(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の心音を検出する心音検出装置であって、
前記生体の胸部から離れた体表面上の所定部位において該生体内の骨に向かって押圧させられ、該部位に生じる振動を検出して、該振動を表す振動信号を出力する振動センサと、
該振動センサから出力される振動信号から心音を抽出する心音抽出手段とを含み、
前記振動センサは、手首における骨とともに橈骨動脈も押圧することができる大きさとされた可撓性の圧電シートであって、該骨および該橈骨動脈に向かって押圧させられるものであり、
該圧電シートから出力される振動信号に基づいて橈骨動脈波を決定する橈骨動脈波決定手段をさらに備えていることを特徴とする心音検出装置。
【請求項２】
生体の動脈内を伝播する脈波の伝播速度に関連する脈波伝播速度情報を測定するための脈波伝播速度情報測定装置であって、
請求項１に記載の心音検出装置と、
該心音検出装置の心音抽出手段により抽出された心音において所定部位が発生した時間と、該心音検出装置の橈骨動脈波決定手段により決定された橈骨動脈波において所定部位が発生した時間との時間差に基づいて、前記脈波伝播速度情報を算出する脈波伝播速度情報算出手段と
を、含むことを特徴とする脈波伝播速度情報測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、胸部から離れた部位において心音を検出できる心音検出装置、およびその心音検出装置を利用する脈波伝播速度情報測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
心音は、弁膜症や先天性心臓病などの診断に用いられるほか、生体の所定の２部位間を脈波が伝播する時間である脈波伝播時間や動脈内を脈波が伝播する速度である脈波伝播速度などの脈波伝播速度情報の算出にも利用できる。なお、脈波伝播速度情報は、動脈硬化の推定や血圧の推定に利用される。
【０００３】
従来、心音は心音マイクロホンによって検出されており、心音は心臓の弁の開閉に伴う振動、血流音等であることから、心音マイクロホンは、主として生体の胸部（特に心臓の直上部）の表皮に装着されていた（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−６０８４５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、心音マイクロホンを装着するには、胸部を露出させるために着衣を脱ぐなどの手間が必要となるので、腕や首などにセンサを装着する場合に比較して心音マイクロホンの装着は比較的面倒であった。
【０００６】
また、脈波伝播速度情報の算出には生体の所定の２部位において発生する心拍同期信号を検出する必要があることから、胸部に装着される心音マイクロホンによって得られる心音を一方の心拍同期信号としてを脈波伝播速度情報を算出するには、心音マイクロホンとは別に心拍同期信号を検出するためのセンサを生体に装着しなければならないという不都合があった。
【０００７】
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、胸部から離れた部位で心音を検出することができる心音検出装置、およびその心音検出装置を利用することによってセンサの装着を容易とした脈波伝播速度情報測定装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本出願人は、先に、生体から離れた部位において動脈から発生する圧脈波を検出して、その圧脈波から心音成分を抽出する心音検出装置を出願してすでに公開された（特開２００２−２２４０６５）。本発明は、動脈を媒体として伝播する心音に代えて骨を媒体として伝播する心音を検出するために、動脈からの圧脈波に代えて骨の振動を検出して、その振動から心音成分を抽出する発明である。
【０００９】
【課題を解決するための第１の手段】
すなわち、上記目的を達成するための第１発明は、生体の心音を検出する心音検出装置であって、前記生体の胸部から離れた体表面上の所定部位においてその生体内の骨に向かって押圧させられ、その部位に生じる振動を検出して、その振動を表す振動信号を出力する振動センサと、その振動センサから出力される振動信号から心音を抽出する心音抽出手段とを含み、前記振動センサは、手首における骨とともに橈骨動脈も押圧することができる大きさとされた可撓性の圧電シートであって、その骨およびその橈骨動脈に向かって押圧させられるものであり、その圧電シートから出力される振動信号に基づいて橈骨動脈波を決定する橈骨動脈波決定手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
【第１発明の効果】
この発明によれば、振動センサから出力される振動信号には骨を媒体として伝播した心音成分が含まれ、心音抽出手段により、その振動信号から心音が抽出されるので、胸部から離れた部位で心音を検出することができる。また、圧電シートから出力される振動信号には橈骨動脈波も含まれ、橈骨動脈波決定手段により、その振動信号から橈骨動脈波が決定され、心音抽出手段により、その振動信号から心音成分が抽出されるので、一つの振動センサから出力された振動信号から、心音および橈骨動脈波の２つの生体信号を得ることができる。
【００１２】
【課題を解決するための第２の手段】
前記目的を達成するための第２発明は、生体の動脈内を伝播する脈波の伝播速度に関連する脈波伝播速度情報を測定するための脈波伝播速度情報測定装置であって、第１発明の心音検出装置と、その心音検出装置の心音抽出手段により抽出された心音において所定部位が発生した時間と、その心音検出装置の橈骨動脈波決定手段により決定された橈骨動脈波において所定部位が発生した時間との時間差に基づいて、前記脈波伝播速度情報を算出する脈波伝播速度情報算出手段とを、含むことを特徴とする。
【００１３】
【第２発明の効果】
このようにすれば、脈波伝播速度情報を算出するための２つの基準点が、ともに、心音検出装置の振動センサから出力される振動信号から決定されるので、脈波伝播速度情報を算出するためのセンサが振動センサのみでよいことから、その装着が容易になる。
【００１４】
【発明の好適な実施の形態】
次に、本発明の好適な実施の形態を説明する。まず、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例であって、心音検出装置としての機能を備えた脈波伝播速度測定装置１０を示す概略図である。
【００１５】
この脈波伝播速度測定装置１０は、センサ部１２と、信号処理機能および表示機能を有する回路を収容するケース１４とを備えている。このセンサ部１２は、スプリング１６を介してケース１４と連結されたジンバル部材１８に取り付けられている。スプリング１６はセンサ位置調節部２０を有しており、このセンサ位置調節部２０においてジンバル部材１８がスプリング１６と連結されている。
【００１６】
図２は、図１のセンサ部１２を更に詳しく示す図である。センサアダプタ２２は図示しないピンがジンバル部材１８の第２回転軸心Ａ２上を挿通させられることによりジンバル部材１８に回転可能に取り付けられ、センサ部１２は、そのセンサアダプタ２２に固着されている。スプリング装着パッド２４は、図示しないピンがジンバル部材１８の第１回転軸心Ａ１に沿って挿通されることによりジンバル部材１８に回転可能に取り付けられており、センサ位置調節部２０においてこのスプリング装着パッド２４を介してスプリング１６とジンバル部材１８とが連結されている。センサ部１２は可撓性のプリント基板であるフラットケーブル２６によって図４に示されるケース１４内の回路と作動的に連結されている。
【００１７】
センサ部１２は、硬質樹脂板やスチール板などの硬質の基板２８上に、弾性部材として、その基板２８と平面形状が略等しいゴムシート３０を重ね、さらにその上に、平面形状が基板２８あるいはゴムシート３０と略等しい可撓性の圧電シート３２を重ねた構造を有している。上記ゴムシート３０は、体表面の凹凸形状に対応して変形することによってその上に重ねられた圧電シート３２を体表面に密着させるためのものである。
【００１８】
上記圧電シート３２は振動センサとして機能するものであり、圧電性高分子として良く知られているポリフッ化ビニリデン樹脂製である。この圧電シート３２の大きさは、圧電シート３２が表皮上から橈骨動脈および橈骨を同時に押圧できる大きさとされており、圧電シート３２が手首の表皮上に装着された状態では、表皮の振動によって変位させられるときにその変位量に対応した電圧（すなわち表皮の振動を表す振動信号SV）を出力する。
【００１９】
図１に戻って、脈波伝播速度測定装置１０は、腕時計の如く生体の手首に装着される。脈波伝播速度測定装置１０が生体の手首に装着された状態では、センサ部１２は橈骨動脈および橈骨を同時に押圧できる位置に位置させられ、ケース１４は手首のセンサ部１２と反対側に巻回されて装着される。ケース１４はスプリング１６をその一端において片持状に支持しており、装着バンド３４のたわみ部３４ａが締められた状態でその装着バンド３４が掛止具３６により留められることにより、ケース１４が所定の位置に保持されるようになっている。また、ケース１４の上面（センサ部１２と対向する側とは反対側の面）には、被測定者の身長Tを入力するためなどに用いられる入力装置３３が設けられている。
【００２０】
装着バンド３４はバンド保護部材３８を有しており、これによりセンサ部１２、ジンバル部材１８およびスプリング１６と装着バンド３４とが直接接触しないようにされている。なお、バンド保護部材３８にはその一部が内側から切り欠かれることにより箱状部分が形成されており、この部分は、センサ部１２、ジンバル部材１８およびスプリング１６のいずれとも装着バンド３４が接触しない状態で、それらセンサ部１２、ジンバル部材１８およびスプリング１６が嵌め入れられた状態とされるのに適した形状とされている。
【００２１】
センサ部１２は、ケース１４に片持状に支持された細いスプリング１６が手首に巻回された状態とされることにより橈骨動脈および橈骨上に保持される。ジンバル部材１８は一側面においてその底辺がＵ字状を成しており、（図１および図２参照）このジンバル部材１８を介してセンサ部１２はスプリング１６と連結されている。センサ部１２はスプリング１６に支持されることによって、生体に装着されている間手首に対して水平となるように位置させられる。ジンバル部材１８は、互いに直交する２本の回転軸心Ａ１およびＡ２の各々の回りを約２０度回転することが可能となっている。センサ部１２およびジンバル部材１８のスプリング１６上における位置は、スプリング１６の一部であるセンサ位置調節部２０により調節されるようになっている。
【００２２】
センサ部１２の押圧力は、被測定者に不快感を与えない範囲で橈骨動脈の一部を平坦とし得る程度に調節される。最適押圧力は約１００ｇ乃至５００ｇの範囲内であって、生体によってそれぞれに異なる。
【００２３】
センサ部１２の押圧力はスプリング１６の弾性力によって定まるが、生体によって手首の大きさおよび形がさまざまであるため、生体毎に適当な形状のスプリング１６を用意する必要がある。しかし通常は、図３の(a) 、(b) 、(c) に示すように、形状の異なる３タイプのスプリング１６ａ、１６ｂ、１６ｃで大部分の生体に対応し得る。図３の(a) 乃至(c) のスプリング１６ａ、１６ｂおよび１６ｃは標準的な生体に適用し得る長さおよび曲度を備えており、スプリング１６ａ、１６ｂおよび１６ｃは、その曲率半径のみが異なる。
【００２４】
図４は、ケース１４内に備えられた回路構成を説明する図である。図４に示されるように、圧電シート３２から出力された振動信号SVは、増幅器４０によって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４２によってデジタル信号に変換される。そして、デジタル信号に変換された振動信号SVは、図示しないＩ／Ｏインターフェース回路から電子制御装置４４へ供給される。
【００２５】
上記電子制御装置４４は、ＣＰＵ４６、ＲＯＭ４８、ＲＡＭ５０等を備えた所謂マイクロコンピュータであり、ＣＰＵ４６は、ＲＡＭ５０の一時記憶機能を利用しつつＲＯＭ４８に予め記憶されたプログラムに従って信号処理を実行することにより、振動信号SVから心音波形および橈骨動脈波形を決定し、さらに、その決定した心音波形および橈骨動脈波に基づいて脈波伝播速度PWVを決定して、その決定した脈波伝播速度PWVを表示器５２に表示させる。
【００２６】
図５は、上記電子制御装置４４の制御機能の要部を示す機能ブロック線図である。心音抽出手段６０は、圧電シート３２から出力される振動信号SVをデジタルフィルタ処理することにより、その振動信号SVから、一般的に心音が有する周波数帯域に予め設定された周波数帯域の成分を心音成分として抽出する。たとえば、上記周波数帯域は30〜600Hzの帯域に設定される。圧電シート３２から出力される振動信号SVは橈骨動脈波が主成分であるが、圧電シート３２は橈骨動脈に向かって押圧させられていると同時に橈骨に向かっても押圧させられており、心臓の弁の開閉によって発生する音すなわち心音は骨を伝って手首にも伝播しているので、振動信号SVには心音成分が含まれている。従って、振動信号SVから心音が有する周波数帯域の信号を抽出すれば、手首において心音が検出できるのである。
【００２７】
橈骨動脈波決定手段として機能するノイズ除去手段６２は、圧電シート３２から出力される振動信号SVから橈骨動脈波を抽出するために、その振動信号SVから橈骨動脈波にとってはノイズとなる成分をデジタルフィルタ処理によって除去する。橈骨動脈波は脈拍周期の脈波であることから、たとえば、このノイズ除去手段６２では、振動信号SVから50Hz以上の高周波数成分を除去する。図６に、前記心音抽出手段６０により抽出された心音、およびこのノイズ除去手段６２によってノイズが除去された橈骨動脈波の一例を示す。
【００２８】
脈波伝播速度情報算出手段６４は、時間差算出手段６６および脈波伝播速度算出手段６８とから構成されている。時間差算出手段６６は、心音抽出手段６０によって抽出された心音の所定部位を一方の基準点とし、橈骨動脈波の所定部位を他方の基準点として、上記２つの基準点の検出時間差（すなわち脈波伝播時間）DT(sec)を算出する。上記心音の所定部位には、たとえば心音のI音の開始点（立ち上がり点）、I音のピーク、II音の開始点、II音のピークなどを用いる。また、上記橈骨動脈波の所定部位には、橈骨動脈波の立ち上がり点やピークなどを用いる。図６には、上記基準点をI音の開始点と橈骨動脈波の立ち上がり点とした場合の時間差DTを示す。
【００２９】
脈波伝播速度算出手段６８は、入力装置３３から供給される被測定者の身長Tを、身長Tと伝播距離Lとの間の予め記憶された関係である式１に代入することにより、脈波が心臓から手首まで伝播する経路の距離すなわち伝播距離Lを求め、得られた伝播距離Lと上記脈波伝播時間DTとを式２に代入することにより脈波伝播速度PWV(cm/sec)を算出する。
（式１）  L=aT+b
（a,bは、実験に基づいて決定された定数）
（式２）  PWV=L/DT
なお、脈波伝播速度PWVの算出は一回のみでもよいが、信頼性を高めるためには複数の脈波伝播速度PWVを算出して平均することが好ましいので、本実施例では、１０拍分の信号に基づいて脈波伝播速度PWVを１０回算出し、それら１０拍分の脈波伝播速度PWVを平均した平均脈波伝播速度PWVAVを算出して、その平均脈波伝播速度PWVAVを表示器５２に表示する。
【００３０】
図７は、上記電子制御装置４４の制御機能の要部をフローチャートにして示す図である。なお、図７のフローチャートは、入力装置３３から患者の身長Tを表す信号が予め供給されていることを条件として、図示しないスタートボタンの操作により開始するようになっている。
【００３１】
図７において、まず、ステップＳ１（以下、ステップを省略する。）では、振動信号SVを１０拍分読み込む。なお、この１０拍分の信号を読み込んだ否かは、振動信号SVのピークや立ち上がり点など所定の部位の検出回数に基づいて決定してもよいし、１０拍分相当の時間が予め設定されており、読み込み開始からの時間によって決定してもよい。
【００３２】
続いて心音抽出手段６０に相当するＳ２を実行する。そのＳ２では、上記Ｓ１で読み込んだ振動信号SVを、30〜600Hzの周波数成分を抽出するデジタルフィルタ処理することによって、振動信号SVから心音成分を抽出する。
【００３３】
続いて、ノイズ除去手段６２に相当するＳ３において、Ｓ１で読み込んだ振動信号SVから50Hz以上の周波数成分を除去するデジタルフィルタ処理を施すことによって、振動信号SVからノイズを除去して橈骨動脈波を決定する。
【００３４】
続いて、脈波伝播速度情報算出手段６４に相当するＳ４乃至Ｓ１０を実行する。Ｓ４乃至Ｓ１０のうち、Ｓ４乃至Ｓ７は時間差算出手段６６に相当し、Ｓ４では、Ｓ２で抽出した心音成分から脈波伝播時間DTの一方の基準点を決定するために、その心音成分の波形処理を行う。すなわち、上記Ｓ２で抽出した１０拍分の心音成分を、生体信号の処理に有用なものとして一般的に知られている平滑微分処理し、さらに、その平滑微分処理後の波形を乗処理する。この二乗処理は、心音が発生していないときの信号強度を表す基線に対する心音波形の振幅を二乗することである。そして、続くＳ５では、上記Ｓ４で二乗処理した１０拍分の心音波形に基づいて、脈波伝播時間DTを算出するための一方の基準点として心音のI音の開始点を一拍毎に決定する。
【００３５】
続くＳ６では、上記Ｓ３で決定した橈骨動脈波に基づいて、脈波伝播時間DTの他方の基準点として、心音のI音の開始点に対応する部位である橈骨動脈波の立ち上がり点を一拍毎に決定する。そして、続くＳ７において、Ｓ５で一拍毎に決定したI音の開始点と、Ｓ６で一拍毎に決定した橈骨動脈波の立ち上がり点とから、１０拍分の時間差すなわち脈波伝播時間DTを算出する。
【００３６】
続くＳ８乃至Ｓ１０は脈波伝播速度算出手段６８に相当し、Ｓ８では、予め供給されている被測定者の身長Tを前記式１に代入することにより伝播距離Lを算出し、続くＳ９では、Ｓ７で算出した各脈波伝播時間DTおよび上記Ｓ８で算出した伝播距離Lを、前記式２に代入することにより１０拍分の脈波伝播速度PWVを算出する。そして、続くＳ１０では、上記Ｓ９で算出した１０拍分の脈波伝播速度PWVを平均して平均脈波伝播速度PWVAVを算出し、算出した平均脈波伝播速度PWVAVを表示器５２に表示する。
【００３７】
上述の実施例によれば、圧電シート３２から出力される振動信号SVには骨を媒体として伝播した心音成分が含まれ、心音抽出手段６０（Ｓ２）により、その振動信号SVから心音成分が抽出されるので、胸部から離れた部位で心音を検出することができる。
【００３８】
また、上述の実施例によれば、圧電シート３２は橈骨だけでなく橈骨動脈も同時に押圧するので、圧電シート３２から出力される振動信号SVには橈骨動脈波も含まれ、ノイズ除去手段６２（Ｓ３）により、その振動信号SVから橈骨動脈波が決定され、心音抽出手段６０（Ｓ２）により、その振動信号SVから心音成分が抽出されるので、一つの圧電シート３２から出力された振動信号SVから、心音および橈骨動脈波の２つの生体信号を得ることができる。
【００３９】
また、上述の実施例によれば、脈波伝播速度情報算出手段６４（Ｓ４乃至Ｓ１０）では、心音抽出手段６０（Ｓ２）により抽出された心音成分と、ノイズ除去手段６２（Ｓ３）により決定された橈骨動脈波に基づいて脈波伝播速度PWVが算出されることから、脈波伝播速度PWVを算出するための２つの基準点が、ともに、圧電シート３２から出力される振動信号SVから決定されるので、脈波伝播速度PWVを算出するためのセンサが圧電シート３２のみでよいことから、その装着が容易になる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
【００４１】
たとえば、前述の実施例では、圧電シート３２は手首において橈骨と橈骨動脈とを同時に押圧するようになっていたが、橈骨動脈は押圧せず、橈骨だけを押圧するようになっていても良い。また、橈骨ではなく手首における他方の骨すなわち尺骨に向かって押圧させられても良い。また、肘、足首など手首以外の部位においてその部位の骨に向かって押圧させられても良い。
【００４２】
また、前述の実施例では、心音抽出手段６０はソフトウェアによるデジタルフィルタ処理であったが、抵抗、コンデンサ等によって構成されるアナログフィルタを心音抽出手段として用いてもよい。
【００４３】
また、前述の実施例では、振動センサとしてポリフッ化ビニリデン樹脂製の圧電シート３２を用いていたが、圧電シートは、ポリフッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンあるいはテトラフルオロエチレンとの共重合体製であってもよい。また、前述の実施例の圧電シート３２は圧電式加速度センサに分類されるセンサであるので、前述の実施例の圧電シート３２に代えて、チタン酸バリウムなどの圧電セラミックスや水晶などの他の圧電式加速度センサを用いても良い。また、歪みゲージ式加速度センサを用いても良い。さらに、加速度センサではなく、変位センサ、速度センサを振動センサとして用いても良い。変位センサには、圧力センサが含まれ、圧力センサとしては、たとえば、前述の特開２００２−２２４０６５に記載されている圧力センサ、すなわち、押圧面に一つまたは複数の半導体感圧素子を有する圧力センサや、ダイヤフラムに形成した歪みゲージが圧力によって変位して抵抗値が変化することを利用する薄膜式圧力センサなどがある。
【００４４】
また、前記術の実施例では、ノイズ除去手段６２により高周波成分を除去した後の信号を橈骨動脈波としていたが、振動信号SVの主成分は橈骨動脈波であるので、振動信号SVをそのまま橈骨動脈波としてもよい。
【００４５】
また、前述の実施例では、センサ部１２の基板２８と圧電シート３０との間の弾性部材としてゴムシート３０を用いていたが、ゴムシート３０に代えてスポンジを用いても良い。
【００４６】
また、前述の実施例では、振動信号SVから演算により得る生体情報は脈波伝播速度PWVだけであったが、その脈波伝播速度PWVに加えて、あるいは脈波伝播速度PWVに代えて、心音波形あるいは橈骨動脈波から脈拍数を求めても良いし、脈波伝播速度PWVと推定血圧値との関係が予め記憶されており、算出した脈波伝播速度PWV（または平均脈波伝播速度PWVAV）からさらに推定血圧値を算出するようになっていてもよい。
【００４７】
また、前述の実施例の脈波伝播速度測定装置１０に送信機能を追加し、脈波伝播速度測定装置１０により測定した心音波形や橈骨動脈波形を外部の処理装置（または記憶装置）に伝送するようになっていてもよい。また、さらに受信機能を追加し、外部の処理装置により伝送した信号に基づく診断結果を受信するようになっていても良い。
【００４８】
なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲においてその他種々の変更が加えられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明本発明の一実施例であって、心音検出装置としての機能を備えた脈波伝播速度測定装置を示す概略図である。
【図２】図１のセンサ部を更に詳しく示す図である。
【図３】図２のセンサ部のスプリングの曲度を示す図であって、(a)は曲度の小さい場合、(b)は中程度、(c)は曲度の大きい場合である。
【図４】図１のケース内に備えられた回路構成を説明する図である。
【図５】図４の電子制御装置の制御機能の要部を示す機能ブロック線図である。
【図６】図５の心音抽出手段により抽出された心音、およびノイズ除去手段によってノイズが除去された橈骨動脈波の一例を示す図である。
【図７】図４の電子制御装置の制御機能の要部をフローチャートにして示す図である。
【符号の説明】
１０：脈波伝播速度測定装置（心音検出装置）
３２：圧電シート（振動センサ）
６０：心音抽出手段
６２：ノイズ除去手段（橈骨動脈波決定手段）
６４：脈波伝播速度情報算出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003692125.tif 000007
【図７】
0003692125.tif 000008