JP2017169615A - Systolic phase cardiac murmur detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、心電図信号と心音信号とから心臓の収縮期における心雑音を検出する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for detecting cardiac noise during a systole of a heart from an electrocardiogram signal and a heart sound signal.
心臓弁膜症の中でも大動脈弁狭窄症は突然死、失神、胸痛、心不全の原因となり、事前の診断が重要である。大動脈弁狭窄症の診断は、聴診により心音に異常な心雑音がないかどうかを医師が判断し、さらに、異常がある場合にはさらに心エコー検査を行うといった手順を踏むのが一般的である。 Aortic stenosis is a cause of sudden death, fainting, chest pain, and heart failure, and prior diagnosis is important. For diagnosis of aortic stenosis, doctors usually determine whether there is an abnormal heart noise by auscultation, and if there is an abnormality, follow a procedure such as performing an echocardiogram. .
ところで、今後、訪問看護や遠隔診療が拡大することが予測されるが、大動脈弁狭窄症の恐れがある心雑音を聴診により判断するのは、経験が必要であり、訪問看護や遠隔診療において対応できる人材が圧倒的に少ないのが現状である。なお、大動脈狭窄症の恐れがある心雑音は心臓の収縮期に発生するが、このような心雑音は僧帽弁逆流症や心室中隔欠損症等の疾患においても発生するものであり、このような疾患の判断にも用いることができる。
本発明はこのような問題に鑑みて、経験がなくても、自動的に大動脈弁狭窄症等の疾患の恐れがある心雑音を検出できる装置を提供することを課題とする。
By the way, although it is predicted that visiting nursing and telemedicine will expand in the future, it is necessary to have experience to judge cardiac noise that may cause aortic stenosis by auscultation. Currently, there are overwhelmingly few human resources available. In addition, heart noise that may cause aortic stenosis occurs in the systole of the heart, but such heart noise also occurs in diseases such as mitral regurgitation and ventricular septal defect. It can also be used to determine such diseases.
In view of such a problem, an object of the present invention is to provide an apparatus capable of automatically detecting cardiac noise that may cause a disease such as aortic stenosis without experience.
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成を有する。
請求項1に記載の発明は、心電図信号を受け付ける心電図信号受付部と、心音信号を受け付ける心音信号受付部と、前記心電図信号から心臓の凡その収縮期の時間を抽出する収縮期抽出部と、前記心音信号から、前記収縮期抽出部が抽出した時間において心音中に心雑音が存在するかどうかを判定する収縮期心雑音判定部とを有する収縮期心雑音検出装置である。なお、本願における信号はアナログ信号、デジタル信号(データ)のいずれも含む。そして、本願において、心電図信号は、心臓の収縮期と拡張期が判断できる最低限の心電図信号で足り、心音信号は、心臓近傍の体表面から聴診器等の集音器具を介して得られる音の信号を意味するものとする。
請求項2に記載に記載の発明は、前記収縮期心雑音検出装置において、収縮期心雑音判定部は、前記心音信号から、前記収縮期抽出部が抽出した時間において心音中に一音及び/又は二音以外の音が存在するかどうかを検知し、当該検知結果に基づいて心雑音が存在するかどうかを判定するものである。なお、一音、二音は一般的にはローマ数字によって表されるが、特許出願ソフトの文字制限のためここでは漢数字によって表している。また、実際の心臓では収縮期と拡張期の切り替わりの際に二音が発生するので、収縮期抽出部による収縮期の抽出方法によっては、二音が含まれない場合があり、このような場合は収縮期心雑音判定部は、二音以外の音が存在するかどうかを検知する必要はない。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の収縮期心雑音検出装置において、前記収縮期雑音判定部は、複数回の収縮期において前記一音及び/又は二音以外の音が同じタイミングで検知された場合において、心雑音が存在すると判断するものである。
請求項3に記載の発明は、請求項3に記載の収縮期心雑音検出装置において、連続する10回以上の収縮期の時間において前記一音及び/又は二音以外の音が同じタイミングで検知された場合において、心雑音が存在すると判断するものである。
請求項4に記載の発明は、請求項2又は3に記載の収縮期心雑音検出装置において、一音以外の音が存在するかどうかを検知する場合には、前記収縮期心雑音検出装置において、前記収縮期心雑音判定部は、収縮期開始から所定時間経過後から収縮期終了までの間に、所定閾値を超える振幅の音が存在する場合に前記一音及び/又は二音以外の音が存在することを検知するものである。
請求項5に記載の発明は、請求項2から4のいずれかに記載の収縮期心雑音検出装置において、一音以外の音が存在するかどうかを検知する場合には、前記収縮期心雑音判定部は、二音以外の音が存在するかどうかを検知する場合には、収縮期開始から収縮期終了の所定時間前までの間に、所定閾値を超える振幅の音が存在することをもって前記二音以外の音が存在することを検知するものである。
請求項6に記載の発明は、コンピューターに前記収縮期心雑音検出装置としての機能を実現させるプログラムである。なお、コンピューターには、スマートフォン、タブレットコンピューター、携帯情報端末等、CPUを有しプログラムを組み込むによって動作する機能が組み込まれた種々の装置が含まれる。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
The invention described in
According to a second aspect of the present invention, in the systolic heart murmur detection device, the systolic heart murmur determination unit includes one sound and / or one in the heart sound at a time extracted from the heart sound signal by the systolic extraction unit. Alternatively, it is detected whether there is a sound other than two sounds, and it is determined whether there is heart noise based on the detection result. Note that one sound and two sounds are generally represented by Roman numerals, but here they are represented by Chinese numerals because of the character limitation of the patent application software. Also, in the actual heart, two sounds are generated when the systole and diastole are switched, so depending on the systolic extraction method by the systolic extraction part, two sounds may not be included. The systolic heart murmur determination unit does not need to detect whether a sound other than two sounds is present.
According to a third aspect of the present invention, in the systolic heart noise detection device according to the second aspect, the systolic noise determination unit has the same sound other than the one sound and / or two sounds in a plurality of systolic periods. When it is detected at the timing, it is determined that there is cardiac noise.
According to a third aspect of the present invention, in the systolic heart murmur detection device according to the third aspect, sounds other than the one sound and / or two sounds are detected at the same timing in the time of ten or more consecutive systoles. In this case, it is determined that there is heart noise.
According to a fourth aspect of the present invention, in the systolic heart noise detecting device according to the second or third aspect, in the case of detecting whether or not a sound other than one sound exists, the systolic heart noise detecting device The systolic heart murmur determination unit is configured to generate a sound other than the one sound and / or two sounds when a sound having an amplitude exceeding a predetermined threshold is present after a predetermined time has elapsed from the start of the systole to the end of the systole. Is detected.
According to a fifth aspect of the present invention, in the systolic heart noise detecting device according to any one of the second to fourth aspects, when it is detected whether a sound other than one sound is present, the systolic heart noise is detected. When the determination unit detects whether there is a sound other than two sounds, the sound having an amplitude exceeding a predetermined threshold is present between the start of the systole and a predetermined time before the end of the systole. It detects the presence of a sound other than two sounds.
The invention according to claim 6 is a program for causing a computer to realize a function as the systolic heartbeat detection device. The computer includes various devices such as a smart phone, a tablet computer, and a portable information terminal that have a CPU and a function that operates by incorporating a program.
以上のような構成により本発明は次のような効果を奏する。
請求項1、2に記載の発明は、大動脈弁狭窄症等の疾患に発生する心臓の凡そ収縮期の心雑音を自動的に得ることができる。そして、収縮期かどうかを心電データを基準に判定することで、正確であるとともに自動的な判定が可能となる。
請求項3に記載の発明は、収縮期を複数回測定するようにすることで、呼吸音などの正常な雑音による誤判定を低減させることができる。
請求項4に記載の発明は、収縮期を10回以上測定することで、より確実に呼吸音などによる誤判定を低減させることができる。
請求項5に記載の発明は、収縮期の開始時にピークがある一音は収縮期から短時間で減衰するので、この期間を除いて収縮期に所定閾値以上の振幅を有する音があるかどうかを判定するようにすれば、容易く一音以外の心雑音の可能性がある音を抽出することができる。
請求項6に記載の発明は、二音は収縮期の終了時に生じるので、この期間を除いて収縮期に所定閾値以上の振幅を有する音があるかどうかを判定するようにすれば、容易く二音以外の心雑音の可能性がある音を抽出することができる。
請求項7に記載の発明は、例えばスマートフォンなど当該プログラムを組み込み、心電図データと心音図データを取得できる端子を接続すれば医療機関や検診センター以外でも非医療従事者が自分自身で収縮期の心雑音を測定することが可能となる。
With the configuration as described above, the present invention has the following effects.
According to the first and second aspects of the present invention, it is possible to automatically obtain a heart murmur during the systole of the heart that occurs in a disease such as aortic valve stenosis. Then, by determining whether or not the systole is based on the electrocardiogram data, it is possible to make an accurate and automatic determination.
The invention according to claim 3 can reduce misjudgment due to normal noise such as breathing sound by measuring the systole multiple times.
The invention according to claim 4 can reduce erroneous determination due to breathing sound or the like more reliably by measuring the
According to the fifth aspect of the present invention, since one sound having a peak at the start of the systole attenuates in a short time from the systole, whether or not there is a sound having an amplitude greater than or equal to a predetermined threshold in the systole except this period. Therefore, it is possible to easily extract a sound other than a single sound that may cause heart noise.
According to the sixth aspect of the invention, since two sounds are generated at the end of the systole, if it is determined whether there is a sound having an amplitude equal to or greater than a predetermined threshold in the systole except for this period, two sounds are easily obtained. It is possible to extract sounds other than sounds that have the possibility of heart noise.
The invention according to claim 7 is a non-medical worker who is not in a medical institution or a medical examination center by himself / herself in a systolic heart by incorporating the program such as a smartphone and connecting a terminal capable of acquiring electrocardiogram data and electrocardiogram data. Noise can be measured.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1に実施形態に係る収縮期心雑音検出装置Xのハードウエア構成を模式的に表すブロック図を示す。収縮期心雑音検出装置Xは、演算処理を行うCPU11、CPUの作業領域となるRAM12、基本的なプログラムやデータを記憶するROM13、CPUの動作タイミングを取るためのクロック14、データやプログラムを記憶するためのSSD等の外部記録装置15、データの入力や情報を表示するためのタッチパネルを有するモニタ16、後述する心電図電極付き聴診器Yの心電図用電極20a、20b、20c、聴診部30と接続されるADコンバーターなどを含むアナログインターフェース17などにより構成される。収縮期心雑音検出装置Xはこのようなハードウエアに以下に説明するような動作を実現するプログラムを組み込むことにより形成される。なお、これらのハードウエアは、金属や合成樹脂で形成された筐体内に収められる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the hardware configuration of the systolic heart noise detection device X according to the embodiment. The systolic heartbeat detection device X stores a CPU 11 that performs arithmetic processing, a
図2(a)に前記アナログインターフェース17に接続される心電図電極付き聴診器Yの先端部分を斜め上から見た斜視図を示し、(b)に心電図電極付き聴診器Yの先端部分を斜め下から見た斜視図を示す。心電図電極付き聴診器Yは、3つの心電図用電極20a、20b、20cと聴診部30と電気ケーブル40から構成される。聴診部30は、一般的なダイヤフラム型聴診器のチェストピース部分とほぼ同じ構造をしているが、内部に音を電気信号に変換するマイクが内蔵されている。心電図用電極20a、20b、20cは聴診部30の回りに正三角形状に配置される電極であり、それぞれ、プラス電極、マイナス電極、アース電極を構成する。各心電図用電極20a、20b、20cは、背面側で聴診部30に一体に固定されるエラストマー製のカバー内に固定され、各心電図用電極20a、20b、20cの表出面と聴診部30のダイヤフラム面とはほぼ同じ平面上に存するように形成されることで、聴診部30のダイヤフラム面を心臓部分の体表面に接触させたときに、各心電図用電極20a、20b、20cの表出面も体表面に適切に接触するように形成されている。各心電図用電極20a、20b、20cに電気的に繋がる電線及び聴診部30に内蔵されているマイクに繋がる電線は、電気ケーブル40を介して収縮期心雑音検出装置Xのアナログインターフェース17に接続される。
FIG. 2A shows a perspective view of the distal end portion of the stethoscope Y with an electrocardiogram electrode connected to the
図3に収縮期心雑音検出装置Xの機能を模式的に表す機能ブロック図を示す。心電図信号受付部101、心電信号受付部102、収縮期抽出部103、心雑音判定部104を有する。
心電図信号受付部101は、前記心電図電極付き聴診器Yの心電図用電極20a、20b、20cから送られる心電図信号を受け付ける。図4(a)に心電図用電極20a、20b、20cに基づいて得られる心電図の例を示す。心電図には、P波、Q波、R波、S波、T波があり、R波のピークからT波の終わりが心臓の収縮期、これ以外が心臓の拡張期となる。
心音信号受付部102は、前記心電図電極付き聴診器Yの聴診部30の内蔵マイクから送られる信号を受け付ける。図4(b)に聴診部30によって集音される心臓周辺の音の例を示す。心音は、心臓の鼓動に伴って生じる音であり、I音(一音)、II音(二音)、III音(三音)、IV音(四音)と発生する。この内、心臓の収縮期の開始直後に発生するのがI音(一音)であり、収縮期と拡張期の境で発生するのがII音(二音)である。心雑音は心臓の鼓動に伴って生じる音ではあるが、正常な心臓では発生しない音である。収縮期心雑音検出装置Xは収縮期におけるこの心雑音を検出することを目的とする。呼吸音等は、心臓とは別に呼吸など体内の活動によって生じる正常な音である。聴診部30で、これらの音が重なった音をマイクで電気信号に変換するので、心音データ受付部102が受け付ける心音信号は、心臓回りの音が多重に重なったものとして受け付けられる。
FIG. 3 is a functional block diagram schematically showing the function of the systolic heart noise detector X. It has an electrocardiogram
The electrocardiogram
The heart sound
収縮期抽出部103は、心電図信号受付部101が受け付けた心電図信号に基づいて、心臓の収縮期を抽出する。具体的には、図4(a)に示す心電図からR波とT波を抽出し、R波のピークからT波の終わりまでの期間を収縮期とする。ただし、T波の終わりにはII音(二音)が発生するので、ここではII音(二音)が含まれないよう、T波の終わりより若干手間までの時間を収縮期の終了時とすとする。
心雑音判定部104は、収縮期判断部103が抽出した収縮期に心雑音があるかどうかを判定する。心雑音判定部104は、心雑音検出部104aと判定部104bとを有する。心雑音検出部104aは、収縮期抽出部103が抽出した収縮期の開始0.3秒後から収縮期の終わりまでの間に所定の閾値を超える振幅の音が存在するかどうかを検出する。閾値は、I音(一音)の振幅から求めたり、実験等で得られた絶対値を用いたり等、適宜設定することができる。また、収縮期の開始0.3秒後から判定するのは、収縮期の初めはI音(一音)が大きな音として必ず存在するので、これが十分に小さくなるまでの時間を排除するためである。この時間は脈拍数などによって影響されるので、0.3秒に限定されるものではなく、適宜変えることができ、脈拍数に応じて変動するようにしてもよい。心雑音検出部104aは、閾値を超えた音がある場合、その収縮期内における発生タイミングを記録する。判定部104bは、心雑音検出部104aが連続した10回の収縮期における検出を行った後に、10回すべてに同じタイミングで閾値を超えた音が存在する場合に、心雑音があると判定する。10回の収縮期に基づいて判定するのは、呼吸音等の雑音による影響を排除するためであり、呼吸のタイミングから10回程度計測すれば呼吸音の影響を排除することができる。なお、この回数は10回に限定されるものではなく、適宜変更してもよい。また、10回全ての収縮期に閾値を超えた音があるという判定基準も例示であり、10未満の回数閾値を超えた場合でも心雑音があると判定する等、判定条件も適宜変更することができる。
The
The cardiac
次に、以上のような構成を有する収縮期心雑音検出装置Xの動作について説明する。図5にかかる動作を表すフローチャートを示す。まず、検査者は、心電図用電極20aが下になるようにして、聴診部30、心電用電極20a〜20cが受診者の体表面にしっかりと接触するように心電図電極付き聴診器Yを受診者の心臓の位置に押し当てる。これにより、心電用電極20a〜20cから心電図信号が、聴診部30から心音信号が収縮期心雑音検出装置Xに送られてくるので、心電図信号受付部101が心電信号を受け付け、心音信号受付部102が心音信号を受け付ける(s101)。収縮期抽出部103は、受け付けられた心電図信号に基づいて、心臓の収縮期を抽出する(s102)。次に、心雑音判定部104の心雑音検出部104が検査回数に対応する変数を一つインクリメントし(s103)、抽出された収縮期の最初の0.3秒を除く期間において受け付けられた心音信号の振幅が所定の閾値を超えるかどうかを判定する(s104)。ここで、閾値を超えなかった場合には、判定部104bは心雑音は無いものと判定する。s104で閾値を超えた場合には、心雑音検出部104aは当該超えたタイミングを記録する(s105)。以上のs103からs105の動作を繰り返して変数を10になるまで繰り返し(s106)、変数が10、即ち、10回の動作が終了すると心雑音判定部104の判定部104bは、閾値を超えたタイミングが10回ですべて同じかどうか判断する。(s107)。ここで、すべて同じタイミングの場合は心雑音が有ると判定し(s108)、異なるタイミングがある場合は心雑音は無いと判定する(s109)。その後、心雑音判定部104による判定結果はモニタ16に表示され、受診者情報と関連付けて記録され(s110)、処理が終了する。
以上、説明したように、本実施形態に係る収縮期心雑音検出装置Xは、従来、人の経験によって抽出していた収縮期の心雑音の検出を、心電図信号から心臓の収縮期を抽出し、これを用いることで収縮期に心雑音があるかどうかを自動で判定することができる。
Next, the operation of the systolic heart noise detection device X having the above configuration will be described. 6 is a flowchart showing the operation according to FIG. First, the examiner consults the stethoscope Y with the electrocardiogram electrode so that the
As described above, the systolic heart murmur detection device X according to the present embodiment detects the systolic heart murmur that has been extracted by human experience, and extracts the systolic rhythm of the heart from the electrocardiogram signal. By using this, it is possible to automatically determine whether there is heart noise during the systole.
なお、上記実施形態では収縮期心雑音検出装置を専用の装置として例示しているが、例えば、スマートフォンに上記動作を実現するアプリケーションソフトウエアを組み込み、当該スマートフォンに接続可能に形成された心電図電極付き聴診器をスマートフォンに接続することで、当該スマートフォンを収縮期心雑音検出装置とすることができる。このようにすることで家庭で受診者自らが収縮期心雑音の検出を手軽に行うことが可能となる。
また、上記実施形態では収縮期心雑音検出装置に心電図電極付き聴診器を接続して、直接心電図信号及び心音信号を受け付けるようにしているが、予め測定しておいた心電図信号及び心音信号のデータをUSBメモリや通信回線を通じて読み込み、これを用いて収縮期の心雑音を検出するようにすることもできる。
さらに、上記実施形態では、心電図信号及び心音信号をデジタルデータとしてCPUで解析をしているが、心音信号が閾値を超えるかどうかの判定まではアナログ信号のまま行うことも可能である。
そして、心雑音検出部が10回、心音信号が閾値を超えるかどうかの検出を行う際に、10回の心拍回数における心電図信号及び心音信号を取得してから、各回において閾値を超えるかどうかを検出するようにしてもよく、1回の心拍に対応する心電図信号及び心音信号を受け付けるごとに、心音信号が閾値を超えるかどうかを検出するようにしてもよい。
それから、上記実施形態ではI音(一音)を排除するために収縮期の0.3秒経過後から心音信号が閾値を超えるかどうかを検知するようにしているが、I音(一音)を排除する方法はこれに限られず、例えば、心電図のR波のピーク時における10回の心音信号に基づいて、I音(一音)を推定し、この波形を心音信号から差し引いたものや、平均的なI音の波形データを差し引いたものに関して閾値を超えるかどうかを判定するようにする等、他の方法を採用することもできる。
また、上記実施形態では、収縮期をII音(二音)が含まれないように終了時刻を若干早く抽出しているが、II音(二音)が含まれる時刻までを収縮期として抽出し、II音(二音)の推定される波形を差し引くことで心雑音と混同しないように処理するようにしてもよい。
In the above embodiment, the systolic heart noise detection device is exemplified as a dedicated device. For example, application software that realizes the above operation is incorporated in a smartphone, and an electrocardiogram electrode is formed so as to be connectable to the smartphone. By connecting a stethoscope to a smartphone, the smartphone can be used as a systolic heartbeat detection device. This makes it possible for the examinee himself to easily detect systolic heart noise at home.
Further, in the above embodiment, a stethoscope with an electrocardiogram electrode is connected to the systolic heart noise detection device so as to directly receive an electrocardiogram signal and a heart sound signal. Can be read through a USB memory or a communication line and used to detect cardiac noise during systole.
Further, in the above embodiment, the electrocardiogram signal and the heart sound signal are analyzed by the CPU as digital data, but it is also possible to perform the analog signal as it is until it is determined whether the heart sound signal exceeds the threshold value.
Then, when the heart noise detection unit detects whether the heart sound signal exceeds the
Then, in the above embodiment, in order to eliminate the I sound (single sound), it is detected whether the heart sound signal exceeds the threshold value after 0.3 second of the systole, but the I sound (single sound). Is not limited to this, for example, an I sound (one sound) is estimated based on 10 heart sound signals at the peak of the R wave of the electrocardiogram, and this waveform is subtracted from the heart sound signal, Other methods such as determining whether or not the threshold value is exceeded with respect to the value obtained by subtracting the average I sound waveform data may be employed.
Further, in the above embodiment, the end time is extracted slightly earlier so that the II sound (two sounds) is not included in the systole, but the time until the II sound (two sounds) is included is extracted as the systole. Alternatively, processing may be performed so as not to be confused with heart noise by subtracting the estimated waveform of the II sound (two sounds).
X 収縮期心雑音検出装置
Y 心電図電極付き聴診器
20a、20b、20c 心電図用電極
30 聴診部
101 心電図信号受付部
102 心音信号受付部
103 収縮期抽出部
104 心雑音判定部
104a 心雑音検出部
104b 判定部
X Systolic heart noise detection
Claims (7)
心音信号を受け付ける心音信号受付部と、
前記心電図信号から心臓の凡その収縮期の時間を抽出する収縮期抽出部と、
前記心音信号から、前記収縮期抽出部が抽出した時間において心音中に心雑音が存在するかどうかを判定する収縮期心雑音判定部と
を有する収縮期心雑音検出装置。 An electrocardiogram signal receiving unit for receiving an electrocardiogram signal;
A heart sound signal receiving unit for receiving heart sound signals;
A systolic extraction unit that extracts the approximate systolic time of the heart from the electrocardiogram signal;
A systolic heart noise detecting device comprising: a systolic heart noise determining unit that determines whether heart noise is present in a heart sound at a time extracted by the systolic extracting unit from the heart sound signal.
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