JP2013123495A - Respiratory sound analysis device, respiratory sound analysis method, respiratory sound analysis program, and recording medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子的に測定された呼吸音を解析する呼吸音解析装置および呼吸音解析方法に関するものである。 The present invention relates to a respiratory sound analyzing apparatus and a respiratory sound analyzing method for analyzing an electronically measured respiratory sound.
聴診器は、被験者の生体音(呼吸音、心音など)を聞くことによって異常の有無を診断する診断器具である。従来、聴診器を用いた診断は、医師の技量や経験に基づいており、誰でも簡単に行うことができない。特に、呼吸音は呼吸器系の疾患の有無や状態を診断する上で重要な情報となるので、呼吸音からの情報をわかりやすい形態で抽出することができれば、呼吸音に基づく診断を専門的な技量や経験によらず容易にすることができる。 A stethoscope is a diagnostic instrument that diagnoses the presence or absence of an abnormality by listening to a subject's body sound (breathing sound, heart sound, etc.). Conventionally, diagnosis using a stethoscope is based on the skill and experience of a doctor and cannot be easily performed by anyone. In particular, respiratory sounds are important information for diagnosing the presence or state of respiratory diseases, so if information from respiratory sounds can be extracted in an easy-to-understand form, specialized diagnosis based on respiratory sounds is necessary. It can be made easy regardless of skill or experience.
このような診断を自動的に行うには、呼吸音をデータとして扱えることが必要である。近年、生体音をデジタル化する電子聴診器が実用化されていることから、電子聴診器によって測定された呼吸音のデータを利用することができる。呼吸音がデータ化されていれば、そのデータを解析し、解析結果に基づいて呼吸音を分類することにより、呼吸器系の疾患を自動診断することが可能である。 In order to perform such a diagnosis automatically, it is necessary to be able to handle respiratory sounds as data. In recent years, electronic stethoscopes that digitize body sounds have been put into practical use, and therefore respiratory sound data measured by an electronic stethoscope can be used. If respiratory sounds are converted into data, it is possible to automatically diagnose respiratory system diseases by analyzing the data and classifying the respiratory sounds based on the analysis results.
特許文献1は、このような呼吸音を分類する装置を開示している。具体的には、特許文献1は、呼吸音の周波数スペクトルから求めた局所分散値がある閾値レベルを超えたと判定された場合、呼吸音が連続性ラ音であると判断することを開示している。
また、特許文献2は、ラ音の検出を精度良く行うことができる呼吸音解析装置を開示している。具体的には、特許文献2には、呼吸音データをヒルベルト変換して解析信号を算出し、解析信号から包絡線を算出して、その包絡線からラ音の候補となるピークを抽出することを開示している。
しかしながら、周波数スペクトルのピークは、個人差および疾患の状態に応じて変化する。これに対し、特許文献1に開示された分類方法では、予め設定した周波数付近の局所分散値を求めるので、個人差および疾患の状態に応じて呼吸音を分類することができない。
However, the peak of the frequency spectrum varies depending on individual differences and disease states. On the other hand, according to the classification method disclosed in
また、特許文献2は、ラ音の検出について記載しているが、断続性ラ音と連続性ラ音との分類については記載していない。このため、特許文献2に開示された方法を用いても個人差および疾患の状態に応じて呼吸音を分類することができない。
Moreover, although
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被験者より測定された呼吸音を個人差および疾患の状態に応じて分類することができる呼吸音解析装置および呼吸音解析方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a respiratory sound analysis apparatus and a respiratory sound analysis capable of classifying respiratory sounds measured by a subject according to individual differences and disease states. It is to provide a method.
本発明の呼吸音解析装置は、上記の課題を解決するために、被験者の呼吸音を解析する呼吸音解析装置であって、前記呼吸音が電子的に測定された呼吸音データの周波数スペクトルを少なくとも1つのモデル波形に近似させることにより、当該モデル波形についての特徴値を抽出する特徴値抽出手段と、抽出された前記特徴値に基づいて前記呼吸音を分類する呼吸音分類手段とを備えていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the respiratory sound analysis apparatus of the present invention is a respiratory sound analysis apparatus that analyzes the respiratory sound of a subject, and uses the frequency spectrum of respiratory sound data in which the respiratory sound is electronically measured. A feature value extracting unit that extracts a feature value of the model waveform by approximating the model waveform, and a breathing sound classifying unit that classifies the breathing sound based on the extracted feature value; It is characterized by being.
また、本発明の呼吸音解析方法は、上記の課題を解決するために、前記呼吸音が電子的に測定された呼吸音データの周波数スペクトルを少なくとも1つのモデル波形に近似させることにより、当該モデル波形についての特徴値を抽出する特徴値抽出工程と、抽出された前記特徴値に基づいて前記呼吸音を分類する呼吸音分類工程とを備えていることを特徴としている。 Further, in order to solve the above-described problem, the respiratory sound analysis method of the present invention approximates the frequency spectrum of respiratory sound data in which the respiratory sound is electronically measured to at least one model waveform. A feature value extracting step of extracting a feature value for the waveform and a breathing sound classification step of classifying the breathing sound based on the extracted feature value are provided.
呼吸音は、被験者の気管の状態で異なり、狭窄や液体膜の存在により異なる周波数スペクトルを示す。例えば、複数の狭窄が気管に生じている場合、狭窄部分の気管の広さが異なるので、呼吸音は、それに応じて異なるピークを有する周波数スペクトルを示す。また、液体膜が気管に生じている場合、呼吸によって液体膜が破裂するために周波数スペクトルのサイドローブが広くなる。 The breathing sound varies depending on the state of the trachea of the subject, and shows a different frequency spectrum depending on the presence of a stenosis or a liquid film. For example, when a plurality of stenosis occurs in the trachea, since the trachea of the stenosis portion has a different size, the breathing sound shows a frequency spectrum having different peaks accordingly. In addition, when a liquid film is generated in the trachea, the side lobe of the frequency spectrum is widened because the liquid film is ruptured by respiration.
そこで、上記の構成では、特徴値抽出手段(特徴値抽出工程)によって、周波数スペクトルをモデル波形に近似して、このモデル波形についての特徴値を抽出することにより、呼吸音の特徴を抽出することができる。そして、呼吸音分類手段(呼吸音分類工程)によって、抽出された特徴値に基づいて呼吸音を分類することにより、上記の気管の状態を反映させた分類を行うことができる。 Therefore, in the above configuration, the feature of the respiratory sound is extracted by approximating the frequency spectrum to the model waveform by the feature value extracting means (feature value extracting step) and extracting the feature value of the model waveform. Can do. Then, by classifying the respiratory sounds based on the extracted feature values by the respiratory sound classification means (respiratory sound classification step), it is possible to perform classification that reflects the state of the trachea.
前記呼吸音解析装置において、前記特徴値抽出手段は、前記呼吸音データから所定の区間を抽出する区間抽出手段と、抽出された前記区間の前記呼吸音データの周波数スペクトルを算出する周波数スペクトル算出手段と、算出された前記周波数スペクトルの包絡線を算出する包絡線算出手段と、算出された前記包絡線を前記モデル波形としてのガウス波形に近似させることにより、当該ガウス波形に基づいて前記特徴値を算出する特徴値算出手段とを有していることが好ましい。 In the respiratory sound analysis device, the feature value extracting means includes a section extracting means for extracting a predetermined section from the respiratory sound data, and a frequency spectrum calculating means for calculating a frequency spectrum of the extracted respiratory sound data in the extracted section. And an envelope calculation means for calculating an envelope of the calculated frequency spectrum, and approximating the calculated envelope to a Gaussian waveform as the model waveform, thereby obtaining the feature value based on the Gaussian waveform. It is preferable to have a feature value calculation means for calculating.
上記の構成では、区間抽出手段によって、呼吸音データから所定の区間が抽出される。これにより、分類に必要な最小限の呼吸音のサンプルが抽出される。周波数スペクトル算出手段によって、抽出された呼吸音データに基づいて、周波スペクトルが算出される。すると、包絡線算出手段によって、算出された周波数スペクトルの包絡線が算出される。この包絡線は、特徴値算出手段によってガウス波形に近似されることで、当該ガウス波形に基づいて特徴値が算出される。 In the above configuration, the predetermined section is extracted from the respiratory sound data by the section extracting means. Thereby, the sample of the minimum respiratory sound required for classification is extracted. A frequency spectrum is calculated by the frequency spectrum calculation means based on the extracted respiratory sound data. Then, the envelope of the calculated frequency spectrum is calculated by the envelope calculation means. The envelope is approximated to a Gaussian waveform by the feature value calculation means, and the feature value is calculated based on the Gaussian waveform.
ガウス波形は、呼吸音の周波数スペクトルを近似させるモデル波形として適しており、その近似化の手法として混合ガウス分布を用いることができる。それゆえ、効率的に特徴値を抽出することができる。 The Gaussian waveform is suitable as a model waveform that approximates the frequency spectrum of respiratory sounds, and a mixed Gaussian distribution can be used as an approximation method. Therefore, feature values can be extracted efficiently.
前記呼吸音解析装置において、前記特徴値算出手段は、前記ガウス波形に基づいて、各ガウス波形によるピーク数および各ガウス波形の分散値を前記特徴値として算出し、前記呼吸音分類手段は、前記ピーク数および前記分散値のうちの最大の分散値に基づいて呼吸音を分類することが好ましい。 In the respiratory sound analysis device, the feature value calculating means calculates the number of peaks of each Gaussian waveform and a variance value of each Gaussian waveform as the characteristic value based on the Gaussian waveform, and the respiratory sound classification means includes the It is preferable to classify the respiratory sounds based on the number of peaks and the maximum variance value among the variance values.
ピーク数は、測定した呼吸音に複数の呼吸音が含まれていることを表している。また、分散値は、ガウス波形の広がりの度合い(周波数スペクトルのサイドローブ)を表している。したがって、ピーク数が多いほど、呼吸音に異常が生じているといえる。また、ガウス波形の広がりの度合いによって、呼吸音が連続性ラ音であるか否かを判定することができる。 The peak number indicates that the measured respiratory sound includes a plurality of respiratory sounds. The dispersion value represents the degree of spread of the Gaussian waveform (frequency spectrum side lobe). Therefore, it can be said that the greater the number of peaks, the more abnormal the breathing sound. Further, it is possible to determine whether or not the breathing sound is a continuous rarity depending on the degree of spread of the Gaussian waveform.
そこで、特徴値算出手段によって算出されたピーク数および最大の分散値が特徴値に基づいて、呼吸音分類手段によって呼吸音が分類することにより、最小限の特徴値を用いて呼吸音を分類することができる。 Therefore, the respiratory sounds are classified by the respiratory sound classification means based on the number of peaks calculated by the characteristic value calculating means and the maximum variance value based on the characteristic values, thereby classifying the respiratory sounds using the minimum characteristic values. be able to.
前記呼吸音解析装置は、前記呼吸音分類手段による分類結果を表示する分類結果表示手段を備えていることが好ましい。 It is preferable that the respiratory sound analysis apparatus includes a classification result display unit that displays a classification result obtained by the respiratory sound classification unit.
これにより、分類結果を容易に確認することができる。 Thereby, a classification result can be checked easily.
前記呼吸音解析装置において、前記分類結果表示手段は、前記分類結果に対応する前記呼吸音データの波形を表示することが好ましい。 In the respiratory sound analyzer, the classification result display means preferably displays a waveform of the respiratory sound data corresponding to the classification result.
これにより、分類結果を呼吸音データの波形と照らし合わせて検証することができる。例えば、分類結果だけでは詳細な疾患の診断が難しい場合に、当該波形に応じた乱れを参照することによって、異常の判断がしやすくなる。 Thereby, the classification result can be verified against the waveform of the respiratory sound data. For example, when it is difficult to diagnose a detailed disease based only on the classification result, it is easy to determine an abnormality by referring to the disturbance according to the waveform.
前記呼吸音解析装置において、前記分類結果表示手段は、前記分類結果に対応する疾患名を表示することが好ましい。 In the respiratory sound analysis apparatus, it is preferable that the classification result display means displays a disease name corresponding to the classification result.
これにより、呼吸音に基づいた疾患の有無を容易に診断することができる。 Thereby, the presence or absence of a disease based on the breathing sound can be easily diagnosed.
また、前記分類結果表示手段は、前記分類結果に対応する前記呼吸音における呼気および吸気のタイミングを表示することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the said classification result display means displays the timing of the expiration and inspiration in the said respiratory sound corresponding to the said classification result.
これにより、呼気または吸気のいずれに呼吸音の乱れが多いかといったことを呼吸音データの波形と組み合わせることで、疾患の種別などの判断がしやすくなる。 This makes it easy to determine the type of disease or the like by combining whether the breathing sound is more disturbed in expiration or inspiration with the waveform of the breathing sound data.
本発明の呼吸音解析プログラムは、前記呼吸音解析装置における前記特徴値抽出手段および前記呼吸音分類手段として機能させるためのプログラムである。また、本発明の記録媒体は、前記呼吸音解析プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。これらの呼吸音解析プログラムおよび記録媒体も本発明の技術的範囲に含まれる。 The respiratory sound analysis program of the present invention is a program for causing the feature value extraction means and the respiratory sound classification means in the respiratory sound analysis apparatus to function. The recording medium of the present invention is a computer-readable recording medium that records the respiratory sound analysis program. These respiratory sound analysis programs and recording media are also included in the technical scope of the present invention.
本発明に係る半導体装置の電圧測定方法および呼吸音解析装置は、上記のように構成されることにより、個人差および疾患の状態に応じて呼吸音の分類が可能となる。したがって、本発明を採用することにより、肺雑音の分類精度を向上させることができるという効果を奏する。 The semiconductor device voltage measurement method and the respiratory sound analysis apparatus according to the present invention are configured as described above, thereby enabling classification of respiratory sounds according to individual differences and disease states. Therefore, by adopting the present invention, it is possible to improve the classification accuracy of lung noise.
本発明に係る一実施形態について、図1〜図12を参照して説明すると、以下の通りである。 An embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
[呼吸音解析装置の構成]
図1は、本実施形態に係る呼吸音解析装置1の構成を示すブロック図である。
[Configuration of respiratory sound analyzer]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a respiratory
図1に示す呼吸音解析装置1は、呼吸音を解析し、その結果に基づいて呼吸音を分類し、かつ表示する装置である。呼吸音解析装置1は、生体音測定部2と、特徴値抽出部3と、呼吸音分類部4と、分類結果表示部5とを備えている。また、呼吸音解析装置1は、各部の処理の結果によって得られたデータや、各部の処理中に生じるデータの一時的な記憶領域として、メモリなどからなる記憶部(図示せず)を備えている。
The respiratory
〔生体音測定部の構成〕
生体音測定部2は、被験者の生体音(特に呼吸音)を測定し、測定値をデジタルのデータとして出力するために設けられており、聴診器(電子聴診器、集音装置など)によって構成されている。例えば、電子聴診器は、生体音を受けて生じるダイアフラムの振動を振動センサによって検出して電気信号に変換し、さらにその電気信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてデジタルデータに変換する。
[Configuration of biological sound measurement unit]
The body
〔特徴値抽出部の構成〕
特徴値抽出部3(特徴値抽出手段)は、生体音測定部2により測定された呼吸音のデータ(呼吸音データ)から、呼吸音の周波数スペクトルを複数のガウス波形が混合された混合ガウス分布に近似させることにより特徴値を抽出する。この特徴値抽出部3は、特徴値を抽出するために、区間抽出部31、周波数スペクトル算出部32、周波数スペクトル平滑部33、ピーク検出部34および特徴値算出部35を有している。
[Configuration of Feature Value Extraction Unit]
The feature value extraction unit 3 (feature value extraction means) is a mixed Gaussian distribution in which a plurality of Gaussian waveforms are mixed with the frequency spectrum of the respiratory sound from the respiratory sound data (respiratory sound data) measured by the body
〈区間抽出部の構成〉
図2は、生体音測定部2により測定された呼吸音の波形を示す波形図である。
<Configuration of section extraction unit>
FIG. 2 is a waveform diagram showing the waveform of the respiratory sound measured by the body
区間抽出部31(区間抽出手段)は、生体音測定部2により測定された呼吸音のデータ(呼吸音データ)から任意の呼吸1周期の区間を分割して、当該区間の呼吸音データ、または当該区間における呼気もしくは吸気のいずれ一方の呼吸音データを抽出して、記憶部に記憶する。吸気または呼気の呼吸音データを個別に抽出するのは、吸気と呼気とで周波数スペクトルが異なることから、吸気と呼気とを区別するためである。
The section extraction unit 31 (section extraction means) divides a section of any one respiratory period from the respiratory sound data (breathing sound data) measured by the body
呼吸1周期の区間の判別としては、呼吸音データ(呼吸音波形)に基づいて判別する方法と、生体音測定部2からの情報に基づいて判別する方法がある。
There are two methods for determining the period of one breath period: a method of determining based on respiratory sound data (respiratory sound waveform) and a method of determining based on information from the body
呼吸音波形に基づいて判別する方法は、呼吸音波形の振幅の大きさを所定の閾値と比較することで呼吸1周期を判別する。図2に示すように、呼吸1周期における呼気の開始時には、呼吸音の振幅が大きく変化する。これに比べて吸気の開始時には、呼気の開始時ほど振幅が大きく変化しない。この振幅の相違を捉えるように、呼気の開始時の振幅変化を判別できる第1の閾値と、吸気の開始時の振幅変化を判別できる第2の閾値とを用意しておく。第1の閾値によって呼気の開始を比較判別することで、ある呼気の開始から次の呼気の開始までを呼吸1周期の区間として特定することができる。さらに、第2の閾値によって吸気の開始を比較判別することで、呼吸1周期における吸気の期間を特定することができる。 A method of discriminating based on the respiratory sound waveform is to determine one respiratory cycle by comparing the magnitude of the amplitude of the respiratory sound waveform with a predetermined threshold. As shown in FIG. 2, at the start of expiration in one breathing period, the amplitude of the breathing sound changes greatly. Compared to this, at the start of inspiration, the amplitude does not change as much as at the start of expiration. In order to capture this difference in amplitude, a first threshold value that can determine an amplitude change at the start of expiration and a second threshold value that can determine an amplitude change at the start of inspiration are prepared. By comparing and determining the start of exhalation based on the first threshold value, the period from the start of one exhalation to the start of the next exhalation can be specified as an interval of one breath period. Furthermore, by comparing and determining the start of inspiration based on the second threshold, it is possible to specify the inspiration period in one respiration cycle.
この方法を用いる場合、区間抽出部31が上記の判別を行ってもよいし、他の判別手段が上記の判別を行って、その判別結果を区間抽出部31に与えるようにしてもよい。
When this method is used, the
生体音測定部2からの情報に基づいて判別する方法は、例えば、生体音測定部2として電子聴診器を用いる場合、電子聴診器のチェストピースに加速度センサを内蔵させておき、加速度センサによって呼吸時の胸壁の動きを捉えることで呼吸1周期または呼吸1周期における呼気および吸気の期間を特定することができる。具体的には、呼気時には胸郭が収縮するので、その収縮に伴って移動する胸壁の移動方向を加速度センサで検出する。一方、吸気時には胸郭が拡張するので、その拡張に伴って移動する胸壁の移動方向を(収縮時と逆方向)を加速度センサで検出する。これにより、呼気の開始と吸気の開始とを特定することができる。
For example, when an electronic stethoscope is used as the biological
この方法を用いる場合、区間抽出部31は、生体音測定部2から呼吸音データと同時に与えられる加速度センサの検出結果に基づいて、呼吸1周期を分割して、その区間の呼吸音データを抽出する。
When this method is used, the
〈周波数スペクトル算出部の構成〉
図3は、周波数スペクトル算出部32によって算出された呼吸音の周波数スペクトルを示す図である。
<Configuration of frequency spectrum calculation unit>
FIG. 3 is a diagram showing the frequency spectrum of the breathing sound calculated by the frequency
周波数スペクトル算出部32(周波数スペクトル算出手段)は、区間抽出部31によって抽出された区間の呼吸音データに基づいて、呼吸音の周波数スペクトルを算出して、記憶部に記憶する。この周波数スペクトル算出部32は、上記の呼吸音データに高速フーリエ変換(FFT)処理を施すという一般的な時間関数−周波数関数変換処理を行うことにより、図3に示すような周波数スペクトルを求める。この周波数スペクトルは、呼吸音データ(呼吸音)の周波数分布を表している。
The frequency spectrum calculation unit 32 (frequency spectrum calculation means) calculates the frequency spectrum of the respiratory sound based on the respiratory sound data of the section extracted by the
〈周波数スペクトル平滑部の構成〉
図4は、周波数スペクトル平滑部33によって平滑化された周波数スペクトルを示す図である。
<Configuration of frequency spectrum smoothing section>
FIG. 4 is a diagram illustrating the frequency spectrum smoothed by the frequency
図3に示すように、周波数スペクトルは、パワースペクトルの変動が大きく、このままではピーク検出部34によるピークの検出が難しい。そこで、周波数スペクトル平滑部33(包絡線算出手段)は、周波数スペクトル算出部32によって算出された周波数スペクトルを図4に示すように平滑化して、記憶部に記憶する。これにより、周波数スペクトルの包絡線を得ることができる。
As shown in FIG. 3, the frequency spectrum has a large power spectrum variation, and it is difficult for the
周波数スペクトル平滑部33としては、移動平均フィルタ、ケプストラムフィルタ、Savitzky-Golayフィルタなどを用いることができる。このうち、平均移動フィルタは、最も簡単に構成することができ、波形の平滑化には好適である。平均移動フィルタは、直近のn個のデータを平均し、その平均値を代表値として用いるフィルタであり、一種のローパスフィルタである。
As the frequency
〈ピーク検出部の構成〉
図5は、ピーク検出部34による周波数スペクトルのピーク検出を説明するための図である。
<Configuration of peak detector>
FIG. 5 is a diagram for explaining peak detection of the frequency spectrum by the
後述するように、特徴値算出部35が混合ガウス近似処理を行うためには、周波数スペクトル平滑部33によって平滑化された周波数スペクトルのピーク周波数、ピークおよびピーク振幅値が必要である。そこで、ピーク検出部34は平滑化された周波数スペクトルのピークを検出し、当該ピークについてのピーク周波数およびピーク数を仮の値として特定する。このため、ピーク検出部34は、平滑化された周波数スペクトルを微分して、その微分波形におけるゼロクロス点を周波数スペクトルのピークとして検出する。また、ピーク検出部34は、検出したピークについてのピーク周波数、ピーク数およびピーク振幅値を特定して、これらを仮のピークパラメータとして記憶部に記憶する。例えば、図5に示す例では、検出されたピークについて、ピーク周波数f1〜f3、ピーク数3およびピーク振幅値m1〜m3が特定される。
As will be described later, in order for the feature
〈特徴値算出部の構成〉
図6は、特徴値算出部35による周波数スペクトルの混合ガウス分布への近似化の概念を示す図である。
<Configuration of feature value calculation unit>
FIG. 6 is a diagram illustrating a concept of approximation of the frequency spectrum to the mixed Gaussian distribution by the feature
後述するように、呼吸音は、1つまたは複数の呼吸音からなるので、周波数スペクトルにもそれらの呼吸音の周波数成分が含まれている。そこで、周波数スペクトルを1つのまたは複数のモデル波形に近似させることにより、周波数スペクトルに含まれる呼吸音を近似的に特定することができる。モデル波形は、規定のモデル式で表すことができる波形である。周波数スペクトルからモデル波形が特定されることにより、そのモデル式よりモデル波形の特徴値を得ることができる。 As will be described later, since the respiratory sound is composed of one or a plurality of respiratory sounds, the frequency spectrum also includes the frequency components of those respiratory sounds. Therefore, by approximating the frequency spectrum to one or a plurality of model waveforms, it is possible to approximately specify the respiratory sound included in the frequency spectrum. The model waveform is a waveform that can be expressed by a specified model equation. By specifying the model waveform from the frequency spectrum, the feature value of the model waveform can be obtained from the model equation.
図6に示す特徴値算出部35(特徴値算出手段)は、上記の原理を利用しており、周波数スペクトル平滑部33によって平滑化された周波数スペクトル(包絡線)を、公知のカーブフィッティング法を用いて少なくとも1のモデル波形に近似する。具体的には、特徴値算出部35は、前述のピークパラメータを仮の値に当てはまるようにモデル式の分散値を変化させていき、仮の値と推定した周波数スペクトルのピークパラメータとの差分値が最小となるようにモデル式のパラメータを変化させて、最小値をとるときのピークパラメータおよび分散値を特徴値として特定する。
The feature value calculation unit 35 (feature value calculation means) shown in FIG. 6 uses the above principle, and the frequency spectrum (envelope) smoothed by the frequency
特徴値算出部35は、モデル波形としてガウス波形を用いた場合、ピーク検出部34によって特定された仮のピークパラメータを用いて、周波数スペクトルを式(1)で表される混合ガウス分布に上記のようにしてカーブフィッティング(近似)する。また、特徴値算出部35は、カーブフィッティングにより、ピーク毎の分散値およびピークパラメータを式(1)によって算出して、記憶部に記憶する。
When the Gaussian waveform is used as the model waveform, the feature
混合ガウス分布を構成するガウス波形は式(2)によって表される。式(1)および式(2)において、n,μ1〜μn,σは、それぞれピーク数、平均、分散を表している。 A Gaussian waveform constituting the mixed Gaussian distribution is expressed by Equation (2). In Formula (1) and Formula (2), n, μ1 to μn, and σ represent the number of peaks, average, and variance, respectively.
例えば、仮のピーク数が3である場合、特徴値算出部35は、式(1)におけるnを3として式(3)を得て、平滑化された周波数スペクトルを式(3)によって表される混合ガウス分布に近似する。これにより、特徴値算出部35は、式(3)における平均μ1〜μ3および分散値σ1〜σ3およびピーク周波数f1〜f3を特定する。
For example, when the number of temporary peaks is 3, the feature
なお、上記のモデル波形は、ガウス波形に限定されない。 Note that the model waveform is not limited to a Gaussian waveform.
〔呼吸音分類部の構成〕
呼吸音分類部4(呼吸音分類手段)は、周波数スペクトルが、特徴値算出部35によって混合ガウス分布に近似化された近似化波形を形成するガウス波形のピーク数、ピーク周波数、ピーク振幅値および分散値に基づいて、測定された呼吸音を正常呼吸音、連続性ラ音および断続性ラ音のいずれか1つに分類する。また、呼吸音分類部4は、正常呼吸音、連続性ラ音および断続性ラ音の分類結果を、それぞれ“1”,“2”および“3”の分類値として出力する。
[Configuration of respiratory sound classification unit]
The respiratory sound classification unit 4 (respiratory sound classification means) includes a peak number, a peak frequency, a peak amplitude value, and a Gaussian waveform that form an approximated waveform whose frequency spectrum is approximated to a mixed Gaussian distribution by the feature value calculation unit Based on the variance value, the measured breathing sound is classified into one of normal breathing sound, continuous rarity sound, and intermittent rarity sound. Further, the respiratory sound classification unit 4 outputs the classification results of normal respiratory sounds, continuous rales and intermittent rales as classification values of “1”, “2”, and “3”, respectively.
呼吸音分類部4による呼吸音の分類は、次の原理にしたがって行われる。 The classification of respiratory sounds by the respiratory sound classification unit 4 is performed according to the following principle.
〈呼吸音分類の原理〉
図7(a)および(b)は連続性ラ音が生じる気管の状態を示す図であり、図7(c)はこの気管で生じる呼吸音についての周波数スペクトルの混合ガウス分布を示す図である。図8(a)は断続性ラ音が生じる気管の状態を示す図であり、図8(b)はこの気管で生じる呼吸音についての周波数スペクトルの混合ガウス分布を示す図である。
<Principle of respiratory sound classification>
7 (a) and 7 (b) are diagrams showing the state of the trachea in which continuous rales are generated, and FIG. 7 (c) is a diagram showing a mixed Gaussian distribution of frequency spectra for respiratory sounds generated in the trachea. . FIG. 8A is a diagram showing a state of a trachea in which intermittent rales are generated, and FIG. 8B is a diagram showing a mixed Gaussian distribution of frequency spectra for respiratory sounds generated in the trachea.
図7(a)および(b)に示すように、気管Tに狭窄Sが生じている場合、気管Tの内径と気流速度とに応じて呼吸音の周波数成分が異なる。図7(c)に示すように、周波数スペクトルが近似化された混合ガウス分布は、気管Tが、異なる箇所に生じた狭窄Sによって、大きい内径、中程度の内径、小さい内径を有する場合、それぞれの内径に応じて、低域のピークP1、中域のピークP2、高域のピークP3を有する。このような場合は、呼吸音を喘息などによる連続性ラ音と判別(分類)することができる。 As shown in FIGS. 7A and 7B, when the stenosis S occurs in the trachea T, the frequency component of the respiratory sound varies depending on the inner diameter of the trachea T and the airflow velocity. As shown in FIG. 7 (c), the mixed Gaussian distribution in which the frequency spectrum is approximated is obtained when the trachea T has a large inner diameter, a medium inner diameter, and a smaller inner diameter due to stenosis S generated in different places. Depending on the inner diameter, the lower peak P1, the middle peak P2, and the higher peak P3. In such a case, the breathing sound can be discriminated (classified) as a continuous rarity due to asthma or the like.
一方、図8(a)に示すように、気管Tに液体膜Mが生じている場合、液体膜Mが呼吸によって破裂するので、破裂音が生じる。図8(b)に示すように、混合ガウス分布は、気管Tに生じた液体膜Mによって、サイドローブが広がる形状を有する。このような場合は、呼吸音を肺炎などによる断続性ラ音と判別(分類)することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 8A, when the liquid film M is generated in the trachea T, the liquid film M is ruptured by respiration, and thus a burst sound is generated. As shown in FIG. 8B, the mixed Gaussian distribution has a shape in which the side lobes spread by the liquid film M generated in the trachea T. In such a case, it is possible to discriminate (classify) the breathing sound from the intermittent rattle due to pneumonia or the like.
〔分類結果表示部の構成〕
図9は、分類結果表示部5によって表示される呼吸音の分類結果を含む表示画面101を示す図である。
[Configuration of classification result display section]
FIG. 9 is a diagram showing a
分類結果表示部5(分類結果表示手段)は、呼吸音分類部4によって呼吸音が分類された結果を表示する。具体的には、分類結果表示部5は、呼吸音解析装置1に設けられているルックアップテーブルを参照して、上記の分類値に対応する呼吸音の種類を読み出して表示する。ルックアップテーブルには、分類値“1”、分類値“2”、分類値“3”に対して、それぞれ「正常呼吸音」、「連続性ラ音」および「断続性ラ音」が対応付けられている。
The classification result display unit 5 (classification result display unit) displays the result of the classification of the respiratory sounds by the respiratory sound classification unit 4. Specifically, the classification
また、分類結果表示部5は、生体音測定部2から与えられる呼吸音の測定波形を表示するとともに、呼気および吸気のタイミングを表示する。このため、分類結果表示部5は、表示画面101を呼吸音解析装置1に設けられた図示しない表示パネルに表示する。
Further, the classification
表示画面101は、診断特定情報102と、測定波形103と、呼吸タイミング104と、分類結果105とを含んでいる。
The
診断特定情報102は、被験者ID、被験者名、被験者の年齢および診断の日付からなる。これにより、被験者や診断日が特定される。
The
測定波形103は、呼吸音の分類に用いられた波形である。呼吸タイミング104は、区間抽出部31によって特定された呼気および吸気の期間を矩形波で表している。
The
分類結果105は、呼吸音の種類である「正常呼吸音」、「連続性ラ音」および「断続性ラ音」のいずれかである。また、分類結果105は、分類された呼吸音に対応する疾患名を含んでいてもよい。例えば、連続線ラ音に対応する代表的な疾患名としては喘息が挙げられる。また、断続性ラ音に対応する代表的な疾患名としては肺炎が挙げられる。
The
〔呼吸音解析装置による呼吸音の解析〕
続いて、上記のように構成される呼吸音解析装置1による呼吸音の解析の処理(呼吸音解析方法)について説明する。
[Analysis of respiratory sounds by respiratory sound analyzer]
Next, the processing of breathing sound analysis (breathing sound analysis method) by the
〔呼吸音解析装置による呼吸音の解析〕
続いて、上記のように構成される呼吸音解析装置1による呼吸音の解析(呼吸音解析方法)について説明する。
[Analysis of respiratory sounds by respiratory sound analyzer]
Subsequently, an analysis of a respiratory sound (a respiratory sound analysis method) by the respiratory
図10は、呼吸音分類部4による呼吸音の分類を処理する手順を示すフローチャートである。図11は、呼吸音分類部4によって呼吸音をピーク数および最大分散値に基づいて分類した場合の分布図である。図12(a)〜(c)は、呼吸音分類部4によって呼吸音をピーク数および最大分散値に基づいて分類した各呼吸音に対応する周波数スペクトル(測定波形)および近似化された混合ガウス分布におけるガウス波形(ガウス近似波形)の具体例を示す図である。 FIG. 10 is a flowchart showing a procedure for processing the classification of respiratory sounds by the respiratory sound classification unit 4. FIG. 11 is a distribution diagram when respiratory sounds are classified by the respiratory sound classification unit 4 based on the number of peaks and the maximum variance value. FIGS. 12A to 12C show frequency spectra (measured waveforms) corresponding to each breathing sound obtained by classifying the breathing sounds based on the number of peaks and the maximum dispersion value by the breathing sound classification unit 4 and the approximated mixed Gaussian. It is a figure which shows the specific example of the Gaussian waveform (Gaussian approximate waveform) in distribution.
《呼吸音の特徴値の抽出》
まず、生体音測定部2により測定された被験者の呼吸音が特徴値抽出部3に与えられると、特徴値抽出部3によって呼吸音の特徴値が抽出される。
<Extraction of respiratory sound feature values>
First, when the breathing sound of the subject measured by the biological
特徴値抽出部3においては、区間抽出部31によって、生体音測定部2からの呼吸音のデータから呼吸1周期の区間(必要に応じて呼気または吸気の呼吸音のデータ)が分割されて抽出される(特徴値抽出工程)。
In the feature
抽出された呼吸音のデータは、周波数スペクトル算出部32によって、周波数スペクトルに変換される。この周波数スペクトルは、周波数スペクトル平滑部33によって、平滑化される。これにより、振幅の変動が大きい周波数スペクトルを滑らかな形状に成形して、周波数スペクトルの包絡線を得ることができる。
The extracted respiratory sound data is converted into a frequency spectrum by the frequency
ピーク検出部34によって、このようにして得られた包絡線のピークが検出され、そのピークについて、ピーク周波数、ピーク数およびピーク振幅値(ピークパラメータ)が仮に求められる。さらに、特徴値算出部35によって、ピークパラメータの仮の値および前述の式(1)に基づいて、包絡線が混合ガウス分布にカーブフィッティングされる。これにより、特定された混合ガウス分布について、ピーク数、ピーク周波数、ピーク振幅値および分散値が求められる。これらの値は、特徴値として呼吸音分類部4に提供される。
The peak of the envelope obtained in this way is detected by the
《呼吸音の分類》
〈分類の処理手順〉
呼吸音分類部4においては、測定された呼吸音が、上記の特徴値に基づいて分類される(呼吸音分類工程)。ここでは、特徴としてピーク数および分散値を用いて呼吸音を分類する場合について、図10のフローチャートを参照して説明する。
《Classification of respiratory sounds》
<Classification procedure>
In the respiratory sound classification unit 4, the measured respiratory sounds are classified based on the feature values (respiratory sound classification step). Here, the case where respiratory sounds are classified using the number of peaks and the variance as features will be described with reference to the flowchart of FIG.
図10に示すように、まず、ピーク数nが判定基準となる基準ピーク数N以下であるか否かを判定する(ステップS1)。ここで、ピーク数nが基準ピーク数N以下であると判定した場合、混合ガウス分布を形成する少なくとも1つのガウス波形の分散値のうち最大となる最大分散値σmaxが、判定基準となる基準分散値Σより小さいか否かを判定する(ステップS2)。ここで、最大分散値σmaxが基準分散値Σより小さいと判定した場合、測定された呼吸音を正常呼吸音と判定する(ステップS3)。 As shown in FIG. 10, first, it is determined whether or not the peak number n is equal to or less than a reference peak number N that is a determination reference (step S1). Here, when it is determined that the peak number n is equal to or less than the reference peak number N, the maximum dispersion value σmax that is the maximum among the dispersion values of at least one Gaussian waveform forming the mixed Gaussian distribution is the reference dispersion that is the determination reference. It is determined whether or not the value is smaller than Σ (step S2). Here, when it is determined that the maximum variance value σmax is smaller than the reference variance value Σ, the measured respiratory sound is determined as a normal respiratory sound (step S3).
また、ステップS2において、最大分散値σmaxが基準分散値Σ以上であると判定した場合、測定された呼吸音を断続性ラ音と判定する(ステップS4)。さらに、ステップS1において、ピーク数nが基準ピーク数Nより大きいと判定した場合、最大分散値σmaxが基準分散値Σより小さいか否かを判定する(ステップS5)。ここで、最大分散値σmaxが基準分散値Σより小さいと判定した場合、測定された呼吸音を連続性ラ音と判定する(ステップS6)。また、ステップS5において、最大分散値σmaxが分散値Σより小さいと判定した場合、判別すべき呼吸音の種類が存在しないので、エラー処理を行う(ステップS7)。 Further, when it is determined in step S2 that the maximum variance value σmax is equal to or greater than the reference variance value Σ, the measured respiratory sound is determined as an intermittent ra sound (step S4). Further, when it is determined in step S1 that the peak number n is larger than the reference peak number N, it is determined whether or not the maximum dispersion value σmax is smaller than the reference dispersion value Σ (step S5). Here, when it is determined that the maximum variance value σmax is smaller than the reference variance value Σ, the measured breathing sound is determined as a continuous rarity (step S6). If it is determined in step S5 that the maximum variance value σmax is smaller than the variance value Σ, there is no type of breathing sound to be discriminated, and error processing is performed (step S7).
〈分類結果の分布〉
ここで、基準ピーク数Nを2とし、最大分散値σmaxを150とした場合の呼吸音分類部4による呼吸音の分類例について図11を参照して説明する。
<Distribution of classification results>
Here, an example of respiratory sound classification by the respiratory sound classification unit 4 when the reference peak number N is 2 and the maximum variance value σmax is 150 will be described with reference to FIG.
まず、基準ピーク数Nが2以下であり、かつ最大分散値σmaxが150未満であれば、ステップS1,S2の判定結果に基づいて、呼吸音が正常呼吸音であると判定される。正常呼吸音は、図11において○にて示すようにピーク数が少なく(n=1)、かつ最大分散値が小さい範囲で分布している。 First, if the reference peak number N is 2 or less and the maximum variance σmax is less than 150, it is determined that the breathing sound is a normal breathing sound based on the determination results of steps S1 and S2. Normal breathing sounds are distributed in a range where the number of peaks is small (n = 1) and the maximum variance value is small, as indicated by ◯ in FIG.
また、基準ピーク数Nが2より大きく(3以上)、かつ最大分散値σmaxが150未満であれば、ステップS1,S5の判定結果に基づいて、呼吸音が連続性ラ音であると判定される。連続性ラ音は、図11において△にて示すようにピーク数が多く、かつ最大分散値が小さい範囲で分布している。 If the reference peak number N is greater than 2 (3 or more) and the maximum variance σmax is less than 150, it is determined that the breathing sound is a continuous rale based on the determination results of steps S1 and S5. The The continuous rales are distributed in a range where the number of peaks is large and the maximum dispersion value is small as indicated by Δ in FIG.
さらに、基準ピーク数Nが2以下であり、かつ最大分散値σmaxが150以上であれば、ステップS1,S2の判定結果に基づいて、呼吸音が断続性ラ音であると判定される。断続性ラ音は、図11において×にて示すようにピーク数が少なく(n=2)、かつ最大分散値が大きい範囲で分布している。 Further, if the reference peak number N is 2 or less and the maximum variance value σmax is 150 or more, it is determined that the breathing sound is an intermittent rale based on the determination results of steps S1 and S2. Intermittent rales are distributed in a range where the number of peaks is small (n = 2) and the maximum dispersion value is large, as indicated by x in FIG.
〈分類結果の具体例〉
引き続き、上記のように、基準ピーク数Nを2とし、基準分散値Σを150とした場合の呼吸音分類部4による呼吸音の分類結果と周波数スペクトルとの関係について、図12を参照して説明する。
<Specific examples of classification results>
Next, referring to FIG. 12, the relationship between the respiratory sound classification result by the respiratory sound classification unit 4 and the frequency spectrum when the reference peak number N is 2 and the reference dispersion value Σ is 150 as described above. explain.
まず、図12(a)に示す例は、呼吸音が正常呼吸音と判定された例である。この場合、ピーク数nが1であり、ピーク周波数および分散値が表1に示す値である。 First, the example illustrated in FIG. 12A is an example in which the respiratory sound is determined to be a normal respiratory sound. In this case, the peak number n is 1, and the peak frequency and dispersion value are the values shown in Table 1.
呼吸音が正常呼吸音である場合、図7(a),(b)に示すような狭窄Sや図8(a)に示すような液体膜Mが気管Tに生じていないので、被験者の気管Tの太さに応じた呼吸音が発生する。 When the breathing sound is a normal breathing sound, the stenosis S as shown in FIGS. 7A and 7B and the liquid film M as shown in FIG. A breathing sound corresponding to the thickness of T is generated.
また、図12(b)に示す例は、呼吸音が連続性ラ音と判定された例である。この場合、ピーク数nが5であり、各ピークのピーク周波数および分散値が表2に示す値である。 In addition, the example shown in FIG. 12B is an example in which the breathing sound is determined as a continuous rarity. In this case, the number of peaks n is 5, and the peak frequency and dispersion value of each peak are the values shown in Table 2.
呼吸音が連続性ラ音である場合、図7(a),(b)に示すような狭窄Sが気管Tに生じているので、被験者の気管Tの太さに応じた呼吸音以外に、狭窄Sによって狭められた気管Tの太さに応じた呼吸音が発生する。 When the breathing sound is a continuous sound, since the stenosis S as shown in FIGS. 7A and 7B occurs in the trachea T, in addition to the breathing sound according to the thickness of the subject's trachea T, A breathing sound corresponding to the thickness of the trachea T narrowed by the stenosis S is generated.
さらに、図12(c)に示す例は、呼吸音が断続性ラ音と判定された例である。この場合、ピーク数nが2であり、各ピークのピーク周波数および分散値が表3に示す値である。 Furthermore, the example shown in FIG. 12C is an example in which the breathing sound is determined to be an intermittent rale. In this case, the number of peaks n is 2, and the peak frequency and dispersion value of each peak are the values shown in Table 3.
呼吸音が断続性ラ音である場合、図8(a)に示すような液体膜Mが気管Tに生じているので、呼吸音は、液体膜Mが呼吸によって破裂するために、分散値が大きくなる。 When the breathing sound is an intermittent rale, the liquid film M as shown in FIG. 8A is generated in the trachea T. Therefore, since the liquid film M is ruptured by breathing, the breathing sound has a dispersion value. growing.
《分類結果の表示》
上記のようにして分類された呼吸音の種類は、分類結果表示部5によって、表示画面101に分類結果105として表示される。このとき、ルックアップテーブルから前述の分類値に対応する呼吸音の種類が読み出されて、表示画面101に表示される。
<Display of classification result>
The types of respiratory sounds classified as described above are displayed as the
また、呼吸音の分類結果105が、被験者の呼吸音の測定波形103(呼吸音データの波形)や呼吸タイミング104などと同時に表示画面101に表示される。これにより、単に呼吸音の分類結果105を確認するだけでなく、分類結果105を呼吸音波形と照らし合わせて検証することができる。例えば、分類結果だけでは詳細な疾患の診断が難しい場合に、当該波形に応じた乱れを参照することによって、異常の判断がしやすくなる。また、呼吸タイミング104を併せて表示することにより、呼気または吸気のいずれに呼吸音の乱れが多いかといったことを測定波形と組み合わせることで、疾患の種別などの判断がしやすくなる。
The respiratory
なお、分類結果表示部5は、表示画面101に、分類結果105として呼吸音の種類を表示するが、分類された呼吸音の種類に対応する診断結果(疾患名)も併せて表示される。例えば、分類結果105が連続性ラ音である場合は、診断結果として「喘息」を表示し、分類結果105が断続性ラ音である場合は、診断結果として「肺炎」を表示する。
The classification
〔実施形態の効果〕
以上のように、本実施形態の呼吸音解析装置1は、生体音測定部2が被験者の呼吸音を電子的に測定し、特徴値抽出部3が、その呼吸音データから呼吸音の分類に必要な特徴値を抽出し、呼吸音分類部4が、その特徴値に基づいて測定した呼吸音を分類する。特徴値抽出部3は、呼吸音データに基づいて得られた周波数スペクトルを平滑化して包絡線を求め、当該包絡線のピークに関する各値を取得し、これらの値を用いて当該包絡線を少なくとも1のモデル波形に近似することにより、特徴値を抽出する。
[Effect of the embodiment]
As described above, in the respiratory
これにより、被験者の気管の状態に応じた呼吸音の特徴が、包絡線のモデル波形への近似化の結果として得られる。それゆえ、個人差および疾患の状態に応じて呼吸音の相違を捉えて、分類することができる。したがって、従来の方法と比べて、肺雑音の分類精度を向上させることができる。 Thereby, the characteristic of the respiratory sound according to the state of the subject's trachea is obtained as a result of the approximation of the envelope to the model waveform. Therefore, it is possible to classify by capturing differences in respiratory sounds according to individual differences and disease states. Therefore, the lung noise classification accuracy can be improved as compared with the conventional method.
また、ガウス波形は、呼吸音の周波数スペクトルを近似させるモデル波形として適しており、その近似化の手法として混合ガウス分布を用いることができる。それゆえ、モデル波形としてガウス波形を用いることにより、効率的に特徴値を抽出することができる。 The Gaussian waveform is suitable as a model waveform for approximating the frequency spectrum of respiratory sounds, and a mixed Gaussian distribution can be used as an approximation method. Therefore, feature values can be efficiently extracted by using a Gaussian waveform as a model waveform.
[呼吸音解析装置の実現形態]
呼吸音解析装置1において、少なくとも、特徴値抽出部3および呼吸音分類部4の各ブロックは、以下のようにCPUを用いてソフトウェア(呼吸音解析プログラム)によって実現される。あるいは、上記の各ブロックは、ハードウェアロジックによって構成されてもよいし、DSP(Digital Signal Processor)を用いたプログラムによる処理で実現されてもよい。
[Realization of respiratory sound analyzer]
In the respiratory
上記のソフトウェアのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)は、コンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体に記録されてもよい。本発明の目的は、当該記録媒体を呼吸音解析装置1に供給し、CPUが記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出して実行することによっても達成することが可能である。
The program code (execution format program, intermediate code program, source program) of the above software may be recorded on a recording medium recorded so as to be readable by a computer. The object of the present invention can also be achieved by supplying the recording medium to the
上記の記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/BD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。 Examples of the recording medium include magnetic tapes such as magnetic tapes and cassette tapes, magnetic disks such as floppy (registered trademark) disks / hard disks, and optical disks such as CD-ROM / MO / MD / BD / DVD / CD-R. Can be used, such as a disk system including IC, a card system such as an IC card (including a memory card) / optical card, or a semiconductor memory system such as mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM.
また、呼吸音解析装置1を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記のプログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
Further, the respiratory
[付記事項]
前述の実施形態では、ピーク数および最大分散値を用いて呼吸音を分類する例について説明したが、呼吸音の分類に用いる特徴値は、これらには限定されない。特徴値としては、これらとピーク周波数、ピーク振幅値などとを適宜組み合わせ、その組み合わせを用いて呼吸器を分類してもよい。
[Additional Notes]
In the above-described embodiment, the example in which the respiratory sounds are classified using the peak number and the maximum variance value has been described. However, the feature values used for the classification of the respiratory sounds are not limited thereto. As the feature value, these may be combined with a peak frequency, a peak amplitude value, etc. as appropriate, and the respiratory organs may be classified using the combination.
例えば、このような分類方法としては、予め各特徴値(ピーク数、最大分散値、ピーク周波数、ピーク振幅値など)と対応付けられた呼吸音の分類(連続性ラ音、断続性ラ音など)のデータベースを用いる方法が挙げられる。この方法では、データベースにおける対応付けに基づいて、一般的な機械学習のアルゴリズムによって各疾患を分類するための判別式を求め、その判別式によって呼吸音を分類する。上記の機械学習アルゴリズムとしては、k-means法、サポートベクトルマシーン、ニューラルネットワークなどが利用できる。 For example, as such a classification method, respiratory sound classification (continuous rarity, intermittent rarson, etc.) previously associated with each feature value (number of peaks, maximum variance value, peak frequency, peak amplitude value, etc.) ) Using a database. In this method, based on the correspondence in the database, a discriminant for classifying each disease is obtained by a general machine learning algorithm, and respiratory sounds are classified by the discriminant. As the machine learning algorithm, a k-means method, a support vector machine, a neural network, or the like can be used.
また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明に係る呼吸音解析装置は、呼吸音の測定波形のデータから得られた周波数スペクトルの包絡線のピークから呼吸音に関する特徴値を得て、その特徴値に基づいて呼吸音を分類するので、呼吸音に基づいて呼吸器系の疾患を診断することに好適に利用できる。 The respiratory sound analysis apparatus according to the present invention obtains a characteristic value related to a respiratory sound from the peak of the envelope of the frequency spectrum obtained from the measurement waveform data of the respiratory sound, and classifies the respiratory sound based on the characteristic value. It can be suitably used for diagnosing respiratory diseases based on respiratory sounds.
1 呼吸音解析装置
2 生体音測定部
3 特徴値抽出部(特徴抽出手段)
4 呼吸音分類部(呼吸音分類手段)
5 分類結果表示部
31 区間抽出部(区間抽出手段)
32 周波数スペクトル算出部
33 周波数スペクトル平滑部(包絡線算出手段)
34 ピーク検出部
35 特徴値算出部(特徴値算出手段)
101 表示画面
103 測定波形
104 呼吸タイミング
105 分類結果
f1〜f3 ピーク周波数
m1〜m3 ピーク振幅値
σ1〜σ3 分散値
DESCRIPTION OF
4 breathing sound classification part (breathing sound classification means)
5 Classification
32 Frequency
34
101
Claims (10)
前記呼吸音が電子的に測定された呼吸音データの周波数スペクトルを少なくとも1つのモデル波形に近似させることにより、当該モデル波形についての特徴値を抽出する特徴値抽出手段と、
抽出された前記特徴値に基づいて前記呼吸音を分類する呼吸音分類手段とを備えていることを特徴とする呼吸音解析装置。 A respiratory sound analysis device for analyzing a subject's respiratory sound,
A feature value extracting means for extracting a feature value of the model waveform by approximating a frequency spectrum of the respiratory sound data obtained by electronically measuring the breathing sound to at least one model waveform;
A respiratory sound analysis device comprising: respiratory sound classification means for classifying the respiratory sounds based on the extracted feature values.
前記呼吸音データから所定の区間を抽出する区間抽出手段と、
抽出された前記区間の前記呼吸音データの周波数スペクトルを算出する周波数スペクトル算出手段と、
算出された前記周波数スペクトルの包絡線を算出する包絡線算出手段と、
算出された前記包絡線を前記モデル波形としてのガウス波形に近似させることにより、当該ガウス波形に基づいて前記特徴値を算出する特徴値算出手段とを有していることを特徴とする請求項1に記載の呼吸音解析装置。 The feature value extracting means includes:
Section extracting means for extracting a predetermined section from the respiratory sound data;
Frequency spectrum calculating means for calculating a frequency spectrum of the respiratory sound data of the extracted section;
An envelope calculation means for calculating an envelope of the calculated frequency spectrum;
2. A feature value calculating unit that calculates the feature value based on the Gaussian waveform by approximating the calculated envelope to a Gaussian waveform as the model waveform. Respiratory sound analyzer described in 1.
前記呼吸音分類手段は、前記ピーク数および前記分散値のうちの最大の分散値に基づいて呼吸音を分類することを特徴とする請求項2に記載の呼吸音解析装置。 The feature value calculating means calculates, as the feature value, the number of peaks of each Gaussian waveform and the variance value of each Gaussian waveform based on the Gaussian waveform,
The respiratory sound analysis apparatus according to claim 2, wherein the respiratory sound classification unit classifies respiratory sounds based on a maximum variance value among the number of peaks and the variance value.
前記呼吸音が電子的に測定された呼吸音データの周波数スペクトルを少なくとも1つのモデル波形に近似させることにより、当該モデル波形についての特徴値を抽出する特徴値抽出工程と、
抽出された前記特徴値に基づいて前記呼吸音を分類する呼吸音分類工程とを備えていることを特徴とする呼吸音解析方法。 A respiratory sound analysis method for analyzing a subject's respiratory sound,
A feature value extracting step of extracting a feature value for the model waveform by approximating a frequency spectrum of the respiratory sound data in which the respiratory sound is electronically measured to at least one model waveform;
A respiratory sound analysis method comprising: a respiratory sound classification step of classifying the respiratory sounds based on the extracted feature values.
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