JP2009279122A - Status detector - Google Patents

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Takeshi Saito
剛 齋藤
Yasunori Wada
安則 和田
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily carry out the measurement of swallowing without giving a load to a patient and to accurately carry out the measurement of coughs by using sound signals and body movement signals obtained from one sensor. <P>SOLUTION: Vibration signals of a living body are collected by one sensor, the obtained vibration signals are separated to the body movement signals and the sound signals, the status of a subject is detected from the respective signals, thereby the status of the subject such as the swallowing or the coughs can easily and accurately be detected by without giving a load to the subject. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、嚥下または咳を検出する状態検出装置に関する。   The present invention relates to a state detection device that detects swallowing or coughing.

日本をはじめ多くの先進国は高齢化社会を迎えており、高齢化に伴う疾病が増大している。医療機関においては、患者の病名、疾病の程度、疾病の原因などを知って治療方針を立てる一助とするため、疾病に伴う人体各部の障害の有無を、日常検診や初期検診において簡便に検知しうる評価方法が望まれている。中でも疾病に伴って、患者の嚥下や咳の動作に障害が発生する場合があることから、嚥下や咳の検出手段の開発が活発に行われている。   Many developed countries, including Japan, are facing an aging society, and diseases associated with aging are increasing. Medical institutions can easily detect the presence or absence of various parts of the human body due to illness in daily and initial screenings, in order to help develop a treatment policy by knowing the patient's illness, degree of illness, and cause of illness. A possible evaluation method is desired. In particular, there are cases where the patient's swallowing and coughing movements may be accompanied by illness, and therefore swallowing and cough detection means are being actively developed.

従来、嚥下の検出は、咽頭部のレントゲン投影を行いながら、患者が造影剤を嚥下する状況を観察するというものであった。しかし、レントゲン投影においては、X線が使用されており、長時間人体をX線に晒すことは好ましくない。また、レントゲン投影装置は高価であり、さらにその扱いには特別の資格を要し、また放射線物質の管理等を必要とし、医療現場において簡便に使用できるものではない。そこで、レントゲン投影に比較して簡便で安全な方法として、喉の動きを捉える加速度センサ、嚥下の音を捉えるマイクロフォン、咽頭部周辺の表面筋電図測定用電極など、複数のセンサを人体に取り付ける方法が提案されてきた(特許文献1参照)。   Conventionally, the detection of swallowing has been to observe the situation where the patient swallows the contrast agent while performing X-ray projection of the pharynx. However, X-rays are used in X-ray projection, and it is not preferable to expose a human body to X-rays for a long time. In addition, the X-ray projection apparatus is expensive and requires special qualifications for its handling, and requires management of radioactive materials, etc., and cannot be easily used in a medical field. Therefore, as a simpler and safer method than X-ray projection, multiple sensors such as an acceleration sensor that captures the movement of the throat, a microphone that captures the sound of swallowing, and a surface electromyogram measurement electrode around the pharynx are attached to the human body. A method has been proposed (see Patent Document 1).

また、従来、咳の検出は、咳の音を捉えるマイクロフォンを咽部に取り付け、咳に伴って発せられる音声を検出し、その時間波形信号を解析することで状態を検出する方法が提案され、採用されて来た(特許文献2参照)。
特開2005−304890号公報 特開1996−38481号公報
In addition, conventionally, a method for detecting a cough has been proposed, in which a microphone that captures the sound of a cough is attached to the throat, a voice emitted along with the cough is detected, and a time waveform signal is analyzed to detect the state. It has been adopted (see Patent Document 2).
JP 2005-304890 A JP-A-1996-38481

嚥下の測定に使用されるこれらのセンサは決して小さいものではないことから、多くのセンサを患者の喉付近に集中して取り付けると患者に与える負担が大きくなってしまう。すると、安静を保つことが難しくなり、患者の状態を精度よく検出することが妨げられる。さらには症状の悪化を招くことに通ずる。   These sensors used to measure swallowing are by no means small, and if many sensors are attached in the vicinity of the patient's throat, the burden on the patient is increased. Then, it becomes difficult to maintain a rest, and it is prevented that a patient's state is detected accurately. Furthermore, it leads to worsening of symptoms.

また、咳の測定においては、音声信号のみを用いて測定されているが、音声信号の中に含まれる会話や叫び声との明確な分離が難しく、精度よく咳の検出を行うことは難しかった。そこで、本発明では、一つのセンサから得られる音声信号と体動信号を用いることで、患者に負担を与えることなく、簡便かつ精度よく嚥下や咳の検出を行うことを目的とする。   Moreover, cough is measured using only a voice signal, but it is difficult to clearly separate cough from speech and screams contained in the voice signal, and it is difficult to detect cough with high accuracy. Therefore, an object of the present invention is to detect swallowing and coughing easily and accurately without burdening a patient by using a voice signal and a body motion signal obtained from one sensor.

上記の目的は、下記に記載する発明により達成される。   The above object is achieved by the invention described below.

1.生体の振動信号を採取する採取手段と、
前記振動信号を体動信号と音声信号に分離する分離手段と、
前記体動信号と前記音声信号とから被験者の状態を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする状態検出装置。
1. A collecting means for collecting a biological vibration signal;
Separating means for separating the vibration signal into a body motion signal and an audio signal;
Detecting means for detecting the state of the subject from the body motion signal and the audio signal;
A state detection apparatus comprising:

2.前記体動信号は前記振動信号に含まれる低周波成分の信号であり、
前記音声信号は前記振動信号に含まれる高周波成分の信号であることを特徴とする前記1に記載の状態検出装置。
2. The body motion signal is a low frequency component signal included in the vibration signal,
2. The state detection apparatus according to claim 1, wherein the sound signal is a signal of a high frequency component included in the vibration signal.

3.前記状態は嚥下または咳であることを特徴とする前記1または2に記載の状態検出装置。   3. 3. The state detection apparatus according to 1 or 2, wherein the state is swallowing or coughing.

4.前記検出手段は前記音声信号から検出される嚥下音と、前記体動信号から検出される喉部の嚥下運動とに基づいて被験者の嚥下を検出することを特徴とする前記1から3のいずれかに記載の状態検出装置。   4). The detection means detects swallowing of a subject based on a swallowing sound detected from the audio signal and a swallowing motion of a throat detected from the body motion signal. The state detection device described in 1.

5.前記検出手段は、音声信号から検出される咳音と、前記体動信号から検出される腹部の咳運動に基づいて、被験者の咳を検出することを特徴とする前記1から3のいずれかに記載の状態検出装置。   5). The detection means detects a subject's cough based on a cough sound detected from an audio signal and an abdominal cough movement detected from the body motion signal. The state detection device described.

6.前記低周波成分の信号は20Hz未満の周波数からなる信号であり、前記高周波成分の信号は20Hz以上の周波数からなる信号であることを特徴とする前記2から5のいずれかに記載の状態検出装置。   6). 6. The state detection device according to any one of 2 to 5, wherein the low-frequency component signal is a signal having a frequency of less than 20 Hz, and the high-frequency component signal is a signal having a frequency of 20 Hz or more. .

咳や嚥下の発生に伴って生じる音声信号と体動信号とを得、得られた音声信号と体動信号を用いて患者の状態を検出することで、一つのセンサで患者の状態を検出できるので患者に負担を与えずに簡便に患者の状態を検出できるとともに、二つの信号から総合的に状態を検出するので、精度よく患者の状態を検出することができる。   By obtaining the audio signal and body motion signal that accompany the occurrence of cough and swallowing, and detecting the patient's state using the obtained audio signal and body motion signal, the patient's state can be detected with one sensor. Therefore, the patient's condition can be easily detected without giving a burden to the patient, and the condition of the patient can be detected with high accuracy since the condition is comprehensively detected from the two signals.

本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。   Although the present invention will be described based on an embodiment, the present invention is not limited to the embodiment.

[装置構成]
本発明における嚥下とは、飲食物を口腔で食塊として形成し、その食塊及び口咽腔の分泌物を咽頭と食道を通じて胃まで送る運動である。
[Device configuration]
Swallowing in the present invention is an exercise in which a food or drink is formed as a bolus in the oral cavity, and the bolus and oropharyngeal secretions are sent to the stomach through the pharynx and esophagus.

また、咳とは、咽喉部や気管、気管支、胸膜に異物がついた場合に、異物を体外に吐き出して肺を守るために生じる呼吸筋や気管支平滑筋の運動を言う。   Cough refers to movement of respiratory muscles and bronchial smooth muscle that occurs when a foreign substance is attached to the throat, trachea, bronchus, or pleura to discharge the foreign substance to the outside of the body and protect the lungs.

喉部の運動である嚥下を検出する場合には、図1に示すようにマイクロフォン10を喉部に取り付け、咳を検出する場合には、図2に示すようにマイクロフォン10を腹部に取り付ける。喉部は嚥下の際に特徴的な動きを示し、腹部は咳の際に特徴的な動きを示すからである。咳を検出する場合、特に横隔膜下の周辺に取り付けると感度が高く微弱な咳についても検出できるので好ましい。また、咳を検出するに際し、腹部に取り付けた場合には、喉に取り付けた場合と比べて誤検出を生じる要因が少なく、精度良く咳の検出を行うことができる。喉部は例えば日常通常に行われる首を動かす動作や飲み下し動作等により動きが生じるが、腹部は元来動きが少ない部位であり意図的に体を捻ったりしない限りあまり動きを生じないからである。   When detecting swallowing, which is a movement of the throat, the microphone 10 is attached to the throat as shown in FIG. 1, and when detecting cough, the microphone 10 is attached to the abdomen as shown in FIG. This is because the throat shows a characteristic movement during swallowing, and the abdomen shows a characteristic movement during coughing. When detecting cough, it is particularly preferable to attach it around the diaphragm, since it can detect even a weak cough with high sensitivity. In addition, when detecting coughing, when it is attached to the abdomen, there are fewer factors causing erroneous detection than when it is attached to the throat, and coughing can be detected with high accuracy. The movement of the throat is caused by, for example, the daily movement of the neck or the swallowing movement that is normally performed, but the abdomen is originally a region with little movement and does not move much unless it is intentionally twisted. .

マイクロフォン10は、皮膚に感さ性の少ない接着剤が塗布された両面テープ等により直接又は間接的に人体に貼り付けることが好ましい。また、マイクロフォン10の周囲にノイズ防止用のカバー材やクッション材を設けることが好ましい。   The microphone 10 is preferably attached directly or indirectly to the human body with a double-sided tape or the like applied with an adhesive having low sensitivity to the skin. Further, it is preferable to provide a noise-preventing cover material or cushion material around the microphone 10.

図3は、状態検出装置の構成図である。状態検出装置1は、状態測定部20及び状態検出部30から構成され、状態測定部20は、通信媒体Lを介して状態検出部30に接続されている。この通信媒体Lは、有線であっても無線であってもよい。無線により接続すれば、有線の場合のように状態測定部20に用いられているセンサに線を介して不要な振動やリード線が体や衣服に触れて生体音に類似するノイズを与えてしまう機会を減らすことができる。そのため、誤検出がほとんどなく、精度の高い検出を行うことができる。また、被検者の行動の制約を少なくすることができる。   FIG. 3 is a configuration diagram of the state detection device. The state detection device 1 includes a state measurement unit 20 and a state detection unit 30, and the state measurement unit 20 is connected to the state detection unit 30 via the communication medium L. This communication medium L may be wired or wireless. If connected wirelessly, unnecessary vibrations or lead wires touch the body or clothes through the wire to the sensor used in the state measurement unit 20 as in the case of wired, and give noise similar to biological sound. Opportunities can be reduced. Therefore, there is almost no erroneous detection, and highly accurate detection can be performed. Moreover, the restrictions on the behavior of the subject can be reduced.

次に嚥下や咳が発生した場合に、嚥下や咳の信号を得る方法について説明する。嚥下や咳の動作が生じると、可聴域の音(20Hz〜20kHz)が発生するとともに、嚥下運動や咳運動は、体の一部が動く動作であることから接する空気を振動させる。このようにして発生した空気の振動の周波数は、周波数発生源が人体の一部の動作によるものであるので、低い周波数であり、不可聴域の周波数(〜20Hz)となる。従って、マイクロフォンが検出した空気振動の信号には、嚥下や咳の発生に伴って人間の耳に聞こえる可聴域の周波数の信号と、不可聴域の周波数の信号とが含まれる。   Next, a method for obtaining a swallowing or cough signal when swallowing or coughing occurs will be described. When a swallowing or coughing motion occurs, an audible sound (20 Hz to 20 kHz) is generated, and the swallowing motion or coughing motion vibrates the air in contact with it because the body part moves. The frequency of the air vibration generated in this way is a low frequency because the frequency generation source is due to the operation of a part of the human body, and is a frequency in the inaudible range (˜20 Hz). Therefore, the air vibration signal detected by the microphone includes an audible frequency signal that can be heard by the human ear as a result of swallowing and coughing, and an inaudible frequency signal.

ここで、嚥下や咳に伴って発生する可聴域の信号を音声信号と称し、嚥下や咳の発生に伴って、体の一部が動いて空気を振動させて生じた信号を体動信号と称する。   Here, an audible signal generated by swallowing or coughing is referred to as an audio signal, and a signal generated by vibrating the air by moving part of the body accompanying swallowing or coughing is referred to as a body movement signal. Called.

体動信号と音声信号とは一つのマイクロフォン10で検出するので、同一の電気信号に含まれることから、別々に利用するためには分離する必要がある。体動信号と音声信号とを分離する手法としては、各々の周波数が相違することを利用し、境界の周波数で分離できる周波数フィルタを用いる。具体的にはローパスフィルタを用いて高周波音声信号をカット低周波数の体動信号を得、ハイパスフィルタを用いて低周波の体動信号をカットして高周波数の音声信号を得る。体動信号は前述のように不可聴域である20Hz以下の信号であるので、ローパスフィルタのカットオフ周波数は20Hzとする。また、音声信号は可聴域である20Hz以上の信号であるので、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を20Hzとする。   Since the body movement signal and the voice signal are detected by the single microphone 10, they are included in the same electric signal, and thus need to be separated for use separately. As a method of separating the body motion signal and the voice signal, a frequency filter that can be separated at the boundary frequency is used by utilizing the fact that each frequency is different. Specifically, a high-frequency audio signal is cut using a low-pass filter to obtain a low-frequency body motion signal, and a high-frequency filter is used to cut a low-frequency body motion signal to obtain a high-frequency audio signal. Since the body motion signal is a signal of 20 Hz or less which is an inaudible range as described above, the cut-off frequency of the low-pass filter is 20 Hz. Also, since the audio signal is a signal of 20 Hz or higher that is an audible range, the cutoff frequency of the high-pass filter is 20 Hz.

状態測定部20は、マイクロフォン10により変換された音声信号から所定周波数以下の低周波成分のみ検出するローパスフィルタ回路22L及び所定周波数以上の高周波成分を検出するハイパスフィルタ回路22H、低周波成分を増幅する増幅回路23L、高周波成分を増幅する増幅回路23H、増幅された低周波をA/D変換するA/D変換回路24L、増幅された高周波をA/D変換するA/D変換回路24H、A/D変換された信号を状態検出部30に送信するI/F25から構成されている。所定周波数としては前述のように20Hzが好ましい。   The state measurement unit 20 amplifies the low-frequency component, a low-pass filter circuit 22L that detects only a low-frequency component that is lower than or equal to a predetermined frequency from the audio signal converted by the microphone 10, and a high-pass filter circuit 22H that detects a high-frequency component that is higher than or equal to a predetermined frequency. Amplifying circuit 23L, amplifying circuit 23H for amplifying high frequency components, A / D converting circuit 24L for A / D converting the amplified low frequency, A / D converting circuit 24H for A / D converting the amplified high frequency, A / The I / F 25 transmits the D-converted signal to the state detection unit 30. As described above, 20 Hz is preferable as the predetermined frequency.

低周波信号と高周波信号は、各々を1チャンネルの信号ラインを用いて伝達させて処理するので、2チャンネルのステレオ信号として扱うことが好ましい。   Since the low-frequency signal and the high-frequency signal are each processed by being transmitted using a single-channel signal line, it is preferably handled as a two-channel stereo signal.

状態検出部30は、状態測定部20からのデータを受信するI/F25、I/F25で受信された体動データをプログラムに従って処理するCPU31、CPU31での処理に必要なプログラムやデータ等を記憶するROM32、CPU31での処理に必要なプログラムやデータ等を一時的に記憶するRAM33、CPU31での処理結果等をハードディスク、DVD−R、CD−R等に保存する外部記憶装置34、状態検出部30に被検者ID等の必要情報等のデータを入力する状態検出装置1本体上の入力部35、及びCPU31での処理結果等を表示する表示部36から構成されている。   The state detection unit 30 stores the I / F 25 that receives data from the state measurement unit 20, the CPU 31 that processes the body movement data received by the I / F 25 according to the program, and the programs and data necessary for the processing by the CPU 31. ROM 32, RAM 33 for temporarily storing programs and data necessary for processing in CPU 31, external storage device 34 for storing processing results in CPU 31 in a hard disk, DVD-R, CD-R, etc., state detection unit 30 includes an input unit 35 on the main body of the state detection apparatus 1 for inputting data such as necessary information such as a subject ID, and a display unit 36 for displaying a processing result in the CPU 31.

状態検出部30は、専用の情報処理装置で構成されていてもよいし、汎用のパーソナルコンピュータで構成されていてもよい。パーソナルコンピュータであれば、持ち運びが容易にできる携帯情報端末(PDA)であることが好ましい。   The state detection unit 30 may be configured with a dedicated information processing apparatus or a general-purpose personal computer. If it is a personal computer, it is preferably a personal digital assistant (PDA) that can be easily carried.

なお、状態測定部20は図4に示すように、マイクロフォン10の出力をA/D変換回路41に入力してからローパスフィルタ回路42L、ハイパスフィルタ回路42Hに入力し、I/F25を通じて状態検出部30へ出力するという構成を採用してもよい。このような構成にすると、A/D変換回路41から下流の処理をコンピューター内で行えるためハードウェアとしてのローパスフィルタ回路22L、ハイパスフィルタ回路22H、増幅回路23L及び増幅回路23Hを用意する必要はなく簡便に処理できる。一方、前述の図3の構成を採用すれば、ローパスフィルタ回路22L、ハイパスフィルタ回路22Hの出力をA/D変換してコンピューターに取り込むので、音声信号と体動信号を別個にA/D変換することから、各々の信号のダイナミックレンジを大きくとることができ、信号を精密に解析することができる。   As shown in FIG. 4, the state measurement unit 20 inputs the output of the microphone 10 to the A / D conversion circuit 41, and then inputs the output to the low-pass filter circuit 42L and the high-pass filter circuit 42H, and the state detection unit through the I / F 25 A configuration of outputting to 30 may be adopted. With such a configuration, processing downstream from the A / D conversion circuit 41 can be performed in the computer, so there is no need to prepare the low-pass filter circuit 22L, high-pass filter circuit 22H, amplifier circuit 23L, and amplifier circuit 23H as hardware. It can be processed easily. On the other hand, if the configuration shown in FIG. 3 is adopted, the outputs of the low-pass filter circuit 22L and the high-pass filter circuit 22H are A / D converted and taken into the computer, so that the audio signal and the body motion signal are separately A / D converted. Thus, the dynamic range of each signal can be increased, and the signal can be analyzed precisely.

次に嚥下や咳が生じた場合に、マイクロフォン10を用いて得られ、音声信号と体動信号に分離する以前の電気信号の例を示す。図5は嚥下が生じた場合にマイクロフォン10から得られた電気信号であり、図6は咳が生じた場合にマイクロフォン10から得られた電気信号である。図5には強度の大きい波形の集まった波形群が二つ測定されており、各々の波形群が嚥下を表している。嚥下は1秒程度の現象であることが分かる。また、図6には強度の大きい波形の集まった波形群が二つ測定されており、各々の波形群が咳を表している。図中左側の波形群は咳が連続して発生した場合であり、図中右側の波形群は咳が一回発生した場合である。一回のみ発生した咳は、嚥下に比較して発生時間は短く、0.3秒程度であることが分かる。   Next, an example of an electrical signal that is obtained using the microphone 10 and is separated into a voice signal and a body motion signal when swallowing or coughing occurs will be described. FIG. 5 is an electrical signal obtained from the microphone 10 when swallowing occurs, and FIG. 6 is an electrical signal obtained from the microphone 10 when coughing occurs. In FIG. 5, two waveform groups each having a high intensity waveform are measured, and each waveform group represents swallowing. It can be seen that swallowing is a phenomenon of about 1 second. In FIG. 6, two waveform groups each having a high intensity waveform are measured, and each waveform group represents a cough. The waveform group on the left side in the figure is a case where coughing occurs continuously, and the waveform group on the right side in the figure is a case where coughing occurs once. It can be seen that the cough that occurred only once has a shorter generation time than swallowing and is about 0.3 seconds.

次に、嚥下の場合にマイクロフォン10を用いて得られた原信号、原信号に対して20Hz未満の周波数を通過させるローパスフィルタ処理を施して得た低周波数成分の信号、及び原信号に対して20Hz以上の周波数を通過させるハイパスフィルタ処理を施して得た高周波数成分の信号の例を図7に示す。   Next, with respect to the original signal obtained by using the microphone 10 in the case of swallowing, the low-frequency component signal obtained by applying a low-pass filter process that passes a frequency of less than 20 Hz to the original signal, and the original signal FIG. 7 shows an example of a high-frequency component signal obtained by performing a high-pass filter process for passing a frequency of 20 Hz or higher.

同図に示すように、低周波成分は原信号から振動周波数の大きい成分を取り除いた信号波形であり、嚥下に伴う体動を取り出せている。高周波成分は振動周波数の小さい成分を取り除いた信号波形であり、人間の耳で聴きとることができる嚥下音を取り出せている。   As shown in the figure, the low-frequency component is a signal waveform obtained by removing a component having a large vibration frequency from the original signal, and body movements associated with swallowing can be taken out. The high frequency component is a signal waveform from which a component having a small vibration frequency is removed, and a swallowing sound that can be heard by a human ear can be extracted.

なお、咳の場合にも同様にマイクロフォン10を用いて原信号を得、ローパスフィルタ処理を施して咳に伴う体動を検出でき、ハイパスフィルタ処理を施して咳音を得ることができる。   Similarly, in the case of cough, the microphone 10 can be used to obtain an original signal, low-pass filter processing can be performed to detect body movement accompanying cough, and high-pass filter processing can be performed to obtain a cough sound.

[嚥下と咳測定処理]
次に嚥下や咳が生じた場合にマイクロフォン10で音声信号と体動信号とをデータとして採取する状態測定について説明する。図8は、本実施形態に係る状態測定フローを表す図である。この状態測定フローは、ROM32内の状態測定プログラムに基づいて、CPU31により実行されるフローである。予め入力部35により被検者を特定するID等は入力されているものとする。
[Swallowing and cough measurement process]
Next, description will be given of a state measurement in which a voice signal and a body motion signal are collected as data by the microphone 10 when swallowing or cough occurs. FIG. 8 is a diagram illustrating a state measurement flow according to the present embodiment. This state measurement flow is a flow executed by the CPU 31 based on the state measurement program in the ROM 32. It is assumed that an ID or the like for specifying the subject is input in advance by the input unit 35.

まず、CPU31は、入力部35から状態測定の開始が指示されたか否かを判断する(ステップS10)。状態測定の開始が指示されたと判断すると(ステップS10;Yes)、CPU31は、状態測定部20からの音声信号と体動信号の測定データを、RAM33を経由して外部記憶装置34に保存する動作を開始させる(ステップS11)。このとき、被検者のID及び時刻に対応付けて測定データは保存される。状態測定の開始が指示されていないと判断すると(ステップS10;No)、ステップS10に戻り状態測定の開始が指示されるまで待機する。   First, the CPU 31 determines whether or not the start of state measurement is instructed from the input unit 35 (step S10). If it is determined that the start of state measurement has been instructed (step S10; Yes), the CPU 31 stores the audio signal and body movement signal measurement data from the state measurement unit 20 in the external storage device 34 via the RAM 33. Is started (step S11). At this time, the measurement data is stored in association with the ID and time of the subject. If it is determined that the start of state measurement is not instructed (step S10; No), the process returns to step S10 and waits until the start of state measurement is instructed.

次に、CPU31は、状態測定の終了が指示されたか否かを判断する(ステップS12)。状態測定の終了が指示されたと判断すると(ステップS12;Yes)、CPU31は、状態測定部20からの測定データをRAM33を経由して外部記憶装置34に保存する動作を終了させる(ステップS13)。状態測定の終了が指示されていないと判断すると(ステップS12;No)、ステップS12に戻り、状態測定の終了が指示されるまで待機する。   Next, the CPU 31 determines whether or not the end of state measurement has been instructed (step S12). If it is determined that the end of the state measurement is instructed (step S12; Yes), the CPU 31 ends the operation of storing the measurement data from the state measurement unit 20 in the external storage device 34 via the RAM 33 (step S13). If it is determined that the end of state measurement is not instructed (step S12; No), the process returns to step S12 and waits until the end of state measurement is instructed.

次に得られた音声信号と体動信号とから、咳や嚥下を検出する検出処理の概念と検出フローについて図9、図10及び図11を用いて説明する。図9は、本実施形態に係る状態検出フローを表す図である。   Next, the concept and detection flow of detection processing for detecting cough and swallowing from the obtained audio signal and body motion signal will be described with reference to FIGS. 9, 10 and 11. FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a state detection flow according to the present embodiment.

この状態検出フローは、ROM32内の状態検出プログラムに基づいて、CPU31により実行されるフローである。   This state detection flow is a flow executed by the CPU 31 based on the state detection program in the ROM 32.

まず、CPU31は、入力部35から状態検出の開始が指示されたか否かを判断する(ステップS20)。状態測定の開始が指示されたと判断すると(ステップS20;Yes)CPU31は、外部記憶装置34に保存された測定データをRAM33に呼び出して展開しつつ、嚥下の検出処理を行う(ステップS21)。   First, the CPU 31 determines whether or not an instruction to start state detection is given from the input unit 35 (step S20). If it is determined that the start of state measurement has been instructed (step S20; Yes), the CPU 31 performs swallowing detection processing while calling and expanding the measurement data stored in the external storage device 34 to the RAM 33 (step S21).

嚥下や咳の検出処理の概念はサンプリング窓内の体動信号と音声信号の分散値を算出し、その分散値を基に嚥下や咳の有無を判断するものである。   The concept of swallowing and cough detection processing is to calculate the variance value of the body motion signal and the voice signal in the sampling window, and determine the presence or absence of swallowing or cough based on the variance value.

図10は、本実施形態の状態検出処理における嚥下の体動信号のサンプリングの概念を示す概念図であり、横軸に経過時間tを、縦軸にデータレベルを示している。   FIG. 10 is a conceptual diagram showing the concept of sampling of body motion signals for swallowing in the state detection process of the present embodiment, with the horizontal axis indicating the elapsed time t and the vertical axis indicating the data level.

図中には、複数のサンプリング窓Wが示されている。すなわち、サンプリング窓とは所定時間分のデータを採取するための検出時間幅であり、本実施形態においては各サンプリング窓W内に存在するデータを1群のデータとして取り扱う。サンプリング窓Wは、検出漏れが無いように、隣り合うサンプリング窓との間で、例えば約半分の領域が重複するように設ける。   In the figure, a plurality of sampling windows W are shown. That is, the sampling window is a detection time width for collecting data for a predetermined time. In the present embodiment, data existing in each sampling window W is handled as a group of data. The sampling window W is provided so that, for example, about half of the region overlaps between adjacent sampling windows so that no detection omission occurs.

図11は、本実施形態の状態検出処理の概念を示す概念図である。図11(b)は、データであり、横軸に経過時間tを、縦軸にデータレベルを示している。図11(a)は、図11(b)のデータにおける各サンプリング窓の分散値Vを示しており、分散値Vに対する閾値Vthを合わせて示している。   FIG. 11 is a conceptual diagram showing the concept of the state detection process of the present embodiment. FIG. 11B shows data, where the horizontal axis indicates the elapsed time t and the vertical axis indicates the data level. FIG. 11A shows the variance value V of each sampling window in the data of FIG. 11B, and also shows the threshold value Vth for the variance value V.

閾値Vthよりも分散値Vの大きいサンプリング窓を嚥下として検出する。図11(a)の例では、A、B、C、Dの4つの嚥下が検出される。閾値Vthよりも分散値Vの大きい窓が連続している部分は、連続している部分を1つの嚥下としてカウントする。例えば、図11(a)におけるCの部分については、閾値Vthよりも分散値Vの大きい窓C1〜C4が4つ連続している。この場合、当該4つの窓の部分を1つの嚥下としてカウントする。また、嚥下の強度として、例えば、分散値Vの値を用いることができる。図11(a)におけるCの部分については、例えば、連続するC1〜C4の4つの分散値Vを加算した値を嚥下の強度として用いることができる。精度向上のため、さらに特定の周波数帯域を抽出してから、分散を求めてもよい。   A sampling window having a variance value V larger than the threshold value Vth is detected as swallowing. In the example of FIG. 11A, four swallows A, B, C, and D are detected. For a portion where a window having a variance value V greater than the threshold value Vth is continuous, the continuous portion is counted as one swallow. For example, for the portion C in FIG. 11A, four windows C1 to C4 having a variance value V larger than the threshold value Vth are continuous. In this case, the four window portions are counted as one swallow. Further, as the strength of swallowing, for example, the value of the dispersion value V can be used. About the part of C in Fig.11 (a), the value which added four dispersion values V of continuous C1-C4 can be used as the intensity | strength of swallowing, for example. In order to improve accuracy, a specific frequency band may be further extracted before obtaining the variance.

このようにステップS21において嚥下の検出処理を行い、その結果を受け、ステップS22にて嚥下が検出されないと判断した場合、この状態検出フローは終了する。ステップS22にて嚥下を検出したと判断した場合、ステップS23に移る。   As described above, when the swallowing detection process is performed in step S21 and the result is received, and it is determined in step S22 that swallowing is not detected, the state detection flow ends. If it is determined in step S22 that swallowing has been detected, the process proceeds to step S23.

ステップS23においては、高周波数の嚥下の音声信号からも同様の方法で嚥下の有無を検出する。ただし、嚥下の体動信号と音声信号とでは信号の強度が異なることから、閾値Vthの大きさを変更して用いる。このようにステップS23において嚥下の検出処理を行い、その結果を受け、ステップS24にて嚥下が検出されないと判断した場合、この状態検出フローは終了する。なお、低周波数で嚥下を検出でき、高周波数で嚥下を検出できない場合とは、被験者が動いたときに皮膚が動き、マイクがその低周波成分を拾うような場合がある。ステップS24にて嚥下を検出したと判断した場合、ステップS25に移る。   In step S23, the presence / absence of swallowing is detected from the high-frequency swallowing sound signal in the same manner. However, since the signal intensity differs between the swallowing body motion signal and the voice signal, the magnitude of the threshold value Vth is changed. As described above, when the swallowing detection process is performed in step S23 and the result is received, and it is determined in step S24 that swallowing is not detected, this state detection flow ends. The case where swallowing can be detected at a low frequency and swallowing cannot be detected at a high frequency is a case where the skin moves when the subject moves and the microphone picks up the low frequency component. If it is determined in step S24 that swallowing has been detected, the process proceeds to step S25.

ステップS25において、CPU31は、検出結果をRAM33を経由して外部記憶装置34に保存する動作を行う。   In step S <b> 25, the CPU 31 performs an operation of saving the detection result in the external storage device 34 via the RAM 33.

咳を検出する場合にも同様のフローで検出することができる。ただし、体動信号と音声信号におけるVthの値には、咳の検出に適する値を採用する。   A similar flow can be detected when detecting cough. However, a value suitable for cough detection is adopted as the value of Vth in the body motion signal and the voice signal.

以上のように、一つのマイクロフォンを使い、体動信号と音声信号との両方を用いて嚥下や咳を検知することで、簡便かつ精度よく嚥下や咳を検出することができる。   As described above, swallowing and coughing can be detected easily and accurately by using one microphone and detecting swallowing and coughing using both body motion signals and audio signals.

マイクロフォンを喉部に取り付けた状況を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the condition which attached the microphone to the throat part. マイクロフォンを腹部に取り付けた状況を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the condition which attached the microphone to the abdomen. 状態検出装置の構成図である。It is a block diagram of a state detection apparatus. 状態測定部の構成図である。It is a block diagram of a state measurement part. 嚥下が生じた場合にマイクロフォンから得られた電気信号の例である。It is an example of the electrical signal obtained from the microphone when swallowing occurs. 咳が生じた場合にマイクロフォンから得られた電気信号の例である。It is an example of the electrical signal obtained from the microphone when cough occurs. 嚥下の原信号、低周波数成分及び高周波数成分の例である。It is an example of the original signal of swallowing, a low frequency component, and a high frequency component. 本実施形態に係る状態測定フローを表すフロー図である。It is a flowchart showing the state measurement flow which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る状態検出フローを表すフロー図である。It is a flowchart showing the state detection flow which concerns on this embodiment. 嚥下の体動信号のサンプリングの概念を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the concept of the sampling of the body movement signal of swallowing. 本実施形態の状態検出処理の概念を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the concept of the state detection process of this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 マイクロフォン
20 状態測定部
30 状態検出部
22L、42L ローパスフィルタ回路
22H、42H ハイパスフィルタ回路
23L、23H 増幅回路
24L、24H、41 A/D変換回路
25 I/F
31 CPU
32 ROM
33 RAM
34 外部記憶装置
35 入力部
36 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Microphone 20 State measurement part 30 State detection part 22L, 42L Low pass filter circuit 22H, 42H High pass filter circuit 23L, 23H Amplification circuit 24L, 24H, 41 A / D conversion circuit 25 I / F
31 CPU
32 ROM
33 RAM
34 External storage device 35 Input unit 36 Display unit

Claims (6)

生体の振動信号を採取する採取手段と、
前記振動信号を体動信号と音声信号に分離する分離手段と、
前記体動信号と前記音声信号とから被験者の状態を検出する検出手段と、
を備えることを特徴とする状態検出装置。
A collecting means for collecting a biological vibration signal;
Separating means for separating the vibration signal into a body motion signal and an audio signal;
Detecting means for detecting the state of the subject from the body motion signal and the audio signal;
A state detection apparatus comprising:
前記体動信号は前記振動信号に含まれる低周波成分の信号であり、
前記音声信号は前記振動信号に含まれる高周波成分の信号であることを特徴とする請求項1に記載の状態検出装置。
The body motion signal is a low frequency component signal included in the vibration signal,
The state detection device according to claim 1, wherein the audio signal is a signal of a high-frequency component included in the vibration signal.
前記状態は嚥下または咳であることを特徴とする請求項1または2に記載の状態検出装置。 The state detection apparatus according to claim 1, wherein the state is swallowing or coughing. 前記検出手段は前記音声信号から検出される嚥下音と、前記体動信号から検出される喉部の嚥下運動とに基づいて被験者の嚥下を検出することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の状態検出装置。 The detection unit detects swallowing of a subject based on a swallowing sound detected from the audio signal and a swallowing motion of a throat detected from the body motion signal. The state detection apparatus of crab. 前記検出手段は、音声信号から検出される咳音と、前記体動信号から検出される腹部の咳運動に基づいて、被験者の咳を検出することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の状態検出装置。 The said detection means detects a subject's cough based on the cough sound detected from an audio | voice signal, and the cough movement of the abdominal part detected from the said body motion signal. The state detection device described in 1. 前記低周波成分の信号は20Hz未満の周波数からなる信号であり、前記高周波成分の信号は20Hz以上の周波数からなる信号であることを特徴とする請求項2から5のいずれかに記載の状態検出装置。 6. The state detection according to claim 2, wherein the low frequency component signal is a signal having a frequency of less than 20 Hz, and the high frequency component signal is a signal having a frequency of 20 Hz or more. apparatus.
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