JP4411384B2

JP4411384B2 - Diagnostic system

Info

Publication number: JP4411384B2
Application number: JP2004119886A
Authority: JP
Inventors: 博夫池平; 正男石濱
Original assignee: National Institute of Radiological Sciences
Current assignee: National Institute of Radiological Sciences
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-04-15
Also published as: JP2005296482A

Description

本発明は、診断システムに関し、特に、肘や膝などの関節が運動する際に発する音響・振動を利用する診断システムに関する。 The present invention relates to a diagnostic system, and more particularly to a diagnostic system that uses sound and vibration generated when a joint such as an elbow or a knee moves.

人体の診断においては、生体音を利用する所謂聴診が知られている。聴診は、心音や呼吸音などの生体音を聞いて、それら生体音の正常な状態時の音と比較して異常な音であることを確認して診断する方法であり、無痛、無侵襲性である点で優れている。 In the diagnosis of the human body, so-called auscultation using a body sound is known. Auscultation is a method of diagnosing by listening to body sounds such as heart sounds and breathing sounds and confirming that they are abnormal sounds compared to the sound of those body sounds in a normal state. It is excellent in that.

聴診は、従来から知られている聴診器を利用する方法の他、マイクロフォンにより採取した音を画面に表示する方法が知られている。
しかし、このような聴診は、いずれも、診断者等が生体音を採取すべき人体の部位に聴診器、マイクロフォンを保持しておかなければならないという煩わしさがある。
また、従来の聴診は、採取した心音や、呼吸音に基づいた診断に限られており、診断のため、可動する人体の部位が発する音響振動を採取しようとする技術的課題の認識それ自体がなかったが、かりに、可動する人体の部位が発する音響振動を聴診器やマイクロフォンを用いて採取しようとするときには、診断者はまた、可動する人体部位の動きに追従して、聴診器、マイクロフォンを移動させなければならないという煩わしさを伴うことになる。そして、更に、このような生体音採取方法では、聴診器、マイクロフォンは、動く人体部位との間で生ずる擦過音などの雑音までをも拾ってしまい、生体音のみを明瞭に採取することは困難であるという問題もある。
更に、従来の聴診では、１つの聴診器、マイクロフォンを用いて行うに過ぎなかったため、診断すべき１つの部位について同時に多面的な生体音データを得ることができなかった。 As for auscultation, in addition to a method using a conventionally known stethoscope, a method of displaying sound collected by a microphone on a screen is known.
However, all such auscultations have the annoyance that a diagnostician or the like must hold a stethoscope and a microphone at a part of a human body from which a body sound should be collected.
In addition, conventional auscultation is limited to diagnosis based on collected heart sounds and breathing sounds. For diagnosis, the recognition of the technical problem of collecting acoustic vibrations generated by a moving human body part itself is not possible. However, when trying to collect acoustic vibrations generated by a movable human body part using a stethoscope or a microphone, the diagnostician can also follow the movement of the movable human body part and use a stethoscope or microphone. This is accompanied by annoyance that must be moved. Furthermore, in such a body sound collection method, the stethoscope and the microphone pick up even noise such as a scratch generated between the moving human body part, and it is difficult to clearly collect only the body sound. There is also the problem of being.
Furthermore, in conventional auscultation, since it was only performed using one stethoscope and a microphone, it was not possible to simultaneously obtain multifaceted body sound data for one site to be diagnosed.

本発明は、上記技術的課題を解決するために発明されたものであり、簡易に、明瞭な生体音(音響)又は振動を、多面的に採取することができる診断システム、及び、音響振動採取装置を保持する保持部材を提供することを目的とする。 The present invention has been invented in order to solve the above technical problem, and can easily and clearly collect a clear biological sound (sound) or vibration from multiple sides, and acoustic vibration collection. It is an object of the present invention to provide a holding member that holds an apparatus.

上記目的を達成するため、請求項１記載の、本件第１発明の診断システムは、人体から出る音響振動を採取し、これを電気信号に変換するするための、少なくとも２つの音響振動採取装置と、該各音響振動採取装置を保持する保持部材と、これらの保持部材を人体に取り付けるための取付手段と、前記音響振動採取装置からの前記電気信号を演算処理する演算処理装置と、該演算処理装置の演算処理結果を出力する出力手段とを有する、ことを特徴とする。
本発明では、請求項２に記載したとおり、前記演算処理装置が、前記各音響振動採取装置からの前記電気信号に基づいて各音響振動の大きさを演算処理し、前記出力手段が、前記演算処理された各音響振動の大きさを音圧―時間特性で出力するのが好ましい。
また、本発明では、請求項３に記載したとおり、前記演算処理装置が、前記各音響振動採取装置からの前記電気信号に基づいて各音響振動の大きさを演算処理し、前記出力手段が、前記演算処理された各音響振動の大きさを音圧レベル―周波数特性で出力するのが好ましい。 In order to achieve the above object, the diagnostic system according to the first aspect of the present invention is characterized in that at least two acoustic vibration collection devices for collecting acoustic vibrations from a human body and converting them into electrical signals, A holding member for holding each of the acoustic vibration collecting devices, an attaching means for attaching these holding members to a human body, an arithmetic processing device for arithmetically processing the electrical signal from the acoustic vibration collecting device, and the arithmetic processing Output means for outputting the result of arithmetic processing of the apparatus.
In the present invention, as described in claim 2, the arithmetic processing device performs arithmetic processing on the magnitude of each acoustic vibration based on the electrical signal from each acoustic vibration sampling device, and the output means performs the arithmetic operation. It is preferable to output the magnitude of each processed acoustic vibration as a sound pressure-time characteristic.
In the present invention, as described in claim 3, the arithmetic processing device performs arithmetic processing on the magnitude of each acoustic vibration based on the electrical signal from each acoustic vibration sampling device, and the output unit includes: It is preferable that the magnitude of each acoustic vibration subjected to the arithmetic processing is output as a sound pressure level-frequency characteristic.

更に、本発明では、請求項４に記載したとおり、前記演算処理装置が、前記各音響振動採取装置からの前記電気信号に基づいて各音響振動の位置、大きさを演算処理し、前記出力手段が、前記演算処理された音響振動の位置、大きさを分布で出力する、のが好ましい。
更にまた、請求項５に記載したとおり、前記演算処理された音響振動の位置、大きさの分布が、前記音響振動採取装置によって包囲された人体の部位の断面に対応する面を多数のセルによって分割したグリッド上に表示される、のが好ましい。
また、請求項６に記載したとおり、前記演算処理装置に接続された、正常な人体部位から生ずる音響振動の位置、大きさに関するデータを記憶するための記憶手段を有し、前記演算処理装置が、前記各音響振動採取装置からの前記電気信号に基づいて各音響振動の位置、大きさを演算処理し、該演算処理した各音響振動の位置、大きさと、前記記憶手段のデータとを比較し、前記データから外れた各音響振動の位置、大きさを演算処理し、前記出力手段が、前記データから外れた各音響振動の位置、大きさを分布で出力する、のが好ましい。 Further, according to the present invention, as described in claim 4, the arithmetic processing device performs arithmetic processing on the position and magnitude of each acoustic vibration based on the electrical signal from each acoustic vibration sampling device, and the output means However, it is preferable that the position and magnitude of the acoustic vibration subjected to the calculation process are output as a distribution.
Furthermore, as described in claim 5, a position corresponding to a cross section of a part of a human body surrounded by the acoustic vibration collecting device is distributed by a large number of cells. It is preferably displayed on a divided grid.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided storage means for storing data relating to the position and magnitude of acoustic vibration generated from a normal human body part, connected to the arithmetic processing unit, wherein the arithmetic processing unit is The position and magnitude of each acoustic vibration is calculated based on the electrical signal from each acoustic vibration sampling device, and the calculated position and magnitude of each acoustic vibration is compared with the data in the storage means. It is preferable that the position and magnitude of each acoustic vibration deviating from the data is subjected to arithmetic processing, and the output means outputs the position and magnitude of each acoustic vibration deviating from the data as a distribution.

更に、請求項７に記載したとおり、前記演算処理された、前記データから外れた音響振動の位置、大きさの分布が、前記音響振動採取装置によって包囲された人体の部位の断面に対応する面を多数のセルによって分割したグリッド上に表示される、のが好ましい。
更にまた、請求項８に記載したとおり、可動する人体の部位の加速度を検出するための加速度センサ、可動する人体の部位の可動範囲を検出するための角度センサ、及び、人体の部位に加わった荷重の大きさを検出するための圧力センサのうちの少なくとも１つを有し、前記出力手段が、前記センサの検出結果を出力する、のが好ましい。 Furthermore, as described in claim 7, the position of the vibration and the distribution of the magnitude of the vibration that is out of the data processed and corresponding to the cross-section of the part of the human body surrounded by the acoustic vibration sampling device. Are preferably displayed on a grid divided by a number of cells.
Furthermore, as described in claim 8, the acceleration sensor for detecting the acceleration of the movable human body part, the angle sensor for detecting the movable range of the movable human body part, and the human body part are added. It is preferable that at least one of pressure sensors for detecting the magnitude of the load is provided, and the output means outputs a detection result of the sensor.

上記目的を達成するため、請求項９記載の、本件第２発明の、ベルト手段を介して人体に取り付けられる、人体から出る音響振動を採取するための音響振動採取装置を保持する保持部材は、上端が開放したスリーブからなり、該スリーブの周壁には少なくとも二対の第１貫通穴が形成され、各対の第１貫通穴は互いに対向して配置され、前記スリーブの底壁の中央部には、前記音響振動採取装置が取り付けられる第２貫通孔が形成され、前記スリーブの底壁の底面が、円錐面を構成するように、前記第２貫通孔から下方に向って半径方向外方に傾斜する、ことを特徴とする。
本発明では、請求項１０に記載したとおり、前記スリーブの周壁の頂面部には、前記周壁を半径方向に貫通する、前記音響振動採取装置から延びる電気ケーブルが配置される切欠部が形成されているのが好ましい。 In order to achieve the above object, a holding member for holding an acoustic vibration collecting device for collecting acoustic vibrations coming out of a human body, which is attached to the human body via belt means according to the second invention of claim 9, The sleeve has an open upper end, and at least two pairs of first through holes are formed in the peripheral wall of the sleeve, and the first through holes of each pair are arranged to face each other, and are formed at the center of the bottom wall of the sleeve. Is formed with a second through hole to which the acoustic vibration sampling device is attached, and a bottom surface of the bottom wall of the sleeve is formed radially outward from the second through hole so as to form a conical surface. Inclined.
In the present invention, as described in claim 10, a notch portion is formed on the top surface portion of the peripheral wall of the sleeve, in which an electric cable extending from the acoustic vibration collection device is disposed to penetrate the peripheral wall in the radial direction. It is preferable.

上記構成による本件第１発明の診断システムでは、音響振動採取装置を保持部材によって保持し、これらの保持部材を取付手段によって人体に取り付けるようにしたので、診断者が音響振動を採取すべき人体の部位に音響振動採取装置を保持する必要をなくし、また、可動する人体の部位が発する音響振動を採取する際、可動する部位に追従して診断者が音響振動採取装置を移動させる必要をなくすことができ、更に、１つの部位の生体音、振動を多面的に採取することができる。
上記目的を達成するため、本件第２発明の保持部材では、音響振動採取装置を保持する保持部材を上端が開放したスリーブで構成し、このスリーブの周壁に、夫々が互いに対向して配置された少なくとも二対の第１貫通穴を形成したので、これらの第１貫通穴にベルトを挿通し、音響振動を採取すべき人体の部位のまわりでかかるベルトを締結することによってスリーブ、ひいては、音響振動採取装置を、診断者がこれを保持する必要なしに、音響振動を採取すべき人体の部位に保持することができ、また、可動する人体の部位が発する音響振動を採取する際、可動する部位に追従して診断者が音響振動採取装置を移動させる必要をなくすことができる。 In the diagnosis system according to the first aspect of the present invention having the above-described configuration, the acoustic vibration collecting device is held by the holding members, and these holding members are attached to the human body by the attaching means. Eliminates the need to hold the acoustic vibration sampling device at the site, and eliminates the need for the diagnostician to move the acoustic vibration sampling device following the movable site when sampling the acoustic vibrations generated by the movable human body In addition, the body sound and vibration of one part can be collected from multiple sides.
In order to achieve the above object, in the holding member of the second invention of the present invention, the holding member for holding the acoustic vibration collecting device is constituted by a sleeve having an open upper end, and the sleeves are arranged to face each other on the peripheral wall. Since at least two pairs of first through holes are formed, belts are inserted into the first through holes, and the belt is tightened around the portion of the human body where the acoustic vibration is to be collected. The sampling device can be held at the part of the human body where the acoustic vibration should be collected without the need for the diagnostician to hold it, and the movable part when collecting the acoustic vibration emitted by the movable part of the human body It is possible to eliminate the need for the diagnostician to move the acoustic vibration sampling device following the above.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。この実施形態は、本発明を、膝や肘から生ずる音(音響)、又は、振動(本件出願では「音響振動」と呼ぶ)を採取する診断システムに適用したものである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, the present invention is applied to a diagnostic system that collects sound (acoustics) or vibrations (called “acoustic vibrations” in the present application) generated from knees and elbows.

図１を参照すると、本発明の実施形態による診断システムが全体的に参照番号１で示されている。
診断システム１は、生体から生ずる音響振動、すなわち、膝や肘を曲げ、或いは、伸ばしたときに生ずる音響振動を採取し、これを電気信号に変換する音響振動採取装置を有する。
この実施形態では、音響振動採取装置には、音(音響)を採取し、これを電気信号に変換する音響センサ、すなわち、マイクロフォン２が用いられている。各マイクロフォン２は、本体２aと、これから延びる電気コード２bとからなる。この実施形態では、４つのマイクロフォン２が使用されているけれども、マイクロフォン２は２つ以上であれば足り、４つ以上であるのが好ましい。
マイクロフォン２は、特に限定はされないけれども、マイクロフォン本体２aの直径が５mm以下であるのが好ましく、また、２０Ｈz程度の低周波から２０ＫＨz程度の高周波領域の音(響)、すなわち、ほぼ全ての可聴音を採取することができるのが好ましい。
各マイクロフォン２(の本体２a)は保持部材によって保持される。この保持部材は、この実施形態では、上端が開放したスリーブ３からなる。 Referring to FIG. 1, a diagnostic system according to an embodiment of the present invention is indicated generally by the reference numeral 1.
The diagnostic system 1 has an acoustic vibration collection device that collects acoustic vibration generated from a living body, that is, acoustic vibration generated when a knee or an elbow is bent or stretched, and converts this into an electrical signal.
In this embodiment, an acoustic sensor that collects sound (sound) and converts the sound (sound) into an electrical signal, that is, a microphone 2 is used in the acoustic vibration sampling apparatus. Each microphone 2 includes a main body 2a and an electric cord 2b extending therefrom. Although four microphones 2 are used in this embodiment, two or more microphones 2 are sufficient, and four or more microphones are preferable.
Although the microphone 2 is not particularly limited, the diameter of the microphone body 2a is preferably 5 mm or less, and sound (sound) in a low frequency range of about 20 Hz to a high frequency range of about 20 KHz, that is, almost all audible sounds. Is preferably collected.
Each microphone 2 (main body 2a) is held by a holding member. In this embodiment, the holding member includes a sleeve 3 having an open upper end.

図３から良くわかるように、各スリーブ３の周壁には二対の第１貫通穴、すなわち、ベルト挿通穴４a、４b、５a、５bが形成されている。各対のベルト挿通穴は互いに対向して配置されている。すなわち、ベルト挿通穴４a、４bが互いに対向して配置され、ベルト挿通穴５a、５bが互いに対向して配置されている。
各スリーブ３の周壁の頂面部には、周壁を直径方向に貫通する一対の対向した切欠部６a、６bが形成されている
各スリーブ３は、下端を閉鎖する底壁７を有し、この底壁７の中央部には第２貫通孔、すなわち、マイクロフォン２の本体２aが取り付けられるマイクロフォン取付穴８が形成されている。この実施形態では、マイクロフォン取付穴８は、マイクロフォン２の本体２aを取り外し可能に嵌合することができるように寸法形状決めされている。変形実施形態として、マイクロフォン２(の本体２a)はマイクロフォン取付穴８に固定されても良い。
各スリーブ３の底壁７の底面９は円錐面状に形成されている。すなわち、底面９は、マイクロフォン取付穴８の下端から下方に向って半径方向外方に傾斜している。
スリーブ３は、生体に刺激を与えたり、アレルギー反応を生じさせるおそれが少なく、且つ、生体に密着しても摩擦による雑音を発生させ難い材料、例えば、アルミニウムやチタンで作られるのが好ましい。 As can be clearly seen from FIG. 3, two pairs of first through holes, that is, belt insertion holes 4a, 4b, 5a, and 5b are formed in the peripheral wall of each sleeve 3. Each pair of belt insertion holes is arranged to face each other. That is, the belt insertion holes 4a and 4b are arranged to face each other, and the belt insertion holes 5a and 5b are arranged to face each other.
A pair of opposed notches 6a and 6b penetrating the peripheral wall in the diametrical direction are formed on the top surface of the peripheral wall of each sleeve 3. Each sleeve 3 has a bottom wall 7 that closes the lower end. A second through hole, that is, a microphone attachment hole 8 to which the main body 2 a of the microphone 2 is attached is formed in the center portion of the wall 7. In this embodiment, the microphone mounting hole 8 is sized and shaped so that the main body 2a of the microphone 2 can be removably fitted. As a modified embodiment, the microphone 2 (the main body 2 a thereof) may be fixed to the microphone mounting hole 8.
The bottom surface 9 of the bottom wall 7 of each sleeve 3 is formed in a conical shape. That is, the bottom surface 9 is inclined radially outward from the lower end of the microphone mounting hole 8 downward.
The sleeve 3 is preferably made of a material, for example, aluminum or titanium, which is less likely to irritate a living body or cause an allergic reaction and hardly generates noise due to friction even when it is in close contact with the living body.

診断システム１はまた、保持部材を人体に取り付けるための取付手段、すなわち、本実施形態では、スリーブ３を膝に取り付けるためのベルト１０、１１を有する。この実施形態では、各ベルトは、比較的平坦な板状である。かかるベルトを介して膝に取り付けられたスリーブ３(マイクロフォン２の本体２a)が、膝を曲げ伸ばしした際に、骨に対する位置を変えることがないようにするため、ベルト１０、１１は、可撓性を有するのが好ましく、また、シリコンなどの滑りやすい材質で作られるのが好ましい。
これらのベルト１０、１１は、スリーブ３のベルト挿通穴４a、４b、ベルト挿通穴５a、５bに夫々通され、各ベルト１０、１１の端部同士は、適当な公知の締結手段によって、スリーブ３(マイクロフォン２)が採取すべき生体音響振動を生ずる生体部位、例えば図２に示すように膝から脱落しないように、連結されるようになっている。適当な締結手段は、例えば、ズボンに使用するベルトのバックルのように、各ベルト１０、１１の一方の端部に形成された複数の調節穴と、各ベルト１０、１１の他方の端部に設けられ、前記調節穴に係止されるフック部材とによって構成しても良いし、原始的には、各ベルト１０、１１の端部同士を結ぶことによって構成しても良い。膝を曲げ伸ばした際に、より擦過音等が生じない締結手段が好ましい。 The diagnostic system 1 also includes attachment means for attaching the holding member to the human body, that is, in this embodiment, belts 10 and 11 for attaching the sleeve 3 to the knee. In this embodiment, each belt has a relatively flat plate shape. The belts 10 and 11 are flexible so that the sleeve 3 (the main body 2a of the microphone 2) attached to the knee via the belt does not change its position relative to the bone when the knee is bent and stretched. It is preferable to be made of a slippery material such as silicon.
The belts 10 and 11 are respectively passed through the belt insertion holes 4a and 4b and the belt insertion holes 5a and 5b of the sleeve 3, and the ends of the belts 10 and 11 are connected to each other by appropriate known fastening means. The (microphone 2) is connected so as not to fall off from a living body part that generates bioacoustic vibration to be collected, for example, as shown in FIG. Suitable fastening means include, for example, a plurality of adjustment holes formed at one end of each belt 10, 11 such as a belt buckle used for trousers, and the other end of each belt 10, 11. It may be configured by a hook member that is provided and locked in the adjustment hole, or may be configured by connecting the end portions of the belts 10 and 11 from the beginning. Fastening means that does not cause more scratching noise when the knee is bent and stretched is preferable.

マイクロフォン２の本体２aから延びる電気コード２bは、図３に示されるように近位端部がスリーブ３の切欠部６a又は６bで保持され、図１に示されるように遠位端部が、マイクロフォン２からの電気信号を増幅するためのアンプ２０に接続される。
各アンプ２０は、該アンプ２０を介したマイクロフォン２からの電気信号を演算処理する演算処理装置３０に接続されている。この実施形態では、演算処理装置３０は、マイクロフォン２からの電気信号に基づいて各マイクロフォン２で採取した音響の位置及び大きさを演算処理するようになっている。演算処理装置３０によって演算処理されたる各種の結果は、演算処理装置３０に記憶され、選択的に読み出すことができるようになっている。
この演算処理装置３０には、該演算処理装置の演算処理結果を出力することができる出力手段が接続されている。この実施形態では、出力手段は、第１出力装置４０として、指令入力装置を備えたモニタ(ＣＲＴ)を有する。モニタは、例えばキーボードからなる指令入力装置によって選択、指示されたモードで演算処理装置３０の演算処理結果を表示するようになっている。
この実施形態では、演算処理装置３０は、各マイクロフォン２で採取された音響振動の大きさを、音圧―時間特性で出力するモードと、音圧レベル―周波数特性で出力するモードとを有する。 The electric cord 2b extending from the main body 2a of the microphone 2 has a proximal end held by a notch 6a or 6b of the sleeve 3 as shown in FIG. 3, and a distal end as shown in FIG. 2 is connected to an amplifier 20 for amplifying an electric signal from the amplifier 2.
Each amplifier 20 is connected to an arithmetic processing unit 30 that performs arithmetic processing on an electric signal from the microphone 2 via the amplifier 20. In this embodiment, the arithmetic processing unit 30 performs arithmetic processing on the position and magnitude of the sound collected by each microphone 2 based on the electrical signal from the microphone 2. Various results that are arithmetically processed by the arithmetic processing unit 30 are stored in the arithmetic processing unit 30 and can be selectively read out.
The arithmetic processing unit 30 is connected to an output means capable of outputting the arithmetic processing result of the arithmetic processing unit. In this embodiment, the output means has a monitor (CRT) provided with a command input device as the first output device 40. The monitor is configured to display the arithmetic processing result of the arithmetic processing unit 30 in a mode selected and instructed by a command input device such as a keyboard.
In this embodiment, the arithmetic processing unit 30 has a mode in which the magnitude of the acoustic vibration collected by each microphone 2 is output with sound pressure-time characteristics, and a mode in which it is output with sound pressure level-frequency characteristics.

図４(Ａ)は、或るマイクロフォン２で採取された音響振動の大きさを音圧―時間特性(第１モード)で出力したモニタの画面の例を示す。この波形例は、椅子に座った状態で右足の膝を速く伸ばしたときに右側の半月上（板）部分から「パキッ」と発せられた音響振動（衝撃音）の波形を示す。 FIG. 4A shows an example of a monitor screen in which the magnitude of acoustic vibration collected by a certain microphone 2 is output with sound pressure-time characteristics (first mode). This waveform example shows a waveform of an acoustic vibration (impact sound) emitted from the upper half-moon (board) portion on the right side when the right leg knee is quickly stretched while sitting on a chair.

図４(Ｂ)は、図４(Ａ)に示されたマイクロフォン２で採取された音響振動の大きさを、音圧レベル―周波数特性(第２モード)で出力したモニタの画面の例を示す。
演算処理装置３０は更に、全てのマイクロフォン２で採取された音響振動の位置、大きさを分布で出力する（第３の）モードを有する。このモードでは、演算処理された音響振動の位置、大きさが、全てのマイクロフォン２によって包囲された人体の部位（例えば、膝）の断面に対応する面を多数のセルによって分割したグリッド上に表示（断層画像表示）される。図５は、このモードにおけるモニタの画面の例を示す。図５に示される画面(出力結果)に表れるグリッドを構成する各セル（グリッドの目）が、人体の部位の断面に対応する面の各位置又は領域を示し、各セルの濃淡が音響振動の大きさ(Ｐa)を示している。 FIG. 4B shows an example of a monitor screen in which the magnitude of the acoustic vibration collected by the microphone 2 shown in FIG. 4A is output in the sound pressure level-frequency characteristic (second mode). .
The arithmetic processing unit 30 further has a (third) mode in which the positions and magnitudes of the acoustic vibrations collected by all the microphones 2 are output as a distribution. In this mode, the position and magnitude of the processed acoustic vibration are displayed on a grid obtained by dividing a plane corresponding to the cross section of a human body part (for example, knee) surrounded by all microphones 2 by a number of cells. (Tomographic image display). FIG. 5 shows an example of a monitor screen in this mode. Each cell (grid eye) constituting the grid shown in the screen (output result) shown in FIG. 5 indicates each position or region of the surface corresponding to the cross section of the human body part, and the density of each cell indicates the acoustic vibration. The size (Pa) is shown.

マイクロフォン２で採取された音響振動に関する情報に基づいて、同音響振動の位置、大きさを図５の分布で示す手法は確立されていないと思われる。そこで、以下、マイクロフォン２で採取された音響振動に関する情報に基づいて、骨振動の力学的モデルと断層画像化の手法を用いて、同音響振動の位置、大きさを図５のグリッドに示す方法を説明する。
膝や肘などの可動部位が運動すると、振動的力が生ずる。この振動的力の伝達状態を図６を用いて説明する。すなわち、振動的力が生ずると質量m₀を有する骨６０が振動し、この骨６０の振動は、質量m₁及びバネ定数k₁を有する、筋肉や脂肪などによって構成される柔軟組織６１を介して、質量m₃を有するスリーブ３に伝えられる。このスリーブ３と肘等の皮膚との間には、ばね定数k₂を有する空洞６２が構成され、スリーブ３は、ばね定数k₁₀を有するベルト１０、１１により弾性支持されている。 Based on the information about the acoustic vibration collected by the microphone 2, it is considered that a method for indicating the position and magnitude of the acoustic vibration with the distribution of FIG. 5 has not been established. Therefore, a method of showing the position and magnitude of the acoustic vibration in the grid of FIG. 5 using a mechanical model of bone vibration and a tomographic imaging method based on information on the acoustic vibration collected by the microphone 2 below. Will be explained.
When movable parts such as knees and elbows move, vibrational forces are generated. The state of transmission of this vibrational force will be described with reference to FIG. That is, when a vibrational force is generated, the bone 60 having the mass m ₀ vibrates, and the vibration of the bone 60 passes through the soft tissue 61 having the mass m ₁ and the spring constant k ₁ and configured by muscles, fats, and the like. To the sleeve 3 having the mass m ₃ . The sleeve 3 and between the skin such as elbows, cavity 62 having a spring constant k ₂ is configured, the sleeve 3 is elastically supported by the belt 10, 11 having a spring constant k _10.

骨６０がゆっくり運動するときには、スリーブ３は、骨６０とスリーブ３との間に介在している柔軟組織６１と一体に運動し、骨６０の前記運動に追随するので、スリーブ３には骨６０が発する振動と異なる振動は起こらず、空洞６２に音圧は生じない。
しかし、スリーブ３が柔軟組織６１上で共振する周波数以上では、スリーブ３は骨６０の振動に対して防振され、柔軟組織６１と一体に運動しないので、すなわち、骨６０の前記運動に追随しないので、スリーブ３に骨６０の発する振動と異なった振動が発生する。その結果、この周波数領域では、骨６０からの振動により、柔軟組織６１が空洞６２内の空気を圧縮、膨張させ、皮膚とスリーブ３との相対変位に比例した音圧が空洞６２内に生じる。 When the bone 60 moves slowly, the sleeve 3 moves integrally with the soft tissue 61 interposed between the bone 60 and the sleeve 3, and follows the movement of the bone 60. No vibration is generated from the vibration generated by, and no sound pressure is generated in the cavity 62.
However, above the frequency at which the sleeve 3 resonates on the soft tissue 61, the sleeve 3 is isolated from vibration of the bone 60 and does not move integrally with the soft tissue 61, that is, does not follow the movement of the bone 60. Therefore, vibration different from the vibration generated by the bone 60 is generated in the sleeve 3. As a result, in this frequency region, the vibration from the bone 60 causes the soft tissue 61 to compress and expand the air in the cavity 62, and a sound pressure proportional to the relative displacement between the skin and the sleeve 3 is generated in the cavity 62.

そこで、診断に役立つ骨６０の振動の周波数が前述した防振領域になるように、スリーブの質量m₃、及び、皮膚との接触面積、すなわち、バネ定数k₁を決める。空洞６２の底面に相当する皮膚の面積は広いほうがスリーブ３に振動を抑制されず、皮膚に自由な振動を行なわせることができる。一方、空洞６２の容積は小さいほうが内部に生ずる音圧が高くなるので、空洞６２の形状としては、皮膚の振動中央部がスリーブ３やマイクロフォン２と接触しない程度の浅い円錐とすることが好ましい。 Therefore, the mass m _{3 of} the sleeve and the contact area with the skin, that is, the spring constant k ₁ are determined so that the vibration frequency of the bone 60 useful for diagnosis is in the above-described vibration isolation region. When the area of the skin corresponding to the bottom surface of the cavity 62 is large, the sleeve 3 is not restrained from vibration, and the skin can be vibrated freely. On the other hand, the smaller the volume of the cavity 62, the higher the sound pressure generated inside. Therefore, it is preferable that the cavity 62 has a shallow cone so that the vibration center of the skin does not contact the sleeve 3 and the microphone 2.

実際の測定作業としては、まず、診断すべき人体の部位として想定される位置を含む断面を想定し、その断面と交差する身体の部位に複数のマイクロフォンを取り付け、各マイクロフォンより音響振動データを得る。
次に、前記人体部位の断面を、患者のサイズや人体の統計的データを参照して、複数のセル又は領域に切り分けて、グリッドを形成する。そして、グリッドの各セルについて、対応する人体部位の振動振幅を、計測された各音圧から逆算により求める。以上により図５に示される画面表示を作成することができる。 As an actual measurement operation, first, a cross section including a position assumed as a human body part to be diagnosed is assumed, a plurality of microphones are attached to a body part intersecting the cross section, and acoustic vibration data is obtained from each microphone. .
Next, the cross section of the human body part is divided into a plurality of cells or regions with reference to the patient size and the statistical data of the human body to form a grid. And about each cell of a grid, the vibration amplitude of a corresponding human body part is calculated | required by back calculation from each measured sound pressure. Thus, the screen display shown in FIG. 5 can be created.

なお、前記逆算には、人体の力学的なモデルにより、診断部位の各振動振幅と各音圧との間の伝達関数を用いる。有限要素法などを使って求めておく各伝達関数などは、診断部位とマイクロフォン２との間の距離や方向、組織の硬さなどにより決定される値である。
演算処理装置３０は更に、前記演算処理した各音響振動の位置、大きさと、記憶手段（図示せず）に予め格納された、正常な対応人体部位から生ずる音響振動の位置、大きさに関するデータとを比較し、前記データから外れた各音響振動の位置、大きさを分布で出力する（第４の）モードを有する。このモードにおける分布の表示の仕方は、この実施形態では、図５に示される画面と同じである。 In the reverse calculation, a transfer function between each vibration amplitude and each sound pressure of the diagnostic part is used according to a dynamic model of the human body. Each transfer function obtained using the finite element method or the like is a value determined by the distance and direction between the diagnosis site and the microphone 2, the hardness of the tissue, and the like.
The arithmetic processing unit 30 further includes the position and magnitude of each of the acoustic vibrations that have been subjected to the computation processing, and data relating to the position and magnitude of the acoustic vibrations that are stored in advance in a storage means (not shown) and that are generated from a normal corresponding human body part. And a (fourth) mode for outputting the position and magnitude of each acoustic vibration deviating from the data as a distribution. The distribution display method in this mode is the same as the screen shown in FIG. 5 in this embodiment.

再び図１を参照すると、プリンタ５０が第２出力装置として設けられている。このプリンタ５０は、本実施形態では、第１出力装置４０の指令入力装置(キーボード)に接続され、この指令入力装置の指令に従って、モニタの画面に表示される第１モード乃至第４モードの情報を、紙出力することができるようになっている。 Referring again to FIG. 1, a printer 50 is provided as the second output device. In this embodiment, the printer 50 is connected to a command input device (keyboard) of the first output device 40, and information on the first mode to the fourth mode displayed on the monitor screen according to the command of the command input device. Can be output on paper.

次に、上述した構成の診断システム１の作動を、該診断システム１を膝に用いた場合を例にとって説明する。
診断システム１を使用するにあたっては、先ず、各マイクロフォン２の本体２aをスリーブ３のマイクロフォン取付穴８に嵌め、本体２aから延びる電気コード２bの近位端部をスリーブ３の切欠部６a又は６bで保持する。
次いで、ベルト１０、１１を各スリーブ３のベルト挿通穴４a、４b、５a、５bに夫々通し、各スリーブ３(マイクロフォン２の本体２a)が膝の適所（例えば、膝のある断面に沿って等間隔）に位置するように、各ベルト１０、１１を締結する。
この状態で膝を曲げ、或いは、伸ばすと、各マイクロフォン２が膝から発せられる音響を採取し、これを電気信号に変換してアンプ２０に送信する。アンプ２０は、送信された電気信号を増幅して演算処理装置３０に送信する。演算処理装置３０は、受信した電気信号に基づいて各マイクロフォン２で採取した音響の位置及び大きさを演算処理し、演算処理した各種の結果を記憶し、選択的に読み出し可能にする。 Next, the operation of the diagnostic system 1 having the above-described configuration will be described taking as an example the case where the diagnostic system 1 is used on the knee.
In using the diagnostic system 1, first, the main body 2 a of each microphone 2 is fitted into the microphone mounting hole 8 of the sleeve 3, and the proximal end portion of the electric cord 2 b extending from the main body 2 a is formed by the notch 6 a or 6 b of the sleeve 3. Hold.
Next, the belts 10 and 11 are respectively passed through the belt insertion holes 4a, 4b, 5a and 5b of the respective sleeves 3, and the respective sleeves 3 (the main body 2a of the microphone 2) are placed at appropriate positions of the knees (for example, along a cross-section with the knees). The belts 10 and 11 are fastened so as to be positioned at an interval.
When the knee is bent or stretched in this state, each microphone 2 collects sound emitted from the knee, converts it into an electrical signal, and transmits it to the amplifier 20. The amplifier 20 amplifies the transmitted electric signal and transmits it to the arithmetic processing unit 30. The arithmetic processing unit 30 performs arithmetic processing on the position and magnitude of the sound collected by each microphone 2 based on the received electrical signal, stores various results of the arithmetic processing, and enables selective readout.

演算処理装置３０で記録された各種演算結果は、第１出力装置４０の指令入力装置を用いて、第１出力装置４０のモニタ(ＣＲＴ)に表示し、及び／又は、第２出力装置であるプリンタ５０で紙出力させることができる。
本件診断システムの使用者、例えば、医師は、出力装置４０、５０の出力結果、例えば、図４(Ｂ)のスペクトル特性（第２モードでの出力結果）から、「パキ」音は０〜４７．５Ｈzに集中した成分であることを知見し、これにより、例えば、以降の診断において、０〜４７．５Ｈzに集中した成分からなる音響が生じたときには、たとえ実際に耳で直接聞くことができなかったときでも、「パキ」音が発せられていることを推測することができ、このような衝撃音である「パキ」音（０〜４７．５Ｈzに集中した成分からなる音響）が生じたときには、関節病変の病態であることがわかっておれば、図４(Ｂ)のスペクトル特性が診断の一助となる。 Various arithmetic results recorded by the arithmetic processing device 30 are displayed on the monitor (CRT) of the first output device 40 using the command input device of the first output device 40 and / or are the second output device. Paper can be output by the printer 50.
A user of the present diagnosis system, for example, a doctor, determines that the “paki” sound is 0 to 47 from the output results of the output devices 40 and 50, for example, the spectral characteristics (output result in the second mode) of FIG. It is known that the component is concentrated at 5 Hz, so that, for example, in the following diagnosis, when sound consisting of components concentrated at 0 to 47.5 Hz is generated, it can be heard directly by the ear. Even when there was not, it was possible to guess that a “paki” sound was being generated, and such a “paki” sound (sound consisting of components concentrated at 0 to 47.5 Hz) was generated. Sometimes, if it is known that the pathological condition is a joint lesion, the spectral characteristics shown in FIG.

更に、図５に示す膝の音響振動の位置、大きさを示す分布（第３モードでの出力結果）から、例えば、医師は、右膝の内側寄り下方部分から大きな音響振動が生じたことを知見し、これにより、例えば、このような大きな音響振動が生じた当該部位に被診断者が問題を抱えていると推測することができる。
更にまた、前記第４モードでの出力結果によれば、正常な者との比較において、看者の異常（疾患）部位の位置、異常の大きさ（疾患の程度）それ自体が一目で分かる。
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく以下のような種々の変更が可能である。 Furthermore, from the distribution (output result in the third mode) indicating the position and magnitude of the acoustic vibration of the knee shown in FIG. 5, for example, the doctor has confirmed that a large acoustic vibration has occurred from the lower part closer to the inside of the right knee. As a result, for example, it can be estimated that the person to be diagnosed has a problem at the site where such a large acoustic vibration has occurred.
Furthermore, according to the output result in the fourth mode, the position of the abnormal (disease) part of the observer and the magnitude of the abnormality (degree of disease) itself can be seen at a glance in comparison with a normal person.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications as described below are possible.

例えば、上述した実施形態では、スリーブ３の周壁の頂面部には一対の対向した切欠部６a、６bが形成されていたけれども、これらに代えて、スリーブ３の周壁の頂面部を半径方向に貫通する１つの切欠部を採用しても良い。
また、上述した実施形態では、保持部材を人体に取り付けるための取付手段は、スリーブ３を膝に取り付けるためのベルト１０、１１によって構成されていたけれども、取付手段は、保持部材(スリーブ３)を互いに間隔を隔てた所定位置に固定する面状部材で構成しても良い。被診断者の体格に応じて幾つかの種類の面状部材を用意しておくことによって、音響振動採取装置(マイクロフォン２)を容易、迅速に採取すべき生体音を発する部位の適所に位置決めすることができる。面状部材の端部同士の連結にあたっては、これらの端部を、例えば、ゴムによって連結しておいても良い(この場合、面状部材は全体として環状になる)。連結手段は、勿論、その他の既知の任意の手段、例えば、面状部材の一方の端部に設けられたホックと、他方の端部に設けられたフックとによって構成しても良い。 For example, in the above-described embodiment, the top surface portion of the peripheral wall of the sleeve 3 is formed with a pair of opposed notches 6a and 6b. Instead, the top surface portion of the peripheral wall of the sleeve 3 penetrates in the radial direction. One notch portion may be employed.
In the embodiment described above, the attaching means for attaching the holding member to the human body is constituted by the belts 10 and 11 for attaching the sleeve 3 to the knee. However, the attaching means includes the holding member (sleeve 3). You may comprise by the planar member fixed to the predetermined position spaced apart from each other. By preparing several types of planar members according to the physique of the person to be diagnosed, the acoustic vibration sampling device (microphone 2) can be easily and quickly positioned at the appropriate location of the body sound emission to be collected. be able to. In connecting the end portions of the planar members, these end portions may be connected by, for example, rubber (in this case, the planar members are annular as a whole). Of course, the connecting means may be constituted by any other known means, for example, a hook provided at one end of the planar member and a hook provided at the other end.

更に、上述した実施形態では、プリンタ５０は第１出力装置４０の指令入力装置(キーボード)に接続されていたけれども、プリンタ５０に第２指令入力装置を設け、この第２指令入力装置を演算処理装置３０に直接接続することによって、第２指令入力装置によって選択、指示されたモードで演算処理装置３０の演算処理結果を紙出力することができるようにしても良い。また、第１出力装置４０を構成するモニタ(ＣＲＴ)に代えて、オシロスコープを使用しても良いし、第１出力装置４０自体を所謂ノート型パソコンによって構成しても良い。また、このノート型パソコンによって演算処理装置３０及び第１出力装置４０の両方を構成しても良い。 Further, in the above-described embodiment, the printer 50 is connected to the command input device (keyboard) of the first output device 40. However, the printer 50 is provided with a second command input device, and this second command input device is subjected to arithmetic processing. By directly connecting to the device 30, the calculation processing result of the calculation processing device 30 may be output on paper in the mode selected and instructed by the second command input device. In addition, an oscilloscope may be used instead of the monitor (CRT) constituting the first output device 40, or the first output device 40 itself may be constituted by a so-called laptop computer. Moreover, you may comprise both the arithmetic processing unit 30 and the 1st output device 40 with this notebook type personal computer.

更に、音響振動、特に、肘等の可動部位の音響振動の採取に当たっては、可動部位の移動速度、又は、加速度を検出するための加速度センサを用い、出力手段による音響振動の出力の際、検出された可動部位の加速度も出力するのが良い。また、音響振動、特に、肘等の可動部位の音響振動の採取に当たっては、可動部位の移動範囲、又は、折り曲げ角度を検出するための角度センサを用い、出力手段による音響振動の出力の際、検出された可動部位の折り曲げ角度も出力するのが良い。同様に、音響振動の採取に当たって、ロードセルのような圧力センサを用い、出力手段による音響振動の出力の際、音響振動検出の際に部位に加わった荷重又は圧力の大きさも出力するのが良い。これらを音響振動と一緒に出力することによって、診断者は、音響振動がどのような状況で採取されたものであるかを容易に理解することができ、このことは、より正確な診断に寄与する。 Furthermore, when collecting acoustic vibrations, in particular, acoustic vibrations of movable parts such as elbows, an acceleration sensor for detecting the moving speed or acceleration of the movable parts is used. It is also preferable to output the acceleration of the movable part. Further, when collecting acoustic vibrations, in particular, acoustic vibrations of movable parts such as elbows, the movement range of the movable part or an angle sensor for detecting a bending angle is used. It is also preferable to output the detected bending angle of the movable part. Similarly, when collecting acoustic vibrations, a pressure sensor such as a load cell may be used to output the magnitude of the load or pressure applied to the part during acoustic vibration detection when the acoustic vibration is output by the output means. By outputting these together with acoustic vibrations, the diagnostician can easily understand under what circumstances the acoustic vibrations were collected, which contributes to a more accurate diagnosis. To do.

更にまた、採取した音響振動のうち、生体から生じたものでないことが明らかな音響振動を除去するための既知のフィルタ手段を、音響振動採取装置と演算処理装置との間、上記実施形態では、マイクロフォン２の本体２aとアンプ２０との間、或いは、アンプ２０と演算処理装置３０との間に、設けても良い。 Furthermore, among the collected acoustic vibrations, a known filter means for removing acoustic vibrations that are clearly not generated from a living body is used between the acoustic vibration sampling apparatus and the arithmetic processing unit, in the above embodiment, You may provide between the main body 2a of the microphone 2 and the amplifier 20, or between the amplifier 20 and the arithmetic processing unit 30.

上述した実施形態では、本発明による診断システムを膝等の折り曲げられる部位用の診断システムとして説明したけれども、本発明の診断システムは、人体の任意の部位、例えば、頭部内の診断システムとして用いることもできる。 In the above-described embodiment, the diagnosis system according to the present invention has been described as a diagnosis system for a part that can be bent such as a knee. You can also.

本発明の実施形態による診断システムを示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating a diagnostic system according to an embodiment of the present invention. 図１の診断システムのマイクロフォンを備えたスリーブを被診断者の膝に取り付けた状態を示す概略図である。It is the schematic which shows the state which attached the sleeve provided with the microphone of the diagnostic system of FIG. 1 to the to-be-diagnosed person's knee. (Ａ)は図１の診断システムのマイクロフォンを備えたスリーブを示す概略斜視図であり、(Ｂ)は図１の診断システムのマイクロフォンを備えたスリーブを示す概略断面図である。(A) is a schematic perspective view showing a sleeve provided with the microphone of the diagnostic system of FIG. 1, and (B) is a schematic sectional view showing a sleeve provided with the microphone of the diagnostic system of FIG. (Ａ)は音響振動の大きさを音圧―時間特性で出力したモニタの画面の例を示す図であり、(Ｂ)は音響振動の大きさを音圧レベル―周波数特性で出力したモニタの画面の例を示す図である。(A) is a figure which shows the example of the screen of the monitor which output the magnitude | size of the acoustic vibration with the sound pressure-time characteristic, (B) is the figure of the monitor which output the magnitude of the acoustic vibration with the sound pressure level-frequency characteristic. It is a figure which shows the example of a screen. 音響振動の位置、大きさを分布で出力したモニタの画面の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the screen of the monitor which output the position and magnitude | size of the acoustic vibration by distribution. スリーブ３が設置された人体部位の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the human body part in which the sleeve 3 was installed. 図６Ａに対応するバネ―質点系を示す図である。It is a figure which shows the spring-mass point system corresponding to FIG. 6A.

Explanation of symbols

１診断システム
２マイクロフォン(音響振動採取装置)
３スリーブ(保持部材)
１０、１１ベルト(取付手段)
３０演算処理装置
４０第１出力装置(出力手段)
５０プリンタ(出力手段) 1 Diagnosis system 2 Microphone (acoustic vibration sampling device)
3 Sleeve (holding member)
10, 11 Belt (attachment means)
30 arithmetic processing unit 40 first output device (output means)
50 Printer (output means)

Claims

At least two acoustic vibration collection devices for collecting acoustic vibrations from the human body and converting them into electrical signals;
A holding member for holding each acoustic vibration sampling device;
An attachment means for attaching these holding members so as to surround a part of the human body;
An arithmetic processing unit that calculates the position and magnitude of each acoustic vibration based on the electrical signal from each acoustic vibration sampling device;
An output means for outputting the calculation processing result of the calculation processing device in a position and size distribution of acoustic vibrations on a grid obtained by dividing a plane corresponding to a cross section of a part of a human body surrounded by the acoustic vibration sampling device; Having
Diagnostic system.

Storage means for storing data relating to the position and magnitude of the acoustic vibration generated from a normal human body part, connected to the arithmetic processing unit;
The arithmetic processing device, the position of each acoustic vibration processing, and size, compared with the data of the storage unit, the position of each acoustic vibration deviating from the data, and processing the size,
It said output means, the position of each acoustic vibration deviating from the data, and outputs the size distribution, the diagnostic system of claim 1, wherein.

Acceleration sensor for detecting the acceleration of the moving part of the human body, angle sensor for detecting the movable range of the moving part of the human body, and pressure sensor for detecting the magnitude of the load applied to the part of the human body At least one of
The diagnostic system according to claim 1, wherein the output unit outputs a detection result of the sensor.

The holding member is configured to be attached to a human body via belt means,
It consists of a sleeve with an open top,
At least two pairs of first through holes are formed in the peripheral wall of the sleeve, and the first through holes of each pair are arranged to face each other,
In the central portion of the bottom wall of the sleeve, a second through hole to which the acoustic vibration sampling device is attached is formed,
A bottom surface of the bottom wall of the sleeve is inclined radially outward from the second through-hole so as to form a conical surface;
The diagnostic system according to any one of claims 1 to 3 .

The diagnostic system according to claim 4 , wherein a notch portion in which an electric cable extending from the acoustic vibration collecting device is disposed in the top surface portion of the peripheral wall of the sleeve in a radial direction is formed.