自動S1およびS2ハートサウンドの識別のためのフィンガーリング型のハイブリッドスマートステソスコープの開発

心臓聴診は、聴診器で心音を聞くことに基づいて心血管状態を決定するための最も人気のある診断アプローチの1つです。ただし、心音は、臓器の動きや呼吸などの内臓の音によって隠される可能性があり、医師の経験レベルは、聴診の結果の精度に深刻な影響を与える可能性があります。聴診の精度を向上させ、非医療スタッフがどこでも、いつでも自動ハートサウンド分析機能を備えたハイブリッド型の個人的なスマートステソスコープを行うことができるようにするために、このホワイトペーパーに示されています。このデバイスは、指に着用できる折りたたみ式指のリング形状で設計され、胸に配置してフォトプレチスモグラム（PPG）信号を測定し、心臓の音を同時に獲得します。測定された心音は、音韻図（PCG）シグナルとして検出され、心臓音の変動の境界とPPG信号のピークは、高度なシャノンエントロピーエンベロープによる前処理で検出されます。PCGとPPGシグナルの関係によれば、第1心音と2番目の心音（S1、S2）の間の時間間隔とPPGのピークの計算に基づく自動ハートサウンド分析アルゴリズムは、製造されたプロトタイプデバイスを介して開発および実装されました。プロトタイプデバイスは20人の若年成人との精度とユーザビリティテストを受け、実験結果は、提案されたスマート聴診器が心音とPPG信号を十分に収集できることを示しました。さらに、開発されたアルゴリズム内で、このデバイスは、プロの生理学的信号取得システムと同じくらい、心臓音検出の開始点が正確でした。さらに、実験結果は、デバイスがS1およびS2の心音を高い精度で自動的に識別できることを実証しました。

Cardiac auscultation is one of the most popular diagnosis approaches to determine cardiovascular status based on listening to heart sounds with a stethoscope. However, heart sounds can be masked by visceral sounds such as organ movement and breathing, and a doctor's level of experience can more seriously affect the accuracy of auscultation results. To improve the accuracy of auscultation, and to allow nonmedical staff to conduct cardiac auscultation anywhere and anytime, a hybrid-type personal smart stethoscope with an automatic heart sound analysis function is presented in this paper. The device was designed with a folding finger-ring shape that can be worn on the finger and placed on the chest to measure photoplethysmogram (PPG) signals and acquire the heart sound simultaneously. The measured heart sounds are detected as phonocardiogram (PCG) signals, and the boundaries of the heart sound variation and the peaks of the PPG signal are detected in preprocessing by an advanced Shannon entropy envelope. According to the relationship between PCG and PPG signals, an automatic heart sound analysis algorithm based on calculating the time interval between the first and second heart sounds (S1, S2) and the peak of the PPG was developed and implemented via the manufactured prototype device. The prototype device underwent accuracy and usability testing with 20 young adults, and the experimental results showed that the proposed smart stethoscope could satisfactorily collect the heart sounds and PPG signals. In addition, within the developed algorithm, the device was as accurate in start-points of heart sound detection as professional physiological signal-acquisition systems. Furthermore, the experimental results demonstrated that the device was able to identify S1 and S2 heart sounds automatically with high accuracy.