心臓人工弁音診断装置およびプログラム
【課題】心臓人工弁の音から、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。
【解決手段】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、聴診器（１）に装備されたマイク（２）を用いて、人工弁を有する心臓の音を測定する測定部（３）と、測定された音を短時間フーリエ変換する解析部（５）とを備え、解析部（５）が、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、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スペクトログラムの平均値を求めてＨＦpreとし、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スペクトログラムの平均値を求めてＨＦpostとし、ＨＦpre／ＨＦpostを評価値として決定する。
【解決手段】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、聴診器（１）に装備されたマイク（２）を用いて、人工弁を有する心臓の音を測定する測定部（３）と、測定された音を短時間フーリエ変換する解析部（５）とを備え、解析部（５）が、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、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スペクトログラムの平均値を求めてＨＦpreとし、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スペクトログラムの平均値を求めてＨＦpostとし、ＨＦpre／ＨＦpostを評価値として決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【非特許文献１】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.
【非特許文献２】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)
【非特許文献３】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.
【非特許文献４】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.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、
【００１４】
【数１】
によって、ＳＴＦＴ(ｔ，ω)を求める処理であることができる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、
【００２０】
【数２】
によって、ＳＴＦＴ(ｔ，ω)を求める処理であることができる。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
【数３】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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
Ｒ0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。
【００３９】
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。
【００４０】
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
。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【実施例】
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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）。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】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。
【図２】本診断装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】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。
【図４】スペクトログラムを示す図である。
【図５】実施例で得られた心音の一例を示すグラフである。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【符号の説明】
【００５７】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【非特許文献１】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.
【非特許文献２】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)
【非特許文献３】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.
【非特許文献４】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.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、以下の手段によって達成される。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、
【００１４】
【数１】
によって、ＳＴＦＴ(ｔ，ω)を求める処理であることができる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、
【００２０】
【数２】
によって、ＳＴＦＴ(ｔ，ω)を求める処理であることができる。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
【数３】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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
Ｒ0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。
【００３９】
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。
【００４０】
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
。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【実施例】
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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）。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】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。
【図２】本診断装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】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。
【図４】スペクトログラムを示す図である。
【図５】実施例で得られた心音の一例を示すグラフである。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【符号の説明】
【００５７】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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、
【数１】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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、
【数２】
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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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、
【数１】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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、
【数２】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図４】
【図６】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１２５０８７（Ｐ２０１０−１２５０８７Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０３３３１（Ｐ２００８−３０３３３１）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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