３のＡ－Ａ断面図である。 第２例示的実施形態に係る聴診器を生体に押し当てた場合の図３のＡ－Ａ断面図である。

以下、図面を参照して、本開示の技術を実施するための形態例を詳細に説明する。以下、被測定物の一例として生体１２を用い、被測定物から生じる音の一例として生体音を用いて説明する。生体音としては、例えば、心拍、呼吸音、血流音及び腸音等が挙げられる。

［第１例示的実施形態］
まず、図１から図３を参照して、本例示的実施形態に係る聴診器１０の構成について説明する。図１から図３に示すように、聴診器１０は、支持台２０と、圧電フィルム３０と、心電電極の一例としてのプラス電極５０Ｐ、マイナス電極５０Ｍ及びリファレンス電極５０Ｒがそれぞれに配置された弾力性部材５２Ｐ、５２Ｍ、５２Ｒと、を備える。

支持台２０は、開口部２２と、開口部２２の周囲に延在し、生体１２に接触する第１の接触面２４と、第１の接触面２４と反対側に設けられた背面２６と、第１の接触面２４と背面２６とに接続された側面２５と、を有する。また、支持台２０は、側面２５に第１の接触面２４及び背面２６よりも径が小さいくびれ部２８を有する。また、支持台２０は、後述する弾力性部材５２よりも硬い部材で構成されている。

支持台２０は、側面２５に、出力端子８０を有する。出力端子８０は、生体音を示す信号（後述する調整信号Ｓ３）が出力される端子である。出力端子８０は、例えば、聴診器１０によって取得された生体音を聴取するためのイヤホン１４の端子が接続されるイヤホンジャックを含む。出力端子８０は、側面２５のくびれ部２８よりも背面２６の側に配置されていることが好ましい。このような構成にすることで、ユーザがくびれ部２８を手で持った場合に、出力端子８０に接続されたイヤホン１４の端子と手が干渉することなく、操作性を向上させることができる。

支持台２０は、背面２６に、入力部８２、表示部８４及び後述するバッテリー９６を充電するための充電端子８６を有する。入力部８２は、イヤホン１４を用いて聴取される生体音の音量レベルの調整のための操作がなされる部分である。入力部８２は、例えば、ダイヤル式の入力部品を含む。入力部８２をダイヤル式にすることで、ボタン式と比較して、ユーザが誤って操作してしまうことを抑制することができる。表示部８４は、例えば、ＬＥＤライトを含み、バッテリー９６の残量等を表示する。

弾力性部材５２Ｐ、５２Ｍ、５２Ｒは、生体１２に接触する第２の接触面５４Ｐ、５４Ｍ、５４Ｒをそれぞれ有し、それぞれ支持台２０の周囲に接続された弾力性を有する部材である。以下、弾力性部材５２Ｐ、５２Ｍ、５２Ｒを区別しない場合は、弾力性部材５２という。第２の接触面５４Ｐ、５４Ｍ、５４Ｒを区別しない場合は、第２の接触面５４という。

弾力性部材５２は、例えば、エラストマー材料、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリルニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム及びクロソスルホン化ポリエチレンゴムのうち何れか１つを含んで構成されていてもよい。これらの材料を含んでなる弾力性部材５２は、厚みが大きいほど、また、ヤング率が大きいほど、耐久性は向上するが、柔軟性が低下する。柔軟性が低下すると、弾力性部材５２を生体１２に押し当てた場合、硬さにより不快感を生じる場合がある。

したがって、弾力性部材５２は、厚みが０．５ｍｍ以上、５０ｍｍ以下であることが好ましい。厚みが３ｍｍ以上、３０ｍｍ以下であることがさらに好ましく、厚みが５ｍｍ以上、２０ｍｍ以下であることが最も好ましい。また、弾力性部材５２は、ヤング率が０．２ＭＰａ以上、５０ＭＰａ以下であることが好ましい。ヤング率が０．２ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。弾力性部材５２を上記の範囲の厚み及びヤング率にすることで、聴診器として使用するのに適切な耐久性及び柔軟性を有する部材とすることができる。

プラス電極５０Ｐ、マイナス電極５０Ｍ及び基準レベルを測定するリファレンス電極５０Ｒは、第２の接触面５４Ｐ、５４Ｍ、５４Ｒのそれぞれに配置される。すなわち、プラス電極５０Ｐ、マイナス電極５０Ｍ及びリファレンス電極５０Ｒの３つの心電電極の各々が圧電フィルム３０の周囲に配置される。以下、プラス電極５０Ｐ、マイナス電極５０Ｍ及びリファレンス電極５０Ｒを特に区別しない場合は、心電電極５０という。

心電電極５０は、弾力性部材５２に着脱可能であることが好ましい。例えば、心電電極５０及び弾力性部材５２に、対となる結合部材（例えば、スナップ結合部材等）を設けてもよい。また、例えば、心電電極５０及び弾力性部材５２の少なくとも一方の、それぞれが接触する面に着脱可能な程度の粘着部材を設けてもよい。心電電極５０が着脱可能であることで、心電電極５０を適宜交換することができる。

心電電極５０としては、市販のディスポーザブルタイプの心電電極を用いることができる。心電電極５０は、生体１２と接触する面に、粘着性を有することが好ましい。具体的には、以下の測定方法で測定した粘着力が、０．２５Ｎ／ｍｍ（３Ｎ／１２ｍｍ）以下であることが好ましい。

［１８０°剥離試験］
幅１２ｍｍの試験片の一端を試験板の端に貼り、直ちに圧着ローラを用いて、１ｍｍ／ｓの速さで圧着しながら、試験片の他端側が引っ張り代として残るようにして試験板に貼った。試験板を試験機（ＡＧＳ－Ｘ（株式会社島津製作所製）又はＺＴＡ（株式会社イマダ製））にセットして、試験片を１０ｍｍ／ｓの速さで試験板から引き剥がし、測定値（Ｎ）が安定した後から引き剥がし終了時までの測定値の平均を算出して、粘着力の値とした。

心電電極５０により検出される心電、及び圧電フィルム３０（詳細は後述する）により検出される生体音は、聴診器１０を一定の期間動かさずに生体１２に接触させることで、心電及び生体音を検出する。したがって、心電電極５０が生体１２と接触する面に粘着性を有することで、聴診器１０を生体１２に固定することができ、聴診器１０が容易に動いてしまうことを抑制することができる。すなわち、心電電極５０が粘着性を有することで、聴診器１０を生体１２に接触させた場合に、心電及び生体音の検出効率が低下することを抑制することができる。

心電電極５０が生体１２の心電を十分な精度で検出するためには、心電電極５０が所定の面積を有することが好ましい。したがって、心電電極５０が配置される弾力性部材５２は、第２の接触面５４の各々の面積が、１００ｍｍ^２以上であることが好ましい。第２の接触面５４の面積を上記の範囲の面積にすることで、十分な面積を有した心電電極５０を配置することができ、心電を十分な精度で検出することができる。

ここで、本例示的実施形態に係る出力端子８０の位置について説明する。心電電極５０を生体１２に接触させた場合、生体１２の心臓と、プラス電極５０Ｐ、マイナス電極５０Ｍ及びリファレンス電極５０Ｒとの位置関係によって、出力される心電信号Ｓ５（詳細は後述する）の向きは変化する。心電信号Ｓ５を規定の向きで出力させるために、例えば、リファレンス電極５０Ｒが生体１２の頭部側、プラス電極５０Ｐ及びマイナス電極５０Ｍが生体１２の脚部側に向くように、心電電極５０の生体１２に対する向きを定めることが要求されることが想定される。したがって、３つの心電電極５０が、どの機能をもった電極かをユーザが容易に判断することができることが望まれている。

図３に示すように、出力端子８０は、３つの心電電極５０のうち１つの所定の心電電極５０の中心、及び圧電フィルム３０の中心を通る軸Ａ－Ａ上に配置されている。本例示的実施形態において、軸Ａ－Ａ上に配置される心電電極５０は、リファレンス電極５０Ｒである。また、プラス電極５０Ｐ及びマイナス電極５０Ｍは、圧電フィルム３０の周囲であって、軸Ａ－Ａに対して対称の位置にそれぞれ配置されている。

このような構成にすることで、出力端子８０の位置に基づいて、何れの心電電極５０がリファレンス電極５０Ｒであるかをユーザが容易に判断することができる。したがって、ユーザの操作性を向上することができる。

なお、出力端子８０は、図３に示したように、圧電フィルム３０を挟んでリファレンス電極５０Ｒと対向する位置に配置されるものに限らない。例えば、出力端子８０は、軸Ａ－Ａの上であって、リファレンス電極５０Ｒと最も近い位置に配置されるものであってもよい。

また、軸Ａ－Ａ上に配置される心電電極５０は、リファレンス電極５０Ｒに限らない。出力端子８０との位置関係で３つの心電電極５０の区別をすることができればよく、軸Ａ－Ａ上に配置される心電電極５０として、プラス電極５０Ｐ及びマイナス電極５０Ｍを用いてもよい。

次に、図３から図５を参照して、本例示的実施形態に係る支持台２０と弾力性部材５２の接続関係について説明する。図４及び図５は、図３のＡ－Ａ断面図であり、図４は聴診器１０を生体１２に押し当てていない場合、図５は聴診器１０を生体１２に押し当てた場合を示す。

心電電極５０が生体１２の心電を十分な精度で検出するためには、上述したように、心電電極５０が所定の面積を有する必要がある。それに加え、３つの心電電極５０を十分に離して配置することで、生体１２の筋電の影響を排除することができ、心電を高いＳＮ比で検出することができる。

図３に示すように、支持台２０は、第１の接触面２４を画定する辺として、弾力性部材５２Ｐ、５２Ｍ、５２Ｒにそれぞれ接続される３つの第１の接続辺２７Ｐ、２７Ｍ、２７Ｒを有する。第１の接続辺２７Ｐ、２７Ｍ、２７Ｒの各々は、第１の接触面２４を内包する三角形５８の各辺の少なくとも一部を構成している。以下、第１の接続辺２７Ｐ、２７Ｍ、２７Ｒを特に区別しない場合は、第１の接続辺２７という。

弾力性部材５２Ｐは、第２の接触面５４Ｐを画定する辺として、支持台２０の第１の接続辺２７Ｐに接続される第２の接続辺５７Ｐを有する。第２の接続辺５７Ｐの長さは、第１の接続辺２７Ｐの長さと等しい。同様に、弾力性部材５２Ｍは、第２の接触面５４Ｍを画定する辺として、支持台２０の第１の接続辺２７Ｍに接続される第２の接続辺５７Ｍを有する。第２の接続辺５７Ｍの長さは、第１の接続辺２７Ｍの長さと等しい。同様に、弾力性部材５２Ｒは、第２の接触面５４Ｒを画定する辺として、支持台２０の第１の接続辺２７Ｒに接続される第２の接続辺５７Ｒを有する。第２の接続辺５７Ｒの長さは、第１の接続辺２７Ｒの長さと等しい。以下、第２の接続辺５７Ｐ、５７Ｍ、５７Ｒを特に区別しない場合は、第２の接続辺５７という。ここで、第２の接続辺５７の長さが第１の接続辺２７の長さと「等しい」長さとは、完全に等しい場合に限らず、第１の接続辺２７に安定して接続される程度の長さを有していればよく、例えば±１０％程度の差異を有していてもよい。また、弾力性部材５２は、第２の接続辺５７から離れる方向に向かって先細りする形状である。

図４に示すように、第１の接触面２４を生体１２に押し当てていない状態において、弾力性部材５２Ｒは、第２の接触面５４Ｒと第１の接触面２４とのなす角θが鈍角である。なお、弾力性部材５２Ｐ、５２Ｍについても同様である。

図５に示すように、聴診器１０は、支持台２０の第１の接触面２４を生体１２に押し当てる押圧を加えることで、第１の接触面２４と弾力性部材５２Ｒの第２の接触面５４Ｒの各々とが同一面内に延在するように構成されている。なお、弾力性部材５２Ｐ、５２Ｍについても同様である。

上述したように、弾力性部材５２はヤング率が０．２ＭＰａ以上、５０ＭＰａ以下であり、支持台２０は弾力性部材５２よりも硬い部材で構成されている。したがって、弾力性部材５２は、第１の接続辺２７及び第２の接続辺５７を起点として、第１の接触面２４と第２の接触面５４の各々とが同一面内に延在するように曲がることができる。このとき、第２の接触面５４を生体１２に押し付ける方向に付勢力が作用するので、心電電極５０と生体１２とを密着させることができ、心電を高いＳＮ比で検出することができる。

なお、三角形５８は、図３に示したような正三角形に限らない。例えば、底辺にリファレンス電極５０Ｒが配置され、等辺にプラス電極５０Ｐ及びマイナス電極５０Ｍが配置された二等辺三角形であってもよい。

次に、図４及び図６から図１１を参照して、本例示的実施形態に係る圧電フィルム３０及び保護層４０の構成について説明する。図６は、圧電フィルム３０及び保護層４０の構成を示すために、圧電フィルム３０及び保護層４０の一部を拡大した概略図である。

図４に示すように、圧電フィルム３０は、開口部２２から露出した表面が凸状に湾曲した状態で支持台２０に支持されている。また、圧電フィルム３０の開口部２２から露出した表面は、第１の接触面２４に対して突出している。

圧電フィルム３０の開口部２２から露出した表面が凸状に湾曲していることにより、圧電フィルム３０が平面状に設けられている場合と比較して、圧電フィルム３０の面内方向への伸縮を大きくすることができる。すなわち、圧電フィルム３０を、開口部２２から露出した表面が凸状に湾曲した状態で支持台２０に支持することで、圧電フィルム３０が検出する電圧の振幅を大きくすることができ、高いＳＮ比での集音が可能となる。

なお、圧電フィルム３０は、支持台２０の一部に直接接続されていてもよいし、例えば接着剤等の他の部材を介して支持台２０に接続されていてもよい。また、圧電フィルム３０は、生体１２に押し当てた場合に割れを生じない程度の弾性及び可撓性を有する。

圧電フィルム３０と支持台２０との間には、クッション材３８Ａが充填されており、圧電フィルム３０は、クッション材３８Ａによって凸状に湾曲するように支持されている。クッション材３８Ａは、適度な弾性を有し、圧電フィルム３０を支持するとともに、圧電フィルム３０の全面に一定の機械的バイアスを与える。これにより、圧電フィルム３０に生じる厚み方向の振動を、圧電フィルム３０の面内方向への伸縮運動に変換させることができ、電荷の発生効率を向上させることができる。また、クッション材３８Ａの充填密度を変えることで、適切な反発力を有する聴診器１０を実現することができる。

クッション材３８Ａの材料は、適度な弾性を有し、圧電フィルム３０に振動が生じるのを妨げず、好適に変形するものであればよい。具体的には、例えば、シリコーンを主原料とするアルファゲル（登録商標）（株式会社タイカ製）、レーヨン及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル繊維を含んだ羊毛フェルト、グラスウール等の繊維材料、ポリウレタン等の発泡材料等を用いるのが好ましい。なお、図６に示すように、クッション材３８Ａに代えて、気体３８Ｂを充填してもよい。

図７に示すように、圧電フィルム３０は、互いに対向する２つの主面として、生体１２の側の主面である第１の主面３２Ａ、及び生体１２の側とは逆の主面である第２の主面３２Ｂを有する圧電体層３２と、第１の主面３２Ａに設けられた第１の電極３４と、第２の主面３２Ｂに設けられた第２の電極３６と、を備える。

圧電体層３２は、生体１２から発せられる生体音に応じて面内方向に伸縮を生じ、面内方向の伸縮に応じて第１の電極３４と第２の電極３６との間に電圧を生じさせる。本例示的実施形態においては、圧電体層３２として、高分子材料からなるマトリックス中に、圧電体粒子３３を分散してなる高分子複合圧電体を用いることが可能である。なお、圧電体粒子３３は、マトリックス中に、規則性を持って均一に分散されていてもよいし、不規則に分散されていてもよい。

マトリックスは、例えば、シアノエチル化ポリビニルアルコール（シアノエチル化ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリビニリデンクロライドコアクリロニトリル、ポリスチレン－ビニルポリイソプレンブロック共重合体、ポリビニルメチルケトン、及びポリブチルメタクリレート等の、常温で粘弾性を有する高分子材料が好ましい。

圧電体粒子３３は、圧電体の粒子であり、ペロブスカイト型結晶構造を有するセラミックス粒子であることが好ましい。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛、チタン酸バリウム、及びチタン酸バリウムとビスマスフェライトとの固溶体等が例示される。

このような構成の圧電体層３２は、図８に示すように、圧電体層３２の厚み方向に誘電分極を生じる。このように誘電分極を生じる圧電体層３２の場合、第２の主面３２Ｂの側に正の電荷を生じ、第１の主面３２Ａの側に負の電荷を生じるように、圧電体層３２を配置することが好ましい。生体１２は、通常、プラスに帯電している場合が多いことが知られている。したがって、生体１２に接触する側の面である第１の主面３２Ａの側に負の電荷を生じるように圧電体層３２を配置することで、効率よく生体音を検出することができる。

なお、圧電体層３２として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ビニリデン－三フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ））及びポリ乳酸等の有機圧電フィルム等を用いてもよい。また、圧電体層３２として、特開２０１８－１９１３９４号公報、特開２０１４－２３３６８８号公報、及び特開２０１７－１２２７０号公報に記載のポリマーを主成分とするポリマーエレクトレット材料等の有機材料を用いてもよい。例えば、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン及び、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン(４フッ化)）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(４．６フッ化)）ＡＦ（アモルファスフルオロポリマ）等のテフロン（登録商標）、ポリエチレン、及びＣＯＣｓ（シクロオレフィンポリマ）等が挙げられる。

しかしながら、圧電体層３２として、高分子複合圧電体ではなくＰＶＤＦを用いた場合、誘電分極は面内方向に生じる。この場合、厚み方向に誘電分極が生じる高分子複合圧電体と比較して、ＳＮ比が低くなる場合がある。

第１の電極３４及び第２の電極３６は、圧電体層３２に生じる面内方向の伸縮を電圧として検出する。第１の電極３４及び第２の電極３６の厚さは、特に限定は無いが、圧電フィルム３０の可撓性を確保するために薄い方が好ましく、例えば、１μｍ以下が好ましい。なお、第１の電極３４及び第２の電極３６の厚さは、同じでもよいし、異なっていてもよい。

第１の電極３４及び第２の電極３６の材料は、圧電フィルム３０の可撓性を確保するために、真空蒸着によって成膜された銅（Ｃｕ）及びアルミ（Ａｌ）の薄膜、導電性ポリマー等が好ましい。

なお、第１の電極３４及び第２の電極３６の材料として、各種の導電体を用いてもよい。例えば、Ｃ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ及びＭｏ、並びにこれらの合金等を用いてもよい。また、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ、及び酸化亜鉛等の透明導電膜を用いてもよい。また、導電性ポリマーなどの有機系の導電体等を用いてもよい。電極の形成方法についても、特に限定はなく、真空蒸着及びスパッタリング等の気相堆積法（真空成膜法）による成膜、スクリーン印刷、上記材料で形成された箔を貼着する方法等、各種の公知の方法を利用してよい。

第１の電極３４及び第２の電極３６は、少なくとも一方の大きさが、圧電体層３２よりも小さくてもよい。特に、第１の電極３４は、図４に示すように、第１の主面３２Ａの中央部のみに設けられていることが好ましい。第１の電極３４は、生体１２から発せられる生体音を検出する機能の他に、アンテナとして機能して外部からの電磁ノイズを取り込んでしまう場合がある。電磁ノイズを取り込むことを抑制するためには、第１の電極３４の大きさを、電磁ノイズを取り込みにくく、かつ生体音を十分に検出できる範囲で小さくすることが好ましい。生体１２と接触する第１の主面３２Ａの中央部のみに第１の電極３４を設けることで、電磁ノイズを取り込むことを抑制することができ、高いＳＮ比での集音が可能となる。

圧電フィルム３０は、開口部２２から露出した表面が凸状に湾曲し、かつ第１の接触面２４に対して突出しているので、平面状に設けられている場合と比較して、生体１２と直に接触した場合に、破損しやすくなってしまう。したがって、保護層４０を圧電フィルム３０の生体１２と接触する側の面に配置することが好ましい。保護層４０を圧電フィルム３０の生体１２と接触する側の面に配置することで、圧電フィルム３０の破損を防止することができる。

また、生体１２の振動を圧電フィルム３０が検出する場合、それぞれの物質固有の値である音響インピーダンス（単位ＭＲａｙｌｓ＝ｋｇ／ｍ^２ｓ）の差が大きいと、音を反射してしまい、生体音の検出効率が低下する。すなわち、ノイズの比率が多くなり、ＳＮ比が低下してしまう。したがって、保護層４０は、生体１２と圧電フィルム３０との間の音響インピーダンスの差を緩和するために、生体１２の音響インピーダンスと圧電フィルム３０の音響インピーダンスとの間の音響インピーダンスを有することが好ましい。

図９は、保護層４０の音響インピーダンスを変化させた場合に、聴診器１０から出力される音信号Ｓ２（詳細は後述する）のＳＮ比を測定したグラフである。図９は、横軸が保護層４０の音響インピーダンス（ＭＲａｙｌｓ）を示し、縦軸が音信号Ｓ２のＳＮ比（ｄＢ）を示す。

生体１２の音響インピーダンスは、１．３～１．５ＭＲａｙｌｓであることが知られており、圧電フィルム３０の音響インピーダンスは、５．０～１０．０ＭＲａｙｌｓである。保護層４０の音響インピーダンスが、生体１２の音響インピーダンスと圧電フィルム３０の音響インピーダンスとの間の１．３ＭＲａｙｌｓ以上、５．０ＭＲａｙｌｓ以下である場合、図９に示すように、聴診器１０から出力される音信号Ｓ２のＳＮ比を安定して６０ｄＢ以上とすることができた。すなわち、生体１２と圧電フィルム３０との間に音響インピーダンスの整合がとれた保護層４０を設けることで、音が反射することを抑制することができ、高いＳＮ比での集音が可能となる。

保護層４０は、エラストマー材料、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリルニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム及びクロソスルホン化ポリエチレンゴムのうち何れか１つを用いることが好ましい。保護層４０は、生体１２に直接押し当てられるので、生体１２に冷たさや硬さによる不快感を生じさせない素材であることが望まれる。上記の材料を用いることで、保護層４０を生体１２に押し当てた場合にも、不快感を生じることを抑制することができる。

保護層４０は、生体１２に直接押し当てられるので、耐摩耗性を有することが望まれる。したがって、保護層４０は、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０に準拠したタイプＡデュロメータを用いた硬さ試験における測定値が５０以上１００以下であることが好ましい。なお、他の規格のデュロメータ、及び他の測定方法により測定された硬さが、上記の試験方法における硬さと同等の硬さを示すものであってもよい。保護層４０を上記の範囲の硬さにすることで、聴診器として使用するのに適切な耐摩耗性を有することができる。

保護層４０は、その剛性が高いと、圧電体層３２の伸縮を拘束してしまい、圧電フィルム３０の振動が小さくなってしまう。したがって、上記の材料及び硬さを有する保護層４０の厚さは、圧電フィルム３０に要求される性能、ハンドリング性、及び機械的強度等に応じて、適宜設定すればよい。具体的には、５００μｍ程度であればよい。

保護層４０は、生体１２と接触する面が粗面化されていることが好ましい。保護層４０は、生体１２に直接押し当てられるので、生体１２の皮膚から剥がれやすくすることが望ましい。粗面化処理の方法については、特に限定はなく、機械的粗面化処理、電気化学的粗面化処理、化学的粗面化処理等、各種の公知の方法を利用してよい。保護層４０の生体１２と接触する面の粗面化の粗さとしては、算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。保護層４０を上記の範囲の粗さにすることで、生体１２の皮膚から剥がれやすくすることができる。

なお、保護層４０は、生体１２と接触する側ほど音響インピーダンスが低くなるように音響インピーダンスを傾斜させた層であってもよい。また、保護層４０は、生体１２と接触する側の層ほど音響インピーダンスが低くなるように積層した複数の層で構成されていてもよい。例えば、図１０に示すように、保護層４０が４つの層で構成されている場合、保護層４１、４２、４３、４４の順に、音響インピーダンスが低くなればよい。この場合、複数の層の材料は異なっていてもよく、上述した材料のうち少なくとも１つからなる材料を用いていればよい。保護層４０をこのような構成とすることで、隣り合う物質間の音響インピーダンスの差をより小さくすることができ、より高いＳＮ比での集音が可能となる。

また、保護層４０は、生体１２と接触する面がシリコーン樹脂からなり、該シリコーン樹脂は、シロキサン骨格を主鎖骨格とし、疎水性の側鎖としてメチル基、ビニル・メチル基及びフェニル・メチル基の少なくとも１つを有するものであってもよい。生体１２は、その表面が汗等により濡れている場合がある。保護層４０は、生体１２に直接押し当てられるので、少なくとも生体１２と接触する面は、水分により変性しない素材であることが望まれる。したがって、例えば、図１１に示すように、保護層４０は、音響インピーダンスの整合がとれた保護層４６と、生体１２と接触する面であって、疎水性の材料からなる保護層４７と、によって構成されていてもよい。生体１２と接触する面が疎水性であることで、保護層４０を濡れた生体１２に押し当てた場合にも、保護層４０及び圧電フィルム３０が変性することを抑制することができる。

次に、図１２を参照して、本例示的実施形態に係る聴診器１０の機能について説明する。図１２に示すように、聴診器１０は、圧電フィルム３０、心電電極５０、出力端子８０、入力部８２、表示部８４及び充電端子８６を備える。また、聴診器１０は、出力部６０、処理部９０、通信部９２、パワーユニット９４及びバッテリー９６を備える。出力部６０、処理部９０、通信部９２、パワーユニット９４及びバッテリー９６は、支持台２０が有する空間である収容部２９に収容されてもよいし（図４参照）、支持台２０の外部に備えられるものであってもよい。

圧電フィルム３０は、生体１２から発生される生体音によって生じる振動を検出し、振動に基づいて振動信号Ｓ１を出力部６０に出力する。具体的には、生体１２から発生される生体音によって生体１２の表面に振動が生じた場合に、生体１２に圧電フィルム３０を接触させると、その振動に応じて圧電フィルム３０も振動する。圧電フィルム３０は、振動を第１の電極３４及び第２の電極３６の間に生じる電圧として検出し、検出した電圧を振動信号Ｓ１として出力部６０に出力する。

入力部８２は、後述する出力部６０から出力される音信号Ｓ２のレベルの調整入力を受け付け、受け付けた調整入力の情報を示す調整入力信号Ｓ４を出力部６０に出力する。

出力部６０は、振動信号Ｓ１に基づいて音信号Ｓ２を処理部９０に出力する。また、出力部６０は、振動信号Ｓ１のレベル変化、及び調整入力信号Ｓ４に応じて音信号Ｓ２のレベルを調整し、調整信号Ｓ３として出力端子８０に出力する。出力端子８０は、調整信号Ｓ３を外部に出力する。

心電電極５０は、生体１２の心電を検出する。具体的には、心電電極５０を生体１２の心臓付近に接触させることで、生体１２の体表の電位を検出し、心電信号Ｓ５として処理部９０に出力する。

処理部９０は、音信号Ｓ２及び心電信号Ｓ５に基づいたデータに対して所定の処理を施し、処理済みのデータを通信部９２に出力する。処理部９０は、増幅回路及びフィルタ回路等を備え、音信号Ｓ２及び心電信号Ｓ５を増幅したり、特定の周波数を抽出したりするようにしてもよい。また、音信号Ｓ２及び心電信号Ｓ５に基づいたデータはアナログデータとして出力してもよいし、デジタルデータとして出力してもよい。処理部９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６０、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むマイクロコンピュータによって構成されていてもよい。

通信部９２は、有線又は無線による通信手段を備え、外部装置に生体音及び心電のデータを送信する。通信手段は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、赤外線通信等であってもよく、外部装置は、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートフォン等であってもよい。

パワーユニット９４は、充電端子８６から供給される電力をバッテリー９６に充電する。また、パワーユニット９４は、バッテリー９６に充電された電力を、出力部６０、表示部８４、処理部９０及び通信部９２に供給する。

また、処理部９０は、パワーユニット９４を介してバッテリー９６の電池残量等を示す情報を取得し、取得した情報に基づいて表示部８４のＬＥＤライトを点灯、滅灯及び点滅させる等の制御をしてもよい。この場合、ユーザは、ＬＥＤライトの発光状態によって、バッテリー９６の電池残量を把握することができる。同様に、音信号Ｓ２及び心電信号Ｓ５が正常に取得できている場合に、表示部８４を制御する等してもよい。この場合、ユーザは、表示部８４の表示態様によって、音信号Ｓ２及び心電信号Ｓ５の取得状態を把握することができる。

次に、図１３を参照して、出力部６０の機能について説明する。図１３に示すように、出力部６０は、バッファ６１、フィルタ回路６２、アンプ６３及び６５、ＡＬＣ（Automatic Level Control）回路６４を備える。

圧電フィルム３０により検出された振動信号Ｓ１は、バッファ６１を介してフィルタ回路６２に入力され、フィルタ回路６２でノイズがカットされた後、アンプ６３で増幅され、音信号Ｓ２として処理部９０及びＡＬＣ回路６４に出力される。フィルタ回路６２は、例えば、ローパスフィルタである。

聴診器１０を生体１２に接触させた後、聴診後に聴診器１０を生体１２から離す場合に、圧電フィルム３０が大きく振動し、振動信号Ｓ１に急峻なノイズ（スパイクノイズ）が混入する場合がある。スパイクノイズをそのまま音信号Ｓ２として出力端子８０から出力すると、出力端子８０に接続されるイヤホンから聴取される音は耳障りな音となってしまう。そこで、ＡＬＣ回路６４により、スパイクノイズを減少させることが望ましい。

ＡＬＣ回路６４には、入力部８２からの調整入力信号Ｓ４、及び音信号Ｓ２が入力される。ＡＬＣ回路６４は、例えば、音信号Ｓ２からスパイクノイズを検出するためのショットキーバリアダイオード、音信号Ｓ２を平滑化するためのコンデンサ、スパイクノイズが検出された場合に駆動されるＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等を含んで構成されていてもよい。ＡＬＣ回路６４は、これらの素子により、スパイクノイズを減少させるとともに、調整入力信号Ｓ４に基づいて音信号Ｓ２のレベルを調整する。

ＡＬＣ回路６４によってスパイクノイズが減少し、レベルが調整された音信号Ｓ２は、アンプ６５により増幅され、調整信号Ｓ３として出力端子８０に出力される。

以上説明したように、本例示的実施形態に係る聴診器１０によれば、圧電フィルム３０が、開口部２２から露出した表面が凸状に湾曲した状態で支持台２０に支持されており、圧電フィルム３０の生体１２と接触する側の面に、生体１２の音響インピーダンスと圧電フィルム３０の音響インピーダンスとの間の音響インピーダンスを有する保護層４０が設けられている。したがって、生体音を高いＳＮ比で検出することができる。

また、本例示的実施形態に係る聴診器１０によれば、出力端子８０が、３つの心電電極５０のうち１つの所定の心電電極の中心、及び圧電フィルム３０の中心を通る軸の上に配置されている。したがって、ユーザの操作性を向上することができる。

また、本例示的実施形態に係る聴診器１０によれば、弾力性部材５２が、第１の接触面２４とのなす角が鈍角であり、かつ第２の接触面５４を画定する辺のうち第１の接続辺２７と等しい長さである第２の接続辺５７において、第１の接続辺２７の各々に接続された弾力性を有する部材である。したがって、聴診器１０そのものの大きさが大きくなることを抑制しつつ、心電電極５０が所定の面積を有することができ、３つの心電電極５０を十分に離して配置することができる。すなわち、ユーザの操作性を向上しつつ、心電を高いＳＮ比で検出することができる。

［第２例示的実施形態］
次に、図１４及び図１５を参照して、本例示的実施形態に係る聴診器１０の構成について説明する。なお、図１４及び図１５において、第１例示的実施形態で説明した要素と同等の要素については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

第１例示的実施形態に係る聴診器１０のように、圧電フィルム３０が凸状に湾曲した状態で支持台２０に支持されていると、聴診器１０を生体１２に押し当てた場合、圧電フィルム３０の外周に近い部分が生体１２の表面から浮いた状態になる場合がある。例えば、遠隔医療等で専門的なスキルを有しない患者が聴診器１０を用いる場合等は、聴診器１０を生体１２に垂直に押し当てられなかったり、聴診器１０を十分な圧力で生体１２に押し当てられなかったりすることが起こりうる。圧電フィルム３０が浮いた状態の場合、圧電フィルム３０は、環境音及び人の声等の外部からの音（以下、外部音という）をノイズとして検出しやすくなってしまい、ＳＮ比が低下する。

そこで、本例示的実施形態に係る聴診器１０は、図１４に示すように、第１例示的実施形態に係る聴診器１０の構成に加え、圧電フィルム３０の開口部２２から露出した部分の外周を囲み、圧電フィルム３０に伝達される外部音を遮蔽する遮音部材７０を更に備える。また、遮音部材７０の先端は、圧電フィルム３０の凸状に湾曲した表面に対して突出している。遮音部材７０の突出高さは、１ｍｍ以上であることが好ましい。

遮音部材７０は、聴診器１０を垂直に生体１２に押し当てた場合に、開口部２２から露出した圧電フィルム３０の表面の全体が生体１２に接触可能なように圧縮変形できる程度の弾性を有する。遮音部材７０は、例えば、グラスウールのような繊維系材料、及びウレタンフォームのような発泡材料等の、外部音の吸収効果が高いものが好ましい。

図１５は、本例示的実施形態に係る聴診器１０を生体１２に押し当てた状態を示す。聴診器１０を生体１２に押し当てると、遮音部材７０は、押し当てられた圧力に応じて圧縮される。例えば、図１５に示すように、生体１２に対して聴診器１０を斜めに押し当てた場合、押圧が大きい箇所は遮音部材７０の圧縮の度合が大きく、押圧が小さい箇所は遮音部材７０の圧縮の度合が小さい。このような構成にすることで、聴診器１０を生体１２に垂直に押し当てられなかったり、聴診器１０を十分な圧力で生体１２に押し当てられなかったりする場合でも、圧電フィルム３０が外部音を検出してしまうことを抑制することができる。

以上説明したように、本例示的実施形態に係る聴診器１０によれば、圧電フィルム３０の開口部２２から露出した部分の外周を囲み、圧電フィルム３０に伝達される外部音を遮蔽する遮音部材７０を更に備えている。したがって、聴診器１０を生体１２に押し当てた場合に、圧電フィルム３０が遮音部材７０に囲まれるようにすることができ、圧電フィルム３０が外部音をノイズとして検出してしまうことを抑制し、生体音を高いＳＮ比で検出することができる。

なお、上記各例示的実施形態に係る聴診器１０は、被測定物を生体１２に限るものではなく、被測定物が機械及び配管等であってもよい。すなわち、被測定物から生じる音として、機械及び配管等から生じる音を検出することで、機械及び配管の異常の検出等に用いることも可能である。

なお、２０１９年７月２６日に出願された日本国特許出願２０１９－１３８２７２の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。また、本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (19)

1. 開口部を有する支持台と、
   前記開口部から露出した表面が凸状に湾曲した状態で前記支持台に支持され、被測定物から発生される音によって生じる振動を検出する圧電フィルムと、
   前記圧電フィルムの前記被測定物と接触する側の面に配置され、前記被測定物の音響インピーダンスと前記圧電フィルムの音響インピーダンスとの間の音響インピーダンスを有する保護層と、
   を備える聴診器であって、
   前記保護層は、前記被測定物と接触する側ほど音響インピーダンスが低くなるように音響インピーダンスを傾斜させた層、又は前記被測定物と接触する側の層ほど音響インピーダンスが低くなるように積層した複数の層で構成される
   聴診器。
2. 前記支持台の前記開口部の周囲に延在する面が、前記被測定物に接触する接触面とされ、
   前記圧電フィルムの前記開口部から露出した表面が、前記接触面に対して突出している
   請求項１に記載の聴診器。
3. 前記圧電フィルムの前記開口部から露出した部分の外周を囲み、前記圧電フィルムに伝達される外部音を遮蔽する遮音部材を更に備える
   請求項１又は請求項２に記載の聴診器。
4. 前記遮音部材の先端が、前記圧電フィルムの凸状に湾曲した表面に対して突出している
   請求項３に記載の聴診器。
5. 前記圧電フィルムの前記被測定物と接触する側とは反対側に設けられ、前記圧電フィルムを支持するクッション材を更に備える
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の聴診器。
6. 前記圧電フィルムの前記被測定物と接触する側とは反対側に、前記圧電フィルムを支持する気体が充填されている
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の聴診器。
7. 前記保護層は、音響インピーダンスが１．３ＭＲａｙｌｓ以上５．０ＭＲａｙｌｓ以下である
   請求項１から請求項６の何れか１項に記載の聴診器。
8. 前記保護層は、エラストマー材料、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、ウレタンゴム、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリルニトリルゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、フッ素ゴム及びクロソスルホン化ポリエチレンゴムのうち少なくとも１つからなる
   請求項１から請求項７の何れか１項に記載の聴診器。
9. 前記保護層は、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０に準拠したタイプＡデュロメータを用いた硬さ試験における測定値が５０以上１００以下である
   請求項１から請求項８の何れか１項に記載の聴診器。
10. 前記保護層は、前記被測定物と接触する面が粗面化されている
    請求項１から請求項９の何れか１項に記載の聴診器。
11. 前記保護層は、前記被測定物と接触する面の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上、１００μｍ以下である
    請求項１０に記載の聴診器。
12. 前記保護層は、前記被測定物と接触する面がシリコーン樹脂からなり、該シリコーン樹脂は、シロキサン骨格を主鎖骨格とし、疎水性の側鎖としてメチル基、ビニル・メチル基及びフェニル・メチル基の少なくとも１つを有する
    請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の聴診器。
13. 前記圧電フィルムは、
    互いに対向する２つの主面として、前記被測定物の側の主面である第１の主面、及び前記被測定物の側とは逆の主面である第２の主面を有する圧電体層と、
    前記第１の主面に設けられた第１の電極と、
    前記第２の主面に設けられた第２の電極と、
    を備える請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の聴診器。
14. 前記圧電体層は、高分子材料からなるマトリックス中に、圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体からなる
    請求項１３に記載の聴診器。
15. 前記圧電体層は、前記圧電体層の厚み方向に誘電分極を生じる
    請求項１３又は請求項１４に記載の聴診器。
16. 前記圧電体層は、誘電分極により、前記第２の主面の側に正の電荷を生じ、前記第１の主面の側に負の電荷を生じる
    請求項１５に記載の聴診器。
17. 前記第１の電極は、前記第１の主面の中央部のみに設けられている
    請求項１３から請求項１６の何れか１項に記載の聴診器。
18. 前記圧電フィルムは、前記振動に基づいて振動信号を出力し、
    前記振動信号に基づいて音信号を出力し、前記振動信号のレベル変化に応じて前記音信号のレベルを調整する出力部を更に備える
    請求項１から請求項１７の何れか１項に記載の聴診器。
19. 前記圧電フィルムの周囲に配置され、前記被測定物の心電を検出する心電電極を更に備える
    請求項１から請求項１８の何れか１項に記載の聴診器。

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