JPH0998964A - 咳計測装置 - Google Patents

咳計測装置

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JPH0998964A
JPH0998964A JP25618395A JP25618395A JPH0998964A JP H0998964 A JPH0998964 A JP H0998964A JP 25618395 A JP25618395 A JP 25618395A JP 25618395 A JP25618395 A JP 25618395A JP H0998964 A JPH0998964 A JP H0998964A
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JP
Japan
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cough
signal
sensor
measuring device
filter
Prior art date
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Application number
JP25618395A
Other languages
English (en)
Inventor
Hironori Kawamoto
博則 川元
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CHIESUTO M I KK
Original Assignee
CHIESUTO M I KK
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Publication date
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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 咳を客観的に計測することが可能な咳計測装
置を提供する。 【解決手段】 咳をすると、甲状軟骨が動くので、この
甲状軟骨の動きを加速度センサ1により検出して電気信
号に変換することで、メインCPU30は、センサの出
力信号から咳に基づく信号を認識することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、咳を計測する咳計
測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より臨床上の咳の長時間計測・記録
は、“人”が咳をするのを聞いて記録するか、又はテー
プレコーダ等の音声的記録装置で記録した音声を“人”
が聞いて咳を判断・記録する方法が主であった。これは
大変な労作を伴うものである。
【0003】例として鎮咳薬の薬効評価を挙げるなら
ば、客観的方法による薬効の評価法がなく、鎮咳薬の評
価試験時には、睡眠時の計測や音声記録装置を用いての
計測等の患者である被験者意識を除く方法で、検者が咳
の回数、強さなどを計測するというのが現状である。
【0004】また、客観的方法がないため、患者個人の
主観的判断が診断の材料となっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、咳の客
観的な評価は、臨床上有益であるにも拘らず、有効的な
測定方式及び記録方式が存在せず、患者個人の主観的な
判断、又は人の労力により計測・記録されるところが大
きかった。
【0006】そこで、本発明は、上記に鑑みてなされた
もので、咳を客観的に計測することが可能な咳計測装置
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、咳に伴う甲状軟骨の動きを電気信号に変換
するセンサと、このセンサの出力信号から咳に基づく信
号を認識する認識手段とを有することを特徴とするもの
である。
【0008】咳発作は、最初は極短い深呼吸に始まり、
次いで声門(声帯)が閉じ呼気に移り、気管内圧が上昇
し、最後は声門(声帯)が瞬間的に開放し、高速な呼気
速度を伴った呼気に移行して終了する。この一連の動作
による甲状軟骨周辺は、呼気により僅かに内側に動作
し、気管内圧が急に高まることにより、外向きに動き、
声門(声帯)が瞬間的に開放されることにより、内側に
戻る動作をする。
【0009】従って、甲状軟骨の変位、変位の時間微分
又は変位の時間2回微分の信号をセンサにより得ること
で、認識手段は、センサの出力信号から咳に基づく信号
を認識することができる。
【0010】また、センサの出力信号から咳の周波数帯
域以外の周波数成分をフィルタにより除去してもよい。
センサの出力信号には、咳に基づく信号の他に、動作に
伴う信号や音声信号が含まれるが、動作に伴う信号は、
その大部分が周波数の低い成分であり、音声信号は、そ
の大部分が周波数の高い成分であり、咳に基づく信号
は、その大部分が動作に伴う信号の周波数成分と音声信
号の周波数成分との中間の周波数成分である。従って、
前記フィルタの周波数通過帯域を咳の周波数帯域に設定
することで、咳以外の信号の大部分を除去することがで
きる。
【0011】また、フィルタにより咳以外の信号の大部
分を除去した後、フィルタの出力信号のうち予め設定さ
れた正の閾値を越える信号及び予め設定された負の閾値
を下回る信号のパターンと予め登録された咳パターンと
の照合により咳に基づく信号を認識するようにしてもよ
い。例えば、咳パターンの代表的な例としては、正の閾
値を越える正の信号が得られた後、負の閾値を下回る負
の信号が得られ、その後正の閾値を越える正の信号が得
られる。また、この信号のパターンは、咳1回当たり2
00ms程度以内である。このような咳パターンとの照
合により咳に基づく信号を認識することができる。
【0012】また、フィルタにより咳以外の信号の大部
分を除した後、フィルタの出力信号について信号の時間
幅情報及び振幅情報より咳に基づく信号を認識するよう
にしてもよい。咳に基づく信号と咳以外の信号とは、時
間幅情報及び振幅情報が異なる分布を持っているため、
これらの情報を測定することで咳に基づく信号を認識す
ることができる。
【0013】また、頸窩部に加速度センサを取り付けて
咳に伴う甲状軟骨の動きを検出してもよい。この加速度
センサから甲状軟骨の変位の時間2回微分の信号が直接
得られるので、微分回路を省略することができる。
【0014】また、センサによる咳の計測を所定時間行
い、認識手段により認識された咳に基づく信号を記憶手
段に記憶した後、その記憶手段に記憶した咳に基づく信
号を解析して咳の回数,強さを求めてもよい。これによ
り、定量的な評価を行うことができる。
【0015】また、解析手段による解析結果を出力手段
に出力してもよい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を図面を
参照して詳細に説明する。
【0017】図1は発明の実施の一形態に係る咳計測装
置のブロック図である。
【0018】本咳計測装置は、咳に伴う甲状軟骨の動き
を電気信号に変換する加速度センサ1と、この加速度セ
ンサ1の検出信号をインタフェースボード2を介して入
力するパーソナルコンピュータ(パソコン)3とを有し
て構成されている。
【0019】加速度センサ1は、図2に示すように、被
験者Pの頸窩部Paに例えば両面テープ4により取り付
けられる。この加速度センサ1は、大きさが例えば5×
5×11.5mm3 、重さが約1gと小型軽量のものであ
り、全体をエポキシ系樹脂で覆ったものである。これに
より、被験者Pにセンサ1を取り付けた際の体に感じる
負担,異物感が少ないという優位な効果が得られる。
【0020】前記インタフェースボード2は、加速度セ
ンサ1の出力信号から咳の周波数帯域以外の周波数成分
を除去するバンドパスフィルタ20と、バンドパスフィ
ルタ20の出力信号のゲインを調整する変換回路21
と、変換回路21の出力信号をディジタル信号に変換す
るA/Dコンバータ22と、このインタフェースボード
2全体の制御を行うボードCPU23と、このボードC
PU23が動作するための制御プログラムが記憶される
ROM24と、A/Dコンバータ22によりディジタル
化された波型データを一時記憶するRAM25と、波形
データをパソコン3に送信するインタフェース26とを
具備している。
【0021】バンドパスフィルタ20は、5〜100H
zの周波数を通過させるものである。加速度センサ1の
出力信号には、咳に基づく信号の他に、動作に伴う信号
や音声信号が含まれるが、動作に伴う信号には、その大
部分が5Hz以下の周波数の低い成分であり、音声信号
には、その大部分が100Hz以上の周波数の高い成分
であり、咳に基づく信号は、その大部分が5〜100H
zの周波数成分である。従って、5〜100Hzの周波
数を通過させることで、咳以外の信号の大部分を除去す
ることができる。
【0022】前記パソコン3は、このパソコン3全体の
制御を行う認識手段,解析手段としてのメインCPU3
0を有し、このメインCPU30に、メインCPU30
が動作するための制御プログラム等の各種の情報を記憶
するメモリ31、ハードディスク32を駆動するディス
クドライブ33、解析結果等の情報を表示する出力手段
としてのディスプレイ34、解析結果等の情報を印字出
力する出力手段としてのプリンタ35を各々接続してい
る。
【0023】メインCPU30は、インタフェースボー
ド2から送られてきた波形データ(出力信号)をディス
プレイ34に表示するとともに、予め定められた正の閾
値を越えるデータ及び予め定められた負の閾値を下回る
データを時刻とともにハードディスク32に記録するよ
うになっている。
【0024】また、メインCPU30は、ハードディス
ク32に記録したデータを基に波形解析を行い、咳と判
断したデータについては、解析結果としての咳の回数及
び咳の強さを求め、これらから度数分布図を作成し、こ
の度数分布図をディスプレイ34に出力するものであ
る。なお、度数分布図をプリンタ35に出力してもよ
い。
【0025】ここで、メインCPU30による波形解析
を説明する。本装置ではセンサとして加速度センサ1を
用いているので、インタフェースボード2からは、図3
に示すように、甲状軟骨の変位の時間2回微分が得られ
る。なお、この変位の時間2回微分は、甲状軟骨の変位
の時間微分を更に微分したものと等価である。ここでの
波形解析は、正の閾値を越えたデータ及び負の閾値を下
回るデータのパターンと予め登録された咳パターンとの
照合により咳か否かを判断し、咳に基づく信号を認識す
る。例えば、咳パターンの代表的な例としては、正の閾
値を越える正の信号が得られた後、負の閾値を下回る負
の信号が得られ、その後正の閾値を越える正の信号が得
られる。また、この信号のパターンは、咳1回当たり2
00ms程度以内である。このような咳パターンとの照
合により咳か否かを判断し、咳に基づく信号を認識する
ことができる。
【0026】次に、本装置の動作を説明する。
【0027】まず、加速度センサ1を被験者Pの頸窩部
Paに例えば両面テープ4により取り付けた後、本装置
を起動して咳の長時間計測・記録を開始する。
【0028】被験者Pが咳をすると、その咳に伴う甲状
軟骨の動きが加速度センサ1によって検出され、電気信
号に変換されてインタフェースボード2に入力される。
咳発作は、最初は極短い深呼吸に始まり、次いで声門
(声帯)が閉じ呼気に移り、気管内圧が上昇し、最後は
声門(声帯)が瞬間的に開放し、高速な呼気速度を伴っ
た呼気に移行して終了する。この一連の動作による甲状
軟骨周辺の変位は、呼気により僅かに内側に動作し、気
管内圧が急に高まることにより、外向きに動き、声門
(声帯)が瞬間的に開放されることにより、内側に戻る
動作をする。このため、加速度センサ1からは甲状軟骨
の変位の時間2回微分の信号が得られる。
【0029】インタフェースボード2では、加速度セン
サ1からの入力信号は、ボードCPU23の制御の下
に、咳の周波数帯域以外の周波数成分がバンドパスフィ
ルタ20により除去された後、変換回路21によってゲ
インが調整され、インタフェース26を介してパソコン
3に入力される。
【0030】パソコン3のメインCPU30は、インタ
フェースボード2から送られてきた波形データをディス
プレイ34に表示するとともに、予め設定された正の閾
値を越えたデータ及び予め設定された負の閾値を下回っ
たデータについてはディスクドライブ33によりハード
ディスク32に記録する。
【0031】ハードディスク32に一定時間波形データ
を記録すると、メインCPU30は、ハードディスク3
2に記録した波形データを基に波形解析を行って咳か否
かを判断し、咳と判断したデータについては、咳の回数
及び咳の強さを求め、これらから度数分布図を作成し、
この度数分布図をディスプレイ34に出力する。
【0032】このような咳計測装置によれば、加速度セ
ンサ1の出力信号から咳の周波数帯域以外の周波数成分
をバンドパスフィルタ20により除去しているので、動
作に伴う信号や音声信号等の咳以外の信号の大部分を除
去することができ、咳の認識精度が向上する。
【0033】また、バンドパスフィルタ20により咳以
外の信号の大部分を除去した後、フィルタ20の出力信
号のうち予め設定された正の閾値を越える信号及び予め
設定された負の閾値を下回る信号のパターンと予め登録
された咳パターンとの照合により咳に基づく信号を認識
しているので、咳の認識精度がより向上する。
【0034】また、ハードディスク32に波形データを
収集した後、波形データを解析して咳の回数,強さを求
めているので、定量的な評価を行うことができ、同一被
験者(患者)の前のデータとの比較をすることが可能と
なる。これは、鎮咳薬の薬効評価を行うのに有用である
のと、被験者の経過を見るのに有効である。
【0035】また、頸窩部Paに加速度センサ1を取り
付けて咳に伴う甲状軟骨の動きを検出しているので、こ
の加速度センサ1から甲状軟骨の変位の時間2回微分が
直接得られるので、微分回路を省略することができる。
【0036】なお、本発明の実施の形態では、咳に伴う
甲状軟骨の動きを検出するセンサとして加速度センサを
用いたが、例えばレーザ光の反射光を利用した光学式や
機械式変位計を用いてもよい。
【0037】また、本発明の実施の形態では、メインC
PU30が咳パターンとの照合により咳に基づく信号を
認識したが、図4に示すように、フィルタの出力信号に
ついて信号の時間幅情報として例えば時間幅T及び振幅
情報として例えば振幅の絶対値の最大値Aより咳に基づ
く信号と咳以外の信号とを認識してもよい。咳に基づく
信号と咳以外の信号とは、図5に示すように、時間幅T
と振幅の絶対値の最大値Aが異なる分布を持っているた
め、時間幅Tと最大値Aを測定することで咳に基づく信
号を咳パターンとの照合による認識方法よりもより簡便
に認識することができる。
【0038】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、咳に伴う
甲状軟骨の動きを電気信号に変換し、その電気信号から
咳に基づく信号を認識しているので、咳を客観的に計測
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係る咳計測装置のブロ
ック図
【図2】加速度センサの取付け位置を説明するための図
【図3】加速度センサの出力信号の波形を示す図
【図4】咳に基づく信号を認識する他の方法を説明する
ためのフィルタの出力信号を示す図
【図5】咳に基づく信号を認識する他の方法を説明する
ための分布図
【符号の説明】
1 加速度センサ 3 パソコン 20 バンドパスフィルタ 30 メインCPU 32 ハードディスク 34 ディスプレイ 35 プリンタ Pa 頸窩部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 咳に伴う甲状軟骨の動きを電気信号に変
    換するセンサと、 このセンサの出力信号から咳に基づく信号を認識する認
    識手段と、 を有することを特徴とする咳計測装置。
  2. 【請求項2】 咳に伴う甲状軟骨の動きを電気信号に変
    換するセンサと、 このセンサの出力信号から咳の周波数帯域以外の周波数
    成分を除去するフィルタと、 このフィルタの出力信号から咳に基づく信号を認識する
    認識手段と、 を有することを特徴とする咳計測装置。
  3. 【請求項3】 咳に伴う甲状軟骨の動きを電気信号に変
    換するセンサと、 このセンサの出力信号から咳の周波数帯域以外の周波数
    成分を除去するフィルタと、 このフィルタの出力信号のうち予め定められた正の閾値
    を越える信号及び予め定められた負の閾値を下回る信号
    のパターンと予め登録された咳パターンとの照合により
    咳に基づく信号を認識する認識手段と、 を有することを特徴とする咳計測装置。
  4. 【請求項4】 咳に伴う甲状軟骨の動きを電気信号に変
    換するセンサと、 このセンサの出力信号から咳の周波数帯域以外の周波数
    成分を除去するフィルタと、 このフィルタの出力信号について信号の時間幅情報及び
    信号の振幅情報を測定し、この測定した時間幅情報及び
    振幅情報より咳に基づく信号を認識する認識手段と、 を有することを特徴とする咳計測装置。
  5. 【請求項5】 前記センサは、頸窩部に取り付けられた
    加速度センサであることを特徴とする請求項1,2,3
    又は4記載の咳計測装置。
  6. 【請求項6】 前記センサによる咳の計測を所定時間行
    い、前記認識手段により認識された咳に基づく信号を記
    憶する記憶手段と、 この記憶手段に記憶された咳に基づく信号を解析し、そ
    の解析結果として前記所定時間における咳の回数及び咳
    の強さを求める解析手段とを有することを特徴とする請
    求項1,2,3,4又は5記載の咳計測装置。
  7. 【請求項7】 前記解析手段による解析結果を出力する
    出力手段を有することを特徴とする請求項6記載の咳計
    測装置。
JP25618395A 1995-10-03 1995-10-03 咳計測装置 Pending JPH0998964A (ja)

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