JP2015130904A - 診察支援システム及び診察支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の臓器又は部位の発する音を取得することができる診察支援システムを提供する。【解決手段】被検体の生体音を集音する指向性集音器アレイ１０１〜１０３と、指向性集音器の位置と角度を検出する位置検出器１０４と、被検体のボリュームデータを記憶するボリュームデータ記憶部１１２と、位置検出器１０４により検出された指向性集音器の位置と角度をボリュームデータの座標に当てはめる座標算出部１２１と、被検体の画像に、指向性集音器の座標から求められる指向性集音器の集音範囲を重ねて表示部１３０に表示する画像処理部１２２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被検体の生体音を収集して診察することを支援する診察支援システムなどに関するものである。

これまで、医師が聴診器を用いて、被検体の生体音を収集し、肺や心臓の状態を診断することが行われてきた。この行為を支援するための情報判定支援方法が開示されている（特許文献１を参照）。特許文献１では、あらかじめ検査対象と同種類の音情報を、それぞれ正常音か異常音かの識別結果を付与して、音情報の特徴に基づいたクラス分けを行ってデータベースとして蓄積させ、入力した判定対象の音情報に対して、データベースに蓄積された音情報の中で、正常音と分類された音情報の中で最も類似した音情報を検索すると共に、異常音と分類された音情報の中で最も類似した音情報を検索する。その検索が行われると、入力した判定対象の音情報と、検索された正常音の音情報と、検索された異常音の音情報とをほぼ連続して出力させる。

国際公開２０１０／０４４４５２号

しかしながら、特許文献１においては、一般のマイクロホンが取り付けられた聴診器などを使用しているため、取得している生体音は、呼吸音や心音、腸音、その他の雑音が混在した音であり、特定の臓器又は部位が発する音のみを診断に用いることができずに、診断精度に劣るという問題点があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、指向性のある集音器を用い、体内の形態画像をガイドに用いながら、特定の臓器又は部位の発する音を取得することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、被検体の生体音を集音する指向性集音器と、前記指向性集音器の位置と角度を検出する位置検出器と、被検体のボリュームデータを記憶するボリュームデータ記憶部と、前記位置検出器により検出された前記指向性集音器の位置と角度を前記ボリュームデータの座標に当てはめる座標算出部と、前記被検体の画像に、前記指向性集音器の座標から求められる前記指向性集音器の集音範囲を重ねて表示部に表示する画像処理部と、を備えることを特徴とする診察支援システムである。

第２の発明は、診察支援システムが、指向性集音器により、被検体の生体音を集音するステップと、前記指向性集音器の位置と角度を検出するステップと、前記指向性集音器の位置と角度を、前記被検体のボリュームデータの座標に当てはめるステップと、前記被検体の画像に、前記指向性集音器の集音範囲を重ねて表示するステップと、を含むことを特徴とする診察支援方法である。

本発明により、指向性のある集音器を用い、体内の形態画像をガイドに用いながら、特定の臓器又は部位の発する音を取得することができる。

診察支援システム１００の構成を示すブロック図。 診察支援システム１００が実行する第１の診察支援方法における処理の流れを説明するフローチャート。 第１の診察支援方法での表示例を示す図。 症例記憶部１１３が保持するデータベースの一例を示す図。 リアルタイムで超音波画像４０１と集音範囲を表示する例を示す図。 変換表記憶部１１５が保持する変換表の一例を示す図。 生体音の補正を説明する図。 診察支援システム１００が実行する第２の診察支援方法における処理の流れを説明するフローチャート。 第２の診察支援方法での表示例を示す図。

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

［診察支援システム１００の構成］
本実施形態に係る診察支援システム１００について説明する。
図１は、診察支援システム１００の構成を示すブロック図である。診察支援システム１００は、複数の集音器１０１〜１０３と、それらの位置を検出可能な位置検出器１０４と、これらが接続されるコンピュータ１１０と、コンピュータ１１０に接続されたディスプレイである表示部１３０と、コンピュータ１１０に接続された画像撮影装置１４０から構成される。

集音器１０１、１０２、１０３は、マイクロホンアレイなどの集音範囲に指向性の有る集音器である。マイクロホンアレイは、複数個のマイクロホンを配置したものであり、各マイクロホンに届く時間が方向によって異なるため、この時間差を利用して指向性を形成するものである。診察支援システム１００は、集音器を一つ以上有すれば機能を果たすことができるが、図１に示すように２つ以上有する場合、生体音処理部１２４が後述のように集音範囲の重複した箇所の生体音を抽出することができるため、診断を行いやすくなる。

位置検出器１０４は、磁気センサなどであり、集音器１０１〜１０３の位置と、集音の角度を特定可能である。

コンピュータ１１０は、ＣＰＵ、主メモリ、記憶装置１１１、入力装置などを備えたコンピュータシステムであり、集音器１０１〜１０３、位置検出器１０４、表示部１３０、画像撮影装置１４０などが接続される。コンピュータ１１０の内部では、ＣＰＵが記憶装置１１１からソフトウェアを読みだして、座標算出部１２１、画像処理部１２２、生体音補正部１２３、生体音処理部１２４、部位判定部１２５、モデル検索部１２６、生体音保存部１２７、画像受信部１２８などの機能を実現する。

記憶装置１１１は、ハードディスク等のデータ記録装置であり、診察支援システム１００の機能を実現するためのプログラムやデータ等が予め記憶される。記憶装置１１１は、事前にＸ線ＣＴ装置などで取得されたボリュームデータを記憶するボリュームデータ記憶部１１２と、人体の各部位ごとに、各症例に対応する生体音モデルを記憶する症例記憶部１１３と、集音器１０１などにより集音された生体音を記録する生体音記憶部１１４と、ＣＴ値などのボリュームデータに格納される値と音速との対応を示す変換表を記憶する変換表記憶部１１５と、画像撮影装置１４０で取得した画像を記憶する画像記憶部１１６を備える。

図示を省略した入力装置は、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー、及び各種スイッチボタン等により構成され、操作者によって入力される各種の指示や情報をコンピュータ１１０に出力する。操作者は、表示部１３０及び入力装置を使用して対話的に診察支援システム１００を操作する。入力装置は表示部１３０の表示画面と一体的に構成されるタッチパネル式の入力装置としてもよい。

表示部１３０は、液晶パネル、ＣＲＴモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路で構成され、コンピュータ１１０に接続される。表示部１３０はコンピュータ１１０から出力される被検体の画像や、ガイド、並びにコンピュータ１１０が取り扱う種々の情報を表示する。

画像撮影装置１４０は、超音波検査装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置などの、被検体の医用画像を取得する装置である。

次に、診察支援に関する機能構成について説明する。
本実施形態に係るコンピュータ１１０は、集音器を用いた診察を支援する機能構成として、座標算出部１２１、画像処理部１２２，生体音処理部１２４、部位判定部１２５、モデル検索部１２６、生体音保存部１２７、画像受信部１２８を備える。後述する生体音補正部１２３を有しても良い。

座標算出部１２１は、位置検出器１０４から集音器１０１〜１０３の位置と集音の角度を取得し、さらにボリュームデータ記憶部１１２から読みだしたボリュームデータの座標における集音器１０１〜１０３の位置と角度を算出する。

画像処理部１２２は、ボリュームデータ記憶部１１２から読み出したボリュームデータから求められる画像を表示部１３０に表示すると同時に、この画像上に、集音器１０１、１０２、１０３の集音範囲をガイド２０４、２０５、２０６として表示部１３０に描画する。なお、画像処理部１２２は、被検体の画像が、記憶装置１１１の画像記憶部１１６に記憶されている場合には、画像記憶部１１６から得られた画像にガイド２０４〜２０６を重ねて表示部１３０表示してもよい。

生体音処理部１２４は、ある集音器の集音範囲と、他の集音器の集音範囲の重なった部分である範囲における生体音を抽出する。具体的には、生体音処理部１２４は、集音器１０１〜１０３の集音範囲が重なり、複数の集音器で取得した生体音に関して、周波数空間上で重なりの大きい周波数を抽出することで、集音範囲が重なった範囲における生体音を抽出可能である。

部位判定部１２５は、ボリュームデータ記憶部１１２から読み出したボリュームデータと、座標算出部１２５で求められた各集音器の位置と角度を用いて、集音器１０１〜１０３の集音範囲が重複した範囲の部位を特定する。

モデル検索部１２６は、被検体の生体音と、症例記憶部１１３に記憶された生体音モデルとをマッチングして、類似したものを提示する。類似するかどうかは、周波数空間上での特徴を評価することなどで行うことができる。
さらに、モデル検索部１２６は、類似すると判断された生体音モデルの波形や、その生体音モデルと対応する症例のどちらか又は両方を、表示部１３０に表示することもできる。

生体音保存部１２７は、集音器１０１〜１０３で集音した生体音や、生体音処理部１２４で抽出した生体音を記憶装置１１１の生体音記憶部１１４に保存する。

画像受信部１２８は、画像撮影装置１４０が撮影した画像を記憶装置１１１の画像記憶部１１６に保存する。

［第１の診察支援方法］
診察支援システム１００を用いる第１の診察支援方法における処理の流れを、図２を用いて説明する。
診察支援システム１００を使用する前に、Ｘ線ＣＴ装置等のボリュームデータを取得できる画像撮影装置１４０で体幹のボリュームデータを取得しておき、ボリュームデータ記憶部１１２にて保存しておく。

まず、複数の集音器１０１〜１０３を用いて被検体の生体音を収集する（Ｓ１０１）。なお、本使用形態においては集音器を複数用いる例を示しているが、Ｓ１０４までを行うのであれば、集音器は一つでもよい。
その後、位置検出器１０４が、集音器１０１〜１０３の位置と集音の角度を特定する（Ｓ１０２）。

座標算出部１２１が、位置検出器１０４から集音器１０１〜１０３の位置と集音の角度を取得し、さらにボリュームデータ記憶部１１２から読み出したボリュームデータの座標における集音器１０１〜１０３の位置と角度を算出する（Ｓ１０３）。例えば、画像撮影装置１４０にてボリュームデータを取得する際に、胸骨中点等の人体の特徴的なランドマークにマーカを取り付けて撮影し、集音の際も同じ箇所に磁気マーカを取り付けてマーカの座標を合わせることで集音器１０１〜１０３の位置と角度をボリュームデータの座標にて表現することが可能である。

その後、画像処理部１２２が、ボリュームデータ記憶部１１２から読み出したボリュームデータから求められる画像を表示部１３０に表示すると同時に、この画像上に、集音器１０１、１０２、１０３の集音範囲をガイド２０４、２０５、２０６として表示部１３０に描画する（Ｓ１０４）。ガイドはリアルタイムで描画されるのが望ましい。図３は、第１の診察支援方法での表示例を示す図である。図３（ａ）はコロナル（ｃｏｒｏｎａｌ）画像２０１を示し、図３（ｂ）はサジタル（ｓａｇｉｔｔａｌ）画像を示し、図３（ｃ）はアキシャル（ａｘｉａｌ）画像２０３を示す。図３（ａ）〜（ｃ）には、ガイド２０４〜２０６が重ねて表示される。なお、画像撮影装置１４０により、ボリュームデータだけでなく被検体の画像も記憶装置１１１の画像記憶部１１６に記憶されている場合には、画像処理部１２２は、画像記憶部１１６から得られた画像にガイド２０４〜２０６を重ねて表示部１３０に表示してもよい。

さらに、表示部１３０に、生体音の波形を表示しても良い。さらに、生体音記憶部１１４に、過去の生体音が記憶されている場合、過去の生体音と現在の生体音の両方の波形を表示してもよい。診察者は被検体の生体音の経時的な変化を捉えることが可能である。

このように、画像上に集音範囲が表示されることで、診断者は被検体のどの臓器又は部位を集音しているのかが明確になり、生体音に基づく診断が容易になる。また、集音範囲が画像上に示されるため、直感的に操作することができる。

さらに、生体音処理部１２４は、集音器１０１の集音範囲であるガイド２０４と、集音器１０３の集音範囲であるガイド２０６の重なった部分である範囲２０７と、集音器１０２の集音範囲であるガイド２０５と、集音器１０１の集音範囲であるガイド２０４が重なった部分である範囲２０８における生体音を抽出する（Ｓ１０５）。

図３（ｄ）、図３（ｅ）に示すように、画像処理部１２２は、生体音処理部１２４が抽出した生体音を、表示部１３０に、波形２０９と波形２１０として表示できる。コンピュータ１１０は、波形２０９と波形２０１を再生することもでき、生体音保存部１２７を通じて生体音記憶部１１４に保存することもできる。

集音器１０１〜１０３の３つを同時に用いることで、複数箇所の生体音を同時に取得することが可能である。例えば、図３のように、左肺と右肺の比較をすることも可能である。これは気胸や肺気腫で片肺の呼吸音が減弱している場合、同時に両方の肺から生体音を収集できるため、特に有用である。

さらに、記憶装置１１１に、図４のように、各部位ごとに、各症例に罹患した場合の典型的な生体音である生体音モデルを記録したデータベースである症例記憶部１１３を用意する。例えば、図４において、部位１が心臓で、症例Ａが心臓弁膜症である場合、生体音モデルＡには、弁が閉じきらずに狭くなった部分を血液が勢いよく流れる際に発生する、弁をこするような雑音が含まれる心音が記録される。

部位判定部１２５が、ボリュームデータ記憶部１１２から読み出したボリュームデータと、座標算出部１２５で求められた各集音器の位置と角度を用いて、集音器１０１〜１０３の集音範囲が重複した範囲２０７と２０８の部位を特定する（Ｓ１０６）。
モデル検索部１２６は、部位判定部１２５が特定した部位に基づき、生体音処理部１２４が抽出した範囲２０７と２０８の生体音と、症例記憶部１１３に記憶された生体音モデルとを、同じ部位の中でマッチングして、類似したものを提示する（Ｓ１０７）。類似するかどうかは、周波数空間上での特徴を評価することなどで行うことができる。
類似すると判断された生体音モデルの波形や、その生体音モデルと対応する症例のどちらか又は両方を、表示部１３０に表示する（Ｓ１０８）。被検体の生体音から予想される症例を提示することで、診断者の診断を補助することができる。

［第１の診察支援方法の他の例］
また、Ｓ１０４において、画像撮影装置１４０により画像を得ながら、集音器１０１などを作動させることにより、画像撮影装置１４０により得られた画像上に、集音器の集音範囲を示すガイドを、リアルタイムで重ねて表示してもよい。例えば、画像撮影装置１４０が超音波検査装置である場合、図５（ａ）に示すように、超音波画像４０１を表示させながら、２つの集音器１０１と１０２を作動し、集音器１０１の集音範囲を示すガイド４０２と、集音器１０２の集音範囲を示すガイド４０３とを、超音波画像４０１にリアルタイムで重ねて表示することができる。続いて、Ｓ１０５を行い、ガイド４０２とガイド４０３の重複した集音範囲である範囲４０５における生体音を、図５（ｂ）のように波形４０６として表示することもできる。

このことにより、図５においては、超音波画像４０１に臓器などの部位４０４が表示されているため、集音器を適切な位置に配置し、集音範囲の重複する範囲４０５を部位４０４に合わせることができ、部位４０４の生体音を選んで集めることができる。さらに、心臓の弁などの動きを見ながら、生体音を同時に集めることができるため、心臓弁膜症などの診断に有用であり、症状の程度の判断も容易になる。

［診察支援システム１００の変形例］
また、診察支援システム１００は、記憶装置１１０に変換表記憶部１１５を有し、生体音補正部１２３を有してもよい。変換表記憶部１１５は、図６に示すように、ボリュームデータ記憶部１１２に記憶されているボリュームデータに含まれるＣＴ値などの特性値と、それに対応する音速値の変換表を記憶する。体の組織を媒質としたときの音速は、組織によって異なる。例えば、空気が３３０ｍ／ｓであるのに対して、水は１４８０ｍ／ｓ、筋肉は１５５０ｍ／ｓ、骨は１５８０ｍ／ｓなどである。同様にエックス線吸収の程度を数値化したＣＴ値も組織によって異なる。そのため、ＣＴ値と音速はある程度対応させることが可能である。また、ＭＲＩにおける信号値においても、同様に音速との相関が見られるため、ＭＲＩを用いてボリュームデータを得ている場合は、ＭＲＩの信号値から対応する音速値への変換表を用意する。

生体音補正部１２３は、図７に示すように、ある集音器の集音範囲であるガイド７０１において、例えばＣＴ値が、組織ごとにａ〜ｃに変化する場合、変換表記憶部１１５から読みだした変換表を用いて、ガイド７０１内の各組織に対応する音速ｘ〜ｚを読み出し、集音器が集音するまでの時間を補正する。集音器が集音した生体音は通過した組織の違いにより集音されるまでの時間が異なるため、この補正を行うことで、複数の集音器の集音範囲の重複した範囲の波形を抽出する際に、より精度の高い生体音を抽出することが可能となる。

その結果、心臓の弁の生体音のみを抽出するなど、より細かい範囲の音を聞くことができ、診断の精度を高くすることができる。

［第２の診察支援方法］
続いて、診察支援システム１００を用いる第２の診察支援方法における処理の流れを、図８により説明する。
第２の診察支援方法においては、ボリュームデータ記憶部１１２にボリュームデータが記憶されていない場合に、画像撮影装置１４０による撮影の前に集音器により生体音を取得することで、適切な部位のみを撮影でき、撮影が被検体に与える負担を低減することができる。

まず、被検体にマーカと複数個の集音器１０１〜１０３を取り付ける（Ｓ２０１）。マーカは磁気マーカなどで、マーカからの集音器の位置と角度を取得できるようになっている。マーカは例えば胸骨中点などの人体の特徴的なランドマークに取り付ける。その後、位置検出器１０４がマーカの位置と集音器の位置と角度を取得する（Ｓ２０２）。

複数の集音器１０１〜１０３を用いて、被検体から生体音を収集する（Ｓ２０３）。このとき、集音器１０１〜１０３は、病変が予測される部位を含む広い範囲について集音するため、位置を変えながら複数回集音することが好ましい。

生体音処理部１２４は、複数の集音器１０１〜１０３の集音範囲の重複した範囲における生体音を抽出する（Ｓ２０４）。集音器１０１〜１０３は、位置を変えながら複数回集音するため、集音器１０１〜１０３の集音範囲の重複した範囲は、被検体の広い範囲を網羅可能である。例えば、図９において、ガイド５０２ａ〜ｆと、ガイド５０３ａ〜ｄについて、それぞれ重複した範囲は、被検体の断面のほぼ全域を網羅しており、ある断面の被検体の任意の部位について、生体音を抽出可能である。

モデル検索部１２６は、生体音処理部１２４が抽出した生体音と、症例記憶部１１３に記憶された生体音モデルとを、マッチングして、類似した生体音モデルとそれに対応する症例があるかを検索する（Ｓ２０５）。特に類似した生体音モデルが見つからなければ、処理を終了する（Ｓ２０５のＮｏ）。

類似した生体音モデルが見つかった場合（Ｓ２０５のＹｅｓ）は、マーカをつけたままの被検体を画像診断装置１４０により撮影する（Ｓ２０６）。画像診断装置１４０は、症例の生体音モデルとマッチングした生体音が抽出された集音範囲の重複範囲を含み、マッチング生体音モデルに対応する部位を含む範囲を撮影する。

その後、図９（ａ）に示すように、取得した被検体の画像５０１に、集音範囲を、ガイド５０２ａ〜ｆとガイド５０３ａ〜ｄとして表示する（Ｓ２０７）。画像診断装置１４０での撮影時に被検体はマーカをつけているため、画像内での集音器の位置と角度を容易に求めることができる。図９（ａ）では、症例の生体音モデルとマッチングした生体音が抽出された集音範囲５０２ｄと５０３ｃとその重複範囲５０５が強調表示され、重複範囲５０５の生体音の波形５０６が図９（ｂ）に表示されている。他に、波形５０６の生体音を再生することや、マッチングした生体音モデルの波形を表示することなども可能である。また、図９（ａ）内の範囲５０５以外の重複範囲を選択することで、この部位の生体音を表示・再生することも可能である。

以上の第２の診察支援方法においては、画像撮影装置による画像の取得に比べて、集音器による集音のほうが被検体への負担が少ないため、異常が疑われた場合に画像撮影前に集音を行い、生体音でも異常が認められた場合に画像を撮影することで、被検体への負担を軽減することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００………診察支援システム
１０１、１０２、１０３………集音器
１０４………位置検出器
１１０………コンピュータ
１１１………記憶装置
１１２………ボリュームデータ記憶部
１１３………症例記憶部
１１４………生体音記憶部
１１５………変換表記憶部
１１６………画像記憶部
１２１………座標算出部
１２２………画像処理部
１２３………生体音補正部
１２４………生体音処理部
１２５………部位判定部
１２６………モデル検索部
１２７………生体音保存部
１２８………画像受信部
１３０………表示部
１４０………画像撮影装置
２０１………コロナル画像
２０２………サジタル画像
２０３………アキシャル画像
２０４、２０５、２０６………ガイド
２０７、２０８………範囲
２０９、２１０………波形
４０１………超音波画像
４０２、４０３………ガイド
４０４………部位
４０５………範囲
４０６………波形
５０１………画像
５０２ａ〜ｆ、５０３ａ〜ｄ………ガイド
５０５………範囲
５０６………波形
７０１………ガイド

Claims (7)

1. 被検体の生体音を集音する指向性集音器と、
   前記指向性集音器の位置と角度を検出する位置検出器と、
   被検体のボリュームデータを記憶するボリュームデータ記憶部と、
   前記位置検出器により検出された前記指向性集音器の位置と角度を前記ボリュームデータの座標に当てはめる座標算出部と、
   前記被検体の画像に、前記指向性集音器の座標から求められる前記指向性集音器の集音範囲を重ねて表示部に表示する画像処理部と、
   を備えることを特徴とする診察支援システム。
2. 前記指向性集音器が、集音範囲が重複するように複数個配置され、
   集音範囲の重複した範囲から発生する生体音を抽出する生体音処理部と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の診察支援システム。
3. 前記ボリュームデータを用いて、集音範囲の重複した範囲の部位を判定する部位判定部と、
   部位ごとに症例に対応する生体音モデルが記憶された症例記憶部と、
   前記生体音処理部により抽出された前記生体音と、集音範囲の重複した範囲の部位に対応する前記生体音モデルとを比較するモデル検索部と、を更に備え、
   前記表示部に、前記モデル検索部で類似すると判断された前記生体音モデルの波形及び／または前記生体音モデルに対応する症例を表示することを特徴とする請求項２に記載の診察支援システム。
4. 前記指向性集音器により集音された生体音を生体音記憶部に記憶する生体音保存部を更に備え、
   前記表示部に、前記生体音記憶部から読み出された生体音の波形と、現在の生体音の波形とを表示することを特徴とする請求項３に記載の診察支援システム。
5. 画像撮影装置と接続され、画像記憶部に画像を記憶する画像受信部を更に備え、
   前記画像処理部が、前記表示部に、前記画像撮影装置より得られた画像と、前記指向性集音器の座標から求められる前記指向性集音器の集音範囲を、リアルタイムに重ねて表示することを特徴とする請求項１に記載の診察支援システム。
6. ボリュームデータに含まれる特性値と、前記特性値に対応する音速との変換表を記憶する変換表記憶部と、
   前記指向性集音器の集音範囲のボリュームデータと、前記変換表とを用いて前記集音器により集音された生体音を補正する生体音補正部と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の診察支援システム。
7. 診察支援システムが、
   指向性集音器により、被検体の生体音を集音するステップと、
   前記指向性集音器の位置と角度を検出するステップと、
   前記指向性集音器の位置と角度を、前記被検体のボリュームデータの座標に当てはめるステップと、
   前記被検体の画像に、前記指向性集音器の集音範囲を重ねて表示するステップと、
   を含むことを特徴とする診察支援方法。

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