JP6896209B2 - 嚥下機能測定システム - Google Patents

Description

本発明は、センサーと波形処理装置と出力装置を有する嚥下機能測定システムであって、詳しくは、波形処理装置が、センサーに設けられる圧及び音の検出素子が検出した気管内の呼吸圧及び嚥下圧及び呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音の情報に基づき圧及び音の合成波形を取得し、出力装置により、該合成波形を表示するシステムである。

嚥下機能は加齢や疾患によって容易に低下し，嚥下機能の低下が原因となって生じる誤嚥性肺炎は生命予後を左右する問題となっている。嚥下状態の評価としては嚥下造影検査や嚥下内視鏡検査が一般的であるが，専門の設備やスタッフの問題から行える状況は限定される。そのため，嚥下時に侵襲なく行える頚部聴診法による嚥下音、嚥下前後の呼吸音の採取が行われている。

上記方法による嚥下音及び呼吸音の採取は、聴診器などの集音機器の内部にマイクロフォンを挿入したものを、被験者の頸部に当接させて行うものである。しかし、マイクロフォンは存在するすべての音を採取するため、正確な嚥下音及び正確な呼吸音の採取は難しかった。又、音の採取のみでは、正確に採取できたとしても不顕性誤嚥などは検出不可能であった。

そこで特許文献１のように、呼吸が停止している時に嚥下音データを抽出する方法が提案されたが、マイクロフォンは、呼吸に伴う音を除いても、他の外部に存在する音を採取してしまうので、嚥下機能の判定を簡単且つ正確に行うことが難しかった。その上、呼吸のタイミングも嚥下機能の測定には重要な要素の一つであるので、呼吸に関するデータを無視することは好ましいことではなかった。

特開２０１５−５１１５９号公開特許公報

そこで、本願発明は、嚥下機能を測定するため、例えば、ＲＳＳＴ（反復唾液嚥下テスト）を行うため、雑音となる外部空気振動音を吸音減衰する伝達材を内蔵したセンサーを用いることにより、雑音の少ない気管内の呼吸音等のデータを検出すると共に、気管内の呼吸圧及び嚥下圧を検出することによって、音とならない嚥下関連データも加味して正確で明確な嚥下関連データを採取可能にし、気管内の音及び圧の合成波形を取得し、可視化することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１の発明は嚥下機能測定システムを次のように構成する。
第１に、センサーと波形処理装置と出力装置を有する嚥下機能測定システムとする。
第２に、センサーは、外装内に、被験者の甲状軟骨の付近の窪みに当接させて気管内の圧である呼吸圧及び嚥下圧を検出する圧検出手段と気管内の音である呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音を検出する音検出手段となる圧及び音の検出素子を、外部空気振動音は吸音減衰されるが気管内の圧及び音の伝達は可能である減衰伝達材で包囲して設けたものとする。
第３に、前記センサーの外装の一方の面に前記気管内の圧及び音を採取可能な金属板を前記窪みに当接しやすいドーム型のラウンド形状とした当接面を形成し、該当接面から伝わる気管内の呼吸圧及び嚥下圧を検出素子に伝達するものとする。又、前記センサーの外装内で前記当接面と反対側の外装から検出素子との間にエアー室を設け、前記当接面から伝わる気管内の呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音を検出素子に伝達するものとする。
第４に、前記波形処理装置は、前記圧及び音の検出素子が検出した気管内の呼吸圧及び嚥下圧及び呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音の情報に基づき圧及び音の合成波形を取得するものとする。
第５に、前記出力装置は、前記波形処理装置で取得した圧及び音の合成波形を表示する表示装置とする。

第２の発明は、第１の発明における出力装置として、スピーカー、イヤホン、ヘッドホン等の音声出力装置を付加した嚥下機能測定システムとする。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、センサーと波形処理装置と出力装置との間の接続を有線又は無線とする嚥下機能測定システムとする。
第４の発明は、第１又は第２又は第３の発明において、波形処理装置で取得した圧及び音の合成波形が、気管内の呼吸圧及び嚥下圧の圧波形と、呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音の音圧の合成波形である嚥下機能測定システムとする。

本発明は、以下の効果を有する。
第１に、圧及び音の検出素子が検出した気管内の呼吸圧及び嚥下圧及び呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音の情報に基づき圧及び音の合成波形を取得することにより、気管内の異物の残留や誤嚥が分かる嚥下機能測定システムを提供することができた。
第２に、センサーは、外装の一方の面に気管内の圧及び音を採取可能な金属板を被験者の甲状軟骨の付近の窪みに当接しやすいドーム型のラウンド形状とした当接面を形成するものなので、皮膚との間に空間が生まれず、気管内の圧及び音を正確に捉えることができるものとなった。

第３に、センサーの当接面が、樹脂であるとセンサーに対する外部圧力の強さにより、センサーの内部圧力が変化してしまい、正確な気管内の圧力を検出するための頸部装着圧力の調整が難しく使い勝手が悪くなるが、本発明では、当接面が金属板となっているので、外部からの圧力の調整が難しくなく、且つ、軽くセンサーの当接面が皮膚に密着する程度の外部圧力で気管内の圧及び音の検出が可能となった。
第４に、センサーは、外装内に、圧及び音の検出素子を、雑音である外部空気振動音は吸音減衰されるが必要データである気管内の圧及び音の適切伝達は可能である減衰伝達材で包囲して設けたものであるので、周りの雑音を遮断することができ、気管内の圧及び音の検出が容易且つ正確にできるものとなった。

第５に、センサーの外装内で当接面と反対側の外装から検出素子との間にエアー室を設け、当接面から伝わる気管内の音を検出素子に伝達するものなので、正確な嚥下関連の音情報を検出できるものとなった。
第６に、波形処理装置は、圧及び音の検出素子が検出した気管内の呼吸圧及び嚥下圧及び呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音の情報に基づき圧及び音の合成波形を取得し、出力装置は、波形処理装置で取得した圧及び音の合成波形を表示する表示装置であるので、取得した情報の可視化が可能となり、広範囲な情報の活用が可能となった。

第２の発明の効果ではあるが、出力装置として、スピーカー、イヤホン、ヘッドホン等の音声出力装置を有するものとしたので、自分及び介護者が飲み込みの音を聞きながら食事をすることにより、飲み込みに集中できると共に、両者で飲み込み具合の分かるものとなった。
第３の発明の効果ではあるが、センサーと波形処理装置と出力装置との間の接続を有線又は無線とすることができるので、無線とすることでセンサーのみを被験者の甲状軟骨の付近の窪みに取り付けて、遠隔医療として利用することや、長時間の嚥下機能情報の採取、保存及びこれを分析して被験者の健康状態を把握することなど、いろいろな活用方法のできる嚥下機能測定システムとなった。

本発明の第１実施例を示す模式図。 ＰＣ及び表示装置のみを接続した第２実施例の模式図。 スピーカーのみを接続した使用例の模式図。 嚥下から喉頭残留、誤嚥までの状態の圧及び音の合成波形を示す説明図。 喉頭残留と誤嚥の異物残留状態を示す図。

以下、本発明を実施するための形態につき実施例と共に説明する。
本発明は、嚥下機能測定システムであって、図１は第１実施例を示す模式図で、嚥下機能測定システムは、センサー１と、音声出力装置となるスピーカー２０を備えたハードウエアであるインターフェース２と、波形処理装置となるＰＣ（パーソナルコンピューター）３と、可視化のための出力装置となるディスプレイ４とを有する。

センサー１は、図１に示されるように、外装１０内に、被験者の甲状軟骨の付近の窪みに当接させて気管内の圧である呼吸圧及び嚥下圧を検出する圧検出手段と気管内の音である呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音を検出する音検出手段となる圧及び音の検出素子１１を、外部空気振動音は吸音減衰されるが気管内の圧及び音の伝達は可能である減衰伝達材５で包囲して設けたものである。即ち、センサー１は、検出素子１１によって音だけでなく気管内の圧力の変化を捉えることもできるのである。

センサー１の外装１０は、外側の一方の面に金属板よりなり、被験者の甲状軟骨付近の窪みに当接しやすい大きさで、ドーム型のラウンド形状とした当接面１２を形成してある。尚、当接面１２が、ドーム型のラウンド形状になっているのは、甲状軟骨上下の窪みにぴったり入る形状にすることで、検出対象の気管内の圧及び音を捉えやすくするためである。

センサー１の当接面１２を金属板としたのは、気管内の呼吸圧及び嚥下圧及び呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音を採取可能とするためであって、堅すぎて音や圧を伝えにくい超硬質な金属は適さない。第１実施例では、０．２ｍｍ位の厚みのアルミ板を用いている。当該当接面１２を金属板としてアルミ板を用いたのは、センサー１に対する押圧力によって採取対象の圧（呼吸圧や嚥下圧）が変わらないようにするためである。この当接面１２であれば、軽く皮膚に密着する程度の押圧でよい。

当接面１２を柔らかい素材や聴診器のような素材にすると、センサー１を被験者の甲状軟骨付近の窪みに当てる人によって、検出結果に違いがでてしまう。例えば、当接面１２を薄い樹脂板とすると、センサー１を押すとへこんでしまったりして、外部圧力の強さによる内部圧力の変化が大きくなり、頸部当接圧力の調整が難しく使い勝手が悪くなる。

外装１０内部の中央付近（図１中センサー１内の中央やや下方部）には、検出素子１１が装着されている。検出素子１１は、圧電素子よりなり、図１中上面が主として気管内の圧力を検出しやすく、下面が気管内の音を検出しやすいよう製作されている。尚、検出素子１１は、外部空気振動音は吸音減衰されるが気管内の圧及び音の伝達は可能である減衰伝達材５で包囲して設けられている。

圧の検出は、当接面１２から伝わる気管内の呼吸圧及び嚥下圧を検出素子１１に減衰伝達材５を通して伝達することによって行う。上記圧の検出は、主として当接面１２の中央から検出素子１１へと直進する圧を採取することにより行う。呼吸圧に関しては、その中に喉頭残留の圧力も検出されるが、喉頭残留時の波形処理のデータとしては短かすぎるので、波形は、後に述べる喉頭残留時の呼吸音データと合成して処理される。他方、不顕性誤嚥に関しては、音はほとんど存在せず、気管内の呼吸の圧力の差により誤嚥が分かり、呼吸圧データのみで波形処理される。

音の検出は、当接面１２と反対側の外装１０から検出素子１１との間にエアー室６を設け、当接面１２から伝わる気管内の呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音を検出素子１１に減衰伝達材５を通して伝達することによって行う。尚、雑音である外部空気振動音は、当接面１２と反対側の外装１０より侵入する場合が多いので、エアー室６は、当該反対側の外装１０まで達している場合には、減衰伝達材５の存在しない外装１０の部分を小さくすることが好ましい。

音の検出は、圧の検出とは異なり、当接面１２全体から伝わる上記気管内の音で行う。音の検出には、嚥下機能測定システムとしては、呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音が必要採取音であるが、第１実施例では、発声音も検出している。それにより、発声障害のある人を発見することができる。

検出素子１１は、減衰伝達材５で包囲されており、減衰伝達材５は外装１０から採取される外部空気振動音を減衰させて、当接面１２から検出される気管内の検出対象圧力及び検出対象音を正確に検出素子１１に伝達する。但し、検出素子１１の当接面１２側（図１中検出素子１１上部）の減衰伝達材５と反対側（図１中検出素子１１下部）の減衰伝達材５とは異なる素材で作られている。

第１実施例において、検出素子１１の当接面１２側、即ち、正面側の外装１０内の減衰伝達材５は弾力性のある多孔質材料５１で構成されており、検出素子１１の反対側、即ち、背面側の外装１０内の減衰伝達材５は高弾性率のゲル５２で構成されている。

検出素子１１の当接面１２側の減衰伝達材５として弾力性ある多孔質材料５１を使用するのは、外部空気振動音を吸音減衰させて、当接面１２より受けた検出対象の気管内の圧及び音を正確に検出素子１１に伝えるためである。尚、多孔質材料５１が弾力性がなく堅すぎると当接面１２以外より侵入する音や振動を伝えてしまうので、弾力性ある多孔質材料５１を使用することにより、振動を取り除きつつ検出素子１１に伝わる圧や音をシンプルにし、検出対象である気管内の圧及び音を正確に検出する。

検出素子１１の背面側の外装１０内の減衰伝達材５には高弾性率のゲル５２を使用する。少なくとも多孔質材料５１の弾力性よりは高強度、高弾性率の材料を用いる。その理由は２つある。理由の第１は、当接面１２以外から侵入する外部空気振動音を大きく遮断且つ減衰するためである。多孔質材料５１も外部空気振動音を吸音減衰させているが、遮断力及び吸音力は低いので、更に吸音力の高いゲル５２を使用することにより、検出素子１１が外部空気振動音を拾いにくくしている。

理由の第２は、当接面１２から採取した気管内の圧を検出素子１１が正確に検出できるようにするためである。即ち、高弾性率のゲル５２が、検出素子１１の背面側に存在しないと、当接面１２より採取した気管内の圧が検出素子１１より抜けてしまい、正確な検出ができなくなるからである。

センサー１とＰＣ３の間にはインターフェース２が設けられている。図１において、センサー１とＰＣ３との間は有線で示されているが、ブルートゥース（登録商標）などの無線による接続であってもよいことは勿論である。尚、第１実施例におけるインターフェース２は、ＰＣ３との間では有線接続であるが、別途タブレットＰＣやスマートフォーンで利用する場合に備え、ブルートゥースを搭載している。無線とすることにより、遠隔医療や連続観察に利用しやすくなる。

図１の第１実施例におけるインターフェース２は、アンプとしての機能も有しているので、音声出力装置としてのスピーカー２０が設置されている。勿論、音声出力装置はスピーカー２０に限定されることはなく、イヤホンやヘッドホンを用いることも可能である。又、ＰＣ３にはタブレットＰＣやスマートフォーンも含まれる。

波形処理装置となるＰＣ３は、圧及び音の検出素子が検出した気管内の呼吸圧及び嚥下圧及び呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音の情報に基づき、圧及び音の合成波形を取得する。この波形処理装置で取得した圧及び音の合成波形は、気管内の呼吸圧及び嚥下圧の圧波形と、呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音の音圧の合成波形である。尚、ＰＣ３は波形データや音声データの保存の役割も有している。勿論これらのデータは、クラウドで保存することもでき、そのように保存することによりデータの共有活用が便利なものとなる。

図４は、ディスプレイ４に表示された嚥下から喉頭残留、誤嚥までの状態の圧及び音の合成波形を示す説明図であり、この合成波形をＰＣ３で取得する。波形データは、上記嚥下から喉頭残留、誤嚥までの状態の圧及び音（音圧）のうち大きい方が用いられる。

出力装置としては、波形処理装置で取得した圧及び音の合成波形を可視化とする（表示する）ための表示装置としてディスプレイ４を用いている。勿論、スマートフォーンやタブレットＰＣなどを用いてもよい。尚、合成波形は、図４に示されるように表示される。

図４中Ａ部分は正常時の呼吸の波形であり、Ａ１が吸気時の波形、Ａ２が呼気時の波形を示している。図４中Ｂ部分は嚥下時の波形であり、Ｂ１が嚥下開始時の波形であり、Ｂ２が嚥下中の波形である。

図４中Ｃ部分が喉頭残留時の呼吸音と呼吸圧の合成波形であり、Ｃ１は喉頭残留時の吸気の波形であり、Ｃ２は、喉頭残留時の呼気の波形であり、初めに振幅の大きい縦の喉頭残留の呼吸圧の波形が現れ、その後、図中Ｃ２部分では、波形は略三角形状に減衰している。この部分では呼吸圧は小さくなっていくため呼吸音（音圧）と呼吸圧の合成波形が現れている。喉頭残留時とは、図５に示されるように、声帯７より上部の喉頭内に飲み込んだものが付着した時である。図５中符号８が喉頭残留物である。

図４中Ｄ部分は喉頭残留物が気管内へと侵入し、誤嚥に至る状態を示す波形である。Ｄ１は吸気の波形、Ｄ２は呼気の複雑に合成された波形であり、Ｄ２の波形は、概ね、最初に振幅の大きい縦の呼吸圧が現れ、減衰時には圧が弱まり呼吸音（音圧）と呼吸圧との合成波形となり、最終的には呼吸音に圧が被さって誤嚥圧が継続する状態を示している波形となる。図４中Ｅ部分は誤嚥時を示す波形であり、Ｅ１は吸気の波形、Ｅ２は呼気の波形である。Ｅ２の波形は、誤嚥時の呼気の呼吸音の波形に、誤嚥時の呼気の呼吸圧の波形が被さっているが、呼吸圧の波形の方が大きいため、呼吸圧の波形が現れている。尚、誤嚥時とは声帯下方の気管内に飲み込んだものが付着した時であり、図５中符号９が、その状態の誤嚥付着物を示している。

第１実施例は、出力装置として音声出力装置であるスピーカー２０をも備えているが、図２に示す第２実施例のように、インターフェース２からスピーカー２０を外し、直接ＰＣ３を経由してディスプレイ４に接続することも可能である。更に、簡易利用のため図３に示す使用例のように、インターフェース２からスピーカー２０を直接接続したものを利用することもできる。尚、音声出力装置は、スピーカーに限定されることなく、イヤホンやヘッドホン等を利用することができる。

１・・・・・センサー
２・・・・・インターフェース
３・・・・・ＰＣ（パーソナルコンピューター）
４・・・・・ディスプレイ
５・・・・・減衰伝達材
５１・・・・多孔質材料
５２・・・・ゲル
６・・・・・エアー室
７・・・・・声帯
８・・・・・喉頭残留物
９・・・・・誤嚥付着物
１０・・・・外装
１１・・・・検出素子
１２・・・・当接面
Ａ・・・・・正常時の呼吸の波形
Ａ１・・・・吸気時の波形
Ａ２・・・・呼気時の波形
Ｂ・・・・・嚥下時の波形
Ｂ１・・・・嚥下開始時の波形
Ｂ２・・・・嚥下中の波形
Ｃ・・・・・喉頭残留時の呼吸音と呼吸圧の合成波形
Ｃ１・・・・喉頭残留時の吸気の波形
Ｃ２・・・・喉頭残留時の呼気の波形
Ｄ・・・・・喉頭残留物が気管内へ侵入し、誤嚥に至る状態を示す波形
Ｄ１・・・・吸気の波形
Ｄ２・・・・呼気の複雑に合成された波形
Ｅ・・・・・誤嚥時を示す波形
Ｅ１・・・・吸気の波形
Ｅ２・・・・呼気の波形

Claims (4)

1. センサーと波形処理装置と出力装置を有する嚥下機能測定システムであって、
   センサーは、外装内に、被験者の甲状軟骨の付近の窪みに当接させて気管内の圧である呼吸圧及び嚥下圧を検出する圧検出手段と気管内の音である呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音を検出する音検出手段となる圧及び音の検出素子を、外部空気振動音は吸音減衰されるが気管内の圧及び音の伝達は可能である減衰伝達材で包囲して設け、
   前記センサーの外装の一方の面に前記気管内の圧及び音を採取可能な金属板を前記窪みに当接しやすいドーム型のラウンド形状とした当接面を形成し、該当接面から伝わる気管内の呼吸圧及び嚥下圧を検出素子に伝達し、
   前記センサーの外装内で前記当接面と反対側の外装から検出素子との間にエアー室を設け、前記当接面から伝わる気管内の呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音を検出素子に伝達するものであり、
   前記波形処理装置は、前記圧及び音の検出素子が検出した気管内の呼吸圧及び嚥下圧及び呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音の情報に基づき圧及び音の合成波形を取得するものであり、
   前記出力装置は、前記波形処理装置で取得した圧及び音の合成波形を表示する表示装置であることを特徴とする嚥下機能測定システム。
   
2. 上記出力装置として、スピーカー、イヤホン、ヘッドホン等の音声出力装置を有するものとしたことを特徴とする請求項１に記載の嚥下機能測定システム。
   
3. 上記センサーと波形処理装置と出力装置との間の接続を有線又は無線とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の嚥下機能測定システム。
   
4. 上記波形処理装置で取得した圧及び音の合成波形は、気管内の呼吸圧及び嚥下圧の圧波形と、呼吸音及び嚥下音及び喉頭残留音の音圧の合成波形であることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の嚥下機能測定システム。

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