WO2017163938A1 - 肺機能測定装置、肺機能測定方法および肺機能測定プログラム - Google Patents

肺機能測定装置、肺機能測定方法および肺機能測定プログラム Download PDF

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WO2017163938A1
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attenuation
lung function
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牧伸
櫨田知樹
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Definitions

  • the present invention relates to a lung function measuring device, a lung function measuring method, and a lung function measuring program for measuring data for evaluating lung function.
  • Heart failure is not the name of a disease, but refers to such a “body condition resulting from insufficient cardiac function”.
  • Patent Document 1 describes an apparatus that outputs a sound toward a lung and receives a reflected sound to measure a lung state in order to evaluate cardiac function.
  • Patent Document 1 The device described in Patent Document 1 needs to be implanted in the body, is highly invasive, and places a heavy burden on the measurement subject.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a lung function measurement device, a lung function measurement method, and a lung function measurement program that are non-invasive and have a small burden on a measurement subject. Objective.
  • a pulmonary function measuring device that achieves the above object is a pulmonary function measuring device for measuring data for evaluating pulmonary function, which can be fixed to the body surface close to the ribs and emits sound toward the ribs.
  • a sound output unit that outputs sound; a sound detection unit that detects sound transmitted from the sound output unit through the ribs and that can be fixed to a body surface adjacent to the ribs to which sound is output; and the sound output
  • An attenuation calculation unit that calculates the degree of attenuation of the sound from the information of the sound output by the unit and the sound detected by the sound detection unit.
  • a lung function measurement method that achieves the above object is a lung function measurement method for measuring data for evaluating lung function, and outputs a sound from a body surface close to the rib toward the rib, Detecting a sound transmitted through the rib from a body surface adjacent to the rib from which the sound is output; calculating a sound attenuation level from the output sound and information of the detected sound; Have.
  • the lung function measurement program that achieves the above object is a lung function measurement program that is executed by a computer to measure data for evaluating lung function, and outputs a sound to a sound output unit that outputs sound toward the ribs. And a step of receiving a detection result from a sound detection unit for detecting a sound, and a step of calculating a sound attenuation degree from information on the output sound and the detected sound.
  • the lung function measuring device, the lung function measuring method, and the lung function measuring program configured as described above use the sound transmitted through the rib adjacent to the lung, and the degree of sound attenuation in the rib serving as an index of lung function deterioration. Therefore, it is non-invasive and the burden on the measurement subject is small.
  • the pulmonary function measuring device 10 is a device that can collect the attenuation of sound transmitted through the ribs over a long period of time and determine, for example, the presence or absence of left heart failure every day.
  • the pulmonary function measuring apparatus 10 is used on a daily basis by the measurement subject himself / herself and can monitor changes in the state of the heart over a long period of time. It can also be used for short-term monitoring applications in which the presence or absence of heart failure is determined by a doctor's instruction for a period of about 2 to 3 days, making it possible to make a diagnosis with higher accuracy than observing in a short time at the visit. .
  • the “front side” of the body means the side facing the face
  • the “rear side” of the body means the side facing the back.
  • the pulmonary function measuring apparatus 10 measures the pulmonary function for the purpose of evaluating cardiac function.
  • the pulmonary function (congestion) is not intended for evaluating the cardiac function. Or the like) may be measured.
  • the lung function measuring apparatus 10 includes a sound output unit 20 that outputs sound, a sound detection unit 30 that detects sound, a control unit 50, an input unit 70, a display unit 60, And an angle detection unit 110.
  • the lung function measuring apparatus 10 further includes a fixing member 80 for fixing the sound output unit 20, the sound detection unit 30, and the angle detection unit 110 to the body surface, a storage unit 40, a control unit 50, an input unit 70, and a display unit. 60, and a cable 100 that connects the sound output unit 20, the sound detection unit 30, and the angle detection unit 110 to the device main body 90.
  • the control unit 50 and the storage unit 40 constitute a computer for executing a program. Therefore, the operation of the lung function measuring apparatus 10 can be executed by a program.
  • the sound output unit 20 is a speaker including a vibrator and an amplifier that output sound.
  • the sound output from the sound output unit 20 is used to calculate the sound attenuation V (degree of attenuation) in the rib R.
  • the sound output unit 20 is fixed by a fixing member 80 on the front side or the rear side of the lung (in the present embodiment, the rear side).
  • the fixing member 80 is, for example, an adhesive tape.
  • the sound output unit 20 is fixed to the body surface close to the rib R selected for measuring attenuation. Two sound output units 20 are provided corresponding to the left and right lungs L.
  • the sound output unit 20 outputs a sound a plurality of times within a measurement time (for example, one day) at a sampling period (or a specific time) set in advance or input from the input unit 70 according to an instruction from the control unit 50 To do.
  • the sampling period for generating sound is not particularly limited, but is, for example, 0.1 to 1 second.
  • the sound output unit 20 outputs a preset time sound each time.
  • the frequency of the sound output from the sound output unit 20 is not particularly limited as long as the sound can be transmitted through the bone, and is, for example, 100 to 2000 Hz.
  • the sound output from the sound output unit 20 may have a single frequency, but may have a predetermined frequency band.
  • the sounds output from the two sound output units 20 may have different frequencies, output timings, and the like so that the sound output unit 20 can easily identify which sound is output from the sound detection result.
  • the sound detection unit 30 is a microphone for detecting sound transmitted from the sound output unit 20 through the rib R.
  • Two sound detectors 30 are provided corresponding to the left and right lungs L.
  • the sound detection unit 30 is fixed by a fixing member 80 on the opposite side (front side in the present embodiment) of the front side and the rear side of the lung L to the side on which the sound output unit 20 is attached.
  • the sound detection unit 30 is fixed to the body surface close to the rib R selected to measure attenuation. Therefore, the sound detection unit 30 fixed to the front side of the left lung L and the sound output unit 20 fixed to the rear side of the left lung L are fixed close to the same left rib R.
  • the sound detection unit 30 fixed to the front side of the right lung L and the sound output unit 20 fixed to the rear side of the right lung L are fixed in the vicinity of the same right rib R.
  • the sound detection unit 30 transmits the detection result to the measurement unit 51 of the control unit 50.
  • the position of the body surface that fixes the sound output unit 20 and the sound detection unit 30 is the same every time.
  • the position where the sound output unit 20 and the sound detection unit 30 are fixed is not particularly limited as long as the position is close to the same rib R. Therefore, the position of the body surface that fixes the sound output unit 20 and the sound detection unit 30 may not be before and after the body.
  • the angle detection unit 110 is a sensor that detects the inclination angle ⁇ of the long axis of the body with respect to the horizontal plane.
  • the angle detection unit 110 transmits the detected signal to the control unit 50 via the cable 100.
  • the position where the angle detection unit 110 is fixed is not particularly limited as long as the inclination of the body can be measured satisfactorily.
  • the angle detection unit 110 is not particularly limited as long as it can detect the inclination angle ⁇ of the body, but is an acceleration sensor, for example.
  • the apparatus main body 90 is connected to the sound output unit 20, the sound detection unit 30, and the angle detection unit 110 by a cable 100 as shown in FIGS.
  • the apparatus main body 90 is attached to the person to be measured by, for example, a belt.
  • the storage unit 40 stores various operation programs such as a measurement program executed by the control unit 50 and various parameters (threshold value, etc.).
  • the storage unit 40 further stores data detected by the sound detection unit 30 and the angle detection unit 110 and data calculated by the control unit 50.
  • the control unit 50 includes a measurement unit 51, an attenuation calculation unit 52, and a warning determination unit 53.
  • the control unit 50 includes a CPU (Central Processing Unit) and an operation program.
  • the control unit 50 comprehensively controls the operations of the sound output unit 20, the sound detection unit 30, the storage unit 40, the measurement unit 51, the attenuation calculation unit 52, the warning determination unit 53, the input unit 70, and the display unit 60.
  • the measuring unit 51 transmits a signal to the sound output unit 20 to output a sound.
  • the measurement unit 51 receives sound detection data from the sound detection unit 30.
  • the measurement unit 51 identifies the sound output by the sound output unit 20 from the sound detection data.
  • the measurement unit 51 performs frequency analysis on the detection data acquired from the sound detection unit 30 and calculates an amplitude value of the same frequency component as the sound output from the sound output unit 20.
  • the measurement unit 51 divides the amplitude of the sound detected by the sound detection unit 30 by the amplitude of the sound output from the sound detection unit 30 to obtain a unit attenuation.
  • the amplitude of the sound output from the sound detection unit 30 is measured in advance and set in the storage unit 40.
  • the measurement unit 51 can read the amplitude of the sound output from the sound detection unit 30 from the storage unit 40.
  • the measurement unit 51 can calculate the unit attenuation of each frequency.
  • the measurement unit 51 can select a specific frequency with less noise and calculate the unit attenuation at this frequency.
  • the measurement part 51 can also calculate the unit attenuation in each frequency, and can make this average value into unit attenuation.
  • the measurement unit 51 receives detection data of the inclination angle ⁇ from the angle detection unit 110 when the sound detection unit 30 detects sound.
  • the measurement unit 51 stores the unit attenuation, the inclination angle ⁇ , and the measurement time t in the storage unit 40.
  • the attenuation calculation unit 52 calculates the attenuation V from the unit attenuation data recorded during a predetermined measurement time (for example, 24 hours).
  • the attenuation calculation unit 52 calculates an average value of a plurality of unit attenuations within a measurement time (for example, 24 hours), and sets it as the attenuation V.
  • the state of the lung depends on the body inclination angle ⁇ .
  • the direction of the acting gravity is different, so the shape of the lung L changes and the position of the interstitial fluid also changes.
  • the attenuation calculation unit 52 can read the inclination angle ⁇ together with the unit attenuation degree from the storage unit 40, and can select and average only the unit attenuation values when the inclination angle ⁇ satisfies a predetermined condition.
  • the attenuation calculation part 52 can calculate the unit attenuation measured with the attitude
  • the condition of the inclination angle ⁇ is, for example, as in the following formula (1). 45 degrees ⁇ ⁇ ⁇ 90 degrees Formula (1)
  • the attenuation degree V is calculated one by one according to the left and right lungs L.
  • the warning determination unit 53 compares the attenuation degree V calculated by the attenuation calculation unit 52 with a threshold value.
  • the threshold value is set in advance in the storage unit 40, input from the input unit 70, or calculated from past data, for example. If the attenuation V is greater than the threshold value, the warning determination unit 53 determines that the lung L is in strong contact with the rib R and that the cardiac function (or lung function) is abnormal. Further, when the degree of attenuation V is equal to or less than the threshold value, the warning determination unit 53 determines that the lung L is not in strong contact with the rib R and the cardiac function (or lung function) is normal. When the warning determination unit 53 determines that the cardiac function is abnormal, the warning determination unit 53 causes the display unit 60 to display the determination result.
  • the threshold value of the warning determination unit 53 may be, for example, an upper limit value of an average value of a general person, or a value obtained by multiplying an average value for the past several months of a measurement subject by a coefficient. It may be.
  • the warning determination unit 53 can separately determine the two attenuations V according to the left and right lungs L. Moreover, the warning determination part 53 may perform determination using the average value of the attenuation degree V of both the lungs L. FIG. The warning determination unit 53 may determine that the cardiac function is abnormal when there is an abnormality in one of the two attenuation levels V according to the left and right lungs L separately. In addition, the warning determination unit 53 may determine that the cardiac function is abnormal when the two attenuation levels V corresponding to the left and right lungs L are determined separately and both are abnormal.
  • the input unit 70 is a part where the measurement subject performs an input operation.
  • the input unit 70 includes, for example, a switch and a button.
  • the input unit may be a touch panel, a keyboard, a mouse, or the like.
  • the input unit 70 inputs and resets various parameters (threshold, tilt angle range, measurement interval, determination method, etc.), starts and ends measurement, selects measurement results and calculation results to be displayed, and displays graphs and tables to be displayed. Used for selection etc.
  • the display unit 60 is a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electro-Luminescence) display.
  • the display unit 60 may be a touch panel that also serves as the input unit 70.
  • the display unit 60 can display values, measurement results, calculation results, determination results, and the like input to the input unit 70 as characters, numerical values, tables, graphs, or the like.
  • the measurement subject fixes the sound output unit 20 to the body surface behind the left and right lungs L.
  • the measurement subject fixes the sound detection unit 30 to the front body surface of the left and right lungs L.
  • the measurement subject fixes the angle detection unit 110 at a place where the major axis of the body can be detected.
  • the position where the sound output unit 20 and the sound detection unit 30 are fixed is a position close to the same rib R.
  • the measurement subject operates the input unit 70 of the apparatus main body 90, inputs parameters such as measurement time, and starts measurement.
  • the control unit 50 starts measurement after receiving information indicating that measurement is started from the input unit 70. Thereby, the measurement part 51 of the control part 50 sends a signal to the sound output part 20, and outputs a sound for every predetermined sampling period (step 1). Next, the measurement part 51 receives a detection result from the sound detection part 30 (step 2). Next, the measurement unit 51 receives the detection result of the tilt angle ⁇ from the angle detection unit 110 (step 3). Subsequently, the measurement unit 51 calculates the unit attenuation in the rib R in each of the left and right lungs L (step 4). Thereafter, the measurement unit 51 stores the unit attenuation, the inclination angle ⁇ , and the measured time t in the storage unit 40 (step 5). When the predetermined measurement time has elapsed, the control unit 50 stops the sound output from the sound output unit 20 and stops the detection by the sound detection unit 30 and the angle detection unit 110 (step 6).
  • the attenuation calculation unit 52 reads the unit attenuation, the inclination angle ⁇ , and the measured time t stored in the storage unit 40.
  • the attenuation calculation unit 52 identifies a time t when the inclination angle ⁇ is within a predetermined range, and selects a unit attenuation corresponding to the time t (step 7). Subsequently, the attenuation calculation unit 52 averages the selected unit attenuation and calculates the attenuation V (step 8).
  • the warning determination unit 53 determines whether or not the attenuation V of the day calculated by the attenuation calculation unit 52 is normal (step 9).
  • the warning determination unit 53 displays a warning message on the display unit 60 as shown in FIG. 5 (step 10).
  • the control unit 50 stores the calculated unit attenuation, attenuation V, inclination angle ⁇ , presence / absence of abnormality, and the like in the storage unit 40 (step 11). Thereby, the measurement for one day by the lung function measuring apparatus 10 is completed.
  • the content of the warning message can be set as appropriate.
  • the control unit 50 can cause the display unit 60 to display the time variation of the measured attenuation degree V together with past data.
  • the control unit 50 can display the upper limit B (threshold value) of the normal value of the attenuation degree V with a line on the graph displayed on the display unit 60.
  • the attenuation degree V is higher than the upper limit B, it is determined that there is a heart failure or a possibility of heart failure.
  • the measurement subject himself / herself can easily monitor the degree of progression of heart failure over a long period of time using the degree of attenuation V as an index indicating a decrease in cardiac function.
  • the pulmonary function measuring device 10 is a pulmonary function measuring device 10 for measuring data for evaluating pulmonary function, and can be fixed to the body surface close to the rib R.
  • a sound output unit 20 that outputs sound toward the rib R, and a sound that can be fixed to the body surface adjacent to the rib R from which the sound is output and is transmitted from the sound output unit 20 via the rib R
  • a sound detection unit 30 to detect, and an attenuation calculation unit 52 that calculates the sound attenuation degree V from the information of the sound output by the sound output unit 20 and the sound detected by the sound detection unit 30.
  • the pulmonary function measuring apparatus 10 configured as described above can calculate the attenuation V of sound transmitted through the rib R by the sound output unit 20 and the sound detection unit 30 attached to the body surface. As a result, pulmonary congestion that becomes an index of a decrease in cardiac function can be observed with the attenuation V, and monitoring of the cardiac function is facilitated.
  • the lung function measuring apparatus 10 is non-invasive and can be configured very compactly, it is easy to carry and operate, and even if monitoring is continued for a long period of time, there is no problem in life, and to the subject to be measured. The burden of is small.
  • the pulmonary function measuring apparatus 10 further includes a storage unit 40 capable of storing the attenuation level V, and can compare the attenuation levels V measured and calculated at different times. Thereby, since the temporal change of the cardiac function can be observed, the cardiac function can be monitored for a long time and easily.
  • the sound output unit 20 and the sound detection unit 30 can be fixed at positions corresponding to the same rib R before and after the body. Thereby, the attenuation degree V of the sound by the same rib R can be detected satisfactorily.
  • the attenuation calculation unit 52 calculates a plurality of unit attenuations from sounds detected at different times, and sets the average value of the plurality of unit attenuations as the attenuation V. Thereby, the variation of the measurement for every measurement can be removed, and the attenuation V suitable for observation can be obtained.
  • the lung function measuring apparatus 10 further includes a warning determination unit 53 that compares the calculated attenuation V with the upper limit B (threshold value) and determines whether or not to issue a warning. Thereby, the presence or absence of heart failure is automatically determined, and the presence or absence of heart failure can be easily monitored.
  • a warning determination unit 53 that compares the calculated attenuation V with the upper limit B (threshold value) and determines whether or not to issue a warning. Thereby, the presence or absence of heart failure is automatically determined, and the presence or absence of heart failure can be easily monitored.
  • the present invention also includes a lung function measurement method for measuring data for determining the presence or absence of heart failure.
  • a lung function measurement method for measuring data for determining the presence or absence of heart failure.
  • sound is output from the body surface close to the rib R toward the rib R, and the sound transmitted through the rib R from the body surface close to the rib R to which the sound is output.
  • the pulmonary function measuring method configured as described above makes it possible to observe the congestion of the lung L, which is an index of the decrease in cardiac function, by the attenuation level V, and it is easy to monitor the cardiac function.
  • the lung function measurement method is non-invasive, and even if monitoring is continued for a long period of time, there is no problem in life and the burden on the measurement subject is small.
  • the lung function measuring method further includes a step of storing the attenuation degree V in the storage unit 40 and a step of reading the attenuation degree V measured and calculated at different times from the storage unit 40 and comparing them. Thereby, since the temporal change of the cardiac function can be observed, the cardiac function can be monitored for a long time and easily.
  • the lung function measuring method further includes a step of fixing the sound output unit 20 and the sound detection unit 30 at positions corresponding to the same ribs R before and after the body before the step of outputting sound. Thereby, the attenuation degree V of the sound by the same rib R can be detected satisfactorily.
  • the lung function measuring method further includes a step of comparing the calculated attenuation degree V with an upper limit B (threshold value) and determining whether or not to issue a warning. This makes it possible to automatically determine the presence or absence of heart failure and facilitate the monitoring of the presence or absence of heart failure.
  • the present invention also includes a lung function measurement program executed by a computer to measure data for determining the presence or absence of heart failure.
  • the lung function measurement program includes a step of outputting a sound to the sound output unit 20 that outputs a sound toward the rib R, a step of receiving a detection result from the sound detection unit 30 that detects a sound, and the output sound and detection Calculating the sound attenuation V from the sound information.
  • the pulmonary function measurement program configured as described above can observe pulmonary congestion as an index of decline in cardiac function based on the degree of attenuation V and facilitates monitoring of cardiac function.
  • the procedure becomes non-invasive, and even if monitoring is continued for a long period of time, there is no problem in life, and the burden on the measurement subject is small.
  • the lung function measurement program further includes a step of storing the attenuation degree V in the storage unit 40, and a step of reading the attenuation degree V measured and calculated at different times from the storage unit 40 and comparing them.
  • the sound output unit 20 and the sound detection unit 30 are fixed at positions corresponding to the same rib R before and after the body. Thereby, the attenuation degree V of the sound by the same rib R can be detected satisfactorily.
  • the lung function measurement program further includes a step of comparing the calculated attenuation degree V with a preset upper limit B (threshold value) to determine whether or not to issue a warning. This makes it possible to automatically determine the presence or absence of heart failure and facilitate the monitoring of the presence or absence of heart failure.
  • a preset upper limit B threshold value
  • the apparatus main body may be configured by a portable terminal such as a smartphone or a tablet terminal and an application (program), or may be configured by a server computer terminal and an application (program) connected to the Internet.
  • the sound output unit, the sound detection unit, and the angle detection unit may be wirelessly connected to the apparatus body using a communication technology such as NFC (Near Field Communication) or Wifi (registered trademark). Further, the sound output unit, the sound detection unit, and the angle detection unit may be integrated with the apparatus main body.
  • the lung function measuring apparatus 10 is an apparatus assumed to be used by the measurement target person, a medical worker such as a doctor or a nurse may use it for the measurement target person.
  • the measurement is performed on both the left and right lungs L, but the measurement may be performed on only one of the left and right lungs L.
  • a plurality of sound detection units 30 may be provided in each of the left and right lungs L. If there are a plurality of sound detection units 30, data can be supplemented using detection results of other sound detection units 30 when no sound can be detected by one sound detection unit 30. Further, the angle detection unit may not be provided.
  • a plurality of unit attenuations are averaged to calculate the attenuation V. However, the unit attenuation that is a single measurement value may be used as the attenuation V. Further, the attenuation V may be a median value or a mode value instead of an average value of a plurality of unit attenuations.

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Abstract

非侵襲であって測定対象者への負担が小さい肺機能測定装置、肺機能測定方法および肺機能測定プログラムを提供する。　肺機能を評価するためのデータを測定するための肺機能測定装置（１０）であって、肋骨（Ｒ）に近接する体表に固定可能であって肋骨（Ｒ）に向けて音を出力する音出力部（２０）と、音を出力される肋骨（Ｒ）に近接する体表に固定可能であって音出力部（２０）から肋骨（Ｒ）を介して伝達される音を検出する音検出部（３０）と、音出力部（２０）によって出力された音と音検出部（３０）によって検出された音から音の減衰度（Ｖ）を算出する減衰算出部（５２）と、を有する。

Description

肺機能測定装置、肺機能測定方法および肺機能測定プログラム
　本発明は、肺機能を評価するためのデータを測定する肺機能測定装置、肺機能測定方法および肺機能測定プログラムに関する。
　心臓の働きが不十分で拍出量の低下が起こると、心臓拍出量を維持する生体の仕組みが働き、拍出量の低下が抑えられる。しかしながら、体のさまざまな部分に負担がかかるため、結果として症状が出現する。心不全とは、病名ではなく、このような「心臓の働きが不十分な結果として生じた体の状態」を示す。
　心不全になると、心臓のポンプ機能が低下して十分に血液を送り出せなくなる。このため、心臓から送り出せなくなった血液が、循環系において心臓の直前の臓器に溜まり、症状が現れる。右心不全の場合には、体循環系に症状が現れ、左心不全の場合には、肺循環系に症状が現れる。左心不全の場合、肺から左心へ流れる血液が肺に滞るため、肺の中の血液の液成分が肺組織中に浸み出し、肺がうっ血した状態となる。
　心不全の兆候を自覚することは、困難である。このため、心筋梗塞などの急性増悪が起こることで、初めて気付くことが多い。したがって、心不全を監視しやすく、心不全を早期に発見できる方法が望まれる。
　このため、肺の状態を計測する様々な装置が提案されている。例えば特許文献１には、心機能を評価するために、音を肺に向かって出力し、反射された音を受信して、肺の状態を計測する装置が記載されている。
特表２０１０－５３４５４８号公報
　特許文献１に記載の装置は、体内へ埋め込む必要があり、侵襲性が高く、測定対象者への負担が大きい。
　本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、非侵襲であって測定対象者への負担が小さい肺機能測定装置、肺機能測定方法および肺機能測定プログラムを提供することを目的とする。
　上記目的を達成する肺機能測定装置は、肺機能を評価するためのデータを測定するための肺機能測定装置であって、肋骨に近接する体表に固定可能であって肋骨に向けて音を出力する音出力部と、音を出力される前記肋骨に近接する体表に固定可能であって前記音出力部から前記肋骨を介して伝達される音を検出する音検出部と、前記音出力部によって出力された音と前記音検出部によって検出された音の情報から音の減衰度を算出する減衰算出部と、を有する。
　上記目的を達成する肺機能測定方法は、肺機能を評価するためのデータを測定するための肺機能測定方法であって、肋骨に近接する体表から肋骨に向けて音を出力するステップと、音を出力される前記肋骨に近接する体表から前記肋骨を介して伝達される音を検出するステップと、前記出力された音と検出された音の情報から音の減衰度を算出するステップと、を有する。
　上記目的を達成する肺機能測定プログラムは、肺機能を評価するためのデータを測定するためにコンピュータによって実行される肺機能測定プログラムであって、肋骨に向けて音を出力する音出力部に音を出力させるステップと、音を検出する音検出部から検出結果を受け取るステップと、前記出力された音と検出された音の情報から音の減衰度を算出するステップと、を有する。
　上記のように構成された肺機能測定装置、肺機能測定方法および肺機能測定プログラムは、肺に隣接する肋骨を伝わる音を利用して、肺機能の低下の指標となる肋骨における音の減衰度を観察できるため、非侵襲であって測定対象者への負担が小さい。
実施形態に係る肺機能測定装置を示すブロック図である。 測定対象者に肺機能測定装置を取り付けた状態を示す側面図である。 測定対象者に肺機能測定装置を取り付けた状態を示す上面図である。 肺機能測定装置の制御の流れを示すフローチャートである。 警告メッセージが表示された表示部を示す平面図である。 肺機能測定装置により算出された減衰度の日毎の変化を示すグラフである。
　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。
　本発明の実施形態に係る肺機能測定装置１０は、肋骨を伝達する音の減衰度を長期的に収集して、例えば１日毎に左心不全の有無を判定できる装置である。肺機能測定装置１０は、測定対象者自身によって日常的に使用され、心臓の状態の変化を長期的に監視することができる。また、医師の指示により２～３日程度の期間心不全の有無を判定することで、来院時に短時間で観察するよりも精度の高い診断ができる、という短期的な監視用途にも用いることができる。本明細書において、体の“前側”は顔が向いている側を意味し、体の“後ろ側”は背部が向いている側を意味する。なお、本実施形態に係る肺機能測定装置１０は、心機能を評価することを目的として肺機能を測定するものであるが、心機能を評価することを目的とせずに、肺の状態（うっ血の程度等）を測定するものであってもよい。
　肺機能測定装置１０は、図１～３に示すように、音を出力する音出力部２０と、音を検出する音検出部３０と、制御部５０と、入力部７０と、表示部６０と、角度検出部１１０とを有している。肺機能測定装置１０は、さらに、音出力部２０、音検出部３０および角度検出部１１０を体表に固定するための固定部材８０と、記憶部４０、制御部５０、入力部７０および表示部６０を収容する装置本体９０と、音出力部２０、音検出部３０および角度検出部１１０を装置本体９０に接続するケーブル１００とを備えている。制御部５０および記憶部４０は、プログラムを実行するためのコンピュータを構成する。したがって、肺機能測定装置１０の動作は、プログラムにより実行することができる。
　音出力部２０は、音を出力する振動子および増幅器を備えたスピーカである。音出力部２０から出力される音は、肋骨Ｒにおける音の減衰度Ｖ（減衰の程度）を算出するために用いられる。音出力部２０は、肺の前側または後ろ側（本実施形態では後ろ側）に、固定部材８０により固定される。固定部材８０は、例えば粘着テープである。音出力部２０は、減衰を計測するために選択した肋骨Ｒと近接する体表に固定される。音出力部２０は、左右の肺Ｌに対応して２つ設けられる。音出力部２０は、制御部５０からの指示で、予め設定された、または入力部７０から入力されたサンプリング周期（または特定の時間）で、計測時間（例えば１日）内に複数回音を出力する。音を発するサンプリング周期は、特に限定されないが、例えば０．１～１秒である。音出力部２０は、各回において、予め設定された時間音を出力する。
　音出力部２０から出力される音の周波数は、音が骨を伝達可能であれば特に限定されず、例えば１００～２０００Ｈｚである。音出力部２０から出力される音は、単一周波数でもよいが、所定の周波数帯域を有してもよい。また、２つの音出力部２０から出力する音は、音の検出結果からどちらの音出力部２０から出力された音か容易に識別できるように、周波数、出力するタイミング等が異なってもよい。
　音検出部３０は、音出力部２０から肋骨Ｒを伝達する音を検出するためのマイクロフォンである。音検出部３０は、左右の肺Ｌに対応して２つ設けられる。音検出部３０は、肺Ｌの前側および後ろ側のうち、音出力部２０が取り付けられる側の反対側（本実施形態では前側）に固定部材８０により固定される。音検出部３０は、減衰を計測するために選択した肋骨Ｒと近接する体表に固定される。したがって、左の肺Ｌの前側に固定される音検出部３０と、左の肺Ｌの後ろ側に固定される音出力部２０は、同じ左の肋骨Ｒに近接して固定される。また、右の肺Ｌの前側に固定される音検出部３０と、右の肺Ｌの後ろ側に固定される音出力部２０は、同じ右の肋骨Ｒに近接して固定される。音検出部３０は、検出結果を制御部５０の計測部５１へ送信する。
　音出力部２０および音検出部３０を固定する体表の位置は、毎回同じとすることが好ましい。なお、音出力部２０および音検出部３０を固定する位置は、同じ肋骨Ｒに近接する位置であれば、特に限定されない。したがって、音出力部２０および音検出部３０を固定する体表の位置は、体の前後でなくてもよい。
　角度検出部１１０は、水平面に対する体の長軸の傾斜角度θを検出するセンサである。角度検出部１１０は、検出した信号を、ケーブル１００を介して制御部５０へ送信する。角度検出部１１０を固定する位置は、体の傾きを良好に計測できれば、特に限定されない。角度検出部１１０は、体の傾斜角度θを検出できれば特に限定されないが、例えば加速度センサである。
　装置本体９０は、図１、２に示すように、ケーブル１００により音出力部２０、音検出部３０および角度検出部１１０と接続されている。装置本体９０は、例えばベルト等により測定対象者に取り付けられる。
　記憶部４０は、制御部５０にて実行される測定プログラムなどの各種動作プログラムや、各種パラメータ（閾値など）を格納する。記憶部４０は、さらに、音検出部３０および角度検出部１１０で検出されたデータと、制御部５０にて算出されたデータを格納する。
　制御部５０は、計測部５１と、減衰算出部５２、警告判定部５３とを含んでいる。制御部５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）および動作プログラムにより構成される。制御部５０は、音出力部２０、音検出部３０、記憶部４０、計測部５１、減衰算出部５２、警告判定部５３、入力部７０および表示部６０の動作を統括的に制御する。
　計測部５１は、音出力部２０へ信号を送信して音を出力させる。計測部５１は、音検出部３０から音の検出データを受け取る。計測部５１は、音検出部３０から音の検出データを受け取ると、音の検出データから、音出力部２０が出力した音を特定する。例えば、計測部５１は、音検出部３０から取得した検出データを周波数分析し、音出力部２０から出力した音と同じ周波数成分の振幅値を算出する。計測部５１は、音検出部３０で検出された音の振幅を、音検出部３０から出力される音の振幅で割り、単位減衰度とする。なお、音検出部３０から出力される音の振幅は、予め計測されて記憶部４０に設定されている。したがって、計測部５１は、記憶部４０から、音検出部３０から出力される音の振幅を読み込むことができる。なお、音出力部２０が所定の周波数帯域を有する音を出力する場合、計測部５１は、各周波数の単位減衰度を算出できる。この場合、計測部５１は、ノイズの少ない特定の周波数を選択し、この周波数において単位減衰度を算出できる。または、計測部５１は、各々の周波数における単位減衰度を算出し、この平均値を単位減衰度とすることもできる。
　さらに、計測部５１は、音検出部３０で音を検出する際に、角度検出部１１０から傾斜角度θの検出データを受け取る。計測部５１は、単位減衰度、傾斜角度θおよび計測を行った時間ｔを記憶部４０に記憶させる。
　減衰算出部５２は、所定の測定時間（例えば２４時間）の間に記録された単位減衰度のデータから、減衰度Ｖを算出する。減衰算出部５２は、測定時間（例えば２４時間）内の複数の単位減衰度の平均値を算出し、減衰度Ｖとする。
　なお、肺の状態は、体の傾斜角度θに依存する。例えば、立った状態（θ＝９０度）と寝た状態（θ＝０度）では、作用する重力の方向が異なるため、肺Ｌは、形状が変化し、間質液の位置も変化する。このため、体の傾斜角度θが変化すると、肺Ｌから力を受ける肋骨Ｒの減衰度Ｖも変化する。したがって、減衰算出部５２は、記憶部４０から単位減衰度とともに傾斜角度θを読み出し、傾斜角度θが所定の条件を満たす場合の単位減衰度のみを選別して平均化することができる。これにより、減衰算出部５２は、所定の範囲内の姿勢で計測された単位減衰度を算出できるため、高い精度の単位減衰度を算出できる。傾斜角度θの条件は、例えば、以下の式（１）の通りである。
　４５度≦θ≦９０度　　　式（１）
　左心機能が低下すると、肺の血管の中の液が肺組織中に浸み出して肺Ｌがうっ血する。肺がうっ血すると、肺Ｌを囲む肋骨Ｒが肺Ｌから受ける力が増加する。これにより、肺Ｌのうっ血が進行するほど、肋骨Ｒにおける振動が抑制されるため、肋骨Ｒを伝達する音の減衰が大きくなる。したがって、肋骨Ｒを伝達する音の減衰度Ｖを観察することで、うっ血の程度を観察し、結果として左心機能の低下を観察することができる。すなわち、減衰度Ｖが大きいほど、心機能に異常がある可能性が高い。減衰度Ｖは、本実施形態においては、左右の肺Ｌに応じて１つずつ算出される。
　警告判定部５３は、減衰算出部５２で算出された減衰度Ｖを、閾値と比較する。閾値は、例えば、予め記憶部４０に設定されているか、入力部７０から入力されるか、または、過去のデータから算出される。警告判定部５３は、減衰度Ｖが閾値よりも大きい場合、肋骨Ｒに肺Ｌが強く接触しており、心機能（または肺機能）に異常があると判定する。また、警告判定部５３は、減衰度Ｖが閾値以下である場合、肋骨Ｒに肺Ｌが強く接触しておらず、心機能（または肺機能）が正常であると判定する。警告判定部５３は、心機能に異常があると判定した場合、表示部６０に判定結果を表示させる。なお、警告判定部５３の閾値は、例えば、一般の人の平均的な値の上限値であってもよく、または、測定対象者の過去の数か月分の平均値に係数を乗じた値であってもよい。
　警告判定部５３は、左右の肺Ｌに応じた２つの減衰度Ｖを別々に判定することができる。また、警告判定部５３は、両方の肺Ｌの減衰度Ｖの平均値を用いて、判定を行ってもよい。また、警告判定部５３は、左右の肺Ｌに応じた２つの減衰度Ｖを別々に判定したのち、いずれか一方で異常がある場合に、心機能に異常があると判定してもよい。また、警告判定部５３は、左右の肺Ｌに応じた２つの減衰度Ｖを別々に判定したのち、両方で異常がある場合に、心機能に異常があると判定してもよい。
　入力部７０は、測定対象者が入力操作を行う部位である。入力部７０は、例えば、スイッチ、ボタン等を有している。また、入力部は、タッチパネル、キーボード、マウス等であってもよい。入力部７０は、各種パラメータ（閾値、傾斜角度の範囲、計測間隔、判定方法など）の入力や再設定、測定の開始や終了、表示する計測結果や算出結果の選択、表示するグラフや表の選択等に使用される。
　表示部６０は、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等のディスプレイデバイスである。表示部６０は、入力部７０を兼ねたタッチパネルであってもよい。表示部６０は、入力部７０に入力した値、計測結果、算出結果、判定結果等を、文字、数値、表またはグラフ等で表示できる。
　次に、本実施形態に係る肺機能測定装置１０を用いた測定方法を、図４に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
　まず、測定対象者は、図２、３に示すように、左右の肺Ｌの後ろ側の体表に、音出力部２０を固定する。次に、測定対象者は、左右の肺Ｌの前側の体表に、音検出部３０を固定する。次に、測定対象者は、体の長軸を検出できる場所に、角度検出部１１０を固定する。音出力部２０および音検出部３０を固定する位置は、同じ肋骨Ｒに近接する位置とする。次に、測定対象者は、装置本体９０の入力部７０を操作し、測定時間等のパラメータを入力し、計測を開始する。
　制御部５０は、入力部７０から計測を開始することを示す情報を受け取った後、計測を開始する。これにより、制御部５０の計測部５１が、音出力部２０に信号を送り、所定のサンプリング周期毎に音を出力させる（ステップ１）。次に、計測部５１は、音検出部３０から検出結果を受信する（ステップ２）。次に、計測部５１は、角度検出部１１０から傾斜角度θの検出結果を受信する（ステップ３）。続いて、計測部５１は、左右の肺Ｌの各々において、肋骨Ｒにおける単位減衰度を算出する（ステップ４）。この後、計測部５１は、記憶部４０に単位減衰度、傾斜角度θおよび計測した時間ｔを記憶させる（ステップ５）。制御部５０は、所定の計測時間が経過すると、音出力部２０からの音の出力を停止させ、音検出部３０および角度検出部１１０による検出を停止させる（ステップ６）。
　次に、減衰算出部５２が、記憶部４０に記憶された単位減衰度、傾斜角度θおよび計測した時間ｔを読み込む。減衰算出部５２は、傾斜角度θが所定の範囲内にある時間ｔを特定し、この時間ｔに対応する単位減衰度を選別する（ステップ７）。続いて、減衰算出部５２は、選別した単位減衰度を平均化し、減衰度Ｖを算出する（ステップ８）。
　次に、警告判定部５３が、減衰算出部５２で算出されたその日の減衰度Ｖが正常か否かを判定する（ステップ９）。警告判定部５３は、減衰度Ｖを異常と判定した場合、図５に示すように、表示部６０に、警告メッセージを表示させる（ステップ１０）。この後、制御部５０は、算出した単位減衰度、減衰度Ｖ、傾斜角度θ、異常の有無等を、記憶部４０に記憶させる（ステップ１１）。これにより、肺機能測定装置１０による１日分の計測が完了する。なお、警告メッセージの内容は、適宜設定できる。
　制御部５０は、図６に示すように、計測された減衰度Ｖの時間変化を、過去のデータとともに、表示部６０に表示させることができる。制御部５０は、表示部６０に表示させるグラフに、減衰度Ｖの正常値の上限Ｂ（閾値）を線で表示できる。このグラフにおいて、減衰度Ｖが上限Ｂよりも高くなると、心不全または心不全の可能性があると判定される。このように、心不全の進行の程度を、減衰度Ｖを心機能の低下を示す指標として、測定対象者自身が長期にわたって容易に監視できる。
　以上のように、本実施形態に係る肺機能測定装置１０は、肺機能を評価するためのデータを測定するための肺機能測定装置１０であって、肋骨Ｒに近接する体表に固定可能であって肋骨Ｒに向けて音を出力する音出力部２０と、音を出力される肋骨Ｒに近接する体表に固定可能であって音出力部２０から肋骨Ｒを介して伝達される音を検出する音検出部３０と、音出力部２０によって出力された音と音検出部３０によって検出された音の情報から音の減衰度Ｖを算出する減衰算出部５２と、を有する。
　上記のように構成された肺機能測定装置１０は、体表に取り付ける音出力部２０および音検出部３０によって肋骨Ｒを伝達する音の減衰度Ｖを算出できる。これにより、心機能の低下の指標となる肺のうっ血を、減衰度Ｖにより観察でき、心機能の監視が容易となる。また、肺機能測定装置１０は、非侵襲であり、かつ非常にコンパクトに構成できるため、持ち運びおよび操作が容易となり、長期的に監視を継続しても生活に支障が生じず、測定対象者への負担が小さい。
　また、肺機能測定装置１０は、減衰度Ｖを記憶可能な記憶部４０をさらに有し、異なる時間に測定されて算出された減衰度Ｖを比較可能である。これにより、心機能の時間変化を観察できるため、心機能を長期的かつ容易に監視できる。
　また、音出力部２０および音検出部３０は、体の前後の同一の肋骨Ｒに対応する位置に固定可能である。これにより、同一の肋骨Ｒによる音の減衰度Ｖを良好に検出できる。
　また、減衰算出部５２は、異なる時間に検出される音から複数の単位減衰度を算出し、複数の単位減衰度の平均値を減衰度Ｖとする。これにより、計測毎の測定のばらつきを除去し、観察に適した減衰度Ｖを得ることができる。
　また、肺機能測定装置１０は、算出された減衰度Ｖを上限Ｂ（閾値）と比較し、警告を出すか否かを判定する警告判定部５３をさらに有する。これにより、心不全の有無の判定が自動で行われ、心不全の有無の監視が容易となる。
　また、本発明は、心不全の有無を判定するためのデータを測定するための肺機能測定方法をも含む。本肺機能測定方法は、肋骨Ｒに近接する体表から肋骨Ｒに向けて音を出力するステップと、音を出力される肋骨Ｒに近接する体表から肋骨Ｒを介して伝達される音を検出するステップと、出力された音と検出された音の情報から音の減衰度Ｖを算出するステップと、を有する。
　上記のように構成された肺機能測定方法は、心機能の低下の指標となる肺Ｌのうっ血を、減衰度Ｖにより観察でき、心機能の監視が容易となる。また、当該肺機能測定方法は、非侵襲であり、長期的に監視を継続しても生活に支障が生じず、測定対象者への負担が小さい。
　また、肺機能測定方法は、減衰度Ｖを記憶部４０に記憶させるステップと、異なる時間に測定されて算出された減衰度Ｖを記憶部４０から読み出して比較するステップと、をさらに有する。これにより、心機能の時間変化を観察できるため、心機能を長期的かつ容易に監視できる。
　また、肺機能測定方法は、音を出力するステップの前に、音出力部２０および音検出部３０を、体の前後の同一の肋骨Ｒに対応する位置に固定するステップをさらに有する。これにより、同一の肋骨Ｒによる音の減衰度Ｖを良好に検出できる。
　また、肺機能測定方法は、算出された減衰度Ｖを上限Ｂ（閾値）と比較し、警告を出すか否かを判定するステップをさらに有する。これにより、心不全の有無の判定を自動で行うことができ、心不全の有無の監視が容易となる。
　また、本発明は、心不全の有無を判定するためのデータを測定するためにコンピュータによって実行される肺機能測定プログラムをも含む。本肺機能測定プログラムは、肋骨Ｒに向けて音を出力する音出力部２０に音を出力させるステップと、音を検出する音検出部３０から検出結果を受け取るステップと、出力された音と検出された音の情報から音の減衰度Ｖを算出するステップと、を有する。
　上記のように構成された肺機能測定プログラムは、心機能の低下の指標となる肺のうっ血を、減衰度Ｖにより観察でき、心機能の監視が容易となる。また、当該肺機能測定プログラムを用いることで、手技が非侵襲となり、長期的に監視を継続しても生活に支障が生じず、測定対象者への負担が小さい。
　また、肺機能測定プログラムは、減衰度Ｖを記憶部４０に記憶させるステップと、異なる時間に測定されて算出された減衰度Ｖを記憶部４０から読み出して比較するステップと、をさらに有する。これにより、心機能の時間変化を観察できるため、心機能を長期的かつ容易に監視できる。
　また、肺機能測定プログラムにおいて、音出力部２０および音検出部３０は、体の前後の同一の肋骨Ｒに対応する位置に固定されている。これにより、同一の肋骨Ｒによる音の減衰度Ｖを良好に検出できる。
　また、肺機能測定プログラムは、算出された減衰度Ｖを予め設定された上限Ｂ（閾値）と比較し、警告を出すか否かを判定するステップをさらに有する。これにより、心不全の有無の判定を自動で行うことができ、心不全の有無の監視が容易となる。
　なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。例えば、装置本体は、例えばスマートフォンやタブレット端末などの携帯用端末およびアプリケーション（プログラム）により構成されたり、インターネットに接続されたサーバーコンピューター端末およびアプリケーション（プログラム）により構成されてもよい。音出力部、音検出部および角度検出部は、例えばＮＦＣ（Ｎｅａｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）やＷｉｆｉ（登録商標）などの通信技術を用いて、装置本体と無線で接続されてもよい。また、音出力部、音検出部および角度検出部は、装置本体と一体であってもよい。また、肺機能測定装置１０は、測定対象者が自分で使用することを想定した装置であるが、医師や看護師などの医療従事者が測定対象者のために使用してもよい。
　また、上述の実施形態では、左右の肺Ｌの両方で計測を行っているが、左右の肺Ｌのいずれか一方でのみ計測を行ってもよい。また、左右の肺Ｌの各々に、複数の音検出部３０が設けられてもよい。複数の音検出部３０があれば、１つの音検出部３０で音を検出できない場合に、他の音検出部３０の検出結果を用いて、データを補完することができる。また、角度検出部は、設けられなくてもよい。また、上述の実施形態では、複数の単位減衰度を平均化して、減衰度Ｖを算出しているが、一回の計測値である単位減衰度を減衰度Ｖとすることもできる。また、減衰度Ｖは、複数の単位減衰度の平均値ではなく、中央値や最頻値であってもよい。
　さらに、本出願は、２０１６年３月２３日に出願された日本特許出願番号２０１６－５８３６５号に基づいており、それらの開示内容は、参照され、全体として、組み入れられている。
　　１０　　肺機能測定装置、
　　２０　　音出力部、
　　３０　　音検出部、
　　４０　　記憶部、
　　５０　　制御部、
　　５１　　測定部、
　　５２　　減衰算出部、
　　５３　　警告判定部、
　　６０　　入力部、
　　７０　　表示部、
　　Ｂ　　上限（閾値）、
　　Ｌ　　肺、
　　Ｒ　　肋骨、
　　ｔ　　時間、
　　Ｖ　　減衰度。

Claims (10)

  1. 　肺機能を評価するためのデータを測定するための肺機能測定装置であって、
    　肋骨に近接する体表に固定可能であって肋骨に向けて音を出力する音出力部と、
    　音を出力される前記肋骨に近接する体表に固定可能であって前記音出力部から前記肋骨を介して伝達される音を検出する音検出部と、
    　前記音出力部によって出力された音と前記音検出部によって検出された音の情報から音の減衰度を算出する減衰算出部と、を有する肺機能測定装置。
  2. 　前記減衰算出部を記憶可能な記憶部をさらに有し、
    　異なる時間に測定されて算出された前記減衰算出部を比較可能である請求項１に記載の肺機能測定装置。
  3. 　前記音出力部および音検出部は、体の前後の同一の肋骨に対応する位置に固定可能である請求項１または２に記載の肺機能測定装置。
  4. 　前記減衰算出部は、異なる時間に検出される音から複数の単位減衰度を算出し、複数の前記単位減衰度の平均値、中央値または最頻値を減衰度とする請求項１～３のいずれか１項に記載の肺機能測定装置。
  5. 　肺機能を評価するためのデータを測定するための肺機能測定方法であって、
    　肋骨に近接する体表から肋骨に向けて音を出力するステップと、
    　音を出力される前記肋骨に近接する体表から前記肋骨を介して伝達される音を検出するステップと、
    　前記出力された音と検出された音の情報から音の減衰度を算出するステップと、を有する肺機能測定方法。
  6. 　前記減衰度を記憶部に記憶させるステップと、
    　異なる時間に測定されて算出された前記減衰度を前記記憶部から読み出して比較するステップと、をさらに有する請求項５に記載の肺機能測定方法。
  7. 　前記音を出力するステップの前に、前記音出力部および音検出部を、体の前後の同一の肋骨に対応する位置に固定するステップをさらに有する請求項５または６に記載の肺機能測定方法。
  8. 　肺機能を評価するためのデータを測定するためにコンピュータによって実行される肺機能測定プログラムであって、
    　肋骨に向けて音を出力する音出力部に音を出力させるステップと、
    　音を検出する音検出部から検出結果を受け取るステップと、
    　前記出力された音と検出された音の情報から音の減衰度を算出するステップと、を有する肺機能測定プログラム。
  9. 　前記減衰度を記憶部に記憶させるステップと、
    　異なる時間に測定されて算出された前記減衰度を前記記憶部から読み出して比較するステップと、有する請求項８に記載の肺機能測定プログラム。
  10. 　前記音出力部および音検出部は、体の前後の同一の肋骨に対応する位置に固定されている請求項８または９に記載の肺機能測定プログラム。
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