JP2022048693A - 耳周辺装着具 - Google Patents

Abstract

【課題】咀嚼及び嚥下を正確に検出でき装着負担が少ない耳周辺装着具を提供すること。
【解決手段】本発明の耳周辺装着具は、生体信号検出手段１０と音検出手段２０とを備え、側頭筋、後頭筋、胸鎖乳突筋、咬筋、耳介筋、茎突舌骨筋、及び顎二腹筋の少なくとも一つの筋肉の耳周辺での筋活動による生体信号が検出できる位置に生体信号検出手段１０を配置し、咀嚼音及び嚥下音を検出できる位置に音検出手段２０を配置し、生体信号検出手段１０で検出される生体信号から咀嚼区間を決定し、決定した咀嚼区間以外で検出される音検出手段２０による音声信号で嚥下音を特定することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、咀嚼や嚥下を検出することができる耳周辺装着具に関する。

咀嚼には、食物を嚥下や消化に適した物性に調整する、唾液の分泌を促し消化を良くする、満腹中枢を刺激し過食や肥満を予防する、などの様々な重要な機能がある。
しかし、食生活の変化によって現代人の咀嚼回数は減少傾向にあり、咀嚼回数と生活習慣病との関連性も報告されている。
また、咀嚼機能や嚥下機能が低下した摂食嚥下障害者や高齢者の場合、食事中に窒息・誤嚥などを起こすリスクが高く、注意深く食事中の様子を見守る必要がある。しかしながらこれまでの見守りとは、安否確認や生存確認が主流であり、食事中の見守りを対象としたものは少ない。高齢者施設では、食事の履歴を記録し管理することも重要な業務の一つであり、介護記録等の支援において食事の見守りは重要となる。
それゆえ、健康維持や窒息・誤嚥の予防、食事の記録・管理のために、「咀嚼・嚥下の回数やペース等の咀嚼・嚥下の状態」や「誤嚥によるむせや咳の回数」を日常的に記録し観察することが重要である。
特許文献１は、使用者の体調や食物の種類等に応じ簡単な操作で目標咀嚼条件が設定され、使用者の咀嚼状態を検出判定通報する咀嚼カウンタを提案している。なお、特許文献１では、圧電素子を用いて使用者の下顎骨及び上頬骨の動きを咀嚼動作として検出している。
特許文献２は、嚥下動作が生じていないことを検出する嚥下障害検出システムを提案している。このシステムでは、咀嚼検出手段が、被検者の咀嚼動作が継続して行われていることを検出し、動き検出手段が、咽頭または喉頭が所定の動きをしていないことを検出し、嚥下障害判定手段が、咀嚼検出手段及び動き検出手段の２つの検出結果のみに基づいて被検者が嚥下障害であることを判定するものである。
特許文献２は、咀嚼検出手段は、咀嚼時の口内の音、被検者の咀嚼時に動く顎の位置、被検者の咀嚼に関与する筋肉の筋電位、及び被検者の咀嚼に関与する血管の血流に関する物理量を検出し、動き検出手段には、被検者の喉頭の位置を測定可能な圧力センサ、測距センサ、又は被検者の咽頭の位置を内部撮影して透視画像を取得して出力する撮像カメラを用いている。
特許文献３は、咀嚼回数を計測するために外耳道の動きをイヤーチップで受けて測定する咀嚼回数計を提案している。
特許文献４は、咀嚼動作により生じる電位を検出するための一組の電位検出手段であって、両側の外耳道または耳介にそれぞれ装着される電位検出手段と、一組の電位検出手段により計測された電位の差を算出する電位差算出手段とを備えた咀嚼動作計測装置を提案している。
特許文献５は、耳と頭部との間で挟持されて耳に装着される耳掛部を備えて咀嚼回数を計測できる生体装着型計測装置を提案している。
特許文献６は、外耳道に挿入されたイヤホン型センサを用いた筋活動診断装置を提案しており、人の筋肉の活動状態の一つとして咀嚼を特定している。
特許文献７は、変位センサ及びマイクを備えて咀嚼や嚥下を検知する検知装置を提案している。

特開２００７－３１７１４４号公報 特開２０１２－７５７５８号公報 特開２０１３－４２９６８号公報 特開２０２０－４３１号公報 特開２０１６－１３１８５４号公報 特開２０１２－２２８号公報 国際公開２０１８／１８２０４３号

特許文献１では、使用者が耳に装着した状態で食事が自由にできるが、咀嚼動作だけの検出であり、嚥下を検出できない。
特許文献２では、音と筋電位とを検出することが記載されているが、いずれも咀嚼検出に用いるものである。
特許文献３では、咀嚼回数の計測に振動センサを用いている。
特許文献４では、耳介に装着する装置であり筋電位によって咀嚼動作を検出するが、嚥下を検出するものではない。
特許文献５では、測距センサを用いて耳裏下部の動きを検出することで咀嚼回数を計測するものであり、また嚥下は検出しない。
特許文献６では、筋電位を検出して咀嚼を特定し、更にイヤホン型センサを用いているが、嚥下を検出していない。
特許文献７では、変位センサはユーザの頬等に貼り付けられ、マイクはユーザのこめかみ付近等に貼り付けている。
装着者の装着負担を軽減する上では、耳周辺に装着できる器具が適しているが、耳周辺に装着することで、咀嚼と嚥下を検出できるものは提案されていない。

本発明は、咀嚼及び嚥下を正確に検出でき装着負担が少ない耳周辺装着具を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の耳周辺装着具は、生体信号検出手段１０と音検出手段２０とを備え、側頭筋、後頭筋、胸鎖乳突筋、咬筋、耳介筋、茎突舌骨筋、及び顎二腹筋の少なくとも一つの筋肉の耳周辺での筋活動による生体信号が検出できる位置に前記生体信号検出手段１０を配置し、咀嚼音及び嚥下音を検出できる位置に前記音検出手段２０を配置する耳周辺装着具であって、前記生体信号検出手段１０で検出される前記生体信号から咀嚼区間を決定し、決定した前記咀嚼区間以外で検出される前記音検出手段２０による音声信号で前記嚥下音を特定することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の耳周辺装着具において、前記咀嚼区間に検出される前記生体信号から咀嚼回数を算出し、前記嚥下音から嚥下回数を算出することを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の耳周辺装着具において、前記生体信号検出手段１０の生体信号用電極１１を、装着者の皮膚に接触させ、前記音検出手段２０のマイク２１を、前記装着者の前記皮膚に接触させずに装着することを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項３に記載の耳周辺装着具において、前記マイク２１の周囲に前記生体信号用電極１１を配置し、前記生体信号用電極１１を前記装着者の前記皮膚に接触させた状態では、前記マイク２１と前記皮膚との間に空気層２２が形成されることを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項４に記載の耳周辺装着具において、前記生体信号用電極１１を、前記マイク２１を中心としたドーナツ状に配置したことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項３に記載の耳周辺装着具において、前記生体信号用電極１１を、カンペル平面以上の高さに配置し、前記マイク２１を、前記カンペル平面以下の高さに配置したことを特徴とする。
請求項７記載の本発明は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の耳周辺装着具において、前記生体信号からピーク探索を行い、前記ピーク探索で検出される隣り合うピークの間の距離を咀嚼ペースとして算出し、一つの前記ピークの波形の高さを用いて咀嚼強さを算出し、一つの前記ピークの所定高さにおける幅を用いて筋活動時間を算出し、算出される前記咀嚼ペース、前記咀嚼強さ、及び前記筋活動時間を用いて、嚥下に伴う予備動作を除去して前記咀嚼区間を決定することを特徴とする。

本発明の耳周辺装着具によれば、咀嚼の検出には生体信号検出手段を用い、嚥下の検出には音検出手段を用い、更に嚥下音の特定にあたっては、生体信号検出手段で検出される咀嚼区間を用いることで、咀嚼及び嚥下を正確に検出でき、筋活動による生体信号の検出及び音検出を耳周辺で行うことで装着負担が少ない。

本発明の一実施例による耳周辺装着具及び同装具の装着位置を示す図 生体信号の定性的評価のための複合センサの計測個所を示す図 生体信号の定性的評価結果を示す図 咀嚼及び嚥下の検出実験例における生体信号の検出個所を示す図 検出される生体信号の前処理を説明するための図 ピーク探索における咀嚼検出データを示す図 咀嚼ペース、咀嚼強さ、及び筋活動時間を示す図 予備動作の除去による咀嚼区間を示す図 嚥下の検出を示す図 本実施例による耳周辺装着具の評価結果を示す図 食材別咀嚼データ 検知位置による検出誤差を示す図 検知位置による検出誤差を示す図

本発明の第１の実施の形態による耳周辺装着具は、生体信号検出手段と音検出手段とを備え、側頭筋、後頭筋、胸鎖乳突筋、咬筋、耳介筋、茎突舌骨筋、及び顎二腹筋の少なくとも一つの筋肉の耳周辺での筋活動による生体信号が検出できる位置に生体信号検出手段を配置し、咀嚼音及び嚥下音を検出できる位置に音検出手段を配置する耳周辺装着具であって、生体信号検出手段で検出される生体信号から咀嚼区間を決定し、決定した咀嚼区間以外で検出される音検出手段による音声信号で嚥下音を特定するものである。本実施の形態によれば、咀嚼の検出には生体信号検出手段を用い、嚥下の検出には音検出手段を用い、更に嚥下音の特定にあたっては、生体信号検出手段で検出される咀嚼区間を用いることで、咀嚼及び嚥下を正確に検出でき、筋活動による生体信号の検出及び音検出を耳周辺で行うことで装着負担が少ない。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による耳周辺装着具において、咀嚼区間に検出される生体信号から咀嚼回数を算出し、嚥下音から嚥下回数を算出するものである。本実施の形態によれば、咀嚼回数及び嚥下回数を正確に算出できる。

本発明の第３の実施の形態は、第１又は第２の実施の形態による耳周辺装着具において、生体信号検出手段の生体信号用電極を、装着者の皮膚に接触させ、音検出手段のマイクを、装着者の皮膚に接触させずに装着するものである。本実施の形態によれば、生体信号用電極を皮膚に接触させることで筋活動による生体信号を正確に検出し、一方でマイクが皮膚に接触することで生じるノイズを、マイクを皮膚に接触させないことで少なくでき、嚥下音を正確に検出できる。

本発明の第４の実施の形態は、第３の実施の形態による耳周辺装着具において、マイクの周囲に生体信号用電極を配置し、生体信号用電極を装着者の皮膚に接触させた状態では、マイクと皮膚との間に空気層が形成されるものである。本実施の形態によれば、マイクの周囲に生体信号用電極を配置することで、マイクと皮膚との間に空気層を形成しやすく、この空気層によって集音性が高まる。

本発明の第５の実施の形態は、第４の実施の形態による耳周辺装着具において、生体信号用電極を、マイクを中心としたドーナツ状に配置したものである。本実施の形態によれば、マイクと皮膚との間に集音性が高い空気層を形成しやすい。

本発明の第６の実施の形態は、第３の実施の形態による耳周辺装着具において、生体信号用電極を、カンペル平面以上の高さに配置し、マイクを、カンペル平面以下の高さに配置したものである。本実施の形態によれば、咀嚼及び嚥下を更に正確に検出しやすい。

本発明の第７の実施の形態は、第１から第６のいずれかの実施の形態による耳周辺装着具において、生体信号からピーク探索を行い、ピーク探索で検出される隣り合うピークの間の距離を咀嚼ペースとして算出し、一つのピークの波形の高さを用いて咀嚼強さを算出し、一つのピークの所定高さにおける幅を用いて筋活動時間を算出し、算出される咀嚼ペース、咀嚼強さ、及び筋活動時間を用いて、嚥下に伴う予備動作を除去して咀嚼区間を決定するものである。予備動作とは、嚥下時に、口を閉じる動作や上下の歯列を咬合接触させる動作であり、このような予備的動作でも筋活動が検出されるが、本実施の形態によれば、嚥下に伴う予備動作を除去することで咀嚼区間をより正確に検出でき、咀嚼区間を正確に検出できることで、嚥下も更に正確に検出できる。

以下本発明の一実施例について図面とともに説明する。
図１は本実施例による耳周辺装着具及び同装具の装着位置を示す図である。
本実施例による耳周辺装着具は、生体信号検出手段１０と音検出手段２０とを備えている。
生体信号検出手段１０は生体信号用電極１１で構成され、音検出手段２０はマイク２１で構成され、生体信号用電極１１は、信号検出用の関電極１１ａ及び基準電位を表す不関電極（基準電極）１１ｂからなる。

図１（ａ）に示すように、本実施例による耳周辺装着具は、生体信号検出手段１０の生体信号用電極１１と、音検出手段２０のマイク２１とを固定部材３０に配置することで複合センサ１を構成している。図１（ａ）では、生体信号用電極１１として２つの関電極１１ａを、マイク２１を中心としたドーナツ状に配置している。なお、関電極１１ａは１つでもよく、３つ以上であってもよい。また、生体信号の導出法は、単極誘導法、双極誘導法のいずれでもよく、例えば２つの関電極１１ａで観測した信号から２チャンネルの生体信号を導出してもよいし（単極誘導）、１チャンネルの生体信号を導出してもよい（双極誘導）。これらを組み合わせて２つの関電極１１ａから３チャンネルの生体信号を導出しても良い。
生体信号用電極１１にはゴム電極が適しており、ゴム電極を用いることで、繰り返しの使用が可能で柔軟性があり任意の形状に加工しやすい。また、皮膚と電極の間の摩擦により、咀嚼・嚥下中に電極位置がずれにくい利点もある。

図１（ｂ）に示すように、生体信号用電極１１は装着者の皮膚に接触させ、マイク２１は装着者の皮膚に接触させずに装着する。マイク２１の周囲に生体信号用電極１１を配置し、生体信号用電極１１を装着者の皮膚に接触させた状態では、マイク２１と皮膚との間に空気層２２が形成される。形成される空気層２２の周りにリング状にシリコン材２３を設けることが好ましい。なお、シリコン材２３に代えて、マイク２１の表面にメッシュ状の絶縁物や集音に影響を与えないスポンジ材を用いてもよい。

図１（ｃ）に示す領域Ｘは、装着時に、生体信号検出手段１０と音検出手段２０とが配置される範囲を示している。なお、図１（ｃ）では、複合センサ１として２つの複合センサ１Ａ、１Ｂを示しているが、単に配置を示すものであり、いずれか１つの複合センサ１を用いればよい。図１（ｃ）では、不関電極１１ｂを耳朶の後方に配置している。

生体信号検出手段１０は、側頭筋、後頭筋、胸鎖乳突筋、咬筋、耳介筋、茎突舌骨筋、及び顎二腹筋の少なくとも一つの筋肉の耳周辺での筋活動による生体信号が検出できる位置に配置する。なお、本実施例では、筋活動による生体信号を筋電位信号として説明するが、筋収縮にともなって体表面上に発生する微細振動信号（筋音図）や、筋収縮に伴う皮膚の形状変化を検出する圧力信号や変位信号も筋活動による生体信号である。
音検出手段２０は、咀嚼音及び嚥下音を検出できる位置に配置する。
このように、耳周りの生体信号を生体信号検出手段１０及び音検出手段２０で検出することで、本実施例による耳周辺装着具は、耳掛け式装着器具や眼鏡式装着器具のように、日常的に使用可能なウェアラブルデバイスとすることができる。

本実施例による耳周辺装着具は、生体信号検出手段１０及び音検出手段２０の他に、検出信号を増幅する増幅器、アナログデジタル変換を行うＡＤ変換器、電源を供給する電源部、及び検出信号を処理する制御部を備える。これら増幅器、ＡＤ変換器、電源部、及び制御部は、生体信号検出手段１０及び音検出手段２０とともに耳周辺部に配置してもよいが、有線や無線による通信手段を備えることで、これらの一部又は全てを構造的に分離してもよい。
本実施例による耳周辺装着具は、生体信号用電極１１を皮膚に接触させることで筋電位を正確に検出し、一方でマイク２１を皮膚に接触させないことで雑音を少なくでき、嚥下音を正確に検出できる。
また、本実施例による耳周辺装着具は、マイク２１の周囲に生体信号用電極１１を配置することで、マイク２１と皮膚との間に空気層２２を形成しやすく、この空気層２２によって集音性が高まる。そして、生体信号用電極１１を、マイク２１を中心としたドーナツ状に配置することで、マイク２１と皮膚との間に集音性が高い空気層２２を形成しやすい。

以下の実験では下記の装置を用いた。
複合センサ１は生体信号用電極１１とマイク２１からなり、生体信号用電極１１には「生体信号用ゴム電極」（ＮＯＫ株式会社製）を、マイク２１には「マイク（ＥＭ－６０３４０ＢＴ－Ａ）」（アオイ電機製）を用いた。
マイク２１は、２．５Ｖを電位基準とする５Ｖ単電源で駆動される。マイク２１からの音声信号は、マイクアンプにより５倍に増幅され、ＡＤ変換器へ取り込まれる。
生体信号用電極１１からの筋電位信号（生体信号）は、耳朶に貼りつけた不関電極１１ｂを基準に差動増幅することで計測した。検出された筋電位信号は、筋電アンプボックスを介して２，０５２倍に増幅され、ＡＤ変換器へ取り込まれる。
計測ではアナログ入力を用いてデータ採取を行い、データの収集で用いるＡＤ変換器には、ＮＩＵＳＢ－６２１８（NATIONAL INSTRUMENTS）を用いた。サンプリング周波数は、嚥下の特徴が見られる周波数帯４kＨｚまでを考慮し、その２倍である８kＨｚに設定した。
筋電位信号の導出に双極誘導法を用いた場合、１つの複合センサ１で得られる信号は、筋電位信号が１チャンネル、音声信号が１チャンネルである。

図２は生体信号の定性的評価のための複合センサの計測個所を示す図である。
図３は生体信号の定性的評価結果を示す図である。

図３（ａ）は、米の右噛み時の右耳側の計測データである。図示している筋電位信号は複合センサ１毎の筋電位信号である。
図３（ａ）に示すように、耳周りのすべての場所において噛みしめ時の筋電位信号が観測された。また、嚥下のための予備動作に対応した筋電位信号が嚥下前に観測された。

図３（ｂ）は、米の右噛み時の右耳側の計測データであり、複合センサ１毎のマイク２１の１チャンネル分の音声信号である。
図３（ｂ）に示すように、耳周りのすべての場所において咀嚼音が得られた。耳下部では、下に行くほど咀嚼音が小さく観測された。また、耳下部では嚥下音が観測された。嚥下音は耳下部(2)で大きくなる傾向がみられた。音声信号は音の発生する位置の影響が大きいと考えられる。
定性的評価を整理すると、咀嚼は耳上部の側頭筋に位置すれば大きな波形が得られる。ただし、嚥下時に上下の歯面を合わせる咬合接触（以下予備動作）の筋活動も観測され、筋電位信号のみから、咀嚼と嚥下を見分けるには、機械学習などの高度な信号処理が必要である。音声信号は、咀嚼は検出できるが、嚥下は咽頭部に近づくほど検出できる。

図３（ｃ）は、食材と被験者とを異ならせた場合の筋電位信号と音声信号とを示している。
図３（ｃ）に示すように、食材によって筋活動が変わり、また、個人差があり、同一の被験者であっても電極位置が異なる場合には、筋活動の波形が異なる。
そのため、筋電位信号から咀嚼を検出するには、一般に機械学習や閾値処理が必要となる。しかし、機械学習には学習データが必要であり、技術的に可能であったとしても、様々な食材を対象とした咀嚼データを事前に用意しておくことは現実的ではない。これは、閾値処理の場合でも同様であり、食材差、個人差、計測位置での差などを考慮しなければならない。
また、同一の食材であっても、一口量や、咀嚼が進み、食塊形成が進むにつれて、筋活動が変化する。さらに、嚥下に伴う予備動作があり、咀嚼と予備動作の区別がつかない。また、ペットボトルの水をごくごく飲む際など、嚥下条件によって予備動作があらわれない場合があり、動作の判定が必要になる。

図４は咀嚼及び嚥下の検出実験例における生体信号の検出個所を示す図である。
顔の左右に計６個の複合センサ１を装着して計測を行った。得られる信号は、筋電位信号が６チャンネル、音声信号が６チャンネルである。
複合センサ１の計測箇所を決めるため、歯科分野で用いられる基準、すなわちカンペル平面を使用した。カンペル平面とは、耳珠点と鼻下点を結んだ線より構成される面である。カンペル平面に垂直であり、耳珠点と交わる線を基準とし、カンペル平面から上方向に１５ｍｍ、下方向に５０ｍｍ、８０ｍｍをセンサの計測箇所とした。
カンペル平面から上方向に１５ｍｍの位置における複合センサ１Ａは主に咀嚼筋である側頭筋、カンペル平面から下方向に５０ｍｍ、８０ｍｍの位置における複合センサ１Ｂ、１Ｃは主に胸鎖乳突筋に位置すると考えられる。

図５は検出される生体信号の前処理を説明するための図である。
ノイズを軽減するための前処理として、得られた筋電位信号に８００Ｈｚのローカットフィルタ、音声信号に９００Ｈｚのローカットフィルタを施す。その後、信号処理を行うにあたり、計測された信号を長さ６４ｍｓのフレームに分割し、フレームごとに計算を行う。
図５（ａ）に示すように、あるフレームから次フレームへと計算範囲を移動させる際には、フレームの開始点を１２ｍｓ間隔でシフトさせていくフレームシフト方式を採用した。

咀嚼・嚥下の検出を行うためには、検出が容易な波形信号にする必要があるため、信号の振幅成分について数値化して検出対象の信号とした。ここで、図５（ｂ）、（ｃ）に示す式中のSは計測信号（Ｓｉｇｎａｌ）を表している。
信号の時間領域における振幅成分の特徴を抽出するため、図５（ｂ）に示すＲＭＳ（Root Mean Square）を、フレームごとに求めた。一般に、同じ筋肉の筋活動を計測する場合、筋収縮が強いほどＲＭＳは高い値を示す。そのため、ＲＭＳの値が大きいほど咀嚼に要した筋活動が大きいこと、すなわち咀嚼強さに関する情報を得ることができる。ここで、チャンネル番号ｌ（ｌ＝１，２，・・・，６）でのp番目のフレームにおけるnサンプル目の計測信号Sの値をＳ_ｌ，ｎ（ｐ）（ｎ＝１，２，・・・，N）とする。フレーム長さ６４ｍｓでサンプリング周波数が８，０００Ｈｚであるとき、フレームのサンプル数Nは５１２点となる。
また、ＲＭＳ特徴量には、フレーム間の変動を抑制するために、図５（ｃ）に示す式により移動平均処理を施した。pはフレーム番号、Mは移動平均数である。今回はM＝１０とした。
以上の処理をチャンネル毎に施した。

図６はピーク探索における咀嚼検出データを示す図である。
前処理をした筋電位信号から、食材やセンサ位置、個人差の影響を受けないために、ピーク探索を用いて咀嚼を検出する。図６で示す「▼」は実際に咀嚼として検出されたピークである。図６（ａ）は結果予備動作がピークとして検出されていないデータであり、図６（ｂ）は予備動作がピークとして検出されているデータである。

図７は咀嚼ペース、咀嚼強さ、及び筋活動時間を示す図である。
咀嚼ペースは、ピーク探索で検出される隣り合うピークの間の距離として算出され、咀嚼強さは、一つのピークの波形の高さを用いて算出され、筋活動時間は、一つのピークの所定高さにおける幅を用いて算出される。
図７では、筋活動時間は、ピーク高さの半分の高さにおける幅としている。咀嚼強さは、一つのピークで定まる波形と幅から積分で求められる面積とすることもできる。

図８は予備動作の除去による咀嚼区間を示す図であり、図８（ａ）は予備動作を含んだ状態での咀嚼区間を示し、図８（ｂ）は予備動作を除去した後の咀嚼区間を示している。
図７で示す咀嚼ペース、咀嚼強さ、及び筋活動時間を用いて咀嚼区間から予備動作を除去する。
図８（ａ）に示すように、予備動作がピークとして検出される場合には、ピーク探索の結果だけでは、予備動作を含んで咀嚼区間となってしまうため、咀嚼ペース、咀嚼強さ、及び筋活動時間を用いて、予備動作を特定する。例えば、咀嚼ペース、咀嚼強さ、及び筋活動時間それぞれの平均値を算出し、平均値に係数を掛けて判定を行う場合は、咀嚼ペースの平均×１．６以上、咀嚼強さの平均×０．４以下、及び筋活動時間の平均×１．３以上、のいずれかを満たす場合には、予備動作と判定することができる。
図８（ｂ）に示すように、予備動作を除去することで正しい咀嚼区間を得ることができる。
このように、算出される咀嚼ペース、咀嚼強さ、及び筋活動時間を用いて、嚥下に伴う予備動作を除去して咀嚼区間を決定することで、咀嚼区間をより正確に検出でき、咀嚼区間を正確に検出できることで、嚥下も更に正確に検出できる。
なお、決定された咀嚼区間におけるピークから咀嚼回数を算出することができる。

図９は嚥下の検出を示す図である。
嚥下音の検出は、咀嚼区間を用いて行う。
図９（ａ）では、検出される筋電位信号と音声信号とを示している。
決定された咀嚼区間では、音声信号にマスクをかける（図９（ｂ））。なお、咀嚼音は咀嚼の筋活動のピークより遅れて発生するため、マスクは実際の咀嚼区間より広い範囲とすることが好ましい。なお、嚥下は、複数回発生することもある。
本実施例による耳周辺装着具は、生体信号検出手段１０で検出される筋電位信号から咀嚼区間を決定し、決定した咀嚼区間以外で検出される音検出手段２０による音声信号で嚥下音を特定する。
ここで、嚥下音として特定できる音声信号は、決定された第１の咀嚼区間と、第１の咀嚼区間の次のタイミングで決定された第２の咀嚼区間との間を咀嚼区間以外として検出できる。また、第１の咀嚼区間の後の所定時間や、第２の咀嚼区間の後の所定時間を咀嚼区間以外として検出できる。
このように、咀嚼の検出には生体信号検出手段１０を用い、嚥下の検出には音検出手段２０を用い、更に嚥下音の特定にあたっては、生体信号検出手段１０で検出される咀嚼区間を用いることで、咀嚼及び嚥下を正確に検出できる。
また、咀嚼区間に検出される筋電位信号から咀嚼回数を算出し、嚥下音から嚥下回数を算出することで、咀嚼回数及び嚥下回数を正確に算出できる。
また、咀嚼区間の検出過程において、図８（ａ）に示すように予備動作がピークとして検出されることで予備動作を特定できる場合は、検出される予備動作の後に検出される音声信号を嚥下音として特定することで、嚥下検出の精度を高めることができる。

図１０は本実施例による耳周辺装着具の評価結果を示す図である。
図１０（ａ）に示す式によって誤差を算出して評価を行った。誤差（外れ率）は推定回数の誤差であり、回数の正解値は被験者の自己申告によって記録した回数である。
評価実験には、咀嚼の実験でよく用いられるグミ、ガムに加え、咀嚼時に音が鳴るものとして米菓、主食である米を用いた。また食材は、予備実験を行い咀嚼回数が１０回前後となる量、大きさとした。
米にはコープ商品「おいしいご飯」５ｇ、米菓には「通の枝豆」亀田製菓１枚、グミには「つぶぐみ」春日井製菓株式会社１／２粒、ガムには「ＡＣＵＯ」株式会社ロッテ１粒を用いた。
図１０（ｂ）に示す誤差は、被験者４名が、「右噛み１０回程度→嚥下１回＋左噛み１０回程度→嚥下１回」を１セットと定義し、それぞれ６セットを行った際の平均誤差である。

図１１は食材別咀嚼データであり、図１１（ａ）は咀嚼強さ、図１１（ｂ）は咀嚼ペース、図１１（ｃ）は咀嚼時間、図１１（ｄ）は咀嚼終了から嚥下までの時間を示す図である。
図１１に示すように、咀嚼の強さ及び咀嚼時間では、歯ごたえのあるグミでは値が大きくなっていることが分かる。このように、食事における特徴を数値化することができる。

図１２及び図１３は検知位置による検出誤差を示す図である。
図１２（ａ）から図１２（ｄ）、及び図１３（ａ）では、図４に示す複合センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃを、顔の左右に計６個装着して、測定に用いる複合センサ１を異ならせている。図１３（ｂ）から図１３（ｄ）では、図４に示す複合センサ１Ａ、１Ｂを、顔の左右に計４個装着して、測定に用いる複合センサ１を異ならせている。
図１２（ａ）では、顔右に配置した複合センサ１Ａ、及び顔左に配置した複合センサ１Ａからの筋電位信号２チャンネルを用い、顔右に配置した複合センサ１Ｂ、１Ｃ、及び顔左に配置した複合センサ１Ｂ、１Ｃからの音声信号４チャンネルを用いている。
図１２（ｂ）では、顔右に配置した複合センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、及び顔左に配置した複合センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃからの筋電位信号６チャンネルを用い、顔右に配置した複合センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、及び顔左に配置した複合センサ１Ａ、１Ｂ、１Ｃからの音声信号６チャンネルを用いている。
図１２（ｃ）では、顔右に配置した複合センサ１Ａ、及び顔左に配置した複合センサ１Ａからの筋電位信号２チャンネルを用い、顔右に配置した複合センサ１Ｃ、及び顔左に配置した複合センサ１Ｃからの音声信号２チャンネルを用いている。
図１２（ｄ）では、顔右に配置した複合センサ１Ａからの筋電位信号１チャンネルを用い、顔右に配置した複合センサ１Ｃからの音声信号１チャンネルを用いている。

図１３（ａ）では、顔左に配置した複合センサ１Ａからの筋電位信号１チャンネルを用い、顔左に配置した複合センサ１Ｃからの音声信号１チャンネルを用いている。
図１３（ｂ）では、顔右に配置した複合センサ１Ａ、及び顔左に配置した複合センサ１Ａからの筋電位信号２チャンネルを用い、顔右に配置した複合センサ１Ｂ、及び顔左に配置した複合センサ１Ｂからの音声信号２チャンネルを用いている。
図１３（ｃ）では、顔右に配置した複合センサ１Ａからの筋電位信号１チャンネルを用い、顔右に配置した複合センサ１Ｂからの音声信号１チャンネルを用いている。
図１３（ｄ）では、顔左に配置した複合センサ１Ａからの筋電位信号１チャンネルを用い、顔左に配置した複合センサ１Ｂからの音声信号１チャンネルを用いている。
図１２及び図１３に示すように、いずれの場合も検出誤差は小さいが、生体信号用電極１１を、カンペル平面以上の高さに配置し、マイク２１を、カンペル平面以下の高さに配置することで、咀嚼及び嚥下を正確に検出しやすい。

本発明は、キャリブレーションや機械学習の学習プロセスを必要とせず、食材、個人差、計測位置での差異に関らず咀嚼及び嚥下を検出することができる。

１ 複合センサ
１Ａ 複合センサ
１Ｂ 複合センサ
１Ｃ 複合センサ
１０ 生体信号検出手段
１１ 生体信号用電極
１１ａ 関電極
１１ｂ 不関電極
２０ 音検出手段
２１ マイク
２２ 空気層
２３ シリコン材
３０ 固定部材
Ｘ 領域

Claims (7)

1. 生体信号検出手段と音検出手段とを備え、
   側頭筋、後頭筋、胸鎖乳突筋、咬筋、耳介筋、茎突舌骨筋、及び顎二腹筋の少なくとも一つの筋肉の耳周辺での筋活動による生体信号が検出できる位置に前記生体信号検出手段を配置し、
   咀嚼音及び嚥下音を検出できる位置に前記音検出手段を配置する
   耳周辺装着具であって、
   前記生体信号検出手段で検出される前記生体信号から咀嚼区間を決定し、
   決定した前記咀嚼区間以外で検出される前記音検出手段による音声信号で前記嚥下音を特定する
   ことを特徴とする耳周辺装着具。
2. 前記咀嚼区間に検出される前記生体信号から咀嚼回数を算出し、
   前記嚥下音から嚥下回数を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の耳周辺装着具。
3. 前記生体信号検出手段の生体信号用電極を、装着者の皮膚に接触させ、
   前記音検出手段のマイクを、前記装着者の前記皮膚に接触させずに
   装着する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の耳周辺装着具。
4. 前記マイクの周囲に前記生体信号用電極を配置し、
   前記生体信号用電極を前記装着者の前記皮膚に接触させた状態では、前記マイクと前記皮膚との間に空気層が形成される
   ことを特徴とする請求項３に記載の耳周辺装着具。
5. 前記生体信号用電極を、前記マイクを中心としたドーナツ状に配置した
   ことを特徴とする請求項４に記載の耳周辺装着具。
6. 前記生体信号用電極を、カンペル平面以上の高さに配置し、
   前記マイクを、前記カンペル平面以下の高さに配置した
   ことを特徴とする請求項３に記載の耳周辺装着具。
7. 前記生体信号からピーク探索を行い、
   前記ピーク探索で検出される隣り合うピークの間の距離を咀嚼ペースとして算出し、
   一つの前記ピークの波形の高さを用いて咀嚼強さを算出し、
   一つの前記ピークの所定高さにおける幅を用いて筋活動時間を算出し、
   算出される前記咀嚼ペース、前記咀嚼強さ、及び前記筋活動時間を用いて、嚥下に伴う予備動作を除去して前記咀嚼区間を決定する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の耳周辺装着具。

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