JP6645619B2

JP6645619B2 - 嚥下センサ

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Publication number: JP6645619B2
Application number: JP2019509599A
Authority: JP
Inventors: 亨志牟田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2020-02-14
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Description

本発明は、嚥下動作を検出する嚥下センサに関する。

肺炎は、日本人の死因の上位である。肺炎による死者の多くは、６５歳以上の高齢者である。高齢者の肺炎で最も頻度が高いのは、誤嚥性肺炎である。高齢化に伴い嚥下障害患者は増え続けている。

誤嚥の原因として、嚥下反射の鈍化、筋力の低下に加えて、タイミングの異常が考えられる。即ち、吸息相に嚥下が起きたり、嚥下が起きてから呼吸再開までの無呼吸時間が短くなってしまったりすると、誤嚥しやすい。嚥下と呼吸相の関係については、高齢者やパーキンソン病患者では、若年健常者に比べて吸息相に嚥下する頻度が高く、誤嚥の誘因となっていることが知られている。また、睡眠中も唾を無意識下で嚥下しているため、誤嚥性肺炎は食事中だけでなく、睡眠中の誤嚥によっても起こる。

このような嚥下障害の診断に役立てるために、人体の嚥下動作を検出する嚥下センサが開発されている。例えば、特許文献１には、圧力センサを用いた嚥下センサが開示されている。特許文献１に記載された嚥下センサは、縦方向に配列して支持された複数の圧力センサと、圧力センサを被験者の前頸部に当接して固定するための圧力センサ装着具を備えている。この圧力センサ装着具は、食物の飲込み時における甲状軟骨の上下運動方向に沿って圧力センサを配列して支持するウレタンフォームと、ウレタンフォームを支持する圧力センサ固定具と、圧力センサ固定具を被験者の前頸部に保持する保持バンドとを備えている。

特開２００６−９５２６４号公報

ところで、特許文献１に記載された嚥下センサでは、保持バンドを首の後ろに回して嚥下運動測定装置を前頸部に接触させている。このため以下に示す問題がある。

例えば、首の太さ、形状および前頸部形状（甲状軟骨の突出度合等）の個人差は大きい。このため、保持バンドを首の後ろに回して装着する方法では圧力センサの前頸部への接触状態を一定にすることが困難であり、測定バラツキが大きくなってしまう。保持バンドの締め付け度合によっても接触状態が大きく変化するため、熟練者による個人毎の調整が不可欠になってしまう。

また、上を向くと後頸部に対して甲状軟骨が上方に変位するため、首の後ろに回した保持ベルトで装着している場合、嚥下と首の上下の動き（首を上下に振る動作）を区別することが難しい。

さらに、頸部全体に圧迫がある状態であり、嚥下運動測定装置も大きく厚く重いため、長時間測定すると被験者の負担が大きく、長時間測定には適さない。行動への制約も大きいため、測定環境が限定されてしまう（例えば側臥位、伏臥位での測定や歩行中の測定には適さない）。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、個人差の影響を抑制して嚥下を検出することができる嚥下センサを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明による嚥下センサは、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、前記圧電素子は、複数の前記センシング部分の変形に伴う信号を個別に出力し、複数の前記センシング部分の信号に基づいて甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定する嚥下判定部をさらに備え、前記嚥下判定部は、複数の前記センシング部分の信号に基づいて喉頭隆起の上方移動と前方移動を判定することで嚥下を判定する。

また、本発明による嚥下センサは、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に沿って配列された複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、複数の前記センシング部分のうち少なくとも一つは、極性が反転し、前記圧電素子は、極性が反転した前記センシング部分の変形に伴う信号と、極性が反転していない前記センシング部分の変形に伴う信号とを加算して出力する。

本発明によれば、個人差の影響を抑制して嚥下を検出することができる。

本発明の第１の実施の形態による嚥下センサを示す正面図である。圧電フィルムセンサを図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。図１中の嚥下センサを被験者の前頸部に取り付けた状態を示す正面図である。本発明の第１の実施の形態による嚥下センサを示すブロック図である。図４中の信号処理部による嚥下検出処理を示す流れ図である。口腔期の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。咽頭期の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。咽頭期から食道期に遷移するときの甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。食道期の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。嚥下動作前の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。嚥下動作中の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。上を向く動作中の甲状軟骨と嚥下センサのセンシング部分との位置関係を示す説明図である。本発明の第１の実施の形態による嚥下センサについて、嚥下動作時の変位信号と音信号の一例を示す特性線図である。本発明の第２の実施の形態による嚥下センサを示す正面図である。圧電フィルムセンサを図１４中の矢示XV−XV方向からみた断面図である。図１４中の圧電フィルムセンサを示す等価回路図である。本発明の第２の実施の形態による嚥下センサを示すブロック図である。図１７中の信号処理部による嚥下検出処理を示す流れ図である。本発明の第２の実施の形態による嚥下センサについて、嚥下動作時の変位信号と音信号の一例を示す特性線図である。第１の変形例によるセンサ部を示す説明図である。第２の変形例によるセンサ部を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態による嚥下センサを、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１ないし図５に本発明の第１の実施の形態による嚥下センサ１を示す。嚥下センサ１は、被験者１０１（人体）の嚥下を検出するセンサ部２と、センサ部２から出力された信号を処理する本体部２０と、を有している。

センサ部２は、例えば全体として長方形状をなし、嚥下センサ１のうち上下方向の一端側（図１中の上側）に位置して設けられている。図２に示すように、センサ部２は、圧電フィルムセンサ３、絶縁フィルム７、シールド膜８，９等を備えている。図３に示すように、センサ部２は、嚥下に伴って発生する甲状軟骨１０３の動きの範囲に位置して、被験者１０１の前頸部１０２の皮膚に貼り付けられる。

甲状軟骨１０３の上方には下顎骨１０４が位置しており、下方には胸骨１０５が位置している。甲状軟骨１０３の左右両側には一対の頸動脈１０６が位置している。センサ部２は、下顎骨１０４、胸骨１０５および頸動脈１０６に重ならない範囲に配置される。センサ部２は、被験者１０１の嚥下に伴う甲状軟骨１０３の変位により変形し、甲状軟骨１０３の動きを検出する。

圧電フィルムセンサ３は、圧電素子の一例を示している。圧電フィルムセンサ３は、センサ部２の内側に位置して設けられている。圧電フィルムセンサ３は、フィルム状に形成され、その変形に応じて電気信号（電荷）を発生させる。

図１に示すように、圧電フィルムセンサ３は、複数（例えば２個）のセンシング部分３Ａ，３Ｂ（センシング領域）を有している。センシング部分の個数は、２個に限らず、３個以上でもよいが、概ね２〜４個程度である。センシング部分３Ａ，３Ｂは、圧電フィルムセンサ３を被験者１０１の前頸部１０２に貼り付けた状態で、頸部の長さ方向（上下方向）に沿って並べられる。具体的には、センシング部分３Ａ，３Ｂは、甲状軟骨１０３を挟んで上下方向に配置される。このため、上側のセンシング部分３Ａは、甲状軟骨１０３の上側に配置される。下側のセンシング部分３Ｂは、甲状軟骨１０３の下側に配置される。センシング部分３Ａ，３Ｂは、互いに電気的に分離され、個別に信号（アナログ信号Ｓ1a，Ｓ2a）を出力する。

図１に示すように、センシング部分３Ａ，３Ｂの横方向寸法Ｌ1は、例えば５ｍｍ以上５０ｍｍ以下が望ましい。センシング部分３Ａ，３Ｂの縦方向寸法Ｌ2は、例えば５ｍｍ以上１５ｍｍ以下が望ましい。複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂを合わせた合計の縦方向寸法は、即ち圧電フィルムセンサ３全体の縦方向寸法Ｌ3は、例えば２０ｍｍ以上４５ｍｍ以下が望ましい。このとき、センシング部分３Ａ，３Ｂ等の横方向寸法Ｌ1および縦方向寸法Ｌ2等は、以下の事項を考慮して、設定されている。

１回の嚥下動作において、甲状軟骨１０３は、嚥下動作前の位置から上方に約２０ｍｍ上昇し、前方に移動した後、下降して元の位置に戻る（図６ないし図９参照）。このため、圧電フィルムセンサ３の縦方向寸法Ｌ3は、２０ｍｍ以上に設定されている。この場合、最大４個のセンシング部分を想定した場合には、１個のセンシング部分の縦方向寸法Ｌ2は、好ましくは５ｍｍ以上になる。

これに加え、甲状軟骨１０３の動きが１個のセンシング部分の範囲内に収まらないようにする必要がある。このため、１個のセンシング部分の縦方向寸法Ｌ2は、２０ｍｍよりも短い値として、例えば１５ｍｍ以下に設定されている。

また、甲状軟骨１０３から下顎骨１０４までの距離は、顔の向きにもよるが、約５０ｍｍである。甲状軟骨１０３から下方の胸骨１０５までの距離は、約４５ｍｍである。このため、圧電フィルムセンサ３と本体部２０とからなる嚥下センサ１全体の縦方向寸法は、９５ｍｍ以下に設定される。これにより、圧電フィルムセンサ３および本体部２０を固定するための貼付部材１０は、縦方向において下顎骨１０４と胸骨１０５に重ならないように配置可能となる。このため、振動のノイズを検知してしまうことを抑制することができるのに加え、貼付部材１０を剥がれ難くすることができる。

但し、胸骨１０５付近の皮膚は、甲状軟骨１０３付近の皮膚と比較して、上を向く動作時に上方への変位は小さい。従って、圧電フィルムセンサ３の貼付領域が胸骨１０５付近に達すると、上を向く動作と嚥下の判別精度が低下する。増幅回路２１Ａ，２２Ａ等を含む本体部２０は、圧電フィルムセンサ３に比較して硬くて重い。このため、柔軟な圧電フィルムセンサ３の変形を阻害しないように、圧電フィルムセンサ３の下方または側方に配置することが望ましい。しかしながら、本体部２０も皮膚に貼付する場合、本体部２０が胸骨１０５にかかると、やはり上を向く動作と嚥下の判別精度が低下してしまう。本体部２０の大きさは、バッテリ２６等の内蔵部品の大きさのため、１５ｍｍ程度以上になる。

また、下顎骨１０４付近の皮膚は弛んでいることが多い。特に高齢者では弛みが大きい。弛んだ皮膚上に圧電フィルムセンサ３を貼付すると皮膚の弛みにより甲状軟骨１０３の動きが圧電フィルムセンサ３に伝わり難くなる。従って、下顎骨１０４付近には圧電フィルムセンサ３を貼付しないことが望ましい。このため、圧電フィルムセンサ３全体の縦方向寸法Ｌ3は、好ましくは４５ｍｍ以下に設定されている。

このような構成において、圧電フィルムセンサ３の中心が甲状軟骨１０３の突起部である喉頭隆起に重なると共に、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂが縦方向に並ぶように嚥下センサ１が配置される。このような配置を想定し、圧電フィルムセンサ３（センシング部分３Ａ，３Ｂ）の横方向寸法は、５ｍｍ以上に設定される。

甲状軟骨１０３の左右に配置された胸鎖乳突筋同士の相対的な距離は、約６０〜１００ｍｍである。しかしながら、胸鎖乳突筋上の皮膚は、甲状軟骨１０３付近の皮膚と比較して、上を向く動作時に上方への変位は小さい。従って、胸鎖乳突筋近傍まで圧電フィルムセンサ３の貼付領域が達すると、上を向く動作と嚥下の判別精度が低下する。そのため、胸鎖乳突筋上の皮膚にかからないように、圧電フィルムセンサ３の横方向寸法は、５０ｍｍ以下に設定されている。

図２に示すように、圧電フィルムセンサ３（センシング部分３Ａ，３Ｂ）は、圧電フィルム４を用いて形成されている。具体的には、圧電フィルムセンサ３は、圧電フィルム４と第１，第２の電極膜５，６とによって構成されている。

圧電フィルム４は、絶縁材料からなる基材４Ａ上に、圧電薄膜４Ｂを成膜することによって、形成されている。基材４Ａには、例えばポリイミドフィルムが使用されるが、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等のような他の樹脂フィルムを使用してもよい。ポリイミドは、樹脂フィルムとしては高耐熱であり、成膜時の温度上昇に耐えられるのに加え、電気接続を得るためのはんだ接続や熱圧着等での温度上昇にも耐えられる。このため、基材４Ａの材料には、ポリイミドを用いるのが好ましい。

圧電薄膜４Ｂには、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が使用されるが、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（ＫＮＮ）等のような無機材料を用いてもよい。また、圧電フィルム４には、圧電高分子膜であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）を用いてもよい。

第１，第２の電極膜５，６は、圧電フィルムセンサ３の厚さ方向の両側（表面側と裏面側）にそれぞれ設けられている。このとき、第１の電極膜５は、圧電フィルム４の圧電薄膜４Ｂを覆って、圧電フィルム４の表面（一方の主面）に設けられている。第２の電極膜６は、圧電フィルム４の基材４Ａを覆って、圧電フィルム４の裏面（他方の主面）に設けられている。

第１，第２の電極膜５，６には、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）のような金属材料が使用されるが、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の導電性材料を使用してもよく、カーボン等を使用してもよい。第１，第２の電極膜５，６は、圧電フィルムセンサ３（センシング部分３Ａ，３Ｂ）の変形に応じたアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aを検出し、本体部２０の増幅回路２１Ａ，２２Ａに検出したアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aを出力する。この場合、微小な変形を検出するため、第１，第２の電極膜５，６は、軟らかく薄いものが好ましい。

絶縁フィルム７は、第１の電極膜５を覆って設けられている。このため、絶縁フィルム７と圧電フィルムセンサ３の圧電薄膜４Ｂとの間には、第１の電極膜５が挟まれている。絶縁フィルム７は、例えば絶縁性の軟質樹脂材料を用いて、弾性変形可能なフィルム状に形成されている。絶縁フィルム７は、第１の電極膜５を全面に亘って覆い、第１の電極膜５とシールド膜８，９との間を絶縁している。

シールド膜８，９は、センサ部２の外側（外殻）に位置して、圧電フィルムセンサ３および絶縁フィルム７の厚さ方向の両側にそれぞれ設けられている。即ち、シールド膜８，９は、圧電フィルムセンサ３および絶縁フィルム７を厚さ方向の両側からそれぞれ覆っている。シールド膜８，９は、導電性があればよく、樹脂フィルムに金属薄膜を成膜したもの、導電性樹脂フィルム、導電糸で作製した導電性布（不織布）等が適している。シールド膜８，９は、弾性変形可能なシート状に形成されている。シールド膜８，９は、圧電フィルムセンサ３を外部の電磁ノイズからシールドする。シールド膜８，９は、本体部２０に設けられた電気回路のグランド（ＧＮＤ）に接続されている。

貼付部材１０は、嚥下センサ１の厚さ方向の一側に位置して設けられている。貼付部材１０は、例えば生体適合性のある両面テープ等を用いて、長方形状に形成されている。貼付部材１０は、嚥下センサ１を被験者１０１の前頸部１０２の体表に貼り付けるものである。

本体部２０は、嚥下センサ１のうち上下方向の他端側（図１中の下側）に位置して設けられている。図４に示すように、本体部２０は、前処理部２１，２２、信号処理部２３、無線通信モジュール２５等を備えている。この場合、本体部２０は、コネクタ（図示せず）等を用いてセンサ部２とは取外し可能に接続され、被験者１０１に貼付されたセンサ部２の下端側に貼り付けられている（図３参照）。これにより、センサ部２のみが破損した場合や汚れた場合に、センサ部２のみを本体部２０から取外して交換することができる。なお、図１は、本体部２０がセンサ部２の下側に配置された場合を例示した。本発明はこれに限らず、本体部２０は、センサ部２の側方（右側または左側）に配置されてもよい。

前処理部２１，２２は、圧電フィルムセンサ３のセンシング部分３Ａ，３Ｂの個数に応じて、複数系統（例えば２系統）設けられている。前処理部２１，２２は、圧電フィルムセンサ３から出力されるアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aに対する前処理として、増幅、フィルタリング、Ａ／Ｄ変換を行う。

前処理部２１は、増幅回路２１Ａ、低域通過フィルタ２１Ｂ（以下、ＬＰＦ２１Ｂという）、高域通過フィルタ２１Ｃ（以下、ＨＰＦ２１Ｃという）、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄ，２１Ｅを備えている。前処理部２１の入力側は、圧電フィルムセンサ３のセンシング部分３Ａに接続され、前処理部２１の出力側は、信号処理部２３に接続されている。

増幅回路２１Ａの入力側は、圧電フィルムセンサ３のセンシング部分３Ａに接続されている。増幅回路２１Ａは、センシング部分３Ａの第１，第２の電極膜５，６から出力されるアナログ信号Ｓ1aを増幅する。増幅されたアナログ信号Ｓ1aは、例えば数十〜１００Ｈｚを基準にして、ＬＰＦ２１ＢとＨＰＦ２１Ｃとによって、低周波成分Ｓ1La（変位速度）と高周波成分Ｓ1Ha（音）とに分離される。

ＬＰＦ２１Ｂは、増幅されたアナログ信号Ｓ1aのうち、遮断周波数よりも低い低周波成分Ｓ1Laを通過させ、遮断周波数よりも高い成分を減衰させる。このとき、低周波成分Ｓ1Laは、嚥下に伴う甲状軟骨１０３の変位速度に応じた変位成分を含む。嚥下の判定を行うためには、低周波成分Ｓ1Laは、数十Ｈｚ以下の信号で十分である。このため、ＬＰＦ２１Ｂの遮断周波数は、例えば数十〜１００Ｈｚ程度に設定されている。

ＨＰＦ２１Ｃは、増幅されたアナログ信号Ｓ1aのうち、遮断周波数よりも高い高周波成分Ｓ1Haを通過させ、遮断周波数よりも低い成分を減衰させる。このとき、高周波成分Ｓ1Haは、嚥下動作時の発生音に応じた音成分を含む。このため、高周波成分Ｓ1Haは、少なくとも３ｋＨｚ程度までの信号を含む。ＨＰＦ２１Ｃの遮断周波数は、例えば数十〜１００Ｈｚ程度に設定されている。

なお、ＨＰＦ２１Ｃの遮断周波数は、例えば嚥下音のような必要な音成分が取得できる範囲で、ＬＰＦ２１Ｂの遮断周波数よりも高い値（例えば、１００〜５００Ｈｚ程度）に設定してもよい。

Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄは、ＬＰＦ２１Ｂから出力されたアナログ信号Ｓ1aの低周波成分Ｓ1Laを、デジタル信号Ｓ1Ldに変換する。このとき、嚥下判定を行うためには、変位信号（変位速度信号）は、数十Ｈｚ以下の周波数成分で十分である。このため、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄのサンプリング周波数は、数十Ｈｚ以下の変位信号を含む低周波成分Ｓ1Laに対して、十分に高い周波数（例えば、１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚ程度）に設定されている。

Ａ／Ｄコンバータ２１Ｅは、ＨＰＦ２１Ｃから出力されたアナログ信号Ｓ1aの高周波成分Ｓ1Haを、デジタル信号Ｓ1Hdに変換する。このとき、音信号を取得するためには、サンプリング周波数は、最低でも３ｋＨｚ程度までの周波数成分が必要になる。このため、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｅのサンプリング周波数は、１０ｋＨｚ程度が必要になる。

前処理部２２は、前処理部２１とほぼ同様に構成されている。このため、前処理部２２は、増幅回路２１Ａ、ＬＰＦ２１Ｂ、ＨＰＦ２１Ｃ、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄ，２１Ｅとほぼ同様な増幅回路２２Ａ、低域通過フィルタ２２Ｂ（以下、ＬＰＦ２２Ｂという）、高域通過フィルタ２２Ｃ（以下、ＨＰＦ２２Ｃという）、Ａ／Ｄコンバータ２２Ｄ，２２Ｅを備えている。前処理部２２の入力側は、圧電フィルムセンサ３のセンシング部分３Ｂに接続され、前処理部２２の出力側は、信号処理部２３に接続されている。

増幅回路２２Ａは、センシング部分３Ｂから出力されるアナログ信号Ｓ2aを増幅する。ＬＰＦ２２Ｂ、ＨＰＦ２２Ｃは、増幅されたアナログ信号Ｓ2aを、低周波成分Ｓ2La（変位速度）と高周波成分Ｓ2Ha（音）とに分離する。Ａ／Ｄコンバータ２２Ｄは、低周波成分Ｓ2Laをデジタル信号Ｓ2Ldに変換する。Ａ／Ｄコンバータ２２Ｅは、高周波成分Ｓ2Haをデジタル信号Ｓ2Hdに変換する。

信号処理部２３は、嚥下の動作を判定する嚥下判定部を構成している。信号処理部２３は、本体部２０に設けられ、バッテリ２６から供給される電力によって駆動する。信号処理部２３の入力側は、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄ，２１Ｅ，２２Ｄ，２２Ｅに接続されている。一方、信号処理部２３の出力側は、メモリ２４および無線通信モジュール２５に接続されている。信号処理部２３は、例えばマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）等により構成されている。信号処理部２３は、デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldに基づいて、被験者１０１の嚥下を判定する。信号処理部２３は、被験者１０１の嚥下を判定したときに、その検出した嚥下時の変位成分（デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld）と、音成分（デジタル信号Ｓ1Hd，Ｓ2Hd）とを抽出し、メモリ２４に保存する、または無線通信モジュール２５を用いて無線出力する。

嚥下時のデータは、例えば変位速度成分の信号強度変化が閾値を超えたデータ範囲とすることができる。また、嚥下時のデータは、例えば予め設定しておいた嚥下の基準パターンと合致した変化パターンに対応するデータ範囲（基準パターンの嚥下開始点から嚥下終了点までのデータ範囲）としてもよい。さらに、嚥下時のデータは、上述した２つのデータ範囲のいずれか一方に、その前後の所定時間のデータを追加したデータ範囲としてもよい。

抽出されたデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld，Ｓ1Hd，Ｓ2Hdは、本体部２０の内部に設けられたメモリ２４（記憶部）に保存される、または、無線通信モジュール２５を用いて無線出力される。このとき、メモリ２４は、揮発性メモリと不揮発性メモリのいずれでもよい。

無線通信モジュール２５は、本体部２０に設けられ、信号処理部２３と接続されている。無線通信モジュール２５は、各種の無線通信規格に応じて信号を変調する変調回路と、変調信号を送信する送信部（いずれも図示せず）等を備えている。無線通信モジュール２５は、信号処理部２３によって抽出された嚥下時のデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld，Ｓ1Hd，Ｓ2Hdを、ＰＣ（コンピュータ）、携帯端末、記憶装置、サーバ（いずれも図示せず）等のような外部機器（解析装置）に向けて出力する。外部機器は、受信したデータに基づいて、嚥下機能解析を行う。

なお、データを外部機器に無線で送信する構成としたが、ケーブルで本体部２０と解析装置とを接続し、データをケーブル経由で送信してもよい。

嚥下センサ１は上述の如き構成を有するもので、次に信号処理部２３によって被験者１０１の嚥下を検出する嚥下検出処理について、図５を参照して説明する。この嚥下検出処理は、嚥下センサ１が駆動している間に所定周期毎に繰り返し実行される。

まず、ステップ１では、ＬＰＦ２１Ｂ，２２Ｂから出力された低周波成分Ｓ1La，Ｓ2Laを、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄ，２２Ｄによって、デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldに変換する。信号処理部２３は、例えば１００Ｈｚ程度の低サンプリング周波数で変換された、変位信号のデータとなるデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldを取得する。

ここで、嚥下前に生じる喉の動作に伴って、変位速度（デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld）の絶対値は増加する。このため、続くステップ２では、変位信号のデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldに基づいて、変位速度の絶対値が所定の閾値ＳＴ以上か否かを判定する。変位速度の絶対値が閾値ＳＴよりも小さいときには、嚥下前の動作は検出されない。このため、ステップ２で「ＮＯ」と判定し、ステップ１に戻る。一方、変位速度の絶対値が所定の閾値ＳＴを超えたときには、嚥下前の動作が検出されている。このため、ステップ２で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ３に移行する。

ステップ３では、センシング部分３Ａ，３Ｂの信号強度変化を個別に取得する。具体的には、デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldの時間変化の波形パターンを取得する。併せて、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｄ，２２Ｄを用いて、ＨＰＦ２１Ｃ，２２Ｃから出力された高周波成分Ｓ1Ha，Ｓ2Haをデジタル信号Ｓ1Hd，Ｓ2Hdに変換する。そして、信号処理部２３は、音信号を含むデジタル信号Ｓ1Hd，Ｓ2Hdの取得を開始する。

続くステップ４では、デジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldの変化パターンと各センシング部分３Ａ，３Ｂでの変化（例えば信号強度最大）のタイミングが所定範囲内か否かに基づいて、嚥下か否かを判定する。

図１３に、嚥下時の波形パターンの一例を示す。図１３に示すように、嚥下時には、１．５秒付近で、上側のセンシング部分３Ａの下向きの鋭いピークＰa1と、下側のセンシング部分３Ｂの上向きの鋭いピークＰb1が所定時間内に発生する。その後に、１．６秒付近で、上側のセンシング部分３Ａの少しブロードな上向きのピークＰa2と、下側のセンシング部分３Ｂの少しブロードな上向きのピークＰb2が所定時間内に発生する。さらに、１．７〜２．１秒付近で、緩やかな下向きの２個のピークＰb3，Ｐb4が所定時間内に発生する。このため、信号処理部２３は、これらのピークＰa1，Ｐa2，Ｐb1〜Ｐb4が全て発生したか否かに基づいて、嚥下か否かの判定を行う。

ピークＰa1，Ｐb1は、喉頭隆起の上方への移動（挙上）に対応している。ピークＰa2，Ｐb2は、喉頭隆起の前方への移動（前進）に対応している。ピークＰb3，Ｐb4は、喉頭隆起の元の位置への移動に対応している。

上側のセンシング部分３Ａの下向きの鋭いピークＰa1と、下側のセンシング部分３Ｂの上向きの鋭いピークＰb1を得るためには、上側のセンシング部分３Ａと下側のセンシング部分３Ｂの配置間隔を、皮膚上から甲状軟骨１０３の動きを捉え易いように、喉頭隆起の頸部の長さ方向の大きさ程度にし（１０〜３５ｍｍ程度）、喉頭隆起を挟んで上下に上側のセンシング部分３Ａと下側のセンシング部分３Ｂを配置することが望ましい。複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂをこのように配置した場合には、喉頭隆起の上方移動と前方移動を区別して判定することが可能である。

なお、図１３は、嚥下時の波形パターンの一例を示したものであり、例えば圧電フィルムセンサ３の貼付位置、測定条件の違い、個人差、嚥下障害度合等に応じて、ピーク個数やピークタイミングが異なる場合がある。このため、嚥下の判定には、全てのピークＰa1，Ｐa2，Ｐb1〜Ｐb4を用いる必要はなく、例えばピークＰa1，Ｐa2のように、検出が容易で特徴的なものだけを用いてもよい。また、例えば、下側のセンシング部分３ＢのピークＰb3，Ｐb4に対応した時刻に、上側のセンシング部分３Ａでもピークが検出されることがある。このため、ピークＰa1，Ｐa2，Ｐb1〜Ｐb4だけでなく、他のピークも併せて考慮することによって、嚥下の判定を行ってもよい。

上述の判定条件を満たさないときには、嚥下とは判定しない。このため、ステップ４で「ＮＯ」と判定し、ステップ１に戻る。これに対し、上述の判定条件を満たすときには、嚥下と判定する。このため、ステップ４で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ５に移行して、嚥下時のデータのみを抽出する。

例えば、嚥下時のデータは、ステップ２で嚥下前の動作を検出した時点（変位速度の絶対値が所定の閾値ＳＴを超えた時点）を始点とし、ステップ４で嚥下を判定してから所定時間が経過する時点を終点としたときに、始点から終点までの間のデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld，Ｓ1Hd，Ｓ2Hdのデータである。

なお、所定時間は、例えば被験者１０１毎の波形データの個人差を考慮し、適宜設定される。また、ステップ２で取得を開始したデータを全て抽出する必要はなく、例えばステップ４で嚥下を判定した時点を基準に、その前後で予め決められた時間範囲内のデータを抽出してもよい。続くステップ６では、抽出したデータを、内部メモリ２４に保存する、または、無線通信モジュール２５を用いて外部機器に送信する。

かくして、第１の実施の形態によれば、圧電フィルムセンサ３は、嚥下に伴って発生する甲状軟骨１０３の動きの範囲の皮膚に貼り付けられる。このため、例えば首（頸部）の太さおよび形状が被験者１０１毎に異なるときでも、このような個人差の影響を抑制することができ、多くの人に調整することなく使用することができる。また、圧電フィルムセンサ３は、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂを有し、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂのそれぞれの変形に伴う信号をそれぞれ出力する。このため、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂは、甲状軟骨１０３の動作（上方移動、前方移動）に応じて、互いに波形パターンの異なる信号を出力することができる。このため、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂからのアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aを用いることによって、単一のセンシング部分を用いた場合に比べて、嚥下を容易に特定することができる。

また、圧電フィルムセンサ３は、甲状軟骨１０３上の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂを有する。このとき、例えば頷くときのように、甲状軟骨１０３とその上の皮膚の相対位置が変化しない首の動作（首を縦に振る動作）をしたときには、甲状軟骨１０３と皮膚との相対位置が変化しない。これ対し、嚥下動作をしたときには、甲状軟骨１０３と皮膚との相対位置が変化する。

この点について、図６ないし図１２を参照して具体的に説明する。例えば、図６に示すように、嚥下動作前の基準姿勢時となる口腔期には、被験者１０１は、食物Ｆを咀嚼し、咽頭へ送り込む。このとき、甲状軟骨１０３は、２個のセンシング部分３Ａ，３Ｂとのうち下側のセンシング部分３Ｂに近い位置に配置されている。

続く、咽頭期では、被験者１０１は、食物Ｆを口腔から咽頭へ送り込む。このとき、図７に示すように、下側のセンシング部分３Ｂの下にあった甲状軟骨１０３が、嚥下動作時に上側のセンシング部分３Ａの下に移動する。続く、図８および図９に示す食道期では、被験者１０１は、食物Ｆを咽頭から食道へ送り込む。このとき、気道は閉塞されるため、食物Ｆは気道には入らない。食物Ｆは、食道から胃に送り込まれる。

ここで、嚥下動作時には、下側のセンシング部分３Ｂからの変位信号（低周波成分Ｓ1La）と、上側のセンシング部分３Ａからの変位信号（低周波成分Ｓ2La）とでは、その波形パターンが異なる。出力の変位速度成分が最大となるのは、甲状軟骨１０３が上方へ移動するときである（図７参照）。図１０および図１１に示すように、例えば、甲状軟骨１０３が圧電フィルムセンサ３の下側から上側に移動するときには、下側のセンシング部分３Ｂからの変位信号と、上側のセンシング部分３Ａからの変位信号とには、互いに逆向きの大きなピークＰa1，Ｐb1が発生する（図１３参照）。

これに対し、図１２に示すように、上を向く動作時には、甲状軟骨１０３は、下側のセンシング部分３Ｂの下から移動しない。このため、出力の変位速度成分に大きなピークは発生し難く、また発生したとしても、下側のセンシング部分３Ｂからの変位信号と上側のセンシング部分３Ａからの変位信号とでは、互いに逆向きの大きなピークは発生しない。このように、首の上下動作と嚥下動作とで、センシング部分３Ａ，３Ｂからの変位信号が異なるから、首の上下動作に伴う誤検出を抑制することができる。

なお、図１０ないし図１２に示すように、首の側面部Ａおよび前頸部１０２の下部Ｂに対する甲状軟骨１０３の相対位置関係は、嚥下動作時と上を向く動作時とでは、あまり差がないことが分かる。一方、嚥下動作時には、甲状軟骨１０３は上方に変位するが、首の側面部Ａと前頸部１０２の下部Ｂはほぼ変位しない。これに対し、特許文献１に開示されたように、保持バンドを首に巻き付けてセンサを頸部に固定した場合には、被験者１０１が上を向くと後頸部に対して甲状軟骨１０３が上方に変位する。このため、嚥下動作による皮膚下での甲状軟骨１０３の動きと、首の上下動による後頸部に対する甲状軟骨１０３の動きとを、区別することが難しくなる。従って、嚥下センサ１を固定する範囲は、甲状軟骨１０３上とその近傍の狭い範囲の皮膚であることが望ましい。

但し、センシング領域が狭い範囲だと嚥下時の甲状軟骨１０３が移動した際に、甲状軟骨１０３のセンシング領域の範囲外に出てしまう。このため、嚥下センサ１は、甲状軟骨１０３が移動する範囲を複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂで覆っている。

嚥下センサ１は、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂのアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aに基づいて甲状軟骨１０３の動きを検出し、嚥下の動作を判定する信号処理部２３を備える。このとき、複数のセンシング部分３Ａ、３Ｂは、甲状軟骨１０３の動作（上方移動、前方移動）に応じて、互いに波形パターンの異なるアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aを出力することができる。このため、信号処理部２３は、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂからアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aが出力されたときに、それぞれのアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aの波形パターンの特徴を比較することによって、甲状軟骨１０３の動きを検出し、嚥下の動作を判定することができる。

具体的には、信号処理部２３は、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂのアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aに基づいて喉頭隆起の上方移動と前方移動を判定することで嚥下を判定する。このため、信号処理部２３は、アナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aに、喉頭隆起の上方移動に応じたピークＰa1，Ｐb1と、喉頭隆起の前方移動に応じたピークＰa2，Ｐb2が発生するか否かに応じて、嚥下を判定することができる。

圧電フィルムセンサ３は、圧電フィルム４を用いて形成されているから、センシング部分３Ａ，３Ｂを薄くて軽く形成することができ、甲状軟骨１０３を含む喉頭の動きを阻害しない。また、患者の違和感を小さくすることができるのに加え、軽いため、頸部の皮膚からの剥離を抑制することができる。

信号処理部２３は、圧電フィルムセンサ３から出力されるアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aの変位成分（低周波成分Ｓ1La，Ｓ2La）を用いて嚥下の動作を判定する。このとき、変位成分は、信号の周波数が低いから、信号処理部２３は、サンプリング周波数の低いデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ldの変位成分を用いて嚥下の動作を判定することができる。

信号処理部２３が嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データの変位成分（低周波成分Ｓ1La，Ｓ2Laのデジタル信号Ｓ1Ld，Ｓ2Ld）と音成分（高周波成分Ｓ1Ha，Ｓ2Haのデジタル信号Ｓ1Hd，Ｓ2Hd）を抽出し、メモリ２４に保存する、または無線出力する。このため、変位成分に加えて音成分を解析することで、嚥下機能の判定精度を向上することができる。

また、音成分は、最低でも３ｋＨｚ程度までの周波数成分が必要になるため、サンプリング周波数としては１０ｋＨｚ程度必要になる。このため、音成分を長時間測定すると、データ量が膨大になる。これに対し、嚥下センサ１は、嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データの変位成分と音成分を抽出し、メモリ２４に保存する、または無線出力する。このため、常時は信号データの変位成分および音成分を保存または無線出力する必要がなく、嚥下判定時に限って信号データの変位成分と音成分を抽出すればよい。従って、信号データを常に保存または無線出力する場合に比べて、取得データの膨大化を抑制することができる。

次に、図１４ないし図１９を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態の特徴は、圧電フィルムセンサは、頸部の長さ方向に沿って配列された複数のセンシング部分を有し、複数のセンシング部分のうち少なくとも一つは極性が反転する構成とし、圧電フィルムセンサは、極性が反転したセンシング部分の変形に伴う信号と、極性が反転していない前記センシング部分の変形に伴う信号とを加算して出力することにある。なお、第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一の構成要素は同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１４に示すように、第２の実施の形態による嚥下センサ３１は、被験者１０１の嚥下を検出するセンサ部３２と、センサ部３２から出力された信号を処理する本体部３４と、を有している。センサ部３２は、第１の実施の形態によるセンサ部２と同様に構成され、圧電フィルムセンサ３３を備えている。

図１５に示すように、圧電フィルムセンサ３３は、圧電素子の一例を示し、第１の実施の形態による圧電フィルムセンサ３と同様に構成されている。このため、圧電フィルムセンサ３３は、圧電フィルム４と第１，第２の電極膜５，６とによって構成されている。圧電フィルムセンサ３３は、センサ部３２の内側に位置して設けられている。圧電フィルムセンサ３３は、フィルム状に形成され、その変形に応じて電気信号（電荷）を発生させる。

圧電フィルムセンサ３３は、頸部の長さ方向に沿って配列された複数（例えば２個）のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂを有している。これらのセンシング部分３３Ａ，３３Ｂのうち少なくとも一つは、極性が反転している。センシング部分３３Ａ，３３Ｂは、圧電フィルムセンサ３３を被験者１０１の前頸部１０２に貼り付けた状態で、頸部の長さ方向（上下方向）に沿って並べられる。具体的には、センシング部分３３Ａ，３３Ｂは、甲状軟骨１０３を挟んで上下方向に配置される。

センシング部分３３Ａとセンシング部分３３Ｂは、互いに極性が反転している。具体的には、センシング部分３３Ａとセンシング部分３３Ｂは、圧電フィルム４の表面側（外気側）に位置する第１の電極膜５と、裏面側（皮膚側）に位置する第２の電極膜６とを逆にして並列に接続されている（図１６参照）。即ち、センシング部分３３Ａの第１の電極膜５は、センシング部分３３Ｂの第２の電極膜６に接続されている。センシング部分３３Ａの第２の電極膜６は、センシング部分３３Ｂの第１の電極膜５に接続されている。これにより、センシング部分３３Ａとセンシング部分３３Ｂは、互いに電気的に並列接続されている。このため、圧電フィルムセンサ３３は、２個のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂの変形に伴う信号を加算した加算信号Ｓaを出力する。

本体部３４は、嚥下センサ３１の他端側（図１中の下側）に位置して設けられている。本体部３４は、前処理部３５、信号処理部３６、無線通信モジュール２５等を備えている。

前処理部３５は、第１の実施の形態による前処理部２１とほぼ同様に構成されている。このため、前処理部３５は、増幅回路３５Ａ、低域通過フィルタ３５Ｂ（以下、ＬＰＦ３５Ｂという）、高域通過フィルタ３５Ｃ（以下、ＨＰＦ３５Ｃという）、Ａ／Ｄコンバータ３５Ｄ，３５Ｅを備えている。前処理部３５の入力側は、圧電フィルムセンサ３３に接続され、前処理部３５の出力側は、信号処理部３６に接続されている。

増幅回路３５Ａは、圧電フィルムセンサ３３から出力される加算信号Ｓaを増幅する。ＬＰＦ３５Ｂ、ＨＰＦ３５Ｃは、増幅された加算信号Ｓaを、低周波成分ＳLa（変位速度）と高周波成分ＳHa（音）とに分離する。Ａ／Ｄコンバータ３５Ｄは、低周波成分ＳLaをデジタル信号ＳLdに変換する。Ａ／Ｄコンバータ３５Ｅは、高周波成分ＳHaをデジタル信号ＳHdに変換する。

信号処理部３６は、嚥下の動作を判定する嚥下判定部を構成している。信号処理部３６は、本体部３４に設けられ、バッテリ２６から供給される電力によって駆動する。信号処理部３６の入力側は、Ａ／Ｄコンバータ３５Ｄ，３５Ｅに接続されている。一方、信号処理部３６の出力側は、メモリ２４および無線通信モジュール２５に接続されている。信号処理部３６は、例えばマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）等により構成されている。信号処理部３６は、第１の実施の形態による信号処理部２３と同様に、図１８に示す嚥下検出処理を実行する。

具体的には、信号処理部３６は、デジタル信号ＳLdに基づいて、被験者１０１の嚥下を判定する。信号処理部３６は、被験者１０１の嚥下を判定したときに、その検出した嚥下時の信号データとして、その検出した嚥下時の変位成分（低周波成分ＳLaのデジタル信号ＳLd）と、音成分（高周波成分ＳHaのデジタル信号ＳHd）とを抽出し、メモリ２４に保存する、または無線通信モジュール２５を用いて無線出力する。

嚥下センサ３１は上述の如き構成を有するもので、次に信号処理部３６によって被験者１０１の嚥下を検出する嚥下検出処理について、図１８を参照して説明する。この嚥下検出処理は、嚥下センサ３１が駆動している間に所定周期毎に繰り返し実行される。

まず、ステップ１１では、ＬＰＦ３５Ｂから出力された低周波成分ＳLaを、Ａ／Ｄコンバータ３５Ｄによって、デジタル信号ＳLdに変換する。信号処理部３６は、例えば１００Ｈｚ程度の低サンプリング周波数で変換された、変位信号のデータとなるデジタル信号ＳLdを取得する。

続くステップ１２では、変位信号のデジタル信号ＳLdに基づいて、変位速度の絶対値が所定の閾値ＳＴ以上か否かを判定する。変位速度の絶対値が閾値ＳＴよりも小さいときには、嚥下前の動作は検出されない。このため、ステップ１２で「ＮＯ」と判定し、ステップ１１に戻る。一方、変位速度の絶対値が所定の閾値ＳＴを超えたときには、嚥下前の動作が検出されている。このため、ステップ１２で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１３に移行する。

ステップ１３では、変位信号の信号強度変化を取得する。具体的には、デジタル信号ＳLdの時間変化の波形パターンを取得する。併せて、Ａ／Ｄコンバータ３５Ｅを用いて、ＨＰＦ３５Ｃから出力された高周波成分ＳHaをデジタル信号ＳHdに変換する。そして、信号処理部３６は、音信号を含むデジタル信号ＳHdの取得を開始する。

続くステップ１４では、デジタル信号ＳLdの変化パターンとセンシング部分３３Ａ，３３Ｂでの変化（例えば信号強度最大）のタイミングが所定範囲内か否かに基づいて、嚥下か否かを判定する。

ここで、第２の実施の形態では、圧電フィルムセンサ３３の出力信号（加算信号Ｓa）は単一である。このため、判定に用いる信号強度変化は、１個のみであるため、第１の実施の形態による信号処理部２３とは、嚥下判定のためのパターンが異なる。

図１９に、加算信号Ｓaに基づく変位信号について、嚥下時の波形パターンの一例を示す。図１９に示すように、嚥下時には、加算信号Ｓaから得られる変位信号（デジタル信号ＳLd）は、嚥下時（１．５秒付近）に非常に鋭い上向きの大きなピークＰ21が発生し、その後の所定時間内（１．７〜２．１秒付近）に、２個の緩やかな下向きのピークＰ22，Ｐ23が発生する。このため、信号処理部３６は、これらのピークＰ21〜Ｐ23が全て発生したか否かに基づいて、嚥下か否かの判定を行う。

なお、図１９は、嚥下時の波形パターンの一例を示したものであり、例えば圧電フィルムセンサ３３の貼付位置、測定条件の違い、個人差、嚥下障害度合等に応じて、ピーク個数やピークタイミングが異なる場合がある。このため、嚥下の判定には、全てのピークＰ21〜Ｐ23を用いる必要はなく、例えばピークＰ21のように、検出が容易で特徴的なものだけを用いてもよい。

上述の判定条件を満たさないときには、嚥下とは判定しない。このため、ステップ１４で「ＮＯ」と判定し、ステップ１１に戻る。これに対し、上述の判定条件を満たすときには、嚥下と判定する。このため、ステップ１４で「ＹＥＳ」と判定し、ステップ１５に移行して、嚥下時のデータのみを抽出する。続くステップ１６では、抽出したデータを、内部メモリ２４に保存する、または、無線通信モジュール２５を用いて外部機器に送信する。

かくして、第２の実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様な作用効果を得ることができる。また、第１の実施の形態では、複数のセンシング部分３Ａ，３Ｂは個別にアナログ信号Ｓ1a，Ｓ2aを出力するから、センシング部分の個数が多い場合には、出力信号の数が増えてデータ量が増加し、演算処理負荷も増加する。これに対し、第２の実施の形態では、極性が反転したセンシング部分３３Ａ，３３Ｂがそれぞれ１個ずつを上下に並べた構造となっており、圧電フィルムセンサ３３は、複数のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂの変形に伴う信号を加算した加算信号Ｓaを出力する。このため、データ量は増加させずに、嚥下判定を行い易くすることができる。

この点について、図１９を参照して具体的に説明する。図１９中の破線は、比較例として、２個のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂを互いに同じ極性（非反転の極性）にして並列接続した場合について、その出力信号を示している。この比較例は、センシング部分が単一の場合に相当する。図１９に示すように、比較例の場合には、約１．５秒から上向きのピークＰ31が発生し、その後下向きの比較的緩やかな２個のピークＰ32，Ｐ33が発生している。しかしながら、明確な特徴のあるパターンとは言えず、首の上下動等と明確に区別できない場合がある。

図１９中の実線は、第２の実施の形態による圧電フィルムセンサ３３からの出力信号（加算信号Ｓa）を示している。この場合、２個のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂは、互いに極性が反転した状態で、電気的に並列接続されている。図１９に示すように、第２の実施の形態では、加算信号Ｓaの波形パターンは、約１．５秒で非常に鋭い上向きの大きなピークＰ21が発生し、その後、２個の緩やかな下向きのピークＰ22，Ｐ23が発生している。このように、第２の実施の形態では、比較例に比べて、約１．５秒の甲状軟骨１０３の上方移動時のピークの特徴が明確になっており、嚥下判定が容易になる。従って、データ量を増やすことなく嚥下検出の精度を向上できる。

前記第２の実施の形態では、センサ部３２の圧電フィルムセンサ３３が２個のセンシング部分３３Ａ，３３Ｂを有する場合を例示して説明したが、３個以上のセンシング部分を有してもよい。

図２０に示す第１の変形例では、センサ部４１の圧電フィルムセンサ４２は、４個のセンシング部分４２Ａ〜４２Ｄを有している。４個のセンシング部分４２Ａ〜４２Ｄは、上下方向（頸部の長さ方向）に沿って配列され、交互に極性が反転している。即ち、センシング部分４２Ａ，４２Ｃとセンシング部分４２Ｂ，４２Ｄとは、極性が反転している。この場合、圧電フィルムセンサ４２は、２組の出力部４３，４４を有している。出力部４３は、センシング部分４２Ａとセンシング部分４２Ｂとが並列接続され、センシング部分４２Ａの信号とセンシング部分４２Ｂの信号とを加算した加算信号を出力する。出力部４４は、センシング部分４２Ｃとセンシング部分４２Ｄとが並列接続され、センシング部分４２Ｃの信号とセンシング部分４２Ｄの信号とを加算した加算信号を出力する。

図２１に示す第２の変形例では、センサ部５１の圧電フィルムセンサ５２は、４個のセンシング部分５２Ａ〜５２Ｄを有している。４個のセンシング部分５２Ａ〜５２Ｄは、上下方向（頸部の長さ方向）に沿って配列され、上側の２個のセンシング部分５２Ａ，５２Ｂと、下側の２個のセンシング部分５２Ｃ，５２Ｄとは、極性が反転している。この場合、圧電フィルムセンサ５２は、２組の出力部５３，５４を有している。出力部５３は、センシング部分５２Ａとセンシング部分５２Ｃとが並列接続され、センシング部分５２Ａの信号とセンシング部分５２Ｃの信号とを加算した加算信号を出力する。出力部５４は、センシング部分５２Ｂとセンシング部分５２Ｄとが並列接続され、センシング部分５２Ｂの信号とセンシング部分５２Ｄの信号とを加算した加算信号を出力する。

圧電フィルムセンサ４２，５２のいずれでも、センシング部分４２Ａ〜４２Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄの個数に比べて、加算信号の出力数が少なくなる。

なお、極性が反転しているセンシング部分（例えばセンシング部分４２Ｃ，５２Ｂ）と反転していないセンシング部分（例えばセンシング部分４２Ｄ，５２Ｄ）の配置間隔Ｄ1，Ｄ2は、皮膚上から甲状軟骨１０３の動きを捉えやすいように、喉頭隆起の大きさ程度にし（例えば、１０〜３５ｍｍ程度）、喉頭隆起の上下に、極性が反転しているセンシング部分と、反転していないセンシング部分とを配置することが望ましい。

また、前記各実施の形態では、増幅後のアナログ信号や加算信号を低周波成分と高周波成分とに分離する構成とした。本発明はこれに限らず、ＡＤ変換後のデジタル信号で低周波成分と高周波成分とに分離してもよい。さらに、増幅前のアナログ信号を低周波成分と高周波成分とに分離してもよい。

また、前記各実施の形態では、圧電素子として圧電フィルムセンサ３，３３を例示したが、圧電素子はフィルム状である必要はなく、バルク状（塊状）であってもよい。また、圧電素子の圧電材料は、圧電性を有する物質であれば特に限定されるものではない。例えば、圧電素子の圧電材料は、ウルツ鉱型構造を有する化合物やペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）を有する複合酸化物（ペロブスカイト系複合酸化物）を主成分とする材料を用いることができる。

ウルツ鉱型構造を有する化合物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、酸化ベリリウム、酸化亜鉛、硫化カドミウム、硫化亜鉛またはヨウ化銀が挙げられる。

ペロブスカイト系複合酸化物のペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）のＡサイトとしては、例えば、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ランタン（Ｌａ）、リチウム（Ｌｉ）およびビスマス（Ｂｉ）の中から選択される少なくとも１種の元素を採用することができる。ペロブスカイト構造（ＡＢＯ３）のＢサイトとしては、例えば、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、コバルト（Ｃｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、タンタル（Ｔａ）および鉄（Ｆｅ）の中から選択される少なくとも１種の元素が採用される。

このようなペロブスカイト系複合酸化物の具体例としては、チタン酸ジルコン酸鉛［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３］（ＰＺＴともいう）、ニオブ酸タンタル酸カリウム［Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ_３］、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３［チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）など］、等が挙げられる。

次に、上記の実施の形態に含まれる発明について記載する。本発明による嚥下センサは、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、前記圧電素子は、複数の前記センシング部分の変形に伴う信号を個別に出力する。

本発明によれば、圧電素子は、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲の皮膚に貼り付けられる。このため、例えば首（頸部）の太さおよび形状が被験者毎に異なるときでも、これらの個人差の影響を抑制することができ、多くの人に調整することなく使用することができる。また、圧電素子は、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有し、複数のセンシング部分の変形に伴う信号をそれぞれ出力する。このため、複数のセンシング部分は、甲状軟骨の動作（上下動作）に応じて、互いに波形パターンの異なる信号を出力することができる。この結果、複数のセンシング部分からの信号を用いることによって、単一のセンシング部分を用いた場合に比べて、嚥下を容易に特定することができる。

また、圧電素子は、甲状軟骨上の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有する。このとき、例えば頷く動作のように、甲状軟骨とその上の皮膚の相対位置が変化しない首の動作（首を縦に振る動作）をしたときには、甲状軟骨と皮膚との相対位置が変化しない。これ対し、嚥下動作をしたときには、甲状軟骨と皮膚との相対位置が変化する。このため、首の上下動作と嚥下動作とで、センシング部分からの信号が異なるから、首の上下動作に伴う誤検出を抑制することができる。

本発明では、複数の前記センシング部分の信号に基づいて甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定する嚥下判定部をさらに備えている。

このとき、複数のセンシング部分は、甲状軟骨の動作（上下動作）に応じて、互いに波形パターンの異なる信号を出力することができる。このため、嚥下判定部は、複数のセンシング部分から信号が出力されたときに、それぞれの信号の波形パターンの特徴を比較することによって、甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定することができる。

本発明では、前記嚥下判定部は、複数の前記センシング部分の信号に基づいて喉頭隆起の上方移動と前方移動を判定することで嚥下を判定する。

喉頭隆起の上方移動では、喉頭隆起が上方に移動することによって、複数のセンシング部分の信号にピークが発生する。また、喉頭隆起の前方移動では、喉頭隆起が前方に移動することによって、複数のセンシング部分の信号にピークが発生する。嚥下判定部は、これらのピークの有無を判定することによって、嚥下を判定することができる。

本発明による嚥下センサは、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に沿って配列された複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、複数の前記センシング部分のうち少なくとも一つは、極性が反転し、前記圧電素子は、極性が反転した前記センシング部分の変形に伴う信号と、極性が反転していない前記センシング部分の変形に伴う信号とを加算して出力する。

本発明によれば、圧電素子は、嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲の皮膚に貼り付けられる。このため、例えば首の太さおよび形状について、個人差の影響を抑制することができ、多くの人に調整することなく使用することができる。また、圧電素子は、頸部の長さ方向に沿って配列した複数のセンシング部分のうち少なくとも一つの極性が反転したセンシング部分を有している。例えば、甲状軟骨を挟んで上下方向に複数のセンシング部分を配置した場合、甲状軟骨が上方に移動したときに、上側のセンシング部分と下側のセンシング部分とでは、大きな信号のピークが逆向きに発生する。このとき、極性が反転した複数のセンシング部分では、信号が反転するから、これらの信号を加算することによって、甲状軟骨の上方移動時の大きなピークが強調される。この結果、複数のセンシング部分から別個の信号を出力した場合に比べて、データ量を増加させずに、嚥下検出の精度を向上させることができる。

また、圧電素子は、甲状軟骨上の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有する。このとき、首を縦に振る動作をしたときには、甲状軟骨と皮膚との相対位置が変化しない。これに対し、嚥下動作をしたときには、甲状軟骨と皮膚との相対位置が変化する。このため、首の上下動作と嚥下動作とで、センシング部分からの信号が異なるから、首の上下動作に伴う誤検出を抑制することができる。

本発明では、少なくとも一つずつの極性が反転した前記センシング部分の変形に伴う信号と、極性が反転していない前記センシング部分の変形に伴う信号とを加算した加算信号に基づいて甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定する嚥下判定部をさらに備えている。

極性が反転した複数のセンシング部分の変形に伴う信号と極性が反転していないセンシング部分の変形に伴う信号とを加算した加算信号は、甲状軟骨の上方移動時に、大きなピークが強調される。このため、嚥下判定部は、加算信号のピークを検出することによって、甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定することができる。

本発明では、前記嚥下判定部が嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データを抽出し、メモリに保存する、または無線出力する。

このため、常時は信号データを保存または無線出力する必要がなく、嚥下判定時に限って信号データを抽出すればよい。従って、信号データを常に保存または無線出力する場合に比べて、取得データの膨大化を抑制することができる。

本発明では、前記圧電素子は圧電フィルムを用いて形成されている。

本発明によれば、圧電素子は圧電フィルムを用いて形成されているから、センシング部分を薄くて軽く形成することができ、甲状軟骨を含む喉頭の動きを阻害しない。また、患者の違和感を小さくすることができるのに加え、軽いため、頸部の皮膚からの剥離を抑制することができる。

本発明では、前記圧電素子から出力される信号を低周波成分の変位成分と高周波成分の音成分とに分離し、前記嚥下判定部は、前記変位成分を用いて嚥下の動作を判定する。

このとき、変位成分は、信号の周波数が低いから、嚥下判定部は、サンプリング周波数の低い信号データの変位成分を用いて嚥下の動作を判定することができる。

本発明では、前記嚥下判定部が嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データの変位成分と音成分を抽出し、メモリに保存する、または無線出力する。

このため、変位成分に加えて音成分を解析することで、嚥下機能の判定精度を向上することができる。

また、音成分は、最低でも３ｋＨｚ程度までの周波数成分が必要になるため、サンプリング周波数は少なくとも１０ｋＨｚ程度にする必要がある。このため、音成分を長時間測定すると、データ量が膨大になる。これに対し、本発明による嚥下センサは、嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データの変位成分と音成分を抽出し、メモリに保存する、または無線出力する。このため、常時は信号データの変位成分および音成分を保存または無線出力する必要がなく、嚥下判定時に限って信号データの変位成分と音成分を抽出すればよい。従って、信号データを常に保存または無線出力する場合に比べて、取得データの膨大化を抑制することができる。

１，３１嚥下センサ
２，３２，４１，５１センサ部
３，３３，４２，５２圧電フィルムセンサ（圧電素子）
３Ａ，３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ，４２Ａ〜４２Ｄ，５２Ａ〜５２Ｄセンシング部分
４圧電フィルム
５，６第１，第２の電極膜
１０貼付部材
２０，３４本体部
２１，２２，３５前処理部
２１Ｂ，２２Ｂ，３５ＢＬＰＦ
２１Ｃ，２２Ｃ，３５ＣＨＰＦ
２３，３６信号処理部
２４メモリ
２５無線通信モジュール

Claims

嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、
前記圧電素子は、複数の前記センシング部分の変形に伴う信号を個別に出力し、
複数の前記センシング部分の信号に基づいて甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定する嚥下判定部をさらに備え、
前記嚥下判定部は、複数の前記センシング部分の信号に基づいて喉頭隆起の上方移動と前方移動を判定することで嚥下を判定する嚥下センサ。
嚥下に伴って発生する甲状軟骨の動きの範囲に位置して前頸部の皮膚に貼り付けられ、頸部の長さ方向に沿って配列された複数のセンシング部分を有する圧電素子を有し、
複数の前記センシング部分のうち少なくとも一つは、極性が反転し、
前記圧電素子は、極性が反転した前記センシング部分の変形に伴う信号と、極性が反転していない前記センシング部分の変形に伴う信号とを加算して出力し、
複数の前記センシング部分の変形に伴う信号を加算した加算信号に基づいて甲状軟骨の動きを検出し、嚥下の動作を判定する嚥下判定部をさらに備えている嚥下センサ。
前記嚥下判定部が嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データを抽出し、メモリに保存する、または無線出力する請求項１または２に記載の嚥下センサ。
前記圧電素子は圧電フィルムを用いて形成された請求項１または２に記載の嚥下センサ。
前記圧電素子から出力される信号を低周波成分の変位成分と高周波成分の音成分とに分離し、
前記嚥下判定部は、前記変位成分を用いて嚥下の動作を判定する請求項１または２に記載の嚥下センサ。
前記嚥下判定部が嚥下と判定したときに、その検出した嚥下時の信号データの変位成分と音成分を抽出し、メモリに保存する、または無線出力する請求項５に記載の嚥下センサ。