JP6781886B2 - 嚥下判定装置、嚥下判定プログラム及び嚥下判定方法 - Google Patents
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Description
また、内視鏡による検査では、画像が不鮮明であるため正確性の問題がある。さらに、内視鏡の操作には高い技術が必要とされ、被験者に痛み等の身体的負担を掛けることもある。
この態様によれば、簡易に嚥下の状態を判定できる。すなわち、嚥下の有無の判定において、被ばくや身体的負担を被験者に強いることはなく、しかも装置の構成を簡素化できる。また、首の筋肉の伸縮に応じて変化するインピーダンスと、被験者の嚥下動作に伴う音といった2つの要素に基づいて、嚥下の有無を判定するので、一方の要素に基づいて判定する場合と比較して、判定の精度を高めることができる。
より具体的には、前記判定部は、前記音信号が第1閾値を超えることを第1条件、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が第2閾値を超えることを第2条件としたとき、前記第1条件及び前記第2条件のうち、一方の条件が充足されてから、他方の条件が前記所定時間内に充足された場合に、嚥下有りと判定することが好ましい。
首の筋肉のインピーダンスは、嚥下の他に体動でも変化する。また、マイクがノイズを拾った場合には、音信号が変化してしまう。さらに、嚥下に伴う首の筋肉の伸縮のタイミングと、嚥下に伴う音が発生するタイミングとが、どちらが先になるかは被験者によって様々である。この態様によれば、インピーダンスの変化に関する第1条件及び音の大きさに関する第2条件のうち、一方の条件が充足されてから、他方の条件が所定時間内に充足された場合に、嚥下有りと判定するので、嚥下の有無を判定する精度を高めることができる。
この態様によれば、嚥下有りと判定された場合に、首の筋肉の伸縮の状態を示すインピーダンスと嚥下に伴う音に関する音信号との少なくとも一方に基づいて、嚥下が正常であるか異常であるかを判別するので、判別の精度を高めることができる。
この態様によれば、解析部は嚥下の特徴を示す嚥下指標を生成し、比較部は嚥下指標を判別閾値と比較するので、嚥下が正常であるか異常であるかを判別することが可能となる。
嚥下に伴って伸縮する首の筋肉は、性別や年齢によって状態が異なる。この態様によれば、被験者の属性に応じて、判別閾値を選択することができるので、被験者の生体の状態に応じて適切に、嚥下が正常であるか異常であるかを判別することが可能となる。
この態様によれば、複数の嚥下指標に基づいて嚥下が正常であるか異常であるかを判別するので、判別の精度を高めることができる。ここで、所定数は「1」を含む。所定数が1であれば、一つの嚥下指標について異常と判別された場合には、嚥下が異常と判別される。
嚥下動作においては、首の筋肉が伸縮し、インピーダンスが大きくなる。この態様によれば、インピーダンスが最大となる最大時刻を嚥下動作の中心と捉え、それより前にインピーダンスが安定していた状態から増加に変化したタイミングを開始時刻として特定し、最大時刻より後にインピーダンスの単位時間当たりの変化量がゼロとなったタイミングを終了時刻とするので、嚥下期間を実際の嚥下動作に即して定めることができる。
図2Aの嚥下前の状態から嚥下動作を開始すると、まず、図2Bに示すように舌骨B1と顎B4のとの間の筋肉M1が収縮して、舌骨B1が拳上する。このとき甲状軟骨B2と舌骨B1との間の筋肉M2が一旦伸展する。この後、図2Cに示すように甲状軟骨B2と舌骨B1との間の筋肉M2が収縮し、かつ甲状軟骨B2と胸骨柄B3との間の筋肉M3が伸展する。これに伴い甲状軟骨B2が拳上する。このように嚥下に伴い、首の筋肉は伸縮する。上述した各電極は、首の筋肉の伸縮をインピーダンスBIの変化として検出するために用いられる。このため、各電極は、被験者が正面を向いた場合に耳よりも正面側に位置するように配置されることが好ましい。
また、各電極の位置は、所定の位置に位置決めされることが好ましい。図1に示す例では、嚥下前の甲状軟骨B2を含む首回りに位置するように位置決めされる。このように位置決めすると、甲状軟骨B2が拳上する際の筋肉の伸縮をインピーダンスBIの変化として的確に検出することができる。なお、筋肉の構造を意味づけられる一定の位置(嚥下運動により伸展・収縮することを特徴づけられる位置)であれば、この部位に限らない。
また、本実施形態の音信号取得部351Bは、インターフェース部26及び36を介して供給されるマイク信号に基づいて、マイク信号の平均値とマイク信号の瞬時値との差分の絶対値を、嚥下に伴う音に応じた音信号Venvとして取得する。
本実施形態では、嚥下の有無を判定部352で判定し、判定部352において嚥下有りと判定された場合に、更に、判別部353において嚥下が正常であるか異常であるかを判別する。
より具体的には、音信号Venvが第1閾値REF1を超えることを第1条件、インピーダンスBIの単位時間当たりの変化量が第2閾値REF2を超えることを第2条件としたとき、第1条件及び第2条件のうち、一方の条件が充足されてから、他方の条件が所定時間内に充足された場合に、嚥下有りと判定する。
インピーダンスBIの経時的な計測では、筋肉の動きを検出できる。インピーダンスBIは、被験者が首を動かしたり、嚥下することによって変化が生じる。筋肉が伸展するとインピーダンスBIは大きくなり、筋肉が収縮するとインピーダンスBIは小さくなる。
また、第2条件はインピーダンスBIの微分値BId(インピーダンスの単位時間当たりの変化量)が第2閾値REF2を超えることである。嚥下が開始すると首の筋肉のインピーダンスBIが増加する。第2閾値REF2は嚥下動作に伴うインピーダンスBIの変化を判定できるように定められている。例えば、インピーダンスBI及びインピーダンスBIの微分値BIdが図6に示すように変化する場合、時刻Tx2において、第2条件を充足したと判定される。
即ち、判定部352は、第1条件又は第2条件のうち、一方の条件が充足されてから、他方の条件が所定時間内に充足された場合に、嚥下有りと判定する。そして、嚥下有りと判定された場合、さらに嚥下が正常であるか異常であるかが判別される。
本実施形態では、嚥下の伴う音に関する第1条件と、嚥下に伴うインピーダンスBIの変化に関する第2条件のどちらが先に充足されるかを限定していない。これは、第1条件が先に充足された後に第2条件が充足される場合もあれば、第2条件が充足された後に第1条件が充足される場合があるからである。但し、第1条件と第2条件は、いずれも嚥下動作に伴うものであるので、両者は一連の嚥下動作の中で所定時間内に充足される。
REFd=AVR±a×S…式1
但し、「a」は係数である。この場合、解析部354で生成された嚥下指標をXとすれば、以下の式2を充足する場合に比較部355は、正常と判別し、それ以外を異常と判別する。
AVR−a×S<X<AVR+a×S…式2
なお、比較部355はREFd≦X、REFd<X、REFd≧X、又はREFd>Xの場合に異常と判別してもよい。
また、嚥下期間Tswにおいて音信号Venvが最初に第1閾値REF1を超える時刻を第1音開始時刻tss1とする。但し、音信号Venvが最初に第1閾値REF1を超えた後に、一定時間(例えば、0.05秒)以内に再度第1閾値REF1を超えない場合は、音信号Venvの変化をノイズと判断し、当該時刻は第1音開始時刻tss1としない。図8示すように嚥下期間Tswにおいて音信号Venvが最初に第1閾値REF1を超えるのは時刻tc2であり、時刻tc2が第1音開始時刻tss1となる。
図8示すように嚥下期間Tswにおいて、第1音開始時刻tss1の後に音信号Venvが特定時間Tp継続して第1閾値REF1以下となるのは、時刻tc3から特定時間Tpが経過した時刻tc4である。そして、時刻tc4の後に第1閾値REF1を超えるのは時刻tc5である。したがって時刻tc5が第2音開始時刻tss2となる。
このことから、図9を参照して説明した、開始時刻tsから最大時刻tmaxまでの第1時間T1、嚥下期間Tswの時間である第3時間T3、最大時刻tmaxから微分最大時刻tdmaxまでの第5時間T5は、特に有用な嚥下指標である。
このことから、図14を参照して説明した、開始時刻tsから最大時刻tmaxまでの期間においてインピーダンスBIの微分値BIdがゼロとなる第1回数N1は特に有用な嚥下指標である。図16に嚥下異常者のインピーダンスBIとその微分値BIdを示す。この図に示すようにインピーダンスBIの微分値BIdは、開始時刻tsから最大時刻tmaxまでの期間に波打っており、この例では3回、ゼロとなっている。
比較部355は、選択部356が選択した判別閾値REFdを用いて、嚥下が正常であるか異常であるかを判別する。
このように、被験者の属性に応じて判別閾値REFdを選択することによって、より正確に嚥下が正常であるか異常であるかを判別することが可能となる。
インピーダンス取得部351Aは、測定部20にてインピーダンスBIを算出するように構成し、インピーダンス取得部351Aは、測定部20からインピーダンスBIを取得してもよい。あるいは、インピーダンス取得部351Aは、外部機器からインピーダンスBIを取得してもよい。
さらに、一対の電極12a及び12b、電流供給部23、一対の電極11a及び11b、電圧測定部24、並びにインターフェース部26及び36を備え、電圧値と電流値とからインピーダンスBIを算出する構成をインピーダンス取得部351Aと考えることもできる。
さらに、電極16、音検出部25、及びインターフェース部26及び36を備える構成を音信号取得部351Bと考えることもできる。
くわえて、音信号Venvは上述したように嚥下に伴う音に応じた信号であれば、どのようなものであってもよい。すなわち、マイク信号の平均値とマイク信号の瞬時値との差分の絶対値に限定されるものではない。例えば、マイク信号を音信号Venvとしてもよい。マイク信号は、その平均値より大きくなる場合と、小さくなる場合がある。マイク信号を音信号Venvとする場合、判定部352は、第1閾値REF1として、平均値より大きい正の第1閾値+REF1と平均値より小さい負の第1閾値-REF1とを用い、音信号Venvとしてのマイク信号が正の第1閾値+REF1又は負の第1閾値-REF1を超えた場合に、第1条件が充足されたと判定すればよい。
Claims (12)
- 嚥下に伴う音に応じた音信号を取得する音信号取得部と、
首の筋肉のインピーダンスを取得するインピーダンス取得部と、
前記音信号と前記インピーダンスとに基づいて、嚥下の有無を判定する判定部と、
を備える嚥下判定装置であって、
前記判定部は、前記音信号が所定レベルを超える変化と前記インピーダンスが定常状態から大きくなる変化とが所定時間内に発生した場合に嚥下有りと判定することを特徴とする嚥下判定装置。 - 前記判定部は、前記音信号が第1閾値を超えることを第1条件、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が第2閾値を超えることを第2条件としたとき、前記第1条件及び前記第2条件のうち、一方の条件が充足されてから、他方の条件が前記所定時間内に充足された場合に、嚥下有りと判定することを特徴とする請求項1に記載の嚥下判定装置。
- 前記判定部によって嚥下有りと判定された場合に、前記インピーダンスと前記音信号との少なくとも一方に基づいて、嚥下が正常であるか異常であるかを判別する判別部を備えた、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の嚥下判定装置。
- 前記判別部は、
前記インピーダンスと前記音信号との少なくとも一方に基づいて、嚥下の特徴を示す嚥下指標を生成する解析部と、
前記解析部によって生成された前記嚥下指標と嚥下が正常であるか異常であるかを判別するための判別閾値とを比較して嚥下が正常であるか異常であるかを判別する比較部と、を備えることを特徴とする請求項3に記載の嚥下判定装置。 - 被験者の属性を入力する入力部を備え、 前記判別閾値は、前記属性の種別ごとに設定されており、前記判別部は、前記属性の種別ごとに設定された前記判別閾値の中から前記入力部を用いて入力された前記属性に応じた前記判別閾値を選択する選択部を有し、前記比較部は、前記選択部が選択した前記判別閾値を用いて、嚥下が正常であるか異常であるかを判別する、
ことを特徴とする請求項4に記載の嚥下判定装置。 - 前記解析部は、前記嚥下指標を複数生成し、
前記比較部は、
複数の前記嚥下指標の各々について、当該嚥下指標と対応する前記判別閾値とを比較し、所定数の比較結果が異常である場合に嚥下が異常であると判別する、
ことを特徴とする請求項5に記載の嚥下判定装置。 - インピーダンスが最大となる時刻を最大時刻、前記最大時刻より前に、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が所定値以下となる時間が一定時間以上継続した後に、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が前記所定値を超えたときの直前の前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量がゼロとなる時刻を開始時刻、前記最大時刻より後に、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量がゼロとなる時刻を終了時刻、前記開始時刻から前記終了時刻までを嚥下期間としたとき、
前記解析部は、前記嚥下期間における前記インピーダンス及び前記音信号の少なくとも一方に基づいて前記嚥下指標を生成する、ことを特徴とする請求項4乃至6のうちいずれか1項に記載の嚥下判定装置。 - 前記解析部は、前記開始時刻から前記最大時刻までの前記インピーダンスを積分した第1積分値、前記嚥下期間における前記インピーダンスを積分した第2積分値、前記開始時刻から前記最大時刻までの期間において前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量がゼロとなる第1回数、前記最大時刻から前記終了時刻までの期間において前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量がゼロとなる第2回数、前記開始時刻におけるインピーダンスを0%、前記最大時刻におけるインピーダンスを100%としたとき、前記嚥下期間のうちインピーダンスが70%以上となる期間において前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量がゼロとなる第3回数、前記嚥下期間における音信号が最大となる最大振幅値のうち、少なくとも一つを前記嚥下指標として生成する、
ことを特徴とする請求項7に記載の嚥下判定装置。 - 前記判定部によって嚥下有りと判定された場合に、前記インピーダンスと前記音信号との少なくとも一方に基づいて、嚥下が正常であるか異常であるかを判別する判別部を備え、
前記判別部は、
前記インピーダンスと前記音信号との少なくとも一方に基づいて、嚥下の特徴を示す嚥下指標を生成する解析部と、
前記解析部によって生成された前記嚥下指標と嚥下が正常であるか異常であるかを判別するための判別閾値とを比較して嚥下が正常であるか異常であるかを判別する比較部と、を備え、
インピーダンスが最大となる時刻を最大時刻、前記最大時刻より前に、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が所定値以下となる時間が一定時間以上継続した後に、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が前記所定値を超えたときの直前の前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量がゼロとなる時刻を開始時刻、前記最大時刻より後に、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量がゼロとなる時刻を終了時刻、前記開始時刻から前記終了時刻までを嚥下期間としたとき、
前記解析部は、前記嚥下期間における前記インピーダンス及び前記音信号の少なくとも一方に基づいて前記嚥下指標を生成し、
前記嚥下期間において前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が最大となる時刻を微分最大時刻、前記嚥下期間において前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が最小となる時刻を微分最小時刻、前記嚥下期間において前記音信号が最初に前記第1閾値を超える時刻を第1音開始時刻、前記嚥下期間において前記第1音開始時刻の後に前記音信号が特定時間継続して前記第1閾値以下となった後に、前記第1閾値を超える時刻を第2音開始時刻、前記嚥下期間において前記第2音開始時刻の後に前記音信号が前記第1閾値を下回る時刻を音終了時刻としたとき、
前記解析部は、前記開始時刻から前記最大時刻までの第1時間、前記最大時刻から前記終了時刻までの第2時間、前記嚥下期間の時間である第3時間、前記開始時刻から前記微分最大時刻までの第4時間、前記第1時間と前記第4時間の比、前記微分最大時刻から前記最大時刻までの第5時間、前記最大時刻から前記微分最小時刻までの第6時間、前記第6時間と前記第2時間の比、前記第6時間と前記第3時間との比、前記終了時刻から前記微分最小時刻までの第7時間、前記開始時刻から前記第1音開始時刻までの第8時間、前記第8時間と前記第1時間との比、前記最大時刻から前記第1音開始時刻までの第9時間、前記第9時間と前記第1時間との比、前記第1音開始時刻から前記終了時刻までの第10時間、前記開始時刻から前記第2音開始時刻までの第11時間、前記最大時刻から前記第2音開始時刻までの第12時間、前記第12時間と前記第2時間との比、前記第2音開始時刻から前記終了時刻までの第13時間、前記第13時間と前記第2時間との比、前記第1音開始時刻から前記第2音開始時刻までの第14時間、前記第1音開始時刻から前記音終了時刻までの第15時間のうち、少なくとも一つを前記嚥下指標として生成する、
ことを特徴とする請求項2に記載の嚥下判定装置。 - 前記判定部によって嚥下有りと判定された場合に、前記インピーダンスと前記音信号との少なくとも一方に基づいて、嚥下が正常であるか異常であるかを判別する判別部を備え、
前記判別部は、
前記インピーダンスと前記音信号との少なくとも一方に基づいて、嚥下の特徴を示す嚥下指標を生成する解析部と、
前記解析部によって生成された前記嚥下指標と嚥下が正常であるか異常であるかを判別するための判別閾値とを比較して嚥下が正常であるか異常であるかを判別する比較部と、を備え、
インピーダンスが最大となる時刻を最大時刻、前記最大時刻より前に、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が所定値以下となる時間が一定時間以上継続した後に、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が前記所定値を超えたときの直前の前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量がゼロとなる時刻を開始時刻、前記最大時刻より後に、前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量がゼロとなる時刻を終了時刻、前記開始時刻から前記終了時刻までを嚥下期間としたとき、
前記解析部は、前記嚥下期間における前記インピーダンス及び前記音信号の少なくとも一方に基づいて前記嚥下指標を生成し、
前記嚥下期間において前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が最大となる時刻を微分最大時刻、前記嚥下期間において前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量が最小となる時刻を微分最小時刻、前記嚥下期間において前記音信号が最初に前記第1閾値を超える時刻を第1音開始時刻、前記嚥下期間において前記第1音開始時刻の後に前記音信号が特定時間継続して前記第1閾値以下となった後に、前記第1閾値を超える時刻を第2音開始時刻としたとき、
前記解析部は、前記微分最大時刻におけるインピーダンス、前記微分最小時刻におけるインピーダンス、前記第1音開始時刻におけるインピーダンス、前記第2音開始時刻におけるインピーダンス、前記微分最大時刻における前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量、前記微分最小時刻における前記インピーダンスの単位時間当たりの変化量、前記開始時刻におけるインピーダンスと前記最大時刻におけるインピーダンスとの差分である第1差分値、前記最大時刻におけるインピーダンスと前記終了時刻におけるインピーダンスとの差分である第2差分値、前記嚥下期間におけるインピーダンスの平均値、前記嚥下期間におけるインピーダンスの平均値に対する前記第1差分値の割合、前記嚥下期間におけるインピーダンスの平均値に対する前記第2差分値の割合、前記第1差分値を前記開始時刻から前記最大時刻までの第1時間で除算した値、前記第2差分値を前記最大時刻から前記終了時刻までの第2時間で除算した値のうち、少なくとも一つを前記嚥下指標として生成する、
ことを特徴とする請求項2に記載の嚥下判定装置。 - コンピュータを備えた嚥下判定装置を制御する嚥下判定プログラムであって、
前記コンピュータを、
嚥下に伴う音に応じた音信号を取得する音信号取得部と、
首の筋肉のインピーダンスを取得するインピーダンス取得部と、
前記音信号と前記インピーダンスとに基づいて、嚥下の有無を判定する判定部として、
機能させる嚥下判定プログラムであって、
前記判定部は、前記音信号が所定レベルを超える変化と前記インピーダンスが定常状態から大きくなる変化とが所定時間内に発生した場合に嚥下有りと判定することを特徴とする嚥下判定プログラム。 - 嚥下に伴う音に応じた音信号と首の筋肉のインピーダンスとを取得し、
前記音信号と前記インピーダンスとに基づいて、嚥下の有無を判定する、
嚥下判定方法であって、
前記音信号が所定レベルを超える変化と前記インピーダンスが定常状態から大きくなる変化とが所定時間内に発生した場合に嚥下有りと判定することを特徴とする嚥下判定方法。
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