(57)【要約】【課題】経験がなくても、自動的に大動脈弁狭窄症等の疾患の恐れがある心雑音を検出できる装置を提供することを課題とする。【解決手段】収縮期心雑音検出装置として、心電図信号を受け付ける心電図信号受付部と、心音信号を受け付ける心音信号受付部と、前記心電図信号から心臓の収縮期の時間を抽出する収縮期抽出部と、前記心音信号から、前記収縮期抽出部が抽出した時間において心音における一音及び／又は二音以外の音が存在するかどうかを検知し、当該検知結果に基づいて心雑音が存在するかどうかを判定する収縮期心雑音判定部とを設ける。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
心電図信号を受け付ける心電図信号受付部と、
心音信号を受け付ける心音信号受付部と、
前記心電図信号から心臓の凡その収縮期の時間を抽出する収縮期抽出部と、
前記心音信号から、前記収縮期抽出部が抽出した時間において心音中に心雑音が存在するかどうかを判定する収縮期心雑音判定部と
を有する収縮期心雑音検出装置。
【請求項２】
収縮期心雑音判定部は、前記心音信号から、前記収縮期抽出部が抽出した時間において心音中に一音及び／又は二音以外の音が存在するかどうかを検知し、当該検知結果に基づいて心雑音が存在するかどうかを判定する請求項１に記載の収縮期心雑音検出装置。
【請求項３】
前記収縮期雑音判定部は、複数回の収縮期の時間において前記一音及び／又は二音以外の音が同じタイミングで検知された場合において、心雑音が存在すると判断する請求項２に記載の収縮期心雑音検出装置。
【請求項４】
前記収縮期雑音判定部は、連続する１０回以上の収縮期の時間において前記一音及び／又は二音以外の音が同じタイミングで検知された場合において、心雑音が存在すると判断する請求項３に記載の収縮期心雑音検出装置。
【請求項５】
前記収縮期心雑音判定部は、一音以外の音が存在するかどうかを検知する場合には、収縮期開始から所定時間経過後から収縮期終了までの間に、所定閾値を超える振幅の音が存在することをもって前記一音以外の音が存在することを検知する請求項２から４のいずれか１項に記載の収縮期心雑音検出装置。
【請求項６】
前記収縮期心雑音判定部は、二音以外の音が存在するかどうかを検知する場合には、収縮期開始から収縮期終了の所定時間前までの間に、所定閾値を超える振幅の音が存在することをもって前記二音以外の音が存在することを検知する請求項２から５のいずれか１項に記載の収縮期心雑音検出装置。
【請求項７】
コンピューターに請求項１から６のいずれか１項に記載の収縮期心雑音検出装置としての機能を実現させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、心電図信号と心音信号とから心臓の収縮期における心雑音を検出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
心臓弁膜症の中でも大動脈弁狭窄症は突然死、失神、胸痛、心不全の原因となり、事前の診断が重要である。大動脈弁狭窄症の診断は、聴診により心音に異常な心雑音がないかどうかを医師が判断し、さらに、異常がある場合にはさらに心エコー検査を行うといった手順を踏むのが一般的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、今後、訪問看護や遠隔診療が拡大することが予測されるが、大動脈弁狭窄症の恐れがある心雑音を聴診により判断するのは、経験が必要であり、訪問看護や遠隔診療において対応できる人材が圧倒的に少ないのが現状である。なお、大動脈狭窄症の恐れがある心雑音は心臓の収縮期に発生するが、このような心雑音は僧帽弁逆流症や心室中隔欠損症等の疾患においても発生するものであり、このような疾患の判断にも用いることができる。
本発明はこのような問題に鑑みて、経験がなくても、自動的に大動脈弁狭窄症等の疾患の恐れがある心雑音を検出できる装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有する。
請求項１に記載の発明は、心電図信号を受け付ける心電図信号受付部と、心音信号を受け付ける心音信号受付部と、前記心電図信号から心臓の凡その収縮期の時間を抽出する収縮期抽出部と、前記心音信号から、前記収縮期抽出部が抽出した時間において心音中に心雑音が存在するかどうかを判定する収縮期心雑音判定部とを有する収縮期心雑音検出装置である。なお、本願における信号はアナログ信号、デジタル信号（データ）のいずれも含む。そして、本願において、心電図信号は、心臓の収縮期と拡張期が判断できる最低限の心電図信号で足り、心音信号は、心臓近傍の体表面から聴診器等の集音器具を介して得られる音の信号を意味するものとする。
請求項２に記載に記載の発明は、前記収縮期心雑音検出装置において、収縮期心雑音判定部は、前記心音信号から、前記収縮期抽出部が抽出した時間において心音中に一音及び／又は二音以外の音が存在するかどうかを検知し、当該検知結果に基づいて心雑音が存在するかどうかを判定するものである。なお、一音、二音は一般的にはローマ数字によって表されるが、特許出願ソフトの文字制限のためここでは漢数字によって表している。また、実際の心臓では収縮期と拡張期の切り替わりの際に二音が発生するので、収縮期抽出部による収縮期の抽出方法によっては、二音が含まれない場合があり、このような場合は収縮期心雑音判定部は、二音以外の音が存在するかどうかを検知する必要はない。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の収縮期心雑音検出装置において、前記収縮期雑音判定部は、複数回の収縮期において前記一音及び／又は二音以外の音が同じタイミングで検知された場合において、心雑音が存在すると判断するものである。
請求項３に記載の発明は、請求項３に記載の収縮期心雑音検出装置において、連続する１０回以上の収縮期の時間において前記一音及び／又は二音以外の音が同じタイミングで検知された場合において、心雑音が存在すると判断するものである。
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の収縮期心雑音検出装置において、一音以外の音が存在するかどうかを検知する場合には、前記収縮期心雑音検出装置において、前記収縮期心雑音判定部は、収縮期開始から所定時間経過後から収縮期終了までの間に、所定閾値を超える振幅の音が存在する場合に前記一音及び／又は二音以外の音が存在することを検知するものである。
請求項５に記載の発明は、請求項２から４のいずれかに記載の収縮期心雑音検出装置において、一音以外の音が存在するかどうかを検知する場合には、前記収縮期心雑音判定部は、二音以外の音が存在するかどうかを検知する場合には、収縮期開始から収縮期終了の所定時間前までの間に、所定閾値を超える振幅の音が存在することをもって前記二音以外の音が存在することを検知するものである。
請求項６に記載の発明は、コンピューターに前記収縮期心雑音検出装置としての機能を実現させるプログラムである。なお、コンピューターには、スマートフォン、タブレットコンピューター、携帯情報端末等、ＣＰＵを有しプログラムを組み込むによって動作する機能が組み込まれた種々の装置が含まれる。
【発明の効果】
【０００５】
以上のような構成により本発明は次のような効果を奏する。
請求項１、２に記載の発明は、大動脈弁狭窄症等の疾患に発生する心臓の凡そ収縮期の心雑音を自動的に得ることができる。そして、収縮期かどうかを心電データを基準に判定することで、正確であるとともに自動的な判定が可能となる。
請求項３に記載の発明は、収縮期を複数回測定するようにすることで、呼吸音などの正常な雑音による誤判定を低減させることができる。
請求項４に記載の発明は、収縮期を１０回以上測定することで、より確実に呼吸音などによる誤判定を低減させることができる。
請求項５に記載の発明は、収縮期の開始時にピークがある一音は収縮期から短時間で減衰するので、この期間を除いて収縮期に所定閾値以上の振幅を有する音があるかどうかを判定するようにすれば、容易く一音以外の心雑音の可能性がある音を抽出することができる。
請求項６に記載の発明は、二音は収縮期の終了時に生じるので、この期間を除いて収縮期に所定閾値以上の振幅を有する音があるかどうかを判定するようにすれば、容易く二音以外の心雑音の可能性がある音を抽出することができる。
請求項７に記載の発明は、例えばスマートフォンなど当該プログラムを組み込み、心電図データと心音図データを取得できる端子を接続すれば医療機関や検診センター以外でも非医療従事者が自分自身で収縮期の心雑音を測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係る収縮期心雑音検出装置のハードウエア構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】（ａ）は心電図用電極付聴診器の例を示す表面側の斜視図であり、（ｂ）は心電図用電極付聴診器の例を示す裏面側の斜視図である。
【図３】収縮期心雑音検出装置の機能を模式的に示す機能ブロック図である。
【図４】（ａ）は心電図信号の一例を示す図であり、（ｂ）は心音信号の一例を分解して示す図である。
【図５】収縮期心雑音検出装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に実施形態に係る収縮期心雑音検出装置Ｘのハードウエア構成を模式的に表すブロック図を示す。収縮期心雑音検出装置Ｘは、演算処理を行うCPU１１、CPUの作業領域となるRAM１２、基本的なプログラムやデータを記憶するROM１３、CPUの動作タイミングを取るためのクロック１４、データやプログラムを記憶するためのＳＳＤ等の外部記録装置１５、データの入力や情報を表示するためのタッチパネルを有するモニタ１６、後述する心電図電極付き聴診器Ｙの心電図用電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、聴診部３０と接続されるＡＤコンバーターなどを含むアナログインターフェース１７などにより構成される。収縮期心雑音検出装置Ｘはこのようなハードウエアに以下に説明するような動作を実現するプログラムを組み込むことにより形成される。なお、これらのハードウエアは、金属や合成樹脂で形成された筐体内に収められる。
【０００８】
図２（ａ）に前記アナログインターフェース１７に接続される心電図電極付き聴診器Ｙの先端部分を斜め上から見た斜視図を示し、（ｂ）に心電図電極付き聴診器Ｙの先端部分を斜め下から見た斜視図を示す。心電図電極付き聴診器Ｙは、３つの心電図用電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃと聴診部３０と電気ケーブル４０から構成される。聴診部３０は、一般的なダイヤフラム型聴診器のチェストピース部分とほぼ同じ構造をしているが、内部に音を電気信号に変換するマイクが内蔵されている。心電図用電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃは聴診部３０の回りに正三角形状に配置される電極であり、それぞれ、プラス電極、マイナス電極、アース電極を構成する。各心電図用電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、背面側で聴診部３０に一体に固定されるエラストマー製のカバー内に固定され、各心電図用電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃの表出面と聴診部３０のダイヤフラム面とはほぼ同じ平面上に存するように形成されることで、聴診部３０のダイヤフラム面を心臓部分の体表面に接触させたときに、各心電図用電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃの表出面も体表面に適切に接触するように形成されている。各心電図用電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃに電気的に繋がる電線及び聴診部３０に内蔵されているマイクに繋がる電線は、電気ケーブル４０を介して収縮期心雑音検出装置Ｘのアナログインターフェース１７に接続される。
【０００９】
図３に収縮期心雑音検出装置Ｘの機能を模式的に表す機能ブロック図を示す。心電図信号受付部１０１、心電信号受付部１０２、収縮期抽出部１０３、心雑音判定部１０４を有する。
心電図信号受付部１０１は、前記心電図電極付き聴診器Ｙの心電図用電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃから送られる心電図信号を受け付ける。図４（ａ）に心電図用電極２０ａ、２０ｂ、２０ｃに基づいて得られる心電図の例を示す。心電図には、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波があり、Ｒ波のピークからＴ波の終わりが心臓の収縮期、これ以外が心臓の拡張期となる。
心音信号受付部１０２は、前記心電図電極付き聴診器Ｙの聴診部３０の内蔵マイクから送られる信号を受け付ける。図４（ｂ）に聴診部３０によって集音される心臓周辺の音の例を示す。心音は、心臓の鼓動に伴って生じる音であり、Ｉ音（一音）、II音（二音）、III音（三音）、IV音（四音）と発生する。この内、心臓の収縮期の開始直後に発生するのがＩ音（一音）であり、収縮期と拡張期の境で発生するのがII音（二音）である。心雑音は心臓の鼓動に伴って生じる音ではあるが、正常な心臓では発生しない音である。収縮期心雑音検出装置Ｘは収縮期におけるこの心雑音を検出することを目的とする。呼吸音等は、心臓とは別に呼吸など体内の活動によって生じる正常な音である。聴診部３０で、これらの音が重なった音をマイクで電気信号に変換するので、心音データ受付部１０２が受け付ける心音信号は、心臓回りの音が多重に重なったものとして受け付けられる。
【００１０】
収縮期抽出部１０３は、心電図信号受付部１０１が受け付けた心電図信号に基づいて、心臓の収縮期を抽出する。具体的には、図４（ａ）に示す心電図からＲ波とＴ波を抽出し、Ｒ波のピークからＴ波の終わりまでの期間を収縮期とする。ただし、Ｔ波の終わりにはII音（二音）が発生するので、ここではII音（二音）が含まれないよう、Ｔ波の終わりより若干手間までの時間を収縮期の終了時とすとする。
心雑音判定部１０４は、収縮期判断部１０３が抽出した収縮期に心雑音があるかどうかを判定する。心雑音判定部１０４は、心雑音検出部１０４ａと判定部１０４ｂとを有する。心雑音検出部１０４ａは、収縮期抽出部１０３が抽出した収縮期の開始０．３秒後から収縮期の終わりまでの間に所定の閾値を超える振幅の音が存在するかどうかを検出する。閾値は、Ｉ音（一音）の振幅から求めたり、実験等で得られた絶対値を用いたり等、適宜設定することができる。また、収縮期の開始０．３秒後から判定するのは、収縮期の初めはＩ音（一音）が大きな音として必ず存在するので、これが十分に小さくなるまでの時間を排除するためである。この時間は脈拍数などによって影響されるので、０．３秒に限定されるものではなく、適宜変えることができ、脈拍数に応じて変動するようにしてもよい。心雑音検出部１０４ａは、閾値を超えた音がある場合、その収縮期内における発生タイミングを記録する。判定部１０４ｂは、心雑音検出部１０４ａが連続した１０回の収縮期における検出を行った後に、１０回すべてに同じタイミングで閾値を超えた音が存在する場合に、心雑音があると判定する。１０回の収縮期に基づいて判定するのは、呼吸音等の雑音による影響を排除するためであり、呼吸のタイミングから１０回程度計測すれば呼吸音の影響を排除することができる。なお、この回数は１０回に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。また、１０回全ての収縮期に閾値を超えた音があるという判定基準も例示であり、１０未満の回数閾値を超えた場合でも心雑音があると判定する等、判定条件も適宜変更することができる。
【００１１】
次に、以上のような構成を有する収縮期心雑音検出装置Ｘの動作について説明する。図５にかかる動作を表すフローチャートを示す。まず、検査者は、心電図用電極２０ａが下になるようにして、聴診部３０、心電用電極２０ａ〜２０ｃが受診者の体表面にしっかりと接触するように心電図電極付き聴診器Ｙを受診者の心臓の位置に押し当てる。これにより、心電用電極２０ａ〜２０ｃから心電図信号が、聴診部３０から心音信号が収縮期心雑音検出装置Ｘに送られてくるので、心電図信号受付部１０１が心電信号を受け付け、心音信号受付部１０２が心音信号を受け付ける（ｓ１０１）。収縮期抽出部１０３は、受け付けられた心電図信号に基づいて、心臓の収縮期を抽出する（ｓ１０２）。次に、心雑音判定部１０４の心雑音検出部１０４が検査回数に対応する変数を一つインクリメントし（ｓ１０３）、抽出された収縮期の最初の０．３秒を除く期間において受け付けられた心音信号の振幅が所定の閾値を超えるかどうかを判定する（ｓ１０４）。ここで、閾値を超えなかった場合には、判定部１０４ｂは心雑音は無いものと判定する。ｓ１０４で閾値を超えた場合には、心雑音検出部１０４ａは当該超えたタイミングを記録する（ｓ１０５）。以上のｓ１０３からｓ１０５の動作を繰り返して変数を１０になるまで繰り返し（ｓ１０６）、変数が１０、即ち、１０回の動作が終了すると心雑音判定部１０４の判定部１０４ｂは、閾値を超えたタイミングが１０回ですべて同じかどうか判断する。（ｓ１０７）。ここで、すべて同じタイミングの場合は心雑音が有ると判定し（ｓ１０８）、異なるタイミングがある場合は心雑音は無いと判定する（ｓ１０９）。その後、心雑音判定部１０４による判定結果はモニタ１６に表示され、受診者情報と関連付けて記録され（ｓ１１０）、処理が終了する。
以上、説明したように、本実施形態に係る収縮期心雑音検出装置Ｘは、従来、人の経験によって抽出していた収縮期の心雑音の検出を、心電図信号から心臓の収縮期を抽出し、これを用いることで収縮期に心雑音があるかどうかを自動で判定することができる。
【００１２】
なお、上記実施形態では収縮期心雑音検出装置を専用の装置として例示しているが、例えば、スマートフォンに上記動作を実現するアプリケーションソフトウエアを組み込み、当該スマートフォンに接続可能に形成された心電図電極付き聴診器をスマートフォンに接続することで、当該スマートフォンを収縮期心雑音検出装置とすることができる。このようにすることで家庭で受診者自らが収縮期心雑音の検出を手軽に行うことが可能となる。
また、上記実施形態では収縮期心雑音検出装置に心電図電極付き聴診器を接続して、直接心電図信号及び心音信号を受け付けるようにしているが、予め測定しておいた心電図信号及び心音信号のデータをＵＳＢメモリや通信回線を通じて読み込み、これを用いて収縮期の心雑音を検出するようにすることもできる。
さらに、上記実施形態では、心電図信号及び心音信号をデジタルデータとしてＣＰＵで解析をしているが、心音信号が閾値を超えるかどうかの判定まではアナログ信号のまま行うことも可能である。
そして、心雑音検出部が１０回、心音信号が閾値を超えるかどうかの検出を行う際に、１０回の心拍回数における心電図信号及び心音信号を取得してから、各回において閾値を超えるかどうかを検出するようにしてもよく、１回の心拍に対応する心電図信号及び心音信号を受け付けるごとに、心音信号が閾値を超えるかどうかを検出するようにしてもよい。
それから、上記実施形態ではＩ音（一音）を排除するために収縮期の０．３秒経過後から心音信号が閾値を超えるかどうかを検知するようにしているが、Ｉ音（一音）を排除する方法はこれに限られず、例えば、心電図のＲ波のピーク時における１０回の心音信号に基づいて、Ｉ音（一音）を推定し、この波形を心音信号から差し引いたものや、平均的なＩ音の波形データを差し引いたものに関して閾値を超えるかどうかを判定するようにする等、他の方法を採用することもできる。
また、上記実施形態では、収縮期をII音（二音）が含まれないように終了時刻を若干早く抽出しているが、II音（二音）が含まれる時刻までを収縮期として抽出し、II音（二音）の推定される波形を差し引くことで心雑音と混同しないように処理するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００１３】
Ｘ  収縮期心雑音検出装置
Ｙ  心電図電極付き聴診器
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  心電図用電極
３０  聴診部
１０１  心電図信号受付部
１０２  心音信号受付部
１０３  収縮期抽出部
１０４  心雑音判定部
１０４ａ  心雑音検出部
１０４ｂ  判定部
【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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