WO2006129517A1 - 生体信号解析装置及び生体信号解析方法 - Google Patents

生体信号解析装置及び生体信号解析方法 Download PDF

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WO2006129517A1
WO2006129517A1 PCT/JP2006/310180 JP2006310180W WO2006129517A1 WO 2006129517 A1 WO2006129517 A1 WO 2006129517A1 JP 2006310180 W JP2006310180 W JP 2006310180W WO 2006129517 A1 WO2006129517 A1 WO 2006129517A1
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sound
biological
biological signal
living body
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Inventor
Yasunori Wada
Original Assignee
Konica Minolta Medical & Graphic, Inc.
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/087—Measuring breath flow
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B7/00—Instruments for auscultation
    • A61B7/003—Detecting lung or respiration noise

Definitions

  • the present invention relates to a biological signal analysis apparatus and a biological signal analysis method for analyzing a biological signal emitted from a living body.
  • Auscultation is a diagnostic method that only the doctor himself feels sensibly, and it is difficult to obtain an objective * quantitative grasp. For example, trying to compare the status of a single patient, the previous status is only in the doctor's memory. Therefore, an analysis system that collects respiratory sounds with a microphone and displays the waveform of the respiratory sounds has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 US Patent No. 6139505
  • the present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and an object of the present invention is to suppress the influence of changes in the body shape and measurement system of a living body on a biological signal.
  • Means for solving the problem [0007]
  • the invention according to claim 1 includes a signal source that emits a reference signal, an introduction member that introduces a reference signal emitted from the signal source into a living body, Based on the reference signal collected by the signal collection unit and the signal collection unit that collects in-vivo signals including the reference signal and the biological signal generated by the vital force, the biological signal collected by the signal collection unit
  • a biological signal analyzing apparatus comprising an arithmetic processing unit for normalization.
  • the invention described in claim 2 is the biological signal analyzing apparatus according to claim 1, wherein the biological signal is a sound wave signal.
  • the invention described in claim 3 is the biological signal analyzer according to claim 2, wherein the sound wave signal is a breathing sound, a muscle sound, a heart sound or a digestive organ sound. It is characterized by.
  • the invention described in claim 4 is the biological signal analyzer according to any one of claims 1 to 3, wherein the introduction member uses the reference signal as a mouth and It is introduced from Z or the surface of a living body.
  • the invention according to claim 5 is the biological signal analyzer according to any one of claims 1 to 4, wherein the signal source is exhaled breathing in the living body.
  • the reference signal is generated between the period and the intake period.
  • the invention according to claim 6 is the biological signal analyzing apparatus according to claim 5, wherein the respiratory flow rate detecting unit for detecting the respiratory flow rate of the living body and the respiratory flow rate detecting unit are provided.
  • a non-breathing period detection unit that detects a non-breathing period of the living body based on the detected respiratory flow rate, and the signal source includes the reference signal during the non-breathing period detected by the non-breathing period detection unit. It is characterized by emitting.
  • the invention described in claim 7 is the biological signal analyzer according to any one of claims 1 to 6, wherein the signal sampling unit is simultaneously at a plurality of positions. It is characterized by collecting in-vivo signals.
  • the invention according to claim 8 includes a reference signal transmitting step for generating a reference signal, an introducing step for introducing the reference signal into the living body, and the reference signal and a biological signal emitted from the living body.
  • a reference signal transmitting step for generating a reference signal
  • an introducing step for introducing the reference signal into the living body
  • the reference signal and a biological signal emitted from the living body In the signal collection process for collecting in-vivo signals and the signal collection process
  • a calculation processing step for normalizing the biological signal collected in the signal collection step based on the reference signal collected in the past. is there.
  • the invention according to claim 9 is the biological signal analysis method according to claim 8, wherein the biological signal is a sound wave signal.
  • the invention described in claim 10 is the biological signal analysis method according to claim 9, wherein the sound wave signal is a respiratory sound, a muscle sound, a heart sound or a digestive organ sound. It is characterized by.
  • the invention according to claim 11 is the biological signal analysis method according to any one of claims 8 to 10, in which the reference signal is interpreted in the introduction step. Z or biological surface force is introduced.
  • the invention according to claim 12 is the biological signal analysis method according to any one of claims 8 to 11, wherein in the reference signal transmission step, the respiratory motion of the living body is performed. Generating the reference signal between an expiration period and an inspiration period
  • the invention according to claim 13 is the biological signal analysis method according to claim 12, wherein in the reference signal transmission step, the respiratory flow rate of the living body is detected, and the detected respiration is detected. A non-breathing period of the living body is detected based on the flow rate, and the reference signal is generated during the detected non-breathing period.
  • the invention according to claim 14 is the biological signal analysis method according to any one of claims 8 to 13, wherein the signal sampling step is the same at a plurality of positions. Sometimes it is characterized by collecting in-vivo signals.
  • the biological signal can be normalized based on the reference signal introduced from the mouth and Z or the biological surface.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a respiratory sound analysis apparatus 1 in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the respiratory sound analyzer 1.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a reference sound generator 7.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration of a portion including a speaker 72 and a flow sensor 61.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a respiratory sound analysis process executed by the respiratory sound analyzer 1.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the standard sound processing 1 of the respiratory sound based on the reference sound.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the standard sound processing 2 of the respiratory sound based on the reference sound.
  • FIG. 8 is a graph showing measurement results of respiratory sounds in experimental examples.
  • FIG. 9 is a graph showing measurement results of respiratory sounds in an experimental example.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a respiratory sound analyzer 1 in the embodiment of the present invention.
  • the reference sound emitted from the sound source 71 and the speaker 72 is introduced through the mouthpiece 76.
  • a plurality of microphones 51 in close contact with the surface of the living body are used to collect in-vivo sound signals and analyze respiratory sounds.
  • FIG. 2 shows a functional configuration of the respiratory sound analyzer 1.
  • the respiratory sound analysis device 1 includes a CPU (Central Processing Unit) 2, an operation unit 3, a display unit 4, a sound sampling unit 5, a respiratory flow rate detection unit 6, a reference sound generation unit 7, a ROM (Read Only Memory) 8, RAM (Random Access Memory) 9, and storage unit 10 are provided.
  • a CPU Central Processing Unit
  • an operation unit 3 a display unit 4
  • a sound sampling unit 5 a respiratory flow rate detection unit 6
  • a reference sound generation unit 7 a ROM (Read Only Memory) 8
  • RAM Random Access Memory
  • the CPU 2 expands a program designated from the various programs stored in the ROM 8 in the work area of the RAM 9, and Various processes are executed in cooperation with the program, and the processing results are stored in a predetermined area of the RAM 9.
  • the CPU 2 detects the non-breathing period of the living body based on the respiratory flow detected by the respiratory flow rate detection unit 6, and controls the reference sound generation unit 7 to emit the reference sound during the non-breathing period.
  • the non-exhalation period is a period between an expiration period and an inspiration period in the respiratory motion of a living body.
  • the CPU 2 normalizes the respiratory sound signal collected by the microphone 51 based on the reference sound signal collected by the microphone 51 (see FIGS. 6 and 7).
  • the arithmetic processing unit is realized by the cooperation of the CPU 2 and the program.
  • a PC Personal Computer
  • PDA Personal Digital Assistants: portable terminal
  • the operation unit 3 is a pointing device such as a number or alphabet input key, a keyboard having various keys, or a mouse.
  • the operation unit 3 outputs to the CPU 2 a press signal by pressing a key on the keyboard or an operation signal by operating a mouse.
  • the display unit 4 includes an LCD (Liquid Crystal Display), a CRT (Cathode Ray Tube), and the like, and displays operation procedures, processing results, and the like.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • CRT Cathode Ray Tube
  • the sound collection unit 5 includes a plurality of microphones 51 and a data input unit 52.
  • the microphone 51 collects a plurality of different position force sound waves of the living body and outputs an electrical signal.
  • an electric condenser microphone or a piezoelectric element is used as the microphone 51.
  • the data input unit 52 converts the analog signal output from the microphone 51 into a digital signal and outputs it to the CPU 2.
  • the respiratory flow detection unit 6 includes a flow sensor 61 and a data input unit 62.
  • the flow sensor 61 converts the respiratory flow rate into an electrical signal and outputs it.
  • a general respiratory flow meter (snoirometer) can be used.
  • the data input unit 62 converts the analog signal output from the flow sensor 61 into a digital signal and outputs it to the CPU 2.
  • FIG. 3 shows the configuration of the reference sound generator 7.
  • the reference sound generator 7 includes a sound source 71 and a speaker 72.
  • the sound source 71 includes a sound source input unit 73, a storage unit 74, and a sound reproduction unit 75.
  • the sound source input unit 73 is a part for inputting a sound source signal of a sound to be emitted, and is constituted by a CD drive or the like, and acquires digital signal data.
  • the signal used as the sound source is arbitrary, but a sine wave or rectangular wave can be used as the waveform.
  • Storage unit 7 4 is configured by a memory such as a hard disk drive (HDD), RAM, or ROM, and stores the sound source signal input from the sound source input unit 73.
  • the sound reproduction unit 75 amplifies the sound source signal and converts it into an electrical signal for driving the speaker 72 at a specified sound pressure level.
  • the speaker 72 converts the electrical signal into speaker cone vibration and emits a reference sound.
  • the ultrasonic wave preferably has an audible frequency because the propagation characteristic in the living body is different from the biological sound generated by the biological force. Moreover, since sound waves with a frequency of 2000 Hz or higher are greatly attenuated in a living body, a frequency lower than 2000 Hz is preferable. Therefore, the frequency is preferably 20-4000Hz, more preferably 20-2000Hz force! / ⁇ .
  • FIG. 4 shows a configuration of a part including the speaker 72 and the flow rate sensor 61.
  • the mouthpiece 76 is an introduction member that introduces the reference sound into the living body, and is also a blowing port of the flow sensor 61.
  • the speaker 72 should be connected by a connecting member 77 at a distance from the flow sensor 61 so as not to cause pressure loss during breathing, that is, resistance to inflow and exhaust of respiratory air to the flow sensor 61 does not increase. Is preferred.
  • the airway is open. Since breathing through the mouth opens the airway, it is preferable to reduce the breathing resistance by providing an air hole in the tube that becomes the conduit.
  • the ROM 8 is composed of a nonvolatile semiconductor memory.
  • the ROM 8 stores various programs executed by the CPU 2 and data.
  • the RAM 9 is composed of a rewritable semiconductor element.
  • the RAM 9 is a storage medium in which data is temporarily stored, and is used to store a program area for developing a program to be executed by the CPU 2, data input from the operation unit 3, various processing results by the CPU 2, etc. Data areas and the like are formed.
  • the storage unit 10 is configured with an HDD, and stores a respiratory test flow pattern, standard respiratory test results stratified by age, sex, disease, etc., each patient identifier and test results, and the like. ing.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a respiratory sound analysis process executed by the respiratory sound analysis apparatus 1.
  • a plurality of microphones 51 are previously attached to the chest, abdomen, and back of a patient to be analyzed for respiratory sounds, and a mouthpiece 76 is inserted into the mouth.
  • the respiratory flow rate detection unit 6 detects the respiratory flow rate (Step Al). Flow sensor 6
  • the respiratory flow rate is converted into an electrical signal by 1 and this electrical signal is converted into a digital signal by the data input unit 62 and output to the CPU 2.
  • a non-breathing period is detected based on the detected respiratory flow rate (step A2).
  • the non-breathing period may be predicted based on a change in respiratory flow rate.
  • a reference sound is emitted by the reference sound generating unit 7 (step A3).
  • the sound source signal input in the sound source input unit 73 is amplified by the sound reproduction unit 75, and a reference sound is emitted from the speaker 72.
  • the reference sound is introduced into the living body through the mouthpiece 76 from the mouth.
  • the reference sound While the reference sound is being emitted, the reference sound is collected at a plurality of different positions of the living body via the plurality of microphones 51, and the reference sound signal is output to the CPU 2 by the data input unit 52 (step A4 ).
  • respiratory sounds are collected at a plurality of different positions on the living body via the plurality of microphones 51, and output to the respiratory sound signal power CPU2 by the data input unit 52 (step A5).
  • step A5 the respiratory sound signal collected in step A5 is normalized based on the reference sound signal collected in step A4 (step A6).
  • an RMS (Root Mean Square) value RsO of the reference sound signal is calculated (step Bl).
  • the RMS value Rsl of the respiratory sound signal is calculated (step B2)
  • the respiratory sound signal SO is normalized based on the ratio of the RMS value RsO of the reference sound signal and the RMS value Rsl of the respiratory sound signal (step B3).
  • Standard sound processing based on the reference sound 2 standardizes multiple signals collected under different conditions, such as signals collected at different timings at the same position and signals collected simultaneously at different positions. It is a process performed in the case.
  • the RMS value RsA of the reference sound signal in the condition A is calculated (step Cl).
  • the RMS value RsB of the reference sound signal in the condition B is calculated (step C2).
  • the respiratory sound signal SBO in condition B is standardized (step C3 ).
  • the normalized respiratory sound signal SB1 is calculated by the following equation (2).
  • SB1 SB0 X (RsA / RsB) (2)
  • the respiratory sound analyzer 1 since the respiratory sound signal is normalized based on the reference sound signal, it is possible to suppress the influence of changes in the body shape and measurement system of the living body on the respiratory sound signal. Further, by emitting the reference sound during the non-breathing period, it is possible to suppress the influence of breathing movement when collecting the reference sound. In addition, by collecting respiratory sounds at multiple positions simultaneously, it is possible to compare respiratory sounds at multiple positions.
  • sounds may be collected by sequentially changing positions, but it is preferable to collect sounds at a plurality of positions at the same time.
  • the reference sound entering the living body may vary depending on how the throat opens and the mouth is opened, and when the reference sound is introduced from the surface of the living body, due to the close contact with the sound source. There is sex. Therefore, the accuracy of the standard can be improved by collecting biological sounds at a plurality of positions simultaneously with respect to one reference sound.
  • a sound wave signal of a respiratory sound has been described as an example of a biological signal.
  • muscle sound, heart sound, or digestive sound may be analyzed.
  • the reference sound is also introduced into the loca via the mouthpiece 76.
  • the method of introducing the sound of the external sound source 71 through the conduit in this way Introduce sound or force sound into your mouth.
  • the alveolar respiratory sound has a correlation with the respiratory flow rate. For this reason, it is preferable to breathe at a constant respiratory flow rate in order to measure alveolar exhalation sound. However, it is actually difficult to breathe at a constant respiratory flow rate. Therefore, it is possible to measure the respiratory flow at the same time by measuring the respiratory flow and using the value obtained by dividing the respiratory sound signal by the respiratory flow at that time.
  • Fig. 8 shows the results of measurement in a state where there is no secondary noise (cause crackle) and the microphone is firmly attached to the back.
  • the horizontal axis in Fig. 8 is the time (msec), and the vertical axis is the signal value (mV) of the measured sound signal.
  • the RMS value of the digital signal value acquired during the reference sound period was 0.707, and the RMS value of the digital signal value acquired during the breathing sound period was 0.183.
  • FIG. 9 shows the result of measuring the same position of the same subject at the same time as FIG. 8, but the measurement was performed with the microphone held relatively loosely on the subject. Therefore, the signal value was generally small, the RMS value of the digital signal value during the reference sound period was 0.495, and the RMS value of the digital signal value during the breathing sound period was 0.127.

Abstract

　本発明は、生体信号における生体の体型や測定系の変化による影響を抑制する。 基準音発生部７により発せられる基準音を生体内に導入し、基準音信号及び生体から発せられる呼吸音信号を音採取部５により採取し、採取された基準音信号に基づいて呼吸音信号を規格化する。なお、呼吸流量検出部６により呼吸流量を検出し、非呼吸期間に基準音信号を採取することが好ましい。

Description

明 細 書
生体信号解析装置及び生体信号解析方法
技術分野
[0001] 本発明は、生体から発せられる生体信号を解析する生体信号解析装置及び生体 信号解析方法に関する。
背景技術
[0002] 生体力 発せられる生体信号には、振動である音波の他に電気や磁気等、種々の ものがある。これらの生体信号は生体の状態によって変化するため、生体信号を解 析することにより、その生体の状態を知ることができる。
[0003] 聴診は医師本人だけが感覚的に感じる診断方法であり、客観的 *定量的な把握が 難しい。例えば、一人の患者の状態を比較しょうとしても、以前の状態は医師の記憶 にあるだけである。そこで、マイクにより呼吸音を採取し、呼吸音の波形を表示する解 析システムが提案されている（例えば、特許文献 1参照)。
[0004] また、外部から信号を挿入し、その信号自身が生体を経由することによる変化を計 測し、生体情報を得ようとする方法も種々存在する。例えば、 X線画像や超音波画像 等は非常によく知られた生体情報の取得手段である。また、音波を挿入し、その波形 の変化や伝達速度を解析する方法も知られて ヽる。
特許文献 1 :米国特許第 6139505号明細書
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] しかし、生体信号は生体の状態や測定系の状態により様々に変化するため、定量 的に扱うことが難しい場合があった。例えば、音波を測定するセンサが体に密着する 程度が弱ければ、測定される音波も弱くなつてしまう。特に、呼吸音は、体型や、呼吸 気流に伴う音伝達の変化等、様々な因子により定量的に扱うことが困難であった。
[0006] 本発明は、上記の従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、生体 信号における生体の体型や測定系の変化による影響を抑制することを課題とする。 課題を解決するための手段 [0007] 上記課題を解決するために、請求の範囲第 1項に記載の発明は、基準信号を発す る信号源と、前記信号源から発せられる基準信号を生体内に導入する導入部材と、 前記基準信号及び生体力 発せられる生体信号を含む生体内の信号を採取する信 号採取部と、前記信号採取部により採取された基準信号に基づいて、前記信号採取 部により採取された生体信号を規格化する演算処理部と、を備えたことを特徴とする 生体信号解析装置である。
[0008] 請求の範囲第 2項に記載の発明は、請求の範囲第 1項に記載の生体信号解析装 置において、前記生体信号は、音波信号であることを特徴とする。
[0009] 請求の範囲第 3項に記載の発明は、請求の範囲第 2項に記載の生体信号解析装 置において、前記音波信号は、呼吸音、筋音、心音又は消化器音であることを特徴 とする。
[0010] 請求の範囲第 4項に記載の発明は、請求の範囲第 1項〜第 3項のいずれか一項に 記載の生体信号解析装置において、前記導入部材は、前記基準信号を口及び Z又 は生体表面から導入することを特徴とする。
[0011] 請求の範囲第 5項に記載の発明は、請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれか一項に 記載の生体信号解析装置において、前記信号源は、生体の呼吸運動における呼気 期間と吸気期間との間に前記基準信号を発することを特徴とする。
[0012] 請求の範囲第 6項に記載の発明は、請求の範囲第 5項に記載の生体信号解析装 置において、生体の呼吸流量を検出する呼吸流量検出部と、前記呼吸流量検出部 により検出された呼吸流量に基づいて生体の非呼吸期間を検出する非呼吸期間検 出部と、を備え、前記信号源は、前記非呼吸期間検出部により検出された非呼吸期 間に前記基準信号を発することを特徴とする。
[0013] 請求の範囲第 7項に記載の発明は、請求の範囲第 1項〜第 6項のいずれか一項に 記載の生体信号解析装置において、前記信号採取部は、複数の位置で同時に生体 内の信号を採取することを特徴とする。
[0014] 請求の範囲第 8項に記載の発明は、基準信号を発する基準信号発信工程と、前記 基準信号を生体内に導入する導入工程と、前記基準信号及び生体から発せられる 生体信号を含む生体内の信号を採取する信号採取工程と、前記信号採取工程にお ヽて採取された基準信号に基づ!/ヽて、前記信号採取工程にお!ヽて採取された生体 信号を規格化する演算処理工程と、を含むことを特徴とする生体信号解析方法であ る。
[0015] 請求の範囲第 9項に記載の発明は、請求の範囲第 8項に記載の生体信号解析方 法において、前記生体信号は、音波信号であることを特徴とする。
[0016] 請求の範囲第 10項に記載の発明は、請求の範囲第 9項に記載の生体信号解析方 法において、前記音波信号は、呼吸音、筋音、心音又は消化器音であることを特徴 とする。
[0017] 請求の範囲第 11項に記載の発明は、請求の範囲第 8項〜第 10項のいずれか一 項に記載の生体信号解析方法において、前記導入工程では、前記基準信号を口及 び Z又は生体表面力 導入することを特徴とする。
[0018] 請求の範囲第 12項に記載の発明は、請求の範囲第 8項〜第 11項のいずれか一 項に記載の生体信号解析方法において、前記基準信号発信工程では、生体の呼吸 運動における呼気期間と吸気期間との間に前記基準信号を発することを特徴とする
[0019] 請求の範囲第 13項に記載の発明は、請求の範囲第 12項に記載の生体信号解析 方法において、前記基準信号発信工程では、生体の呼吸流量を検出し、前記検出 された呼吸流量に基づいて生体の非呼吸期間を検出し、前記検出された非呼吸期 間に前記基準信号を発することを特徴とする。
[0020] 請求の範囲第 14項に記載の発明は、請求の範囲第 8項〜第 13項のいずれか一 項に記載の生体信号解析方法において、前記信号採取工程では、複数の位置で同 時に生体内の信号を採取することを特徴とする。
発明の効果
[0021] 請求の範囲第 1項および第 8項に記載の発明によれば、生体信号における生体の 体型や測定系の変化による影響を抑制することができる。
[0022] 請求の範囲第 2項および第 9項に記載の発明によれば、生体から発せられる音波 信号における生体の体型や測定系の変化による影響を抑制することができる。
[0023] 請求の範囲第 3項および第 10項に記載の発明によれば、呼吸音、筋音、心音又は 消化器音における生体の体型や測定系の変化による影響を抑制することができる。
[0024] 請求の範囲第 4項および第 11項に記載の発明によれば、口及び Z又は生体表面 から導入された基準信号に基づ!ヽて、生体信号を規格化することができる。
[0025] 請求の範囲第 5項および第 12項に記載の発明によれば、基準信号を採取する際 に、呼吸運動による影響を抑制することができる。
[0026] 請求の範囲第 6項および第 13項に記載の発明によれば、基準信号を採取する際 に、呼吸運動による影響を抑制することができる。
[0027] 請求の範囲第 7項および第 14項に記載の発明によれば、複数の位置における生 体信号の比較が可能となる。
図面の簡単な説明
[0028] [図 1]本発明の実施の形態における呼吸音解析装置 1の概略構成図である。
[図 2]呼吸音解析装置 1の機能的構成を示すブロック図である。
[図 3]基準音発生部 7の構成を示すブロック図である。
[図 4]スピーカー 72及び流量センサ 61を含む部分の構成を説明するための図である
[図 5]呼吸音解析装置 1により実行される呼吸音解析処理を示すフローチャートであ る。
[図 6]基準音に基づく呼吸音の規格ィ匕処理 1を示すフローチャートである。
[図 7]基準音に基づく呼吸音の規格ィ匕処理 2を示すフローチャートである。
[図 8]実験例における呼吸音の測定結果を示すグラフである。
[図 9]実験例における呼吸音の測定結果を示すグラフである。
符号の説明
[0029] 1 呼吸音解析装置
2 CPU
3 操作部
4 表示部
5 音採取部 52 データ入力部
6 呼吸流量検出部
61 流量センサ
62 データ入力部
7 基準音発生部
71 音源
72 スピーカー
73 音源入力部
74 記憶部
75 音再生部
76 マウスピース
77 接続部材
8 ROM
9 RAM
10 記憶部
発明を実施するための最良の形態
[0030] 以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、図示例に限定さ れるものではない。
[0031] 図 1に、本発明の実施の形態における呼吸音解析装置 1の概略構成を示す。図 1 に示すように、音源 71及びスピーカー 72により発せられた基準音が、マウスピース 7 6を介して生体のロカゝら導入される。そして、生体表面に密着された複数のマイク 51 により、生体内の音波信号が採取され、呼吸音の解析が行われる。
[0032] 図 2に、呼吸音解析装置 1の機能的構成を示す。図 2に示すように、呼吸音解析装 置 1は、 CPU (Central Processing Unit) 2、操作部 3、表示部 4、音採取部 5、呼吸流 量検出部 6、基準音発生部 7、 ROM (Read Only Memory) 8、 RAM (Random Access Memory) 9、記憶部 10を備える。
[0033] CPU2は、操作部 3から入力される各種指示に従って、 ROM8に記憶されている各 種プログラムの中から指定されたプログラムを RAM9のワークエリアに展開し、上記 プログラムとの協働によって各種処理を実行し、その処理結果を RAM9の所定の領 域に格納する。
[0034] CPU2は、呼吸流量検出部 6により検出された呼吸流量に基づいて生体の非呼吸 期間を検出し、非呼吸期間に基準音を発するよう基準音発生部 7を制御する。非呼 吸期間とは、生体の呼吸運動における呼気期間と吸気期間との間の期間をいう。
[0035] また、 CPU2は、マイク 51により採取された基準音信号に基づいて、マイク 51により 採取された呼吸音信号を規格化する（図 6、図 7参照)。すなわち、 CPU2とプロダラ ムとの協働により、演算処理部が実現される。演算処理部としては、 PC (Personal Co mputer)又は PDA (Personal Digital Assistants：携帯端末）を用いてもょ ヽ。
[0036] 操作部 3は、数字やアルファベット入力キー、各種キーを備えたキーボード及びマ ウス等のポインティングデバイスである。操作部 3は、キーボードのキーの押下による 押下信号やマウスの操作による操作信号を CPU2へ出力する。
[0037] 表示部 4は、 LCD (Liquid Crystal Display) , CRT (Cathode Ray Tube)等を備えて 構成され、操作手順や処理結果等を表示する。
[0038] 音採取部 5は、複数のマイク 51及びデータ入力部 52から構成される。マイク 51は、 生体の複数の異なる位置力 音波を採取し、電気信号を出力する。マイク 51として、 種々のものを用いることができる力 例えば、エレクトリックコンデンサーマイクやピエ ゾ素子等が用いられる。データ入力部 52は、マイク 51により出力されたアナログ信号 をデジタル信号に変換し、 CPU2に出力する。
[0039] 呼吸流量検出部 6は、流量センサ 61及びデータ入力部 62から構成される。流量セ ンサ 61は、呼吸流量を電気信号に変換して出力する。流量センサ 61として、一般的 な呼吸流量計 (スノイロメーター）を用いることができる。データ入力部 62は、流量セ ンサ 61により出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、 CPU2に出力する。
[0040] 図 3に、基準音発生部 7の構成を示す。図 3に示すように、基準音発生部 7は、音源 71と、スピーカー 72と、を備える。音源 71は、音源入力部 73、記憶部 74、音再生部 75から構成される。音源入力部 73は、発すべき音の音源信号を入力する部分であり 、 CDドライブ等で構成され、デジタル信号データを取得する。音源として用いられる 信号は任意であるが、波形としてはサイン波や矩形波を用いることができる。記憶部 7 4は、 HDD (Hard Disk Drive)や RAM、 ROMのようなメモリにより構成され、音源入 力部 73から入力された音源信号を保管する。音再生部 75は、音源信号を増幅し、 指定の音圧レベルでスピーカー 72を駆動するための電気信号に変換する。スピーカ 一 72は、電気信号をスピーカーコーンの振動に変換し、基準音を発する。
[0041] 基準音としては周波数の高い超音波を用いることも考えられるが、超音波は生体内 における伝播特性が生体力 発せられる生体音と異なるため、可聴領域の周波数で あることが好ましい。また、生体内では 2000Hz以上の周波数の音波は減衰が大きい ため、 2000Hzより低い周波数が好ましい。したがって、周波数は 20〜4000Hzが好 ましく、 20〜2000Hz力より好まし!/ヽ。
[0042] 図 4に、スピーカー 72及び流量センサ 61を含む部分の構成を示す。マウスピース 7 6は、基準音を生体内へ導入する導入部材であるとともに、流量センサ 61の吹き口で ある。呼吸時に圧力損失を生じないよう、すなわち、流量センサ 61への呼吸気の流 入や排出の抵抗が大きくならないように、スピーカー 72は流量センサ 61から距離をも つて接続部材 77により接続されることが好ましい。
[0043] 生体内への音の伝播を良くするためには、気道が開いていることが好ましい。口を 通じた呼吸を行えば気道が開くので、導管となる管には空気穴を設ける等して呼吸 抵抗を小さくすることが好まし 、。
[0044] ROM8は、不揮発性の半導体メモリで構成される。 ROM8は、 CPU2により実行さ れる各種プログラムやデータ等を記憶して 、る。
[0045] RAM9は、書き換え可能な半導体素子で構成される。 RAM9は、データが一時的 に保存される記憶媒体であり、 CPU2が実行するためのプログラムを展開するための プログラムエリア、操作部 3から入力されるデータや CPU2による各種処理結果等を 保存するためのデータエリア等が形成される。
[0046] 記憶部 10は、 HDDを備えて構成され、呼吸検査の流量パターン、年齢や性別、 疾病別等に層別された標準の呼吸検査結果、各患者の識別子と検査結果等を記憶 している。
[0047] 次に、呼吸音解析装置 1の動作について説明する。
[0048] なお、動作説明の前提として、フローチャートに記述されている処理を実現するた めのプログラムは、 CPU2が読み取り可能なプログラムコードの形態で ROM8に格納 されており、 CPU2は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。
[0049] 図 5は、呼吸音解析装置 1により実行される呼吸音解析処理を示すフローチャート である。予め呼吸音の解析対象となる患者の胸部、腹部、背中に複数のマイク 51が 装着され、口にはマウスピース 76が挿入される。
[0050] まず、呼吸流量検出部 6により呼吸流量が検出される (ステップ Al)。流量センサ 6
1により呼吸流量が電気信号に変換され、データ入力部 62によりこの電気信号がデ ジタル信号に変換され、 CPU2に出力される。
[0051] 次に、検出された呼吸流量に基づいて、非呼吸期間が検出される (ステップ A2)。
非呼吸期間は、呼吸流量変化に基づいて予測されることとしてもよい。
[0052] そして、検出された非呼吸期間、すなわち呼気期間と吸気期間との間に、基準音発 生部 7により基準音が発せられる (ステップ A3)。音源入力部 73において入力された 音源信号が音再生部 75により増幅され、スピーカー 72により基準音が発せられる。 基準音はマウスピース 76を介して口から生体内に導入される。
[0053] 基準音が発せられている間に、複数のマイク 51を介して生体の複数の異なる位置 において基準音が採取され、データ入力部 52により基準音信号が CPU2に出力さ れる (ステップ A4)。
[0054] 次に、複数のマイク 51を介して生体の複数の異なる位置において呼吸音が採取さ れ、データ入力部 52により呼吸音信号力CPU2に出力される (ステップ A5)。
[0055] 次に、ステップ A4において採取された基準音信号に基づいて、ステップ A5におい て採取された呼吸音信号が規格化される (ステップ A6)。
[0056] 図 6を参照して、基準音に基づく呼吸音の規格ィ匕処理 1を説明する。
[0057] まず、基準音信号の RMS (Root Mean Square：二乗の平均の平方根）値 RsOが算 出される (ステップ Bl)。次に、呼吸音信号の RMS値 Rslが算出される (ステップ B2)
[0058] そして、基準音信号の RMS値 RsOと呼吸音信号の RMS値 Rslの比に基づいて、 呼吸音信号 SOが規格化される (ステップ B3)。規格化後の呼吸音信号 SIは下記式（ 1)により算出される。 [0059] S1 = S0 X (Rsl/RsO) (1)
以上で、基準音に基づく呼吸音の規格化処理 1が終了する。
[0060] 次に、図 7を参照して、基準音に基づく呼吸音の規格化処理 2を説明する。基準音 に基づく呼吸音の規格ィ匕処理 2は、同一位置で異なるタイミングで採取された信号や 、異なる位置で同時に採取された信号等、異なる条件において採取された複数の信 号を規格化する場合に行われる処理である。
[0061] まず、条件 Aにおける基準音信号の RMS値 RsAが算出される (ステップ Cl)。次に 、条件 Bにおける基準音信号の RMS値 RsBが算出される (ステップ C2)。
[0062] そして、条件 Aにおける基準音信号の RMS値 RsAと条件 Bにおける基準音信号の RMS値 RsBの比に基づいて、条件 Bにおける呼吸音信号 SBOが規格ィ匕される (ステ ップ C3)。規格化後の呼吸音信号 SB1は下記式（2)により算出される。
[0063] SB1 = SB0 X (RsA/RsB) (2)
以上で、基準音に基づく呼吸音の規格化処理 2が終了する。
[0064] 呼吸音解析装置 1によれば、基準音信号に基づいて呼吸音信号を規格化するの で、呼吸音信号における生体の体型や測定系の変化による影響を抑制することがで きる。また、非呼吸期間に基準音を発することにより、基準音を採取する際の呼吸運 動による影響を抑制することができる。また、複数の位置で同時に呼吸音を採取する ことにより、複数の位置における呼吸音の比較が可能となる。
[0065] このように、生体音を定量的に解析することは、生体の状態を把握するのに有用で ある。例えば、呼吸音の場合、副雑音の有無やその状態で診断が行われる。副雑音 の中でも典型的なものにクラックルがある。これまでクラックルの数をカウントする等の 解析方法が検討されてきた。しかし、肺胞呼吸音と呼ばれる通常の呼吸音が大きい 場合には、クラックルは信号に埋もれてしまい、検出することが難しくなる。クラックル を含んだ肺胞呼吸音は正常な肺胞呼吸音に比べて、信号値の標準偏差が大きくな る。従来のように測定した直接の信号では定性的に大きくなるとしか言えないが、本 発明では基準信号に基づ 、て規格化された数値として表すことができ、正常な呼吸 音に比べて何となく濁ったように聞こえる程度の音でも、その程度を定量的に把握す ることがでさる。 [0066] 呼吸音の採取にあたっては、本実施の形態のように、複数の位置で音を採取するこ とが好ましい。本来聴取されるべき音が聴取されな力つたり、本来聴取されるべきでな い音が聴取されたりすることは異常であるので、複数の位置で音を採取することにより 、生体内で発生した何らかの異常を検出するために有益な情報を得ることができる。
[0067] 複数の位置で音を採取する方法としては、逐次的に位置を変えて音を採取してもよ いが、同時に複数の位置の音を採取する方が好ましい。基準音を口から導入する場 合には喉の開き方や口のあけ方、生体表面から導入する場合には音源との密着具 合等により、生体内に入る基準音にバラツキが発生する可能性がある。したがって、 一つの基準音に対して、同時に複数の位置の生体音を採取することにより、規格ィ匕 の精度を向上させることができる。
[0068] なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係る好適な生体信号解析装置 の例であり、これに限定されるものではない。各部の細部構成及び細部動作に関し ても本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
[0069] 例えば、上記実施の形態では、生体信号の一例として呼吸音の音波信号について 説明したが、同様に、筋音、心音又は消化器音を解析することとしてもよい。
[0070] また、上記実施の形態では、複数のマイク 51を用いて、同時に複数の異なる位置 において呼吸音を採取する場合について説明したが、呼吸音を採取するマイクは 1 つであってもよい。
[0071] また、上記実施の形態では、ロカもマウスピース 76を介して基準音を導入すること としたが、このように外部にある音源 71の音を導管を通じて導入する方法の他、生体 表面力ゝら音を導入してもよ ヽし、口の中に音源を入れてもょ ヽ。
[0072] また、肺胞呼吸音は呼吸流量と相関があることが知られている。このため、肺胞呼 吸音を測定するためには一定の呼吸流量で呼吸することが好ましい。しかしながら、 実際には一定の呼吸流量で呼吸することは困難である。そこで、呼吸音測定時に呼 吸流量を同時に計測し、呼吸音信号をそのときの呼吸流量で割った値を用いること により、呼吸流量に対する規格ィ匕を行うこともできる。
[実験例]
Stethographics社製 MultichannelSTGを用い、マイクパッドを背中に当て、仰臥位の 姿勢で計測を行った。被験者の非呼吸期間に、基準音として 200Hzのサイン波信号 の音を口から導入した (以下、この期間を「基準音期間」という。 ) o続いてマウスピー ス 76を口にくわえ、深呼吸を実施した (以下、この期間を「呼吸音期間」という。 ) o
[0073] 図 8は、副雑音 (コーズクラックル)のない状態のときに、背中にマイクをしつ力り密着 させた状態で測定した結果である。図 8の横軸は時間（msec)、縦軸は測定された音 波信号の信号値 (mV)である。基準音期間に取得されたデジタル信号値の RMS値 は 0. 707、呼吸音期間に取得されたデジタル信号値の RMS値は 0. 183であった。
[0074] これに対し、図 9は、図 8と同時期に同一被験者の同一の位置を測定した結果だが 、マイクを比較的ゆるく被験者に当てた状態で測定した。そのため、信号値は全般的 に小さくなつており、基準音期間のデジタル信号値の RMS値は 0. 495、呼吸音期 間のデジタル信号値の RMS値は 0. 127であった。
[0075] 図 9に示す呼吸音期間の信号値の RMS値を、図 8の基準音期間のデジタル信号 値の RMS値に基づ!/、て規格化すると、
127 X (0. 707/0. 495) =0. 182となり、図 8における呼吸音期間のデジタノレ信 号値の RMS値 0. 183と略同じ値となり、マイクの密着の程度をキャンセルして呼吸 音を比較することができるようになる。これにより、例えば、同一被験者の状態が変化 し、副雑音がわずかに発生した場合にも検出可能となる。

Claims

請求の範囲
[1] 基準信号を発する信号源と、
前記信号源から発せられる基準信号を生体内に導入する導入部材と、 前記基準信号及び生体から発せられる生体信号を含む生体内の信号を採取する 信号採取部と、
前記信号採取部により採取された基準信号に基づいて、前記信号採取部により採 取された生体信号を規格化する演算処理部と、
を備えたことを特徴とする生体信号解析装置。
[2] 請求の範囲第 1項に記載の生体信号解析装置において、
前記生体信号は、音波信号であることを特徴とする生体信号解析装置。
[3] 請求の範囲第 2項に記載の生体信号解析装置において、
前記音波信号は、呼吸音、筋音、心音又は消化器音であることを特徴とする生体 信号解析装置。
[4] 請求の範囲第 1項〜第 3項のいずれか一項に記載の生体信号解析装置において 前記導入部材は、前記基準信号を口及び Z又は生体表面から導入することを特徴 とする生体信号解析装置。
[5] 請求の範囲第 1項〜第 4項のいずれか一項に記載の生体信号解析装置において 前記信号源は、生体の呼吸運動における呼気期間と吸気期間との間に前記基準 信号を発することを特徴とする生体信号解析装置。
[6] 請求の範囲第 5項に記載の生体信号解析装置において、
生体の呼吸流量を検出する呼吸流量検出部と、
前記呼吸流量検出部により検出された呼吸流量に基づいて生体の非呼吸期間を 検出する非呼吸期間検出部と、
を備え、
前記信号源は、前記非呼吸期間検出部により検出された非呼吸期間に前記基準 信号を発することを特徴とする生体信号解析装置。
[7] 請求の範囲第 1項〜第 6項のいずれか一項に記載の生体信号解析装置において 前記信号採取部は、複数の位置で同時に生体内の信号を採取することを特徴とす る生体信号解析装置。
[8] 基準信号を発する基準信号発信工程と、
前記基準信号を生体内に導入する導入工程と、
前記基準信号及び生体から発せられる生体信号を含む生体内の信号を採取する 信号採取工程と、
前記信号採取工程にお！ヽて採取された基準信号に基づ！ヽて、前記信号採取工程 において採取された生体信号を規格化する演算処理工程と、
を含むことを特徴とする生体信号解析方法。
[9] 請求の範囲第 8項に記載の生体信号解析方法にお 、て、
前記生体信号は、音波信号であることを特徴とする生体信号解析方法。
[10] 請求の範囲第 9項に記載の生体信号解析方法において、
前記音波信号は、呼吸音、筋音、心音又は消化器音であることを特徴とする生体 信号解析方法。
[11] 請求の範囲第 8項〜第 10項の 、ずれか一項に記載の生体信号解析方法にお!、 て、
前記導入工程では、前記基準信号を口及び Z又は生体表面から導入することを特 徴とする生体信号解析方法。
[12] 請求の範囲第 8項〜第 11項の 、ずれか一項に記載の生体信号解析方法にお!、 て、
前記基準信号発信工程では、生体の呼吸運動における呼気期間と吸気期間との 間に前記基準信号を発することを特徴とする生体信号解析方法。
[13] 請求の範囲第 12項に記載の生体信号解析方法において、
前記基準信号発信工程では、生体の呼吸流量を検出し、前記検出された呼吸流 量に基づいて生体の非呼吸期間を検出し、前記検出された非呼吸期間に前記基準 信号を発することを特徴とする生体信号解析方法。 [14] 請求の範囲第 8項〜第 13項のいずれか一項に記載の生体信号解析方法におい て、
前記信号採取工程では、複数の位置で同時に生体内の信号を採取することを特 徴とする生体信号解析方法。
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