(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-07
(45)【発行日】2024-11-15
(54)【発明の名称】生体音信号処理装置および生体音信号処理方法
(51)【国際特許分類】
A61B 7/04 20060101AFI20241108BHJP
A61B 5/00 20060101ALI20241108BHJP
【ＦＩ】
A61B7/04 N
A61B5/00 G
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020215364
(22)【出願日】2020-12-24
(65)【公開番号】P2022101029
(43)【公開日】2022-07-06
【審査請求日】2023-09-26
(73)【特許権者】
【識別番号】000191238
【氏名又は名称】日清紡マイクロデバイス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004336
【氏名又は名称】弁理士法人猪瀬特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】坂田 大輔
【審査官】牧尾 尚能
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６０－０８０４３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００２／００５５６８４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０００－０６０８４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２０９１３２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１７４８６９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ７／０４
Ａ６１Ｂ ５／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被聴診者の第１の聴診部から雑音となる生体音を含む第１の聴診信号を収集し、前記第１の聴診部から離れた第２の聴診部から前記雑音となる生体音を含む第２の聴診信号を収集する検出部と、前記第１の聴診信号および前記第２の聴診信号をフーリエ変換し、前記第１の聴診信号のフーリエ変換結果と前記第２の聴診信号のフーリエ変換結果とを比較し、１５Ｈｚから５０Ｈｚの間の信号における前記第２の聴診信号に対する前記第１の聴診信号の減衰率を用いて、第２の聴診信号のフーリエ変換結果全体を減衰させて仮想雑音信号を生成し、前記第１の聴診信号のフーリエ変換結果から前記仮想雑音信号を減算し、該減算結果を逆フーリエ変換することで前記第１の聴診部における聴診信号となる第３の聴診信号を算出する算出部と、を備えたことを特徴とする生体音信号処理装置。
【請求項2】
被聴診者の第１の聴診部から雑音となる生体音を含む第１の聴診信号を収集するステップと、前記被聴診者の前記第１の聴診部から離れた第２の聴診部から前記雑音となる生体音を含む第２の聴診信号を収集するステップと、
前記第１の聴診信号および前記第２の聴診信号をフーリエ変換するステップと、
前記第１の聴診信号のフーリエ変換結果と前記第２の聴診信号のフーリエ変換結果とを比較し、１５Ｈｚから５０Ｈｚの間の信号における前記第２の聴診信号に対する前記第１の聴診信号の減衰率を用いて、第２の聴診信号のフーリエ変換結果全体を減衰させて前記第１の聴診信号に含まれる仮想雑音信号を生成するステップと、
前記第１の聴診信号のフーリエ変換結果から前記仮想雑音信号を減算するステップと、
前記減算した結果を逆フーリエ変換し、前記第１の聴診部における聴診信号となる第３の聴診信号を算出するステップと、を含むことを特徴とする体内音信号処理方法。
【請求項3】
請求項２記載の生体音信号処理方法において、前記第１の聴診信号および前記第２の聴診信号を収集するステップは、前記雑音となる生体音として心音を含む聴診信号を収集するステップであることを特徴とする生体音信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生体音からなる雑音を含む生体音の信号処理装置および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
電子聴診器は、チェストピースで生体音を収集し、マイクロフォン等により収集した生体音を生体音信号に変換し、信号処理回路により増幅やフィルタリング等の信号処理を行い、イヤーピース等に出力する構成となっている。ここで一般的に行われる雑音低減のための信号処理は、診察開始時や終了時に発生する雑音や環境雑音を低減するために行われていた（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平１０－２４０３３号公報
【文献】特開２０１６－６７８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、生体音以外の雑音を低減することができたとしても所望の聴診ができるとは限らない。例えば、被聴診者の胴体部を聴診する際、被聴診者の体内で常時発生している心音は非常に大きく心音以外の小さな生体音を聴診したい場合に、生体音である心音が雑音となってしまう。本発明はこのような実状に鑑み、雑音となる生体音を低減し、聴診対象となる小さな生体音を収集することができる生体音信号処理装置および生体音信号処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る生体音信号処理装置は、被聴診者の第１の聴診部から雑音となる生体音を含む第１の聴診信号を収集し、前記第１の聴診部から離れた第２の聴診部から前記雑音となる生体音を含む第２の聴診信号を収集する検出部と、前記第１の聴診信号および前記第２の聴診信号をフーリエ変換し、前記第１の聴診信号のフーリエ変換結果と前記第２の聴診信号のフーリエ変換結果とを比較し、１５Ｈｚから５０Ｈｚの間の信号における前記第２の聴診信号に対する前記第１の聴診信号の減衰率を用いて、第２の聴診信号のフーリエ変換結果全体を減衰させて仮想雑音信号を生成し、前記第１の聴診信号のフーリエ変換結果から前記仮想雑音信号を減算し、該減算結果を逆フーリエ変換することで前記第１の聴診部における聴診信号となる第３の聴診信号を算出する算出部と、を備えたことを特徴とする。
【0006】
本願請求項２に係る生体音信号処理方法は、被聴診者の第１の聴診部から雑音となる生体音を含む第１の聴診信号を収集するステップと、前記被聴診者の前記第１の聴診部から離れた第２の聴診部から前記雑音となる生体音を含む第２の聴診信号を収集するステップと、前記第１の聴診信号および前記第２の聴診信号をフーリエ変換するステップと、前記第１の聴診信号のフーリエ変換結果と前記第２の聴診信号のフーリエ変換結果とを比較し、１５Ｈｚから５０Ｈｚの間の信号における前記第２の聴診信号に対する前記第１の聴診信号の減衰率を用いて、第２の聴診信号のフーリエ変換結果全体を減衰させて前記第１の聴診信号に含まれる仮想雑音信号を生成するステップと、前記第１の聴診信号のフーリエ変換結果から前記仮想雑音信号を減算するステップと、前記減算した結果を逆フーリエ変換し、前記第１の聴診部における聴診信号となる第３の聴診信号を算出するステップと、を含むことを特徴とする。
【0007】
本願請求項３に係る生体音信号処理方法は、請求項２記載の生体音信号処理方法において、前記第１の聴診信号および前記第２の聴診信号を収集するステップは、前記雑音となる生体音として心音を含む聴診信号を収集するステップであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、離れた位置の聴診信号を収集、比較して所望の聴診部における仮想雑音信号を生成し、収集した聴診信号と仮想雑音信号との差分から、所望の聴診信号を算出することができるので、生体音に起因する雑音の影響を受けずに信号レベルの低い生体音を聴診することが可能となる。特に信号レベルの大きい心音が雑音となる場合に、本発明の生体音信号処理方法は効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の実施形態の説明図である。
【図2】本発明の実施形態の説明図である。
【図3】本発明の実施形態の説明図である。
【図4】本発明の実施形態の説明図である。
【図5】本発明の第１の実施例の生体音信号処理装置の説明図である。
【図6】本発明の第２の実施例の生体音信号処理装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の生体音信号処理装置および生体音信号処理方法は、まず、検出部で相互に離れた位置の聴診に不要な雑音となる同一の生体音を含む聴診信号を収集する。この聴診音信号を算出部で比較し、聴診したい位置における雑音となる生体音に起因する信号を仮想雑音信号として生成する。この仮想雑音信号を聴診したい位置の聴診信号から減算することで雑音を含まない、あるいは雑音を大幅に低減した聴診信号を得ることができる構成となっている。
【0011】
例えば、図１に示す腹部（聴診部Ａ：第１の聴診部に相当）の聴診を行う場合を例にとり、本発明の実施形態について説明する。
【0012】
本発明の生体音信号処理装置は、一般的な電子聴診器の信号処理装置に付加することで構成でき、本発明の信号処理方法を実現することが可能となる。一般的な電子聴診器を用いて聴診部Ａの聴診を行うと、心音を含む腸音が収集される。このとき、腸音は小さく心音は大きい。そのため、腸音を聴診したい場合に心音が雑音となってしまう。
【0013】
そこで、聴診部Ａの聴診信号の収集とともに聴診部Ｂ（第２の聴診部に相当）で聴診信号の収集を行う。この場合心音が雑音となるので、心音を測定するため聴診部Ｂを心臓に近い位置に設定している。以下、聴診部Ａで収集された信号を第１の聴診信号とし、聴診部Ｂで収集された信号を第２の聴診信号とする。
【0014】
第１の聴診信号は、心臓で発生した心音が被聴診者の体内を伝搬しながら減衰、変調等した信号に腸音が加算された信号となる。一方第２の聴診信号は、心臓で発生した心音が被聴診者の体内を伝搬した信号でほとんど減衰等していない信号となる。なお、被聴診者の体内では、心音以外の呼吸音等の生体音が発生して雑音となる。一方、胴体部の聴診においては心音が最も大きな雑音となるため、心音や呼吸音のような生体音に起因する雑音を「心音」として説明することとする。
【0015】
図２に第１の聴診信号（ａ）と第２の聴診信号（ｂ）の一例を示す。図２に示すように、第１の聴診信号（ａ）、第２の聴診信号（ｂ）のいずれにも周期的な信号が収集されていることがわかる。これが心音に起因する信号（雑音）である。またこの周期的な信号について第１の聴診信号（ａ）と第２の聴診信号（ｂ）とを比較すると、第２の聴診信号（ｂ）に含まれる周期的な信号は、遅延し、減衰し、また変調等されて第１の聴診信号（ａ）として収集されていることがわかる。
【0016】
次に、この周期的な信号を比較する。例えば、図３は周期的な信号のピーク信号を含む第１の聴診信号と第２の聴診信号について、所定の一定時間（１回の心拍を測定することができる時間）だけ抽出し、フーリエ変換した結果を示す。第１の聴診信号のフーリエ変換結果を実線で、第２の聴診信号のフーリエ変換した結果を破線で、それぞれ示している。
【0017】
図３に示す例では、１５Ｈｚから５０Ｈｚ付近の信号は、第２の聴診信号のレベルが第１の聴診信号のレベルより大きくなっている。即ち、減衰が大きいことがわかる。これに対して、１Ｈｚから５Ｈｚ付近の信号、８Ｈｚ付近の信号は、第１の聴診信号のレベルが第２の聴診信号のレベルより大きくなっている。即ち、第２の聴診信号にない信号が含まれていることがわかる。
【0018】
そこで、第１の聴診信号に含まれる雑音信号を減算する。ここで、減算する雑音信号を仮想雑音信号とする。図３に示す例では、第１の聴診信号と第２の聴診信号とを比較したとき、第２の聴診信号をそのまま仮想雑音信号としても所望の聴診信号を得ることができることがわかる。そこで、第２の聴診信号をそのまま仮想雑音信号とすることとなる。
【0019】
第１の聴診信号から仮想雑音信号（第２の聴診信号）を減算すると、１Ｈｚから５Ｈｚ付近の信号と８Ｈｚ付近の信号が得られる。この信号を逆フーリエ変換すれば、雑音が取り除かれた所望の第３の聴診信号となる。なおこの第３の聴診信号の算出には、一般的な電子聴診器において行われるフィルタリングやゲイン調整等も、当然行うことになる。
【0020】
また、仮想雑音信号を得る方法は種々変更することができる。例えば、図３に示す第１の聴診信号と第２の聴診信号とを比較すると、第２の聴診信号の１５Ｈｚから５０Ｈｚ付近の信号が大きく減衰していることがわかる。この減衰率を用いて、第２の聴診信号全体を減衰させて仮想雑音信号として、第１の聴診信号から減算して第３の聴診信号とすることもできる。
【0021】
図４は、第２の聴診信号を図に示す周波数帯域全体にわたって減衰させた例である。減衰率は、１５Ｈｚから５０Ｈｚ付近の第２の聴診信号を第１の聴診信号のレベルに合わせるように減衰させた例である。
【0022】
この場合も、第１の聴診信号から仮想雑音信号（減衰させた第２の聴診信号）を減算することで、１Ｈｚから１５Ｈｚ付近の信号が得られ、この信号を逆フーリエ変換し、必要な信号処理を加えることで、所望の第３の聴診信号を得ることができる。
【0023】
さらにまた図示は省略するが、仮想雑音信号を得る別の方法として、第２の聴診信号を減衰させる際、周波数帯域毎に減衰率を変える等の変更も可能である。所定の周波数帯域の信号のみを抽出し、あるいは不要の周波数帯域の信号を除外する等の信号処理、あるいは上記信号処理を組み合わせる方法でもよい。
【0024】
仮想雑音信号の生成は、聴診のために必要な第３の聴診信号に聴診の対象となる生体音が含まれるように適宜変更すればよい。
【0025】
以上説明したように本発明の生体音処理方法により仮想雑音信号を生成するため、同じ生体音に起因する雑音について第１の聴診信号と第２の聴診信号として収集するのが好ましい。そのため、本発明の生体音信号処理装置の検出部は、相互に離れた位置の第１の聴診部と第２の聴診部において同時に聴診信号を得るように集音部を複数備えるのが望ましい。一方、心音のようなばらつきのある生体信号では、必ずしも同一の信号を比較する必要はない場合もある。例えば、第１の聴診部で所定の時間、第１の聴診信号を収集し、その後、第２の聴診部で所定の時間、第２の聴診信号を収集する構成とし、これらを比較して、仮想雑音信号を生成することもできる。以下、本発明に生体音信号処理方法を実現するための生体音処理装置の実施例について詳細に説明する。
【実施例1】
【0026】
本発明の第１の実施例として、第１の聴診信号と第２の聴診信号を同時に収集することができる生体音信号処理装置について説明する。図５は本実施例の生体音信号処理装置の説明図である。一般的な電子聴診器のチェストピースを２個備える構成とし、一方のチェストピースを検出部１Ａ、他方のチェストピースを検出部１Ｂとする。各検出部１Ａ、１Ｂにはそれぞれマイクロフォンを備えており、生体音を生体音信号に変換する。ここで検出部１Ａを用いて図１に示す聴診部Ａの聴診を行い、検出部１Ｂを用いて聴診部Ｂの聴診を行うと、検出部１Ａから第１の聴診信号が、検出部１Ｂから第２の聴診信号がそれぞれ出力される。
【0027】
算出部２は、一般的な電子聴診器の信号処理部内に構成することができる。算出部２において検出部１Ａで収取された生体信号は、第１の聴診信号として比較部２１に入力する。同様に検出部１Ｂで収集された生体音は、第２の聴診信号として比較部２１に入力する。比較部２１では、入力した第１の聴診信号と第２の聴診信号を比較し、先に説明した生体音信号処理方法に従い仮想雑音信号を生成し、第３の聴診信号算出部２２へ出力する。
【0028】
第３の聴診信号算出部２２では、検出部１Ａから入力する第１の聴診信号から仮想雑音信号を減算し、その差分を第３の聴診信号として算出する。この第１の聴診信号は仮想雑音信号を生成するために用いた信号とするのが望ましいので、第１の聴診信号を比較部２１から入力するようにしてもよい。第３の聴診信号算出部２２で算出された第３の聴診信号は、通常の電子聴診器における信号処理が施され、イヤーピース等に接続している出力端子３に出力され、聴診者が認知可能となる。算出部２で行われる信号処理は、半導体集積回路で処理することができる。
【実施例2】
【0029】
次に第２の実施例として、単一の検出部で第１の聴診信号と第２の聴診信号を取集することができる生体音信号処理装置について説明する。図６は本実施例の生体音信号処理装置の説明図である。本実施例ではチェストピースは１個のみで構成するため、一般的な電子聴診器で構成することができる。１個のチェストピースを検出部１Ｃとする。図１に示す聴診部Ａの聴診を一定時間行い、聴診部Ｂの聴診を一定時間行う。
【0030】
検出部１Ｃで収集された聴診部Ａの聴診結果である第１の聴診信号は、算出部２に出力される。また検出部１Ｃで収集された聴診部Ｂの聴診結果である第２の聴診信号も、算出部２に出力される。
【0031】
算出部２において第１の聴診信号、第２聴診信号が比較部２１に入力する。この比較部２１は記憶部２３を備えており、第１の聴診信号および第２の聴診信号を順次記憶する。第１の聴診信号と第２の聴診信号とが入力した後、比較部２１で第１の聴診信号と第２の聴診信号を記憶部２３から読み出し、比較し、先に説明した生体音信号処理方法に従い仮想雑音信号を生成し、第３の聴診信号算出部２２へ出力する。
【0032】
第３の聴診信号算出部２２では、記憶部２３に記憶されている第１の聴診信号を読み込み、この第１の聴診信号から仮想雑音信号を減算し、その差分を第３の聴診信号として算出する。この第３の聴診信号は、通常の電子聴診器における信号処理が施され、イヤーピース等に接続している出力端子３に出力され、聴診者が認知可能となる。算出部２で行われる信号処理は、半導体集積回路で処理することができる。
【0033】
以上説明したように、本発明の生体音信号処理方法を実現する生体音信号処理装置は、通常の電子聴診器に検出部を付加し、あるいは通常の電子聴診器により簡便に構成することができる。
【0034】
なお本発明の生体音処理方法および生体音処理装置は、上記実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、生体音の雑音として心音を例にとり説明したが、雑音となる生体音はこれに限定されないし、所望の生体音を収集するため、聴診部Ａ、Ｂは適宜変更すればよい。
【符号の説明】
【0035】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ：検出部、２：算出部、２１：比較部、２２：第３の聴診信号算出部、２３：記憶部、３：出力端子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】