JP5190954B2 - Heart prosthetic valve sound diagnosis apparatus and program - Google Patents

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Description

本発明は、心臓人工弁の発する音により心臓人工弁の状態、特に機能不全を診断する装置およびプログラムに関する。なお、本明細書において、機能不全とは、人工弁が正常に機能していない状態、および、人工弁が正常に機能しない状態に至ると予想される状態を含む。   The present invention relates to an apparatus and a program for diagnosing a state of a heart prosthetic valve, particularly a malfunction, by a sound emitted from the heart prosthetic valve. In the present specification, the malfunction includes a state in which the artificial valve is not functioning normally and a state in which the artificial valve is expected not to function normally.

感染性心内膜炎や異常性心筋拡大により心臓弁に障害が起こり、心臓人工弁置換手術を受けるケースは、現在、日本全国で年間1万例を超える。しかし,心臓人工弁(以下、単に人工弁とも記す)は,長期間の使用に伴い、血液凝固や生体組織の浸潤等により機能不全を起こし得ることが知られている。そのため、人工弁を再度交換する心臓人工弁再置換術を受ける患者は、現在年間約2500人に達している。   Currently, there are over 10,000 cases of heart valve replacement surgery due to infective endocarditis or abnormal myocardial enlargement, and undergoing heart valve replacement surgery annually in Japan. However, it is known that a heart prosthetic valve (hereinafter also simply referred to as a prosthetic valve) can cause malfunction due to blood coagulation, infiltration of living tissue, and the like with long-term use. Therefore, the number of patients undergoing cardiac prosthetic valve replacement that replaces the prosthetic valve is currently about 2500 per year.

現在、人工弁の機能を診断できる方法として、X線透視法が実用化されている。また、心音波形に対して、スペクトル解析を適用する方法(下記非特許文献1〜3参照)や、ウィグナー分布を適用(非特許文献4参照)する方法が提案されている。
Y. Kagawa, N. Sato, S. Nitta, T. Hongo, M. Tanaka, H. Mohri, T. Horiuchi, Real-time sound spectroanalysis for diagnosis of malfunctioning prosthetic valves. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery 79 (1980) 671-679. A. Gomi, Y. Takeuchi, Y. Okamura, S. Torii, H. Mori, S. Yokoyama, T. Okada, T. Koyama, N. Yamate, The experimental studies to determine the frequency band for the analysis of thrombosed valves. Journal of Artificial Organs 21 (1992) 1334-1338. (in Japanese) N. Sato, M. Miura, M. Itoh, M. Ohmi, K. Haneda, H. Mohri, S. Nitta, M. Tanaka. Sound spectral analysis of prosthetic valvular clicks for diagnosis of thrombosed Bjork-Shiley tilting standard disc valve prostheses. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery 105 (1993) 313-320. J. Hasegawa, K. Kobayashi, Time-frequency domain analysis of the acoustic bio-signal -Successful cases of Wigner distribution applied in medical diagnosis. IEICE Transactions on Fundamentals Electronics, Communications, and Computer Sciences E77-A (1994) 1867-1869.
Currently, X-ray fluoroscopy has been put to practical use as a method for diagnosing the function of an artificial valve. In addition, a method of applying spectrum analysis (see Non-Patent Documents 1 to 3 below) and a method of applying a Wigner distribution (see Non-Patent Document 4) have been proposed.
Y. Kagawa, N. Sato, S. Nitta, T. Hongo, M. Tanaka, H. Mohri, T. Horiuchi, Real-time sound spectroanalysis for diagnosis of malfunctioning prosthetic valves. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery 79 (1980) 671-679. A. Gomi, Y. Takeuchi, Y. Okamura, S. Torii, H. Mori, S. Yokoyama, T. Okada, T. Koyama, N. Yamate, The experimental studies to determine the frequency band for the analysis of thrombosed valves Journal of Artificial Organs 21 (1992) 1334-1338. (In Japanese) N. Sato, M. Miura, M. Itoh, M. Ohmi, K. Haneda, H. Mohri, S. Nitta, M. Tanaka. Sound spectral analysis of prosthetic valvular clicks for diagnosis of thrombosed Bjork-Shiley tilting standard disc valve prostheses.Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery 105 (1993) 313-320. J. Hasegawa, K. Kobayashi, Time-frequency domain analysis of the acoustic bio-signal -Successful cases of Wigner distribution applied in medical diagnosis.IEICE Transactions on Fundamentals Electronics, Communications, and Computer Sciences E77-A (1994) 1867-1869 .

しかし、スペクトル解析はスペクトルの時間変化が考慮できずS/N比が悪い、ウィグナー分布を適用する方法は、容易ではない、信頼性が十分ではない、操作が簡便ではない、頻繁に行える方法ではないなどの理由で、実用化には至っていない。   However, spectral analysis cannot take into account the time variation of the spectrum and the S / N ratio is poor. The method of applying the Wigner distribution is not easy, the reliability is not sufficient, the operation is not simple, and the method can be performed frequently. It has not yet been put to practical use because it is not.

X線透視法は実用化されてはいるが、そのための設備は、大がかりな高額(数億円)の設備であり、国内の限られた医療施設にしか設置されていない。従って、検査に多額の費用と時間を要する問題がある。また、X線を使用するので生体には侵襲的である欠点もある。   Although X-ray fluoroscopy has been put into practical use, the equipment for that purpose is a large, expensive (hundreds of millions of yen) equipment, and is installed only in limited medical facilities in Japan. Therefore, there is a problem that the inspection requires a large amount of cost and time. In addition, since X-rays are used, there is a drawback of being invasive to a living body.

このように、人工弁機能不全は、日常診療の場において簡便に検査する方法が存在せず、早期発見が難しい。そのため早期かつ簡便に機能不全を診断できることが求められている。   As described above, artificial valve dysfunction is difficult to detect at an early stage because there is no simple method for inspecting the valve in daily medical care. Therefore, it is required to be able to diagnose dysfunction early and easily.

本発明は、上記の課題を解決すべく、人工弁が発生する動作音から、非侵襲、手軽かつ迅速にその機能を診断することができる心臓人工弁音診断装置およびプログラムを提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to provide a heart prosthetic valve sound diagnostic apparatus and program capable of diagnosing its function non-invasively and quickly from operation sounds generated by an artificial valve. And

本発明の目的は、以下の手段によって達成される。   The object of the present invention is achieved by the following means.

即ち、本発明に係る心臓人工弁音診断装置は、心臓人工弁の機能不全の診断に利用され得る評価値を計算する装置であって、
人工弁を有する心臓の音を測定する測定部と、
測定された前記音を短時間フーリエ変換する解析部とを備え、
前記解析部が、
前記短時間フーリエ変換によって得られた値を二乗してスペクトログラムを求め、
前記音中の最大ピーク位置の前の第1期間内にあり、且つ1kHz以上の第1高周波数範囲内にある前記スペクトログラムの平均値を求めてHFpreとし、
前記最大ピーク位置の後の第2期間内にあり、且つ1kHz以上の第2高周波数範囲内にある前記スペクトログラムの平均値を求めてHFpostとし、
前記HFpreを前記HFpostで除して得られた値を前記評価値として決定することを特
徴としている。
That is, the heart prosthetic valve sound diagnosis apparatus according to the present invention is an apparatus that calculates an evaluation value that can be used for diagnosis of a malfunction of a heart prosthetic valve,
A measurement unit for measuring the sound of a heart having an artificial valve;
An analysis unit that performs a short-time Fourier transform on the measured sound,
The analysis unit is
Obtain a spectrogram by squaring the value obtained by the short-time Fourier transform,
The average value of the spectrogram that is within the first period before the maximum peak position in the sound and within the first high frequency range of 1 kHz or more is obtained as HF pre ,
An average value of the spectrogram in the second period after the maximum peak position and in the second high frequency range of 1 kHz or more is obtained as HF post ,
A value obtained by dividing the HF pre by the HF post is determined as the evaluation value.

上記の心臓人工弁音診断装置において、前記第1期間が、前記最大ピーク位置の10ms前から前記最大ピーク位置までの期間であり、前記第2期間が、前記最大ピーク位置から前記最大ピーク位置の50ms後までの期間であり、前記第1及び第2周波数範囲が、5kHz以上20kHz以下の範囲であることができる。   In the above heart prosthetic valve sound diagnosis apparatus, the first period is a period from 10 ms before the maximum peak position to the maximum peak position, and the second period is a period from the maximum peak position to the maximum peak position. It is a period until after 50 ms, and the first and second frequency ranges may be in a range of 5 kHz to 20 kHz.

また、上記の心臓人工弁音診断装置は、基準値を記録している記録部をさらに備え、前記評価値が前記基準値から所定値以上減少しているか否かによって、前記人工弁の機能不全が診断されることができる。   The heart valve prosthesis diagnosis device further includes a recording unit that records a reference value, and the prosthetic valve malfunctions depending on whether or not the evaluation value has decreased by a predetermined value or more from the reference value. Can be diagnosed.

また、上記の心臓人工弁音診断装置において、前記基準値が、心臓人工弁が正常に機能している状態で得られた複数の前記評価値から決定された値であることができる。   In the above heart prosthetic valve sound diagnostic apparatus, the reference value may be a value determined from a plurality of the evaluation values obtained in a state where the heart prosthetic valve is functioning normally.

また、上記の心臓人工弁音診断装置において、前記短時間フーリエ変換は、前記音をx(t)、窓関数をw(t)として、   In the above heart valve prosthetic sound diagnosis apparatus, the short-time Fourier transform is performed by setting the sound as x (t) and the window function as w (t).

によって、STFT(t,ω)を求める処理であることができる。 Thus, STFT (t, ω) can be obtained.

本発明に係る心臓人工弁音診断プログラムは、心臓人工弁の機能不全の診断に利用され得る評価値を計算するコンピュータ読取可能なプログラムであって、
コンピュータに、
人工弁を有する心臓の音を測定する第1機能と、
測定された前記音を短時間フーリエ変換する第2機能と、
前記短時間フーリエ変換によって得られた値を二乗してスペクトログラムを求める第3機能と、
前記音中の最大ピーク位置の前の第1期間内にあり、且つ1kHz以上の第1高周波数範囲内にある前記スペクトログラムの平均値を求めてHFpreとする第4機能と、
前記最大ピーク位置の後の第2期間内にあり、且つ1kHz以上の第2高周波数範囲内にある前記スペクトログラムの平均値を求めてHFpostとする第5機能と、
前記HFpreを前記HFpostで除して得られた値を前記評価値として決定する第6機能
とを実現させることを特徴としている。
The heart valve prosthesis diagnosis program according to the present invention is a computer-readable program for calculating an evaluation value that can be used for diagnosis of a heart valve malfunction.
On the computer,
A first function for measuring the sound of a heart having an artificial valve;
A second function for performing a short-time Fourier transform on the measured sound;
A third function for obtaining a spectrogram by squaring the value obtained by the short-time Fourier transform;
A fourth function that obtains an average value of the spectrogram that is within a first period before the maximum peak position in the sound and is within a first high frequency range of 1 kHz or more and sets it as HF pre ;
A fifth function that obtains an average value of the spectrogram within a second period after the maximum peak position and within a second high-frequency range of 1 kHz or more and sets it as HF post ;
And a sixth function of determining a value obtained by dividing the HF pre by the HF post as the evaluation value.

上記の心臓人工弁音診断プログラムにおいて、前記第1期間が、前記最大ピーク位置の10ms前から前記最大ピーク位置までの期間であり、前記第2期間が、前記最大ピーク位置から前記最大ピーク位置の50ms後までの期間であり、前記第1及び第2周波数範囲が、5kHz以上20kHz以下の範囲であることができる。   In the above heart prosthetic valve sound diagnosis program, the first period is a period from 10 ms before the maximum peak position to the maximum peak position, and the second period is a period from the maximum peak position to the maximum peak position. It is a period until after 50 ms, and the first and second frequency ranges may be in a range of 5 kHz to 20 kHz.

また、上記の心臓人工弁音診断プログラムは、前記コンピュータに、基準値を記録する機能をさらに実現させ、前記評価値が前記基準値から所定値以上減少しているか否かによって、前記人工弁の機能不全が診断されることができる。   The heart valve prosthesis diagnosis program further realizes a function of recording a reference value in the computer, and determines whether the evaluation value of the prosthetic valve depends on whether or not the evaluation value has decreased by a predetermined value or more from the reference value. Dysfunction can be diagnosed.

また、上記の心臓人工弁音診断プログラムにおいて、前記基準値が、心臓人工弁が正常に機能している状態で得られた複数の前記評価値から決定された値であることができる。   In the above heart prosthetic valve sound diagnosis program, the reference value may be a value determined from a plurality of the evaluation values obtained in a state where the heart prosthetic valve is functioning normally.

また、上記の心臓人工弁音診断プログラムにおいて、前記短時間フーリエ変換が、前記音をx(t)、窓関数をw(t)として、   Further, in the above heart prosthetic valve sound diagnosis program, the short-time Fourier transform is such that the sound is x (t) and the window function is w (t).

によって、STFT(t,ω)を求める処理であることができる。 Thus, STFT (t, ω) can be obtained.

本発明によれば、心臓人工弁が発生する動作音から、非侵襲、手軽かつ迅速にその機能を診断するために使用され得る評価値HFRを求めることができる。従って、新たに得られたHFRを提示された医師は、そのHFRを過去のHFRと比較することによって、人工弁の機能不全を診断することができる。   According to the present invention, it is possible to obtain an evaluation value HFR that can be used for diagnosing a function of a heart prosthetic valve non-invasively, easily and quickly. Therefore, the doctor who is presented with the newly obtained HFR can diagnose the malfunction of the prosthetic valve by comparing the HFR with the past HFR.

また、本発明をコンピュータプログラムまたは携帯型装置として実現すれば、心臓に人工弁を有する人が、簡便に人工弁の状態を把握することが可能になる。   Moreover, if the present invention is realized as a computer program or a portable device, a person having an artificial valve in the heart can easily grasp the state of the artificial valve.

以下、本発明に係る実施の形態を、添付した図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施の形態に係る心臓人工弁音診断装置(以下、単に診断装置とも記す)を示す概略構成図である。本診断装置は、聴診器1に取り付けられたマイク2と、電気ケーブル(図示せず)を介して伝送されるマイク2の出力信号を採取する測定部3と、データを記録する記録部4と、採取されたデータを解析する解析部5と、測定部3、記録部4及び解析部5の間でデータを伝送するデータバス6とを備えている。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a heart prosthetic valve sound diagnostic apparatus (hereinafter also simply referred to as a diagnostic apparatus) according to an embodiment of the present invention. The diagnostic apparatus includes a microphone 2 attached to the stethoscope 1, a measurement unit 3 that collects an output signal of the microphone 2 transmitted via an electric cable (not shown), and a recording unit 4 that records data. , An analysis unit 5 for analyzing the collected data, and a data bus 6 for transmitting data between the measurement unit 3, the recording unit 4, and the analysis unit 5.

聴診器1のチェストピース7が、心臓に人工弁を有する被験者の胸に当接されることによって、マイク2が心音を電気信号に変換して出力する。従って、マイク2は、チェストピース7によって検出される被験者の心音を効率よく採取するのに適した位置に配置され
ることができる。マイク2の大きさ、感度などを考慮して、例えば、チェストピース7及びチューブ8の接合部、チューブ8の途中などに配置され得る。マイク2の配置位置は、特開2005−525521号公報、特開2008−206593などによって公知であるので説明を省略する。
When the chest piece 7 of the stethoscope 1 is brought into contact with the chest of a subject having an artificial valve in the heart, the microphone 2 converts the heart sound into an electrical signal and outputs it. Therefore, the microphone 2 can be disposed at a position suitable for efficiently collecting the heart sound of the subject detected by the chest piece 7. In consideration of the size and sensitivity of the microphone 2, for example, the microphone 2 can be disposed at the junction between the chest piece 7 and the tube 8 or in the middle of the tube 8. The arrangement position of the microphone 2 is well known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-525521, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-206593, and the like, and thus the description thereof is omitted.

なお、人工弁に置換される心臓弁は主に僧帽弁と大動脈弁とであり、その位置が異なる。従って、本発明において心音を測定する場合、置換されている人工弁を考慮して、被験者の胸の適切な位置にチェストピース7が当接されることが望ましい。これは医師によって容易に行われ得る。   The heart valve replaced with the artificial valve is mainly a mitral valve and an aortic valve, and their positions are different. Therefore, when measuring heart sounds in the present invention, it is desirable that the chest piece 7 is brought into contact with an appropriate position of the subject's chest in consideration of the replaced artificial valve. This can be easily done by a physician.

測定部3は、マイク2からのアナログ信号を、所定の時間間隔でサンプリングしてディジタルデータとして採取する。マイク2からの信号は、イコライザやアンプを介した後に、採取されてもよい。   The measurement unit 3 samples the analog signal from the microphone 2 at a predetermined time interval and collects it as digital data. The signal from the microphone 2 may be collected after passing through an equalizer or an amplifier.

記録部4、解析部5および内部バス6には、例えばコンピュータを使用することができ、その場合、解析部5は、演算処理装置(CPU)、一時記憶装置(RAM)などで構成される。さらに、測定部3の機能を有するコンピュータ用拡張ボードを内部バス6に搭載すれば、それらを一体に構成することができる。   For example, a computer can be used as the recording unit 4, the analysis unit 5, and the internal bus 6, and in this case, the analysis unit 5 includes an arithmetic processing device (CPU), a temporary storage device (RAM), and the like. Furthermore, if a computer expansion board having the function of the measurement unit 3 is mounted on the internal bus 6, they can be configured integrally.

解析部5は、例えば記録部4から解析対象のデータを読み出し、後述する解析処理を実行する。この解析結果を用いて、例えば医師によって、心臓人工弁が正常に機能しているか否かが判断され得る。   For example, the analysis unit 5 reads data to be analyzed from the recording unit 4 and executes an analysis process to be described later. Using this analysis result, for example, a doctor can determine whether or not the heart prosthetic valve is functioning normally.

本心臓人工弁音診断装置の動作について、図2に示したフローチャートに基づいて具体的に説明する。なお、以下の説明において、解析部5は、内部の一時記憶装置を、記録部4から読み出したデータの記憶領域、計算のワーク領域、計算の途中結果の記憶領域などに利用して、各処理を行うこととする。   The operation of the heart prosthetic valve sound diagnosis apparatus will be specifically described based on the flowchart shown in FIG. In the following description, the analysis unit 5 uses the internal temporary storage device as a storage area for data read from the recording unit 4, a calculation work area, a storage area for calculation results, and the like. To do.

ステップS1において、解析部5は、測定対象の被験者を特定する情報(以下「被験者コード」と記す)の入力を受け付ける。過去に入力されたことがないコードであった場合、新規に記録部4に記録される。なお、入力手段には、コンピュータ用キーボードやマウスなどを使用することができる。   In step S <b> 1, the analysis unit 5 receives an input of information (hereinafter referred to as “subject code”) that identifies a subject to be measured. If the code has not been input in the past, it is newly recorded in the recording unit 4. For the input means, a computer keyboard, a mouse, or the like can be used.

ステップS2において、測定部3が、上記したようにマイク2からの信号を採取する。採取されたデータの一例を図3に示す。縦軸、横軸はそれぞれ振幅(電圧)、時間を表す。図3の中段および下段のグラフは、人工弁音(人工弁に置換された心臓による心音)を示しており、上段は通常心音(心臓人工弁置換術を受けていない人の心音)を示す。図3では、心音の最大ピーク位置を基準(時間0ms)として、−20ms〜+40msの範囲を示す。   In step S2, the measuring unit 3 collects the signal from the microphone 2 as described above. An example of the collected data is shown in FIG. The vertical axis and horizontal axis represent amplitude (voltage) and time, respectively. The middle and lower graphs in FIG. 3 show the artificial valve sound (heart sound from the heart replaced with the artificial valve), and the upper part shows the normal heart sound (heart sound of a person who has not undergone heart valve replacement). FIG. 3 shows a range of −20 ms to +40 ms with the maximum peak position of the heart sound as a reference (time 0 ms).

ステップS3において、解析部5は、ステップS2で採取されたデータについてスペクトログラム解析を行う。具体的には、解析部5は、読み出したデータを次式で表されるSTFT(Short-Time Fourier Transformation)によって変換し、変換後の値を二乗して
スペクトログラムを求める。
In step S3, the analysis unit 5 performs spectrogram analysis on the data collected in step S2. Specifically, the analysis unit 5 converts the read data by STFT (Short-Time Fourier Transformation) represented by the following equation, and squares the converted value to obtain a spectrogram.

ここで、w(t)は測定データ中から所定の時間範囲のデータを処理対象とするための窓
関数である。窓関数には、一般的に使われる公知のハミング窓、ガウス窓、ブラックマン窓等を使用することができる。x(t)は変換前のデータであり、STFT(t,ω)(X(t,ω)とも記す)は変換後のデータである。X(t,ω)を、変換前のデータx(t)を用いてSTFT{x(t)}とも表す。STFT{x(t)}、即ちX(t,ω)は、x(τ)w(τ−t)のフーリエ変換係数であり、時間および周波数空間における、信号の位相および振幅を表す。
Here, w (t) is a window function for processing data in a predetermined time range from the measurement data. For the window function, a commonly used known Hamming window, Gaussian window, Blackman window, or the like can be used. x (t) is data before conversion, and STFT (t, ω) (also referred to as X (t, ω)) is data after conversion. X (t, ω) is also expressed as STFT {x (t)} using the data x (t) before conversion. STFT {x (t)}, that is, X (t, ω) is a Fourier transform coefficient of x (τ) w (τ−t), and represents the phase and amplitude of the signal in time and frequency space.

スペクトログラムは、|X(t,ω)|2によって求められる。図4にスペクトログラム
の一例を示す。縦軸は周波数f(kHz)(f=ω/(2π))、横軸は時間t(ms)である。各段の図は、図3の対応する段のデータを変換して得られた結果である。図4の上段のデータから、通常心音では1kHz未満の周波数成分のみを含んでいることが分かる。一方、中段及び下段のデータから、人工弁音は1kHz〜20kHzの高周波成分をも含んでいることが分かる。この結果は、非特許文献2の知見と整合している。
The spectrogram is obtained by | X (t, ω) | 2 . FIG. 4 shows an example of a spectrogram. The vertical axis represents frequency f (kHz) (f = ω / (2π)), and the horizontal axis represents time t (ms). Each stage diagram shows the result obtained by converting the data of the corresponding stage in FIG. It can be seen from the upper data in FIG. 4 that the normal heart sound includes only frequency components of less than 1 kHz. On the other hand, it can be seen from the middle and lower data that the artificial valve sound also includes a high frequency component of 1 kHz to 20 kHz. This result is consistent with the findings of Non-Patent Document 2.

ステップS4において、解析部5は、ステップS3で得られたスペクトログラム|X(
t,ω)|2から、次式によって評価値HFR(High Frequency Rate)を求める。
HFR=10 log[HFpre/HFpost][dB]
ここで、HFpreは、心音波形(図3参照)の最大ピーク位置の10ms前から最大ピ
ーク位置までの期間(−10ms〜0ms)における、5kHz以上20kHz以下の周波数範囲の平均スペクトログラムである。また、HFpostは、心音波形の最大ピーク位置からその後50msまでの期間(0ms〜50ms)における、5kHz以上20kHz以下の周波数範囲の平均スペクトログラムである。HFpreおよびHFpostはデシベル値
として求められる。計算されたHFRは、被験者コードに対応させて記録部4に記録される。このとき、ステップS2で心音データを採取した年月日の情報を付加して記録することが望ましい。
In step S4, the analysis unit 5 analyzes the spectrogram | X (
From t, ω) | 2 , an evaluation value HFR (High Frequency Rate) is obtained by the following equation.
HFR = 10 log [HF pre / HF post ] [dB]
Here, HF pre is an average spectrogram in a frequency range of 5 kHz to 20 kHz in a period (−10 ms to 0 ms) from 10 ms before the maximum peak position of the heart sound waveform (see FIG. 3) to the maximum peak position. HF post is an average spectrogram in a frequency range of 5 kHz to 20 kHz in a period (0 ms to 50 ms) from the maximum peak position of the heart sound waveform to 50 ms thereafter. HF pre and HF post are obtained as decibel values. The calculated HFR is recorded in the recording unit 4 in association with the subject code. At this time, it is desirable to add and record information on the date on which the heart sound data was collected in step S2.

ステップS5において、ステップS1で入力された被験者コードに対応するHFRが記録部4に記録されているか否かを判断する。記録されていた場合、ステップS6に移行し、記録されていなかった場合、終了する。   In step S5, it is determined whether or not the HFR corresponding to the subject code input in step S1 is recorded in the recording unit 4. If it has been recorded, the process proceeds to step S6. If it has not been recorded, the process ends.

ステップS6において、ステップS1で入力された被験者コードに対応させて記録部4に記録されている過去のデータ(人工弁が正常に機能している状態で得られたHFR)を読み出し、ステップS4で計算されたHFRと比較し、その結果を提示する。例えば、過去のHFRの平均値HFRavと今回計算されたHFR0との差ΔHFR=HFRav−HF
0を提示する。例えば、液晶やCRTなどの表示装置に、差ΔHFRを表示する。
In step S6, the past data (HFR obtained when the artificial valve is functioning normally) recorded in the recording unit 4 in correspondence with the subject code input in step S1 is read, and in step S4. Compare with the calculated HFR and present the result. For example, the difference ΔHFR = HFR av −HF between the average value HFR av of the past HFR and the HFR 0 calculated this time
Present R 0 . For example, the difference ΔHFR is displayed on a display device such as a liquid crystal or a CRT.

上記したように、HFRは人工弁が発生する高周波成分を表しているので、人工弁に血栓が付着するなどした場合、発生する高周波成分が減少する。従って、同じ被験者について定期的に心音を測定し、HFRを計算して記録しておけば、医師は、新たに計算されたHFRが、過去のHFRからどの程度減少しているかに応じて、人工弁の機能不全を診断することができる。例えば、ΔHFR≦aであれば、人工弁は正常に機能していると判断し、HFRがこの範囲を逸脱していれば、人工弁は機能不全にあると判断することができる。基準値aは、人工弁が正常に機能している状態で、定期的に得られたHFRの変動の程度から設定することができ、例えばa=3dBである。   As described above, HFR represents a high-frequency component generated by the artificial valve. Therefore, when a thrombus adheres to the artificial valve, the generated high-frequency component decreases. Therefore, if the heart sound is regularly measured for the same subject, and the HFR is calculated and recorded, the doctor can determine whether the newly calculated HFR has decreased from the past HFR. Valve dysfunction can be diagnosed. For example, if ΔHFR ≦ a, it can be determined that the artificial valve is functioning normally, and if the HFR is out of this range, it can be determined that the artificial valve is malfunctioning. The reference value a can be set from the degree of fluctuation of HFR obtained periodically in a state where the artificial valve is functioning normally. For example, a = 3 dB.

上記では、同じ被験者について、過去のHFRの平均値と新たに計算されたHFRとの差ΔHFRを提示する場合を説明したが、これに限定されない。過去の複数のHFRの代表値を用いればよく、例えば平均値の代わりに中間値を用いてもよい。また、過去のHFRと新規に計算されたHFRとを合わせて、例えば時系列のグラフとして提示してもよい。この場合、医師は、HFRの変化傾向から、人工弁の機能不全を診断することができる
Although the case where the difference ΔHFR between the average value of the past HFR and the newly calculated HFR is presented for the same subject has been described above, the present invention is not limited to this. A representative value of a plurality of past HFRs may be used. For example, an intermediate value may be used instead of the average value. Further, past HFRs and newly calculated HFRs may be combined and presented, for example, as a time-series graph. In this case, the doctor can diagnose the malfunction of the prosthetic valve from the change tendency of HFR.

また、人工弁が正常に機能している状態でも、HFRは個人によって変化すると考えられるので、個人毎に評価基準を設定する(例えば、上記の基準値aを個人毎に設定する)ことが望ましい。しかし、人工弁に機能不全が生じた場合、緊急の再置換手術が必要となり、上記した測定を行うことができないことが多いので、個人毎に評価基準を設定することは容易ではない。そこで、上記したように差ΔHFRを使用すれば、別の被験者のデータから得られた基準値a、または、異なる複数の被験者のデータから得られた基準値aを使用して、被験者に依らずに人工弁の機能不全の診断を行うことができる。   Even if the prosthetic valve is functioning normally, it is considered that the HFR changes depending on the individual. Therefore, it is desirable to set an evaluation standard for each individual (for example, the above-described reference value a is set for each individual). . However, when a malfunction occurs in the prosthetic valve, an urgent re-replacement operation is required, and the above-mentioned measurement cannot be performed in many cases. Therefore, it is not easy to set an evaluation standard for each individual. Therefore, as described above, if the difference ΔHFR is used, the reference value a obtained from the data of another subject or the reference value a obtained from the data of a plurality of different subjects can be used regardless of the subject. In addition, it is possible to diagnose the malfunction of the artificial valve.

また、上記で、HFpreをそのまま使用せずに、HFpostで除した値を評価値HFRと
したのは、ノイズの影響を除去し、ノーマライズ(規格化)するためである。ノイズは測定状態によって変化すると考えられるので、高周波成分が発生せずノイズのみが含まれている領域(周波数帯及び時間帯で指定)のHFpostによってHFpreを除することが、診
断の信頼性にとって重要である。
In the above description, the value obtained by dividing HF post without using HF pre as it is is used as the evaluation value HFR in order to remove the influence of noise and normalize (normalize). Since the noise is considered to change depending on the measurement state, the diagnosis reliability is determined by dividing the HF pre by the HF post in the region (specified in the frequency band and the time band) in which only the noise is included without generating a high frequency component. Is important to.

また、HFpreは、上記したように時間帯が−10ms〜0msであり、且つ周波数帯
が5kHz〜20kHzである領域で計算された値に限定されない。時間帯は、心音波形の最大ピーク位置の近傍であり、最大ピーク位置の前の所定の時間帯であることができる。また、周波数帯は、通常心音に含まれない周波を含む所定の高周波数帯、例えば1kHz以上20kHz以下であることができる。同様に、HFpostは、時間帯が0ms〜50msであり、且つ周波数帯が5kHz〜20kHzである領域で計算された値に限定されない。時間帯は、高周波成分を含んでいない所定の時間帯であることができる。周波数帯については、HFpostと同様である。
Moreover, HF pre is not limited to the value calculated in the region where the time band is −10 ms to 0 ms and the frequency band is 5 kHz to 20 kHz as described above. The time zone is near the maximum peak position of the heart sound waveform and can be a predetermined time zone before the maximum peak position. Further, the frequency band can be a predetermined high frequency band including a frequency that is not included in the normal heart sound, for example, 1 kHz or more and 20 kHz or less. Similarly, HF post is not limited to a value calculated in a region where the time band is 0 ms to 50 ms and the frequency band is 5 kHz to 20 kHz. The time zone can be a predetermined time zone that does not include high frequency components. The frequency band is the same as that of HF post .

また、評価値HFRは、デシベル値でなくてもよい。例えば、HFpre/HFpostを、
そのままHFRとしてもよい。
Further, the evaluation value HFR may not be a decibel value. For example, HF pre / HF post
It is good also as HFR as it is.

また、スペクトログラム解析は、上記のSTFTに限らず、心音の最大ピークの前後の所定期間におけるスペクトログラムが得られる方法であればよい。   Further, the spectrogram analysis is not limited to the above-described STFT, and any method that can obtain a spectrogram in a predetermined period before and after the maximum peak of the heart sound may be used.

また、本診断装置が病院などの医療機関に設置され、医師が診断する場合に限らず、心臓人工弁を有する人自身が診断することもできる。例えば、上記の機能をコンピュータプログラムによって実現し、個人所有のコンピュータにそのコンピュータプログラムをインストールすれば、個人が定期的に測定し、得られた結果(HFRなど)を記録しておくことができ、自分で人工弁の状態を判断することができる。また、携帯型の専用装置として実現することも可能である。それらの場合、聴診器は、通常の聴診器である必要はなく、少なくともチェストピースとマイクとを備えていればよい。   In addition, the diagnosis apparatus is installed in a medical institution such as a hospital and is not limited to a diagnosis by a doctor, but a person having a heart prosthetic valve can also make a diagnosis. For example, if the above function is realized by a computer program and the computer program is installed in a personally owned computer, the individual can regularly measure and record the obtained results (such as HFR), You can judge the state of the artificial valve yourself. It can also be realized as a portable dedicated device. In those cases, the stethoscope does not need to be a normal stethoscope, but only needs to include at least a chest piece and a microphone.

また、心音の測定のみを個人が行い、インターネットなどの通信手段を介して測定データが医療機関に伝送され、解析及びHFRの計算を医療機関で行ってもよい。   Alternatively, only the heart sound may be measured by an individual, the measurement data may be transmitted to a medical institution via a communication means such as the Internet, and the analysis and HFR calculation may be performed by the medical institution.

以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより一層明確にする。   Examples are shown below to further clarify the features of the present invention.

18人の被験者を対象として、上記で説明したように、心音データを測定し、HFRを求めた。18人(31〜90歳)のうち、16人(男性5人、女性11人。Sub1〜8、Sub10〜17で表す)が、僧帽弁又は大動脈弁が人工弁に置換されており、2人(男性。Sub9および18で表す)が心臓人工弁を有さない。心音の測定は、仰臥状態の被験者の胸に、衣服などを介さず直接、聴診器のチェストピースを当て、心臓人工弁音が
最大になる位置で行った。聴診器には、リットマンマスター クラシックII ステソスコープ(Littmann Master Classic II Stethoscope、住友スリーエム社製)を使用し、小型マイク(AT805F、オーディオテクニカ社製)をチェストピースとの接合部のチューブ内に配置した。マイクからの信号の採取、即ち録音には、A/D変換器(UA−1000、エディロール社製)を用い、サンプリング周波数44.1kHz、16ビットでデータを採取し、コンピュータのハードディスクに記録した。録音時間は、被験者毎に約10〜20秒間であり、10回以上の測定を行った。結果を、図5〜8に示す。
As described above, heart sound data was measured for 18 subjects, and HFR was obtained. Out of 18 people (31 to 90 years old), 16 people (5 men and 11 women, represented by Sub1 to 8 and Sub10 to 17) have mitral or aortic valves replaced with prosthetic valves. A person (male, represented by Sub9 and 18) does not have a heart valve. The heart sound was measured at a position where the heart prosthetic valve sound was maximized by directly placing a chestpiece of a stethoscope on the chest of a subject in a supine state without using clothes. For the stethoscope, a Littmann Master Classic II Stethoscope (manufactured by Sumitomo 3M) was used, and a small microphone (AT805F, manufactured by Audio Technica) was placed in the tube at the junction with the chestpiece. . The signal was collected from the microphone, that is, recorded, using an A / D converter (UA-1000, manufactured by Ediroll), data was collected at a sampling frequency of 44.1 kHz and 16 bits, and recorded on a hard disk of a computer. . The recording time was about 10 to 20 seconds for each subject, and measurements were performed 10 times or more. The results are shown in FIGS.

図5は、測定された心音波形の一例を示すグラフである。(a)は通常心音であり、(b)及び(c)は人工弁音である。なお、人工弁音は、2つの主たる音を含んでいる。それらは、心室の収縮の初期において僧帽弁及び三尖弁が閉鎖することにより、血液の逆流がブロックされることによって発生する第1音と、心室の収縮の終期において大動脈弁及び肺動脈弁が閉鎖することにより、血液の逆流がブロックされることによって発生する第2音である。   FIG. 5 is a graph showing an example of a measured heart sound waveform. (A) is a normal heart sound, and (b) and (c) are artificial valve sounds. The artificial valve sound includes two main sounds. They are the first sound generated by blocking the backflow of blood by closing the mitral and tricuspid valves early in the ventricular contraction, and the aortic and pulmonary valves at the end of the ventricular contraction. This is a second sound generated by blocking the backflow of blood by closing.

図6は、図5のデータを上記したように処理して得られたスペクトログラムを示す図である(ステップS3参照)。   FIG. 6 is a diagram showing a spectrogram obtained by processing the data of FIG. 5 as described above (see step S3).

図7は、全被験者(Sub1〜18)について得られたスペクトログラムから、上記したように求められたHFpre及びHFpostを示すグラフである(ステップS4参照)。黒
丸がHFpreを表し、白丸がHFpostを表す。それぞれ、10回の測定データから得られ
た平均値とエラーバーで表している。これらは、統計的に有意差1%で異なる。人工弁音のHFpre及びHFpostには個人差が見られるが、これは、被験者によって心臓人工弁の
機種、脂肪の厚さ、血圧などが異なることによるものである。
FIG. 7 is a graph showing HF pre and HF post determined as described above from the spectrograms obtained for all subjects (Sub 1 to 18) (see step S4). A black circle represents HF pre, and a white circle represents HF post . Each is represented by an average value obtained from 10 times of measurement data and an error bar. These differ statistically by a significant difference of 1%. There are individual differences in the HF pre and HF post of the artificial valve sound, which is due to the difference in the type of heart prosthetic valve, fat thickness, blood pressure, etc. depending on the subject.

図7から、心臓人工弁を有しない被験者(Sub9、18)については、HFpre及び
HFpostがほぼ同じ値であることが分かる。一方、心臓人工弁を有する被験者(Sub1〜8、Sub10〜17)については、HFpre及びHFpostが異なる値であり、HFpreがHFpostよりも大きい。これらのことから、心音の最大ピークの直前10msの間(−10〜0ms)に、人工弁による高周波成分が含まれていることが確認できた。
From FIG. 7, it can be seen that HF pre and HF post have almost the same value for the subject (Sub 9, 18) that does not have a heart prosthetic valve. On the other hand, for subjects (Sub 1 to 8, Sub 10 to 17) having a heart prosthetic valve, HF pre and HF post are different values, and HF pre is larger than HF post . From these facts, it was confirmed that a high-frequency component due to the artificial valve was included in 10 ms (−10 to 0 ms) immediately before the maximum peak of the heart sound.

図8は、全被験者(Sub1〜18)について得られたHFpre及びHFpostから、上
記したように求められたHFRを示すグラフである(ステップS4参照)。図8から、心臓人工弁を有しない被験者(Sub9、18)については、HFR=0であることが分かる。一方、心臓人工弁を有する被験者(Sub1〜8、Sub10〜17)については、HFRは0とは異なる正の値であることが分かる。従って、心臓人工弁音に含まれる高周波成分を定量化できたと言える。
FIG. 8 is a graph showing HFR obtained as described above from HF pre and HF post obtained for all subjects (Sub 1 to 18) (see step S4). From FIG. 8, it can be seen that HFR = 0 for subjects (Sub 9, 18) that do not have a heart prosthetic valve. On the other hand, it can be seen that HFR is a positive value different from 0 for subjects (Sub 1 to 8, Sub 10 to 17) having a heart prosthetic valve. Therefore, it can be said that the high-frequency component contained in the heart valve sound can be quantified.

以上のように、本発明によれば、人工弁音に含まれる高周波成分をHFRによって定量化できるので、HFRが心臓人工弁の機能不全の診断に有効であることが分かる。例えば、定期的にHFRを観測、記録しておき、新たに求めたHFRが、過去のHFRから大きく変化した場合、心臓人工弁の機能不全と診断することができる。   As described above, according to the present invention, since the high-frequency component contained in the artificial valve sound can be quantified by the HFR, it can be seen that the HFR is effective for diagnosing the malfunction of the heart prosthetic valve. For example, HFR is regularly observed and recorded, and when the newly obtained HFR greatly changes from the past HFR, it can be diagnosed that the heart valve is malfunctioning.

本発明の実施の形態に係る心臓人工弁音診断装置を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing a heart valve prosthesis diagnosis device according to an embodiment of the present invention. 本診断装置の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of this diagnostic apparatus. マイクによって採取された信号の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the signal extract | collected with the microphone. スペクトログラムを示す図である。It is a figure which shows a spectrogram. 実施例で得られた心音の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the heart sound obtained in the Example. 実施例で得られたスペクトログラムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the spectrogram obtained in the Example. 実施例の各被験者について得られたHFpre及びHFpostを示すグラフである。It is a graph which shows HF pre and HF post obtained about each test subject of the Example. 実施例の各被験者について得られたHFRを示すグラフである。It is a graph which shows HFR obtained about each subject of an example.

符号の説明Explanation of symbols

1 聴診器
2 マイク
3 測定部
4 記録部
5 解析部
6 内部バス
7 チェストピース
8 チューブ及び耳管
1 Stethoscope 2 Microphone 3 Measuring unit 4 Recording unit 5 Analysis unit 6 Internal bus 7 Chest piece 8 Tube and ear canal

Claims (10)

心臓人工弁の機能不全の診断に利用され得る評価値を計算する装置であって、
人工弁を有する心臓の音を測定する測定部と、
測定された前記音を短時間フーリエ変換する解析部とを備え、
前記解析部が、
前記短時間フーリエ変換によって得られた値を二乗してスペクトログラムを求め、
前記音中の最大ピーク位置の前の第1期間内にあり、且つ1kHz以上の第1高周波数範囲内にある前記スペクトログラムの平均値を求めてHFpreとし、
前記最大ピーク位置の後の第2期間内にあり、且つ1kHz以上の第2高周波数範囲内にある前記スペクトログラムの平均値を求めてHFpostとし、
前記HFpreを前記HFpostで除して得られた値を前記評価値として決定することを特
徴とする心臓人工弁音診断装置。
An apparatus for calculating an evaluation value that can be used for diagnosis of malfunction of a cardiac prosthetic valve,
A measurement unit for measuring the sound of a heart having an artificial valve;
An analysis unit that performs a short-time Fourier transform on the measured sound,
The analysis unit is
Obtain a spectrogram by squaring the value obtained by the short-time Fourier transform,
The average value of the spectrogram that is within the first period before the maximum peak position in the sound and within the first high frequency range of 1 kHz or more is obtained as HF pre ,
An average value of the spectrogram in the second period after the maximum peak position and in the second high frequency range of 1 kHz or more is obtained as HF post ,
A heart prosthetic valve sound diagnosis apparatus characterized in that a value obtained by dividing the HF pre by the HF post is determined as the evaluation value.
前記第1期間が、前記最大ピーク位置の10ms前から前記最大ピーク位置までの期間であり、
前記第2期間が、前記最大ピーク位置から前記最大ピーク位置の50ms後までの期間であり、
前記第1及び第2周波数範囲が、5kHz以上20kHz以下の範囲であることを特徴とする請求項1に記載の心臓人工弁音診断装置。
The first period is a period from 10 ms before the maximum peak position to the maximum peak position;
The second period is a period from the maximum peak position to 50 ms after the maximum peak position;
The cardiac prosthetic valve sound diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the first and second frequency ranges are in a range of 5 kHz to 20 kHz.
基準値を記録している記録部をさらに備え、
前記評価値が前記基準値から所定値以上減少しているか否かによって、前記人工弁の機能不全が診断されることを特徴とする請求項1又は2に記載の心臓人工弁音診断装置。
It further comprises a recording unit that records the reference value,
3. The heart valve prosthesis diagnosis device according to claim 1, wherein a malfunction of the artificial valve is diagnosed based on whether or not the evaluation value has decreased by a predetermined value or more from the reference value.
前記基準値が、心臓人工弁が正常に機能している状態で得られた複数の前記評価値から決定された値であることを特徴とする請求項3に記載の心臓人工弁音診断装置。   The heart valve prosthesis diagnosis device according to claim 3, wherein the reference value is a value determined from a plurality of the evaluation values obtained in a state where the heart prosthetic valve is functioning normally. 前記短時間フーリエ変換が、前記音をx(t)、窓関数をw(t)として、
によって、STFT(t,ω)を求める処理であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の心臓人工弁音診断装置。
The short-time Fourier transform has the sound as x (t) and the window function as w (t).
The heart valve prosthesis diagnosis device according to any one of claims 1 to 4, wherein STFT (t, ω) is obtained by the following process.
心臓人工弁の機能不全の診断に利用され得る評価値を計算するコンピュータ読取可能なプログラムであって、
コンピュータに、
人工弁を有する心臓の音を測定する第1機能と、
測定された前記音を短時間フーリエ変換する第2機能と、
前記短時間フーリエ変換によって得られた値を二乗してスペクトログラムを求める第3機能と、
前記音中の最大ピーク位置の前の第1期間内にあり、且つ1kHz以上の第1高周波数範囲内にある前記スペクトログラムの平均値を求めてHFpreとする第4機能と、
前記最大ピーク位置の後の第2期間内にあり、且つ1kHz以上の第2高周波数範囲内にある前記スペクトログラムの平均値を求めてHFpostとする第5機能と、
前記HFpreを前記HFpostで除して得られた値を前記評価値として決定する第6機能
とを実現させることを特徴とする心臓人工弁音診断プログラム。
A computer-readable program for calculating an evaluation value that can be used for diagnosis of malfunction of a cardiac prosthetic valve,
On the computer,
A first function for measuring the sound of a heart having an artificial valve;
A second function for performing a short-time Fourier transform on the measured sound;
A third function for obtaining a spectrogram by squaring the value obtained by the short-time Fourier transform;
A fourth function that obtains an average value of the spectrogram that is within a first period before the maximum peak position in the sound and is within a first high frequency range of 1 kHz or more and sets it as HF pre ;
A fifth function that obtains an average value of the spectrogram within a second period after the maximum peak position and within a second high-frequency range of 1 kHz or more and sets it as HF post ;
A heart prosthetic valve sound diagnosis program for realizing a sixth function of determining a value obtained by dividing the HF pre by the HF post as the evaluation value.
前記第1期間が、前記最大ピーク位置の10ms前から前記最大ピーク位置までの期間であり、
前記第2期間が、前記最大ピーク位置から前記最大ピーク位置の50ms後までの期間であり、
前記第1及び第2周波数範囲が、5kHz以上20kHz以下の範囲であることを特徴とする請求項6に記載の心臓人工弁音診断プログラム。
The first period is a period from 10 ms before the maximum peak position to the maximum peak position;
The second period is a period from the maximum peak position to 50 ms after the maximum peak position;
The heart valve prosthesis diagnosis program according to claim 6, wherein the first and second frequency ranges are in a range of 5 kHz to 20 kHz.
前記コンピュータに、基準値を記録する機能をさらに実現させ、
前記評価値が前記基準値から所定値以上減少しているか否かによって、前記人工弁の機能不全が診断されることを特徴とする請求項6又は7に記載の心臓人工弁音診断プログラム。
Further realizing the function of recording a reference value in the computer,
The heart valve prosthesis diagnosis program according to claim 6 or 7, wherein a malfunction of the prosthetic valve is diagnosed based on whether or not the evaluation value has decreased from the reference value by a predetermined value or more.
前記基準値が、心臓人工弁が正常に機能している状態で得られた複数の前記評価値から決定された値であることを特徴とする請求項8に記載の心臓人工弁音診断プログラム。   The heart valve prosthesis diagnosis program according to claim 8, wherein the reference value is a value determined from a plurality of the evaluation values obtained in a state where the heart prosthetic valve is functioning normally. 前記短時間フーリエ変換が、前記音をx(t)、窓関数をw(t)として、
によって、STFT(t,ω)を求める処理であることを特徴とする請求項6〜9の何れか1項に記載の心臓人工弁音診断プログラム。
The short-time Fourier transform has the sound as x (t) and the window function as w (t).
The heart prosthetic valve sound diagnosis program according to any one of claims 6 to 9, wherein STFT (t, ω) is obtained by the following process.
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