JP2014233631A - 発声補助システム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザーが十分に自然に発声することができる発声補助システムを提供する。【解決手段】チューブ２は、気管切開口９０１が形成されて発声が不自由になったユーザー９００に取付けられ、自身の軸心に沿う方向である軸方向に沿って延びるように気流が流れる空間を画成する。ボイスパラメーター取得装置４は、チューブ２に取付けられ、ユーザー９００が話そうとすることによって引き起こされたチューブ２における気流を検出して、その検出による結果に応じてボイスパラメーター信号を生成する。処理装置５は、ボイスパラメーター取得装置４からボイスパラメーター信号を受信してオーディオ信号を生成する。サウンド生成装置７は、ユーザー９００の口腔９０２内に取付けられ、処理装置５からオーディオ信号を受信して代用声門音を発生する。【選択図】図２

Description

本発明は、喉頭摘出手術や気管切開術が行われた患者に用いられる発声補助システムに関する。

健常者は、肺から押し出された空気が声道を通過する際、声帯が狭まることにより通過する空気が振動されることで声帯の基本振動音を出すと共に、該基本振動音を舌、顎、唇などの調音器官で変化させて、共鳴音を作り出すことで、口や鼻から放つことにより声とし、様々な発話を行っている。これに対し、喉頭が摘出されたり気管が切開された者は、通常であれば振動音が出されなくなるため、発声が不自由になり、自らの意思による発話ができなくなる。

従来より、そういった発声が不自由になった者に用いられるものであって口内発声器を有する人工喉頭が既に知られている（例えば特許文献１参照）。

米国特許第４５５０４２７号公報

口腔や口、鼻などの調音器官さえあれば、従来の人工喉頭を喉頭摘出者などの発声障害者（以下、ユーザーと称する）に取付けることにより、振動音を人工的に作り出し、口腔へ送り込んで、発声ができるようになるが、振動を口腔内に順調に伝えられないこともあり、十分な発声ができない問題点がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ユーザーが十分に自然に発声することができる発声補助システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、気管切開口が形成されて発声が不自由になったユーザーに取付けられ、自身の軸心に沿う方向である軸方向に沿って延びるように気流が流れる空間を画成する周壁を有するチューブと、前記チューブに取付けられ、前記ユーザーが話そうとすることによって引き起こされた前記チューブにおける気流を検出して、その検出による結果に応じてボイスパラメーター信号を生成するボイスパラメーター取得装置と、前記ボイスパラメーター取得装置から前記ボイスパラメーター信号を受信して、前記ボイスパラメーター信号に応じてオーディオ信号を生成する処理装置と、前記ユーザーの口腔内に取付けられ、前記処理装置から前記オーディオ信号を受信して、前記オーディオ信号に応じて代用声門音を発生するサウンド生成装置と、を備えていることを特徴とする発声補助システムを提供する。

本発明に係る発声補助システムによれば、ボイスパラメーター信号の取得と代用声門音の発生との時間差が短いので、ユーザーによって代用声門音の発生の時間を設定することができ、通常の呼吸の間、通常の口の形をしたままで代用声門音で話すことができる。従って、ユーザーが十分に自然に発声して話すことができる。

本発明に係る発声補助システムの第１の実施の形態の全体構成を示す分解斜視図である。 第１の実施の形態に係る発声補助システムの使用例を示す図である。 第１の実施の形態に係る発声補助システムを示す組立斜視図である。 第１の実施の形態におけるチューブの横断面を示す図である。 第１の実施の形態に係る発声補助システムのブロック図である。 本発明に係る発声補助システムの第２の実施の形態を示す組立側面断面図である。 第２の実施の形態におけるチューブの横断面を示す図である。 本発明に係る発声補助システムの第３の実施の形態を示す組立側面断面図である。 第３の実施の形態におけるチューブの底面図である。 本発明に係る発声補助システムの第４の実施の形態を示す分解斜視図である。 第４の実施の形態に係る発声補助システムの使用例を示す図である。 第４の実施の形態におけるバルブの動作を説明する図である。

以下、本発明に係る発声補助システムにおけるいくつかの実施形態について図面を参照して説明する。なお、同一構成及び機能を有する構成要素については、同一番号を付してその説明を省略する。

(第１の実施の形態)
図１は、本発明に係る発声補助システムの第１の実施の形態の構成を示す分解斜視図、図２は、第１の実施形態に係る発声補助システムがユーザー９００に取付けられて利用される様子を示す側面断面図である。ユーザー９００は、自分の声帯のやや下方近傍に気管切開口（tracheostomy）９０１が開口し、喉頭が摘出されて発声が不自由になった者である。気管切開口９０１とは、気管切開術によって切開された気管の気管切開口である。

発声補助システムは、チューブ２と、ゲート３と、ボイスパラメーター取得装置４と、処理装置５と、遠隔制御装置６と、サウンド生成装置７とを備えている。

チューブ２は、発声時の声門に倣って構成されるもので、図２〜図４に示されているように、気流が流れる空間を画成する周壁を有するように両端が開放されて、自身の軸心に沿う方向である軸方向に沿って延びるようになっている。チューブ２は、気管切開口９０１側に開放された一端と外部側に延伸される他端とを有し、この実施の形態では、その一端側に気管と連通されるようにユーザー９００の気管切開口９０１に取付けられる連結部２１と、連結部２１から他端に延伸されて形成された人工声門部２２とを有する。チューブ２は、連結部２１が気管切開口９０１に取付けられるように気管の延伸方向と直角して延伸され、人工声門部２２が気管の延伸方向に平行に延伸される管状部２２１を有するようにＬの字状に曲がっている。チューブ２の他端に、人工声門部２２が外部に連通可能な端孔２２５が形成されている。

チューブ２は、少なくとも１つ例えば２つの突起２２２が、チューブ２の周壁の内面より軸方向と垂直な径方向に沿って且つ空間に向かって突き出ると共に、管状部２２１内に人工声門２０として軸方向沿いに延伸される隙間をあけて対向するように形成される。チューブ２内の空間は、突起２２２によって気管切開口９０１に空間連通される第１のスペース２０１と、端孔２２５を介して外部に連通される第２のスペース２０２とに２分割されるように仕切られている。管状部２２１は、周壁を貫通して第１のスペース２０１と外部とが連通される通気孔２２０が設けられている。

２つの突起２２２はそれぞれ、気流を第１のスペース２０１から第２のスペース２０２に向かって外部にガイドするように径方向に沿って第１のスペース２０１から第２のスペース２０２に向かって肉厚になる傾斜面２２３を形成している。これにより、人工声門２０は、通常話すときの動きを模擬するために、２つの突起２２２の傾斜面２２３によって第１のスペース２０１から第２のスペース２０２に向かって外部に連通されるように径小になるラッパ状に形成されている。

ゲート３は、一例として電子式空気弁であり、処理装置５によって通気孔２２０を外部に連通したり外部から閉塞するように開閉可能に制御されるように通気孔２２０に設けられている。ゲート３は、処理装置５によって通気孔２２０が外部に連通するように開けられると、第１のスペース２０１と外部との間でゲート３を介して空気が流通することができる。これによって、チューブ２をもってユーザー９００が呼吸することができる。その一方、ゲート３は処理装置５によって通気孔２２０が外部から閉塞するように閉じられた場合、チューブ２に入る空気が人工声門２０を通ると共に、端孔２２５を介して排出される。これによって、チューブ２をもってユーザー９００が発声可能になり話すことができる。

ボイスパラメーター取得装置４は、ユーザー９００が話そうとしてチューブ２に引き起こされた気管切開口９０１からの気流を検出し、その検出の結果に応じてボイスパラメーター信号を生成して処理装置５に送信する。ボイスパラメーター取得装置４は、一例として、圧力センサーであり、第１のスペース２０１内の気圧を検出可能に管状部２２１に取付けられ、第１のスペース２０１内の気圧と外部の大気圧との気圧差を検出して、該検出結果に応じてボイスパラメーター信号を生成する。

処理装置５は、図２、図３及び図５に示されているように、管状部２２１の外周面に取付けられ、この実施の形態では、ボイスパラメーター取得装置４に電気的に連結された信号処理ユニット５１と、ゲート３の開閉を制御するように設けられた制御ユニット５２と、遠隔制御装置６からゲート制御信号と周波数変調信号とを無線受信すると共に、サウンド生成装置７と無線通信するように設けられた無線送受信ユニット５３とを有する。なお、ゲート制御信号は、ゲートの開閉に関するゲートオープン信号又はゲートクローズ信号である。

信号処理ユニット５１は、ゲートクローズ信号に応じてボイスパラメーター取得装置４による検出を始めさせる、又はゲートオープン信号に応じてボイスパラメーター取得装置４の検出を終わらせるように制御する。なお、信号処理ユニット５１は、プレフィルタリング、アナログ・デジタル変換（ＡＤ変換）、気圧差の経時分析変化などによってボイスパラメーター信号の処理を行うことができる。発話音量はボイスパラメーター取得装置４により検出された気圧差に比例し、また、発話時間の長さ及び発話間の一時停止の時点は、気流が第１のスペース２０１に留まる時間及び気流が人工声門２０を通過する時間に関連するので、信号処理ユニット５１は、違う時点に受信されたそれぞれのボイスパラメーター信号に応じて発話音量に関連するボイスパラメーター信号をオーディオ信号に変換させるように処理することができる。従って、気流が声門を通過した時に引き起こされた声帯によって生成される声門音をまねすることができる。この実施の形態では、信号処理ユニット５１は更に、無線送受信ユニット５３によって受信された周波数変調信号に応じてオーディオ信号の可聴周波数（audio frequency）パラメーターを変調し、また、無線送受信ユニット５３によって変調された可聴周波数パラメーターを含むオーディオ信号をサウンド生成装置７に無線送信することが可能である。

この実施の形態では、信号処理ユニット５１は更に、無線送受信ユニット５３がオーディオ信号を送信するときに送信時点を設定可能に構成される。送信時点は、ユーザー９００が所定の口の形をして発声するときの口形形成時間に応じて設定されることができるので、サウンド生成装置７は、口形形成時間にほぼ一致する時間に代用声門音を発生することができる。従って、ユーザー９００はより正確な発声で話すことができる。

制御ユニット５２は、無線送受信ユニット５３によって受信されたゲートオープン信号に応じて通気孔２２０を外気に連通するようにゲート３を開けるように制御し、また、無線送受信ユニット５３によって受信されたゲートクローズ信号に応じて通気孔２２０を閉塞するようにゲート３を閉じるように制御するようになっている。

なお、この実施の形態では、処理装置５、ゲート３及びボイスパラメーター取得装置４は、信号線或いは無線で互いに通信可能になっている（図示せず）。信号線は、例えば人工声門部２２に内蔵される、又は管状部２２１の外周面から露出するように設けられる。処理装置５、ゲート３及びボイスパラメーター取得装置４の間を通信可能にする方法としては、信号線或いは無線などに制限されず、従来の技術による通信をもって構成されてもよい。

遠隔制御装置６は、図１に示されているように、ユーザー９００に装着されるホルダー６１と、ゲート制御信号を生成するゲート制御ユニット６２と、計数ユニット６３（図５参照）と、可聴周波数変調ユニット６４と、無線送信ユニット６５（図５参照）とを有する。ホルダー６１は、例えばリング状に成形されて指にはめるようにユーザー９００の身に装着するように形成されているが、他例としてブレスレット、ネックレスなどの形をしてもよい。

ゲート制御ユニット６２は、ホルダー６１に突き出て設けられた制御部材６２１を有する。この実施の形態では、制御部材６２１としては押圧操作可能なボタンの形をし、ゲート制御ユニット６２は、制御部材６２１を操作すると、ゲートクローズ信号を生成するようになっている。また、制御部材６２１を操作すると、計数ユニット６３は、計数し始める。所定の期間が経つと、ゲート制御ユニット６２がゲートオープン信号を生成する。

可聴周波数変調ユニット６４は、ホルダー６１の表面から突き出て設けられた調節部材６４１を有する。調節部材６４１は、回転操作可能なつまみの形をし、調節部材６４１を操作すると、可聴周波数変調信号を生成して処理装置５に送る。

なお、制御部材６２１と調節部材６４１とは、機械的に操作可能なボタンやつまみなどの形をしているが、ホルダー６１の表面に指又はスタイラスペンでなぞることができるタッチスクリーンを設けてタッチ操作するようにしてもよい。

無線送信ユニット６５は、ゲートクローズ信号、ゲートオープン信号及び周波数変調信号を無線送信するようになっている。

サウンド生成装置７は、無線受信ユニット７１と、無線受信ユニット７１に電気的に連結されたサウンド発生ユニット７２とを有する。無線受信ユニット７１は、処理装置５からオーディオ信号を無線受信することようになっている。

サウンド発生ユニット７２は、ユーザー９００の口内に配置され、舌の水平面にほぼ平行に延伸されるサウンド出力面７２０を有し、無線受信ユニット７１によって受信されたオーディオ信号に応じて、線形波の形をした代用声門音を発生するようになっている。

実際には、チューブ２は、ユーザー９００の気管切開口９０１に取付けられ、サウンド生成装置７が口腔９０２内に取付けられ、遠隔制御装置６がユーザー９００の手元に装着されるように用いられる。このようにして、代用声門音を口腔９０２に送り込んで、ユーザー９００は口、舌、唇などの調音器官を用いることによって、健常者のように話すことができる。

上記のように構成された発声補助システムは、第１のスペース２０１、第２のスペース２０２及び人工声門２０をもって健常者の喉頭、声門として構成することができるので、ユーザー９００は健常者のように健常に話すことができる。

次に、上記のように構成された発声補助システムの動作及び作用について説明する。

通常状態でゲート３が開くことによって通気孔２２０が外部に連通して通気されると、ユーザー９００がチューブ２を介して呼吸することができる。ユーザー９００が話したい場合、制御部材６２１を例えば押して操作すると、処理装置５によって所定期間に通気孔２２０を閉塞させるようにゲート３を閉じるように制御される。通気孔２２０が閉塞されると、可聴周波数変調ユニット６４が周波数変調信号を生成するように駆動される。そして、処理装置５はボイスパラメーター取得ユニット４からボイスパラメーター信号を受信して処理する。次に、処理装置５によって所定の送信周波数をもってオーディオ信号をサウンド生成装置７に送信する。

その一方、通気孔２２０がゲート３によって閉塞されると、ユーザー９００が通常のように話すことができる。そのとき、ユーザー９００の肺から押し出された空気がチューブ２にて高気圧になる。この高気圧の気流が人工声門２０を通過して第２のスペース２０２に連通する端孔２２５を介してチューブ２から排出される。そして、ボイスパラメーター取得装置４は、第１のスペース２０１の気圧と外部の大気圧とを比較してその気圧差を検出し、該気圧差に応じてボイスパラメーター信号を生成して出力する。処理装置５は、周波数変調信号に応じてボイスパラメーター信号を受信して処理することにより、オーディオ信号を生成してサウンド生成装置７に送信する。サウンド生成装置７は受信されたオーディオ信号によって駆動されて、代用声門音を発生させる。

このように、ボイスパラメーター信号の取得と代用声門音の発生との時間差が短いので、ユーザー９００によって代用声門音の発生の時間を設定することができる。これによって、代用声門音の発生の時間と口形形成時間とはほぼ同期になるので、ユーザー９００は、通常の呼吸の間、通常の口の形をしたままで代用声門音を話し声として話すことができる。

また、肺によって空気がもっと多く押し出され、ボイスパラメーター取得装置４により検出されるチューブ２の内部と外部との気圧差をもっと大きくすることによって、ユーザー９００はもっと大きな声で話すことができる。その一方、肺によって空気が少なく押し出され、ボイスパラメーター取得装置４により検出されるチューブ２の内部と外部との気圧差を小さくすることによって、ユーザー９００は小さい声で話すことができる。このようにすると、処理装置５によって生成されたオーディオ信号は、ユーザー９００の呼吸によって変化することができるので、代用声門音の音量を変化させることができる。このように、ユーザー９００は話す音量を自分で自由に変えることができる。発話文の１つの文の長さ及び発話文における区切りは、同様にして第１のスペース２０１と外部との気圧差を検出することによって区別することができるので、ユーザー９００による発話文をよりはっきりと確認することができる。

また、ユーザー９００は、可聴周波数変調ユニット６４の調節部材６４１を用いて、処理装置５によって生成されたオーディオ信号の可聴周波数パラメーターを調節することができるので、サウンド生成装置７によって発生した代用声門音の可聴周波数を変えることができる。従って、甲高い音声或いは低い音声など、望ましいトーンの音声が得られる。

計数ユニット６３が、例えば所定の時間が経過したりして、計数を終えた場合、遠隔制御装置６がゲートオープン信号を送信して処理装置５による制御によってゲート３を開けて通気孔２２０が外部に連通するように通気されることで、ユーザー９００が呼吸できるようになる。ユーザー９００は、制御部材６２１を再び操作すれば続けて話すことができる。

この実施の形態では、計数ユニット６３の計数が決まると、ゲート３の開閉制御のために、遠隔制御装置６がゲートオープン信号を送信しなければならないようになっているが、ゲート３の開閉を遠隔制御装置６によって制御しなくてもよい場合、計数ユニット６３を省略してもよい。例えば、１例として、制御部材６２１を押し操作するときだけ、ゲート制御ユニット６２からゲート３を閉じるゲートクローズ信号を生成するが、制御部材６２１を押し操作しないときは、ゲート３を開けて通気孔２２０が閉塞せずに外部に通気するようにしてもよい。また、他例として、制御部材６２１を一回操作すると、ゲート制御ユニット６２がゲートクローズ信号を生成し、制御部材６２１をもう一回操作すると、ゲート制御ユニット６２がゲートオープン信号を生成するように、制御部材６２１の操作回数によってゲートクローズ信号とゲートオープン信号を入れ替わりに生成してもよい。また、処理装置５は、ゲートクローズ信号が受信された後予め決められた所定時間内に計数し、所定時間が経過すると通気孔２２０が外気に連通するようゲート３を開けるように制御してもよい。

この実施の形態では、人工声門２０は、突起２２２間の隙間として断面がラッパ状になっているが、この形状に制限されず、例えば、円形孔或いは他の形状になってもよい。また、この実施の形態では、チューブ２は２つの突起２２２が設けられているが、突起２２２の数が２に制限されず、１つで人工声門２０を形成してもよく、管状部２２１と連携して人工声門２０を形成してもよい。

（第２の実施の形態）
図６と図７は、本発明に係る発声補助システムの第２の実施の形態の構成を示している。第２の実施の形態に係る発声補助システムにおいて、第１の実施の形態と比べて、ボイスパラメーター取得装置４の配置が異なる。

ボイスパラメーター取得装置４は、エアフローメーターとして第２のスペース２０２における突起２２２の一つに設けられている。この実施の形態では、ボイスパラメーター取得装置４は、図７に示されているように、検出部４１が第２のスペース２０２において端孔２２５に向かって突き出ると共にラッパ状に形成された人工声門２０のとがっている先端部に向かって見た際に覗けるように延伸されるように設けられている。検出部４１は、人工声門２０を通過する気流によって曲がったり変形したりすることができるように構成されているので、ボイスパラメーター取得装置４は、検出部４１による変形に応じて電気信号を生成可能になっている。このように、人工声門２０を通過する気流の速度の変化によってボイスパラメーター信号を生成することができる。また、人工声門２０を通過する気流の速度は、第１のスペース２０１における気圧に対して正の相関関係をもつので、発話に区切りをつけられる上に音量の変化をもっているのでユーザー９００による発話がはっきりと理解可能になるオーディオ信号が得られる。

なお、ボイスパラメーター取得装置４は、従来知られているエアフローメーターを用いているので、その動作の詳細な説明を省く。また、ボイスパラメーター取得装置４は、人工声門２０を通過する気流を検出することができれば、その配置はこの例に制限されない。

（第３の実施の形態）
図８と図９は、本発明に係る発声補助システムの第３の実施の形態の構成を示している。第３の実施の形態に係る発声補助システムにおいて、第１の実施の形態と比べて、ボイスパラメーター取得装置４の配置が異なる。

ボイスパラメーター取得装置４は、例えばマイクロホンなどの電気音響変換器として第２のスペース２０２に設けられ、人工声門２０を通過した気流によって発生する圧力波の振幅に応じて、ボイスパラメーター信号を発生する。人工声門２０を通過することによって生成された圧力波の振幅は、第１のスペース２０１における気圧と正の相関関係をもつので、発話に区切りをつけられる上に音量の変化をもっているのでユーザー９００による発話がはっきりと理解可能になるオーディオ信号が得られる。

（第４の実施の形態）
図１０〜図１２は、本発明に係る発声補助システムの第４の実施の形態の構成を示している。第４の実施の形態に係る発声補助システムにおいて、第１の実施の形態と比べて、チューブ２と、遠隔制御装置６とサウンド生成装置７とが異なる。また、第４の実施の形態ではバルブ８を更に有する。

この実施の形態では、連結部２１と人工声門部２２とが着脱可能に接続されるようになり、連結部２１と人工声門部２２との間にろ過部材２３が設けられている。連結部２１は、人工声門部２２と繋がるようにＬの字形状になっている。なお、この実施の形態では、連結部２１と人工声門部２２とは螺結などによって連結可能になっているが、スナップ式留め法によって着脱可能に連結されるようにしてもよい。

人工声門部２２は、管状部２２１の外周面から突き出て延伸される中空状の延伸管部２２４が、管状部２２１の内部と連通するように設けられている。この実施の形態では、チューブ２は第２のスペース２０２がなく、第１のスペース２０１のみをつまりチューブ２の空間として有する。また、通気孔２２０は、外部と連通するように中空状の延伸管部２２４の周壁に貫通して形成されている。

ろ過部材２３は、管状部２２１を介して連結部２１にちりなどが入ってくることを防ぐように設けられているので、鼻呼吸における鼻腔内の毛と粘膜による外部からの汚れ遮断効果と同様な効果を有する。なお、ろ過部材２３は、連結部２１と人工声門部２２とを分離したときに交換可能になっている。また、ゲート３は、上記の実施の形態と同様に、開閉可能に通気孔２２０に取付けられている。

バルブ８は、人工声門部２２の内部が外部よりも気圧が低いとき外部と通気して外気が人工声門部２２に進入可能に開く連通状態と、人工声門部２２の内部が外部よりも気圧が高いとき外部から遮断されて外気が進入不能に閉じる遮断状態とに開閉するように、人工声門部２２の外周面に設けられている。

バルブ８は、この実施の形態では、人工声門部２２の外周面より外部に突き出て形成される環壁部８１１と、人工声門部２２の外周面と所定の間隔をあけて対向すると共に環壁部８１１の突き出た端縁に接続されて環壁部８１１とにより人工声門部２２の第１のスペース２０１と連通する中空部８１０を画成するように設けられた基壁部８１２とからなる中空状の取付座８１と、弾性的に変形可能な材料から作られる弾性体であって取付座８１の中空部８１０に取付けられたバルブ部材８２とを有する。

基壁部８１２は、バルブ部材８２が取付座８１と連結されるように取付けられる取付孔８１４と、中空部８１０と外部と連通する少なくとも１つの連通孔８１３とが設けられている。取付孔８１４は、基壁部８１２の外周面より窪む係止孔部８１４１と、係止孔部８１４１より続いて中空部８１０と連通すると共に係止孔部８１４１よりも小径になる通孔部８１４２とが形成されている。

バルブ部材８２は、例えばシリコーン、ゴムなどの変形可能な材料で作られるもので、基壁部８１２の中空部８１０側の内面と対面して設けられ、連通状態にて中空部８１０からチューブ２の第１のスペース２０１側に膨らむ膨張形状と、遮断状態にて膨張形状から萎んで平らになって基壁部８１２の内面と平行して面接触すると共に取付孔８１４と連通孔８１３とを閉塞する平面形状とに弾性的に変形可能に取付座８１の内面側に設けられた板状体８２１と、板状体８２１の変形につれて径方向に沿って移動可能に板状体８２１より板状体８２１より外部に突き出ると共に通孔部８１４２を挿通して形成された挿通部８２２と、該挿通部８２２の突き出た端部の両側からそれぞれ軸方向に沿って突き出ると共に、挿通部８２２が板状体８２１の膨張形状につれて移動されたとき基壁部８１２の外面と接触可能に形成された２つの突縁部８２３とを有する。

板状体８２１は、取付座８１の内面側に設けられるように環壁部８１１の内径よりも小さい外径を有し、例えばユーザー９００からの呼吸などによる管状部２２１における気流と外気との気圧差によって弾性的に変形可能になっている。

この実施の形態に係る発声補助システムは、通気孔２２０を介してチューブ２と外気とが連通されるようにゲート３が開けられたとき、ユーザー９００が通常に呼吸可能になり、呼吸の間は健常者の喉頭として用いられる。その一方、ユーザー９００が話したいときは、通気孔２２０が外部より閉塞するようにゲート３を閉じる。こうして、健常者の喉頭として発話に用いられる。ユーザー９００が話すと、ユーザー９００により押し出された空気がチューブ２に進入してチューブ２内が外部よりも高い気圧となり、空気が外部から遮断するようにバルブ８を閉じる。バルブ８が遮断状態になると、発話の間の呼息による空気が人工声門２０を通過すると共に、ボイスパラメーター取得装置４はボイスパラメーター信号を生成する。そして、ユーザー９００は、１つのセンテンスや、フレーズを話したり息を吸い込むとき、バルブ８が開けられ、外気がチューブ２を介して肺に進入して次の発話を行う。

このように、健常者の喉頭の物理的機能を真似して遠隔制御装置６の操作をすることなく続けて話すことができる。遠隔制御装置６は、この実施の形態では、ユーザー９００が話しを終えて通常のように通気孔２２０を介して呼吸できるようにゲート３を開けるときだけ操作可能になっている。このようにすると、発声補助システムは、使い勝手がよりいいので、ユーザー９００が話すとき通常のように呼吸し、口の形を変えたりする必要もなくなる。

この実施の形態では、例えばゲート３が正常に機能できない、又は遠隔制御装置６の電力が切れそうになったことでゲート３が閉じられて開けられなくなったときは、ユーザー９００は、またバルブ８によって呼吸したり話したりすることができる。従って、発声補助システムによる安全性が向上することができる。

上記のように、チューブ２とゲート３とバルブ８とを連携して健常者の喉頭、声門として構成することができるので、ユーザー９００は健常者のように話すことができる。

この実施の形態では、ボイスパラメーター取得装置４と処理装置５は管状部２２１に取付けられ、ボイスパラメーター取得装置４は、第１のスペース２０１と外気との気圧差を検出し、その検出による結果に応じてボイスパラメーター信号を生成する圧力センサーとして用いられる。

この実施の形態では、遠隔制御装置６は、可聴周波数変調ユニットの代わりに、ゲート制御ユニット６２に電気的に連結された警告灯ユニット６６を設けている。警告灯ユニット６６は、ホルダー６１に設けられ、制御部材６２１が押し操作されるとゲートクローズ信号を生成するときに発光するようになっている。警告灯ユニット６６によって、通気孔２２０が閉塞されたことをユーザー９００に通知する。そして、警告灯ユニット６６は、ゲート制御ユニット６２によってゲートオープン信号を生成したときに発光しないようになる。

サウンド生成装置７は、ユーザー９００の口腔９０２に取付けられるように設けられたベース７３を更に有する。無線受信ユニット７１及びサウンド発生ユニット７２がベース７３に設けられている。

サウンド発生ユニット７２は、代用声門音を共振させるように設けられた共振パイプ７２１と、無線受信ユニット７１と電気的に接続されるように設けられた電気音響モジュール７２４とを有する。共振パイプ７２１は、ほぼＧの字形に曲がって形成され、ベース７３の表面よりユーザー９００の口腔９０２に露出するサウンド出口端部７２２と、サウンド出口端部７２２と反対側に無線受信ユニット７１と対向するサウンド入口端部７２３とを有する。

電気音響モジュール７２４は、サウンド入口端部７２３に設けられ、無線受信ユニット７１によって受信されたオーディオ信号に応じて代用声門音を発生し、共振パイプ７２１によって共振して共鳴周波数を有するようにしてサウンド出口端部７２２を介して出るように操作可能になっている。共鳴パイプ７２１によって健常者のように話すときに声門音を口と口腔内に共振させて共鳴周波数を有するようにすることができるので、通常に呼吸することができ、通常の口の形で代用声門音で普通に話すことができる。また、共鳴パイプ７２１を所定の共鳴周波数を有するように所定の長さを有する所定の形状に形成すると、望ましい音調を得ることができる。実際に、共鳴パイプ７２１は、望ましい音調を得るために、ユーザー９００の性別、年齢、好みに応じて所定の長さを有する構成をしてもよい。このように、発声補助システムの機能性をより一層向上させることができる。

以上のように、チューブ２は、健常者のように話すことが可能に健常者の声門のように構成されていることによって、ユーザー９００によって押し出された空気が健常者が話すときに声門を通過する気流のように人工声門２０を通過するようになる。そして、ボイスパラメーター信号を生成したことによって、処理装置５が健常者の声門によって生成された声波のようなオーディオ信号を生成し、サウンド生成装置７がオーディオ信号を受信すると、口腔９０２に代用声門音を発生する。そして、ボイスパラメーター信号の取得時点及び代用声門音の発生時点の間は短いため、肺から押し出された空気が声門を通過すると声帯を振動させて声門音を発生する経過時間差と変わらないので、ユーザー９００が口の形を作って話すタイミングでサウンド生成装置７が代用声門音を発生することができる。従って、ユーザー９００は音量に変化を付けて正確にはっきりと話すことができ、また、遠隔制御装置６の操作によって代用声門音の音調を調節することができるので、ユーザー９００が健常者のように話すことができる。

なお、ろ過部材２３は、通気孔２２０を介してちりなどが連結部２１に進入してくることを有効的に防止することができるので、外来の汚れでユーザー９００の健康を害することなく守ることができる。また、連結部２１と人工声門部２２とは着脱可能に連結されているので、チューブ２の掃除やろ過部材２３の交換なども簡単になり、使い勝手がよい。また、ゲート３が開けられなくなったときは、ユーザー９００はバルブ８によって呼吸する又は話すことができるので、チューブ２の使用安全性がより一層向上する。

本発明に係る発声補助システムは、発声障害者の発声補助器具として有用である。

２ チューブ
２０１ 第１のスペース
２０２ 第２のスペース
２０ 人工声門
２１ 連結部
２２ 人工声門部
２２０ 通気孔
２２１ 管状部
２２２ 突起
２２３ 傾斜面
２２４ 延伸管部
２２５ 端孔
２３ ろ過部材
３ ゲート
４ ボイスパラメーター取得装置
５ 処理装置
５１ 信号処理ユニット
５２ 制御ユニット
５３ 無線送受信ユニット
６ 遠隔制御装置
６１ ホルダー
６２ ゲート制御ユニット
６２１ 制御部材
６３ 計数ユニット
６４ 可聴周波数変調ユニット
６４１ 調節部材
６５ 無線送信ユニット
６６ 警告灯ユニット
７ サウンド生成装置
７１ 無線受信ユニット
７２ サウンド発生ユニット
７２０ サウンド出力面
７２１ 共振パイプ
７２２ サウンド出口端部
７２３ サウンド入口端部
７２４ 電気音響モジュール
７３ ベース
８ バルブ
８１ 取付座
８１０ 中空部
８１１ 環壁部
８１２ 基壁部
８１３ 連通孔
８１４ 取付孔
８１４１ 係止孔部
８１４２ 通孔部
８２ バルブ部材
８２１ 板状体
８２２ 挿通部
８２３ 突縁部
９００ ユーザー
９０１ 気管切開口
９０２ 口腔

Claims (16)

1. 気管切開口が形成されて発声が不自由になったユーザーに取付けられ、自身の軸心に沿う方向である軸方向に沿って延びるように気流が流れる空間を画成する周壁を有するチューブと、
   前記チューブに取付けられ、前記ユーザーが話そうとすることによって引き起こされた前記チューブにおける気流を検出して、その検出による結果に応じてボイスパラメーター信号を生成するボイスパラメーター取得装置と、
   前記ボイスパラメーター取得装置から前記ボイスパラメーター信号を受信して、前記ボイスパラメーター信号に応じてオーディオ信号を生成する処理装置と、
   前記ユーザーの口腔内に取付けられ、前記処理装置から前記オーディオ信号を受信して、前記オーディオ信号に応じて代用声門音を発生するサウンド生成装置と、
   を備えていることを特徴とする発声補助システム。
2. 前記チューブは、人工声門とする前記軸方向沿いに延伸される隙間が形成されるように、少なくとも１つの突起が、前記チューブの前記周壁の内面より前記軸方向と垂直な径方向に沿って且つ前記空間に向かって突き出て形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発声補助システム。
3. 前記チューブは、前記突起によって前記空間を前記気管切開口に空間連通される第１のスペースと、外部に連通される第２のスペースとに２分割するように仕切られ、
   前記突起は、その肉厚が、前記人工声門が前記第１のスペースから前記第２のスペースに向かって狭くなるように厚くなっていることを特徴とする請求項２に記載の発声補助システム。
4. 前記チューブは、前記人工声門の前記軸方向の一側にあるように前記気管切開口に空間的に連通する第１のスペースを有し、
   前記人工声門は、外部と空間的に連通すると共に前記第１のスペースから外部に向かって狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の発声補助システム。
5. 前記ボイスパラメーター取得装置は、前記第１のスペースと外気との気圧差を検出し、その検出による結果に応じて前記ボイスパラメーター信号を生成する圧力センサーであることを特徴とする請求項３又は４に記載の発声補助システム。
6. 前記ボイスパラメーター取得装置は、前記第２のスペースに取付けられ、前記人工声門を通過した気流によって発生する圧力波の振幅に応じて、前記ボイスパラメーター信号を発生する電気音響変換器であることを特徴とする請求項３に記載の発声補助システム。
7. 前記ボイスパラメーター取得装置は、前記突起に取付けられ、前記人工声門を通過する気流の流速を検出し、その検出による結果に応じて前記ボイスパラメーター信号を生成するエアフローメーターであることを特徴とする請求項２に記載の発声補助システム。
8. 前記チューブは、前記人工声門としての前記隙間をあけて対向して形成された２つの前記突起を有することを特徴とする請求項２〜７のいずれかの一項に記載の発声補助システム。
9. 前記チューブは、前記気管切開口に設けられた連結部と、前記連結部から接続して前記突起が形成された人工声門部とを有し、
   前記人工声門部の内部が外部よりも気圧が低いとき外部と通気して外気が前記人工声門部に進入可能となるように開く連通状態と、前記人工声門部の内部が外部よりも気圧が高いとき外部から遮断されて外気が進入不能となるように閉じる遮断状態とに開閉するように、前記人工声門部の外周面に設けられたバルブを更に有することを特徴とする請求項２〜８のいずれかの一項に記載の発声補助システム。
10. 前記バルブは、前記人工声門部の前記外周面より外部に突き出て形成される環壁部と、前記人工声門部の前記外周面と所定の間隔をあけて対向すると共に前記環壁部の突き出た端縁に接続されて前記環壁部とにより前記人工声門部と連通する中空部を画成するように設けられた基壁部とからなる中空状の取付座と、弾性的に変形可能な材料から作られる弾性体であって前記取付座の前記中空部に取付けられたバルブ部材とを有し、
    前記基壁部は、前記バルブ部材が前記取付座と連結されるように取付けられる取付孔と、前記中空部と外部と連通する少なくとも１つの連通孔とが設けられ、
    前記取付孔は、前記基壁部の外周面より窪む係止孔部と、前記係止孔部より続いて前記中空部と連通すると共に前記係止孔部よりも小径になる通孔部とが形成され、
    前記バルブ部材は、前記基壁部の前記中空部側の内面と対面して設けられ、前記連通状態にて前記中空部から前記チューブの前記空間側に膨らむ膨張形状と、前記遮断状態にて前記膨張形状から萎んで平らになって前記基壁部の前記内面と平行して面接触すると共に前記取付孔と前記連通孔とを閉塞する平面形状とに弾性的に変形可能に前記取付座の内面側に設けられた板状体と、前記板状体の変形につれて前記径方向に沿って移動可能に前記板状体より外部に突き出ると共に前記通孔部を挿通して形成された挿通部と、該挿通部の突き出た端部から前記軸方向に沿って突き出ると共に、前記挿通部が前記板状体の膨張形状につれて移動されたとき前記基壁部の外面と接触可能に形成された突縁部とを有する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の発声補助システム。
11. 前記チューブは、前記連結部と前記人工声門部との間に設けられたろ過部材を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の発声補助システム。
12. 前記チューブは、前記周壁を貫通して設けられた通気孔を有し、
    前記通気孔を開閉可能に前記チューブに取付けられたゲートと、
    前記ゲートと連携して前記開閉を制御可能に操作する遠隔制御装置とを更に有する、
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかの一項に記載の発声補助システム。
13. 前記遠隔制御装置は、ゲート制御信号を生成するように操作するゲート制御ユニットと、前記ゲート制御信号を無線送信するように前記ゲート制御ユニットと電気的に接続された無線送信ユニットとを有し、
    前記処理装置は、前記ゲートに電気的に接続されるように前記チューブに設けられ、
    前記処理装置は、
    前記ゲート制御信号を無線受信すると共に、前記サウンド生成装置によって受信されるように前記オーディオ信号を無線送信する無線送受信ユニットと、
    前記オーディオ信号を生成するように前記ボイスパラメーター取得装置に電気的に接続された信号処理ユニットと、
    前記無線送受信ユニットによって受信された前記ゲート制御信号に応じて、前記ゲートの開閉を制御する制御ユニットとを、備えている
    ことを特徴とする請求項１２に記載の発声補助システム。
14. 遠隔制御装置を更に有し、前記遠隔制御装置は、
    周波数変調信号を生成するように操作可能に設けられた可聴周波数変調ユニットと、前記周波数変調信号を無線送信するように設けられた無線送信ユニットとを有し、
    前記処理装置は、前記周波数変調信号を無線受信するように設けられた無線送受信ユニットと、前記無線送受信ユニットによって受信された前記周波数変調信号に応じて前記オーディオ信号の可聴周波数パラメーターを変調するように設けられた信号処理ユニットと、を有し、
    前記無線送受信ユニットは更に、変調された前記可聴周波数パラメーターを含む前記オーディオ信号を前記サウンド生成装置へ送信することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかの一項に記載の発声補助システム。
15. 前記サウンド生成装置は、
    前記処理装置から前記オーディオ信号を無線受信するように設けられた無線受信ユニットと、
    前記無線受信ユニットと電気的に接続されるように設けられ、前記無線受信ユニットによって受信された前記オーディオ信号に応じて、前記代用声門音を発生するように操作可能な電気音響モジュールを有するサウンド発生ユニットと、
    を有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかの一項に記載の発声補助システム。
16. 前記サウンド生成装置は、前記ユーザーの前記口腔に取付けられるように設けられたベースを更に有し、
    前記サウンド発生ユニットが前記ベースに設けられ、
    前記サウンド発生ユニットは、前記代用声門音を共振させるように設けられた共振パイプを有し、該共振パイプは、前記ベースの表面より前記ユーザーの口腔に露出するサウンド出口端部を有する、ことを特徴とする請求項１５に記載の発声補助システム。

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