DE19714899A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Analyse von Körpergeräuschen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Körper­ geräuschen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens.

Die Erfassung und Analyse von Körpergeräuschen spielt in der medizinischen Diagnostik eine große Rolle, da ein Arzt aus den Körpergeräuschen Informationen über die Funktion von bestimmten Organen erhält. In der Regel werden Körper­ geräusche durch im Körper strömende Fluide hervorgerufen.

So werden Herzgeräusche durch die Wirbelbildung des Blutes im Herzen erzeugt. Beim Atmen hingegen verursacht die Luft­ strömung in den Bronchien und im Lungengewebe Geräusche.

Ein sehr weit verbreitetes Gerät zur Erfassung von Körperge­ räuschen ist das Stethoskop. Ein Arzt ist für die Analyse der damit er faßten Körpergeräusche auf sein Gehör und seine Erfahrung angewiesen. Durch die Subjektivität von Gehör und Erfahrung kann eine Diagnose falsch gestellt werden. Auch bestehen Körpergeräusche aus einer Überlagerung von ver­ schiedenen Geräuschen, die von unterschiedlichen Geräusch­ quellen des Körpers stammen. Mit dem menschlichen Gehör ist eine objektive Beurteilung und Trennung der unterschiedli­ chen Geräuschquellen im Körper nicht möglich. Auch lassen sich Geräusche, die außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegen, mit dem Stethoskop nicht erfassen.

Das U.S.-Patent 4,792,145 betrifft ein elektronisches Ste­ thoskop, das Herzgeräusche erfaßt und analysiert, die außer­ halb des menschlichen Hörbereiches liegen. Dazu werden die akustischen Signale in ein elektrisches Signal umgewandelt, das unter Beibehaltung der relativen Schlagfrequenz und Phasenlage zeitlich komprimiert wird. Das daraus entstehen­ de Signal wird in ein hörbares Signal umgewandelt, so daß die Herzgeräusche insgesamt in einer höheren Tonlage wiedergegeben werden, wobei auch die vorher unhörbaren Herztöne hörbar werden. Die Umwandlung der Signale erfolgt über eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) bzw. eine inverse FFT. Nachteilig ist dabei, daß eine objektive Erfassung und Bewertung der zeitlichen Entwicklung des Körpergeräusches nicht möglich ist, da der Arzt immer auf sein Gehör angewiesen ist.

Aus dem U.S.-Patent 5,213,108 ist ein elektronisches Stetho­ skop bekannt, mit dem Körpergeräusche angezeigt und analy­ siert werden können. Die Analyse umfaßt dabei u. a. eine digitale und analoge Filterung und eine hohe zeitliche Auflösung der Körpergeräusche. Mit Hilfe eines Auswer­ tungssystems können anhand der gemessenen Daten Diagnosen gestellt werden. Hierbei ist es nachteilig, daß der Informa­ tionsgehalt der aus vielen Frequenzen zusammengesetzten Kör­ pergeräusche nicht ausgewertet wird, um eine objektive und quantitative Analyse der Körpergeräusche zu erhalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine objektive und quantitative Bewertung von Körpergeräuschen möglich ist. Insbesondere soll eine quantitative Analyse der zeitlichen Entwicklung eines Körpergeräusches ermög­ licht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Körpergeräusch in seine einzelnen Frequenzen zerlegt, so daß die Details des Körpergeräusches quantitativ erfaßbar sind. Damit ist eine objektive und quantitative Analyse des Körpergeräusches möglich. Die Ermittlung und Analyse der Frequenzspektren wird durch ein Auswertungssystem (z. B. Computer) durchge­ führt.

Die Frequenzspektren werden in vorbestimmbaren Zeitinterval­ len ermittelt, so daß eine zeitliche Abfolge der Frequenz­ spektren entsteht, aus der sich zeitliche Veränderungen des Körpergeräusches in quantitativer Weise ablesen lassen. Dadurch erhält der Arzt wichtige Hinweise für die Stellung einer Diagnose.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die zeitliche Abfolge der Frequenzspektren für eine soforti­ ge oder spätere Analyse im Auswertungssystem gespeichert, bearbeitet und/oder vom Auswertungssystem angezeigt. Damit können die Untersuchungsergebnisse sofort auswertet oder die gewonnenen Daten können zu einem späteren Zeit­ punkt z. B. einer vergleichenden Analyse mit von anderen Patienten gewonnenen Meßergebnissen unterzogen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens wird die Frequenzanalyse des Körper­ geräusches mit einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) durchgeführt, mit der eine schnelle Zerlegung des Körperge­ räusches in Einzelfrequenzen vorgenommen werden kann. Dadurch kann die zeitliche Abfolge der Frequenzspektren, die durch die Abtast-Zeitintervalle bestimmt ist, mit einer hohen Auflösung ermittelt werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die zeitliche Abfolge der Frequenzspektren jedes aufeinanderfol­ genden Zeitintervalls in einem dreidimensionalen Koordina­ tensystem z. B. auf einem Bildschirm dargestellt. Damit läßt sich der zeitliche Ablauf der Körpergeräusche anhand der Folge von Frequenzspektren in übersichtlicher Weise quanti­ tativ darstellen und bewerten.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Erfassung und/oder Bewertung der zeitlichen Abfolge der Frequenzspektren synchron zu einem Signal, dem Synchronisationssignal. Als Synchronisationssi­ gnal kann ein aus dem Körpergeräusch ermitteltes Signal (z. B. eine charakteristische Frequenz, Erreichen einer bestimmten Lautstärke) und/oder ein vom Auswertungssystem gebildetes Signal (z. B. eine Referenzfrequenz) dienen. Auf diese Weise ist es möglich, die Frequenzspektren an dem Syn­ chronisationssignal auszurichten, so daß Abweichungen der Frequenzspektren zum Synchronisationsignal leicht erkennbar sind.

Mit Vorteil erfolgt die Messung des Körpergeräusches aus mindestens zwei Raumrichtungen. Mit besonderem Vorteil wird ein Schallmeßgerät in vorbestimmbarer Weise zeitlich hinter­ einander aus verschiedenen Raumrichtungen auf eine Körper­ stelle gerichtet, um das Körpergeräusch zu erfassen. Dabei kann ein Schallmeßgerät z. B. in einer kreisförmigen Bewe­ gung um eine Körperschallquelle herumgeführt werden. Auch ist es vorteilhaft, daß mindestens zwei Schallmeßgeräte aus verschiedenen, festen Raumrichtungen auf eine Körperstelle gerichtet werden. Durch die Schallmessung aus verschiede­ nen Raumrichtungen ist eine räumliche Auflösung der Ge­ räuschquelle und des abgestrahlten Körpergeräusches mög­ lich, was von großer Bedeutung für die Diagnose ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens werden die gemessenen Körperge­ räusche mit einer Zeitmarkierung versehen und im Auswer­ tungssystem gespeichert. Damit ist eine besonders genaue Auswertung des Körpergeräusches und der daraus abgeleiteten Frequenzspektren möglich.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zeitliche Abfolge der Frequenzspektren im Auswertungssystem nach bekannten Mustern untersucht. Dazu werden insbesondere Expertensysteme und/oder neura­ le Netze verwendet. Durch die Mustererkennung lassen sich bestimmte Signalmuster im Körpergeräusch bestimmten Krankeitssymptomen zuordnen.

Mit Vorteil wird bei einer Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Verfahrens im Auswertungssystem eine Korrelation zwischen Körpergeräuschen und den bereits ermittelten Fre­ quenzspektren vorgenommen. Durch die Korrelation lassen sich Abhängigkeiten (z. B. eine zeitliche Entwicklung, ein Trend) zwischen den gemessenen und den berechneten Frequenz­ spektren ermitteln. Eine solche Korrelation, z. B. über ein neuronales Netz, vergleicht insbesondere automatisch die Körpergeräusche bekannter pathologischer Befunde mit dem er­ mittelten Frequenzspektrum oder der zeitlichen Abfolge der Frequenzspektren, was insbesondere für Forschungszwecke von großem Nutzen ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens unterteilt das Auswertungssystem ein periodisches Körpergeräusch, wie z. B. das Herzgeräusch, in Zeitintervalle, die jeweils eine Periode des Körperge­ räusches enthalten. Damit lassen sich einzelne Perioden des Körpergeräusches (d. h. Herzschläge) leicht miteinander vergleichen. Beispielsweise ist eine Anwendung dieser Methode bei Langzeituntersuchungen von Herzrhythmusstörun­ gen vorteilhaft, da das Auswertungssystem Unregelmäßigkei­ ten erkennen und gesondert auswerten wird. Die Unregelmäßigkeiten werden gespeichert und können zwecks Diagnose zielgerichtet abgerufen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens wird ein Körpergeräusch, insbesonde­ re ein Herzgeräusch, vom Auswertungssystem in Zeitinterval­ le unterteilt, die sehr viel kürzer sind, als die Dauer des Körpergeräusches selbst. So wird z. B. ein Herzschlag in eine Vielzahl von einzelnen Zeitintervallen zerlegt, die dann einer Analyse zugänglich sind. Durch die Verwendung von zeitlich sehr kleinen Abtastintervallen lassen sich be­ stimmte Details eines Geräusches genau analysieren.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verwendet ein Schallmeßgerät, insbesondere ein Mikrophon, zur Erfassung von Körpergeräuschen. Die erfaß­ ten Körpergeräusche werden mit einer Vorrichtung (z. B. dem Mikrophon) in ein elektrisches Signal umgewandelt, das an ein Auswertungssystem (z. B. Computer) übertragen wird. Das Auswertungssystem weist Mittel zur Berechnung des Frequenz­ spektrums in vorbestimmbaren Zeitintervallen, Mittel zur Analyse der Daten und/oder einen Bildschirm zur Darstel­ lung der Meßdaten auf. Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrich­ tung sind die Erfassung der Körpergeräusche, sowie die Be­ rechnung und Auswertung einer zeitlichen Abfolge von Fre­ quenzspektren durchführbar.

Mit Vorteil weist das Auswertungssystem Mittel zur Analyse der gemessenen Daten und/oder einen Bildschirm auf. Damit lassen sich sowohl on-line Analysen (d. h. während der Unter­ suchung) als auch off-line Analysen (d. h. zu einem späte­ ren Zeitpunkt) der gemessenen Körpergeräusche oder der berechneten Frequenzspektren durchführen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist Mittel für eine Fast-Fourier-Transformati­ on (FFT) auf, mit der Frequenzspektren berechenbar sind. Da eine FFT insbesondere mit Hilfe eines speziellen FFT-Prozes­ sors sehr schnell arbeitet, läßt sich die zeitliche Abfolge der Frequenzspektren mit einer hohen Auflösung berechnen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schallmeßgerät der erfindungsgemäßen Vorrichtung als ein Richtmikrophon und/oder als invasives Mikrophon ausgebil­ det. Damit ist eine hohe räumliche Auflösung von Schallquel­ len im Körper möglich, so daß die diagnostische Aussage­ kraft der Messungen erhöht wird. Außerdem wird der Einfluß von Nebengeräuschen verringert.

Bevorzugt weist das Auswertungssystem in der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung Mittel auf, mit der die zeitliche Abfolge der Frequenzspektren relativ zu einem bestimmtem Signal, dem Synchronisationssignal, erfaßt und/oder bewertet werden können. Das Synchronisationssignal kann dabei z. B. aus einer bestimmten Frequenz des Körpergeräusches oder einem vom Auswertungssystem selbst generierten Signal bestehen. Durch die Synchronisation der Frequenzspektren lassen sich die in zeitlicher Abfolge ermittelten Frequenz­ spektren leicht miteinander vergleichen, so daß sich zeitli­ che Änderungen im Körpergeräusch gut erkennen lassen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist mindestens zwei Schallmeßgeräte auf, die in einem Rahmen so angeordnet sind, daß sie Körpergeräusche aus verschiedenen Raumrichtungen aufnehmen. Durch die Schallmessung aus unterschiedlichen Raumrichtungen läßt sich die Schallquelle im Körper besonders gut räumlich auflösen, was zu einer Verbesserung der Diagnose führt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung weist das Auswertungssystem ein Speichermedium für die aufgenommenen Körpergeräusche und/oder die zeitliche Abfolge der berechneten Frequenzspektren auf. Durch die Speicherung läßt sich nach der Messung, ins­ besondere zu Forschungszwecken, eine detaillierte Analyse der Daten durchführen.

Ebenfalls mit Vorteil weist die erfindungsgemäße Vorrich­ tung Mittel zur Erkennung von Signalmustern in dem Körperge­ räusch und/oder der zeitlichen Abfolge der Frequenzspek­ tren auf. Dazu sind insbesondere Expertensysteme und/oder neurale Netze geeignet. Mit diesen Mitteln sind auch komple­ xe Signalmuster in den Körpergeräuschen oder den Frequenzmu­ stern erkennbar. Werden vom Auswertungssystem bestimmte Muster erkannt, so kann diese Information bei der medizini­ schen Diagnose verwendet werden.

Mit besonderem Vorteil weist das Auswertungssystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung Mittel zur Korrelation (d. h. der Ermittlung von funktionellen oder zeitlichen Abhängigkeiten) zwischen den aufgenommenen Körpergeräuschen und den bereits ermittelten und gespeicherten Frequenzspek­ tren auf. Dadurch können bestimmte Körpergeräusche oder eine bestimmte zeitliche Entwicklung von Körpergeräuschen mit charakteristischen Frequenzspektren quantitativ in Verbindung gebracht werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung weist das Auswertungssystem Mittel zur Aufteilung eines Körpergeräusches, insbesondere eines Herz­ geräusches, in Zeitintervalle auf, wobei die Zeitintervalle sehr klein gegenüber der Dauer des Körpergeräusches sind. Durch die hohe zeitliche Auflösung des Körpergeräusches ist eine besonders genaue Analyse möglich.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung sind das Schallmeßgerät und/oder das Auswertungssystem mit der Hand tragbar. Damit kann ein Arzt die Vorrichtung z. B. auch bei einem Hausbesuch einset­ zen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine schematische Darstellung der Messung von Körpergeräuschen mit einem Schallmeßgerät;

Fig. 1b eine schematische Darstellung der Messung von Körpergeräuschen mit zwei Schallmeßgeräten;

Fig. 2 eine Darstellung des Körpergeräusches mit Ab­ tastintervallen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufes des Körpergeräuschs durch eine Staffe­ lung von Frequenzspektren entlang der Y-Achse (Zeit), wobei jedes Frequenzspektrum das Ergebnis einer FFT des jeweiligen Zeitintervalls (vergl. Fig. 2) ist;

Fig. 4 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufes eines periodischen Körpergeräusches;

Fig. 5 eine Darstellung der Zerlegung des zeitlichen Verlaufes eines gemessenen, periodischen Körperge­ räusches in eine zeitliche Abfolge von Interval­ len;

Fig. 6 eine Darstellung der zeitlichen Abfolge von Frequenzspektren des periodischen Körpergeräusches;

In Fig. 1a ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Weise dargestellt.

In einem Körper 6 befindet sich eine Schallquelle 1 (wie z. B. Herz, Darm, Lunge), die Körpergeräusche 2 verursacht. Die Körpergeräusche 2 breiten sich im Inneren des Körpers 6 aus und können im Körper oder von außen abgehört werden.

Im vorliegenden Fall werden die Körpergeräusche 2 durch ein als Mikrophon ausgebildetes Schallmeßgerät 3 erfaßt, das mit einem externen Auswertungssystem 4 über eine Datenlei­ tung verbunden ist. In alternativen Ausführungsformen ist das Auswertungssystem 4 zusammen mit einem Mikrophon 3 in einem Handgerät integriert.

Das Mikrophon 3 ist so ausgebildet, daß es auch Körperge­ räusche 2 erfaßt, die außerhalb des menschlichen Hörbe­ reichs (16 Hz < Frequenz < 20 kHz) liegen. Des weiteren verfügt das Mikrophon 3 über eine sehr schmale Richtcharak­ teristik, so daß die räumliche Position der Schallquelle 1 gezielt erfaßbar ist. Dazu kann es insbesondere als invasi­ ves Mikrophon 3 in den Körper 6, direkt an die Schallquelle 1 eingebracht werden. Körpergeräusche 2, die nicht von der Schallquelle 1 stammen, können somit nur einen geringen Einfluß auf die Messungen haben.

Das von dem Mikrophon 3 erfaßte Körpergeräusch 2 wird in elektrische Signale umgewandelt, die an das Auswertungssy­ stem 4 übertragen werden. Das Auswertungssystem 4 ist ein Computer, der unter anderem einen speziellen Prozessor zur Durchführung einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) auf­ weist. Mit einer FFT läßt sich jedes periodische Signal in eine Fourier-Reihe von Sinus- und Cosinusfunktionen unter­ schiedlicher Frequenz und Amplitude aufspalten. Die Frequen­ zen sind dabei ganzzahlige Vielfache einer Grundfrequenz.

Mit der FFT kann untersucht werden, aus welchen Einzelfre­ quenzen mit welchen Amplituden das Körpergeräusch 2 be­ steht. Das Ergebnis einer solchen Fourier-Analyse läßt sich als Frequenzspektrum darstellen, in dem die Amplituden der Frequenzen, die in der Fourier-Reihe vorkommen, als diskre­ te Werte dargestellt sind (siehe Fig. 6).

Dazu werden die gemessenen Körpergeräusche 2 in Zeitinter­ valle A von vorbestimmbarer Länge zerlegt (siehe Fig. 2, 4). Das Körpergeräusch 2 besteht aus einer Überlagerung von Tönen (d. h. Signalen bestehend aus einer einzigen Frequenz). Das in Zeitintervalle A aufgeteilte Körperge­ räusch 2 wird dann mit Hilfe des FFT-Prozessors in seine Frequenzspektren zerlegt. Diese Vorgehensweise wird in Zu­ sammenhang mit Fig. 3 und 4 näher erläutert.

Des weiteren verfügt das Auswertungssystem 4 über einen Bildschirm 5, auf dem die elektrischen Signale des Körperge­ räusches 2, die Frequenzspektren und andere Informationen über die Schallmessung (z. B. Frequenz, Lautstärke etc.) darstellbar sind.

Zur weiteren Auswertung der Meßergebnisse werden die aufge­ nommenen Körpergeräusche 2 und die berechneten Frequenzspek­ tren im Auswertungssystem 4 gespeichert.

Fig. 1b zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Hierbei sind zwei Mikrophone 3 aus unterschiedlichen Raum­ richtungen auf die Schallquelle 1 gerichtet. Durch die Schallmessung aus unterschiedlichen Raumrichtungen und eine entsprechende Datenverarbeitung im Auswertungssystem 4 ist eine genaue Lokalisierung des Körpergeräusches 2 im Körper 6 möglich. Die Lokalisierung der Schallquelle 1 im Körper ist eine wichtige Information, die in die Stellung der Diagnose einfließt.

In einer alternativen Ausführungsform sind mehrere Mikropho­ ne 3 in einem Rahmen um die Schallquelle 1 herum angeord­ net. Auch ist es möglich, ein Mikrophon 3 an einem Rahmen um die Schallquelle 1 im Körper 6 herumzuführen. In beiden Fällen ist eine Schallmessung in einer Art Schichtaufnahme möglich.

In Fig. 2 ist das elektrische Signal eines Körpergeräusches 2 über der Zeit t (Abzisse) aufgetragen. Auf der Ordinate Z ist dabei die Amplitude (d. h. Lautstärke) aufgetragen. Das Auswertungssystem 4 zerlegt dabei das Signal entlang der Zeitachse t in kleine Zeitintervalle A, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige dargestellt sind. Die Zeitintervalle A sind im dargestellten Beispiel gleich lang. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Zeitintervalle A auch unterschiedliche Längen aufweisen, falls diese z. B. aus Gründen einer höheren Auflösung für bestimmte Signale sinnvoll erscheint. Das Körpergeräusch 2 ist im vorliegenden Fall nicht-periodisch.

Durch die Abtastung des Körpergeräusches 2 in einzelne Intervalle A wird das komplexe Signal in kleine Bestandtei­ le zerlegt, die einer Fourier-Frequenzanalyse unterzogen werden. Für ein typisches Körpergeräusch 2 können diese Zeitintervalle A die Größenordnung einer Millisekunde haben. Für die einzelnen Zeitintervalle A werden jeweils die Frequenzspektren des Körpergeräusches mit einer Fast-Fou­ rier Analyse (FFT) ermittelt.

Diese Frequenzanalyse ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. In einem dreidimensionalen Koordinatensystem ist das Fre­ quenzspektrum des Körpergeräusches innerhalb eines Zeitinter­ valls A entlang der x-Achse aufgetragen. Die FFT ermittelt die Amplituden Z innerhalb eines Zeitintervalls für jeweils diskrete Frequenzen 7 (siehe z. B. auch Fig. 6). In Fig. 3 sind diese diskreten Frequenzen 7 von einer Hüllkurve umgeben dargestellt. Die zeitliche Abfolge der Frequenzspek­ tren ergibt ein für das jeweilige Körpergeräusch typisches "Gebirge", - den "Fingerabdruck" des Geräusches.

Auf einem Computerbildschirm kann es durchaus auch sinnvoll sein, die diskreten Frequenzen z. B. in Form eines Histo­ gramms darzustellen (siehe Fig. 6). Insbesondere ist diese Darstellung sinnvoll, wenn sich die Höhe der Histogrammsäu­ len (d. h. die Amplitude der Frequenzen) mit der Zeit än­ dern. Durch ein "bewegliches" Histogramm erhält man schnell einen Überblick über die zeitlichen Veränderungen des Kör­ pergeräusches 2. Ähnliche Histogramm-Darstellungen der Fre­ quenzgänge sind z. B. bei Stereoverstärkern bekannt.

In der dargestellten Weise können z. B. Zischgeräusche in einem Herzgeräusch, die bei Stenosen am Herzen auftreten, an Frequenzen erkannt werden, die gegenüber dem Grundge­ räusch zu wesentlich kleineren Wellenlängen (d. h. höheren Frequenzen) verschoben sind.

In Fig. 4 ist das elektrische Signal eines periodischen Körpergeräusches 2 über der Zeit t (Abzisse) aufgetragen. Auf der Ordinate Z ist dabei die Lautstärke aufgetragen. Das Auswertungssystem 4 erfaßt die Zeitdauer der einzelnen Perioden des Geräusches und unterteilt das Signal des Geräusches in Zeitintervalle A. Ein Zeitintervall A enthält im vorliegenden Beispiel jeweils genau eine Periode.

Der Anfang des Zeitintervalls A kann dabei z. B. durch das Erreichen einer bestimmten Lautstärke des Körpergeräusches 2 definiert werden. Ändert sich die Periodenlänge des Körpergeräusches 2, so paßt das Auswertungssystem 4 die Zeitintervalle A so an, daß immer eine Periode innerhalb der Zeitintervalle liegt.

Ziel der Zerlegung des Körpergeräusches 2 in Zeitintervalle A ist, das zeitlich kontinuierliche Körpergeräusch 2 so in eine zeitliche Abfolge von Signalen aufzuspalten, daß die Signale der einzelnen Zeitintervalle A jeweils einer Fre­ quenzanalyse unterzogen werden können.

Fig. 5 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des in Zeitintervalle A zerlegten Körpergeräusches 2 als Eingangs­ signal für das Auswertungssystem 4. Reale Körpergeräusche 2 bestehen aus der Überlagerung von sehr vielen unterschiedli­ chen Frequenzen, so daß reale Eingangssignale des Auswer­ tungssystems 4 sehr komplex sind. Aus Gründen der Übersicht­ lichkeit wird das Körpergeräusch 2 hier als sinusförmiges Signal wiedergegeben, das sich entlang der t-Achse (Zeitach­ se) ausbreitet. Zur Vereinfachung weist das hier dargestell­ te Sinussignal im wesentlichen nur eine Grundfrequenz auf.

Das Körpergeräusch 2 wird kontinuierlich gemessen, aber in vorbestimmte Zeitintervalle A unterteilt, die entlang der A-Achse angeordnet sind. Die Amplitude (d. h. die Lautstär­ ke) des Körpergeräusches 2 ist auf der Z-Achse aufgetragen.

Im vorliegenden Fall ist das Auswertungssystem 4 so einge­ stellt, daß alle 100 Zeiteinheiten (t-Achse) ein neues Zeitintervall A des Körpergeräusches 2 begonnen wird. Somit wird das Körpergeräusch 2 in einzelne Zeitintervalle A auf­ geteilt, die dann jeweils mit einer Fourier-Analyse näher untersucht werden.

In alternativen Ausführungsformen wird zur Festlegung des Beginns der Zeitintervalle A ein Synchronisationssignal verwendet, das aus dem Körpergeräusch 2 abgeleitet wird. Dabei kann es sich z. B. um das Auftreten einer ganz bestimm­ te Frequenz handeln, die als besonders charakteristisch angesehen wird. Alle Zeitintervalle A beginnen dann an der Stelle, die durch das Synchronisationssignal festgelegt ist.

Bei periodischen Geräuschen, wie z. B. dem Herzschlag, kann das Synchronisationssignal das Überschreiten einer gewissen Lautstärke nach einer Ruhephase sein. Bei der Messung des Herzschlags beginnt dann ein Zeitintervall A mit jedem neuen Herzschlag.

Durch die Synchronisation wird sichergestellt, daß die betrachteten Zeitintervalle A jeweils eine Periode des Kör­ persignals aufweisen. Dadurch lassen sich die Meßergebnisse verschiedener Zeitintervalle A leicht miteinander verglei­ chen. Auch für die Bewertung von Meßergebnissen, die aus verschiedenen Raumrichtungen vorgenommen wurden, ist eine Synchronisation der gemessenen Signale von Bedeutung.

In Fig. 5 ist das Körpergeräusch 2 in dem dreidimensionalen Diagramm in fünf Zeitintervalle A (A-Achse) aufgeteilt. Innerhalb eines Zeitintervalls A verläuft die Zeit entlang der t-Achse. Die zeitliche Abfolge der Zeitintervalle erfolgt entlang der A-Achse.

Anhand der Zunahme der Wellenberge und -täler pro Zeitinter­ vall A ist erkennbar, daß sich das Körpergeräusch 2 im Lauf der Zeit (d. h. entlang der A-Achse) zu einer höheren Fre­ quenz verschiebt.

Für reale Körpergeräusche 2, die wesentlich mehr als eine Grundfrequenz aufweisen, wäre eine solche Aussage anhand einer alleinigen Betrachtung einer Amplituden-Zeit Darstel­ lung, wie in Fig. 5, aufgrund der Komplexität des Signals nicht möglich.

Um zu quantitativen und diagnostisch verwertbaren Aussagen über die zeitliche Entwicklung des Körpergeräusches zu kommen, werden die Frequenzspektren der Körpergeräusch-In­ tervalle (d. h. jeweils für konstante Werte an der A-Achse) durch eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) bestimmt, was in Fig. 4 dargestellt ist.

In Fig. 6 sind entlang der X-Achse dabei die einzelnen Frequenzen aufgetragen. Die Zeitintervalle A sind entlang der A-Achse, die Amplituden der Frequenzen entlang der Z-Achse aufgetragen.

Deutlich ist in der dreidimensionalen Darstellung der Fig. 6 erkennbar, daß im wesentlichen in jedem Zeitinter­ vall A eine Frequenz (d. h. konstante X-Werte) dominiert, d. h. der Betrag der Frequenz ist gegenüber den anderen Frequenzen deutlich größer.

Anhand der diskret aufgetragenen Frequenzspektren ist eine übersichtliche Darstellung der zeitlichen Entwicklung (d. h. entlang der A-Achse) des Körpergeräusches 2 möglich. Im vorliegenden Beispiel ist insbesondere leicht erkennbar, daß bei dem Körpergeräusch 2 mit fortschreitender Zeit eine Verschiebung zu höheren Frequenzen erfolgt. Dies konnte bei dem hier aus Gründen der Einfachheit verwendeten Signal auch noch aus dem Amplituden-Zeit Diagramm der Fig. 5 abgele­ sen werden. Bei einem realen Körpergeräusch 2 wäre eine objektive Aussage anhand des Zeit-Amplituden Diagramms hingegen nicht möglich. Mit der dreidimensionalen Darstel­ lung der zeitlichen Abfolge der Frequenzspektren (Fre­ quenz-Amplituden Diagramm) können die komplexen Körperge­ räusche mit ihren Frequenzspektren dargestellt werden, so daß eine objektive und quantitative Auswertung möglich ist.

Durch die Verwendung von neuralen Netzen können z. B. be­ stimmte Muster (z. B. pathologische Geräusche) im gemessenen Körpergeräusch 2 ermittelt werden, die mit bekannten patho­ logischen Mustern verglichen werden, die im Auswertungssy­ stem 4 gespeichert sind. Insbesondere können bestimmte Muster im Körpergeräusch 2 und seiner zeitlichen Entwick­ lung mit einem Korrelationsprogramm erkannt werden, so daß sich quantitative Aussagen über die zeitliche Entwicklung des Körpergeräusches 2 und deren medizinische Bedeutung treffen lassen.

Fig. 3, 5 und 6 zeigen typische Darstellungen, die für eine Diagnose auf dem Bildschirm 5 des Auswertungssystems 4 darstellbar sind.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispie­ le. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Analyse von Körperge­ räuschen und der Vorrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (25)

1. Verfahren zur Analyse von Körpergeräuschen, insbe­ sondere Herzgeräuschen, bei dem

• a) die Körpergeräusche (2) von mindestens einem Schallmeßgerät (3), insbesondere von einem Mikro­ phon aufgenommen werden,
• b) die Körpergeräusche (2) in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, das an ein Auswertungssy­ stem (4) übertragen,
• c) in jeweils vorbestimmbaren Zeitintervallen (A) im Auswertungssystem (4) ein Frequenzspektrum des erfaßten elektrischen Signals ermittelt und
• d) die zeitliche Abfolge der Frequenzspektren ausge­ wertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Abfolge der Frequenzspektren für eine sofortige oder spätere Analyse im Auswertungs­ system (4) gespeichert, bearbeitet und/oder vom Auswertungssystem (4) angezeigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Frequenzspektrum des Körperge­ räusches (2) im Auswertungssystem (4) durch eine Fast-Fourier-Transformation ermittelt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitli­ che Abfolge der Frequenzspektren jedes aufeinander­ folgenden Zeitintervalls (A) in einem dreidimensio­ nalen Koordinatensystem dargestellt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfas­ sung des Körpergeräusches (2) und/oder die Berech­ nung der Frequenzspektren synchronisiert zu einem gemessenen und/oder vom Auswertungssystem (4) ge­ bildeten Synchronisationssignal erfolgt.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messung des Körpergeräusches (2) zur räumlichen Auflösung der Quelle (1) des Körpergeräusches aus mindestens zwei Raumrichtungen erfolgt.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schall­ meßgerät (3) nacheinander in vorbestimmbarer Weise aus mindestens zwei Raumrichtungen auf eine Körper­ stelle gerichtet wird.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schallmeßgeräte (3) aus verschiedenen, festen Raumrichtungen auf eine Körperstelle gerichtet werden.

9. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gemesse­ nen Körpergeräusche (2) mit einer Zeitmarkierung versehen werden und im Auswertungssystem (4) gespei­ chert werden.

10. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitli­ che Abfolge der Frequenzspektren im Auswertungssy­ stem (4), insbesondere durch ein Expertensystem und 1 oder ein neurales Netz, auf vorbekannte und im Auswertungssystem (4) gespeicherte Muster unter­ sucht wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Auswer­ tungssystem (4) eine Korrelation zwischen den aufgenommenen Körpergeräuschen (2), insbesondere den als pathologisch erkannten, und den bereits gespeicherten Frequenzspektren vorgenommen wird.

12. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein periodi­ sches Körpergeräusch (2), insbesondere das Herzge­ räusch, vom Auswertungssystem (4) in Zeitintervalle (A) unterteilt wird, die jeweils eine Periode des Körpergeräusches enthalten.

13. Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Körperge­ räusch (2), insbesondere das Herzgeräusch, vom Auswertungssystem (4) in Zeitintervalle (A) unter­ teilt wird, die sehr viel kürzer sind als die Dauer des Körpergeräusches (2), etwa eines Herzschlages.

14. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

• a) mindestens ein Schallmeßgerät (3), insbesondere einem Mikrophon zur Messung von Körpergeräuschen (2),
• b) einer Vorrichtung zur Umwandlung der Körperge­ räusche (2) in ein elektrisches Signal, und
• c) ein Auswertungssystem (4) mit Mitteln zur Ermitt­ lung einer zeitlichen Abfolge von Frequenzspektren des Körpergeräusches (2) in vorbestimmbaren Zeitin­ tervallen (A).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß das Auswertungssystem (4) Mittel zur Analyse der gemessenen Daten und/oder einen Bild­ schirm (5) aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Auswertungssystem (4) Mittel zur Ermittlung des Frequenzspektrums der Körperge­ räusche (2) mit einer Fast-Fourier-Transformation aufweist.

17. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertungs­ system (4) Mittel zur Synchronisierung der zeitli­ chen Abfolge der Körpergeräusche (2) und/oder der Frequenzspektren aufweist.

18. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Schall­ meßgerät (3) als ein Richtmikrophon und/oder invasives Mikrophon ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schallmeßgeräte (3) in einem Rahmen so angeordnet sind, so daß sie Körpergeräusche (2) aus verschiede­ nen Raumrichtungen aufnehmen.

20. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertungs­ system (4) ein Speichermedium für die aufgenommenen Körpergeräusche (2) und/oder die ermittelten Fre­ quenzspektren aufweist.

21. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertungs­ system (4) Mittel, insbesondere ein Expertensystem und/oder ein neurales Netz, zur Analyse der zeit­ lichen Abfolge der Frequenzspektren, insbesondere zur Erkennung von Signalmustern aufweist.

22. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertungs­ system (4) Mittel zur Korrelation der aufgenomme­ nen Körpergeräusche (2) und den bereits gespeicher­ ten Frequenzspektren aufweist.

23. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertungs­ system (4) Mittel zur Aufteilung eines periodischen Körpergeräusches (2), insbesondere eines Herzge­ räusches, in Zeitintervalle (A) aufweist, wobei jeweils eine Periode des Körpergeräusches in einem Zeitintervall (A) enthalten ist.

24. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertungs­ system (4) Mittel zur Aufteilung eines Körperge­ räusches (2), insbesondere eines Herzgeräusches, in Zeitintervalle (A) aufweist, wobei die Zeitinterval­ le (A) kurz gegenüber der Dauer des Körpergeräusches (2) sind.

25. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Schallmeßge­ rät (3) und/oder das Auswertungssystem (4) als Handgerät ausgebildet sind.