JP3490072B2

JP3490072B2 - 心音検出装置

Info

Publication number: JP3490072B2
Application number: JP2001186222A
Authority: JP
Inventors: 清幸成松; 敏彦小椋
Original assignee: 日本コーリン株式会社
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: JP2003000558A; US20030004425A1; US6824519B2; EP1269915A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は心音検出装置に関
し、特に、心音信号を含む生体信号から心音信号を抽出
或いは決定することにより心音を検出する心音検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】心音は心疾患を診断するために測定され
るほか、脈波と組み合わせて生体内を脈波が伝播する速
度すなわち脈波伝播速度を算出するために測定されるこ
とがある。また、脈波伝播速度は動脈硬化を反映し、動
脈硬化は高血圧症と直接関連するので、脈波伝播速度
は、血圧のように、家庭において日常的な健康チェック
として測定されることが望まれる。

【０００３】一般的に、心音は心音マイクロホンによっ
て検出され、心音マイクロホンは、通常、心臓の直上部
など胸部の所定部位の表皮上に直接装着される。胸部に
装着された心音マイクロホンによって検出される心音信
号は信号雑音比（S/N比）が大きいことから、規格によ
って定められた所定のフィルタを通過した心音信号は、
そのまま診断や脈波伝播速度算出のための基準点の決定
などに使用できる。

【０００４】しかし、心音マイクロホンによって心音を
測定するには、着衣を脱ぐなどして胸部を露出させる必
要があるので、心音の測定は比較的面倒である。特に、
家庭で日常的に脈波伝播速度を測定するには、より簡便
に心音を測定できることが望まれる。

【０００５】そこで、心音が胸部から離れた部位まで伝
播することに着目して、胸部から離れた部位で心音を検
出する心音検出装置が提案されている。たとえば、本出
願人が先に出願した特願２００１−０３０８７９に記載
した心音検出装置がそれである。上記出願では、上腕部
に圧脈波センサを装着し、その圧脈波センサによって検
出される圧脈波信号から心音成分を抽出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、胸部から離れ
た部位では、検出される生体信号に含まれる心音信号の
強度は小さく、検出部位で発生する生体音、外来ノイ
ズ、アーチファクト等の他の信号の強度が大きいので、
規格によって定められた従来のフィルタを通過した信号
では、診断や脈波伝播速度算出のための基準点の決定な
どに使用できない場合が多い。

【０００７】本発明は以上の事情を背景として為された
ものであって、その目的とするところは、全体の信号強
度に対して心音信号の強度が小さい場合であっても、精
度のよい心音信号を決定することができる心音検出装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために種々検討を重ねた結果、以下の知見を見
いだした。通常は、心音マイクロホンによって検出され
る心音信号は、比較的帯域の広いフィルタを通過させら
れる。比較的帯域の広いフィルタが用いられるのは、心
音信号は個体差が大きく、個人によってその心音の周波
数帯域や波形の形状が大きく異なるからである。そこ
で、予め個人毎に、心音信号の有する周波数帯域や心音
波形の形状などを心音特徴情報として決定し、その心音
特徴情報に基づいて実際に検出される生体信号から心音
成分を決定すれば、全体の信号強度に対して心音信号の
強度が小さい場合であっても精度のよい心音信号を決定
することができることを見いだした。本発明は、係る知
見に基づいて成されたものである。

【０００９】すなわち、前記目的を達成するための請求
項１に記載の発明は、(a)被測定者の心音信号の特徴を
表す心音特徴情報を記憶した記憶装置と、(b)前記被測
定者の胸部から離れた所定部位に装着され、心音信号を
含む生体信号を検出して出力する心音センサと、(c)前
記記憶装置に記憶された心音特徴情報に基づいて、前記
生体信号に含まれる心音成分を決定する心音決定手段と
を含むことを特徴とする。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、記憶装置には、被測
定者の心音信号に固有の心音特徴情報が記憶され、心音
決定手段により、その被測定者の心音信号に固有の心音
特徴情報に基づいて、心音センサによって検出された生
体信号から心音成分が決定されるので、全体の信号強度
に対して心音信号の強度が小さい場合であっても精度よ
く心音信号が決定できる。

【００１１】また、前記目的を達成するための請求項２
に係る発明は、前記心音特徴情報は、予め前記被測定者
の胸部で測定した心音信号を周波数解析して決定される
その心音信号の有する周波数帯域（以下、心音周波数帯
域という）であり、前記心音決定手段は、前記生体信号
から前記記憶装置に記憶された心音周波数帯域の信号を
抽出するものであることを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、記憶装置には、予め被
測定者の胸部で測定された心音信号に基づいて決定され
た被測定者に固有の心音周波数帯域が記憶され、心音決
定手段により、心音センサによって検出された生体信号
から上記心音周波数帯域の成分が抽出されるので、全体
の信号強度に対して心音信号の強度が小さい場合であっ
ても精度のよい心音信号が抽出できる。

【００１３】また、前記目的を達成するための請求項３
に係る発明は、前記心音特徴情報は、予め前記被測定者
の胸部で測定した心音信号の所定区間の信号であり、前
記心音決定手段は、前記心音センサによって検出された
生体信号から、前記記憶装置に記憶された所定区間の心
音信号と最も形状が一致する区間の生体信号を心音信号
に決定するものであることを特徴とする。

【００１４】この発明によれば、記憶装置に心音特徴情
報として記憶されている心音信号の所定区間は、予め被
測定者の胸部で測定されているので、信号雑音比が大き
く且つ被測定者に固有の信号である。心音決定手段で
は、心音センサによって検出された生体信号から、その
所定区間の信号と最も形状が一致する区間の生体信号が
心音信号に決定されるので、生体信号に含まれる心音信
号の強度が小さくてもその生体信号から精度のよい心音
信号を決定することができる。

【００１５】また、前記目的を達成するための請求項４
に係る発明は、前記心音特徴情報は、予め前記被測定者
の胸部で測定した心音信号が時間および周波数について
解析され、その解析によって得られた時間周波数解析波
形に基づいて決定された所定区間の心音成分の波形であ
り、前記心音決定手段は、前記心音センサによって検出
された生体信号から、前記記憶装置に記憶された所定区
間の心音成分の波形と最も形状が一致する区間の生体信
号を心音信号に決定するものであることを特徴とする。

【００１６】この発明によれば、記憶装置には、予め被
測定者の胸部で測定された被測定者の心音信号に含まれ
る所定区間の心音成分が記憶され、心音決定手段によ
り、生体信号のうちその所定区間の心音成分の波形と最
も形状が一致する区間が心音信号として決定されること
から、生体信号からより精度のよい心音信号を決定する
ことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用さ
れ、心音検出装置の機能を備えた脈波伝播速度測定装置
１０の構成を示すブロック図である。なお、この脈波伝
播速度測定装置１０は、血圧測定機能も備えている。

【００１８】図において、１２はカフであって、たとえ
ば患者の右腕の上腕部１４に巻回される。上記カフ１２
は、そのカフ１２の展開図である図２に示すように、帯
状の腕帯袋１６によって全体が覆われている。この腕帯
袋１６は、伸展性がなく且つ比較的剛性の高い布製であ
り、長手方向長さは上腕の血圧測定に用いられる一般的
なカフと同じ長さであり、幅方向長さは上記一般的なカ
フよりも後述する小カフ２０の幅方向長さ分だけ長くさ
れている。

【００１９】腕帯袋１６の内部には、長手方向が上腕部
１４の周囲長と略同程度の長さ（たとえば２４cm）とさ
れた大カフ１８および小カフ２０が設けられている。こ
れら大カフ１８および小カフ２０は、ゴム製の袋であ
る。大カフ１８の幅方向長さは、上腕の血圧測定に用い
られる一般的なカフに備えられたゴム嚢と同じ大きさと
され、小カフ２０の幅方向長さは、大カフ１８の幅方向
長さよりも短く、例えば２cm程度とされている。それら
大カフ１８と小カフ２０とは、長手方向の一辺が互いに
接するように配置されており、カフ１２が上腕部１４に
巻回された状態では小カフ２０はカフ１２の巻き軸方向
下端に位置する。また、大カフ１８および小カフ２０
は、それらの内部へ空気を導入するための配管２２、２
４とそれぞれ連通させられている。

【００２０】また、腕帯袋１６には、カフ１２が上腕部
１４に巻回されたときに内周面となる側であって、カフ
１２が上腕部１４に巻回されたときに小カフ２０によっ
て圧迫される位置に、幅方向長さが小カフ２０と略同じ
可撓性基板２６が固設されている。その可撓性基板２６
には、４つの圧脈波センサ２８がカフ１２の長手方向に
一直線上に固定されている。また、それら圧脈波センサ
２８の間の隙間は比較的狭く、たとえば、0.9mmとされ
ている。なお、この圧脈波センサ２８によって検出され
る圧脈波信号SMには、上腕動脈波成分に加えて心音成分
が含まれるので、圧脈波センサ２８は心音センサとして
機能する。

【００２１】図３は、上記圧脈波センサ２８の平面図で
ある。圧脈波センサ２８の押圧面３０は、単結晶シリコ
ンなどから成る半導体チップによって形成され、カフ１
２の長手方向（図３の横方向）における長さが、たとえ
ば１３mm程度とされている。その押圧面３０には、多数
の半導体感圧素子（すなわち圧力検出素子）３２が一定
の間隔でカフ１２の長手方向に一直線上に配列されてお
り、本実施例の圧脈波センサ２８では、１５個の半導体
感圧素子３２が0.2mm間隔で配列されている。

【００２２】図１に戻って、大カフ１８には、圧力セン
サ３４、排気制御弁３６、および空気ポンプ３８が配管
２２を介してそれぞれ接続されている。排気制御弁３６
は、大カフ１８内への圧力の供給を許容する圧力供給状
態、大カフ１８内を徐々に排圧する徐速排圧状態、およ
び大カフ１８内を急速に排圧する急速排圧状態の３つの
状態に切り換えられるように構成されている。

【００２３】圧力センサ３４は、大カフ１８内の圧力PK
1を検出してその圧力PK1を表す第１圧力信号SP1を図示
しない増幅器を介してローパスフィルタ４０およびハイ
パスフィルタ４２へそれぞれ供給する。上記ローパスフ
ィルタ４０は圧力信号SP1に含まれる定常的な圧力すな
わち大カフ１８の圧迫圧力を表すカフ圧信号SKを弁別し
てそのカフ圧信号SKをA/D変換器４４を介して演算制御
装置４６へ供給する。一方、ハイパスフィルタ４２に供
給された第１圧力信号SP1は、たとえば0.8Hz以上の周波
数成分のみが通過させられて図示しない増幅器を介して
ローパスフィルタ４８に供給される。ローパスフィルタ
４８は、たとえば10.8Hz以下の周波数成分のみを通過さ
せる。ローパスフィルタ４８を通過させられた信号は、
圧力信号SP1の振動成分であるカフ脈波信号SWを表し、
このカフ脈波信号SWはA/D変換器５０を介して演算制御
装置４６へ供給される。

【００２４】小カフ２０には、圧力センサ５２、調圧弁
５４、および空気ポンプ５６が配管２４を介してそれぞ
れ接続されている。圧力センサ５２は小カフ２０内の圧
力PK2を表す第２圧力信号SP2をA/D変換器５８を介して
演算制御装置４６へ供給する。調圧弁５４は、空気ポン
プ５６からの圧力空気を演算制御装置４６からの信号に
従って調圧して小カフ２０へ供給する。

【００２５】マルチプレクサ６０は、演算制御装置４６
からの切替信号SCに従って、４つの圧脈波センサ２８に
それぞれ1５個ずつ合計６０個備えられた半導体感圧素
子３２から出力される圧脈波信号SMを、所定の時間ずつ
順次、増幅器６２へ出力する。EPROM(erasable program
mable ROM)６４には、上記６０個の半導体感圧素子３２
の相互のセンサ感度差をなくすための補正信号が半導体
感圧素子３２毎に記憶されており、上記切替信号SCに従
うことによってマルチプレクサ６０に同期させられて、
マルチプレクサ６０によって読み込まれた圧脈波信号SM
を出力している半導体感圧素子３２に対応する上記補正
信号をD/A変換器６８に出力する。

【００２６】前記増幅器６２によって増幅された圧脈波
信号SMとともに上記D/A変換器６８によってアナログ信
号に変換された補正信号が増幅器７０に供給されること
によって、圧脈波信号SMは一定のセンサ感度によって検
出されたものに補正される。そして、その補正された圧
脈波信号SMはA/D変換器７２を介して演算制御装置４６
の図示しないI/Oポートに供給される。

【００２７】心音マイク７４は、生体の胸部表皮上の所
定部位に装着されて、生体の心音を検出し、その心音を
表す心音信号SHをA/D変換器７６を介して演算制御装置
４６へ供給する。記憶装置７８は、ＲＡＭ、磁気ディス
ク装置（ＨＤＤ）、リムーバブルメディア（ＭＯ，ＤＶ
Ｄなど）等であり、後述する心音周波数帯域RFや基準波
形等の心音特徴情報が記憶される。

【００２８】演算制御装置４６は、CPU８０、ROM８２、
RAM８４等を備えた所謂マイクロコンピュータであり、C
PU８０はROM８２に記憶されたプログラムに従いつつRAM
８４の記憶機能を利用して信号処理を実行することによ
り、血圧測定のための排気制御弁３６および空気ポンプ
３８の制御、圧脈波測定のための調圧弁５４および空気
ポンプ５６の制御、血圧値BPの決定、心音の抽出、脈波
伝播時間PWVの算出などを行い、その決定した血圧値BP
や脈波伝播速度PWVなどを表示器８６に表示する。

【００２９】図４は、脈波伝播速度測定装置１０におけ
る演算制御装置４６の制御機能のうち、心音を検出しそ
の心音に基づいて脈波伝播速度を算出する機能の要部を
説明する機能ブロック線図である。

【００３０】心音特徴情報決定手段９０は、時間周波数
解析手段９２と心音周波数帯域決定手段９４と基準波形
決定手段９６とからなる。時間周波数解析手段９２は、
心音マイク７４から供給された心音信号SHを時間および
周波数について解析する（すなわち時間周波数解析す
る）。この時間周波数解析とは、信号を時間と周波数の
両面から同時に解析して周波数解析値の時間変化を示す
ものであり、たとえば、ウェーブレット変換や、所定の
時間区分毎の高速フーリエ変換(FFT)等の手法が用いら
れる。

【００３１】上記ウェーブレット変換とは、図５にその
一例が示されるウェーブレット関数ψ(t)を、時間軸方
向に平行移動させる移動変数ｂと、ウェーブレット関数
ψ(t)が表す波形の時間軸方向の大きさを伸縮させる伸
縮変数ａとの関数として、そのウェーブレット関数ψ
((t-b)/a)と心音信号SHを表す関数f(t)との積を時間tに
ついて積分して得られる上記aおよびbの関数として定義
される。すなわち、下記式１のように定義される。な
お、上記ウェーブレット関数ψ((t-b)/a)において、伸
縮変数aに対応してψ(t)の幅がa倍になることから、1/a
が周波数に対応し、移動変数bに対応してψ(t)が時間軸
方向に平行移動することから、bは時間に対応する。

【００３２】

【数１】

【００３３】図６、図７は、上記式１のウェーブレット
変換式の意味を説明するための図であり、図６(A)は、
パラメータa,bを適当に選ぶことにより、ウェーブレッ
ト関数ψ((t-b)/a)がある関数g(t)の一部分に略一致し
ている状態を示し、図７(A)は、ウェーブレット関数ψ
((t-b)/a)がある関数h(t)の一部分を近似していない状
態を示している。そして、図６(B)および図７(B)は、図
６(A)および図７(A)の場合におけるウェーブレット関数
ψ((t-b)/a)と関数g(t)またはh(t)との積をそれぞれ示
す図である。図６(B)に示されるように、ウェーブレッ
ト関数ψ((t-b)/a)が関数g(t)の一部分に略一致してい
る場合は、ψ((t-b)/a)とg(t)との積は符号の変化がな
いので、積分値は大きくなる。しかし、図７(B)に示さ
れるように、ウェーブレット関数ψ((t-b)/a)が関数h
(t)の一部分を近似していない場合は、ψ((t-b)/a)とh
(t)との積はtの変化とともに激しく符号が変化するの
で、積分値は小さくなる。従って、上記式１は、パラメ
ータａ、ｂを変更することにより、ウェーブレット関数
ψ((t-b)/a)が、心音信号SHを表す関数f(t)の一部分に
似ている場合に大きい値を示し、心音信号SHを表す関数
f(t)の一部分に似ていない場合は小さい値を示す。

【００３４】上記式１において、周波数に対応する伸縮
変数aおよび時間に対応する移動変数bを逐次変化させて
いき、その都度、ウェーブレット変換を行なうと、時
間、周波数、および信号強度の三次元の時間周波数解析
波形が得られる。図８(a)は、心音マイク７４から供給
された心音信号SHの一例を示し、図８(b)は、図８(a)の
心音信号SHをウェーブレット変換して得た時間周波数解
析波形を、等高線図（等強度線図）として表した図であ
る。

【００３５】また、高速フーリエ変換は、所定の時間区
分内に得られた信号（この信号は、時間と信号強度の二
次元の信号である）を周波数および信号強度の二次元の
信号に変換するものであるので、上記時間区分を移動さ
せ、その都度、高速フーリエ変換を行なうと、前述のウ
ェーブレット変換と同様に、時間、周波数、および信号
強度の三次元の時間周波数解析波形が得られる。

【００３６】心音周波数帯域決定手段９４は、上記時間
周波数解析手段９２により得られた時間周波数解析波形
に基づいて、心音マイク７４から供給された心音信号SH
が有する心音周波数帯域RFを決定し、その決定した心音
周波数帯域RFを記憶装置７８に記憶する。この心音周波
数帯域RFは、心音のI音およびII音など心音のすべての
信号が有する周波数帯域であってもよいが、ここでは、
心音の一部の信号として心音のII音が有する周波数帯域
を決定する。たとえば、図８(b)に示す時間周波数解析
波形が得られた場合、その時間周波数解析波形のII音が
発生している区間において、信号強度が予め設定された
基準強度以上である周波数帯域を心音周波数帯域RFに決
定する。図８(b)には、この心音周波数帯域決定手段９
４により決定される心音周波数帯域RFの一例を示してい
る。なお、この心音周波数帯域RFは被測定者に固有の心
音特徴情報である。

【００３７】基準波形決定手段９６は、心音マイク７４
から供給された心音信号SHの所定区間の信号から、心音
周波数帯域決定手段９４により決定された心音周波数帯
域RFの成分を抽出し、その抽出した信号を基準波形に決
定するとともに、その基準波形における所定の基準点の
位置を決定する。そして、その決定した基準波形および
基準点を記憶装置７８に記憶する。なお、上記基準波形
も被測定者に固有の心音特徴情報である。ここで、上記
所定区間とは、診断に必要な点或いは区間を含む区間で
あり、この脈波伝播速度測定装置１０では後述する脈波
伝播速度算出手段１１０において心音のII音の開始点を
必要とするので、上記所定区間とは、II音の開始点を含
む区間であり、上記基準点とはII音の開始点である。

【００３８】小カフ圧制御手段９８は、圧力センサ５２
からの第２圧力信号SP2に従って調圧弁５４および空気
ポンプ５６を制御して、小カフ２０内の圧力PK2を予め
設定された所定の目標圧力PM2にまで昇圧し、その圧力
を維持する。上記目標圧力PM2は、カフ１２の内周面に
固設された圧脈波センサ２８の押圧面３０が、上腕部１
４に密着するが上腕部１４内の上腕動脈１００の血流を
阻害しない程度の圧力に設定されている。

【００３９】最適素子決定手段１０２は、４つの圧脈波
センサ２８に備えられた６０個の半導体感圧素子３２か
ら、心音を抽出するのに最も適した半導体感圧素子３２
（以下、これを最適検出素子Aという）を一つ決定す
る。図９は、カフ１２が上腕部１４に巻回された状態を
示す断面図であり、図９に示すように、各圧脈波センサ
２８の押圧面３０に備えられている半導体感圧素子３２
と上腕部１４内の上腕動脈１００との距離は半導体感圧
素子３２毎に異なるので、上腕動脈１００に近い半導体
感圧素子３２すなわち上腕動脈１００の真上あるいはそ
の付近に位置する半導体感圧素子３２を、最も感度良く
圧脈波を検出できる最適検出素子Aに決定することが好
ましい。図１０は、各半導体感圧素子３２と、その半導
体感圧素子３２によって検出された圧脈波信号SMの振幅
の大きさとの関係を例示する図である。なお、図１０に
おいて横軸の半導体感圧素子番号とは、一直線上に配列
された半導体感圧素子３２の一方の端からの順番であ
る。相対的に上腕動脈１００に近い半導体感圧素子３２
によって検出される圧脈波信号SMの振幅は、相対的に上
腕動脈１００から遠い半導体感圧素子３２によって検出
される圧脈波信号SMに比較して大きくなるので、最適素
子決定手段１０２は、たとえば、図１０に示す関係にお
いて相対的に振幅の大きい圧脈波信号SMを検出した半導
体感圧素子３２、特に好ましくは最大振幅を検出した半
導体感圧素子３２を最適検出素子Aに決定する。

【００４０】第１心音決定手段として機能するフィルタ
処理手段１０４は、記憶装置７８に記憶された心音周波
数帯域RFに基づいて、上記最適検出素子Aから出力され
る圧脈波信号SMをデジタルフィルタ処理することによ
り、その圧脈波信号SMから上記心音周波数帯域RFの成分
の信号を通過させる。これにより、圧脈波信号SMから、
その圧脈波信号SMにごく弱く含まれる心音のII音成分の
周波数帯域の信号が抽出される。

【００４１】第２心音決定手段１０６は、上記フィルタ
処理手段１０４によって抽出された信号のうち、記憶装
置７８に記憶されている基準波形と最も形状が一致する
区間を決定する。このようにして決定された区間の信号
は、圧脈波信号SMに含まれる基準波形成分に相当するの
で、基準波形が心音のII音に決定されている場合には、
第２心音決定手段１０６により決定された区間の信号は
圧脈波信号SMに含まれている心音のII音成分に相当す
る。また、第２心音決定手段１０６は、上記区間の決定
とともに、基準波形とフィルタ処理手段１０４によって
抽出された信号とが最も一致する状態で、基準波形のII
音の開始点の位置する時間を決定する。この時間は、圧
脈波信号SMにおいてII音の開始点が検出された時間に相
当する。ここで、フィルタ処理手段１０４によって抽出
された信号から基準波形と最も一致する区間を決定する
には、たとえば以下のようにする。すなわち、フィルタ
処理手段１０４によって抽出された信号と基準波形との
相互相関関数を求め、その相互相関関数が最大となると
きに基準波形と重なる区間を上記区間に決定する。

【００４２】ノイズ除去手段１０８は、上記最適検出素
子Aから出力される圧脈波信号SMから上腕動脈１０２の
脈動によって発生する圧脈波BAPを抽出するために、そ
の圧脈波信号SMから圧脈波BAPにとってはノイズとなる
成分をデジタルフィルタ処理によって除去する。圧脈波
BAPは脈拍周期の脈波であることから、たとえば、この
ノイズ除去手段１０２では、圧脈波信号SMから50Hz以上
の周波数成分を除去する。図１１に、ノイズ除去手段１
０８によってノイズが除去された圧脈波BAPの一例を示
す。

【００４３】脈波伝播速度算出手段１１０は、第２心音
決定手段１０６によって決定されたII音の開始点の検出
時間と、前記ノイズ除去手段１０８によってノイズが除
去された圧脈波BAPにおいて心音のII音と対応する部位
すなわちノッチが検出された時間との検出時間差を、大
動脈弁から圧脈波センサ２８が装着されている部位まで
を脈波が伝播する脈波伝播時間DT(sec)として算出し、
さらに、その脈波伝播時間DTを、予め設定された式２に
代入して脈波伝播速度PWV(m/sec)を算出し、その算出し
た脈波伝播速度PWVを表示器８６に表示する。なお、式
２においてＬは大動脈起始部から最適検出素子Aが装着
されている部位までの血管の長さ(m)であり、予め実験
に基づいて決定されている。（式２）ＰＷＶ＝Ｌ／Ｄ
Ｔ

【００４４】図１２および図１３は、図４の機能ブロッ
ク線図に示した演算制御装置４６の制御作動をさらに具
体的に説明するためのフローチャートであって、図１２
は心音特徴情報決定ルーチンであり、図１３は脈波伝播
速度算出ルーチンである。

【００４５】まず、図１２の心音特徴情報決定ルーチン
を説明する。この心音特徴情報決定ルーチンは、図１３
の脈波伝播速度算出ルーチンの実行に先立って予め実行
される。また、心音特徴情報決定ルーチンの実行におい
ては、心音マイク７４が胸部に装着されていればよく、
カフ１２が上腕１４に装着されていなる必要はない。

【００４６】まず、ステップＳＡ１（以下、ステップを
省略する。）では、タイマtの内容に「０」が入力され
る。続くＳＡ２では、心音マイク７４から供給される心
音信号SHが読み込まれる。そして、続くＳＡ３ではタイ
マtに「１」が加算され、続くＳＡ４では、タイマtが一
般的な脈拍周期の一拍分に相当する時間に予め設定され
た読み込み時間T1を超えたか否かが判断される。この判
断が否定された場合には、前記ＳＡ２以下が実行されて
心音信号SHの読み込みが継続される。ここで読み込まれ
る心音信号SHは、胸部に装着された心音マイク７４によ
って検出されるものであるので、上腕部１４に装着され
た圧脈波センサ２８によって検出される圧脈波信号SMに
おいて心音成分を信号とし他の成分を雑音とした場合の
信号雑音比より、信号雑音比の大きい信号である。

【００４７】一方、上記ＳＡ４の判断が肯定された場合
には、続いて、心音特徴情報決定手段９０に相当するＳ
Ａ５からＳＡ８が実行される。まず、ＳＡ５では、前記
ＳＡ２およびＳＡ４の繰り返しにより読み込まれた心音
信号SHについて、心音の特徴点の決定などに一般的に用
いられるスムージングエナジーカーブの手法を用いて心
音のII音の開始点および終了点が決定され、その開始点
および終了点の位置および検出時間が記憶装置７８に記
憶される。

【００４８】続いて時間周波数解析手段９２に相当する
ＳＡ６が実行される。ＳＡ６では、前記ＳＡ２およびＳ
Ａ４の繰り返しにより読み込まれた心音信号SHがウェー
ブレット変換されて、図８(b)に示すような時間周波数
解析波形が決定される。

【００４９】続いて心音周波数帯域決定手段９４に相当
するＳＡ７が実行される。ＳＡ７では、上記ＳＡ６で得
られた時間周波数解析波形のうち前記ＳＡ５で決定され
たII音の開始点から終了点までの波形の強度が予め設定
された基準強度以上である周波数の範囲が、被測定者に
固有の心音のII音に関する心音周波数帯域RFに決定さ
れ、且つ、その心音周波数帯域RFが記憶装置７８に記憶
される。

【００５０】続いて、基準波形決定手段９６に相当する
ＳＡ８が実行される。ＳＡ８では、前記ＳＡ２乃至ＳＡ
４の繰り返しによって読み込まれた心音信号SHのうち、
前記ＳＡ５で決定されたII音の開始点から終了点までの
信号から、上記ＳＡ７で決定された心音周波数帯域RFの
成分が抽出され、その抽出された波形が基準波形として
記憶装置７８に記憶される。ＳＡ２で読み込まれた心音
信号SHはS/N比が比較的大きい信号であるが、このＳＡ
８で抽出された波形は、ＳＡ２で読み込まれた心音信号
SHのII音の開始点から終了点までの波形から、さらにノ
イズが除去された波形である。

【００５１】次に、図１３に示す脈波伝播速度算出ルー
チンを説明する。この脈波伝播速度算出ルーチンの実行
においては、心音マイク７４は装着されている必要はな
く、カフ１２が上腕１４に装着されていればよい。な
お、この脈波伝播速度算出ルーチンは、大カフ１８によ
って上腕部１４が圧迫されていない状態で実行される。

【００５２】まず小カフ圧制御手段９８に相当するＳＢ
１では、空気ポンプ５６が起動させられ、且つ調圧弁５
４が制御されることによって、小カフ２０の圧迫圧PK2
が４０mmHg程度の比較的低い圧力に設定される。

【００５３】続くＳＢ２では、タイマtの内容に「０」
が代入されることによりタイマtがクリアされる。続く
ＳＢ３では、マルチプレクサ６０およびEPROM６４を脈
拍周期よりも十分に短い周期で切り替えさせるための切
替信号SCが出力され、続くＳＢ４では、マルチプレクサ
６０から供給される圧脈波信号SMが読み込まれる。

【００５４】続くＳＢ５ではタイマtに「１」が加算さ
れ、続くＳＢ６では、タイマtが圧脈波信号SMについて
予め設定された読み込み時間T2以上となったか否かが判
断される。この読み込み時間T2も、前記読み込み時間T1
と同様に、たとえば一般的な脈拍周期の一拍分に設定さ
れる。前記ＳＢ３においてEPROM６４に切替信号SCが出
力されると、EPROM６４からは６０個の半導体感圧素子
３２によって検出された圧脈波信号SMが順次出力される
ので、ＳＢ３〜ＳＢ６の繰り返しにおけるＳＢ４では、
それら６０個の半導体感圧素子３２によって検出された
圧脈波信号SMが順次読み込まれる。

【００５５】続いて最適素子決定手段１０２に相当する
ＳＢ７乃至ＳＢ８が実行される。まず、ＳＢ７では、前
記ＳＢ３〜ＳＢ６の繰り返しにおいて読み込まれた各圧
脈波信号SMの振幅の大きさがそれぞれ決定され、続くＳ
Ｂ８では、上記ＳＢ７で決定された振幅から最大振幅が
決定され、その最大振幅を検出した半導体感圧素子３２
が最適検出素子Aに決定される。

【００５６】続いてフィルタ処理手段１０４に相当する
ＳＢ９が実行される。そのＳＢ９では、上記Ｓ７で決定
された最適検出素子Aによって検出された圧脈波信号SM
から、図１２のＳＡ７で記憶された心音周波数帯域RFの
成分が抽出される。これにより、圧脈波信号SMから被測
定者の心音のII音が有する周波数帯域の信号が抽出され
る。

【００５７】続いて第２心音決定手段１０６に相当する
ＳＢ１０〜ＳＢ１１が実行される。まず、ＳＢ１０で
は、上記ＳＢ９で抽出された信号と、図１２のＳＡ８で
記憶された基準波形との相互相関関数が決定される。そ
して、続くＳＢ１１では、その相互相関関数が最大とな
るときの、ＳＢ９で抽出された波形に対する基準波形の
位置が決定され、且つ、その基準波形の位置において図
１２のＳＡ５で決定されたII音の開始点の位置がII音の
開始点の発生時間に決定される。

【００５８】続いて、ノイズ除去手段１０８に相当する
ＳＢ１２において、前記最適検出素子Aによって検出さ
れた圧脈波信号SMから50Hz以上の周波数成分を除去する
デジタルフィルタ処理が施される。これにより、圧脈波
信号SMから圧脈波BAPが抽出される。続くＳＢ１３で
は、上記ＳＢ１２で抽出された圧脈波BAPに基づいて、
心音のII音の開始点に対応する部位である圧脈波BAPの
ノッチの発生時点が決定される。

【００５９】続いて、脈波伝播速度算出手段１１０に相
当するＳＢ１４〜ＳＢ１６が実行される。まずＳＢ１４
では、ＳＢ１１で決定されたII音の開始点の発生時点
と、ＳＢ１３で決定された圧脈波BAPのノッチの発生時
点との時間差DTが算出される。そして、続くＳＢ１５で
は、上記ＳＢ１４で算出された時間差DTが前記式２に代
入されることによって、脈波伝播速度PWVが算出され、
続くＳＢ１６では、その脈波伝播速度PWVが表示器８６
に表示される。

【００６０】上述のフローチャートに基づく実施例によ
れば、記憶装置７８には、被測定者の心音信号SHに固有
の心音特徴情報すなわち心音周波数帯域RFおよび基準波
形が記憶され、ＳＢ１０乃至ＳＢ１１（第２心音決定手
段１０６）において、その被測定者固有の基準波形に基
づいて、圧脈波センサ２８によって検出された圧脈波信
号SMから心音のII音の開始点が決定されるので、全体の
信号強度に対して心音信号の強度が小さい場合であって
も精度よく心音のII音の開始点が決定できる。

【００６１】すなわち、上述のフローチャートに基づく
実施例によれば、ＳＡ７において、記憶装置７８に、予
め被測定者の胸部で測定された心音信号SHに基づいて決
定された被測定者に固有の心音周波数帯域RFが記憶さ
れ、ＳＢ９（フィルタ処理手段すなわち第１心音決定手
段１０４）において、圧脈波センサ２８によって検出さ
れた圧脈波信号SMから上記心音周波数帯域RFの成分が抽
出される。さらに、記憶装置７８に基準波形として記憶
されているII音の開始点から終了点までの心音成分は、
予め被測定者の胸部で測定されているので、S/N比が大
きく且つ被測定者に固有の信号である。そして、ＳＢ１
０乃至ＳＢ１１（第２心音決定手段１０６）において、
上記ＳＢ９で抽出された信号のうちその基準波形と最も
形状が一致する区間が心音のII音に決定されることか
ら、圧脈波信号SMから精度のよい心音信号を決定するこ
とができる。

【００６２】以上、本発明の実施形態を図面に基づいて
詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適
用される。

【００６３】たとえば、前述の装置１０では、記憶装置
７８に記憶される心音特徴情報は、心音マイク７４によ
って検出された心音信号SHに基づいて決定されていた
が、記憶装置７８が外部から情報を書き換えることが可
能に構成されている場合には、別の装置において被測定
者の心音が測定されてその心音に基づいて決定された心
音特徴情報が記憶装置７８に書き込まれてもよい。その
ように記憶装置７８に記憶される心音特徴情報が別の装
置で決定される場合には、心音マイク７４は設けられて
いなくてもよい。

【００６４】また、前述の装置１０では、心音信号SHを
時間周波数解析することによって得た時間周波数解析波
形に基づいて心音周波数帯域RFおよび基準波形を決定
し、フィルタ処理手段（第１心音決定手段）１０４によ
り、圧脈波信号SMから心音周波数帯域RFの信号を抽出す
るするとともに、第２心音決定手段１０６により、その
抽出した信号のうち基準波形と最も一致する区間を心音
のII音に決定していたが、フィルタ処理手段１０４およ
び第２心音決定手段１０６のいずれか一方が設けられて
いなくてもよい。すなわち、圧脈波信号SMから抽出した
心音周波数帯域RFの信号は、それ自体が、生体信号から
抽出した心音信号であるので、第２心音決定手段１０６
が設けられなくてもよい。また、フィルタ処理手段１０
４により圧脈波信号SMから心音周波数帯域RFの信号を抽
出せず、第２心音決定手段１０６により、圧脈波信号SM
と基準波形とを直接比較して基準波形と最も一致する圧
脈波信号SMの区間を心音のII音に決定してもよい。

【００６５】なお、本発明はその主旨を逸脱しない範囲
においてその他種々の変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】心音検出装置の機能を備えた脈波伝播速度測定
装置の構成を示すブロック図である。

【図２】図１のカフの展開図である。

【図３】圧脈波センサの平面図である。

【図４】図１の演算制御装置の制御機能のうち、心音を
検出しその心音に基づいて脈波伝播速度を算出する機能
の要部を説明する機能ブロック線図である。

【図５】ウェーブレット関数の一例を示す図である。

【図６】ウェーブレット関数ψ（（ｔ−ｂ）／ａ）があ
る関数ｇ（ｔ）の一部分に略一致している状態、および
そのときの２つの関数の積を示す図である。

【図７】ウェーブレット関数ψ（（ｔ−ｂ）／ａ）があ
る関数ｈ（ｔ）の一部分を近似していない状態、および
そのときの２つの関数の積を示す図である。

【図８】(a)は心音マイク７４から供給された心音信号S
Hの一例を示し、(b)は(a)の心音信号SHをウェーブレッ
ト変換して得た時間周波数解析波形を、等高線図として
表した図である。

【図９】カフが上腕部に巻回された状態を示す断面図で
ある。

【図１０】各半導体感圧素子と、その半導体感圧素子に
よって検出された圧脈波信号SMの振幅の大きさとの関係
を例示する図である。

【図１１】ノイズ除去手段によってノイズが除去された
圧脈波BAPの一例を示す図である。

【図１２】図４の機能ブロック線図に示した演算制御装
置の制御作動をさらに具体的に説明するためのフローチ
ャートであって、心音特徴情報決定ルーチンを示す図で
ある。

【図１３】図４の機能ブロック線図に示した演算制御装
置の制御作動をさらに具体的に説明するためのフローチ
ャートであって、脈波伝播速度算出ルーチンを示す図で
ある。

【符号の説明】

１０：脈波伝播速度測定装置（心音検出装置）２８：圧脈波センサ（心音センサ）７８：記憶装置１０４：フィルタ処理手段（第１心音決定手段）１０６：第２心音決定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−309075（ＪＰ，Ａ) 特開2001−128946（ＪＰ，Ａ) 特開2000−333911（ＪＰ，Ａ) 実開平４−3709（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5957866（ＵＳ，Ａ) 米国特許5557681（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 5/02 - 5/03

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定者の心音信号の特徴を表す心音特
徴情報を記憶した記憶装置と、前記被測定者の胸部から離れた所定部位に装着され、心
音信号を含む生体信号を検出して出力する心音センサ
と、前記記憶装置に記憶された心音特徴情報に基づいて、前
記生体信号に含まれる心音成分を決定する心音決定手段
とを含むことを特徴とする心音検出装置。
【請求項２】前記心音特徴情報は、予め前記被測定者
の胸部で測定した心音信号を周波数解析して決定される
該心音信号の有する周波数帯域（以下、心音周波数帯域
という）であり、前記心音決定手段は、前記生体信号から前記記憶装置に
記憶された心音周波数帯域の信号を抽出するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の心音検出装置。
【請求項３】前記心音特徴情報は、予め前記被測定者
の胸部で測定した心音信号の所定区間の信号であり、前記心音決定手段は、前記心音センサによって検出され
た生体信号から、前記記憶装置に記憶された所定区間の
心音信号と最も形状が一致する区間の生体信号を心音信
号に決定するものであることを特徴とする請求項１に記
載の心音検出装置。
【請求項４】前記心音特徴情報は、予め前記被測定者
の胸部で測定した心音信号が時間および周波数について
解析され、該解析によって得られた時間周波数解析波形
に基づいて決定された所定区間の心音成分の波形であ
り、前記心音決定手段は、前記心音センサによって検出され
た生体信号から、前記記憶装置に記憶された所定区間の
心音成分の波形と最も形状が一致する区間の生体信号を
心音信号に決定するものであることを特徴とする請求項
１に記載の心音検出装置。