JP2021053460A - Respiratory sound analysis apparatus, respiratory sound analysis method, computer program, and recording medium - Google Patents

Respiratory sound analysis apparatus, respiratory sound analysis method, computer program, and recording medium Download PDF

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Abstract

To output information on a bubbling sound contained in a respiratory sound.SOLUTION: A respiratory sound analysis apparatus includes detection means (140) for detecting information on a minimum value of the strength of a respiratory sound spectrum, and output means (150 and 160) for outputting information on a normal respiratory sound and a bubbling sound contained in the respiratory sound separately on the basis of the information on the minimum value. The output means calculates an envelope curve of the minimum value from the information on a plurality of the minimum values, outputs information on the bubbling sound on the basis of a part corresponding to an area above the envelope curve, and outputs information on the normal respiratory sound on the basis of a part corresponding to an area below the envelope curve.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、複数の音種を含む呼吸音を解析する呼吸音解析装置及び呼吸音解析方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体の技術分野に関する。 The present invention relates to a respiratory sound analyzer and a respiratory sound analysis method for analyzing a respiratory sound including a plurality of sound types, and a technical field of a computer program and a recording medium.

この種の装置として、電子聴診器等によって検出される生体の呼吸音について、正常音種と異常音種とを判別するものが知られている。例えば特許文献1では、解析信号の包絡線からラ音の候補となるピークを抽出して、ピークに対応する瞬時周波数又は瞬時帯域幅の少なくとも1つに基づいてラ音を検出するという技術が提案されている。特許文献2では、生体音波形の包絡線の振幅に基づいて特徴判定を行うという技術が提案されている。特許文献3では、呼吸音スペクトルの包絡線を求めて、モデル波形に近似して特徴値を抽出するという技術が提案されている。 As a device of this type, there is known a device that discriminates between a normal sound type and an abnormal sound type with respect to the breath sounds of a living body detected by an electronic stethoscope or the like. For example, Patent Document 1 proposes a technique of extracting a peak that is a candidate for a la sound from the envelope of an analysis signal and detecting the la sound based on at least one of the instantaneous frequency or the instantaneous bandwidth corresponding to the peak. Has been done. Patent Document 2 proposes a technique of performing feature determination based on the amplitude of a biosonic envelope. Patent Document 3 proposes a technique of obtaining an envelope of a respiratory sound spectrum and extracting a feature value by approximating it to a model waveform.

特開2009−106574号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-106574 特開2013−123494号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-123494 特開2013−123495号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-123495

呼吸音に含まれる音種として、断続性ラ音の1つである水泡音が知られている。水泡音は、例えば気管支拡張症、慢性気管支炎、びまん性汎細気管支炎を診断する際に有効である。しかしながら、上述した特許文献1から3に記載されているような技術では、水泡音を他の音種(例えば、正常呼吸音)と分離して検出することは難しいという技術的問題点がある。 As a sound type included in the breath sounds, a blister sound, which is one of the crackles, is known. Blistering sounds are useful in diagnosing, for example, bronchiectasis, chronic bronchitis, and diffuse panbronchiolitis. However, in the techniques described in Patent Documents 1 to 3 described above, there is a technical problem that it is difficult to detect the blistering sound separately from other sound types (for example, normal breath sounds).

本発明が解決しようとする課題には、上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、水泡音に関する情報を好適に取得することが可能な呼吸音解析装置及び呼吸音解析方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体を提供することを課題とする。 Examples of the problems to be solved by the present invention include the above. An object of the present invention is to provide a respiratory sound analyzer and a respiratory sound analysis method capable of preferably acquiring information on water bubble sound, and a computer program and a recording medium.

上記課題を解決するための呼吸音解析装置は、呼吸音のスペクトルと所定の基底とに基づいて、前記呼吸音に含まれる音種の割合を示す値を算出する算出部と、前記値の極小値に関する情報を検出する検出手段と、前記極小値に関する情報に基づいて、前記呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報を別々に出力する出力手段とを備え、前記出力手段は、複数の前記極小値に関する情報から前記極小値の包絡線を算出して、前記包絡線の上側の領域に対応する部分に基づいて前記水泡音に関する情報を出力すると共に、前記包絡線の下側の領域に対応する部分に基づいて前記正常呼吸音に関する情報を出力する。 Respiratory sound analyzers for solving the above problems include a calculation unit that calculates a value indicating the ratio of sound types contained in the respiratory sound based on the respiratory sound spectrum and a predetermined basis, and a minimum of the value. The output means includes a detection means for detecting information on a value and an output means for separately outputting information on a normal breath sound and a water bubble sound included in the breath sound based on the information on the minimum value. The wrapping line of the minimum value is calculated from the information on the plurality of minimum values, the information on the water bubble sound is output based on the portion corresponding to the region above the wrapping line, and the information on the water bubble sound is output, and the wrapping line below the wrapping line is output. Information about the normal breath sounds is output based on the portion corresponding to the region.

上記課題を解決するための呼吸音解析方法は、呼吸音のスペクトルと所定の基底とに基づいて、前記呼吸音に含まれる音種の割合を示す値を算出する算出工程と、前記値の極小値に関する情報を検出する検出工程と、前記極小値に関する情報に基づいて、前記呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報を別々に出力する出力工程とを備え、前記出力手段では、複数の前記極小値に関する情報から前記極小値の包絡線を算出して、前記包絡線の上側の領域に対応する部分に基づいて前記水泡音に関する情報を出力すると共に、前記包絡線の下側の領域に対応する部分に基づいて前記正常呼吸音に関する情報を出力する。 Respiratory sound analysis methods for solving the above problems include a calculation step of calculating a value indicating the proportion of sound types contained in the respiratory sound based on the respiratory sound spectrum and a predetermined basis, and a minimum of the value. The output means includes a detection step of detecting information on a value and an output step of separately outputting information on a normal breath sound and a water bubble sound included in the breath sound based on the information on the minimum value. The wrapping line of the minimum value is calculated from the information on the plurality of minimum values, the information on the water bubble sound is output based on the portion corresponding to the region above the wrapping line, and the information on the water bubble sound is output, and the wrapping line below the wrapping line is output. Information about the normal breath sounds is output based on the portion corresponding to the region.

上記課題を解決するためのコンピュータプログラムは、呼吸音のスペクトルと所定の基底とに基づいて、前記呼吸音に含まれる音種の割合を示す値を算出する算出工程と、前記値の極小値に関する情報を検出する検出工程と、前記極小値に関する情報に基づいて、前記呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報を別々に出力する出力工程とを備え、前記出力手段では、複数の前記極小値に関する情報から前記極小値の包絡線を算出して、前記包絡線の上側の領域に対応する部分に基づいて前記水泡音に関する情報を出力すると共に、前記包絡線の下側の領域に対応する部分に基づいて前記正常呼吸音に関する情報を出力する呼吸音解析方法をコンピュータに実行させる。 A computer program for solving the above problems relates to a calculation step of calculating a value indicating the ratio of sound types contained in the breath sounds based on the spectrum of the breath sounds and a predetermined basis, and a minimum value of the values. The output means includes a detection step of detecting information and an output step of separately outputting information on normal breath sounds and water bubble sounds included in the breath sounds based on the information on the minimum value. The wrapping line of the minimum value is calculated from the information on the minimum value, and the information on the water bubble sound is output based on the portion corresponding to the region above the wrapping line, and in the region below the wrapping line. Have the computer execute a breath sounds analysis method that outputs information about the normal breath sounds based on the corresponding part.

上記課題を解決するための記録媒体は、上述したコンピュータプログラムが記録されている。 The computer program described above is recorded as a recording medium for solving the above problems.

本実施例に係る呼吸音解析装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the respiratory sound analysis apparatus which concerns on this Example. 本実施例に係る呼吸音解析装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation of the respiratory sound analyzer which concerns on this Example. 周波数解析方法の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a frequency analysis method. 周波数解析結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency analysis result. 正常呼吸音の結合係数の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the coupling coefficient of normal breath sounds. 水泡音の結合係数の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the coupling coefficient of a blister sound. 結合係数の算出方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the calculation method of a coupling coefficient. スペクトルと、基底及び結合係数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a spectrum, a basis and a coupling coefficient. 極小値の包絡線を用いた分離方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the separation method using the envelope of the minimum value. 結合係数の変動幅を示すグラフである。It is a graph which shows the fluctuation width of a coupling coefficient. 最小値フィルタ幅の変更方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the method of changing the minimum value filter width. 最小値フィルタの出力に基づく分離方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the separation method based on the output of the minimum value filter. 解析結果の表示方法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the display method of the analysis result. 水泡音成分の出力方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the output method of a blister sound component.

<1>
本実施形態に係る呼吸音解析装置は、呼吸音のスペクトルの強度の極小値に関する情報を検出する検出手段と、前記極小値に関する情報に基づいて、前記呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報を別々に出力する出力手段とを備える。
<1>
The respiratory sound analyzer according to the present embodiment is a detection means for detecting information on the minimum value of the intensity of the breath sound spectrum, and a normal breath sound and a water bubble sound included in the breath sound based on the information on the minimum value. It is provided with an output means for separately outputting information about and.

本実施形態に係る呼吸音解析装置によれば、その動作時には、先ず検出手段によって、呼吸音のスペクトルの強度の極小値に関する情報が検出される。ここで「極小値に関する情報」とは、極小値を直接的に示す情報に限定されず、その極小値を間接的に導き出すことができるような情報を含む趣旨である。なお、極小値に関する情報の検出方法については、特に限定されるものではない。 According to the respiratory sound analyzer according to the present embodiment, during its operation, the detection means first detects information on the minimum value of the intensity of the respiratory sound spectrum. Here, "information about the minimum value" is not limited to information that directly indicates the minimum value, but includes information that can indirectly derive the minimum value. The method of detecting the information regarding the minimum value is not particularly limited.

極小値に関する情報が検出されると、出力手段によって、呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報が別々に出力される。即ち、正常呼吸音に関する情報と、水泡音に関する情報とが、分離された状態、或いは分離可能な状態で出力される。なお、ここでの「正常呼吸音に関する情報」及び「水泡音に関する情報」も、正常呼吸音又は水泡音を直接的に示す情報に限定されず、呼吸音に含まれる正常呼吸音又は水泡音を間接的に導き出すことができるような情報を含む趣旨である。 When the information on the minimum value is detected, the output means outputs the information on the normal breath sounds and the blisters sounds included in the breath sounds separately. That is, the information on the normal breath sounds and the information on the blisters sounds are output in a separated state or a separable state. The "information on normal breath sounds" and "information on water bubble sounds" here are not limited to information that directly indicates normal breath sounds or water bubble sounds, and include normal breath sounds or water bubble sounds included in breath sounds. The purpose is to include information that can be indirectly derived.

本願発明者の研究するところによれば、呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とは、スペクトル強度の時系列的な変動に違いがあることが判明している。具体的には、正常呼吸音に対応するスペクトルは時系列的な変動が相対的に小さく、水泡音に対応するスペクトルは時系列的な変動が相対的に大きい。このため、仮に呼吸音に正常水泡音及び水泡音が含まれているとすると、そのスペクトルの強度を大きく変動させる部分は水泡音成分であり、それ以外の部分は正常呼吸音成分と推定できる。 According to the research by the inventor of the present application, it has been found that there is a difference in the time-series fluctuation of the spectral intensity between the normal breath sounds and the blisters sounds included in the breath sounds. Specifically, the spectrum corresponding to normal breath sounds has a relatively small time-series fluctuation, and the spectrum corresponding to a blister sound has a relatively large time-series fluctuation. Therefore, if the breath sounds include normal blister sounds and blister sounds, it can be estimated that the portion that greatly changes the intensity of the spectrum is the blister sound component, and the other portion is the normal breath sound component.

ここで、呼吸音のスペクトルの強度の極小値は、スペクトルの強度が時系列的に大きく変動する部分の下限に位置していると考えられる。よって、呼吸音のスペクトルの強度の極小値に関する情報に基づけば、呼吸音のスペクトルに対して、時系列的な変動が大きい成分と、時系列的な変動が小さい成分との分離が行える。 Here, it is considered that the minimum value of the intensity of the respiratory sound spectrum is located at the lower limit of the portion where the intensity of the spectrum fluctuates greatly in time series. Therefore, based on the information regarding the minimum value of the intensity of the respiratory sound spectrum, it is possible to separate a component having a large time-series fluctuation and a component having a small time-series fluctuation with respect to the respiratory sound spectrum.

以上の結果、本発明に係る呼吸音解析装置によれば、呼吸音のスペクトルを解析して、正常呼吸音に関する情報と、水泡音に関する情報とを別々に出力することが可能である。 As a result of the above, according to the respiratory sound analyzer according to the present invention, it is possible to analyze the respiratory sound spectrum and output information on normal breath sounds and information on blisters separately.

<2>
本実施形態に係る呼吸音解析装置の一態様では、前記出力手段は、前記呼吸音に含まれる前記正常呼吸音と前記水泡音との割合を出力する。
<2>
In one aspect of the breath sounds analyzer according to the present embodiment, the output means outputs the ratio of the normal breath sounds and the blisters sound included in the breath sounds.

この態様によれば、呼吸音に正常呼吸音と水泡音とがどのような割合で含まれているかを知ることができるため、例えば呼吸音に基づく健康状態の診断等を適切に行うことが可能となる。なお、正常呼吸音及び水泡音以外の成分についても割合を判定するようにしてもよい。 According to this aspect, since it is possible to know the ratio of the normal breath sounds and the blisters sounds in the breath sounds, it is possible to appropriately diagnose the health condition based on the breath sounds, for example. It becomes. In addition, the ratio may be determined for components other than normal breath sounds and blisters sounds.

<3>
本実施形態に係る呼吸音解析装置の他の態様では、前記検出手段は、呼吸音のスペクトルの強度の第1時間間隔毎の最小値に関する情報を前記極小値に関する情報として検出する。
<3>
In another aspect of the respiratory sound analyzer according to the present embodiment, the detection means detects information on the minimum value of the intensity of the respiratory sound spectrum for each first time interval as information on the minimum value.

この態様によれば、検出手段によって、呼吸音のスペクトルの強度の最小値に関する情報が、第1時間間隔毎に検出される。検出された最小値に関する情報は、極小値に関する情報として扱われる。このため、出力手段では、検出された最小値に関する情報に基づき、正常呼吸音と水泡音とに関する情報が出力されることになる。なお、「最小値に関する情報」とは、最小値を直接的に示す情報に限定されず、その最小値を間接的に導き出すことができるような情報を含む趣旨である。また「第1時間間隔」とは、呼吸音のスペクトルの極小値を、所定の時間間隔における最小値として精度よく検出するために設定される時間間隔であり、水泡音のスペクトルの変動周期等に応じて設定される。第1時間間隔は、例えば事前のシミュレーション等によって予め設定されるが、解析対象である呼吸音のスペクトルの変動等に応じて適宜変更されるものであってもよい。 According to this aspect, the detection means detects information about the minimum intensity of the respiratory sound spectrum at each first time interval. The information about the detected minimum value is treated as the information about the minimum value. Therefore, the output means outputs information on normal breath sounds and blistering sounds based on the information on the detected minimum value. The term "information about the minimum value" is not limited to information that directly indicates the minimum value, but includes information that can indirectly derive the minimum value. The "first time interval" is a time interval set to accurately detect the minimum value of the respiratory sound spectrum as the minimum value in a predetermined time interval, and is used as a fluctuation cycle of the blister sound spectrum or the like. Set accordingly. The first time interval is set in advance by, for example, a preliminary simulation, but may be appropriately changed according to the fluctuation of the spectrum of the respiratory sound to be analyzed.

一般的に極小値は、例えば減少傾向にあったパラメータが増加に転じた箇所として検出することが可能であるが、パラメータの変動が細かく上下する場合等においては、誤った極小値が検出されてしまうおそれもある。これに対し、上述した第1時間間隔毎の最小値を検出する方法によれば、最小値を周期的に検出すれば済むため、極めて容易且つ正確に極小値を検出できる。従って、呼吸音に含まれる正常呼吸音に関する情報と水泡音に関する情報との分離を精度良く行うことが可能となる。 In general, the minimum value can be detected as, for example, a place where a parameter that has been decreasing tends to increase, but when the fluctuation of the parameter fluctuates finely, an erroneous minimum value is detected. There is also a risk that it will end up. On the other hand, according to the above-described method of detecting the minimum value for each time interval, the minimum value can be detected periodically, so that the minimum value can be detected extremely easily and accurately. Therefore, it is possible to accurately separate the information on the normal breath sounds included in the breath sounds and the information on the blisters sound.

<4>
上述した第1時間間隔毎の最小値に関する情報を検出する態様では、前記第1時間間隔を変更する変更手段を更に備えてもよい。
<4>
In the mode of detecting the information on the minimum value for each first time interval described above, the changing means for changing the first time interval may be further provided.

この場合、第1時間間隔が可変とされるため、例えば個人差等の原因で、所定の第1時間間隔のままでは適切に極小値に関する情報を検出できない場合であっても、状況に応じて第1時間間隔を変更し、適切に極小値に関する情報を検出できる。 In this case, since the first time interval is variable, even if the information on the minimum value cannot be appropriately detected with the predetermined first time interval due to individual differences, for example, depending on the situation. The first time interval can be changed to appropriately detect information about the minimum value.

第1時間間隔は、例えば過去(直前)の呼吸音のスペクトルの変動等に応じて変更される。具体的には、呼吸音のスペクトルの変動周期が判明した場合には、その変動周期に応じて第1時間間隔を変更することで、より正確に極小値に関する情報を検出できる。 The first time interval is changed according to, for example, fluctuations in the spectrum of past (immediately preceding) breath sounds. Specifically, when the fluctuation cycle of the respiratory sound spectrum is known, the information on the minimum value can be detected more accurately by changing the first time interval according to the fluctuation cycle.

<5>
本実施形態に係る呼吸音解析装置の他の態様では、前記出力手段は、複数の前記極小値に関する情報から前記極小値の包絡線を算出して、前記包絡線の上側の領域に対応する部分に基づいて前記正常呼吸音に関する情報を出力すると共に、前記包絡線の下側の領域に対応する部分に基づいて前記水泡音に関する情報を出力する。
<5>
In another aspect of the respiratory sound analyzer according to the present embodiment, the output means calculates the envelope of the minimum value from the information on the plurality of minimum values, and the portion corresponding to the region above the envelope. Information on the normal breath sounds is output based on the above, and information on the blisters sounds is output based on the portion corresponding to the region below the envelope.

この態様によれば、複数の極小値に関する情報に基づいて、極小値の包絡線が算出される。包絡線は、例えば時間軸上で隣り合う極小値を結ぶ線として算出される。ただし、包絡線の算出方法については特に限定されるものではなく、各種近似法等を用いて適宜算出すればよい。 According to this aspect, the envelope of the minimum value is calculated based on the information regarding the plurality of minimum values. The envelope is calculated as, for example, a line connecting adjacent minimum values on the time axis. However, the method of calculating the envelope is not particularly limited, and it may be appropriately calculated by using various approximation methods or the like.

ここで、極小値の包絡線の上側の領域に対応する部分は、時系列的な変動が相対的に大きい成分であると考えられる。一方で、極小値の包絡線の下側の領域に対応する部分は、時系列的な変動が相対的に小さい成分であると考えられる。よって、極小値の包絡線の上側の領域に対応する部分は、時系列的な変動が相対的に大きい水泡音に関する情報として出力される。また、極小値の包絡線の下側の領域に対応する部分は、時系列的な変動が相対的に小さい正常呼吸音に関する情報として出力される。 Here, the portion corresponding to the region above the envelope of the minimum value is considered to be a component having a relatively large time-series fluctuation. On the other hand, the portion corresponding to the region below the envelope of the minimum value is considered to be a component having relatively small time-series fluctuation. Therefore, the portion corresponding to the region above the envelope of the minimum value is output as information regarding the blister sound having a relatively large time-series fluctuation. In addition, the portion corresponding to the region below the envelope of the minimum value is output as information on normal breath sounds with relatively small time-series fluctuations.

上述したように、極小値の包絡線を用いれば、呼吸音に含まれる正常呼吸音に関する情報と水泡音に関する情報との分離を容易に行うことが可能となる。 As described above, if the envelope with the minimum value is used, it is possible to easily separate the information on the normal breath sounds contained in the breath sounds and the information on the blisters sound.

<6>
本実施形態に係る呼吸音解析装置の他の態様では、前記出力手段は、前記水泡音に関する情報を、第2時間間隔毎の平均値又は中央値として出力する。
<6>
In another aspect of the respiratory sound analyzer according to the present embodiment, the output means outputs information on the blistering sound as an average value or a median value for each second time interval.

この態様によれば、水泡音に関する情報は、そのまま出力されるのではなく、第2時間間隔毎の平均値又は中央値が算出された上で出力される。なお、ここでの「第2時間間隔」とは、後述するように水泡音に関する情報の変動を適切に抑制して出力するために設定される値であり、水泡音に関する情報の変動周期等に応じて適宜設定される。なお、第2時間間隔を、上述した第1時間間隔と同じ値にしてもよい。 According to this aspect, the information regarding the blistering sound is not output as it is, but is output after the average value or the median value for each second time interval is calculated. The "second time interval" here is a value set to appropriately suppress and output fluctuations in information related to blister sound, as will be described later, and is used in the fluctuation cycle of information related to blister sound, etc. It is set appropriately according to it. The second time interval may be the same value as the first time interval described above.

水泡音は、既に述べたように、時系列的な変動が比較的大きい成分である。このため、そのまま出力してしまうと、例えばディスプレイ等に表示される解析結果を示す値も大きく変動し、水泡音の強度を視覚的に認識するのが難しい状況が起こり得る。 As already mentioned, the blister sound is a component having a relatively large time-series fluctuation. Therefore, if the output is performed as it is, the value indicating the analysis result displayed on a display or the like also fluctuates greatly, and it may be difficult to visually recognize the intensity of the blistering sound.

これに対し、上述した平均値又は中央値を出力する方法では、水泡音の時系列的な変動が抑制されるため、実質的な水泡音の強度を判別しやすい状態で出力できる。従って、解析結果として出力される水泡音に関する情報を有効に利用することが可能となる。 On the other hand, in the method of outputting the average value or the median value described above, since the time-series fluctuation of the blister sound is suppressed, it is possible to output in a state where the actual intensity of the blister sound can be easily determined. Therefore, it is possible to effectively use the information regarding the blistering sound output as the analysis result.

<7>
本実施形態に係る呼吸音解析装置の他の態様では、呼吸音のスペクトルを、前記呼吸音を分類する基準となる基準スペクトルに基づいて分解する分解手段を備え、前記検出手段は、前記分解手段により分解された前記呼吸音のスペクトルの強度の極小値に関する情報を検出し、前記出力手段は、前記分解手段により分解された呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報を別々に出力する。
<7>
In another aspect of the respiratory sound analyzer according to the present embodiment, a decomposition means for decomposing the respiratory sound spectrum based on a reference spectrum as a reference for classifying the breath sounds is provided, and the detection means is the decomposition means. Detects information about the minimum value of the intensity of the respiratory sound spectrum decomposed by, and the output means separately outputs information about normal breath sounds and water bubble sounds included in the respiratory sounds decomposed by the decomposition means. To do.

この態様によれば、先ず分解手段によって呼吸音のスペクトルが分解される。分解手段では、呼吸音を分類する基準となる複数の基準スペクトルに基づいて、呼吸音のスペクトルが分解される。なお、ここでの「基準スペクトル」とは、呼吸音に含まれる複数の音種(例えば、正常呼吸音や、連続性ラ音、捻髪音等)を分類するために、各音種に応じて予め設定されたスペクトルである。基準スペクトルは、例えば各音種に特有の形状を有するスペクトルとして設定される。 According to this aspect, the spectrum of breath sounds is first decomposed by the decomposition means. The decomposition means decomposes the respiratory sound spectrum based on a plurality of reference spectra that serve as criteria for classifying the respiratory sounds. The "reference spectrum" here refers to each sound type in order to classify a plurality of sound types (for example, normal breath sounds, continuous rales, crepitus, etc.) included in the breath sounds. This is a preset spectrum. The reference spectrum is set, for example, as a spectrum having a shape peculiar to each sound type.

基準スペクトルを用いることで、各基準スペクトルに対応する音種が夫々どのような割合で呼吸音のスペクトルに含まれているかを知ることができる。即ち、呼吸音のスペクトルを基準スペクトルに対応する各音種に分解することができる。ただし、分解手段における分解の時点で正常呼吸音と水泡音とが分解されている必要はない。 By using the reference spectrum, it is possible to know the proportion of each sound type corresponding to each reference spectrum included in the breath sound spectrum. That is, the spectrum of breath sounds can be decomposed into each sound type corresponding to the reference spectrum. However, it is not necessary that the normal breath sounds and the blisters sound are decomposed at the time of decomposition in the decomposition means.

極小値に関する情報の検出は、分解手段で分解された後の呼吸音のスペクトル(即ち、正常呼吸音と水泡音とを含むものとして分解されたスペクトル)に対して行われる。同様に、正常呼吸音と水泡音とに関する情報の出力についても、分解手段で分解された後の呼吸音のスペクトルに対して行われる。 The detection of information about the minimum value is performed on the spectrum of breath sounds after being decomposed by the decomposition means (that is, the spectrum decomposed to include normal breath sounds and blistering sounds). Similarly, the output of information on the normal breath sounds and the blisters sounds is also performed on the spectrum of the breath sounds after being decomposed by the decomposition means.

上述したように、予め基準スペクトルによる分解を行った後に、更に正常呼吸音と水泡音とに関する情報を分離するようにすれば、正常呼吸音及び水泡音以外の音種に対応する成分を除いた状態で分離が行える。よって、正常呼吸音及び水泡音以外の音種が存在していることに起因して、正常呼吸音に関する情報と、水泡音に関する情報とを別々に出力することができない状況が発生してしまうことを抑制できる。 As described above, if the information on the normal breath sounds and the blisters sounds is further separated after the decomposition by the reference spectrum is performed in advance, the components corresponding to the sound types other than the normal breath sounds and the blisters sounds are excluded. Separation can be done in the state. Therefore, due to the existence of sound types other than normal breath sounds and blisters sounds, a situation may occur in which information on normal breath sounds and information on blisters sounds cannot be output separately. Can be suppressed.

<8>
上述した分解手段を備える態様では、前記基準スペクトルは、前記正常呼吸音と前記水泡音とに対応するものを含んでいてもよい。
<8>
In the aspect provided with the above-mentioned decomposition means, the reference spectrum may include those corresponding to the normal breath sounds and the blisters sounds.

この場合、正常呼吸音と水泡音とに対応する基準スペクトルにより、呼吸音のスペクトルから、正常呼吸音と水泡音とを含むスペクトルを好適に分解できる。従って、その後の極小値に関する情報を用いた正常呼吸音に関する情報と、水泡音に関する情報との出力を好適に行える。 In this case, the spectrum including the normal breath sounds and the blisters can be suitably decomposed from the spectrum of the breath sounds by the reference spectrum corresponding to the normal breath sounds and the blisters. Therefore, it is possible to preferably output the information on the normal breath sounds and the information on the blisters sound using the information on the subsequent minimum values.

なお、正常呼吸音と水泡音とに対応する基準スペクトルは、正常呼吸音に関する情報と水泡音に関する情報とを正確に分離するためにも、時系列的な変動量に所定の差が生じるようなものとして設定されることが好ましい。 It should be noted that the reference spectrum corresponding to the normal breath sounds and the blister sounds has a predetermined difference in the amount of fluctuation over time in order to accurately separate the information on the normal breath sounds and the information on the blister sounds. It is preferable that it is set as a thing.

<9>
本実施形態に係る呼吸音解析方法は、呼吸音のスペクトルの強度の極小値に関する情報を検出する検出工程と、前記極小値に関する情報に基づいて、前記呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報を別々に出力する出力工程とを備える。
<9>
The respiratory sound analysis method according to the present embodiment has a detection step of detecting information on the minimum value of the intensity of the respiratory sound spectrum, and a normal breath sound and a water bubble sound included in the breath sound based on the information on the minimum value. It is provided with an output process that outputs information about and separately.

本実施形態に係る呼吸音解析方法によれば、上述した本実施形態に係る呼吸音解析装置と同様に、呼吸音のスペクトルを解析して、正常呼吸音に関する情報と、水泡音に関する情報とを別々に出力することが可能である。 According to the respiratory sound analysis method according to the present embodiment, similarly to the respiratory sound analysis device according to the present embodiment described above, the respiratory sound spectrum is analyzed to obtain information on normal breath sounds and information on water bubble sounds. It is possible to output them separately.

なお、本実施形態に係る呼吸音解析方法においても、上述した本実施形態に係る呼吸音解析装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。 In the respiratory sound analysis method according to the present embodiment, it is possible to adopt various aspects similar to the various aspects in the respiratory sound analysis device according to the above-described embodiment.

<10>
本実施形態に係るコンピュータプログラムは、呼吸音のスペクトルの強度の極小値に関する情報を検出する検出工程と、前記極小値に関する情報に基づいて、前記呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報を別々に出力する出力工程とをコンピュータに実行させる。
<10>
The computer program according to the present embodiment relates to a detection step of detecting information on the minimum value of the intensity of the breath sound spectrum, and a normal breath sound and a water bubble sound included in the breath sound based on the information on the minimum value. Have the computer perform an output process that outputs information separately.

本実施形態に係るコンピュータプログラムによれば、上述した本実施形態に係る呼吸音解析方法と同様の処理をコンピュータに実行させることができるため、呼吸音のスペクトルを解析して、正常呼吸音に関する情報と、水泡音に関する情報とを別々に出力することが可能である。 According to the computer program according to the present embodiment, the computer can execute the same processing as the above-described respiratory sound analysis method according to the present embodiment. Therefore, the respiratory sound spectrum is analyzed to provide information on the normal respiratory sound. And the information about the sound of water bubbles can be output separately.

なお、本実施形態に係るコンピュータプログラムにおいても、上述した本実施形態に係る呼吸音解析装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。 In the computer program according to the present embodiment, it is possible to adopt various aspects similar to the various aspects in the respiratory sound analyzer according to the above-described embodiment.

<11>
本実施形態に係る記録媒体は、上述したコンピュータプログラムが記録されている。
<11>
The computer program described above is recorded on the recording medium according to the present embodiment.

本実施形態に係る記録媒体によれば、上述したコンピュータプログラムをコンピュータにより実行させることにより、呼吸音のスペクトルを解析して、正常呼吸音に関する情報と、水泡音に関する情報とを別々に出力することが可能である。 According to the recording medium according to the present embodiment, by executing the above-mentioned computer program by a computer, the spectrum of the breath sounds is analyzed, and the information about the normal breath sounds and the information about the blisters sound are output separately. Is possible.

本実施形態に係る呼吸音解析装置及び呼吸音解析方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体の作用及び他の利得については、以下に示す実施例において、より詳細に説明する。 The respiratory sound analyzer and the respiratory sound analysis method according to the present embodiment, and the actions and other gains of the computer program and the recording medium will be described in more detail in the examples shown below.

以下では、図面を参照して呼吸音解析装置及び呼吸音解析方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体の実施例について詳細に説明する。 Hereinafter, examples of a respiratory sound analyzer, a respiratory sound analysis method, and a computer program and a recording medium will be described in detail with reference to the drawings.

<全体構成>
先ず、本実施例に係る呼吸音解析装置の全体構成について、図1を参照して説明する。ここに図1は、本実施例に係る呼吸音解析装置の全体構成を示すブロック図である。
<Overall configuration>
First, the overall configuration of the respiratory sound analyzer according to this embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the respiratory sound analyzer according to the present embodiment.

図1において、本実施例に係る呼吸音解析装置は、主な構成要素として、生体音取得部110と、周波数解析部120と、結合係数算出部130と、フィルタ作成部140と、信号強度算出部150と、解析結果出力部160とを備えて構成されている。 In FIG. 1, the respiratory sound analysis device according to the present embodiment has, as main components, a biological sound acquisition unit 110, a frequency analysis unit 120, a coupling coefficient calculation unit 130, a filter creation unit 140, and a signal intensity calculation. It is configured to include a unit 150 and an analysis result output unit 160.

生体音取得部110は、生体の呼吸音を取得可能なセンサ等として構成される。生体音取得部110は、例えばECM(Electret Condenser Microphone)やピエゾを利用したマイク、振動センサ等で構成されている。生体音取得部110で取得された呼吸音は、周波数解析部120に出力される構成となっている。 The biological sound acquisition unit 110 is configured as a sensor or the like capable of acquiring the breath sounds of the living body. The biological sound acquisition unit 110 is composed of, for example, an ECM (Electret Condenser Microphone), a microphone using a piezo, a vibration sensor, or the like. The breath sounds acquired by the biological sound acquisition unit 110 are output to the frequency analysis unit 120.

周波数解析部120は、例えば高速フーリエ変換等の周波数解析を実行可能なものとして構成される。周波数解析部120による解析結果は、結合係数算出部130に出力される構成となっている。 The frequency analysis unit 120 is configured to be capable of performing frequency analysis such as a fast Fourier transform. The analysis result by the frequency analysis unit 120 is output to the coupling coefficient calculation unit 130.

結合係数算出部130は、「分解手段」の一具体例であり、周波数解析されたスペクトルに対して、基底に基づく分解処理を実行可能に構成されている。結合係数算出部130は、所定の基底を記憶する記憶手段(図示せず)を有している。結合係数算出部130で算出された結合係数は、フィルタ作成部140に出力される構成となっている。 The coupling coefficient calculation unit 130 is a specific example of the “decomposition means”, and is configured to be able to execute a decomposition process based on the basis of the frequency-analyzed spectrum. The coupling coefficient calculation unit 130 has a storage means (not shown) for storing a predetermined basis. The coupling coefficient calculated by the coupling coefficient calculating unit 130 is output to the filter creating unit 140.

フィルタ作成部140は、「検出手段」の一具体例であり、結合係数から正常呼吸音成分と水泡音成分とを分離するための最小値フィルタを作成するものとして構成される。具体的には、フィルタ作成部は、結合係数を時系列で記憶可能に構成されており、記憶された直近の結合係数の中から最小値を検出する最小値フィルタを作成する。フィルタ作成部140で作成された最小値フィルタは、信号強度算出部150に出力される構成となっている。 The filter creating unit 140 is a specific example of the “detection means”, and is configured to create a minimum value filter for separating the normal breath sounds component and the blister sound component from the coupling coefficient. Specifically, the filter creation unit is configured to store the coupling coefficient in time series, and creates a minimum value filter that detects the minimum value from the latest stored coupling coefficients. The minimum value filter created by the filter creation unit 140 is configured to be output to the signal strength calculation unit 150.

信号強度算出部150は、フィルタ作成部140で作成された最小値フィルタを用いて、解析対象であるスペクトルから、正常呼吸音成分と水泡音成分とを分離して、各々の信号強度を算出可能に構成される。信号強度算出部150で算出された信号強度は、解析結果出力部160に出力される構成となっている。 The signal strength calculation unit 150 can calculate the signal strength of each of the normal breath sounds component and the blister sound component by separating them from the spectrum to be analyzed by using the minimum value filter created by the filter creation unit 140. It is composed of. The signal strength calculated by the signal strength calculation unit 150 is output to the analysis result output unit 160.

解析結果出力部160は、信号強度算出部150で算出された信号強度(即ち、各音種の成分量)に基づく解析結果を、例えばディスプレイ等の映像を表示可能な機器、或いはスピーカ等の音声を出力可能な機器に出力するものとして構成されている。 The analysis result output unit 160 outputs the analysis result based on the signal strength (that is, the amount of components of each sound type) calculated by the signal strength calculation unit 150, for example, a device capable of displaying an image such as a display, or a sound of a speaker or the like. Is configured to be output to a device that can output.

なお、信号強度算出部150及び解析結果出力部160は、「出力手段」の一具体例である。 The signal strength calculation unit 150 and the analysis result output unit 160 are specific examples of the “output means”.

<動作説明>
次に、本実施例に係る呼吸音解析装置の動作について、図1に加えて図2を参照して説明する。ここに図2は、本実施例に係る呼吸音解析装置の動作を示すフローチャートである。ここでは、本実施例に係る呼吸音解析装置が実行する処理の全体的な流れを把握するための簡単な説明を行う。各処理の詳細については、後述する。
<Operation explanation>
Next, the operation of the respiratory sound analyzer according to this embodiment will be described with reference to FIG. 2 in addition to FIG. Here, FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the respiratory sound analyzer according to the present embodiment. Here, a brief description will be given for grasping the overall flow of the processing executed by the respiratory sound analyzer according to the present embodiment. Details of each process will be described later.

図1及び図2において、本実施例に係る呼吸音解析装置の動作時には、先ず生体音取得部110において呼吸音信号が取得される(ステップS101)。 In FIGS. 1 and 2, when the respiratory sound analyzer according to the present embodiment is operated, the respiratory sound signal is first acquired by the biological sound acquisition unit 110 (step S101).

呼吸音信号が取得されると、周波数解析部120において周波数解析が実行される(ステップS102)。なお、周波数解析部120では、周波数解析結果からピーク周波数が検出されてもよい。 When the breath sound signal is acquired, the frequency analysis unit 120 executes frequency analysis (step S102). The frequency analysis unit 120 may detect the peak frequency from the frequency analysis result.

周波数解析後には、結合係数算出部130において、所定の基底に対応する各音種の結合係数(即ち、呼吸音に含まれる各音種の割合を示す値)が算出される(ステップS103)。結合係数算出部130では、少なくとも正常呼吸音及び水泡音を含む成分に対応する結合係数が算出される。 After the frequency analysis, the coupling coefficient calculation unit 130 calculates the coupling coefficient of each sound type corresponding to a predetermined basis (that is, a value indicating the ratio of each sound type included in the breath sounds) (step S103). The coupling coefficient calculation unit 130 calculates the coupling coefficient corresponding to at least the components including normal breath sounds and blistering sounds.

続いて、フィルタ作成部140において、最小値フィルタが作成され、正常呼吸音及び水泡音を含む成分に対応する結合係数について、直近N個の時系列値の中から最小値が算出される(ステップS104)。最小値の算出は、N個のポイント毎に複数回行われる。 Subsequently, the filter creation unit 140 creates a minimum value filter, and calculates the minimum value from the latest N time-series values for the coupling coefficient corresponding to the components including the normal breath sounds and the blisters sounds (step). S104). The calculation of the minimum value is performed a plurality of times for every N points.

最小値フィルタが作成されると、信号強度算出部150において、算出された最小値を利用した正常呼吸音及び水泡音の信号強度(即ち、正常呼吸音及び水泡音の成分量を示す値)の算出が行われる(ステップS105)。 When the minimum value filter is created, the signal intensity calculation unit 150 uses the calculated minimum value to determine the signal intensity of the normal breath sounds and the blister sounds (that is, the value indicating the component amounts of the normal breath sounds and the blister sounds). The calculation is performed (step S105).

信号強度が算出されると、解析結果出力部160において、信号強度を示す画像データ等が生成され、外部のディスプレイ等において解析結果として表示される(ステップS106)。 When the signal strength is calculated, the analysis result output unit 160 generates image data or the like indicating the signal strength and displays it as the analysis result on an external display or the like (step S106).

その後、解析処理を継続するか否かの判定が実行される(ステップS107)。解析処理を継続すると判定された場合(ステップS107:YES)、ステップS101からの処理が再び実行される。解析処理を継続しないと判定された場合(ステップS107:NO)、一連の処理は終了する。 After that, it is determined whether or not to continue the analysis process (step S107). If it is determined that the analysis process is to be continued (step S107: YES), the process from step S101 is executed again. When it is determined that the analysis process is not continued (step S107: NO), the series of processes ends.

以下では、上述した各処理について個別具体的に説明する。 Hereinafter, each of the above-mentioned processes will be individually and specifically described.

<周波数解析>
先ず、呼吸音信号の周波数解析処理について、図3及び図4を参照して詳細に説明する。ここに図3は、周波数解析方法の一例を示すグラフであり、図4は、周波数解析結果の一例を示す図である。
<Frequency analysis>
First, the frequency analysis process of the breath sound signal will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. Here, FIG. 3 is a graph showing an example of the frequency analysis method, and FIG. 4 is a diagram showing an example of the frequency analysis result.

図3において、取得された呼吸音信号に対しては、先ず周波数解析が実行される。周波数は、高速フーリエ変換等の既存の技術を利用して行うことができる。本実施例では、周波数毎の振幅値(即ち、振幅スペクトル)を周波数解析結果として用いている。なお、データ取得時のサンプリング周波数、窓サイズ、窓関数(例えば、ハニング窓等)については、適宜決定すればよい。 In FIG. 3, a frequency analysis is first performed on the acquired breath sound signal. The frequency can be performed by utilizing an existing technique such as a fast Fourier transform. In this embodiment, the amplitude value for each frequency (that is, the amplitude spectrum) is used as the frequency analysis result. The sampling frequency, window size, and window function (for example, Hanning window) at the time of data acquisition may be appropriately determined.

図4に示すように、周波数解析結果は、n個の値(y,y,y,・・・,y)で構成されるものとして得られる。なお、「n」は、周波数解析における窓サイズ等によって決まる値である。 As shown in FIG. 4, the frequency analysis result is obtained as being composed of n values (y 1 , y 2 , y 3 , ..., Y n). Note that "n" is a value determined by the window size or the like in the frequency analysis.

<結合係数の算出>
次に、結合係数の算出処理について、図5から図8を参照して詳細に説明する。ここに図5は、正常呼吸音の結合係数の一例を示すグラフであり、図6は、水泡音の結合係数の一例を示すグラフである。また図7は、結合係数の算出方法を示す概念図であり、図8は、スペクトルと、基底及び結合係数との関係を示す図である。
<Calculation of coupling coefficient>
Next, the calculation process of the coupling coefficient will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 8. Here, FIG. 5 is a graph showing an example of the coupling coefficient of normal breath sounds, and FIG. 6 is a graph showing an example of the coupling coefficient of blister sounds. Further, FIG. 7 is a conceptual diagram showing a method of calculating the coupling coefficient, and FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the spectrum and the basis and the coupling coefficient.

図5及び図6に示すように、正常呼吸音に対応する結合係数は、時系列的な変動量が相対的に小さいものとして算出されることが好ましい。一方、水泡音に対応する結合係数は、時系列的な変動量が相対的に大きいものとして算出されることが好ましい。このため、結合係数の算出に用いられる基底は、正常呼吸音に対応する結合係数の変動量と、水泡音に対応する結合係数の変動量とに所定の差を生じさせるものとして決定される。なお、結合係数を算出するための基底は、各音種に対応するものとして複数決定され、基底集合として扱われる。 As shown in FIGS. 5 and 6, the coupling coefficient corresponding to normal breath sounds is preferably calculated assuming that the amount of fluctuation over time is relatively small. On the other hand, the coupling coefficient corresponding to the blistering sound is preferably calculated assuming that the amount of fluctuation over time is relatively large. Therefore, the basis used for calculating the coupling coefficient is determined to cause a predetermined difference between the fluctuation amount of the coupling coefficient corresponding to the normal breath sounds and the fluctuation amount of the coupling coefficient corresponding to the blistering sound. A plurality of bases for calculating the coupling coefficient are determined to correspond to each sound type, and are treated as a base set.

図7に示すように、正常呼吸音及び水泡音を含む呼吸音のスペクトルに対して、同一の基底(即ち、正常呼吸音及び水泡音の両方に対応する基底)を適用することで、正常呼吸音及び水泡音の結合係数を得ることができる。なお、図7では、正常呼吸音に対応する結合係数と、水泡音に対応する結合係数が別々に図示されているが、この段階では正常呼吸音に対応する結合係数及び水泡音に対応する結合係数は別々に算出されずともよい。即ち、正常呼吸音及び水泡音に対応する1つの結合係数が算出されればよい。 As shown in FIG. 7, normal breath sounds are applied to the spectrum of breath sounds including normal breath sounds and blisters sounds by applying the same basis (that is, the basis corresponding to both normal breath sounds and blisters). The coupling coefficient of sound and blistering sound can be obtained. In FIG. 7, the coupling coefficient corresponding to the normal breath sounds and the coupling coefficient corresponding to the blister sounds are shown separately, but at this stage, the coupling coefficient corresponding to the normal breath sounds and the coupling corresponding to the blister sounds are shown separately. The coefficients may not be calculated separately. That is, one coupling coefficient corresponding to the normal breath sounds and the blisters sounds may be calculated.

ここで、解析対象であるスペクトルy、基底h(f)、及び結合係数uの関係は、以下の数式(1)で表すことができる。 Here, the relationship between the spectrum y to be analyzed, the basis h (f), and the coupling coefficient u can be expressed by the following mathematical formula (1).

Figure 2021053460
図8に示すように、スペクトルy及び各基底h(f)は、n個の値を有している。他方、結合係数は、m個の値を有している。なお、「m」は、基底集合に含まれる基底の数である。
Figure 2021053460
As shown in FIG. 8, the spectrum y and each basis h (f) have n values. On the other hand, the coupling coefficient has m values. Note that "m" is the number of bases included in the base set.

本実施例に係る呼吸音解析装置では、非負値行列因子分解を利用して基底集合に含まれる各基底の結合係数を算出する。具体的には、以下の数式(2)で示される最適化基準関数Dを最小化するu(ただし、uの各成分値は非負)を求めればよい。 In the respiratory sound analyzer according to this embodiment, the coupling coefficient of each basis included in the basis set is calculated by using the non-negative matrix factorization. Specifically, u that minimizes the optimization reference function D represented by the following mathematical formula (2) (however, each component value of u is non-negative) may be obtained.

Figure 2021053460
なお、一般的な非負値行列因子分解は、基底スペクトルの集合を表す基底行列と、結合係数を表すアクティベーション行列を共に算出する手法であるが、本実施例においては、基底行列を固定して結合係数のみを算出している。
Figure 2021053460
Note that general non-negative matrix factorization is a method of calculating both a basis matrix representing a set of basis spectra and an activation matrix representing a coupling coefficient, but in this embodiment, the basis matrix is fixed. Only the coupling coefficient is calculated.

ちなみに、結合係数を算出するための手段として、非負値行列因子分解以外の近似法を用いてもよい。ただし、この場合においても非負であるという条件が望まれる。 Incidentally, as a means for calculating the coupling coefficient, an approximation method other than the nonnegative matrix factorization may be used. However, even in this case, the condition that it is non-negative is desired.

<最小値フィルタの作成>
次に、最小値フィルタの作成処理について、図9から図11を参照して詳細に説明する。ここに図9は、極小値の包絡線を用いた分離方法を示す概念図であり、図10は、結合係数の変動幅を示すグラフである。また図11は、最小値フィルタ幅の変更方法を示す概念図である。
<Creation of minimum value filter>
Next, the process of creating the minimum value filter will be described in detail with reference to FIGS. 9 to 11. Here, FIG. 9 is a conceptual diagram showing a separation method using an envelope having a minimum value, and FIG. 10 is a graph showing a fluctuation range of the coupling coefficient. Further, FIG. 11 is a conceptual diagram showing a method of changing the minimum value filter width.

図9において、最小値フィルタは、正常呼吸音及び水泡音を含む音種の結合係数を、正常呼吸音成分と水泡音成分とに分離するために用いられる。最小値フィルタは、結合係数の極小値の包絡線を算出するためのフィルタであり、所定の時間間隔における最小値を結合係数の極小値として検出する。最小値フィルタを用いて包絡線を算出すれば、包絡線の下側部分を時系列的な変動の小さい成分(即ち、正常吸音成分)、包絡線の上側部分を時系列的な変動の大きい成分(即ち、水泡音成分)として分離できる。 In FIG. 9, the minimum value filter is used to separate the coupling coefficient of the sound type including the normal breath sounds and the blister sounds into the normal breath sounds component and the blister sound component. The minimum value filter is a filter for calculating the envelope of the minimum value of the coupling coefficient, and detects the minimum value at a predetermined time interval as the minimum value of the coupling coefficient. When the envelope is calculated using the minimum value filter, the lower part of the envelope is the component with small time-series fluctuation (that is, the normal sound absorption component), and the upper part of the envelope is the component with large time-series fluctuation. (That is, it can be separated as a blister sound component).

図10において、最小値フィルタには、「第1時間間隔」の一例である所定の時間間隔(即ち、最小値を検出する時間間隔)が最小値フィルタ幅として設定されている。ここでの最小値フィルタ幅は、結合係数の1回の変動幅(具体的には、結合係数が上昇に転じてから下がりきるまでの間隔)と同等の幅になるように設定される。より具体的には、結合係数の1回の変動幅と同等の幅になるようなポイント数をN個として、結合係数の時系列値の直近N個のうちの最小値を出力するようなフィルタが作成される。 In FIG. 10, a predetermined time interval (that is, a time interval for detecting the minimum value), which is an example of the “first time interval”, is set as the minimum value filter width in the minimum value filter. The minimum value filter width here is set to be the same width as the one-time fluctuation width of the coupling coefficient (specifically, the interval from when the coupling coefficient starts to rise to when it falls completely). More specifically, a filter that outputs the minimum value of the latest N time-series values of the coupling coefficient, with N points having the same width as the one-time fluctuation width of the coupling coefficient. Is created.

図11において、最小値フィルタ幅は固定の値でも構わないが、状況に応じて可変とされてもよい。具体的には、結合係数の時系列変化における極小値間幅を毎回算出し、その幅を最小値フィルタ幅としてもよい。この場合、個人差等により結合係数の極小値間幅が異なる場合であっても、正確に極小値を検出できる。 In FIG. 11, the minimum value filter width may be a fixed value, but may be variable depending on the situation. Specifically, the width between the minimum values in the time-series change of the coupling coefficient may be calculated each time, and the width may be used as the minimum value filter width. In this case, even if the width between the minimum values of the coupling coefficient is different due to individual differences or the like, the minimum value can be detected accurately.

<信号強度の算出>
次に、信号強度の算出処理について、図12を参照して詳細に説明する。ここに図12は、最小値フィルタの出力に基づく分離方法を示す概念図である。
<Calculation of signal strength>
Next, the signal strength calculation process will be described in detail with reference to FIG. Here, FIG. 12 is a conceptual diagram showing a separation method based on the output of the minimum value filter.

図12において、正常呼吸音及び水泡音を含む音種の結合係数に最小値フィルタを適用すると、ポイント数N個毎の最小値(即ち、結合係数の極小値)が出力される。すると、図9で説明したように、結合係数の極小値を結ぶ包絡線の下側部分を正常呼吸音成分として分離できる。また、包絡線の上側部分を水泡音成分として分離できる。このようにして分離された各成分の出力値は、信号強度(即ち、正常呼吸音及び水泡音の割合を示すもの)として出力される。 In FIG. 12, when the minimum value filter is applied to the coupling coefficient of sound types including normal breath sounds and blistering sounds, the minimum value for every N points (that is, the minimum value of the coupling coefficient) is output. Then, as described with reference to FIG. 9, the lower portion of the envelope connecting the minimum values of the coupling coefficient can be separated as a normal respiratory sound component. In addition, the upper portion of the envelope can be separated as a blister sound component. The output value of each component thus separated is output as a signal strength (that is, indicating the ratio of normal breath sounds and blistering sounds).

<解析結果の表示>
次に、解析結果の表示処理について、図13及び図14を参照して詳細に説明する。ここに図13は、解析結果の表示方法の一例を示す図である。また図14は、水泡音成分の出力方法を示す概念図である。
<Display of analysis results>
Next, the display processing of the analysis result will be described in detail with reference to FIGS. 13 and 14. Here, FIG. 13 is a diagram showing an example of a method of displaying the analysis result. Further, FIG. 14 is a conceptual diagram showing a method of outputting a blister sound component.

図13において、解析結果は、正常呼吸音及び水泡音の各々の信号強度を示す画像として表示される。ここで、例えば時刻tにおける正常呼吸音の出力がAであり、水泡音の出力がBである場合には(図中の左側のグラフを参照)、正常呼吸音強度が比較的小さいAであること、及び水泡音強度が比較的大きいBであることを示す棒グラフが表示領域200に表示される。このような表示によれば、正常呼吸音と水泡音との割合を直感的に認識できる。 In FIG. 13, the analysis result is displayed as an image showing the signal intensities of the normal breath sounds and the blisters sounds. Here, for example, when the output of the normal breath sounds at time t is A and the output of the blisters sound is B (see the graph on the left side of the figure), the normal breath sounds intensity is relatively small A. A bar graph indicating that the blisters sound intensity is relatively high B is displayed in the display area 200. According to such a display, the ratio between the normal breath sounds and the blisters sounds can be intuitively recognized.

なお、解析結果の表示方法は、ここで示した棒グラフの態様に限られるものではなく、様々な描画方法を利用して表示できる。例えば、分解された正常呼吸音と水泡音との割合は、棒グラフや円グラフ、レーダーチャートとして表示されてもよいし、数値化して表示されてもよい。また、スピーカ等によって分離された音声を出力するようにしても構わない。 The method of displaying the analysis result is not limited to the form of the bar graph shown here, and can be displayed by using various drawing methods. For example, the ratio of the decomposed normal breath sounds to the blisters sounds may be displayed as a bar graph, a pie chart, or a radar chart, or may be displayed numerically. Further, the sound separated by a speaker or the like may be output.

図14において、水泡音成分の出力は、短時間に信号強度が大きく変動する。このため、出力された値をそのまま表示したのでは、視認性が悪く、強度の大きさを把握し難いという状況が発生し得る。このため、水泡音成分の出力に関しては、信号強度の所定の時間間隔(「第2時間間隔」の一具体例)での平均値又は中央値を出力するようにしてもよい。このようにすれば、例えば図中の区間1から4の区間毎に平均値が算出され、各区間における平均値の値が解析結果として出力される。この結果、水泡音成分を示す出力の変動幅を抑えることができ、視認性のよいデータを提供することが可能となる。 In FIG. 14, the signal strength of the output of the blister sound component fluctuates greatly in a short time. Therefore, if the output value is displayed as it is, the visibility may be poor and it may be difficult to grasp the magnitude of the intensity. Therefore, regarding the output of the blister sound component, the average value or the median value of the signal strength at a predetermined time interval (a specific example of the "second time interval") may be output. By doing so, for example, the average value is calculated for each of the sections 1 to 4 in the figure, and the value of the average value in each section is output as the analysis result. As a result, it is possible to suppress the fluctuation range of the output indicating the blister sound component, and it is possible to provide data with good visibility.

以上説明したように、本実施形態に係る呼吸音解析装置によれば、呼吸音のスペクトルを解析して、正常呼吸音に関する情報と、水泡音に関する情報とを別々に出力することが可能である。 As described above, according to the respiratory sound analyzer according to the present embodiment, it is possible to analyze the respiratory sound spectrum and output information on normal breath sounds and information on blisters separately. ..

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う呼吸音解析装置及び呼吸音解析方法、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified within the scope of claims and within the scope not contrary to the gist or idea of the invention that can be read from the entire specification, and respiratory sound analysis accompanied by such modification. Devices and breath sound analysis methods, as well as computer programs and recording media, are also within the technical scope of the present invention.

110 生体音取得部
120 周波数解析部
130 結合係数算出部
140 フィルタ作成部
150 信号強度算出部
160 解析結果出力部
200 表示領域
y スペクトル
h(f) 基底
u 結合係数
110 Biological sound acquisition unit 120 Frequency analysis unit 130 Coupling coefficient calculation unit 140 Filter creation unit 150 Signal strength calculation unit 160 Analysis result output unit 200 Display area y spectrum h (f) Basis u coupling coefficient

Claims (8)

呼吸音のスペクトルと所定の基底とに基づいて、前記呼吸音に含まれる音種の割合を示す値を算出する算出部と、
前記値の極小値に関する情報を検出する検出手段と、
前記極小値に関する情報に基づいて、前記呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報を別々に出力する出力手段と
を備え、
前記出力手段は、複数の前記極小値に関する情報から前記極小値の包絡線を算出して、前記包絡線の上側の領域に対応する部分に基づいて前記水泡音に関する情報を出力すると共に、前記包絡線の下側の領域に対応する部分に基づいて前記正常呼吸音に関する情報を出力する
ことを特徴とする呼吸音解析装置。
A calculation unit that calculates a value indicating the ratio of sound types contained in the breath sounds based on the spectrum of the breath sounds and a predetermined basis, and a calculation unit.
A detection means that detects information about the minimum value of the above value, and
It is provided with an output means for separately outputting information on normal breath sounds and blisters sounds included in the breath sounds based on the information on the minimum value.
The output means calculates the envelope of the minimum value from a plurality of information on the minimum value, outputs the information on the blistering sound based on the portion corresponding to the region above the envelope, and outputs the information on the blisters sound. A respiratory sound analyzer characterized by outputting information on the normal respiratory sound based on a portion corresponding to an area below the line.
前記出力手段は、前記呼吸音に含まれる前記正常呼吸音と前記水泡音との割合を出力す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 respiratory sound analysis device according to claim 1, wherein the output means outputs a ratio of the normal breath sound and the blistering sound included in the breath sound. 前記検出手段は、呼吸音のスペクトルの強度の第1時間間隔毎の最小値に関する情報を前記極小値に関する情報として検出することを特徴とする請求項1又は2に記載の呼吸音解析装置。 The respiratory sound analysis device according to claim 1 or 2, wherein the detection means detects information on the minimum value of the intensity of the spectrum of the respiratory sound at each first time interval as information on the minimum value. 前記第1時間間隔を変更する変更手段を更に備えることを特徴とする請求項3に記載の呼吸音解析装置。 The respiratory sound analyzer according to claim 3, further comprising a changing means for changing the first time interval. 前記出力手段は、前記水泡音に関する情報を、第2時間間隔毎の平均値又は中央値として出力することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の呼吸音解析装置。 The respiratory sound analysis device according to any one of claims 1 to 4, wherein the output means outputs information on the blister sound as an average value or a median value at every second time interval. 呼吸音のスペクトルと所定の基底とに基づいて、前記呼吸音に含まれる音種の割合を示す値を算出する算出工程と、
前記値の極小値に関する情報を検出する検出工程と、
前記極小値に関する情報に基づいて、前記呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報を別々に出力する出力工程と
を備え、
前記出力手段では、複数の前記極小値に関する情報から前記極小値の包絡線を算出して、前記包絡線の上側の領域に対応する部分に基づいて前記水泡音に関する情報を出力すると共に、前記包絡線の下側の領域に対応する部分に基づいて前記正常呼吸音に関する情報を出力する
ことを特徴とする呼吸音解析方法。
A calculation step of calculating a value indicating the ratio of sound types contained in the breath sounds based on the spectrum of the breath sounds and a predetermined basis, and a calculation step.
A detection step that detects information about the minimum value of the above value, and
It is provided with an output step of separately outputting information on normal breath sounds and blisters sounds included in the breath sounds based on the information on the minimum value.
In the output means, the envelope of the minimum value is calculated from the information on the plurality of minimum values, and the information on the blisters sound is output based on the portion corresponding to the region above the envelope, and the envelope is output. A respiratory sound analysis method characterized by outputting information on the normal respiratory sound based on a portion corresponding to an area below the line.
呼吸音のスペクトルと所定の基底とに基づいて、前記呼吸音に含まれる音種の割合を示す値を算出する算出工程と、
前記値の極小値に関する情報を検出する検出工程と、
前記極小値に関する情報に基づいて、前記呼吸音に含まれる正常呼吸音と水泡音とに関する情報を別々に出力する出力工程と
を備え、
前記出力手段では、複数の前記極小値に関する情報から前記極小値の包絡線を算出して、前記包絡線の上側の領域に対応する部分に基づいて前記水泡音に関する情報を出力すると共に、前記包絡線の下側の領域に対応する部分に基づいて前記正常呼吸音に関する情報を出力する呼吸音解析方法をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
A calculation step of calculating a value indicating the ratio of sound types contained in the breath sounds based on the spectrum of the breath sounds and a predetermined basis, and a calculation step.
A detection step that detects information about the minimum value of the above value, and
It is provided with an output step of separately outputting information on normal breath sounds and blisters sounds included in the breath sounds based on the information on the minimum value.
In the output means, the envelope of the minimum value is calculated from the information on the plurality of minimum values, and the information on the water bubble sound is output based on the portion corresponding to the region above the envelope, and the envelope is output. A computer program comprising causing a computer to execute a breath sounds analysis method that outputs information on the normal breath sounds based on a portion corresponding to an area below the line.
請求項7に記載のコンピュータプログラムが記録されていることを特徴とする記録媒体。 A recording medium on which the computer program according to claim 7 is recorded.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050033198A1 (en) * 2001-04-18 2005-02-10 Georges Kehyayan Device for assistance in the analysis of adventitious sounds
JP2012120688A (en) * 2010-12-08 2012-06-28 Sony Corp Respiratory condition analysis apparatus, respiratory condition display apparatus, processing method therein, and program
JP2012125367A (en) * 2010-12-15 2012-07-05 Sony Corp Respiratory signal processing apparatus, respiratory signal processing method, and program
JP2013521833A (en) * 2010-03-18 2013-06-13 シャープ株式会社 Lightweight wheezing detection method and system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050033198A1 (en) * 2001-04-18 2005-02-10 Georges Kehyayan Device for assistance in the analysis of adventitious sounds
JP2013521833A (en) * 2010-03-18 2013-06-13 シャープ株式会社 Lightweight wheezing detection method and system
JP2012120688A (en) * 2010-12-08 2012-06-28 Sony Corp Respiratory condition analysis apparatus, respiratory condition display apparatus, processing method therein, and program
JP2012125367A (en) * 2010-12-15 2012-07-05 Sony Corp Respiratory signal processing apparatus, respiratory signal processing method, and program

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