WO2022181727A1 - 電子聴診器 - Google Patents

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WO2022181727A1
WO2022181727A1 PCT/JP2022/007751 JP2022007751W WO2022181727A1 WO 2022181727 A1 WO2022181727 A1 WO 2022181727A1 JP 2022007751 W JP2022007751 W JP 2022007751W WO 2022181727 A1 WO2022181727 A1 WO 2022181727A1
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resistance element
body sound
preamplifier
inverting input
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English (en)
French (fr)
Inventor
勉 佐々木
Original Assignee
富士フイルム株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B7/00—Instruments for auscultation
    • A61B7/02—Stethoscopes
    • A61B7/04—Electric stethoscopes

Definitions

  • the disclosed technology relates to electronic stethoscopes.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-504748 includes a vibration transducer such as a microphone, a preamplifier that performs impedance conversion, an amplifier that performs preemphasis, an analog-to-digital converter, a digital filter, and a digital-to-analog converter.
  • a digital stethoscope is described that includes a unit consisting of a power amplifier and a speaker.
  • analog body sound signals output from body sound sensors equipped with piezoelectric bodies, condenser microphones, etc. for detecting body sounds such as heart sounds and breathing sounds are converted into digital signals and then filtered.
  • Various signal processing such as processing and equalizing processing are performed.
  • the digital body sound signal that has undergone signal processing is converted into an analog signal and output as sound in an acoustic device such as headphones and earphones.
  • Conventional electronic stethoscopes require digital signal processing to compensate for the sensitivity characteristics of body sound sensors.
  • piezoelectric ceramics and the like that constitute conventional body sound sensors do not have sufficient sensitivity in the frequency range of 1 KHz or less, which is the main frequency range of body sounds.
  • condenser microphones, piezoelectric ceramics, and piezoelectric bodies generally have small dielectric loss, sound is hardly converted into heat, and reverberation occurs.
  • ambient noise has a large effect. Therefore, the conventional electronic stethoscope requires digital signal processing to compensate for the above-described sensitivity characteristics of the body sound sensor and improve sound quality.
  • the body sound signal deteriorates due to sampling and quantization when converting the body sound signal into a digital signal.
  • the body sounds observed by reproducing body sound signals that have been degraded by digital conversion are far from the original body sounds and the auscultatory sounds of conventional analog stethoscopes, and could adversely affect diagnosis by auscultation. .
  • the disclosed technology has been made in view of the above points, and aims to provide an electronic stethoscope that can improve the sound quality of detected body sounds and auscultatory sounds.
  • An electronic stethoscope includes a body sound sensor that detects body sounds and outputs body sound signals in analog form, and an analog system that processes the body sound signals without converting them into digital signals and outputs them to the outside. and a digital system that converts body sound signals into digital signals and outputs them.
  • the body sound sensor may include a polymer composite piezoelectric body in which piezoelectric particles are dispersed in a viscoelastic matrix made of a polymer material having viscoelasticity at room temperature.
  • the electronic stethoscope includes a first preamplifier that amplifies body sound signals and a second preamplifier that attenuates high-frequency components contained in the body sound signals. It may be distributed to a digital system.
  • the first preamplifier has an input impedance Z of 50 k ⁇ Z ⁇ 10 M ⁇
  • the second preamplifier has a cutoff frequency f C of 1 kHz ⁇ f C ⁇ 3 kHz and an attenuation slope A of 12 dB/oct ⁇ A ⁇ 36 dB/oct. is preferably
  • the second preamplifier may include an amplifier section and a filter section.
  • the amplifier section includes a first operational amplifier having a first inverting input terminal, a first non-inverting input terminal, and a first output terminal, one end connected to the output terminal of the first preamplifier, and the other end connected to the first operational amplifier. a first resistive element connected to one inverting input terminal; and a second resistive element having one end connected to the first inverting input terminal and the other end connected to the first output terminal.
  • the filter section includes a second operational amplifier having a second inverting input terminal, a second non-inverting input terminal, and a second output terminal, and a third resistor having one end connected to the second non-inverting input terminal.
  • a ratio R2/R1 between the resistance value R1 of the first resistor and the resistance value R2 of the second resistor is 1 ⁇ R2/R1 ⁇ 10, and the electrostatic capacitance C1 of the first capacitor and the second capacitor
  • a ratio C2/C1 to the capacitance C2 of the capacitor is preferably 3 ⁇ C2/C1 ⁇ 15.
  • the second preamp includes a third operational amplifier having a third inverting input terminal, a third non-inverting input terminal, and a third output terminal, and a fifth operational amplifier having one end connected to the third inverting input terminal.
  • a resistor element, a sixth resistor element having one end connected to the other end of the fifth resistor element, and a fifth resistor element having one end connected to the third output terminal and having the other end connected to the sixth resistor element a seventh resistance element connected to the connection portion with the third capacitor having one end connected to the third inverting input terminal and the other end connected to the third output terminal; and one end connected to the fifth a fourth capacitor connected to a connecting portion between the resistive element and the sixth resistive element and having the other end connected to the ground potential.
  • a ratio R7/R6 between the resistance value R6 of the sixth resistance element and the resistance value R7 of the seventh resistance element is 1 ⁇ R7/R6 ⁇ 10, and the electrostatic capacitance C3 of the third capacitor and the fourth capacitor is preferably 5 ⁇ C4/C3 ⁇ 35.
  • the analog system may include an analog output terminal to which the body sound signal in analog form is output and to which an acoustic device that converts the body sound signal into sound waves is connected, and the digital system converts the body sound signal into a digital signal.
  • the analog system may include an analog-to-digital converter for
  • the analog system may include an adjustment circuit that adjusts the amplitude of the body sound signal
  • the digital system may include a communication circuit that transmits the digital signal to the outside by wire or wirelessly.
  • an electronic stethoscope that can improve the sound quality of detected body sounds and auscultatory sounds.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram showing an example of a configuration of an electronic stethoscope according to an embodiment of technology disclosed herein;
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a configuration of a body sound sensor according to an embodiment of technology disclosed herein;
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an example of a configuration of a first preamplifier according to an embodiment of technology disclosed herein;
  • FIG. 4 is a circuit diagram of an example of a configuration of a second preamplifier according to an embodiment of technology disclosed herein;
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing frequency characteristics of a filter unit according to an embodiment of technology disclosed herein;
  • FIG. 4 is a circuit diagram of an example of a configuration of a second preamplifier according to an embodiment of technology disclosed herein;
  • FIG. 1 is a circuit block diagram showing an example of the configuration of an electronic stethoscope 10 according to an embodiment of technology disclosed herein.
  • the electronic stethoscope 10 includes a body sound sensor 20 that detects body sounds and outputs body sound signals in analog format, an analog system 50 that processes the body sound signals without converting them into digital signals and outputs them to the outside, and a digital system 60 for converting body sound signals into digital signals and outputting them to the outside.
  • the electronic stethoscope 10 also includes a first preamplifier 30 that amplifies body sound signals and a second preamplifier 40 that attenuates high frequency components contained in the body sound signals. The output signal is distributed to both analog chain 50 and digital chain 60 .
  • the analog system 50 includes a volume control circuit 51, an automatic level control circuit 52, an output amplifier 53 and an analog output terminal 54.
  • the analog output terminal 54 is connected to an acoustic device 100 such as a headphone or an earphone that converts body sound signals into sound waves.
  • a digital system 60 includes a tone control circuit 61 , an analog/digital converter 62 and a communication circuit 63 .
  • the body sound sensor 20 detects body sounds such as heart sounds and breathing sounds of the subject and outputs body sound signals, which are analog electric signals.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the body sound sensor 20.
  • the body sound sensor 20 includes a piezoelectric film 21 that converts vibrations into electrical signals and a protective layer 27 .
  • the layered body composed of the piezoelectric film 21 and the protective layer 27 is in contact with the skin of the subject 200 .
  • a laminate composed of the piezoelectric film 21 and the protective layer 27 has flexibility and can be brought into close contact with the skin of the subject 200 . As a result, the detection sensitivity of body sounds can be enhanced.
  • the piezoelectric film 21 includes a piezoelectric layer 22 , a first electrode 25 and a second electrode 26 .
  • the piezoelectric layer 22 is sandwiched between a first electrode 25 and a second electrode 26 .
  • the piezoelectric layer 22 expands and contracts in the in-plane direction due to body sounds emitted from the subject 200 . This creates a voltage between the first electrode 25 and the second electrode 26 .
  • the piezoelectric layer 22 is composed of a polymeric composite piezoelectric body in which piezoelectric particles 24 are dispersed in a viscoelastic matrix 23 made of a polymeric material having viscoelasticity at room temperature.
  • the piezoelectric particles 24 may be uniformly dispersed in the viscoelastic matrix 23 with regularity, or may be dispersed irregularly.
  • viscoelastic matrix 23 examples include polymers such as cyanoethylated polyvinyl alcohol (cyanoethylated PVA), polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride core acrylonitrile, polystyrene-vinylpolyisoprene block copolymer, polyvinyl methyl ketone, and polybutyl methacrylate. It is possible to use materials suitably.
  • polymers such as cyanoethylated polyvinyl alcohol (cyanoethylated PVA), polyvinyl acetate, polyvinylidene chloride core acrylonitrile, polystyrene-vinylpolyisoprene block copolymer, polyvinyl methyl ketone, and polybutyl methacrylate. It is possible to use materials suitably.
  • the piezoelectric particles 24 may be, for example, ceramic particles having a perovskite crystal structure.
  • the thickness of the first electrode 25 and the second electrode 26 is not particularly limited, it is preferably thinner in order to ensure the flexibility of the piezoelectric film 21. For example, 1 ⁇ m or less is preferable.
  • the thickness of the first electrode 25 and the thickness of the second electrode 26 may be the same or different.
  • the protective layer 27 has the function of protecting the piezoelectric film 21 .
  • the protective layer 27 also functions as a buffer layer that reduces the difference in acoustic impedance between the piezoelectric film 21 and the subject 200 . That is, the protective layer 27 has an acoustic impedance intermediate between the acoustic impedance of the piezoelectric film 21 and the acoustic impedance of the subject 200 . This makes it possible to detect body sounds with high sound quality.
  • Suitable materials for the protective layer 27 include, for example, elastomer materials, silicone resins, silicone rubbers, urethane rubbers, natural rubbers, styrene-butadiene rubbers, chloroprene rubbers, acrylonitrile rubbers, butyl rubbers, ethylene-propylene rubbers, fluorine rubbers, and chlorosulfonated polyethylene rubbers.
  • elastomer materials silicone resins, silicone rubbers, urethane rubbers, natural rubbers, styrene-butadiene rubbers, chloroprene rubbers, acrylonitrile rubbers, butyl rubbers, ethylene-propylene rubbers, fluorine rubbers, and chlorosulfonated polyethylene rubbers.
  • the body sound sensor 20 includes a polymer composite piezoelectric body in which piezoelectric particles are dispersed in a viscoelastic matrix made of a polymer material having viscoelasticity at room temperature. , has flexibility, so that it can be brought into close contact with the skin of the subject 200 .
  • the detection sensitivity in the body sound frequency range (for example, 1 KHz or less) is higher than that of a device including non-flexible piezoelectric ceramics.
  • the dielectric loss can be increased by about 5 to 10 times as compared with the sensor including piezoelectric ceramics.
  • body sounds can be detected with higher sound quality than those configured including piezoelectric ceramics, so digital signal processing is unnecessary for improving sound quality. becomes. That is, even if the body sound signal output from the body sound sensor 20 is reproduced by performing only analog signal processing, it is possible to obtain a body sound with high sound quality.
  • a body sound signal output from the body sound sensor 20 is supplied to the first preamplifier.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of an example of the configuration of the first preamplifier 30.
  • the first preamplifier 30 has a function of amplifying body sound signals output from the body sound sensor 20 .
  • the first preamplifier 30 includes transistors 301 and 305 , resistor elements 302 , 303 , 306 and 307 and capacitors 304 , 308 and 309 .
  • the transistor 301 is a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) having a source connected to a power supply potential, a drain connected to one end of the resistance element 303, and a gate connected to one end of the resistance element 302. The other end of the resistance element 303 and the drain of the transistor 301 are each connected to the ground potential.
  • a so-called source follower circuit is configured by the transistor 301 and the resistance elements 302 and 303 .
  • the gate of the transistor 301 is an input terminal to which the body sound signal from the body sound sensor 20 is input, that is, the input terminal of the first preamplifier 30 .
  • the input impedance at this input terminal is preferably high. This is because if the input impedance becomes excessively low, the electric charge is dissipated and the amplitude of the body sound signal becomes small. If the signal is amplified to compensate for this, the noise component is also amplified, resulting in a decrease in the SN ratio. be.
  • the input impedance Z of the first preamplifier 30 is preferably 50 k ⁇ Z ⁇ 10 M ⁇ .
  • the input impedance of the first preamplifier 30 is determined by the input impedance of the transistor 301 and the resistance value of the resistance element 302 . Therefore, transistor 301 is preferably a MOSFET with high input impedance.
  • a body sound signal impedance-converted by a source follower circuit including a transistor 301 and resistor elements 302 and 303 is amplified by an amplifier circuit including a transistor 305, resistor elements 306 and 307, and capacitors 304 and 308.
  • the transistor 305 is a bipolar NPN transistor, and has a collector connected to a power supply potential via a CR parallel circuit in which a resistance element 307 and a capacitor 308 are connected in parallel, and a base connected to the drain of the transistor 301 via a capacitor 304 . and the emitter is connected to ground potential.
  • the resistance element 306 has one end connected to the collector of the transistor 305 and the other end connected to the base of the transistor 305 .
  • the capacitor 309 has one end connected to the collector of the transistor 305 and the other end serving as the output end of the first preamplifier 30 .
  • Capacitors 304 and 309 function as coupling capacitors that block DC components.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of an example of the configuration of the second preamplifier 40.
  • the second preamplifier 40 has a function of further amplifying the body sound signal supplied from the first preamplifier 30 and attenuating high frequency components contained in the body sound signal.
  • the second preamplifier 40 includes an amplifier section 41 that has a signal amplification function and a filter section 42 that has a function of attenuating high frequency components.
  • the amplifier section 41 includes an operational amplifier 402 and resistance elements 403, 404, and 405.
  • the resistance element 403 has one end connected to the reference voltage Vref and the other end connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 402 .
  • the resistive element 404 has one end connected to the output end of the first preamplifier 30 and the other end connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 402 .
  • the resistive element 405 has one end connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 402 and the other end connected to the output terminal of the operational amplifier 402 .
  • the operational amplifier 402 and resistor elements 403, 404 and 405 constitute a so-called inverting amplifier circuit. Note that the operational amplifier 402 is an example of a first operational amplifier in technology disclosed herein.
  • the resistance element 404 is an example of a first resistance element in technology disclosed herein.
  • the resistance element 405 is an example of a second resistance element in technology disclosed herein.
  • the amplification factor of the amplification section 41 is appropriately set according to the amplification factor of the first preamplifier 30 .
  • the amplification factor of the amplifying section 41 corresponds to the ratio R2/R1 of the resistance value R1 of the resistance element 404 and the resistance value R2 of the resistance element 405 .
  • the ratio R2/R1 is preferably 1 ⁇ R2/R1 ⁇ 10.
  • the body sound signal amplified by the amplification section 41 is supplied to the filter section 42 .
  • the filter section 42 includes an operational amplifier 406 , resistance elements 407 , 408 and 409 and capacitors 410 , 411 , 412 and 413 .
  • One end of the resistance element 407 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 406 .
  • One end of the resistance element 408 is connected to the other end of the resistance element 407 .
  • the resistance element 409 has one end connected to the other end of the resistance element 408 and the other end connected to the output terminal of the operational amplifier 402 .
  • Capacitor 410 has one end connected to the non-inverting input terminal of operational amplifier 406 and the other end connected to the ground potential.
  • the capacitor 411 has one end connected to the connecting portion between the resistance elements 407 and 408 and the other end connected to the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 406 .
  • One end of the capacitor 412 is connected to the connecting portion between the resistance element 408 and the resistance element 409 .
  • the capacitor 413 has one end connected to the output terminal of the operational amplifier 406 and the other end connected to the output terminal of the second preamplifier 40 .
  • the operational amplifier 406, resistor elements 407 and 408, and capacitors 410 and 411 constitute a secondary voltage-controlled voltage source type (VCVS type) active low-pass filter.
  • the resistive element 409 and capacitor 412 form a first-order passive low-pass filter.
  • the operational amplifier 406 is an example of a second operational amplifier in technology disclosed herein.
  • the resistance element 407 is an example of a third resistance element in technology disclosed herein.
  • the resistance element 408 is an example of a fourth resistance element in technology disclosed herein.
  • Capacitor 410 is an example of a first capacitor in technology disclosed herein.
  • Capacitor 411 is an example of a second capacitor in technology disclosed herein.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing frequency characteristics of the filter section 42.
  • the horizontal axis represents the frequency of the signal input to the filter section 42 and the vertical axis represents the gain in the filter section 42 .
  • the filter section 42 attenuates high frequency components of the input signal.
  • the cutoff frequency f C in the filter section 42 is preferably 1 kHz ⁇ f C ⁇ 3 kHz. As a result, components other than the body sound contained in the body sound signal can be removed.
  • the frequency characteristic of the filter section 42 it is ideal that the gain changes rapidly around the cutoff frequency fC . That is, it is preferable that the angle of the shoulder portion of the frequency characteristic be 90° and that the attenuation slope A be large.
  • the attenuation slope A of the filter unit 42 is preferably 12 dB/oct ⁇ A ⁇ 36 dB/oct.
  • the attenuation slope A of the filter section 42 can be controlled by the order of the low-pass filter.
  • the filter section 42 is composed of a first-order low-pass filter composed of a resistance element 409 and a capacitor 412, and a second-order low-pass filter composed of an operational amplifier 406, resistance elements 407 and 408, and capacitors 410 and 411.
  • a tertiary low-pass filter is configured by using a multi-stage configuration of the filter. According to this configuration, the attenuation slope A is 18 dB/oct.
  • the filter unit 42 may be composed only of a secondary low-pass filter. According to this configuration, the attenuation slope A is 12 dB/oct. Further, a fifth-order low-pass filter may be configured by configuring the filter unit 42 into a multi-stage configuration including one first-order low-pass filter and two second-order low-pass filters. According to this configuration, the attenuation gradient A is 30 dB/oct. Further, the filter unit 42 may be configured to have a multi-stage configuration of two stages of primary low-pass filters and two stages of secondary low-pass filters, thereby configuring a sixth-order low-pass filter. According to this configuration, the attenuation slope A is 36 dB/oct.
  • the angle of the shoulder portion of the frequency characteristic of the filter section 42 can be brought close to 90° by increasing the ratio C2/C1 between the capacitance C1 of the capacitor 410 and the capacitance C2 of the capacitor 411.
  • the ratio C2/C1 is preferably 3 ⁇ C2/C1 ⁇ 15, more preferably 3 ⁇ C2/C1 ⁇ 10.
  • the body sound signal output from the body sound sensor 20 is subjected to preprocessing including amplification and filtering in the first preamplifier 30 and the second preamplifier 40 .
  • the preprocessed body sound signal, that is, the output signal of the second preamplifier 40 is distributed to both the analog system 50 and the digital system 60 .
  • the volume adjustment circuit 51 has a function of adjusting the amplitude of the body sound signal based on the user's operation on the volume adjustment input section (not shown) of the electronic stethoscope 10 . That is, the volume adjustment circuit 51 adjusts the volume of body sounds emitted from the acoustic device 100 .
  • the volume adjustment circuit 51 is configured by an analog circuit that processes the body sound signal as an analog signal. Note that the volume adjustment circuit 51 is an example of an adjustment circuit in technology disclosed herein.
  • the automatic level control circuit 52 has a function of suppressing the amplitude of the body sound signal when the amplitude of the body sound signal exceeds a certain level. As a result, it is possible to prevent an excessively loud sound that is suddenly generated from being reproduced.
  • the automatic level control circuit 52 is composed of an analog circuit that processes the body sound signal as it is, and includes, for example, a transistor whose gate receives the output signal of the amplification section 41 of the second preamplifier 40. may
  • the output amplifier 53 amplifies the body sound signal to power suitable for outputting as sound.
  • the output amplifier 53 is composed of an analog circuit that processes the body sound signal as an analog signal.
  • An output signal from the output amplifier 53 is supplied to the acoustic device 100 connected to the analog output terminal 54 .
  • the acoustic device 100 is a device such as headphones and earphones that converts body sound signals into sound waves. Body sounds detected by the electronic stethoscope 10 are observed by the user through the acoustic device 100 .
  • the tone control circuit 61 has a function of controlling the balance between the high frequency components and the low frequency components of the body sound signal based on the user's operation of the tone adjustment input section (not shown) of the electronic stethoscope 10 .
  • the analog/digital converter 62 converts the analog body sound signal into a digital signal and outputs it.
  • the communication circuit 63 transmits the digital body sound signal to an external device by at least one of wired communication and wireless communication.
  • the wireless communication method may be, for example, Bluetooth (registered trademark).
  • the communication circuit 63 may have a communication port for transmitting the body sound signal in digital format by wired communication.
  • the communication port may be, for example, a USB (Universal Serial Bus) port.
  • the body sound signal in digital format transmitted from the communication circuit 63 can be reproduced as sound or an image (signal waveform) in an external device.
  • the electronic stethoscope 10 includes the analog system 50 that processes the body sound signal output from the body sound sensor 20 without converting it into a digital signal and outputs the digital signal to the outside, and a digital system 60 that converts body sound signals into digital signals and outputs them.
  • the body sound sensor 20 includes a polymer composite piezoelectric body in which piezoelectric particles are dispersed in a viscoelastic matrix made of a polymer material having viscoelasticity at room temperature.
  • body sounds can be detected with higher sound quality than those configured including piezoelectric ceramics, so digital signal processing is unnecessary for improving sound quality. becomes.
  • the analog system 50 processes body sound signals as they are without converting them into digital signals, and supplies them to the acoustic device 100 . Therefore, deterioration of body sound signals due to sampling and quantization is avoided, and natural body sounds can be reproduced in the acoustic device 100 without discomfort. That is, the electronic stethoscope 10 according to the present embodiment can improve the sound quality of detected body sounds and auscultatory sounds. Further, since the electronic stethoscope 10 includes not only the analog system 50 but also the digital system 60, various processes such as storage, transfer, visualization, processing, and analysis of body sound signals are facilitated.
  • preprocessing including amplification processing and filtering processing performed on the body sound signal output from the body sound sensor 20 is performed by the first preamplifier 30 and the second preamplifier. performed by the preamplifier 40;
  • a preamplifier that performs preprocessing of body sound signals is required to receive body sound signals with high input impedance in order to increase the SN ratio. , is not easy to implement with a single amplifier circuit.
  • the first preamplifier 30 has a function of receiving body sound signals with high input impedance
  • the second preamplifier 40 has a function of filtering
  • the first preamplifier 30 and the second preamplifier 40 have a function of filtering.
  • 2 preamplifiers 40 serve the signal amplification function. This enables desired signal processing while ensuring high input impedance.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the second preamplifier 40 according to the second embodiment of the disclosed technology.
  • the second preamplifier 40 according to this embodiment includes an operational amplifier 421 , resistance elements 422 , 423 , 424 and 425 and capacitors 426 , 427 and 428 .
  • the resistance element 422 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 421 .
  • the resistance element 423 has one end connected to the other end of the resistance element 422 and the other end connected to the output terminal of the first preamplifier 30 .
  • the resistance element 424 has one end connected to the output terminal of the operational amplifier 421 and the other end connected to the connecting portion between the resistance elements 422 and 423 .
  • the resistance element 425 has one end connected to the output terminal of the operational amplifier 421 and the other end serving as the output terminal of the second preamplifier 40 .
  • the capacitor 426 has one end connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 421 and the other end connected to the output terminal of the operational amplifier 421 .
  • the capacitor 427 has one end connected to the connecting portion between the resistance elements 422 and 423 and the other end connected to the ground potential.
  • the capacitor 428 has one end connected to the other end of the resistance element 425 and the other end connected to the ground potential.
  • a non-inverting input terminal of the operational amplifier 421 is connected to the reference voltage Vref.
  • the operational amplifier 421, resistance elements 422, 423, 424, and capacitors 426, 427 constitute a secondary multiple feedback active low-pass filter.
  • the resistive element 425 and capacitor 428 form a first-order passive low-pass filter.
  • the operational amplifier 421 is an example of a third operational amplifier in technology disclosed herein.
  • the resistance element 422 is an example of a fifth resistance element in technology disclosed herein.
  • the resistance element 423 is an example of a sixth resistance element in technology disclosed herein.
  • the resistance element 424 is an example of a seventh resistance element in technology disclosed herein.
  • Capacitor 426 is an example of a third capacitor in technology disclosed herein.
  • Capacitor 427 is an example of a fourth capacitor in technology disclosed herein.
  • the amplification factor of the second preamplifier 40 according to the present embodiment corresponds to the ratio R7/R6 between the resistance value R6 of the resistance element 423 and the resistance value R7 of the resistance element 424.
  • the ratio R7/R6 is preferably 1 ⁇ R7/R6 ⁇ 10.
  • the angle of the shoulder portion of the frequency characteristic of the second preamplifier 40 according to the present embodiment is set to 90° by increasing the ratio C4/C3 between the capacitance C3 of the capacitor 426 and the capacitance C4 of the capacitor 427. can get closer.
  • the ratio C4/C3 is preferably 5 ⁇ C4/C3 ⁇ 35, more preferably 20 ⁇ C4/C3 ⁇ 30.
  • the second preamplifier 40 according to the present embodiment can exhibit the same function as the second preamplifier 40 (see FIG. 4) according to the first embodiment.

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Abstract

電子聴診器は、生体音を検出してアナログ形式の生体音信号を出力する生体音センサと、生体音信号をデジタル信号に変換することなく処理して外部に出力するアナログ系統と、生体音信号をデジタル信号に変換して出力するデジタル系統と、を含む。

Description

電子聴診器
　開示の技術は電子聴診器に関する。
　電子聴診器に関する技術として、以下の技術が知られている。例えば、特表平１０－５０４７４８号公報には、マイクロフォン等の振動変換器、インピーダンス変換を行う前置増幅器、プリエンファシスを行う増幅器、アナログ・デジタル変換器、デジタルフィルタ及びデジタル・アナログ変換器を含んで構成されるユニット、出力増幅器及びスピーカを含むデジタル聴診器が記載されている。
　従来の電子聴診器においては、心音及び呼吸音等の生体音を検出する圧電体やコンデンサーマイク等を備えた生体音センサから出力されるアナログ形式の生体音信号をデジタル信号に変換した後、フィルタ処理及びイコライジング処理等の各種の信号処理を行っている。信号処理が施されたデジタル形式の生体音信号はアナログ信号に変換され、ヘッドホン及びイヤホン等の音響デバイスにおいて音声として出力される。
　従来の電子聴診器においては、生体音センサの感度特性を補償するためのデジタル信号処理が必須となっている。すなわち、従来の生体音センサを構成する圧電セラミックスなどは、生体音の主たる周波数域である１ＫＨｚ以下の感度が十分ではない。また、コンデンサーマイクや圧電セラミックス、圧電体は一般的には誘電損失が小さいため音が熱に変換されにくく、残響音が発生する。また、特に周囲の騒音も大きく影響する。従って、従来の電子聴診器においては、生体音センサの上記したような感度特性を補償して音質を改善するためのデジタル信号処理が必須となっている。
　しかしながら、生体音信号をデジタル信号に変換する際の標本化（サンプリング）及び量子化によって生体音信号が劣化する。デジタル変換によって劣化した生体音信号を再生して観測される生体音は、本来の生体音や従来のアナログ聴診器の聴診音からかけ離れたものとなり、聴診による診断に悪影響を与える可能性があった。
　開示の技術は、上記の点に鑑みてなされたものであり、検出された生体音、聴診音の音質を向上させることができる電子聴診器を提供することを目的とする。
　開示の技術に係る電子聴診器は、生体音を検出してアナログ形式の生体音信号を出力する生体音センサと、生体音信号をデジタル信号に変換することなく処理して外部に出力するアナログ系統と、生体音信号をデジタル信号に変換して出力するデジタル系統と、を含む。
　生体音センサは、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性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を含んで構成されていてもよい。
　電子聴診器は、生体音信号を増幅させる第１のプリアンプと、生体音信号に含まれる高周波成分を減衰させる第２のプリアンプと、を含み、第２のプリアンプの出力信号が、アナログ系統と、デジタル系統とに分配されてもよい。第１のプリアンプは、入力インピーダンスＺが５０ｋΩ≦Ｚ≦１０ＭΩであり、第２のプリアンプは、カットオフ周波数ｆＣが１ｋＨｚ≦ｆＣ≦３ｋＨｚ且つ減衰傾度Ａが１２ｄＢ／ｏｃｔ≦Ａ≦３６ｄＢ／ｏｃｔであることが好ましい。
　第２のプリアンプは、増幅部と、フィルタ部とを含んでいてもよい。増幅部は、第１の反転入力端子、第１の非反転入力端子及び第１の出力端子を有する第１の演算増幅器と、一端が第１のプリアンプの出力端に接続され、他端が第１の反転入力端子に接続された第１の抵抗素子と、一端が第１の反転入力端子に接続され、他端が第１の出力端子に接続された第２の抵抗素子と、を含んでいてもよい。フィルタ部は、第２の反転入力端子、第２の非反転入力端子及び第２の出力端子を有する第２の演算増幅器と、一端が第２の非反転入力端子に接続された第３の抵抗素子と、一端が非反転入力端子に接続され、他端が接地電位に接続された第１のキャパシタと、一端が第３の抵抗素子の他端に接続された第４の抵抗素子と、一端が第３の抵抗素子と第４の抵抗素子との接続部に接続され、他端が第２の反転入力端子及び第２の出力端子に接続された第２のキャパシタと、を含んでいてもよい。第１の抵抗素子の抵抗値Ｒ１と第２の抵抗素子の抵抗値Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１が１≦Ｒ２／Ｒ１≦１０であり、第１のキャパシタの静電容量Ｃ１と、第２のキャパシタの静電容量Ｃ２との比Ｃ２／Ｃ１が、３≦Ｃ２／Ｃ１≦１５であることが好ましい。
　第２のプリアンプは、第３の反転入力端子、第３の非反転入力端子及び第３の出力端子を有する第３の演算増幅器と、一端が第３の反転入力端子に接続された第５の抵抗素子と、一端が第５の抵抗素子の他端に接続された第６の抵抗素子と、一端が第３の出力端子に接続され、他端が第５の抵抗素子と第６の抵抗素子との接続部に接続された第７の抵抗素子と、一端が第３の反転入力端子に接続され、他端が第３の出力端子に接続された第３のキャパシタと、一端が第５の抵抗素子と第６の抵抗素子との接続部に接続され、他端が接地電位に接続された第４のキャパシタと、を含んでいてもよい。第６の抵抗素子の抵抗値Ｒ６と第７の抵抗素子の抵抗値Ｒ７との比Ｒ７／Ｒ６が１≦Ｒ７／Ｒ６≦１０であり、第３のキャパシタの静電容量Ｃ３と第４のキャパシタの静電容量Ｃ４との比Ｃ４／Ｃ３が、５≦Ｃ４／Ｃ３≦３５であることが好ましい。
　アナログ系統は、アナログ形式の生体音信号が出力され且つ生体音信号を音波に変換する音響デバイスが接続されるアナログ出力端子を含んでいてもよく、デジタル系統は、生体音信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器を含んでいてもよい。
　アナログ系統は、生体音信号の振幅を調整する調整回路を含んでいてもよく、デジタル系統は、デジタル信号を有線又は無線により外部に送信する通信回路を含んでいてもよい。
　開示の技術によれば　検出された生体音、聴診音の音質を向上させることができる電子聴診器が提供される。
開示の技術の実施形態に係る電子聴診器の構成の一例を示す回路ブロック図である。 開示の技術の実施形態に係る生体音センサの構成の一例を示す断面図である。 開示の技術の実施形態に係る第１のプリアンプの構成の一例を回路図である。 開示の技術の実施形態に係る第２のプリアンプの構成の一例を回路図である。 開示の技術の実施形態に係るフィルタ部の周波数特性を模式的に示す図である。 開示の技術の実施形態に係る第２のプリアンプの構成の一例を回路図である。
　以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は適宜省略する。
［第１の実施形態］
　図１は、開示の技術の実施形態に係る電子聴診器１０の構成の一例を示す回路ブロック図である。電子聴診器１０は、生体音を検出してアナログ形式の生体音信号を出力する生体音センサ２０と、生体音信号をデジタル信号に変換することなく処理して外部に出力するアナログ系統５０と、生体音信号をデジタル信号に変換して外部に出力するデジタル系統６０と、を備えている。また、電子聴診器１０は、生体音信号を増幅する第１のプリアンプ３０と、生体音信号に含まれる高周波成分を減衰させる第２のプリアンプ４０と、を備えており、第２のプリアンプ４０の出力信号が、アナログ系統５０及びデジタル系統６０の双方に分配される。
　アナログ系統５０は、音量調整回路５１、自動レベル制御回路５２、出力アンプ５３及びアナログ出力端子５４を含んで構成されている。アナログ出力端子５４には、ヘッドホン及びイヤホン等の生体音信号を音波に変換する音響デバイス１００が接続される。デジタル系統６０は、トーン制御回路６１、アナログ・デジタル変換器６２及び通信回路６３を含んで構成されている。以下において、電子聴診器１０の上記の各構成要素について詳細に説明する。
　生体音センサ２０は、被検者の心音及び呼吸音等の生体音を検出してアナログ形式の電気信号である生体音信号を出力する。図２は、生体音センサ２０の構成の一例を示す断面図である。生体音センサ２０は、振動を電気信号に変換する圧電フィルム２１及び保護層２７を含んで構成されている。生体音センサ２０において生体音を検出する場合、圧電フィルム２１及び保護層２７からなる積層体は、被検者２００の皮膚に接触した状態とされる。圧電フィルム２１及び保護層２７からなる積層体は可撓性を有しており、被検者２００の皮膚に密着させることができる。これにより、生体音の検出感度を高めることができる。
　圧電フィルム２１は、圧電体層２２、第１の電極２５及び第２の電極２６を含んで構成されている。圧電体層２２は、第１の電極２５と第２の電極２６との間に挟まれている。圧電体層２２は、被検者２００から発せられる生体音によって面内方向に伸縮する。これにより、第１の電極２５と第２の電極２６との間に電圧が生じる。本実施形態において、圧電体層２２は、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス２３中に圧電体粒子２４を分散してなる高分子複合圧電体によって構成されている。なお、圧電体粒子２４は、粘弾性マトリックス２３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。
　粘弾性マトリックス２３として、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高分子材料を好適に用いることが可能である。
　圧電体粒子２４は、例えば、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ってもよい。圧電体粒子２４として、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を好適に用いることが可能である。
　第１の電極２５及び第２の電極２６の厚さは、特に限定は無いが、圧電フィルム２１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２５及び第２の電極２６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２５及び第２の電極２６の材料として、例えば、真空蒸着によって成膜された銅（Ｃｕ）及びアルミ（Ａｌ）の薄膜、導電性ポリマー等を好適に用いることができる。
　保護層２７は圧電フィルム２１を保護する機能を有する。また、保護層２７は、圧電フィルム２１と被検者２００との間の音響インピーダンスの差を緩和する緩衝層としても機能する。すなわち、保護層２７は、圧電フィルム２１の音響インピーダンスと被検者２００の音響インピーダンスとの中間の音響インピーダンスを有する。これにより、高音質な状態で生体音を検出することが可能となる。保護層２７として、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等を好適に用いることが可能である。
　上記したように、本実施形態に係る生体音センサ２０は、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性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を含んで構成され、可撓性を有しているので、被検者２００の皮膚に密着させることができる。これにより、可撓性を有さない圧電セラミックスを含んで構成されるものと比較して、生体音の周波数域（例えば１ＫＨｚ以下）の検出感度が高くなる。また、本実施形態に係る生体音センサ２０によれば、圧電セラミックスを含んで構成されるものと比較して誘電損失を５倍～１０倍程大きくすることができる。誘電損失が大きくなることで、振動の熱への変換が促進され、残響音が抑制される。本実施形態に係る生体音センサ２０によれば、圧電セラミックスを含んで構成されるものと比較して、生体音を高音質で検出することができるので、音質を改善するためデジタル信号処理が不要となる。すなわち、生体音センサ２０から出力される生体音信号に対してアナログ信号処理のみを行って再生したとしても、高音質な生体音を得ることができる。生体音センサ２０から出力された生体音信号は、第１のプリアンプに供給される。
　図３は、第１のプリアンプ３０の構成の一例を回路図である。第１のプリアンプ３０は、生体音センサ２０から出力される生体音信号を増幅させる機能を有する。第１のプリアンプ３０は、トランジスタ３０１、３０５、抵抗素子３０２、３０３、３０６、３０７及びキャパシタ３０４、３０８、３０９を含んで構成されている。
　トランジスタ３０１は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）であり、ソースが電源電位に接続され、ドレインが抵抗素子３０３の一端に接続され、ゲートが抵抗素子３０２の一端に接続されている。抵抗素子３０３の他端及びトランジスタ３０１のドレインは、それぞれ接地電位に接続されている。トランジスタ３０１、抵抗素子３０２、３０３によっていわゆるソースフォロワ回路が構成されている。
　トランジスタ３０１のゲートは、生体音センサ２０からの生体音信号が入力される入力端子、すなわち、第１のプリアンプ３０の入力端子とされている。この入力端子における入力インピーダンスは高いことが好ましい。入力インピーダンスが過度に低くなると、電荷が散逸し、生体音信号の振幅が小さくなり、これを補償するべく信号増幅を行うと、ノイズ成分も増幅され、結果としてＳＮ比が低下してしまうからである。第１のプリアンプ３０の入力インピーダンスＺは、５０ｋΩ≦Ｚ≦１０ＭΩであることが好ましい。第１のプリアンプ３０の入力インンピーダンスＺを５０ｋΩ以上とすることで、ＳＮ比の低下を抑制することができる。第１のプリアンプ３０の入力インンピーダンスＺを１０ＭΩ以下とすることで、ノイズ耐性を確保することができる。第１のプリアンプ３０の入力インピーダンスは、トランジスタ３０１の入力インピーダンス及び抵抗素子３０２の抵抗値によって定まる。従って、トランジスタ３０１は入力インピーダンスが高いＭＯＳＦＥＴであることが好ましい。
　トランジスタ３０１、抵抗素子３０２、３０３を含んで構成されるソースフォロワ回路によってインピーダンス変換された生体音信号は、トランジスタ３０５、抵抗素子３０６、３０７、キャパシタ３０４、３０８を含んで構成される増幅回路によって増幅される。トランジスタ３０５は、バイポーラ型のＮＰＮトランジスタであり、コレクタが、抵抗素子３０７及びキャパシタ３０８を並列接続したＣＲ並列回路を介して電源電位に接続され、ベースがキャパシタ３０４を介してトランジスタ３０１のドレインに接続され、エミッタが接地電位に接続されている。抵抗素子３０６は、一端がトランジスタ３０５のコレクタに接続され、他端がトランジスタ３０５のベースに接続されている。キャパシタ３０９は、一端がトランジスタ３０５のコレクタに接続され、他端が第１のプリアンプ３０の出力端とされている。キャパシタ３０４、３０９は、直流成分を遮断するカップリングコンデンサとして機能する。第１のプリアンプ３０における増幅回路を、上記したようないわゆるエミッタ接地増幅回路によって構成することで、高利得且つ低雑音な特性を得ることができる。第１のプリアンプ３０の出力端から出力される、増幅された生体音信号は、第２のプリアンプ４０に供給される。
　図４は、第２のプリアンプ４０の構成の一例を回路図である。第２のプリアンプ４０は、第１のプリアンプ３０から供給される生体音信号を更に増幅させるとともに、生体音信号に含まれる高周波成分を減衰させる機能を有する。第２のプリアンプ４０は、信号増幅機能を担う増幅部４１と、高周波成分を減衰させる機能を担うフィルタ部４２とを含んで構成されている。
　増幅部４１は、演算増幅器４０２、抵抗素子４０３、４０４、４０５を含んで構成されている。抵抗素子４０３は、一端が基準電圧Ｖｒｅｆに接続され、他端が演算増幅器４０２の非反転入力端子に接続されている。抵抗素子４０４は、一端が第１のプリアンプ３０の出力端に接続され、他端が演算増幅器４０２の反転入力端子に接続されている。抵抗素子４０５は、一端が演算増幅器４０２の反転入力端子に接続され、他端が演算増幅器４０２の出力端子に接続されている。演算増幅器４０２、抵抗素子４０３、４０４、４０５によって、いわゆる反転増幅回路が構成されている。なお、演算増幅器４０２は、開示の技術における第１の演算増幅器の一例である。抵抗素子４０４は、開示の技術における第１の抵抗素子の一例である。抵抗素子４０５は、開示の技術における第２の抵抗素子の一例である。増幅部４１における増幅率は、第１のプリアンプ３０における増幅率に応じて適宜設定される。増幅部４１における増幅率は、抵抗素子４０４の抵抗値Ｒ１と、抵抗素子４０５の抵抗値Ｒ２の比Ｒ２／Ｒ１に応じたものとなる。比Ｒ２／Ｒ１は、１≦Ｒ２／Ｒ１≦１０であることが好ましい。増幅部４１によって増幅された生体音信号は、フィルタ部４２に供給される。
　フィルタ部４２は、演算増幅器４０６、抵抗素子４０７、４０８、４０９及びキャパシタ４１０、４１１、４１２、４１３を含んで構成されている。抵抗素子４０７は、一端が演算増幅器４０６の非反転入力端子に接続されている。抵抗素子４０８は、一端が抵抗素子４０７の他端に接続されている。抵抗素子４０９は、一端が抵抗素子４０８の他端に接続され、他端が演算増幅器４０２の出力端子に接続されている。キャパシタ４１０は、一端が演算増幅器４０６の非反転入力端子に接続され、他端が接地電位に接続されている。キャパシタ４１１は、一端が抵抗素子４０７と抵抗素子４０８との接続部に接続され、他端が演算増幅器４０６の反転入力端子及び出力端子に接続されている。キャパシタ４１２は、一端が抵抗素子４０８と抵抗素子４０９との接続部に接続されている。キャパシタ４１３は、一端が演算増幅器４０６の出力端子に接続され、他端が第２のプリアンプ４０の出力端とされている。
　演算増幅器４０６、抵抗素子４０７、４０８及びキャパシタ４１０、４１１によって２次の電圧制御電圧源型（ＶＣＶＳ型）のアクティブ・ローパスフィルタが構成される。抵抗素子４０９及びキャパシタ４１２によって１次のパッシブ・ローパスフィルタが構成される。なお、演算増幅器４０６は、開示の技術における第２の演算増幅器の一例である。抵抗素子４０７は、開示の技術における第３の抵抗素子の一例である。抵抗素子４０８は、開示の技術における第４の抵抗素子の一例である。キャパシタ４１０は、開示の技術における第１のキャパシタの一例である。キャパシタ４１１は、開示の技術における第２のキャパシタの一例である。
　図５は、フィルタ部４２の周波数特性を模式的に示す図である。図５において横軸は、フィルタ部４２に入力される信号の周波数であり、縦軸はフィルタ部４２における利得である。図５に示すように、フィルタ部４２は、入力される信号の高周波数成分を減衰させる。フィルタ部４２におけるカットオフ周波数ｆＣは、１ｋＨｚ≦ｆＣ≦３ｋＨｚであることが好ましい。これにより、生体音信号に含まれる生体音以外の成分を除去することができる。
　フィルタ部４２の周波数特性としては、カットオフ周波数ｆＣの前後で利得が急激に変化することが理想的である。すなわち、周波数特性の肩部分の角度が９０°であること及び減衰傾度Ａが大きいことが好ましい。なお減衰傾度Ａは、周波数の変化量Δｆに対する利得の変化量ΔＧであり、Ａ＝｜ΔＧ｜／｜Δｆ｜である。
　フィルタ部４２の減衰傾度Ａは、１２ｄＢ／ｏｃｔ≦Ａ≦３６ｄＢ／ｏｃｔであることが好ましい。フィルタ部４２の減衰傾度Ａは、ローパスフィルタの次数によって制御することが可能である。本実施形態においては、フィルタ部４２を、抵抗素子４０９及びキャパシタ４１２によって構成される１次のローパスフィルタと、演算増幅器４０６、抵抗素子４０７、４０８及びキャパシタ４１０、４１１によって構成される２次のローパスフィルタの多段構成とすることで、３次のローパスフィルタを構成している。この構成によれば、減衰傾度Ａは１８ｄＢ／ｏｃｔとなる。
　なお、フィルタ部４２を、２次のローパスフィルタのみで構成してもよい。この構成によれば、減衰傾度Ａは１２ｄＢ／ｏｃｔとなる。また、フィルタ部４２を、１次のローパスフィルタ１段と、２次のローパスフィルタ２段の多段構成とすることで、５次のローパスフィルタを構成してもよい。この構成によれば、減衰傾度Ａは３０ｄＢ／ｏｃｔとなる。また、フィルタ部４２を、１次のローパスフィルタ２段と、２次のローパスフィルタ２段の多段構成とすることで、６次のローパスフィルタを構成してもよい。この構成によれば、減衰傾度Ａは３６ｄＢ／ｏｃｔとなる。
　フィルタ部４２の周波数特性の肩部分の角度については、キャパシタ４１０の静電容量Ｃ１と、キャパシタ４１１の静電容量Ｃ２の比Ｃ２／Ｃ１を大きくすることで９０°に近づけることができる。比Ｃ２／Ｃ１は、３≦Ｃ２／Ｃ１≦１５であることが好ましく、３≦Ｃ２／Ｃ１≦１０であることが更に好ましい。
　以上のように、生体音センサ２０から出力された生体音信号に対しては、第１のプリアンプ３０及び第２のプリアンプ４０において、増幅処理及びフィルタ処理を含む前処理が施される。前処理が施された生体音信号、すなわち、第２のプリアンプ４０の出力信号は、アナログ系統５０及びデジタル系統６０の双方に分配される。
　音量調整回路５１は、電子聴診器１０が備える音量調整用の入力部（図示せず）に対するユーザ操作に基づいて生体音信号の振幅を調整する機能を有する。すなわち、音量調整回路５１によって、音響デバイス１００から発せられる生体音の音量が調整される。音量調整回路５１は、生体音信号をアナログ信号のまま処理するアナログ回路によって構成される。なお、音量調整回路５１は、開示の技術における調整回路の一例である。
　自動レベル制御回路５２は、生体音信号の振幅が一定以上となった場合に、生体音信号の振幅を抑制する機能を有する。これにより、突発的に発生する過大な音が再生されることを防止することができる。自動レベル制御回路５２は、生体音信号をアナログ信号のまま処理するアナログ回路によって構成され、例えば、第２のプリアンプ４０の増幅部４１の出力信号がゲートに入力されるトランジスタを含んで構成されていてもよい。
　出力アンプ５３は、生体音信号を音声として出力するのに適した電力に増幅する。出力アンプ５３は、生体音信号をアナログ信号のまま処理するアナログ回路によって構成される。出力アンプ５３の出力信号は、アナログ出力端子５４に接続された音響デバイス１００に供給される。音響デバイス１００は、ヘッドホン及びイヤホン等の、生体音信号を音波に変換するデバイスである。電子聴診器１０によって検出された生体音は、音響デバイス１００を介してユーザによって観測される。
　トーン制御回路６１は、電子聴診器１０が備えるトーン調整用の入力部（図示せず）に対するユーザによる操作に基づいて生体音信号の高周波成分と低周波成分とのバランスを制御する機能を有する。
　アナログ・デジタル変換器６２は、アナログ形式の生体音信号をデジタル信号に変換して出力する。
　通信回路６３は、デジタル形式の生体音信号を、有線通信及び無線通信の少なくとも一方の方式によって外部のデバイスに送信する。無線通信の方式は、例えばBluetooth（登録商標）であってもよい。また、通信回路６３は、デジタル形式の生体音信号を有線通信によって伝送するための通信ポートを備えていてもよい。通信ポートは、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポートであってもよい。通信回路６３から送信されるデジタル形式の生体音信号は、外部のデバイスにおいて、音声又は画像（信号波形）として再生することが可能である。
　以上のように、開示の技術の実施形態に係る電子聴診器１０は、生体音センサ２０から出力される生体音信号をデジタル信号に変換することなく処理して外部に出力するアナログ系統５０と、生体音信号をデジタル信号に変換して出力するデジタル系統６０と、を含む。生体音センサ２０は、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性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を含んで構成されている。
　本実施形態に係る生体音センサ２０によれば、圧電セラミックスを含んで構成されるものと比較して、生体音を高音質で検出することができるので、音質を改善するためデジタル信号処理が不要となる。本実施形態に係る電子聴診器１０においては、アナログ系統５０において、生体音信号がデジタル信号に変換されることなくアナログ信号のまま処理されて、音響デバイス１００に供給される。従って、標本化（サンプリング）及び量子化に伴う生体音信号の劣化が回避され、音響デバイス１００において、違和感のない自然な生体音を再生することができる。すなわち、本実施形態に係る電子聴診器１０によれば、検出された生体音、聴診音の音質を向上させることができる。また、電子聴診器１０が、アナログ系統５０のみならずデジタル系統６０をも備えることで、生体音信号の保存、転送、可視化、加工、解析等の各種の処理が容易となる。
　また、本実施形態に係る電子聴診器１０においては、生体音センサ２０から出力される生体音信号に対して行われる増幅処理及びフィルタ処理を含む前処理が、第１のプリアンプ３０及び第２のプリアンプ４０によって行われる。生体音信号の前処理を行うプリアンプにおいては、ＳＮ比を高めるために、生体音信号を高い入力インピーダンスで受けることが求められるが、高入力インピーダンスを確保しつつ、所望の信号処理を行うことを、単一の増幅回路によって実現することは容易ではない。本実施形態に係る電子聴診器１０においては、第１のプリアンプ３０が、生体音信号を高入力インピーダンスで受ける機能を担い、第２のプリアンプ４０がフィルタ機能を担い、第１のプリアンプ３０及び第２のプリアンプ４０の双方が信号増幅機能を担う。これにより、高入力インピーダンスを確保しつつ、所望の信号処理が可能となる。
［第２の実施形態］
　図６は、開示の技術の第２の実施形態に係る第２のプリアンプ４０の構成の一例を示す回路図である。本実施形態に係る第２のプリアンプ４０は、演算増幅器４２１、抵抗素子４２２、４２３、４２４、４２５及びキャパシタ４２６、４２７、４２８を含んで構成されている。
　抵抗素子４２２は、一端が演算増幅器４２１の反転入力端子に接続されている。抵抗素子４２３は、一端が抵抗素子４２２の他端に接続され、他端が第１のプリアンプ３０の出力端に接続されている。抵抗素子４２４は、一端が演算増幅器４２１の出力端子に接続され、他端が抵抗素子４２２と抵抗素子４２３との接続部に接続されている。抵抗素子４２５は、一端が演算増幅器４２１の出力端子に接続され、他端が第２のプリアンプ４０の出力端とされている。キャパシタ４２６は、一端が演算増幅器４２１の反転入力端子に接続され、他端が演算増幅器４２１の出力端子に接続されている。
キャパシタ４２７は、一端が抵抗素子４２２と抵抗素子４２３との接続部に接続され、他端が接地電位に接続されている。キャパシタ４２８は、一端が抵抗素子４２５の他端に接続され、他端が接地電位に接続されている。演算増幅器４２１の非反転入力端子は基準電圧Ｖｒｅｆに接続されている。
　演算増幅器４２１、抵抗素子４２２、４２３、４２４及びキャパシタ４２６、４２７によって２次の多重帰還型のアクティブ・ローパスフィルタが構成される。抵抗素子４２５及びキャパシタ４２８によって１次のパッシブ・ローパスフィルタが構成される。なお、演算増幅器４２１は、開示の技術における第３の演算増幅器の一例である。抵抗素子４２２は、開示の技術における第５の抵抗素子の一例である。抵抗素子４２３は、開示の技術における第６の抵抗素子の一例である。抵抗素子４２４は、開示の技術における第７の抵抗素子の一例である。キャパシタ４２６は、開示の技術における第３のキャパシタの一例である。キャパシタ４２７は、開示の技術における第４のキャパシタの一例である。
　本実施形態に係る第２のプリアンプ４０における増幅率は、抵抗素子４２３の抵抗値Ｒ６と、抵抗素子４２４の抵抗値Ｒ７の比Ｒ７／Ｒ６に応じたものとなる。比Ｒ７／Ｒ６は、１≦Ｒ７／Ｒ６≦１０であることが好ましい。本実施形態に係る第２のプリアンプ４０の周波数特性の肩部分の角度については、キャパシタ４２６の静電容量Ｃ３と、キャパシタ４２７の静電容量Ｃ４の比Ｃ４／Ｃ３を大きくすることで９０°に近づけることができる。比Ｃ４／Ｃ３は、５≦Ｃ４／Ｃ３≦３５であることが好ましく、２０≦Ｃ４／Ｃ３≦３０であることが更に好ましい。
　本実施形態に係る第２のプリアンプ４０によれば、第１の実施形態に係る第２のプリアンプ４０（図４参照）と同様の機能を発揮することができる。
　なお、２０２１年２月２６日に出願された日本国特許出願２０２１－０３０７８３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 (10)

  1. 　生体音を検出してアナログ形式の生体音信号を出力する生体音センサと、
    　前記生体音信号をデジタル信号に変換することなく処理して外部に出力するアナログ系統と、
    　前記生体音信号をデジタル信号に変換して出力するデジタル系統と、
    　を含む電子聴診器。
  2. 　前記生体音センサは、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性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を含んで構成されている
    　請求項１に記載の電子聴診器。
  3. 　前記生体音信号を増幅させる第１のプリアンプと、
    　前記生体音信号に含まれる高周波成分を減衰させる第２のプリアンプと、を含み、
    　前記第２のプリアンプの出力信号が、前記アナログ系統と、前記デジタル系統とに分配される
    　請求項１又は請求項２に記載の電子聴診器。
  4. 　前記第１のプリアンプは、入力インピーダンスＺが５０ｋΩ≦Ｚ≦１０ＭΩであり、
    　前記第２のプリアンプは、カットオフ周波数ｆＣが１ｋＨｚ≦ｆＣ≦３ｋＨｚ且つ減衰傾度Ａが１２ｄＢ／ｏｃｔ≦Ａ≦３６ｄＢ／ｏｃｔである
    　請求項３に記載の電子聴診器。
  5. 　前記第２のプリアンプは、増幅部と、フィルタ部とを含み、
    　前記増幅部は、
    　第１の反転入力端子、第１の非反転入力端子及び第１の出力端子を有する第１の演算増幅器と、
    　一端が前記第１のプリアンプの出力端に接続され、他端が前記第１の反転入力端子に接続された第１の抵抗素子と、
    　一端が前記第１の反転入力端子に接続され、他端が前記第１の出力端子に接続された第２の抵抗素子と、を含み、
    　前記フィルタ部は、
    　第２の反転入力端子、第２の非反転入力端子及び第２の出力端子を有する第２の演算増幅器と、
    　一端が前記第２の非反転入力端子に接続された第３の抵抗素子と、
    　一端が前記非反転入力端子に接続され、他端が接地電位に接続された第１のキャパシタと、
    　一端が前記第３の抵抗素子の他端に接続された第４の抵抗素子と、
    　一端が前記第３の抵抗素子と前記第４の抵抗素子との接続部に接続され、他端が前記第２の反転入力端子及び前記第２の出力端子に接続された第２のキャパシタと、
    　を含む請求項３又は請求項４に記載の電子聴診器。
  6. 　前記第１の抵抗素子の抵抗値Ｒ１と前記第２の抵抗素子の抵抗値Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１が１≦Ｒ２／Ｒ１≦１０であり、
    　前記第１のキャパシタの静電容量Ｃ１と、前記第２のキャパシタの静電容量Ｃ２との比Ｃ２／Ｃ１が、３≦Ｃ２／Ｃ１≦１５である
    　請求項５に記載の電子聴診器。
  7. 　前記第２のプリアンプは、
    　第３の反転入力端子、第３の非反転入力端子及び第３の出力端子を有する第３の演算増幅器と、
    　一端が前記第３の反転入力端子に接続された第５の抵抗素子と、
    　一端が前記第５の抵抗素子の他端に接続された第６の抵抗素子と、
    　一端が前記第３の出力端子に接続され、他端が前記第５の抵抗素子と前記第６の抵抗素子との接続部に接続された第７の抵抗素子と、
    　一端が前記第３の反転入力端子に接続され、他端が前記第３の出力端子に接続された第３のキャパシタと、
    　一端が前記第５の抵抗素子と前記第６の抵抗素子との接続部に接続され、他端が接地電位に接続された第４のキャパシタと、
    　を含む請求項３又は請求項４に記載の電子聴診器。
  8. 　前記第６の抵抗素子の抵抗値Ｒ６と前記第７の抵抗素子の抵抗値Ｒ７との比Ｒ７／Ｒ６が１≦Ｒ７／Ｒ６≦１０であり、
    　前記第３のキャパシタの静電容量Ｃ３と前記第４のキャパシタの静電容量Ｃ４との比Ｃ４／Ｃ３が、５≦Ｃ４／Ｃ３≦３５である
    　請求項７に記載の電子聴診器。
  9. 　前記アナログ系統は、アナログ形式の前記生体音信号が出力され且つ前記生体音信号を音波に変換する音響デバイスが接続されるアナログ出力端子を含み、
    　前記デジタル系統は、前記生体音信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器を含む
    　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電子聴診器。
  10. 　前記アナログ系統は、前記生体音信号の振幅を調整する調整回路を含み、
    　前記デジタル系統は、前記デジタル信号を有線又は無線により外部に送信する通信回路を含む
    　請求項９に記載の電子聴診器。
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