(57)【要約】【課題】脈波に基づき、脈波伝搬時間による影響を回避しつつ心周期を正確に判別でき、心音や心雑音の種別を正確に識別できる心音測定装置を提供する。【解決手段】この心音測定装置では、心周期時分割部６は脈波伝播時間決定部１１が決定した脈波伝播時間Ｔと脈波検出部３による脈波信号とに基づいて、心音信号の心周期ＴＨの分割期間Ｑ１１〜Ｑ２３を規定するので、脈波伝播時間Ｔを考慮して心周期ＴＨとその分割期間Ｑ１１〜Ｑ２３を正確に規定できる。したがって、脈波検出部３の装着が比較的容易な手首や指、足首など末梢の一部位を測定部位とする場合でも心周期時分割部６は脈波伝搬時間Ｔによる影響を受けないように心周期を正確に規定できる。よって、心音特定部７や心雑音特定部８は正確に規定された心周期の複数の分割期間のうちのどの分割期間に心音帯域信号や心雑音帯域信号があるのかを特定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体の心臓から発生する音を検出して心音信号として出力する心音検出部と、
上記心音信号から心音の周波数に対応する成分を抽出して出力する心音帯域抽出部と、
上記生体の或る一部位の脈波を検出して脈波信号として出力する脈波検出部と、
上記生体の大動脈起始部から上記一部位まで脈波が伝播する脈波伝播時間を決定する脈波伝播時間決定部と、
上記脈波伝播時間決定部が決定した上記脈波伝播時間と上記脈波信号とに基づいて、上記心臓の心周期を複数に分割した分割期間を規定する心周期時分割部と、
上記心音帯域抽出部が抽出した成分である心音帯域信号が、上記心周期時分割部が規定した複数の分割期間のうちのいずれの分割期間にあるのかを特定して、上記心音帯域信号による心音の種別を特定する心音特定部とを備えたことを特徴とする心音測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の心音測定装置において、
上記心音信号から心雑音の周波数に対応する成分を抽出して出力する心雑音帯域抽出部と、
上記心雑音帯域抽出部が抽出した成分である心雑音帯域信号が、上記心周期時分割部が規定した複数の分割期間のうちのいずれの分割期間にあるのかを特定して、上記心雑音帯域信号による心雑音の種別を特定する心雑音特定部とを備えたことを特徴とする心音測定装置。
【請求項３】
生体の心臓から発生する音を検出して心音信号として出力する心音検出部と、
上記心音信号から心雑音の周波数に対応する成分を抽出して出力する心雑音帯域抽出部と、
上記生体の或る一部位の脈波を検出して脈波信号として出力する脈波検出部と、
上記生体の大動脈起始部から上記一部位まで脈波が伝播する脈波伝播時間を決定する脈波伝播時間決定部と、
上記脈波伝播時間決定部が決定した上記脈波伝播時間と上記脈波信号とに基づいて、上記心臓の心周期を複数に分割した分割期間を規定する心周期時分割部と、
上記心雑音帯域抽出部が抽出した成分である心雑音帯域信号が、上記心周期時分割部が規定した複数の分割期間のうちのいずれの分割期間にあるのかを特定して、上記心雑音帯域信号による心雑音の種別を特定する心雑音特定部とを備えたことを特徴とする心音測定装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の心音測定装置において、
上記心音特定部によって特定された上記心音帯域信号による心音の種別に基づいて、検出した心音信号の異常の有無を判定した結果を判定結果情報として出力する心音判定部と、
上記判定結果情報を利用者に提示する心音判定結果出力部とを備えることを特徴とする心音測定装置。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１つに記載の心音測定装置において、
上記心雑音特定部によって特定された上記心雑音帯域信号による心雑音の有無に基づいて、検出した心音信号の異常の有無を判定した結果を判定結果情報として出力する心雑音判定部と、
上記判定結果情報を利用者に提示する心雑音判定結果出力部とを備えることを特徴とする心音測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の心音測定装置において、
上記心雑音判定部は、
上記心雑音特定部によって特定された上記心雑音帯域信号による心雑音の有無と上記心雑音の種別とに基づいて、検出した心音信号の異常の有無と上記心音信号の異常の種別を判定した結果を判定結果情報として出力することを特徴とする心音測定装置。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか１つに記載の心音測定装置において、
上記心音判定部は、
上記心音特定部によって特定された上記心音帯域信号による心音が複数の心拍数において現れる頻度を心音の種別毎に算出する心音頻度算出部をさらに備え、
上記心音判定部は、上記心音頻度算出部が算出した心音の種別毎の頻度を、上記心音の種別毎に予め定められた閾値と比較することによって、検出した心音信号の異常の有無を判定することを特徴とする心音測定装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１つに記載の心音測定装置において、
上記心雑音判定部は、
上記心雑音特定部によって特定された上記心雑音帯域信号による心雑音が複数の心拍数において現れる頻度を心雑音の種別毎に算出する心雑音頻度算出部をさらに備え、
上記心雑音判定部は、上記心雑音頻度算出部が算出した心雑音の種別毎の頻度を、上記心雑音の種別毎に予め定められた閾値と比較することによって、検出した心音信号の異常の有無を判定することを特徴とする心音測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生体の心臓から発生する音から、心音や心雑音を抽出して測定する心音測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
心音には、心疾患に起因して発生する各種の過剰心音や心雑音が含まれることから、心疾患の予兆を早期に発見するためには日常的に心音を測定して、過剰心音や心雑音の有無を確認することが望ましい。
【０００３】
心音による心疾患の評価は、聴診器を用いて医師が聴診する聴診法が主流であり、この聴診法による診断は専門的な知識が必要なことから、一般の人が自分自身で家庭等において日常的に行うことは極めて困難であり、また、医師による聴診を日常的に受診することも現実的ではない。
【０００４】
このため、過剰心音や心雑音の有無を、専門的な知識が無い一般の人が家庭等において日常的に簡便に確認できる装置が普及することが望まれる。
【０００５】
従来、聴診法に代わる方法として、胸壁などの体表に心音を測定するマイク(心音センサ)を装着して、測定した心音信号から心音や心雑音を測定する心音計が考案されている(特許文献１(特開平３−１３３４２６号公報)、特許文献２(特許第３９５２６０８号))。
【０００６】
これらの心音計では、測定した心音信号から心音や心雑音を抽出して心疾患の評価を行なうために、抽出した心音や心雑音が、心周期(心室の収縮期と拡張期)のどの時点(位相)で発生しているかを判別する必要がある。
【０００７】
この心音や心雑音の心周期における位相を判別する手法として、心音信号に含まれて交互に観測される、心音のＩ音(Ｓ１)とII音(Ｓ２)との時間間隔の違いを判別する手法も提案されている。この判別手法では、上記心音のＩ音とII音との間の時間間隔が短い期間を収縮期とし、時間間隔が長い期間を拡張期としている。
【０００８】
ところが、上記特許文献１(特開平３−１３３４２６号公報)でも述べられているように、心疾患の症状によっては、収縮期と拡張期の時間間隔が同等である場合や、拡張期の方が収縮期よりも短い場合も有り得る。このことから、現実的には心音信号のみから心周期の収縮期,拡張期を判断すると誤判断を招き易いという問題がある。
【０００９】
このため、上記特許文献１や特許文献２でも示されているように、心音信号と同時に心電信号を測定して、この心電信号を基準にして心周期を判別する手法が用いられている。
【００１０】
また、心電信号を利用する以外の他の手法として、特許文献３(特表２００８−５３４２２８号公報)では、心音信号と拍動(頸動脈波、橈骨動脈拍動、上腕動脈拍動の少なくとも１つ)とを組み合わせて、心音のＩ音(Ｓ１)とII音(Ｓ２)を識別して、II音(Ｓ２)に対応するゲーティング信号を心臓撮像装置に送信する心臓ゲーティングシステムおよび方法が提案されている。
【００１１】
ところで、特許文献１や特許文献２のように、心電信号を基準にして心周期を判別する手法では、心音を測定するマイク(心音センサ)も少なくとも１つ以上装着することに加えて、さらに心電測定用の電極を、生体の２〜３箇所に装着する必要があり、一般の人が家庭などで利用することを前提とした場合、これら複数の心電測定用電極を利用者自身で装着することは面倒であり、長期にわたって日常的に利用するには適さない。
【００１２】
一方、特許文献３のように、心電は使用せずに拍動(脈波)を使用する手法では、複数の心電測定用電極の装着は不要となり、代わりに脈波を測定する脈波センサを、上腕もしくは手首頭骨などの任意の測定部位に１つだけ装着すればよいことから、一般の人が家庭などで日常的に利用する際にも比較的容易に使用することが可能と考えられる。
【００１３】
しかしながら、特許文献１や特許文献２のように心電信号を基準とした場合には、心周期を正確に捉えることができるのに対して(心電信号のＲ波を収縮期の開始点としてＲ波の直後の心音がＩ音となる)、特許文献３のように拍動(脈波)を使用する場合には、脈波が大動脈起始部から末梢側の脈波測定部位まで伝搬するのに要する時間(脈波伝播時間)によって、Ｉ音(Ｓ１)とII音(Ｓ２)を正しく識別できない可能性が考えられる。
【００１４】
具体的には、脈波の測定部位として、脈波センサの装着が比較的容易な、手首や指、足首など末梢の測定部位を用いる場合には、大動脈起始部からの距離が大きくなることによって脈波伝搬時間の値が大きくなり、これに伴い脈波形が時間的に遅れた位置にずれることにより、本来なら心音のＩ音(Ｓ１)とII音(Ｓ２)との間の期間(すなわち収縮期)に出現するはずの脈波形のピークが、II音(Ｓ２)よりも後に出現する可能性がある。
【００１５】
このような場合、Ｉ音(Ｓ１)とII音(Ｓ２)とを誤って識別してしまうことになるが、特に脈波伝搬速度が遅め(すなわち脈波伝搬時間が長め)で心拍数が高い場合には、このような問題が生じる可能性が高くなる。例えば、脈波伝搬速度が４００ｃｍ／秒で、大動脈起始部から脈波測定部位までの距離が８０ｃｍ(手の指先など)であれば、脈波伝搬時間は約２００ミリ秒を要するが、心拍数が１２０回／分の場合、心周期における収縮期と拡張期の時間比率が４：６であれば収縮期は約２００ミリ秒となり(個人差や体調によっては、収縮期の時間比率は更に短いこともある)、脈波形のピークがII音(Ｓ２)よりも後の拡張期に出現する可能性がありえる。
【００１６】
また、心周期をさらに細かく判別したい場合には(例えば、収縮前期、収縮中期 、収縮後期、拡張前期、拡張中期 、拡張後期の６つの心周期)、一つの心周期あたりの時間が短くなることから、上記のような脈波伝搬時間による影響は  更に大きくなり、心周期を正しく識別できない可能性が高くなる。
【００１７】
さらに、特許文献３は、Ｉ音(Ｓ１)とII音(Ｓ２)を識別して、II音(Ｓ２)に対応するゲーティング信号を送信するものであり、拍動(脈波)を使用してＩ音とII音以外の心音や心雑音の識別をすることは考慮されておらず、過剰心音や心雑音の識別ができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平３−１３３４２６号公報
【特許文献２】特許第３９５２６０８号
【特許文献３】特表２００８−５３４２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
そこで、この発明の課題は、脈波に基づき、脈波伝搬時間による影響を回避しつつ心周期を正確に判別でき、心音や心雑音の種別を正確に識別できる心音測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、この発明の心音測定装置は、生体の心臓から発生する音を検出して心音信号として出力する心音検出部と、
上記心音信号から心音の周波数に対応する成分を抽出して出力する心音帯域抽出部と、
上記生体の或る一部位の脈波を検出して脈波信号として出力する脈波検出部と、
上記生体の大動脈起始部から上記一部位まで脈波が伝播する脈波伝播時間を決定する脈波伝播時間決定部と、
上記脈波伝播時間決定部が決定した上記脈波伝播時間と上記脈波信号とに基づいて、上記心臓の心周期を複数に分割した分割期間を規定する心周期時分割部と、
上記心音帯域抽出部が抽出した成分である心音帯域信号が、上記心周期時分割部が規定した複数の分割期間のうちのいずれの分割期間にあるのかを特定して、上記心音帯域信号による心音の種別を特定する心音特定部とを備えたことを特徴としている。
【００２１】
この発明の心音測定装置によれば、上記心周期時分割部は、上記脈波伝播時間決定部が決定した上記脈波伝播時間と上記脈波信号とに基づいて、上記心周期の分割期間を規定するので、上記脈波伝播時間を考慮して上記心周期とその分割期間を正確に規定できる。したがって、上記脈波検出部の装着が比較的容易な、手首や指、足首など末梢の一部位を測定部位とする場合でも、上記心周期時分割部は、脈波伝搬時間による影響を受けないように心周期を正確に規定できる。よって、上記心音特定部は、上記正確に規定された心周期の複数の分割期間のうちのどの分割期間に上記心音帯域信号があるのかを特定でき、上記心音帯域信号による心音の種別を正確に識別することが可能になる。
【００２２】
また、一実施形態の心音測定装置では、上記心音信号から心雑音の周波数に対応する成分を抽出して出力する心雑音帯域抽出部と、
上記心雑音帯域抽出部が抽出した成分である心雑音帯域信号が、上記心周期時分割部が規定した複数の分割期間のうちのいずれの分割期間にあるのかを特定して、上記心雑音帯域信号による心雑音の種別を特定する心雑音特定部とを備えた。
【００２３】
この実施形態の心音測定装置によれば、上記心雑音特定部は、上記心雑音帯域信号が上記心周期の複数の分割期間のうちのどの分割期間にあるのかを正確に特定でき、心雑音の種別を正確に識別することが可能になる。
【００２４】
また、一実施形態の心音測定装置では、生体の心臓から発生する音を検出して心音信号として出力する心音検出部と、
上記心音信号から心雑音の周波数に対応する成分を抽出して出力する心雑音帯域抽出部と、
上記生体の或る一部位の脈波を検出して脈波信号として出力する脈波検出部と、
上記生体の大動脈起始部から上記一部位まで脈波が伝播する脈波伝播時間を決定する脈波伝播時間決定部と、
上記脈波伝播時間決定部が決定した上記脈波伝播時間と上記脈波信号とに基づいて、上記心臓の心周期を複数に分割した分割期間を規定する心周期時分割部と、
上記心雑音帯域抽出部が抽出した成分である心雑音帯域信号が、上記心周期時分割部が規定した複数の分割期間のうちのいずれの分割期間にあるのかを特定して、上記心雑音帯域信号による心雑音の種別を特定する心雑音特定部とを備えた。
【００２５】
この実施形態の心音測定装置によれば、上記心周期時分割部は、上記脈波伝播時間決定部が決定した上記脈波伝播時間と上記脈波信号とに基づいて、上記心周期の分割期間を規定するので、上記脈波伝播時間を考慮して上記心周期とその分割期間を正確に規定できる。したがって、上記脈波検出部の装着が比較的容易な手首や指、足首など末梢の一部位を測定部位とする場合でも、上記心周期時分割部は、脈波伝搬時間による影響を受けないように心周期を規定できる。よって、上記心雑音特定部は、上記正確に規定された心周期の複数の分割期間のうちのどの分割期間に上記心雑音帯域信号があるのかを特定でき、上記心雑音帯域信号による心雑音の種別を正確に識別することが可能になる。
【００２６】
また、一実施形態の心音測定装置では、上記心音特定部によって特定された上記心音帯域信号による心音の種別に基づいて、検出した心音信号の異常の有無を判定した結果を判定結果情報として出力する心音判定部と、上記判定結果情報を利用者に提示する心音判定結果出力部とを備える。
【００２７】
この実施形態の心音測定装置によれば、上記心音判定部によって心音信号の異常の有無を判定した結果を上記心音判定結果出力部によって判定結果情報として出力して利用者に提示することで、心臓周辺の循環器系などに何らかの異常があるときに出現する可能性がある過剰心音などが心音信号に含まれているか否かを利用者に提示できるので、利用者は心音信号の異常の有無を容易に確認することが可能になる。
【００２８】
また、一実施形態の心音測定装置では、上記心雑音特定部によって特定された上記心雑音帯域信号による心雑音の有無に基づいて、検出した心音信号の異常の有無を判定した結果を判定結果情報として出力する心雑音判定部と、上記判定結果情報を利用者に提示する心雑音判定結果出力部とを備える。
【００２９】
この実施形態の心音測定装置によれば、上記心雑音判定部によって、心音信号の異常の有無を判定した結果を上記心雑音判定結果出力部によって判定結果情報として出力して利用者に提示することで、心臓周辺の循環器系などに何らかの異常があるときに出現する可能性がある心雑音が心音信号に含まれているか否かを利用者に提示できるので、利用者は心音信号の異常の有無を容易に確認することが可能になる。
【００３０】
また、一実施形態の心音測定装置では、上記心雑音判定部は、
上記心雑音特定部によって特定された上記心雑音帯域信号による心雑音の有無と上記心雑音の種別とに基づいて、検出した心音信号の異常の有無と上記心音信号の異常の種別を判定した結果を判定結果情報として出力する。
【００３１】
この実施形態の心音測定装置によれば、上記心雑音判定部によって、心音信号の異常の有無と上記心音信号の異常の種別を判定した結果を上記心雑音判定結果出力部によって判定結果情報として出力して利用者に提示することで、心臓周辺の循環器系などに何らかの異常があるときに出現する可能性がある心雑音が心音信号に含まれているか否か、および上記心雑音の種別を利用者に提示できるので、利用者は心音信号の異常の有無および異常の種別を容易に確認することが可能になる。
【００３２】
また、一実施形態の心音測定装置では、上記心音判定部は、
複数の心拍数において上記心音特定部によって特定された上記心音帯域信号による心音が現れる頻度を心音の種別毎に算出する心音頻度算出部をさらに備え、
上記心音判定部は、上記心音頻度算出部が算出した心音の種別毎の頻度を、上記心音の種別毎に予め定められた閾値と比較することによって、検出した心音信号の異常の有無を判定する。
【００３３】
この実施形態の心音測定装置によれば、上記心音判定部は、上記心音頻度算出部により上記複数の心拍数において心音帯域信号による心音が出現する頻度を心音の種別毎に算出し、この心音の種別毎の出現頻度を閾値と比較して心音信号の異常の有無を判定する。よって、心臓の音以外の生体外部からの偶発的な雑音の混入などによる、正常心音の埋没や、過剰心音の誤認識などの影響を低減し、より正確に心音信号の異常の有無を判定することが可能になる。
【００３４】
また、一実施形態の心音測定装置では、上記心雑音判定部は、上記心雑音特定部によって特定された上記心雑音帯域信号による心雑音が複数の心拍数において現れる頻度を心雑音の種別毎に算出する心雑音頻度算出部をさらに備え、
上記心雑音判定部は、上記心雑音頻度算出部が算出した心雑音の種別毎の頻度を、上記心雑音の種別毎に予め定められた閾値と比較することによって、検出した心音信号の異常の有無を判定する。
【００３５】
この実施形態の心音測定装置によれば、上記心雑音判定部は上記心雑音頻度算出部により、上記複数の心拍数において上記特定された心雑音帯域信号による心雑音が出現する頻度を心雑音の種別毎に算出し、この心雑音の種別毎の出現頻度を閾値と比較して心音信号の異常の有無を判定する。これにより、心臓の音以外の生体外部からの偶発的な雑音の混入などによる、心雑音の誤認識の影響を低減し、より正確に心音信号の異常の有無を判定することが可能になる。
【発明の効果】
【００３６】
この発明の心音測定装置によれば、上記心周期時分割部は、上記脈波伝播時間決定部が決定した上記脈波伝播時間と上記脈波信号とに基づいて、上記心周期の分割期間を規定するので、上記脈波伝播時間を考慮して上記心周期とその分割期間を正確に特定できる。したがって、上記脈波検出部の装着が比較的容易な、手首や指、足首など末梢の一部位を測定部位とする場合でも、上記心周期時分割部は、脈波伝搬時間による影響を受けないように心周期を正確に特定できる。よって、上記心音特定部は、上記正確に規定された心周期の複数の分割期間のうちのどの分割期間に上記心音帯域信号があるのかを特定でき、上記心音帯域信号による心音の種別を正確に識別することが可能になる。
【００３７】
すなわち、本発明によれば、脈波に基づいて心周期(収縮期・拡張期)を判別する場合においても、脈波伝搬時間による影響を受けずに、心音および心雑音の種別を識別できる。これにより、心音と同時に測定する信号として、心電よりも測定が容易な脈波を利用できるので、一般の人が家庭などで日常的に過剰心音や心雑音の有無を簡便に確認することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る心音測定装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】脈波信号の波形および心周期時分割部による心周期の各分割期間の一例を示す波形図である。
【図３】心周期の各分割期間における心音および心雑音の判別の一例を一覧表として示す図である。
【図４】上記実施形態の心音測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】正常な心音信号の一例を示す波形図である。
【図６】大動脈弁狭窄がある場合の心音信号の一例を示す波形図である。
【図７】大動脈弁閉鎖不全がある場合の心音信号の一例を示す波形図である。
【図８】過剰心音であるIII音およびIＶ音がある場合の心音信号の一例を示す波形図である。
【図９】上記実施形態の心音測定装置の出力部による判定結果の出力の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４０】
（心音測定装置の構成）
図１は、この発明の実施の形態の心音測定装置のブロック図である。この実施形態の心音測定装置は、解析処理部１と心音検出部２と脈波検出部３と出力部１０とを備える。
【００４１】
上記心音検出部２は、生体としての人体の心臓から発生する音を検出して心音信号として出力する。この心音検出部２は、生体の心臓付近の所定部位に装着されて、生体の心臓から発生する音を採取して心音信号として出力する。この心音検出部２による音の検出方法としては、例えば、心音センサとして機能する超小型のマイクロホンを、被測定者の胸部に粘着テープ等により固定し、心音検出部２の内部に備えられている圧電素子(図示せず)により採取した音を微弱な電気信号に変換し、さらに心音検出部２の内部に備えられている増幅器(図示せず)で増幅したアナログの電気信号を心音信号として出力する。
【００４２】
また、さらに、心音検出部２の内部にＡＤ変換器を備えて電気信号をデジタルデータに変換した心音信号として出力してもよい。さらに、心音検出部２の内部にバッテリと無線通信部(図示せず)を備えて、デジタルデータ化した心音信号を無線通信部により無線で送信するようにすれば、心音検出部２をワイヤレス化することが可能となり、低拘束で日常生活への支障が少なく心音信号を採取することができる。この場合、この心音測定装置の解析処理部１にも無線通信部(図示せず)を備えて、心音検出部２から無線で送信されたデジタルデータ化された心音信号を受信できるように構成する。
【００４３】
なお、上記心音検出部２による心音の検出方法は、上記に限定されるものではなく、測定の対象となる生体の心臓から発生する音を採取できる方法であれば、様々な検出方法を採用することができる。
【００４４】
また、上記脈波検出部３は、上記生体としての人体の或る一部位(一例として手首や指、足首など末梢の一部位)に装着されて、測定対象となる動脈の局所的な脈波を検出して脈波信号として出力する。
【００４５】
上記脈波検出部３による脈波の検出方法としては、例えば、(a)発光素子から出射された測定光が、動脈内の血液量に応じて反射あるいは吸収される度合いを受光素子で検出する光電容積脈波法や、(b)動脈内の圧力の変化を生体に密着させた圧電素子等によって検出する圧脈波法等がある。
【００４６】
なお、上記脈波検出部３による脈波の検出方法は、上記(a),(b)に限定されるものではなく、測定の対象となる動脈の脈波を局所的に検出できる方法であれば、周知の様々な検出方法を採用することができる。また、脈波の測定部位としては、特に大きな制限事項があるわけではないが、できる限り低侵襲,低拘束であることが望ましく、装着したままでも日常生活への支障が少ない測定部位として、例えば、指尖,手首,耳朶,足首などが考えられる。
【００４７】
上記脈波検出部３は、心音検出部２と同様にバッテリや無線通信部(図示せず)を備えてワイヤレス化することも可能であるが、例えば測定部位が手首の場合であれば、この心音測定装置の本体をなす解析処理部１を腕時計型にして脈波検出部３を上記解析処理部１と一体形成すればワイヤレス化は必要ではない。また、測定部位が指尖の場合であれば、指先に装着した脈波検出部３と腕時計型の心音測定装置本体をなす解析処理部１とを短いケーブルで接続すればワイヤレス化は必ずしも必要ではないこと。すなわち、装置の使用形態や目的に応じて適切な構成とすればよい。
【００４８】
この脈波検出部３が出力する脈波信号、および上記心音検出部２が出力する心音信号は、上記解析処理部１に入力される。
【００４９】
この解析処理部１は、心音帯域抽出部４と心雑音帯域抽出部５とを備える。尚、上記心音帯域抽出部４と心雑音帯域抽出部５のうちのいずれか一方だけを備えてもよい。上記心音帯域抽出部４は、上記心音信号から心音の周波数に対応する成分を抽出して心音帯域信号として出力する。この心音帯域抽出部４は、具体的には、心音の主要な周波数成分である周波数帯域の信号のみを減衰なく透過させるバンドパスフィルタとして機能する。このバンドパスフィルタの透過周波数帯域は、一例として２０〜１００Ｈｚ程度に設定すればよいが、心音の周波数帯域には個人差や体調による変化があることから、必要に応じて最適な透過周波数帯域を設定できることが望ましい。
【００５０】
さらに、上記心音帯域抽出部４を、検出したい心音の種別に応じて、周波数帯域の異なるバンドパスフィルタを複数備えたものとして、心音の種別毎に周波数成分を抽出して心音の種別毎に心音帯域信号を出力してもよい。例えば、正常な心音であるＩ音(Ｓ１)とII音(Ｓ２)は、Ｉ音(Ｓ１)が７０〜１４０Ｈｚ程度の範囲、II音(Ｓ２)が５０〜１００Ｈｚ程度の範囲が典型的であり、過剰心音であるIII音(Ｓ３)とIＶ音(Ｓ４)は、III音(Ｓ３)が３０〜６０Ｈｚ程度の範囲、IＶ音(Ｓ４)が２０〜５０Ｈｚ程度の範囲が典型的である。このことから、上記心音帯域抽出部４として、これら心音のＩ音〜IＶ音の種別毎にバンドパスフィルタを設けて、それぞれの心音の種別毎の心音帯域信号を出力すれば、心音の種別をより容易に特定することが可能となる。他の過剰心音である高調性の駆出音(ＥＳ)や僧帽弁開放音(ＯＳ)等についても、同様に種別毎のバンドパスフィルタを設けて心音帯域信号を抽出することができる。
【００５１】
また、過剰心音のみを測定する場合には、上記心音帯域抽出部４として、III音(Ｓ３)やIＶ音(Ｓ４)、駆出音(ＥＳ)、僧帽弁開放音(ＯＳ)用のバンドパスフィルタのみを備えるものとしてもよい。すなわち、測定の対象としたい心音の種別に応じて心音帯域抽出部４を構成してもよい。
【００５２】
なお、心音帯域抽出部４を構成するバンドパスフィルタは、心音検出部２から出力される心音信号がデジタルデータの場合には、デジタルフィルタ処理で実現すればよい。また、心音検出部２から出力される心音信号がアナログの電気信号の場合には、心音帯域抽出部４を構成するバンドパスフィルタをアナログのフィルタ回路で実現することができる。このアナログのフィルタ回路で心音帯域抽出部４を構成する場合、心音帯域抽出部４は解析処理部１の内部ではなく、解析処理部１と心音検出部２と間に位置することとなる。
【００５３】
また、上記心雑音帯域抽出部５は、上記心音信号から心雑音の周波数に対応する成分を抽出して心雑音帯域信号として出力する。この心雑音帯域抽出部５は、具体的には、心雑音の主要な周波数成分である周波数帯域の信号のみを減衰なく透過させるバンドパスフィルタとして機能する。この心雑音帯域抽出部５をなすバンドパスフィルタの透過周波数帯域は、一例として１００〜５００Ｈｚ程度に設定すればよいが、心雑音の周波数帯域には個人差や体調による変化があることから、必要に応じて最適な透過周波数帯域を設定できることが望ましい。
【００５４】
さらに、前述の心音帯域抽出部４と同様に、この心雑音帯域抽出部５としては、検出したい心雑音の種別に応じて、周波数帯域の異なるバンドパスフィルタを複数備えてもよい。この周波数帯域の異なる複数のバンドパスフィルタで構成された心雑音帯域抽出部５によって、心雑音の種別毎に周波数成分を抽出して心雑音の種別毎に心雑音帯域信号を出力することができる。
【００５５】
この心雑音帯域抽出部５を構成するバンドパスフィルタは、前述の心音帯域抽出部４と同様に、心音検出部２から出力される心音信号がデジタルデータの場合には、デジタルフィルタ処理で実現すればよい。また、心音検出部２から出力される心音信号がアナログの電気信号の場合には、この心雑音帯域抽出部５を構成するバンドパスフィルタを、アナログのフィルタ回路で実現することができる。このアナログのフィルタ回路の場合、心雑音帯域抽出部４は解析処理部１の内部ではなく、解析処理部１と心音検出部２との間に位置することとなる。
【００５６】
なお、上述した心音帯域抽出部４と心雑音帯域抽出部５とは、必ずしも両方共を備える必要は無く、例えば、心雑音のみを測定する場合は心雑音帯域抽出部５のみを備えればよく。心音のみを測定する場合は心音帯域抽出部４のみを備えればよい。
【００５７】
さらに、この解析処理部１は、上記生体の大動脈起始部から上記一部位まで脈波が伝播する脈波伝播時間を決定する脈波伝播時間決定部１１を有する。この脈波伝播時間決定部１１は、心音検出部２で検出される心音信号と同時に脈波検出部３によって測定された脈波信号が、大動脈起始部から末梢側の脈波測定部位まで伝搬するのに要する時間である脈波伝播時間Ｔを決定する。
【００５８】
より具体的には、上記脈波伝播時間決定部１１は、取得した脈波信号を解析することにより、脈波信号から脈波伝播速度ＰＷＶを算出する。さらに、脈波伝播時間決定部１１は、算出された脈波伝播速度ＰＷＶと、大動脈起始部から末梢側の脈波測定部位までの距離Ｌとに基づいて、次式(１)によって脈波伝播時間Ｔを算出する。
Ｔ＝Ｌ/ＰＷＶ                  … (１)
【００５９】
上記脈波検出部３によって、１箇所の測定部位で測定した１つの脈波信号から脈波伝播速度ＰＷＶを算出する方法としては、脈波に含まれる進行波成分と反射波成分を抽出し、この進行波成分と反射波成分との時間差(位相差)から脈波伝播速度を算出する方法がある。このような脈波伝播速度の算出方法は、特開２００３-１０１３９号公報や特開２００７-７０７５号公報に開示されている。例えば、圧脈波検出プローブによって検出される脈波の進行波成分のピークおよび反射波成分のピークを決定し、この進行波成分のピークと反射波成分のピークとの時間差を脈波伝播時間とし、この脈波伝播時間と脈波伝播距離とから脈波伝播速度を算出する。なお、上記脈波伝播距離としては例えば大動脈弁から腸骨動脈付近に位置する反射点を経て脈波検出部位へ至る距離を採用する。また、前述の大動脈起始部から末梢側の脈波測定部位までの距離Ｌを得る方法としては、予め利用者が大動脈起始部付近から末梢側の脈波測定部位までの距離を測定して心音脈測定装置に内蔵された記憶部(図示せず)に記憶させる方法が考えられるが、他の方法で距離Ｌを決定しても差し支えない。
なお、脈波伝播時間Ｔの決定方法は、これらの方法に限定されるものではなく、例えば、使用者が他の脈波伝播速度(もしくは脈波伝播時間)を測定する装置を使って測定した脈波伝播速度(もしくは脈波伝播時間)の値を、心音測定装置に取込んで使用するなど、様々な方法を採用することができる。
【００６０】
また、この実施形態の解析処理部１は、心周期時分割部６を備える。上記脈波伝播時間決定部１１によって算出された上記脈波伝播時間Ｔは、上記心周期時分割部６へ入力され、この心周期時分割部６は、上記脈波伝播時間Ｔと上記脈波信号とに基づいて、上記心臓の心周期を複数に分割した分割期間を規定する。
【００６１】
具体的には、心周期時分割部６は、脈波検出部３より取得した図２の(Ａ)欄に示すような脈波信号を、脈波伝播時間Ｔに相当する時間分だけ時間的に遡った脈波信号を解析する。この時間的に遡った脈波信号は、図２の(Ｂ)欄に例示されるように、図２の(Ａ)欄の脈波信号の位相を脈波伝播時間Ｔ分だけ前方にシフトした信号である。
【００６２】
上記心周期時分割部６は、この脈波伝播時間分Ｔだけ時間的に遡った図２Ｂに示す脈波信号から心周期の変化に関わる特徴点を抽出して、この特徴点に基づいて心周期を時分割する基準タイミングを生成する。
【００６３】
上記心周期時分割部６は、例えば、図２の(Ｂ)欄に示す脈波信号から、心周期の収縮期の開始に対応する極小点Ａ１の位相を抽出し、さらに上記心周期の拡張期の開始に対応する切痕(ダイクロティックノッチ)Ｂの位相を抽出し、さらに次の脈拍(心拍)の収縮期の開始に対応する極小点Ａ２を抽出する。上記心周期時分割部６は、この極小点Ａ１,Ａ２と切痕Ｂの位相から、図２の(Ｃ)欄に示すような 収縮期Ｑ１や拡張期Ｑ２を示す基準タイミングＰ１,Ｐ２,Ｐ３を決定する。
【００６４】
こうすることによって、脈波検出部３の装着が比較的容易な、手首や指、足首など末梢の測定部位を用いる場合でも、脈波伝搬時間Ｔによる影響を受けずに、心周期を特定することができる。
【００６５】
ここで、図２の(Ｂ)欄に示すように、脈波形の極小点Ａ１,Ａ２は心音信号の収縮期Ｑ１の開始点の基準タイミングＰ１,Ｐ３に対して時間的遅れＴＣが存在し、脈波形の切痕Ｂは心音信号の拡張期Ｑ２の開始点の基準タイミングＰ２に対して時間的遅れＴＤが存在している。この時間的な遅れＴＣ,ＴＤは、心臓の収縮,拡張に伴う血液の拍出量の変化が動脈の脈動の変化として現れるまでに僅かながらの時間差があることによる。この時間的な遅れＴＣ,ＴＤには、個人差や体調による変化がある。このことから、本実施形態では、図２の(Ｂ)欄,(Ｃ)欄に示すように、上記脈波形の極小点Ａ１,Ａ２の時刻から上記時間的な遅れＴＣを差し引いて(時間的に遡って)、心音信号の収縮期Ｑ１の開始点の基準タイミングＰ１,Ｐ３を決定している。また、本実施形態では、図２の(Ｂ)欄,(Ｃ)欄に示すように、上記脈波形の切痕Ｂの時刻から上記時間的な遅れＴＤを差し引いて(時間的に遡って)、拡張期Ｑ２の開始点の基準タイミングＰ２を決定している。この時間的な遅れＴＣは、本実施形態では、例えば、予め求められた値であり、心音信号の収縮期Ｑ１の開始に対応するＩ音(Ｓ１)と脈波形の極小点Ａ１,Ａ２の時刻との時間差Δｔ１を性別毎に若年者から高齢者までの複数の被験者に対して測定して得たデータを統計的な手法により決定した値を用いている。また、上記時間的な遅れＴＤは、この実施形態では、例えば、予め求められた値であり、心音信号の拡張期Ｑ２の開始に対応するII音(Ｓ２)と脈波形の切痕Ｂの時刻との時間差Δｔ２を性別毎に若年者から高齢者までの複数の被験者に対して測定して得たデータを統計的な手法により決定した値を用いている。
【００６６】
また、上記心周期時分割部６は、心周期ＴＨをさらに細かく分割してもよい。例えば、図２の(Ｃ)欄に示す収縮期Ｑ１を、図２の(Ｄ)欄に示すように、収縮前期Ｑ１１、収縮中期Ｑ１２、収縮後期Ｑ１３に３分割し、拡張期Ｑ２を拡張前期Ｑ２１、拡張中期Ｑ２２、拡張後期Ｑ２３に３分割してもよい。この場合、心周期時分割部６は心周期ＴＨを６つの期間に分割することとなる。これにより、心音および心雑音の種別をより細かく特定することが可能である。なお、心周期の分割方法は特に限定されるものではない。例えば、図２の(Ｂ)欄に示す収縮期Ｑ１,拡張期Ｑ２を単純にそれぞれ均等にｎ(ｎは２以上の自然数)分割してもよいし、脈波信号を解析することにより分割タイミングを決定してもよい。また、前述したような性別毎に若年者から高齢者までの複数の被験者に対して測定して得たデータを統計的な手法により得られた結果に基づいて分割タイミングを決定するなど、心周期を適切に分割できる方法であれば、様々な分割方法を採用することができる。
【００６７】
また、この実施形態の解析処理部１は、心音特定部７を有する。この心音特定部７は、上記心音帯域抽出部４が抽出した成分である心音帯域信号が、上記心周期時分割部６が規定した複数の分割期間Ｑ１,Ｑ２あるいはＱ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３のうちのいずれの分割期間にあるのかを特定して、上記心音帯域信号による心音の種別を特定する。
【００６８】
より具体的には、上記心音特定部７は、上記心周期時分割部６が心周期ＴＨを時分割することで規定した各分割期間(Ｑ１,Ｑ２やＱ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３)毎に、各分割期間中の心音帯域信号を参照し、心音の特徴を示す所定の条件に適合する信号が存在するか否かを判別する。そして、上記心音特定部７は、上記各分割期間中の心音帯域信号を参照した結果、心音の特徴を示す所定の条件を満たす心音帯域信号が存在する場合には、その心音帯域信号を心音と認識してその心音帯域信号による心音の種別を特定する。ここで、上記心音の特徴を示す所定の条件としては、例えば、上記心音帯域信号に含まれる音の信号の振幅値や振幅回数、持続時間などが挙げられる。これらの条件を用いると上記心音帯域信号が心音の特徴を満たすか否かを容易に判別することができる。これらの条件を適宜組合わせて、例えば、上記心音帯域信号に含まれる音の信号の振幅値が所定の大きさ以上で、かつ、振幅回数が所定の範囲以内で、かつ、持続時間が所定の範囲以内であれば、所定の条件を満たすと判別する。なお、上記心音の判定条件は、上述のものに限定されるものではなく、例えば、時間周波数解析を用いるなど、各分割期間中の心音の存在を適切に判別できる方法であれば、様々な判別方法を採用することができる。
【００６９】
また、上記心音帯域抽出部４が、心音の種別毎に心音帯域信号を出力する構成の場合には、上記心音特定部７は、心周期ＴＨを時分割して規定した各分割期間(Ｑ１,Ｑ２やＱ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３)中の心音の種別毎の各心音帯域信号をそれぞれ参照し、各心音の特徴を示す所定の条件に適合する信号が存在するか否かを判別する。そして、上記心音特定部７は、上記各分割期間中の心音帯域信号について、種別毎の各心音のいずれかの特徴を示す条件を満たす信号が存在する場合には、上記特徴を示す種別の心音であると認識して心音の種別を特定できる。これにより、例えば、図２の(Ｄ)欄の収縮前期Ｑ１１に出現する低調性のＩ音(Ｓ１)と高調性の駆出音(ＥＳ)との判別や、図２の(Ｄ)欄の拡張前期Ｑ２１に出現する低調性のII音(Ｓ２)と高調性の僧帽弁開放音(ＯＳ)との判別など、同時期(同一の分割期間内)に発生する心音の種別をより正確に特定することができる。
【００７０】
なお、上記のように心音帯域抽出部４が、心音の種別毎に心音帯域信号を出力しない構成で１種類の心音帯域信号のみを出力する場合にも、分割期間毎に複数の心音の種別を特定することが可能である。つまり、この場合、上記心音特定部７は、１種類の心音帯域信号について、各心音固有の特徴を示す所定の条件(心音帯域信号の振幅値や振幅回数,持続時間,周波数特性など)を心音の種別毎に複数用いて判別する。これにより、１種類の心音帯域信号から各分割期間毎に複数の心音の種別を特定することが可能になる。
【００７１】
また、この実施形態の解析処理部１は、心雑音特定部８を有する。この心雑音特定部８は、上記心雑音帯域抽出部５が抽出した成分である心雑音帯域信号が、上記心周期時分割部６が規定した複数の分割期間Ｑ１,Ｑ２あるいはＱ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３のうちのいずれの分割期間にあるのかを特定して、上記心雑音帯域信号による心雑音の種別を特定する。
【００７２】
より具体的には、上記心雑音特定部８は、心周期時分割部６が心周期ＴＨを時分割することで規定した分割期間(Ｑ１,Ｑ２やＱ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３)毎に、各分割期間中の心雑音帯域信号を参照し、心雑音の特徴を示す所定の条件に適合する信号が存在するか否かを判別する。そして、上記心雑音特定部８は、上記各分割期間中の心雑音帯域信号を参照した結果、心雑音の特徴を示す所定の条件を満たす心雑音帯域信号が存在する場合には、その心雑音帯域信号を心雑音と認識してその心雑音帯域信号による心雑音の種別を特定する。ここで、上記心雑音の特徴を示す所定の条件としては、例えば、上記心雑音帯域信号に含まれる音の信号の振幅値や振幅回数,持続時間などが挙げられる。これらの条件を用いると上記心雑音帯域信号が心雑音の特徴を満たすか否かを容易に判別することができる。これらの条件を適宜組合わせて、例えば、上記心音帯域信号に含まれる音の信号の振幅値が所定の大きさ以上で、かつ、振幅回数が所定の範囲以内で、かつ、持続時間が所定の範囲以内であれば、所定の条件を満たすと判別する。なお、上記心雑音の判定条件は、上述のものに限定されるものではなく、例えば、時間周波数解析を用いるなど、各分割期間中の心雑音の存在を適切に判別できる方法であれば、様々な判別方法を採用することができる。
【００７３】
また、上記心雑音帯域抽出部５が、心雑音の種別毎に心雑音帯域信号を出力する構成の場合には、上記心雑音特定部８は、心周期ＴＨを時分割して規定した各分割期間(Ｑ１,Ｑ２やＱ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３)中の心雑音の種別毎の各心雑音帯域信号をそれぞれ参照し、各心雑音の特徴を示す所定の条件に適合する信号が存在するか否かを判別する。そして、上記心雑音特定部８は、上記各分割期間中の心雑音帯域信号について、種別毎の心雑音のいずれかの特徴を示す条件を満たす信号が存在する場合には、上記特徴を示す種別の心雑音であると認識して心雑音の種別を特定できる。これにより、同時期(同一の分割期間内)に発生する心雑音の種別をより正確に特定することができる。
【００７４】
また、心雑音帯域抽出部４が、心雑音の種別毎に心雑音帯域信号を出力しない構成で１種類の心雑音帯域信号のみを出力する場合にも、分割期間毎に複数の心雑音の種別を特定することが可能である。つまり、この場合、上記心雑音特定部８は、１種類の心雑音帯域信号について、各心雑音固有の特徴を示す所定の条件(心雑音帯域信号の振幅値や振幅回数,持続時間,周波数特性など)を心雑音の種別毎に複数用いて判別することにより、１種類の心雑音帯域信号から分割期間毎に複数の心雑音の種別を特定することも可能である。
【００７５】
なお、上述した心音特定部７と心雑音特定部８とは、必ずしも両方共を備える必要は無く、例えば、心雑音のみを特定する場合は心雑音特定部８のみを備えればよく。心音のみを測定する場合は心音特定部７のみを備えればよい。
【００７６】
また、この実施形態の解析処理部１は、心音判定部１５と心雑音判定部１６を有する判定部９を備える。
【００７７】
上記心音判定部１５は、上記心音特定部７によって特定された上記心音帯域信号による心音の種別に基づいて、検出した心音信号の異常の有無や異常の種別を判定した結果を判定結果情報として出力する。また、上記心雑音判定部１６は、上記心雑音特定部８によって特定された上記心雑音帯域信号による心雑音の種別に基づいて、検出した心音信号の異常の有無や異常の種別を判定した結果を判定結果情報として出力する。
【００７８】
より具体的には、上記心音判定部１５は、心周期時分割部６が規定した複数の分割期間(Ｑ１,Ｑ２やＱ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３)毎に、心音特定部７によって各分割期間中に特定された心音の有無を参照して、過剰心音が出現しているか否かと、予め定められた分割期間に正常な心音が出現しているか否かを判別し、この判別結果に基づいて、検出した心音信号の異常の有無や異常の種別を判定する。すなわち、上記心音判定部１５は、上記過剰心音が出現している場合には、検出した心音信号に異常があると判定し、上記正常な心音が出現していない場合には上記心音信号による心音に異常があると判定する。一方、上記心音判定部１５は、上記過剰心音が出現していなく、かつ、上記正常な心音が出現している場合には上記心音信号に過剰心音による異常がないと判定する。
【００７９】
また、上記心雑音判定部１６は、心周期時分割部６が規定した複数の分割期間(Ｑ１,Ｑ２やＱ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３)毎に、心雑音特定部８によって各分割期間中に特定された心雑音の有無を参照して、心雑音が出現しているか否かを判別し、この判別結果に基づいて、検出した心音信号の異常の有無や異常の種別を判定する。すなわち、上記心雑音判定部１６は、上記心雑音が出現している場合には、検出した心音信号に心雑音による異常があると判定する一方、上記心雑音が出現していない場合には、上記心音信号に心雑音による異常がないと判定する。
【００８０】
次に、図３に示す表を参照して、心周期ＴＨにおける心音および心雑音の判別の一例を説明する。図３の表では、左端の欄に示すように心周期ＴＨが、収縮前期Ｑ１１,収縮中期Ｑ１２,収縮後期Ｑ１３と拡張前期Ｑ２１,拡張中期Ｑ２２,拡張後期Ｑ２３の６つの分割期間に時分割されている一例を示している。
【００８１】
この一例では、上記表の中央の欄に心音の欄が設けられ、右端の欄に心雑音の欄が設けられている。上記心音の欄には、正常心音の欄と過剰心音の欄が設けられ、上記正常心音の欄には、正常心音のＩ音(Ｓ１)は収縮前期Ｑ１１に出現し、正常心音のII音(Ｓ２)は拡張前期Ｑ２１に出現することが示されている。また、上記過剰心音の欄には、駆出音(ＥＳ)が収縮前期Ｑ１１に出現し、僧帽弁開放音(ＯＳ)が拡張前期Ｑ２１に出現し、III音(Ｓ３)が拡張前期Ｑ２１と拡張中期Ｑ２２のどちらか一方、もしくは両方に跨って出現し、IＶ音(Ｓ４)が拡張後期Ｑ２３に出現することが示されている。また、上記心雑音の欄には、全収縮期逆流性雑音が収縮前期Ｑ１１に出現し、収縮期駆出性雑音が収縮前期Ｑ１１から収縮中期Ｑ１２に跨って出現し、拡張早期逆流性雑音が拡張前期Ｑ２１に出現し、拡張中期ランブリング雑音が拡張中期Ｑ２２に出現し、心房収縮雑音が拡張後期Ｑ２３に出現することが示されている。
【００８２】
このように、図３の心周期(左端の列)において、心周期の各分割期間Ｑ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３において、「正常心音」の列は正常であれば出現するはずの心音(Ｉ音,II音)を示している。そして、上記心音判定部１５は収縮前期Ｑ１１においてＩ音が出現し、かつ拡張前期Ｑ２１にII音が出現し、かつ心周期の各分割期間Ｑ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３に亘って過剰心音が出現しなければ、検出した心音信号に過剰心音による異常がないと判定する。また、上記心音判定部１５は、収縮前期Ｑ１１においてＩ音が出現しない場合、拡張前期Ｑ２１にII音が出現しない場合、上記心周期において上記過剰心音が出現した場合の各場合には心音に異常があると判定する。
【００８３】
また、上記心雑音判定部１６は、図３の分割期間Ｑ１１〜Ｑ１３,Ｑ２１〜Ｑ２３のいずれにおいても上記心雑音が出現しなければ、検出した心音信号に心雑音による異常がないと判定する一方、上記心周期の各分割期間のいずれかに上記心雑音が出現している場合には、上記心音信号に心雑音による異常があると判定する。
【００８４】
なお、上記判定部９は、上述の図３により説明した判別例を採用するものに限らず、例えば、収縮前期Ｑ１１のＩ音(Ｓ１)と拡張前期Ｑ２１のII音(Ｓ２)以外の心音や心雑音が特定されたら異常と判別するものとしてもよい。さらに、上記判定部９は、心雑音の判定については心周期ＴＨのうちの収縮期と拡張期とのうちのいずれに心雑音が存在するのかを判別することによって心雑音が収縮期性雑音と拡張期性雑音の２種類の心雑音のうちのいずれであるのかを判別するものとしてもよい。上記判定部９としては、少なくとも心音や心雑音の異常の有無を判別できる方法であれば他の判別方法を採用してもよい。また、上述した心音判定部１５と心雑音判定部１６とは、必ずしも両方共を備える必要は無く、例えば、心雑音のみを判定する場合は心雑音判定部１６のみを備えればよく。心音のみを判定する場合は心音判定部１５のみを備えればよい。
【００８５】
また、この実施形態において、上記心音判定部１５が心音頻度算出部１７を有してもよい。この心音頻度算出部１７は、上記心音特定部７によって特定された上記心音帯域信号による心音が複数の心拍数において現れる頻度を心音の種別毎に算出する。この場合、上記心音判定部１５は、上記心音頻度算出部１７が算出した心音の種別毎の頻度を、上記心音の種別毎に予め定められた閾値と比較することによって、検出した心音信号の異常の有無を判定する。
【００８６】
具体的には、心音頻度算出部１７は、予め設定された心拍数分における各心周期の分割期間毎に過剰心音および正常心音の出現頻度を算出し、上記心音判定部１５は算出された過剰心音および正常心音の出現頻度を、予め設定された閾値と比較することによって異常の有無を判定する。例えば、上記閾値として、正常心音の出現頻度の閾値を９０％に設定し、過剰心音の出現頻度の閾値を３０％に設定した場合、上記心音判定部１５は、上記正常心音の出現頻度が９０％未満もしくは過剰心音の出現頻度が３０％以上であれば「異常」と判定し、それ以外の場合(すなわち正常心音の出現頻度が９０％以上かつ過剰心音の出現頻度が３０％未満)の場合は「正常」と判定する。なお、上記閾値は適切な値を任意に設定すればよいが、個人差や体調による変化および測定誤差等を考慮して、必要に応じて最適な閾値を設定できることが望ましい。
なお、心音判定部１５が出力する判定結果情報は、少なくとも心音信号の異常の有無を識別できる情報であり、過剰心音による異常が有る場合には、さらに異常の要因を識別するための情報として特定された過剰心音の種別を示す情報を含むことが望ましい。さらには、上記心音判定部１５が心音頻度算出部１７を備えている場合には、上記判定結果情報は過剰心音の出現頻度を示す情報を含むことが望ましい。
【００８７】
また、この実施形態において、上記心雑音判定部１６が心雑音頻度算出部１８を有してもよい。この心雑音頻度算出部１８は、上記心雑音特定部８によって特定された上記心雑音帯域信号による心雑音が複数の心拍数において現れる頻度を心雑音の種別毎に算出する。この場合、上記心雑音判定部１６は、上記心雑音頻度算出部１８が算出した心雑音の種別毎の頻度を、上記心雑音の種別毎に予め定められた閾値と比較することによって、検出した心音信号の異常の有無を判定する。例えば、上記閾値として、或る種別の心雑音の出現頻度の閾値を３０％に設定した場合、上記心雑音判定部１６は、上記心雑音の出現頻度が３０％以上であれば「異常」と判定し、それ以外の場合(すなわち心雑音の出現頻度が３０％未満)の場合は「正常」と判定する。なお、上記閾値は適切な値を任意に設定すればよいが、個人差や体調による変化および測定誤差等を考慮して、必要に応じて最適な閾値を設定できることが望ましい。
【００８８】
なお、心雑音判定部１６が出力する判定結果情報は、少なくとも心雑音による異常の有無を識別できる情報であり、心雑音による異常が有る場合には、さらに異常の要因を識別するための情報として特定された心雑音の種別を示す情報を含むことが望ましい。さらには、上記心雑音判定部１６が心雑音頻度算出部１８を備えている場合には、上記判定結果情報は心雑音の出現頻度を示す情報を含むことが望ましい。
【００８９】
また、この実施形態の心音測定装置では、出力部１０を備え、この出力部１０は心音判定結果出力部２０と心雑音判定結果出力部２１とを有する。上記心音判定結果出力部２０は、上記心音判定部１５が出力する心音信号の判定結果情報を利用者に提示(あるいはデータとして提供)する。また、上記心雑音判定結果出力部２１は、上記心雑音判定部１６が出力する心音信号の判定結果情報を利用者に提示(あるいはデータとして提供)する。また、上記出力部１０による判定結果情報の利用者への提示は、例えば、各種ディスプレイ等で行われる。
なお、上記出力部１０としては、例えば、ＬＣＤ(液晶ディスプレイ)等の表示ディスプレイや、メモリカード等の記録媒体や、外部の機器にデータを送信する通信インタフェース等、この心音測定装置の使用目的に応じて適切な出力手段で実現できる。また、上記出力部１０により、心音信号の波形(心音図)も同時に提示すると、利用者が心音の状態を把握する上で有用である。さらに、上記出力部１０は必要に応じて脈波信号の波形も同時に提示してもよい。
また、上記判定部９が上記心音頻度算出部１７や心雑音頻度算出部１８を備えている場合には、出力部１０により、心音や心雑音の出現した頻度も同時に提示すると利用者にとって有用である。この場合、心音信号の波形は、所定の心拍数分の心音信号から、検出した心音と心雑音を合成した波形を生成して代表波形として提示するか、もしくは所定の心拍数分の心音信号を平均化した波形を生成して代表波形として提示すると、心音や心雑音の出現状況を利用者がより把握しやすくなる。
【００９０】
尚、上記解析処理部１は、図示しないＣＰＵおよびＲＯＭとＲＡＭ、さらに必要に応じて図示しないＡＤ変換器などを備えたマイクロコンピュータで構成されている。上記ＣＰＵは、予めＲＯＭに格納されたプログラムにより、上記ＡＤ変換器や一時記憶部であるＲＡＭ等を利用して、心音信号および脈波信号の信号処理や解析処理を実行して、その結果を出力部１０へ出力するものである。よって、上記解析処理部１は、上記ＣＰＵにより、上記心音帯域抽出部４、心雑音帯域抽出部５、脈波伝播時間決定部１１、心周期時分割部６、心音特定部７、心雑音特定部８、心音判定部１５、心雑音判定部１６、心音頻度算出部１７、心雑音頻度算出部１８の機能を実現している。
【００９１】
次に、図４〜図９を参照して、この実施形態の心音測定装置の動作を説明する。
【００９２】
図４は、上記心音測定装置の動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１０１では、心音検出部２と脈波検出部３により、予め設定された設定時間分の心音信号と脈波信号を同時に測定して、解析処理部１に備えられるＲＡＭ(図示せず)に逐次記憶する。上記設定時間は少なくとも一心拍以上の所定の心拍数に相当する適切な時間を任意に設定すればよいが、体動や外部からのノイズ等による影響を考慮すると、できれば３０心拍程度は測定することが望ましい。この場合、例えば、心拍数６０回／分と仮定して３０心拍分に相当する３０秒を上記設定時間とすればよい。
【００９３】
続いて、ステップＳ１０２では、心音帯域抽出部４と心雑音帯域抽出部５により、心音信号から心音帯域信号および心雑音帯域信号の抽出を行い、心音信号と時系列的に関連付けられた信号として、解析処理部１に備えられる上記ＲＡＭ(図示せず)に逐次記憶する。なお、心音検出部２から出力される心音信号がデジタルデータの場合には、ステップＳ１０１で解析処理部１の上記ＲＡＭに記憶された心音信号をデジタルフィルタ処理することにより心音帯域信号および心雑音帯域信号を抽出する。また、上記心音検出部２から出力される心音信号がアナログの電気信号の場合には、ステップＳ１０１で測定された心音信号をアナログのフィルタ回路を通すことにより心音帯域信号および心雑音帯域信号を抽出する。
【００９４】
続いて、ステップＳ１０３では、この心音測定装置が備える脈波伝播時間決定部１１により、測定した脈波信号について一心拍(脈拍)毎の脈波伝播時間Ｔを算出して、解析処理部１に備えられるＲＡＭ(図示せず)に記憶する。続いて、ステップＳ１０４では、上記心周期時分割部６により、一心拍毎の心周期ＴＨを時分割して各分割期間(図２に例示の収縮期Ｑ１,拡張期Ｑ２や収縮前,中,後期Ｑ１１〜Ｑ１３,拡張前,中,後期Ｑ２２〜Ｑ２３)を生成して、心音信号と時系列的に関連付けられたタイミング情報として、上記解析処理部１の上記ＲＡＭに記憶する。
【００９５】
続いて、ステップＳ１０５では、上記心音特定部７と心雑音特定部８により、上記心音帯域信号および心雑音帯域信号から、上記分割期間毎に心音および心雑音を特定して、上記分割期間毎に時系列的に関連付けられた情報として、解析処理部１の上記ＲＡＭに記憶する。続いて、ステップＳ１０６では、判定部９により、測定した設定時間分の心音信号から異常の有無を判定して、その結果を出力部１０に出力する。
【００９６】
以上の一連の動作を行うことによって、心音信号と共に測定した脈波信号により特定した心周期に基づいて、心音信号に含まれる心音や心雑音の種別を特定し、特定した心音と心雑音から異常の有無を判定して利用者に提示することができる。
【００９７】
次に、図５〜図９を参照して、この心音測定装置による測定の一例を説明する。図５〜図８は、それぞれ異なる特徴を持つ心音信号の一測定例を示す信号波形図である。また、図９は、図５〜図８それぞれの測定例の心音信号に対応した判定部９による判定結果の出力部１０への出力例(表示ディスプレイへの画面表示例)を示す。
【００９８】
図５〜図８の各波形図の(Ａ)欄には、脈波検出部３から出力された脈波信号を、脈波伝播時間Ｔに相当する時間分だけ時間的に遡った脈波信号の信号波形を示している。この脈波信号から心周期時分割部６によって、心臓の心周期をなす６つに分割された分割期間(収縮前期Ｑ１１〜拡張後期Ｑ２３)を特定している。また、図５〜図８の各波形図の(Ｂ)欄には、心音検出部２から出力された心音信号の信号波形を示している。また、図５〜図８の各波形図の(Ｃ)欄には、上記(Ｂ)欄の心音信号から心音帯域抽出部４によって心音の周波数成分を抽出して出力された心音帯域信号の信号波形を示している。また、図５〜図８の各波形図の(Ｄ)欄には、心雑音帯域抽出部５によって(Ｂ)欄の心音信号から心雑音の周波数成分を抽出して出力された心雑音帯域信号の信号波形を示している。
【００９９】
図５の(Ｂ)欄には正常な心音信号の一例を示している。図５の(Ｂ)欄の心音信号は正常であることから、図５の(Ｃ)欄の心音帯域信号には、収縮前期Ｑ１１にＩ音(Ｓ１)、拡張前期Ｑ２１にII音(Ｓ２)が出現しており、図５の(Ｄ)欄の心雑音帯域信号としては何も出現していない。この場合、出力部１０の一例としての表示ディスプレイには、図９の(Ａ)欄に示すように、心音信号の波形を示すと共に、画面下部の「判定」欄に、判定部９による判定結果として「異常無し」が出力される。
【０１００】
一方、図６の(Ｂ)欄は、大動脈弁狭窄がある場合の一例を示す心音信号の波形図である。この波形図では、図６の(Ｂ)欄の心音信号には正常心音であるＩ音(Ｓ１)とII音(Ｓ２)に加えて、収縮期雑音が収縮中期Ｑ１２をピークに出現している。よって、図６の(Ｃ)欄の心音帯域信号には、収縮前期Ｑ１１にＩ音(Ｓ１)、拡張前期Ｑ２１にII音(Ｓ２)が出現しており、図６の(Ｄ)欄の心雑音帯域信号には収縮中期Ｑ１２を主体とした心雑音(収縮期駆出性雑音)が出現している(一例として９０％の頻度で出現)。この場合、出力部１０の一例としての表示ディスプレイには、図９の(Ｂ)欄に示すように心音信号の波形を示すと共に、画面下部の「判定」欄に、心雑音頻度算出部１８を備えた判定部９による判定結果として「収縮期雑音有り(頻度：９０％)」が出力される。
【０１０１】
また、図７の(Ｂ)欄は、大動脈弁閉鎖不全がある場合の心音信号の一例を示す波形図である。この波形図では、図７の(Ｂ)欄の心音信号には正常心音であるＩ音(Ｓ１)とII音(Ｓ２)に加えて、拡張前期Ｑ２１をピークに拡張期雑音が出現している。よって、図７の(Ｃ)欄の心音帯域信号には、収縮前期Ｑ１１にＩ音(Ｓ１)、拡張前期Ｑ２１にII音(Ｓ２)が出現し、図７の(Ｄ)欄の心雑音帯域信号の波形図には、拡張前期Ｑ２１を主体とした心雑音(拡張早期逆流性雑音)が出現している(一例として８０％の頻度で出現)。この場合、出力部１０の一例としての表示ディスプレイには、図９の(Ｃ)欄に示すように、心音信号の波形を示すと共に、画面下部の「判定」欄に、心雑音頻度算出部１８を備えた判定部９による判定結果として「拡張期雑音有り(頻度：８０％)」が出力される。
【０１０２】
また、図８の(Ｂ)欄は、過剰心音であるIII音(Ｓ３)およびIＶ音(Ｓ４)がある場合の心音信号の一例を示す波形図である。この波形図では、図８の(Ｂ)欄の心音信号には正常心音であるＩ音(Ｓ１)とII音(Ｓ２)に加えて、過剰心音であるIII音(Ｓ３)およびIＶ音(Ｓ４)が出現している。また、図８の(Ｃ)欄の心音帯域信号には、収縮前期Ｑ１１にＩ音(Ｓ１)、拡張前期Ｑ２１にII音(Ｓ２)が出現するのに加えて、拡張中期Ｑ２２にIII音(Ｓ３)、拡張後期Ｑ２３にIＶ音(Ｓ４)が出現している(一例としてIII音は４０％、IＶ音は３０％の頻度で出現)。なお、図８の(Ｄ)欄の心雑音帯域信号としては何も出現していない。この図８の波形図の場合、出力部１０の一例としての表示ディスプレイには、図９の(Ｄ)欄に示すように、心音信号の波形を示すと共に、画面下部の「判定」欄に、心音頻度算出部１７を備えた判定部９による判定結果として、「III音有り(頻度：４０％)」と「IＶ音有り(頻度：３０％)」が出力される。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
この発明の心音測定装置は、過剰心音や心雑音の評価を行う用途に適しており、心音や心雑音を特定するための心周期の判別に心電よりも測定が容易な末梢部位で測定した脈波を使用することから、病院等で用いられる診断用の心音測定装置以外にも、一般の人が家庭等において日常的に過剰心音や心雑音の有無を簡便に確認できる装置としても利用可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  解析処理部
２  心音検出部
３  脈波検出部
４  心音帯域抽出部
５  心雑音帯域抽出部
６  心周期時分割部
７  心音特定部
８  心雑音特定部
９  判定部
１０  出力部
１１  脈波伝播時間決定部
１５  心音判定部
１６  心雑音判定部
１７  心音頻度算出部
１８  心雑音頻度算出部
２０  心音判定結果出力部
２１  心雑音判定結果出力部
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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