JP4011071B2 - 嚥下音解析システム - Google Patents

Description

本発明は、痴呆症、長期臥床、歯の噛み合わせ障害、口腔内乾燥、加齢に伴う嚥下反射の衰退などにより、「うまく飲み込めない」、「むせる」などの嚥下機能の障害、または機能低下をきたす患者に対して、患者の嚥下音の特徴から、飲食物が食道ではなく気管に入ってしまう誤嚥のスクリーニングを可能とする解析システムに関するものである。

従来の誤嚥検査方法では、嚥下造影、水飲みテスト、反復唾液嚥下テスト（ＲＳＳＴ）を通して、形態的、機能的異常の検出、誤嚥や喉頭の残留物の有無などを確認し、食品や体位、摂食方法などを調節し、誤嚥や喉頭残留を減少させてきた。特に嚥下造影は、大変有力な情報を与えると考えられているが、Ｘ線による被爆のため頻繁に行うことができないことや、設備のあるしかるべき施設に依頼しなければならないなど、簡単に行うことができない。

一方、「水飲みテスト」では、むせることなく飲むことができるかどうかで誤嚥の可能性を判定されているが、誤嚥によるリスクを与えるため、愛護的ではないことと不顕性誤嚥を見逃す問題があると指摘されている。

また、「反復唾液嚥下テスト（ＲＳＳＴ）」は被験者の喉頭拳上を触診で観察するもので、簡単で安全性の高い誤嚥スクリーニング検査として行われているが、指示に従えない患者や痴呆の患者には使用できない問題がある。
これらの誤嚥検査法は、誤嚥スクリーニング検査として、経過を観察するには良い方法と言われているが、診療スタッフの経験や個人的判断で評価が異なる場合があり、他のスタッフに定量的に説明することも難しい。

従来の技術である嚥下音採取装置（特許文献１）では、嚥下音の振幅比較、嚥下音の数秒後に現れる空嚥下音の有無、嚥下音と筋肉の収縮との関係、嚥下時の呼吸状態等を利用して診断を行うものであり、また治療にも利用できるように、筋電図、呼吸センサ、圧力センサ、生体インピーダンス測定装置、低周波治療器を使用可能としているため、より正確な嚥下状態の診断と治療を行うことができると記載されているが、空嚥下音がなくても誤嚥しない人もいる問題や、嚥下音の振幅比較では、センサで検出される嚥下音の振幅はセンサの取付状態、あるいは患者の装着部位の状態によって大きく変化する。従って、嚥下音の振幅の変化に基づいて、患者の嚥下状態を判断するためには、それらの影響を除く必要があるが、このようにして再現性のあるセンサの取付けを実現するのは容易ではない。

従来、食品メーカーから嚥下状態に応じた推奨の嚥下困難食が販売されているが、個々の患者によって嚥下状態が異なることもあり、また変動しているため、その嚥下食が最適な嚥下困難食かを判定するのは困難である。
特開２００３−１１１７４８号公報

本発明は、誤嚥のスクリーニング検査として、従来の技術より簡便に被試験対象の患者が誤嚥を起こし易い状態にあるのかないのかを、嚥下状態で最も重要である喉頭蓋の開閉時と食物の食道入口への通過時の関係に着目し、喉頭蓋の閉音、喉頭蓋の開音と食物の食道入口への通過時の通過音を捕捉し、解析することで、嚥下状態を診断するものである。

また、従来の技術では、嚥下開始の合図をトリガスイッチで送ることで、採取された情報を正確に解析可能にするものであったが、本発明では、嚥下音を収集する入力手段を装着し、喉頭蓋の閉音を検出することで嚥下開始とし、食物通過音と喉頭蓋の開音を検出することで、嚥下状態を正確に解析可能であるため、指示に従えない患者や痴呆の患者に対しても、患者のペースで検査を行うことができる。

また、口腔内が何もない状態での嚥下、つまり空嚥下で行うことでも解析を行うことができるため、指示に従えない患者や痴呆の患者に対しても無意識な空嚥下中に嚥下音を収集し、嚥下音の解析を行うことができる。

本発明により、現在の嚥下状態を定量化することで、最適な食事をすることができ、また、いま食べている食べ物が誤嚥を起こし易いかどうかを判定することもでき、より安全に患者の希望にあった食事を提供することができるようになる。

本発明は、患者の嚥下音採取可能な頚部に対応する皮膚表面に装着され、嚥下音の特徴である喉頭蓋の閉音、喉頭蓋の開音、および食物が食道入口部を通過する時の通過音を捕捉可能なセンサと、このセンサから出力される電気信号を捕捉する入力手段と、前記電気信号を数値情報に変換する制御手段と、前記数値情報を時間周波数分析し、経時的に変化する周波数により、喉頭蓋の閉音、食物が食道入口部を通過する時の通過音、および前記喉頭蓋の開音より成る３音を識別する演算手段と、該演算手段の演算結果を表示する出力手段と前記演算結果を記憶する記憶手段を持ち、ネットワークを介して装置２に演算結果を伝送可能な伝送手段を持つ装置１と、前記演算結果の一括管理を行う記憶手段を持ち、前記装置１との伝送手段を持つ装置２と、によって構成した嚥下音解析システムを提供することにより上記課題を解決するものである。

本発明により、喉頭期にあたる嚥下音の特徴を数値情報として記録し、定量的・客観的に評価することで、従来の頚部聴診法の問題であった経験や個人的な判断に依存せずに、他のスタッフへの説明を行うことができる。また嚥下音の振幅の変化に基づいて判断する従来の方法と異なり、嚥下音が有する周波数成分の分布状態は嚥下音の振幅の大小には無関係なので、センサの取付状態には依存しないという利点がある。したがって、従来の方法では、検出された嚥下音の振幅の変化が、嚥下状態の変化によって生じたものなのか、センサの取付不良によって生じたものなのかの判別が難しく、誤った判断の発生が想定されるが、本発明ではそれを避けることができる。

本発明は、この喉頭期の嚥下状態を解析したものであり、特に福祉の現場では、治療を行うことが目的ではなく、まさに目の前にいる患者が誤嚥の可能性があるかどうかを知りたいため、口、咽の筋肉の動き、咽を食塊が通過する状況等の詳細な情報は必要としない。
また、誤嚥の可能性が高い患者に対して、冷・温・振動刺激を行い、嚥下反応を良くしたりしているが、どの程度刺激すれば十分なのかという情報を知ることで、不必要な刺激を与えることも減少でき、患者、介護者双方の負担が軽減する。

本発明は、高齢者や嚥下性障害をもつ患者が、どのくらいの粘度のある食物を誤嚥することなく食べることができるかを判断する目安にも利用でき、介護者の負担も減る。
また、一口に食べることができる量を判断する目安も提示することができる。

加齢に伴い誤嚥を起こし易くなる傾向と、本発明の喉頭蓋の開閉音と、食物が食道入口部を通過する時の通過音の関係に相関があるため、本システムにて定期的に検査し、嚥下年齢や嚥下訓練の必要性を提示することで、自己管理を促し、誤嚥の予防として利用することができ、高齢化が進む中で本システムの需要がますます拡大して行くことが予想される。

本発明は、治療や嚥下訓練の効果を定量的に評価することができるため、適切な治療や嚥下訓練の評価に利用できる。

本発明を利用して、嚥下食の注文システムを構築することができ、各患者自身に適応した食材・食事の提供、摂取できるようになり、患者のＱＯＬの向上につながる。

なお、本発明の嚥下音解析システムは、上述の実施方法、効果、図示例は一例であり、限定されるものではなく、例えば、装置１は専用装置とパーソナルコンピュータの構成でも良く、また装置１は装置２の機能をもった単体構成でも良く、同等の機能を実現できるものであれば、形態は限定されない。

本発明に係る嚥下音解析システムは、図１に開示してある構成で、嚥下音の微細変位、変位速度、変位加速度を収集可能なセンサ、例えば加速度センサを使用し、患者の頚部皮膚表面にサージカルテープなどで貼り付けて固定し、患者の嚥下時の嚥下音を収集する。センサから出力される電気信号は、制御手段により数値情報に変換される。この数値情報を短時間フーリエ変換またはウエーブレット変換などによる時間周波数分析を行い、喉頭蓋の閉音、食物が食道入口部を通過する時の通過音、および喉頭蓋の開音の経過的に変化する周波数、振幅比により３音の識別を行い、その３音の時間関係から嚥下状態を解析する演算手段により、演算結果をモニタなどに表示する。このモニタには、制御手段により数値情報から波形情報が表示され、演算結果、診断結果を表示する。

嚥下音信号は、その信号の周波数が時間と共に変化するため、短時間フーリエ変換やウエーブレット変換などによる時間周波数分析をすることで嚥下音の特徴を定量的に分析できる。

嚥下音の特徴として、喉頭蓋の閉音、食物が食道入口を通過する通過音、喉頭蓋の開音が順次表われるため、これらの音の時間関係を解析することで、嚥下性障害の状態を確認される。

図８から明らかなように、喉頭蓋の開閉音の周波数帯域は約１０〜４００Ｈｚ、食物が食道入口部を通過する時の通過音の周波数帯域は３００〜８００Ｈｚと、喉頭蓋の開閉音の周波数帯域より広域である。
ここで用いる入力手段は、嚥下音の微細振動の加速度を検出できる感度と周波数帯域をカバーしている必要がある。ここで、発明の実施の形態で記載したセンサである加速度センサは一例であり、限定されるものではない。

通過音の信号は、食物により異なるが、喉頭蓋の開閉音と比較して、高域の周波数成分をもち、また高振幅であるため識別できる。

喉頭蓋の開閉音と食物の食道入口部を通過する時の通過音が識別可能なので、嚥下開始信号を認識することができ、さらに、喉頭蓋の閉音と食物の食道入口部を通過する通過音および喉頭蓋の開音の時間差を検出することで、嚥下性障害の状態を確認でき、初期値との比較、前回値との比較、時系列の変動を解析することで誤嚥を起こし易い状態に近づいているかどうかを解析することができる。

図３では、嚥下音である喉頭蓋の閉音（Ｉ音）、食物の食道入口部を通過する通過音（II音）と喉頭蓋の開音（III音）の信号波形を表わしている。
（Ｉ音）のピークから（III音）のピークまでの時間をＴ_１、（Ｉ音）のピークから（II音）のピークまでの時間をＴ_２、（II音）のピークから（III音）のピークまでの時間をＴ_３とする。Ｔ_２／Ｔ_１（％）を分析することで、誤嚥しやすいかどうかを解析することを示している。

図４から図６では、（II音）が（III音）に近づくことにより、誤嚥しやすい状態になることを表わしており、つまりＴ_２／Ｔ_１（％）が高くなる。健常者では、（Ｉ音）、（II音）、（III音）がはっきりと認識できるが、嚥下障害者では（II音）が終わらない間に（III音）が出ていることで（III音）が識別できなくなることを検出し、嚥下障害の解析がされる。

図７では、健常者の年代別に水の量を変えた結果である。ここで加齢に伴い、Ｔ_２／Ｔ_１（％）が高くなっていることが判る。１００％に近づくほど嚥下障害の確率が高くなる。また、食物の量が多い程、誤嚥しやすいことが判る。

図８では、時間周波数分析結果の一例として、健常者の嚥下音を示した演算結果を示す。図８の上段は、嚥下音信号を示したものであり、横軸が時間、縦軸が振幅を表わす。
下段は、その信号をウエーブレット変換した結果を、経時的な周波数変化として示したものであり、横軸が時間、縦軸が周波数を表わす。

誤嚥の可能性が高い患者に対して、現場では冷・温・振動刺激を行い、嚥下反応を良くしたりなどの治療が行われているが、どのくらい刺激を与えれば十分なのかという判定基準にも利用でき、治療前後で、喉頭蓋の開閉音と食物の食道入口部を通過する通過音の比較で、その治療効果が判り、不必要な刺激を与えることが減少でき、患者のＱＯＬが向上する。

食材・食事の物性、例えば密度、粘度、変形度、付着度などをパラメータとして、食材・食事の嚥下困難度を分類し、食材・食事と嚥下困難度の情報を予め装置１の記憶部に保存しておき、嚥下音の解析結果に応じて、嚥下困難度を決定し、選択可能な食材・食事リストを表示し、患者はその食材・食事リストから選択し、装置２へ送信する。
また、この食材・食事と嚥下困難度の情報は、装置２にあってもかまわない。
その場合、装置１の嚥下音の解析結果を装置２に送信し、装置２から選択可能な食材・食事リストを受信し、そのリストを表示し、選択し、再び装置２へ送信する。いずれにしても、嚥下用食材・食事注文販売システムへ応用できる。

本発明は、高齢者、嚥下障害または困難者向けの経口摂取可能な食品の研究開発においても利用でき、嚥下時の大きさ、粘度、酸度、温度などを変化させた時の喉頭蓋の閉音、喉頭蓋の開音、食物の食道入口部を通過する時の通過音の関係を比較することで、客観的、定量的な評価を行うことができ、嚥下しやすい適切な食品の開発を行うことができる。

本発明は、嚥下訓練装置の研究開発においても利用できるため、適切な嚥下訓練装置を開発することができる。

嚥下音解析システムの実施形態の構成を簡略して示した機能ブロック図である。 嚥下運動の喉頭期について、諸器官の部位とセンサ装着部位を表わした断面図である。 嚥下音の信号波形を表示した波形図である。 健常者の嚥下音の信号波形を示す波形図である。 食物が食道入口部を通過する通過音（II音）が喉頭蓋の開音（III音）に近づいていることを示す波形図である。 食物が食道入口部を通過する通過音（II音）と、喉頭蓋の開音（III音）が重なり、嚥下障害の確率が高いことを示す波形図である。 健常者の年代別に、水の量を変えた時のＴ_２／Ｔ_１（％）の測定結果を示す。 健常者の嚥下音の詳細な解析結果の一例を示す。

符号の説明

１ 嚥下音収集センサ
２ 装置１
３ 装置２
４ 入力手段
５ 制御手段
６，１２ 演算手段
７，１３ 記憶手段
８ 出力
９，１１ 通信手段
１０ ネットワーク
２１ 喉頭蓋
２２ センサ装着部位
２３ 気道
２４ 食道
２５ 食物

Claims (5)

1. 患者の嚥下音採取可能な頚部に対応する皮膚表面に装着され、嚥下音の特徴である喉頭蓋の閉音、喉頭蓋の開音、および食物が食道入口部を通過する時の通過音を捕捉可能なセンサと、
   このセンサから出力される電気信号を捕捉する入力手段と、
   前記電気信号を数値情報に変換する制御手段と、
   前記数値情報を時間周波数分析し、経時的に変化する周波数により、喉頭蓋の閉音、食物が食道入口部を通過する時の通過音、および前記喉頭蓋の開音より成る３音を識別する演算手段と、
   該演算手段の演算結果を表示する出力手段と前記演算結果を記憶する記憶手段を持ち、ネットワークを介して装置２に演算結果を伝送可能な伝送手段を持つ装置１と、
   前記演算結果の一括管理を行う記憶手段を持ち、前記装置１との伝送手段を持つ装置２と、
   によって構成したことを特徴とする嚥下音解析システム。
2. 前記演算手段は、前記３音の時間関係を解析し、嚥下性障害の評価に用いられる演算結果を算出することを特徴とする請求項１に記載の嚥下音解析システム。
3. 前記演算手段は、演算結果を随時記憶し、喉頭蓋の閉音と食物が食道入口を通過する時の通過音、および喉頭蓋の開音との関係を、前回状態または初期値状態との比較、あるいは時系列的な変動を解析することで、嚥下性障害の評価に用いられる演算結果を算出することを特徴とする請求項１に記載の嚥下音解析システム。
4. 前記装置１は、前記装置２から送られた食材・食事の情報を、事前に自己の記憶手段に保存し、前記演算手段の演算結果である最適な食材・食事の情報を前記出力手段に出力し、その情報から選択し、前記装置２に前記選択した情報を送信することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の嚥下音解析システム。
5. 前記装置１は、前記演算手段の演算結果を前記装置２に送信し、
   前記装置２は、前記装置１から送られた演算結果を利用して最適な食材・食事を選定し、その食材・食事の情報を前記装置１に送信し、
   前記装置１は、その食材・食事の情報を出力手段に出力してその食材・食事情報から選択して、前記装置２に選択した情報を送信する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の嚥下音解析システム。

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