WO1999012501A1

WO1999012501A1 - Larynx artificiel electrique

Info

Publication number: WO1999012501A1
Application number: PCT/JP1998/004001
Authority: WO
Inventors: Tohru Ifukube; Akira Koikeda; Yasunori Sugai; Shinichi Takabatake; Yoshinori Yamaguchi
Original assignee: Densei Inc.
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 1999-03-18
Also published as: EP1013247A4; JP3498705B2; US6735315B1; DE69832394T2; EP1013247A1; DE69832394D1; EP1013247B1

Description

明細電気式人工喉頭技術分野

本発明は、喉頭癌などの理由による喉頭摘出手術によって、声を出すことができなくなった喉頭摘出者が、再び声を出すために使用する装置である、電気式人工喉頭に関する。背景技術

喉頭を摘出した場合、声を出すための声帯音源が失われる。このため声を出すことができなくなる。しかし、声帯音源が失われても、舌や唇などの調音器官は残存しており、何らかの方法で声帯音源の代わりとなる音源を生成することができれば、不完全ながらも発声が可能となる。このような原理に基づいた代用発声法には、食道発声法、手術的音声言語保存法、電気式人工喉頭等が存在する。食道発声法は、いわゆるゲップ的な空気流を放出することにより音を出し、この音が、舌および唇等により変化を加えられ、声になるものである。この食道発声法は余分な機器が不要で、一旦この技法を修得すると、どこでも自由に発声できることとなる。しかし、食道発声法は、修得までに時間がかかること、病弱者や高齢者にとって修得が困難なこと、その発声音を大きくできないことが欠点となっている。

また、手術的音声言語保存法の例としては、特開平 6 - 1 3 3 9 9 3 に示される音声人工器官が挙げられる。音声人工器官は、体内に埋め込まれるため、食道発声法と同様に、余分な機器を持ち運ぶ煩わしさが無く、どこでも自由に発声できる長所を有している。しかし、音声人工器官は、気管部分に余分な手術が必要であり、しかも付着物や菌類の発生により 8週間前後で交換および洗浄する必要が生ずる。

電気式人工喉頭は、声帯音源の代わりとなる代用音源を機械的もしくは、電子機械的に生成し、この代用音源を口腔内に導くことによって、喉頭摘出者が発声を行うことを可能とする装置である。この電気式人工喉頭は、患者が発声したいとき、人体の頸部に押し当てると共に指でスイッチを操作して使用する。このため、常時、この装置を持ち運ぶ手間があると共に発声の度に頸部に押し当ててスィツチを操作する作業が必要となる煩わしさが存在している。

しかし、この電気式人工喉頭は、食道発声法のように長時間の訓練は必要なく、病弱者や高齢者にとっても簡単に使用できるものとなっている。また、音声人工器官のように、特別な手術や定期的な交換や洗浄が不要で、極めて扱い易いものとなっている。このような利点が存在するため、代用発声法として欠かせない物となっている。

ところで、従来の電気式人工喉頭は、代用音源の断続を行うスィッチを備えており、喉頭摘出者は、このスィッチを指で操作しながら代用音源の断続のみを行って発声を行っていた。一方、健常者が発声を行う場合には、発声の内容にあわせて声帯音源の基本周波数や音量を変化させ、これによつてアクセントやイントネーションを表現したり、声の大きさを変化させていることは周知の事実である。これに対して、従来の電気式人工喉頭が生成する代用音源は、基本周波数と音量が一定の代用音源であるため、アクセントやイントネ一ションを表現したり、声の大きさを変化させたりすることができず、その結果として、不自然な声でしか発声を行うことができないという重大な問題があった。

この問題が喉頭摘出者の日常生活に与える影響は極めて大きく、声が不自然であるがために、言いたいことを理解してもらえない、細かい感情が表現できない、電話での話が伝わりにくい、人と話すのが恥ずかしい、いらいらする、驚かれるなど、数多くの精神的苦痛が訴えられていた。

また、歌を歌う場合にも、声帯音源の基本周波数や音量の変化が必要であることは言うまでもない。しかし、上述のように、従来の電気式人ェ喉頭は、基本周波数と音量が一定の代用音源しか生成できないため、歌を歌うことは不可能であった。

これらの問題点を解決するため、本出願人等は先に特開平 7 — 4 3 3 ゃ特開平 8 — 2 6 5 8 9 1 に示される電気式人工喉頭を共同にて開発した。特開平 7 — 4 3 3の明細書に示される電気式人工喉頭は、生体情報検出手段によって検出した呼吸等の情報に応じて、音響変換器から出力する代用音源の基本周波数や音量を制御することにより、発声中にァクセントやイントネーションを表現したり、声の大きさを変化させたりすることができるものとなっている。このため、より自然な声で発声を行うことが可能となつている。

また、基本周波数や音量を制御するための情報を、情報記録媒体に予め記録しておき、この情報記録媒体から読み出した情報に応じて音響変換器から出力する代用音源の基本周波数や音量を制御できるようになつている。このため、特に、使用頻度の高い単語や文章などの発声を行う場合や、歌を歌う場合などのように、基本周波数や音量を制御するための情報があらかじめ決まっている場合には効果が大きいものとなっている。

さらに、特開平 8 — 2 6 5 8 9 1の明細書に示される電気式人工喉頭は、音響変換器から発声する音を断続するためのスィッチと、その基本周波数、音量を可変する機構とがー体となっている。このため、操作性が大幅に向上し、アクセントやイントネーションをつけやすく、より自然な声を実現でき、また小型で安価にすることが可能となっている。また、音響変換器として、圧電式発音体または、電子式発音体を利用しているので、小型で、安価にすることが可能であり、応答も早く、周波数帯域も広いので、より自然な声を実現できるものとなっている。

このように、本出願人等が開発した電気式人工喉頭は、従来の問題点を解決するもので大幅に音質が向上し、人間の発声に近づくものとなつていると共に利便性が向上したものとなつている。

しかしながら、これらの明細書に記載される電気式人工喉頭は、従来の欠点の 1つである操作性の問題を依然として保有している。すなわち、従来のすべての電気式人工喉頭は、片手で本体を持ちながら、自分の頸部に音源発生部を押し当て、音源の断続を行うスィツチを操作することにより、発声を行っている。なお、本体には、音源発生部の他に、音源発生部を制御する制御回路や音源発生部へ電力を供給する電源部が組み込まれており、全体重量が 1 0 O gを超え、長さも 1 0 c mを超えるものとなつている。

このような電気式人工喉頭では、発声の度に本体を頸部までもつてくる必要があり、操作者（喉頭摘出者）にとつて操作の煩わしさが存在している。また、電気式人工喉頭の本体を片手で持ち操作を行うため、発声をしながら使用できるのは、片手だけとなっている。したがって、電話をしながらメモがとれないとか、両手を必要とする作業を行う時に発声することができず、結果的に良好なコミニュケ一シヨンがとれず、それが喉頭摘出者の社会復帰の足かせにもなり、重大な問題となつている。本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、発声の度に音源発生部を頸部にもってくる煩わしさをなくし、操作性を向上させた電気式人工喉頭を提供することを目的とする。また、他の発明は発声時の際も両手が自由に使えることを可能にする電気式人工喉頭を提供することを目的としている。さらに、他の発明は、音源発生部を小型化させ、音源発生部のみを頸部近傍に取り付けたとき、操作者にとつて違和感がないようにできる電気式人工喉頭を提供することを目的とする。発明の開示

本発明の電気式人工喉頭は、人体に直接または間接的に取り付けられる介在手段に保持されると共に頸部近傍に常時配置可能とされる音源発生部と、その音源発生部と分離されると共に音源発生部を動作させる携帯可能な制御部とを備えている。このため、音源発生部のみを頸部近傍に配置し、制御部を衣服等に収納させることができる。この結果、音源発生部を発声の度に手などを使って頸部までもってくる必要がなくなり操作性が大幅に向上する。しかも、制御部を工夫することによって、発声時の際も、両手が自由に使えるようになる。なお、介在手段とは、首に巻くバンド、声帯部分を覆うアクセサリー、腕や肩等に取り付けられた器具から頸部方向に突き出た部材等が採用される。

さらに、本発明は、上述の改良された電気式人工喉頭の制御部を、生体情報を検出するセンサまたは信号を供給するためのスィツチからなる制御信号発生部と、その制御信号発生部からの信号によつて音源発生部の駆動制御を行うと共に音源発生部への電力供給を行う電源部を有する制御ュニットとから構成している。このため、制御部のセンサ等によつて音源発生部を容易に制御でき、制御ュニット内の電源部によって音源発生部へ電力を供給することができる。なお、生体情報を検出するセンサとしては、操作者の呼気を検出する呼気センサ、操作者の口部付近の筋電位を検出する筋電位センサ、あごの動きを耳の穴の動きとしてとらえ、耳の穴の動きを検出するセンサ、口の動きや話そうとする意志を脳波の変化としてとらえる脳波センサ等が採用される。

さらに、他の発明は、上述の改良された電気式人工喉頭の介在手段を、首に巻くバンドとし、制御信号発生部をこのバンドに取り付けた生体情報を検出するための呼気センサとしている。このように、バンドに音源発生部を取り付ければ、頸部に接触可能とできると共に、バンドが首から外れない限り、常時、頸部に音源発生部を配置させることができる。しかも、呼気センサもパ'ンドに取り付けられるので、センサ取り付け用に他の機器を用意する必要が無くなり、小型でかつ扱い易いものとなる。さらに、呼気センサがバンドに取り付けられるので、両手は全く自由となり、発声の際も両手に他の作業を行わせることができる。

また、他の発明は、上述の改良された電気式人工喉頭の制御信号発生部を、指サックに固定された圧力スィッチと、この圧力スィッチで動作する圧力センサとで構成している。このように、指サックに固定される圧力スィツチで圧力センサを動作させているので、指先のわずかな圧力の変化で音源発生部を制御できる。このため、指サックをはめた手で他の作業、たとえば本を持ったり、持ちながら読んだりする作業を継続しながら音源発生部を制御できる。

また、他の発明の電気式人工喉頭は、振動板に、ボイスコイルモータのコィルと一体的に動作する軸を対向させ、この軸が振動板に間欠的に突き当たって音源を発生させる音源発生部と、この音源発生部を制御する制御部とを備え、ボイスコイルモータのヨークに両端または外周端が固定される弾性部材によって軸またはコィルを支持すると共に少なくともコイルとコィルの保持体をヨーク内に収納させている。この発明では、ボイスコィルモータの使用によつて軽量化が図れ、軸またはコイルを支持するゴムがヨークに固定され、ヨークには少なくともコイルおよびコィルの保持体が収納されるので、厚さが大きくならず扁平化が可能となる。この結果、この音源発生部を頸部近傍に常時取り付けても操作者にとって違和感が無いものとなる。なお、弾性部材としては、ゴム、板バネ、弾性を有する樹脂等が採用される。

さらに、他の発明の電気式人工喉頭は、振動板に、ボイスコイルモー夕のコイルと一体的に動作する軸を対向させ、この軸が振動板に間欠的に突き当たつて音源を発生させる音源発生部と、この音源発生部を制御する制御部とを備え、音源発生部を頸部に接触可能に取り付け、制御部を音源発生部から分離させ人体を覆う被服部材の一部に収納可能としている。このため、軽量化された音源発生部のみを頸部に常時取り付け可能となる。この結果、発声の度に音源発生部を頸部にもってくる煩わしさが無くなり、操作性が向上する。また、重くなる制御部を被服の一部に収納できるので、外観上は、小型の音源発生部のみが目に付くだけとなり、第三者に取っての違和感も大きく減少する。なお、被服部材としては、背広、ズボン、コート、ブラウス、スラックス等のいわゆる服の他に、腰につけるポーチ、肩にかけるポシヱット、頭につける帽子等を採用することができる。

また、他の発明の電気式人工喉頭は、振動板に、ボイスコイルモータのコイルと一体的に動作する軸を対向させ、この軸が振動板に間欠的に突き当たつて音源を発生させる音源発生部と、この音源発生部を制御する制御部とを備え、音源発生部を制御部から分離させ、音源発生部の厚さを 5〜 1 5 m mとしている。このため、軽量かつ小型化が可能となり、音源発生部を頸部に常時取り付けできることとなる。この結果、発声の度に音源発生部を頸部にもってくる煩わしさが無くなり、操作性が向上する。また、厚さが 5〜 1 5 m mとなっているので、頸部近傍に取り付けても出っ張らず、操作者および第三者にとって違和感が無くなる。

さらに、他の発明では、ボイスコイルモータを駆動させる電源を制御部に保有させているので、制御のための電源と音源発生部のための電源との共用が可能となる。

また、他の発明では、音源発生部を人体または人体を覆う被服部材に固定される介在手段に取り付け、音源発生部から音が出る時またはその直前に、その介在手段を基準として所定方向にその音源発生部を移動可能にしている。このため、音源発生部が介在手段に取り付けられた状態では、頸部に当接せず、発声時のみ頸部に押し当てることができる。この結果、操作者は発声しないときは、頸部部分に押し当て感を感じず、気分的にさわやかなものとなる。

さらに、他の発明では、制御部による音源発生部の制御を無線によつて行うと共に、音源発生部への電力供給を制御部以外に配置される電源によって行っている。このように、音源発生部が無線によって制御されるため、音源発生部と制御部とをつなぐ制御用のリ一ド線が不要となり制御部の配置の自由度を増すことができる。たとえば、音源発生部の電源部は、腰につけたポーチ内に収納し、制御部は、腕時計形式のものとしたり、シャープペン形状のものとしたり、呼気センサの周辺に配置したりすることができる。

また、他の発明の電気式人工喉頭では、操作者の喉頭摘出前の声デ一夕に基づく音源データを利用して音源発生部から音を出力させる制御部を有している。出力される音は、手術前の本人の声データが元になつた音であるため、限りなく、手術前の声に近い発声が可能となる。

さらに、他の発明の電気式人工喉頭では、操作者の喉頭摘出前の声デ一夕に基づく音源データを保有する制御部と、この制御部によって動作し、その音源データを利用して音を出力する音源発生部とを備えている。制御部に、手術前の本人の声データが保有されることとなり、手術前の声に近い発声が可能となる。また、他の発明では、声帯音源の代わりとなる音源発生部と、その音源発生部を動作させる制御部とを備えた電気式人工喉頭において、歌を歌うための音源データが入れられた記憶手段を、制御部に接離可能に設けている。このため、多数の記憶手段にいろいろな歌を記憶させることによって、理論上無限の曲を歌うことが可能となる。図面の簡単な説明

第 1 図は、本発明の好ましい電気式人工喉頭の第 1の実施の形態の全体構成と指先部分の拡大状態を示す図である。第 2図は、第 1図の電気式人工喉頭の音源発生部の取り付け状態を示す図である。第 3図は、第 2図の上方から下方を見たときの音源発生部とソレノィド機構との関係を示す部分断面図である。第 4図は、第 1 図の電気式人工喉頭に使用されている音源発生部の断面図とその一部拡大図である。第 5図は、第 4 図の矢示 A方向から見た平面図である。第 6図は、第 1 図の電気式人工喉頭の回路構成を示すブロック図である。第 7図は、第 1図の電気式人ェ喉頭に付加されている歌を歌える機能のために使用されるメモリカード（記憶手段）の内部アドレスを説明するための図である。第 8図は、第 1図の電気式人工喉頭の歌を歌える機能にさらにトーンコントロール機能を付加する場合の処理方法を説明するための図である。

第 9図は、本発明の好ましい電気式人工喉頭の第 1の実施の形態の変更実施例の全体構成を示す図である。第 1 0図は、第 1の実施の形態のさらなる変更実施例を示す図である。第 1 1図は、第 1 0図における電気式人工喉頭に使用される呼気センサを示す図である。

第 1 2図は、本発明の好ましい電気式人工喉頭の第 2の実施の形態の要部構成を示す図である。第 1 3図は、第 1 2図の矢示 B方向から見た側面図である。第 1 4図は、第 1 2図の電気式人工喉頭の回路構成を示すブロック図である。発明を実施するための最良の形態

添付の図面に基づいて、本発明をより詳細に説明する。なお、まず最初に本発明の好ましい第 1の実施の形態とその変更例を第 1 図から第 1 1図によって説明する。

第 1図は、好ましい電気式人工喉頭 1の全体構成を示している。この電気式人工喉頭 1は、人体 1 0の首部分に取り付けられる介在手段となるバンド 2に保持され、人体 1 0の頸部 1 0 a近傍に常時配置可能とされ代用音源となる音源発生部 3 と、この音源発生部 3から分離されると共に、音源発生部 3を動作させる携帯可能な制御部 4 とで構成される。制御部 4は、小指 1 0 bに設けられる指サック 1 1 に固定された圧力スィッチ 1 2およびこの圧カスイッチ 1 2で動作する圧力センサ 1 3で構成される制御信号発生部 1 4 と、この制御信号発生部からの信号によつて音源発生部 3の駆動制御を行うと共に音源発生部 3への電力供給を行う電源部 1 5を有する制御ュニット 1 6 とから構成される。

圧力スィッチ 1 2は、その内部に空気が入っており、その体積が小さくなると、内部の空気が伝達チューブ 2 1を通って圧力センサ 1 3を動作させる。制御ュニット 1 6 と圧力センサ 1 3 との間には、圧力センサ 1 3からの信号を制御ュニッ卜 1 6へ伝えるためと、電源部 1 5の電力を圧力センサ 1 3へ供給するための連結ケーブル 2 2が設けられている, さらに、制御ュニット 1 6 と音源発生部 3 との間には、制御ュニット 1 6で制御された電力を音源発生部 3へ供給すると共に、後述する押し当て機構を動作させるための電力を供給するための電力供給ケーブル 2 3 が設けられる。

第 2図および第 3図に示すように、バンド 2は、伸縮自在でかつ所定の伸び強度を有し、頸部 1 0 aを含め首全体に巻かれるものとなっている。音源発生部 3は、押し当て機構となるソレノィド機構 2 4によって、発声時に頸部 1 0 aに強く押し当てられる。

第 3図に示すように、音源発生部 3 とソレノィド機構 2 4は、バンド 2で覆われ、ソレノイド機構 2 4を取り付けるため取り付け部 2 5が外側に露出している。ソレノィド機構 2 4は、通常はコイル 2 6に電流が流れてオンとなっている。このため、非発声時には、音源発生部 3に固定された鉄製の可動鉄片 2 7をバネ 2 8の伸び力に杭して第 3図の矢示 V方向に引っ張つており、音源発生部 3は、第 3図の矢示 V方向に引つ込んだ状態となっている。そして、発声時または発声直前に圧力センサ 1 3からの信号により、ソレノィド機構 2 4がオフされると、バネ 2 8 が矢示 W方向に伸び、頸部 1 0 a側に音源発生部 3が強く押される。

このソレノィド機構 2 4は、オフで音源発生部 3が頸部 1 0 aの方向に移動するものとなっているが、オンによって頸部 1 0 a側に移動する構成としても良い。なお、ソレノィド機構 2 4によって、頸部 1 0 aに強く押し当てなくても、パ'ンド 2によって十分に押し当て力が生じている場合には、ソレノィド機構 2 4を省略した構造のものとしても良い。音源発生部 3は、原理的にボイスコイルモータで、その構造は第 4図および第 5図に示すとおりとなっている。すなわち、円柱形の両端が N Sにそれぞれ着磁されたマグネット 3 1 と、マグネット 3 1 を囲む円筒形状のコイル保持体 3 2 と、コイル保持体 3 2に外周に巻回されるコィノレ 3 3 と、コイル 3 3を囲むヨーク 3 4 とからモータ部が構成されている。

コィル保持体 3 2 とコイル 3 3は、ヨーク 3 4内に完全に収納されている。コイル保持体 3 2の中央には軸 3 5が設けられ、ヨーク 3 4の開口側端部に接着固定された円形のゴム 3 6に軸 3 5が固定されている。この固定は、第 4図の拡大部分に示すように、軸 3 5に円周に渡る切り欠き 3 5 aを設け、この切り欠き 3 5 aにゴム 3 6を入れ込み、その後、接着剤 3 7を、切り欠き 3 5 aの周辺に付着させることにより行う。なお、この接着剤 3 7を設けないようにしても良い。

軸 3 5 と対向するようにウレタン樹脂系で形成された振動板 3 8を配置する。振動板 3 8の外周には、ドーナッツ形の発泡系のゴム材 3 9が取り付けられ、外枠 4 0に固定されている。ゴム材 3 9は、振動板 3 8 に設けられた円形段部 3 8 aに嵌合し、その外周が外枠 4 0 と、はさみ込み部材 4 1 にはさまれて固定されている。はさみ込み部材 4 1の外周には、雄ねじ（図示省略）が形成され、一方、外枠 4 0の対向する部分に雌ねじ（図示省略）が形成され、はさみ込み部材 4 1を回転させながら進行させることによつてゴム材 3 9をはさみ込むようになつている。なお、振動板 3 8の材質としては、ポリ力一ボネィト等他の樹脂材ゃ金属材としても良い。また、振動板 3 8から出る音質を柔らかくするために軸 3 5が突き当たる振動板 3 8の一面にシリコンゴムの 0 . 2 〜 0 . 4 m m程度の薄いフィルム（図示省略）を設けても良い。この薄いシリコンゴムのフイノレムは、 0 . 3 m mの厚さとするのが最も好ましい。音源発生部 3の動作原理としては、マグネット 3 1 とヨーク 3 4の間 (ギャップ）に磁界が発生しているため、コイル 3 3に電気を流すとフレミングの法則により、軸 3 5が第 4図で上に持ち上がる。そのため、軸 3 5が振動板 3 8を叩き、音となる。電気を流すのをやめると、ゴム 3 6によって、軸 2 4は第 4図で下に下がることになる。この構成の場合、ゴム 3 6がヨーク 3 4 に直接固定され、コイル保持体 3 2やコイル 3 3がヨーク 3 4に完全に収納される構成となっているため、扁平化が可能となる。

この音源発生部 3は、その厚さ Hが 1 0 m mで、直径 Rが 2 O m mとなっているが、操作者の違和感や第三者から見た目を考慮すると、厚さ

Hは、 5 ~ 1 5 m mが好ましい。一方、直径 Rは、同様な観点および頸部 1 0 aに該当する場所の大きさならびにボイルコィルモータの動作力を考慮すると、 1 0〜 2 5 m mが好ましい。

この電気式人工喉頭 1 の回路構成を第 6図に示す。制御信号発生部 1 4には、圧力スィッチ 1 2、圧力センサ 1 3の他に、信号増幅部 5 1 と、圧力センサ 1 3がオンとなる点を決めるしきい値調整部 5 2 とが設けられている。制御ュニット 1 6には、電源部 1 5の他に、 C P U ( Centra 1 Processing Uni t ) 5 3 と、記憶手段となるメモリカード 5 4を受け入れ、その情報を C P U 5 3 に伝達する記憶装置部 5 5 と、音源発生部 3への供給電力を増幅する電力増幅部 5 6 とが設けられている。また、制御ュニット 1 6には、音量をアナログ的に切り替える音量調整部 5 7 と、制御ュニッ卜 1 6のオフ、オンおよび後述する呼気センサを使用するときの切替を行う基本動作切替部 5 8 と、後述する一定音（一定周波数音）動作、可変周波数音動作および歌機能を切り替えるモード切替操作部 5 9 と、メモリカード 5 4内に記録された歌を選曲する選曲操作部 6 0 と、歌の音程を操作者の好みの音程に上下させるトーンコント口一ル部 6 1 とが設置されている。

メモリカード 5 4の内部のメモリアドレスを第 7図に示す。メモリ力 — ド 5 4には複数の曲が記録されているが、 1 曲目は、行番地 A 0 0に入ると共に、列番地 B 0 0 , B 0 1 , B 0 2 , …の順に、曲の開始から 1音ずつの周波数データ D 0 0 , D 0 1 , D 0 2 , …が入っている。同様に、 2曲目は、行番地 A 0 1 に入り、曲の開始から 1音ずつの周波数データ D 1 0， D 1 1 , D 1 2 , D 1 3 , D 1 4 , …が入っている。さらに、同様に、 3曲目、 4曲目、 5曲目のデータが入っている。この実施の形態では、 5曲分が入っているが、メモリ容量を大きくしたり小さくすることにより、他の曲数とすることができる。具体的には、圧カスイッチ 1 2を操作することにより、 1つずつメモリアドレスが更新され、初めは D O 0の音、次に D O 1の音というように切り替わる。この動作を行わせる場合、圧力スィッチ 1 2ではなく、単なるスィッチでも同様な動作が可能となる。

歌機能を実行するときは、歌のメロディを記録しているメモリカード 5 4を制御ユニット 1 6に挿入し、モード切替操作部 5 9を歌機能に切り替え、選曲操作部 6 0によって歌いたい歌を選曲する。その後、指についている圧力スィッチ 1 2を操作することにより、 1音づっ歌のメ口ディにあった周波数を音源発生部 3に伝え、音にする。たとえば、「さいた、さいた、チューリツプの花が」と歌う場合、「さ」の部分で、指についている圧力スィッチ 1 2を押すことにより、制御ュニット 1 6が「さ」の音程に対応する周波数デ一タ D 0 0の音を音源発生部 3に伝える。次に、再度圧力スィツチ 1 2を押すことにより、次の周波数データ D 0 1である「い」の音程に切り替わる。このようにして、順番に曲に沿った音程を出す。出力される音程の音に合わせ、口の形を変化させれば、歌になるのである。 1つのメモリカード 5 4には、複数曲の音程を記録しているが、メモリカード 5 4を違うものに入れ替えることができる構成としているので、色々な種類の歌を歌うことが可能になる。

メモリカード 5 4に、歌ではなく、喉頭摘出前の本人の声データを元にした音源データを記憶させることもできる。本人の声データによる音源データが記憶されたメモリカード 5 4 (以下操作者専用のメモリ力一ド 5 4 という）を使用できるようにする場合、制御ュニット 1 6の構成を若干変更する必要がある。変更する場合の構造としては種々考えられるが、少なくとも次の 3つの変更が実現可能である。第 1 は、記憶装置部 5 5を 2つ設け、 1つを歌用のメモリカード 5 4に対応するものとし、他の 1つを操作者専用のメモリカード 5 4に対応させるものである。第 2は、記憶装置部 5 5は、現状どおり 1つとし、制御ュニット 1 6内に操作者専用メモリカード 5 4のデータを保存する記憶部を設けるものである。操作者専用のメモリカード 5 4が記憶装置部 5 5に挿入されたとき、自動的にまたは所定のスィッチ部によって本人の音源データを制御ユニット 1 6内の記憶部にィンストールさせる。第 3は、現状の歌機能を無くし、代わりに操作者専用のメモリカード 5 4のための記憶装置部 5 5 とするものである。

いずれの場合も、圧力スィッチ 1 2または操作スィツチなどで、音を出す時に、操作者専用のメモリカード 5 4に記憶されていたり、制御ュニット 1 6内の記憶部にィンストールされた本人の音源データを読み出して音とする。読み出された音は、手術前の本人の声データが元になつた音であるため、限りなく、手術前の声に近い発声が可能となる。

また、本人の声データによる音源デ一夕をメモリカード 5 4に記憶させるのではなく、コンピュータのハードディスク等に保存させ、通信手段を介して制御ュニット 1 6内に設置する記憶部にィンストールするようにしても良い。さらには、本人の声データによる音源データを E E P R O Mに入れ込み、チップ化し、制御ュニット 1 6内に組み込むようにする等、音源データを種々のものに保存し、利用できるようにすることができる。

なお、本人の声データに基づく音源データを保有させるこの発明および記憶手段（メモリカード 5 4 ) を制御部 4に接離可能にする発明は、従来のような音源発生部と制御部とが一体になつた構造のものにも適用できる。

制御ユニット 1 6に設置されているトーンコントロール機能は、トーンコントロール部 6 1を操作することにより行う。これは第 8図に示すように、メモリカード 5 4から読み出した音程の元データ 6 5に音程調整データ 6 6を加えることにより、出力データ 6 7を所望の周波数デ一タとするものである。これは、たとえば、元の音程に対して、半音上げるとか下げることが可能となり、自分の発声だけでは音程をコントロールできない操作者にとっては非常に好ましいものとなる。

なお、メモリカード 5 4 としては、フラッシュメモリが好ましいが、通常の E E P R O Mや他のカード型の記憶手段としても良い。また、記憶手段および記憶装置部としては、メモリカード 5 4 と記憶装置部 5 5 以外に、光磁気ディスクと光磁気記録装置、光ディスクと光記録装置等他の記憶手段および記憶装置部としても良い。

モード切替操作部 5 9で切り替えられる一定音動作は、指 1 0 bについている圧力スィッチ 1 2に圧力を加え、ある圧力以上になったら、制御ユニット 1 6が音源発生部 3に一定周波数の信号を送り、一定音とするものである。この場合、圧力スィッチ 1 2ではなく、単なるスィッチでも同様な動作が可能となる。

また、モード切替操作部 5 9で切り替えられる可変周波数音動作は、指 1 0 bに付いている圧力スィツチ 1 2に圧力を加え、ある圧力以上になったら、制御ュニット 1 6が音源発生部 3に加えられた圧力に相当する周波数の信号を送り、音とし、さらに圧力が加わると、その圧力に相当する周波数を変化させて、音源発生部 3に信号を送るものである。つまり、圧力が小さい場合は、低い周波数、圧力が高い場合は、高い周波数というように、制御ユニット 1 6にて圧力—周波数変換し、音源発生部 3で発生する音の周波数に変化をつけるものとなっている。

この電気式人工喉頭 1の動作の概要は、次のとおりである。

事前に、操作者は、まず基本動作切替部 5 8によって、制御ュニット 1 6をオンとする。なお、制御ュニット 1 6をオフとするのは、この装置を取り外したときや長時間に渡って発声しないことが確実な場合である。また、制御ユニット 1 6の音量調整部 5 7によって、音量を設定する。さらに、モード切替操作部 5 9によって、一定音（一定周波数音）動作、可変周波数音動作および歌機能のいずれかに設定する。

このような事前設定を行った後、操作者は、発声したいときには、圧カスイッチ 1 2を押す。その圧力が所定のしきい値を超えると、圧力センサ 1 3が作動し、制御ュニット 1 6にその信号を伝える。制御ュニッ卜 1 6内の C P U 5 3は、その信号を受けると、まずソレノィド機構 2 4をオフとする。この結果、ソレノィド機構 2 4は、音源発生部 3を頸部 1 0 aに押し当てる。さらに C P U 5 3は、押し当てられた音源発生部 3に増幅された電力を供給する。これを受けて、既に頸部 1 0 aに押し当てられた音源発生部 3は、音を頸部 1 0 aに送り込み、操作者は、それに合わせ、口を動かすことにより発声できることになる。

次に、第 9図に基づいて、第 1の実施の形態の変更例を説明する。この変更例となる電気式人工喉頭 7 0は、有線ではなく無線方式を採用した 1例である。なお、第 9図の符号で、第 1図と同じものは、同一部材を示し、その説明を省略することとする。

この変更例における制御部 7 1は、圧力スィツチ 1 2 と、無線機能を有する時計型の制御ュニット 7 2 と、音源発生部 3およびソレノィド機構 2 4の電源となる電源部 7 3 とから構成される。制御ュニット 7 2は、その内部に自身の電源（図示省略）を有している。電源部 7 3から音源発生部 3に供給される電力のコントロールは、制御ュニット 7 2が電源部 7 3の出力部分を制御することにより行っているが、音源発生部 3の入力部分で制御するようにしても良い。

第 9図では、圧力スィッチ 1 2 と制御ュニット 7 2 とが有線となっているが、この間も無線としても良い。また、電源部 7 3が腰につけたポ —チ 7 4内に入れられ、音源発生部 3 と有線で結ばれているが、音源発生部 3ゃソレノィド機構 2 4がそれぞれ独自に小型の電源を有するようにすれば、電源部 7 3は不要となる。

次に、第 1 0図および第 1 1 図に基づいて、第 1の実施の形態のさらなる変更例となる電気式人工喉頭 8 0を説明する。この変更例は、生体情報を検出するセンサとしての呼気センサ 8 1、首の一部のみを覆う介在手段 8 2および音源発生部 3を移動させる移動機構 8 3を採用した 1 例である。

呼気センサ 8 1は、気管孔からの呼気の強弱を検出する。この呼気の強弱によって音源発生部 3の周波数を可変できる。なお、呼気の有無の検出だけを行うようにしたり、呼気の強弱によって音源発生部 3の音量を調整するようにしても良い。

呼気センサ 8 1は、半円形の柔らかい樹脂から形成されたセンサパット 8 4 と、空気弁 8 5 と、検知体が納められたセンサボックス 8 6 と、呼気センサ 8 1の検出しきい値を調整するための回路等を有する回路部 8 7 とから主に構成されている。センサパット 8 4には呼気をセンサボックス 8 6側に案内する案内孔 8 8が設けられている。

介在手段 8 2は、 T字形状のプラスチックから形成されており、呼気センサ 8 1 と音源発生部 3を支持している。また、介在手段 8 2中には、制御ュニット 1 6 と結ぶ電力供給兼信号伝達ケーブル 8 9が貫通している。この介在手段 8 2は、胸または肩に取り付けられた支持手段と一体化されまたはその支持手段に固定され、その上から服を着ることによつて外部からは介在手段 8 2の上部すなわち呼気センサ 8 1の周辺のみが目視されるようになる。

移動機構 8 3は、この電気式人工喉頭 8 0を操作する人の個人差を吸収するものである。すなわち、各電気式人工喉頭 1 , 7 0 ， 8 0は、頸部 1 0 aに音源発生部 3を押し当て、その音を皮膚を介して、のどに送り込むことにより、声にしているが、押し当てる位置に個人差があり、みんな同じ位置に音源発生部 3を当てれば良いものではない。そこで、この電気式人工喉頭 8 0は、頸部 1 0 aに固定するための介在手段 8 2 と音源発生部 3の位置関係は、常に固定ではなく、任意の位置にずらせ得る構造としている。

具体的には、音源発生部 3を支持するソレノィド機構 2 4を介在手段 8 2に対して第 1 0図の矢示 X方向および Y方向にスライド可能としている。このスライドによって、操作者にとって最適な位置に音源発生部 3を位置させることができる。なお、介在手段 8 2中には、先の電力供給兼信号伝達ケーブル 8 9が貫通しており、音源発生部 3 とソレノィド機構 2 4は、スライドによって接触位置が変化するものの、常時、電源の供給を受けるようになっている。

この電気式人工喉頭 8 0の押し当て機構となるソレノィド機構 2 4は音源発生部 3を発声時または発声直前に頸部 1 0 aに押し当て、発声していないときは頸部 1 0 a と接触させないようにしている。このソレノィド機構 2 4の具体的構造は、第 3図に示すものと同様で、非発声時はバネ 2 8に抗して音源発生部 3を頸部 1 0 aから引き離している。このような構成とすると、ソレノイド機構 2 4を動作させるだけの電力が無くなつたとき、ソレノィド機構をオフすることによって、電源部 1 5の電力を音源発生部 3等の主要構成部分のみに供給できることとなる。また、何らかの理由でソレノィド機構 2 4が動作しなくなつても、バネ 2 8により、確実に頸部 1 0 aに音源発生部 3を押し当てることができる。なお、プッシュ式のソレノィド機構 2 4を利用するのではなく、スライド式の押し当て機構を採用しても良い。また、常時、頸部 1 0 aに音源発生部 3を押し当てても、操作者にとって違和感が無い場合は、ソレノイドを常時オフするか、またはバネ 2 8を残して他のソレノィド機構 2 4を無くした構造としても良い。

各電気式人工喉頭 1 , 7 0， 8 0では、圧力センサ 1 3等の外部スィツチや呼気センサ 8 1等の呼気センサが使用可能となっている。そして、制御ユニット 1 6にディップ（ D I P ) スィッチ（図示省略）が設けられており、外部スィツチや呼気センサによる一定周波数音動作として、 6 0 H z , 8 0 H z , 1 0 0 H z , 1 2 0 H z , 1 4 0 H z , 1 6 0 H zの 6種類と、可変周波数動作として、 6 0〜 2 2 0 H z , 6 0〜： 1 8 0 H z , 6 0 ~ 2 6 0 H z , 6 0〜 3 0 0 H z , 8 0〜 3 2 0 H z , 8 0〜 3 4 0 H zの 6種類が切り替え設定できるようになつている。なお、これらの値は、各電気式人工喉頭 1 , 7 0， 8 0が採用している値であり、 1例を示しているに過ぎない。他の値、たとえば、一定周波数を 1 0 H zきざみとしたり、種類を 7種類以上や 5種類以下としたり、可変周波数の下限や上限の値のいずれか一方または両者を変更しても良い。また、切替手段としても、ディップスィッチ以外に、ロータリスイッチ、セレクトスィツチなど他の手段を採用できる。

また、各電気式人工喉頭 1， 7 0 , 8 0では、メインスィッチとなる基本動作切替部 5 8がオフ状態にない状況で放置されると、電源部 1 5 の電力が消耗してしまう。このため、オフにした状態で放置され、何の入力も無い状況が所定時間、たとえば 2 0分間続くと、音源発生部 3を動作させるようにしている。さらに、この状態が続くと、所定時間、たとえば 1 0分間続くと、音源発生部 3を動作させるようにしている。このようにして、音源発生部 3等の切り忘れを防止している。また、各回の動作は、音源発生部 3を数秒間に数回繰り返し駆動させることにより行っている。なお、この切り忘れ対策としては、 1 0分間程度の間隔で計 3回動作させたり、音源発生部 3を動作させる間隔を徐々に長くしたり、短くしたりする等の方法を採用できる。

なお、音源発生部 3 として、ボイスコイルモータと振動板を利用した構成としているが、圧電式発音体や、 I Cとスピーカを利用した電子式発音体としたり、駆動部として超音波モータ等他のモータを利用した振動板方式としたりしても良い。

この電気式人工喉頭 1 , 7 0， 8 0では、本体を持って使用する必要がない。また、電気式人工喉頭 1 , 7 0 , 8 0における手につけるスィツチは、たとえば小指 1 0 bに装着すれば、日常の多くの動作において、小指 1 0 bはあまり重要な役割をしていないため、電話をしながらメモを取るなどの両手を必要とする作業のいくつかが、可能となる。

また、圧力センサ 1 3での操作によって、発生する音に周波数変化を加えることが可能なため、声に抑揚などの調子をつけることができる。また、音源発生部 3は、頸部 1 0 aの近傍に固定し、制御ュニット 1 6 は、ポケットに入れたり、ベルトに固定したり、ポーチやポジェットに入れたりなどすることができ、電気式人工喉頭 1 , 7 0 , 8 0を使用していても、あまり目立たないものとなる。

さらに、これらの電気式人工喉頭 1， 7 0 , 8 0では、簡単に歌を歌える機能があり、記憶手段となるメモリカード 5 4を交換することにより、理論上無限な数の歌を歌うことが可能となる。また、頸部 1 0 aに固定するバンド 2を回動させて、音源発生部 3を移動させたり、介在手段 8 2の範囲で任意の位置に音源発生部 3をずらせることができるため. 頸部 1 0 aの位置の個人差をカバーできる。

次に、本発明の好ましい第 2の実施の形態の電気式人工喉頭 9 0について、第 1 2図から第 1 4図に基づいて説明する。第 1 2図および第 1 3図は、この電気式人工喉頭 9 0を頸部 1 0 aに取り付けた時の、正面図と側面図である。頸部 1 0 aに取り付けるためのバンド 9 1 に、生体情報の 1つである呼気を検出するためのセンサ 9 2 と、音源発生部 9 3 が取り付けられている。ソレノイド 9 4は、音源発生部 9 3を頸部 1 0 aに押し当てるために使用される。

第 1 3図において、生体情報の 1つである呼気を検出するためのセンサ 9 2が、呼気を検出することにより、操作者でもある使用者の発声の意志を検出する。検出された信号は、中央演算装置 9 5に伝えられ、あるしきい値を越えると、中央演算装置 9 5は、はじめにソレノイド 9 4 に信号を与える。信号を受けたソレノイド 9 4は、音源発生部 9 3を頸部 1 0 aに押し当て、さらに中央演算装置 9 5は、押し当てられた音源発生部 9 3に音を出すように信号を与える。これを受けて、既に頸部 1 0 aに押し当てられた音源発生部 9 3は、音を頸部 1 0 aに送り込み、使用者は、それに合わせ、口を動かすことにより発声できることになる。なお、音源発生部 9 3は、頸部 1 0 aに必要以上の圧迫感を与えないように、ソレノイド 9 4によつて発声時のみ頸部 1 0 aに押し当てられる構成として説明しているが、圧迫感が気にならなければ、常時頸部 1 0 aに押し当てておいても良い。また、生体情報を検出する手段として、呼気を利用することで説明しているが、別の生体情報でも同様な効果は得られるし、生体情報でなく、別の外部信号を利用しても同様な効果を得ることができる。

この電気式人工喉頭 9 0は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。

1 ) 発声時、両手を自由に使用することができる。

2 ) 両手を自由に使用することができるため、両手を必要とする動作、作業が容易となり、喉頭摘出者の社会復帰を促進できる。

3 ) 常に頸部 1 0 aに装着されているため、発声の意志を抱いてから、電気式人工喉頭 9 0を頸部 1 0 aに押し当てるのではなく、すぐに発声することができる。

4 ) 見た目にも違和感なく、発声することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されず、本発明の思想および範囲を逸脱することなく、多くの設計変更が可能である。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかる電気式人工喉頭は、喉頭摘出者の声帯音源の代わりとなる音源として利用される。特に、病弱者や高齢者等、食道発声法の修得が困難な者にとって有用となる。また、電気式人工喉頭の操作の煩わしさを感じていた者や、装置使用時も両手を自由に使いたい者にとって非常に好ましいものとなる。

Claims

請求の範囲

1 . 人体に直接または間接的に取り付けられる介在手段に保持されると共に頸部近傍に常時配置可能とされる音源発生部と、その音源発生部と分離されると共に音源発生部を動作させる携帯可能な制御部とを備えてなる電気式人工喉頭。

2 . 前記制御部を、生体情報を検出するセンサまたは信号を供給するためのスィツチからなる制御信号発生部と、その制御信号発生部からの信号によって前記音源発生部の駆動制御を行うと共に前記音源発生部への電力供給を行う電源部を有する制御ュニットとから構成したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の電気式人工喉頭。

3 . 前記介在手段を首に巻かれるバンドとし、前記制御信号発生部をこのバンドに取り付けた生体情報を検出するための呼気センサとしたことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の電気式人工喉頭。

4 . 前記制御信号発生部を指サックに固定された圧力スィッチと、この圧力スィツチで動作する圧力センサとで構成したことを特徴とする請求の範囲第 2項記載の電気式人工喉頭。

5 . 振動板に、ボイスコイルモータのコイルと一体的に動作する軸を対向させ、この軸が振動板に間欠的に突き当たって音源を発生させる音源発生部と、この音源発生部を制御する制御部とを備え、上記ボイスコィルモータのヨークに、両端または外周端が固定される弾性部材によって上記軸または上記コイルを支持すると共に少なくとも上記コイルおよびコイルの保持体を上記ョーク内に収納させたことを特徴とする電気式人ェ喉頭。

6 . 振動板に、ボイスコイルモータのコイルと一体的に動作する軸を対向させ、この軸が振動板に間欠的に突き当たつて音源を発生させる音源発生部と、この音源発生部を制御する制御部とを備え、上記音源発生部を頸部に接触可能に取り付け、上記制御部を上記音源発生部から分離させ、人体を覆う被服部材の一部に収納可能としたことを特徴とする電気式人工喉頭。

7 . 振動板に、ボイスコイルモータのコイルと一体的に動作する軸を対向させ、この軸が振動板に間欠的に突き当たつて音源を発生させる音源発生部と、この音源発生部を制御する制御部とを備え、上記音源発生部を上記制御部から分離させ、上記音源発生部の厚さを 5〜 1 5 m mとしたことを特徴とする電気式人工喉頭。

8 . 前記制御部が前記音源発生部の電源部を保有していることを特徴とする請求の範囲第 5項、第 6項または第 7項記載の電気式人工喉頭。

9 . 前記音源発生部を人体または人体を覆う被服部材に固定される介在手段に取り付け、前記音源発生部から音が出る時またはその直前に、その介在手段を基準として所定方向にその音源発生部を移動可能にしたことを特徴とする請求の範囲第 1項から第 8項のいずれか 1項記載の電気式人工喉頭。

1 0 . 前記制御部による前記音源発生部の制御を無線によって行うと共に、前記音源発生部への電力供給を制御部以外に配置される電源によつて行うことを特徴とする請求の範囲第 1項、第 5項、第 6項または第 7 項記載の電気式人工喉頭。

1 1 . 操作者の喉頭摘出前の声データに基づく音源データを利用して音源発生部から音を出力させる制御部を有することを特徴とする電気式人ェ喉頭。

1 2 . 操作者の喉頭摘出前の声データに基づく音源データを保有する制御部と、この制御部によって動作し、その音源データを利用して音を出力する音源発生部とを備えてなる電気式人工喉頭。

1 3 . 声帯音源の代わりとなる音源発生部と、その音源発生部を動作させる制御部とを備えた電気式人工喉頭において、歌を歌うための音源デ —夕が入れられた記憶手段を、上記制御部に接離可能に設けたことを特徵とする電気式人工喉頭。