JP2007105161A

JP2007105161A - Cough detector and cough detection method

Info

Publication number: JP2007105161A
Application number: JP2005297705A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Wada; 安則和田
Original assignee: Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Current assignee: Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cough detector which detects a cough with high accuracy. <P>SOLUTION: The cough detector comprises: a sound measurement section for detecting a subject's sound; an exhalation measurement section for detecting subject's exhalation; and a cough detection section for detecting a cough on the basis of sound information detected by the sound measurement section and exhalation information detected by the exhalation measurement section. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、咳検出装置及び咳検出方法に関する。 The present invention relates to a cough detection device and a cough detection method.

咳は、呼吸器系の疾患（特に、喘息、慢性閉塞性肺疾患、気管支炎等）に多く見受けられる症状である。咳の診断は問診に頼っているのが現状であるが、患者は診察時に必ずしも咳をしているとはかぎらず、医師は患者からの自覚症状を聞くしかない。また、患者も日中の覚醒時には症状を記憶していても、睡眠中の咳については、咳が激しい、眠れない等の表現に留まってしまう。そのため、客観的な評価が行えず有効な治療を行えないという問題があった。 Cough is a common symptom of respiratory diseases (particularly asthma, chronic obstructive pulmonary disease, bronchitis, etc.). The current situation is that cough diagnosis relies on an interview, but the patient does not necessarily have cough at the time of the examination, and the doctor can only hear the subjective symptoms from the patient. Moreover, even if the patient remembers the symptoms at the time of awakening during the day, the cough during sleep is limited to expressions such as severe cough and inability to sleep. Therefore, there has been a problem that objective evaluation cannot be performed and effective treatment cannot be performed.

そこで、咳の評価を客観的に行うために、咳に特徴的な音声信号情報を予め記憶しておき、この咳に特徴的な音声信号情報を基に、マイクロフォン等から入力された音声信号から咳による音声信号を識別及び抽出することにより、咳の検出やモニタを行う装置が記載されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
特開平７−３７６号公報特開平８−３８４８１号公報特開２００３−３８４６０号公報 Therefore, in order to objectively evaluate cough, voice signal information characteristic of cough is stored in advance, and based on the voice signal information characteristic of cough, voice signal input from a microphone or the like is used. An apparatus for detecting and monitoring cough by identifying and extracting a cough voice signal has been described (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
JP-A-7-376 JP-A-8-38481 JP 2003-38460 A

しかしながら、上記の特許文献に記載された装置においては、咳に類似した音が発生した場合には、咳と区別することが難しく、間違って咳と検出される可能性がある。また、マイクロホンやピエゾ素子などの音声を採取するセンサに接触するなどのノイズも咳と区別しにくい場合がある。さらには、自分は咳をしていないのに他人の咳が自分のマイクロフォンで採取されて、咳をしたと間違って検出される可能性もある。 However, in the device described in the above-mentioned patent document, when a sound similar to cough is generated, it is difficult to distinguish it from cough, and it may be erroneously detected as cough. In addition, noise such as contact with a sensor that collects sound such as a microphone or a piezo element may be difficult to distinguish from cough. Furthermore, it is possible that another person's cough is collected with his / her microphone even though he / she is not coughing, and is mistakenly detected as coughing.

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、精度良く咳の検出を行うことができる咳検出装置及び咳検出方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a cough detection device and a cough detection method capable of detecting cough with high accuracy.

（１）被検者の音声を検出する音声測定部と、被検者の呼気を検出する呼気測定部と、前記音声測定部で検出された音声情報及び前記呼気測定部で検出された呼気情報に基づいて咳を検出する咳検出部と、を有することを特徴とする咳検出装置。 (1) A voice measurement unit that detects the voice of the subject, a breath measurement unit that detects the breath of the subject, voice information detected by the voice measurement unit, and breath information detected by the breath measurement unit And a cough detection unit for detecting cough based on the cough detection device.

（２）前記咳検出部は、前記音声測定部で検出された音声情報に基づいて咳であるか否かを判断する第１の判断手段と、前記呼気測定部で検出された呼気情報に基づいて咳であるか否かを判断する第２の判断手段と、を有し、前記第１の判断手段及び前記第２の判断手段が双方とも咳であると判断した場合に、咳として検出することを特徴とする（１）に記載の咳検出装置。 (2) The cough detection unit is based on first determination means for determining whether or not a cough is based on the voice information detected by the voice measurement unit, and on the expiration information detected by the breath measurement unit. And a second determination means for determining whether or not the patient is coughing, and when the first determination means and the second determination means both determine that the cough is detected, a cough is detected. The cough detection device according to (1), characterized in that:

（３）前記咳検出部は、前記音声測定部で検出された音声情報及び前記呼気測定部で検出された呼気情報を用いて演算を行うことにより咳を検出することを特徴とする（１）に記載の咳検出装置。 (3) The cough detection unit detects cough by performing a calculation using the voice information detected by the voice measurement unit and the expiration information detected by the breath measurement unit (1) The cough detection device according to 1.

（４）前記呼気測定部は、圧電素子を含むことを特徴とする（１）に記載の咳検出装置。 (4) The cough detection device according to (1), wherein the breath measurement unit includes a piezoelectric element.

（５）前記呼気測定部は、差圧センサを含むことを特徴とする（１）に記載の咳検出装置。 (5) The cough detection device according to (1), wherein the expiration measurement unit includes a differential pressure sensor.

（６）前記呼気測定部は、口と鼻孔とを覆うマスクに設けられていることを特徴とする（１）乃至（５）の何れか１項に記載の咳検出装置。 (6) The cough detection device according to any one of (1) to (5), wherein the breath measurement unit is provided in a mask that covers a mouth and a nostril.

（７）前記音声測定部は、前記マスクに設けられていることを特徴とする（６）に記載の咳検出装置。 (7) The cough detection device according to (6), wherein the voice measurement unit is provided on the mask.

（８）被検者の音声を音声測定部により測定する音声測定工程と、被検者の呼気を呼気測定部により測定する呼気測定工程と、前記音声測定工程により測定された音声情報及び前記呼気測定工程により測定された呼気情報を咳検出部に入力し咳を検出する咳検出工程と、を有することを特徴とする咳検出方法。 (8) A voice measurement step of measuring the voice of the subject by the voice measurement unit, a breath measurement step of measuring the breath of the subject by the breath measurement unit, the voice information measured by the voice measurement step, and the breath And a cough detection step of detecting the cough by inputting exhalation information measured in the measurement step into the cough detection unit.

（９）前記咳検出工程は、前記音声情報に基づいて咳であるか否かを判断する第１判断工程と、前記呼気情報に基づいて咳であるか否かを判断する第２判断工程と、を有し、前記第１判断工程及び前記第２判断工程が双方とも咳であると判断した場合に、咳として検出することを特徴とする（８）に記載の咳検出方法。 (9) The cough detection step includes a first determination step for determining whether the cough is based on the audio information, and a second determination step for determining whether the cough is based on the expiration information. The cough detection method according to (8), wherein the cough is detected when both the first determination step and the second determination step are determined to be cough.

（１０）前記咳検出工程は、前記音声情報及び前記呼気情報を用いて演算を行うことにより咳を検出することを特徴とする（８）に記載の咳検出方法。 (10) The cough detection method according to (8), wherein the cough detection step detects cough by performing calculation using the voice information and the expiration information.

本発明によれば、咳の音声を検出する際に呼気も関連付けて検出するので、咳に類似した音声が検出された場合であっても咳に固有の呼気が検出されていなければ咳でないと判断することができ、精度良く咳の検出を行うことができる。 According to the present invention, when detecting the cough voice, the breath is also associated and detected. Therefore, even if the voice similar to the cough is detected, the cough is not a cough unless a breath specific to the cough is detected. The cough can be detected with high accuracy.

＜第１の実施形態＞
（装置構成）
図１は、第１の実施形態に係る咳検出装置の構成図である。咳検出装置１は、音声測定部１０、呼気測定部２０及び咳検出部３０から構成され、音声測定部１０及び呼気測定部２０がそれぞれ通信媒体Ｌを介して咳検出部３０に接続されている。この通信媒体Ｌは、有線であっても無線であってもよい。無線により接続すれば、音声測定部１０及び呼気測定部２０に用いられているセンサに不要な振動を与える機会を減らすことができるとともに、被検者の行動の制約を少なくすることができる。 <First Embodiment>
(Device configuration)
FIG. 1 is a configuration diagram of a cough detection device according to the first embodiment. The cough detection device 1 includes an audio measurement unit 10, an exhalation measurement unit 20, and a cough detection unit 30, and the audio measurement unit 10 and the exhalation measurement unit 20 are connected to the cough detection unit 30 via a communication medium L, respectively. . This communication medium L may be wired or wireless. When connected wirelessly, it is possible to reduce the chance of giving unnecessary vibrations to the sensors used in the voice measurement unit 10 and the breath measurement unit 20, and it is possible to reduce restrictions on the behavior of the subject.

音声測定部１０は、入力される音声を音声信号に変換するマイクロフォン１１、マイクロフォン１１により変換された音声信号を増幅する増幅器１２、増幅器１２により増幅された音声信号を平滑化する平滑回路１３、平滑回路１３により平滑化された音声信号を音声データに変換するＡ／Ｄ変換器１４、及びＡ／Ｄ変換器１４により変換された音声データを咳検出部３０に送信するＩ／Ｆ１５から構成されている。 The sound measurement unit 10 includes a microphone 11 that converts input sound into a sound signal, an amplifier 12 that amplifies the sound signal converted by the microphone 11, a smoothing circuit 13 that smoothes the sound signal amplified by the amplifier 12, and smoothing An A / D converter 14 that converts the audio signal smoothed by the circuit 13 into audio data, and an I / F 15 that transmits the audio data converted by the A / D converter 14 to the cough detection unit 30. Yes.

本実施形態のようにマイクロフォン１１を用いて音声を測定する場合には、人体や衣服とマイクロフォンとが接触するとノイズが発生するので、接触しないように設けることが好ましい。但し、人体から遠ざけすぎると外部のノイズ音の影響が大きくなるので、できるだけ近接して設けることが好ましい。 When the sound is measured using the microphone 11 as in the present embodiment, noise is generated when the human body or clothes and the microphone come into contact with each other. However, if the distance from the human body is too far away, the effect of external noise increases, so it is preferable to provide them as close as possible.

マイクロフォン以外には、ピエゾマイクや加速度計を用い、咽頭部等に接触させて設け振動により音を検出することも可能である。この場合、人体に接触しているので、外部のノイズ音の影響は小さい。 In addition to the microphone, a piezo microphone or an accelerometer can be used to contact the pharynx or the like to detect sound by vibration. In this case, since it is in contact with the human body, the influence of external noise sound is small.

呼気測定部２０は、入力される呼気を呼気信号に変換する圧電素子２１、圧電素子２１により変換された呼気信号を増幅する増幅器２２、増幅器２２により増幅された呼気信号を平滑化する平滑回路２３、平滑回路２３により平滑化された呼気信号を呼気データに変換するＡ／Ｄ変換器２４、及びＡ／Ｄ変換器２４により変換された呼気データを咳検出部３０に送信するＩ／Ｆ２５から構成されている。 The exhalation measuring unit 20 includes a piezoelectric element 21 that converts input exhalation into an exhalation signal, an amplifier 22 that amplifies the exhalation signal converted by the piezoelectric element 21, and a smoothing circuit 23 that smoothes the exhalation signal amplified by the amplifier 22. And an A / D converter 24 that converts the exhalation signal smoothed by the smoothing circuit 23 into exhalation data, and an I / F 25 that transmits the exhalation data converted by the A / D converter 24 to the cough detection unit 30. Has been.

呼気を測定する圧電素子２１は、図２に示すように、マスク４０に設けられている。マスク４０には呼気が通過する穴４０ａがあり、穴４０ａに対応するマスク４０の外側表面にフィルム状の圧電素子２１が設けられている。呼気は、マスク４０の穴４０ａを通過し、フィルム状の圧電素子２１に当たる。フィルム状の圧電素子２１は、呼気を受けることにより曲げられ、電圧を発生する。この電圧が呼気信号として増幅器２２に入力されることになる。 The piezoelectric element 21 for measuring exhalation is provided on a mask 40 as shown in FIG. The mask 40 has a hole 40a through which exhaled air passes, and a film-like piezoelectric element 21 is provided on the outer surface of the mask 40 corresponding to the hole 40a. The exhaled air passes through the hole 40 a of the mask 40 and hits the film-like piezoelectric element 21. The film-like piezoelectric element 21 is bent by receiving exhalation and generates a voltage. This voltage is input to the amplifier 22 as an expiration signal.

多くの場合、咳は口から呼気を吐き出して行うが、周囲に人がいると咳の音が周囲にあまり漏れないように遠慮して、口を閉じて咳をする場合がある。この場合鼻孔からのみ呼気が吐出されるので、仮にマスクを使わず口に対向して圧電素子を設けていただけでは咳を検出することができい。しかしながら、マスク４０を用いると、鼻孔からの呼気も口からの呼気も両方とも穴４０ａを通過するので、鼻孔からのみ呼気の場合でも呼気を検出することができる。 In many cases, coughing is performed by exhaling exhaled gas from the mouth, but if there is a person in the surrounding area, the coughing sound may not be leaked to the surroundings, and the mouth may be closed to cough. In this case, since exhaled air is discharged only from the nostrils, it is difficult to detect cough only by providing a piezoelectric element facing the mouth without using a mask. However, when the mask 40 is used, both exhalation from the nostril and exhalation from the mouth pass through the hole 40a, so that exhalation can be detected even in the case of exhalation only from the nostril.

上記マイクロフォン等の音声センサもマスク４０に設ければ、マスク４０を着用するのみで簡便に測定を行うことができる。 If the voice sensor such as the microphone is also provided on the mask 40, the measurement can be performed simply by wearing the mask 40.

マスクの材質としては、特に規定はないが、ガーゼ等の布類、樹脂類、ゴム類等から選択することができる。当然密閉では呼吸ができないので、通気性を要求される。 The material of the mask is not particularly specified, but can be selected from cloth such as gauze, resins, rubbers and the like. Of course, breathing is required because it cannot breathe when sealed.

咳検出部３０は、音声測定部１０及び呼気測定部２０からの音声データ及び呼気データを受信するＩ／Ｆ３１、Ｉ／Ｆ３１で受信された音声データ及び呼気データをプログラムに従って処理するＣＰＵ３２、ＣＰＵ３２での処理に必要なプログラムやデータ等を記憶するＲＯＭ３３、ＣＰＵ３２での処理に必要なプログラムやデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ３４、ＣＰＵ３２での処理結果等をハードディスク、ＤＶＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ等に保存する外部記憶装置３５、咳検出部３０にデータを入力する入力部３６、及びＣＰＵ３２での処理結果等を表示する表示部３７から構成されている。 The cough detection unit 30 includes an I / F 31 that receives audio data and exhalation data from the audio measurement unit 10 and the exhalation measurement unit 20, and a CPU 32 and a CPU 32 that process audio data and exhalation data received by the I / F 31 according to a program. ROM 33 for storing programs and data necessary for processing, RAM 34 for temporarily storing programs and data necessary for processing in CPU 32, processing results in CPU 32, etc. for hard disk, DVD-R, CD-R, etc. An external storage device 35 for storing data, an input unit 36 for inputting data to the cough detection unit 30, and a display unit 37 for displaying the processing results in the CPU 32.

咳検出部３０は、専用の情報処理装置で構成されていてもよいし、汎用のパーソナルコンピュータで構成されていてもよい。パーソナルコンピュータであれば、持ち運びが容易にできる携帯情報端末（ＰＤＡ）であることが好ましい。 The cough detection unit 30 may be configured with a dedicated information processing apparatus or a general-purpose personal computer. If it is a personal computer, it is preferably a personal digital assistant (PDA) that can be easily carried.

本実施形態においては、音声測定部１０及び呼気測定部２０にそれぞれＡ／Ｄ変換器１４、Ａ／Ｄ変換器２４を設けたが、咳検出部３０にＡ／Ｄ変換器を設けてもよい。 In the present embodiment, the A / D converter 14 and the A / D converter 24 are provided in the voice measurement unit 10 and the breath measurement unit 20, respectively, but the cough detection unit 30 may be provided with an A / D converter. .

（咳測定処理）
図３は、第１の実施形態に係る咳測定処理のフロー図である。この咳測定処理フローは、ＲＯＭ３３内の咳測定プログラムに基づいて、ＣＰＵ３２により実行されるフローである。予め入力部３６により被検者を特定するＩＤ等は入力されているものとする。 (Cough measurement process)
FIG. 3 is a flowchart of the cough measurement process according to the first embodiment. This cough measurement process flow is a flow executed by the CPU 32 based on the cough measurement program in the ROM 33. It is assumed that an ID or the like for specifying the subject has been input by the input unit 36 in advance.

まず、ＣＰＵ３２は、入力部３６から咳測定の開始が指示されたか否かを判断する（ステップＳ１０）。咳測定の開始が指示されたと判断すると（ステップＳ１０；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ３２は、音声測定部１０及び呼気測定部２０からの音声データ及び呼気データをＲＡＭ３４を経由して外部記憶装置３５に保存する動作を開始させる（ステップＳ１１）。このとき、被検者のＩＤ及び時刻に対応付けて音声データ及び呼気データは保存される。咳測定の開始が指示されていないと判断すると（ステップＳ１０；Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻り咳測定の開始が指示されるまで待機する。 First, the CPU 32 determines whether or not an instruction to start cough measurement is given from the input unit 36 (step S10). When it is determined that the start of cough measurement is instructed (step S10; Yes), the CPU 32 stores the voice data and the breath data from the voice measurement unit 10 and the breath measurement unit 20 in the external storage device 35 via the RAM 34. Is started (step S11). At this time, voice data and expiration data are stored in association with the subject's ID and time. If it is determined that the start of cough measurement is not instructed (step S10; No), the process returns to step S10 and waits until the start of cough measurement is instructed.

次に、ＣＰＵ３２は、咳測定の終了が指示されたか否かを判断する（ステップＳ１２）。咳測定の開始が指示されたと判断すると（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ３２は、音声測定部１０及び呼気測定部２０からの音声データ及び呼気データをＲＡＭ３４を経由して外部記憶装置３５に保存する動作を終了させる（ステップＳ１３）。咳測定の終了が指示されていないと判断すると（ステップＳ１２；Ｎｏ）、ステップＳ１２に戻り咳測定の終了が指示されるまで待機する。 Next, the CPU 32 determines whether or not the end of cough measurement has been instructed (step S12). When it is determined that the start of cough measurement is instructed (step S12; Yes), the CPU 32 stores the voice data and the breath data from the voice measurement unit 10 and the breath measurement unit 20 in the external storage device 35 via the RAM 34. Is terminated (step S13). If it is determined that the end of cough measurement is not instructed (step S12; No), the process returns to step S12 and waits until the end of cough measurement is instructed.

（咳の音声信号及び呼気信号）
図４は、第１の実施形態に係る音声信号Ｓｖ及び呼気信号Ｓｅを示す概念図である。図４における音声信号Ｓｖ及び呼気信号Ｓｅは、図１の平滑回路１３及び平滑回路２３で処理された後の信号を示している。 (Cough voice signal and exhalation signal)
FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the audio signal Sv and the expiration signal Se according to the first embodiment. The audio signal Sv and the exhalation signal Se in FIG. 4 indicate signals after being processed by the smoothing circuit 13 and the smoothing circuit 23 in FIG.

図４（ａ）は、被検者が咳をしたときに本実施形態に係る咳検出装置で測定される音声信号Ｓｖ（ａ）及び呼気信号Ｓｅ（ａ）を示す図であり、横軸に経過時間を、縦軸に信号レベルを模式的に示している。咳は、腹部に空気を溜め、喉を閉めた後に一気に空気を呼出することにより行われる。短時間に強い音が発せられるとともに、短時間に空気が呼出される。そのため、図に示すように、咳の場合には、音声信号Ｓｖ（ａ）及び呼気信号Ｓｅ（ａ）の立ち上がり勾配θｖ（ａ）、θｅ（ａ）はそれぞれ急で時間幅Ｔｖ（ａ）、Ｔｅ（ａ）はそれぞれ短くなる。また、最大音声レベルＳｖ_max（ａ）が得られる時刻ｔｖ_p（ａ）と、最大呼気レベルＳｅ_max（ａ）が得られる時刻ｔｅ_p（ａ）とはほぼ一致している。 FIG. 4A is a diagram showing the audio signal Sv (a) and the expiration signal Se (a) measured by the cough detection device according to the present embodiment when the subject coughs, and the horizontal axis represents The elapsed time is schematically shown on the vertical axis and the signal level is shown on the vertical axis. The cough is performed by storing air in the abdomen and calling the air at once after closing the throat. A strong sound is emitted in a short time and air is called out in a short time. Therefore, as shown in the figure, in the case of cough, the rising slopes θv (a) and θe (a) of the audio signal Sv (a) and the exhalation signal Se (a) are abrupt and the time width Tv (a), Te (a) becomes shorter. Further, the time tv _p (a) at which the maximum voice level Sv _max (a) is obtained and the time te _p (a) at which the maximum expiration level Se _max (a) is obtained substantially coincide with each other.

図４（ｂ）は、周囲にいる被検者以外の他人が咳をしたときの音声信号Ｓｖ（ｂ）及び呼気信号Ｓｅ（ｂ）を示す図である。図に示すように、音声信号Ｓｖ（ｂ）は図４（ａ）の場合と同様に信号の立ち上がり勾配θｖ（ｂ）が検出されるが、呼気信号Ｓｅ（ｂ）では信号の立ち上がり勾配は検出されない。 FIG. 4B is a diagram illustrating the audio signal Sv (b) and the exhalation signal Se (b) when another person other than the subject in the vicinity coughs. As shown in the figure, the rising edge θv (b) of the signal is detected in the voice signal Sv (b) as in the case of FIG. 4 (a), but the rising slope of the signal is detected in the exhalation signal Se (b). Not.

つまり、被検者が咳をしたかを判断するためには、音声信号Ｓｖ及び呼気信号Ｓｅそれぞれの立ち上がり勾配θｖ及びθｅがそれぞれ所定値以上であって、時間幅Ｔｖ及びＴｅがそれぞれ所定値以下であるかを判断すればよい。 That is, in order to determine whether the subject has coughed, the rising slopes θv and θe of the audio signal Sv and the expiration signal Se are each equal to or greater than a predetermined value, and the time widths Tv and Te are respectively equal to or less than the predetermined value. What is necessary is just to judge whether it is.

（咳検出処理）
図５は、第１の実施形態に係る咳検出処理のフロー図である。この咳検出処理フローは、ＲＯＭ３３内の咳検出プログラムに基づいて、ＣＰＵ３２により実行されるフローである。予め入力部３６により被検者を特定するＩＤ等は入力されているものとする。 (Cough detection process)
FIG. 5 is a flowchart of the cough detection process according to the first embodiment. This cough detection process flow is a flow executed by the CPU 32 based on the cough detection program in the ROM 33. It is assumed that an ID or the like for specifying the subject has been input by the input unit 36 in advance.

まず、ＣＰＵ３２は、入力部３６から咳検出の指示が入力されたか否かを判断する（ステップＳ２０）。咳検出の指示が入力されたと判断すると（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ３２は、被検者ＩＤに対応する音声データを外部記憶装置３５から読み出し、ＲＡＭ３４に記憶させる（ステップＳ２１）。咳検出の指示が入力されていないと判断すると（ステップＳ２０；Ｎｏ）、ステップＳ２０に戻り咳検出の指示が入力されるまで待機する。 First, the CPU 32 determines whether or not a cough detection instruction is input from the input unit 36 (step S20). If it is determined that a cough detection instruction has been input (step S20; Yes), the CPU 32 reads out voice data corresponding to the subject ID from the external storage device 35 and stores it in the RAM 34 (step S21). If it is determined that a cough detection instruction has not been input (step S20; No), the process returns to step S20 and waits until a cough detection instruction is input.

次に、ＣＰＵ３２は、ＲＡＭ３４に記憶された音声データの時間的変化を解析し、音声レベルが閾値レベル（図４（ａ）のＳｖ_th）以下から閾値レベル以上に増加している音声データに立ち上がり部（図４（ａ）のｔｖ₁）があるか否かを判断する（ステップＳ２２）。音声データに立ち上がり部ｔｖ₁があると判断すると（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、音声データの立ち上がり部ｔｖ₁及び音声レベルが閾値レベル以上から閾値レベル以下に減少している音声の立ち下がり部（図４（ａ）のｔｖ₂）を検出し、咳検出の対象となる１つの区間Ｖ１の音声データを抽出する（ステップＳ２３）。音声データに立ち上がり部がないと判断すると（ステップＳ２２；Ｎｏ）、フローを終了する。 Next, the CPU 32 analyzes the temporal change of the audio data stored in the RAM 34 and rises to the audio data whose audio level has increased from the threshold level (Sv _{th in} FIG. 4A) to below the threshold level. It is determined whether or not there is a part (tv _{1 in} FIG. 4A) (step S22). If it is determined that there is a rising portion tv _{1 in the} audio data (step S22; Yes), the rising portion tv ₁ of the audio data and the falling portion of the audio in which the audio level is decreased from the threshold level to the threshold level (FIG. 4). detecting a tv ₂₎ of (a), extracts the audio data of one section to be cough detection V1 (step S23). If it is determined that there is no rising portion in the audio data (step S22; No), the flow is terminated.

次に、ＣＰＵ３２は、ステップＳ２３において抽出した区間Ｖ１の音声データを解析し、音声レベルの立ち上がり勾配θｖ、時間幅Ｔｖ、最大音声レベルＳｖ_max等を演算する（ステップＳ２４）。 Next, the CPU 32 analyzes the voice data of the section V1 extracted in step S23, and calculates the rising slope θv of the voice level, the time width Tv, the maximum voice level Sv _{max, and the} like (step S24).

次に、ＣＰＵ３２は、演算により求めた音声レベルの立ち上がり勾配θｖ、時間幅Ｔｖから抽出した区間の音声データが咳による音声データであるか否かを判断する。音声レベルの立ち上がり勾配θｖが所定値θｖ₀以上及び時間幅Ｔｖが所定値Ｔｖ₀以下であれば、咳による音声データと判断し、それ以外であれば咳による音声データでないと判断する（ステップＳ２５）（第１判断手段、第１判断工程）。 Next, the CPU 32 determines whether or not the voice data in the section extracted from the rising slope θv and the time width Tv of the voice level obtained by the calculation is voice data due to cough. If the rising slope θv of the voice level is equal to or greater than the predetermined value θv ₀ and the time width Tv is equal to or smaller than the predetermined value Tv ₀ , it is determined as voice data due to cough, and otherwise, it is determined as not voice data due to cough (step S25). (First determination means, first determination step).

抽出した区間Ｖ１の音声データが咳による音声データであると判断すると（ステップＳ２５；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ３２は、被検者ＩＤに対応する呼気データを外部記憶装置３５から読み出し、ＲＡＭ３４に記憶させる（ステップＳ２６）。抽出した区間Ｖ１の音声データが咳による音声データでないと判断すると（ステップＳ２５；Ｎｏ）、ステップＳ３２にジャンプする。 If it is determined that the extracted voice data of the section V1 is voice data due to cough (step S25; Yes), the CPU 32 reads the exhalation data corresponding to the subject ID from the external storage device 35 and stores it in the RAM 34 (step S25). S26). If it is determined that the extracted voice data in the section V1 is not voice data due to cough (step S25; No), the process jumps to step S32.

次に、ＣＰＵ３２は、ステップＳ２６においてＲＡＭ３４に記憶された呼気データから、前記抽出した音声データの区間Ｖ１と対応する区間Ｅ１の呼気データを抽出する（ステップＳ２７）。 Next, the CPU 32 extracts the expiration data of the section E1 corresponding to the section V1 of the extracted voice data from the expiration data stored in the RAM 34 in step S26 (step S27).

次に、ＣＰＵ３２は、抽出した区間Ｅ１の呼気データを解析し、呼気データに立ち上がり部（図４（ａ）のｔｅ₁）があるか否かを判断する（ステップＳ２８）。呼気データに立ち上がり部ｔｅ₁があると判断すると（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ３２は、抽出した区間Ｅ１の呼気データを解析し、呼気レベルの立ち上がり勾配θｅ、時間幅Ｔｅ、最大体動レベルＳｅ_max等を演算する（ステップＳ２９）。呼気データに立ち上がり部ｔｅ₁がないと判断すると（ステップＳ２８；Ｎｏ）、ステップＳ３２にジャンプする。 Next, the CPU 32 analyzes the extracted exhalation data in the section E1, and determines whether or not the exhalation data has a rising portion (te _{1 in} FIG. 4A) (step S28). If it is determined that there is a rising portion te _{1 in the} expiration data (step S28; Yes), the CPU 32 analyzes the extracted expiration data in the section E1, and determines the rising gradient θe of the expiration level, the time width Te, and the maximum body movement level Se _max. Etc. are calculated (step S29). If it is determined that there is no rising portion te _{1 in the} expiration data (step S28; No), the process jumps to step S32.

次に、ＣＰＵ３２は、ステップＳ２９において演算により求めた呼気レベルの立ち上がり勾配θｅ、時間幅Ｔｅから抽出した区間Ｅ１の呼気データが咳による呼気データであるか否かを判断する。呼気レベルの立ち上がり勾配θｅが所定値θｅ₀以上及び時間幅Ｔｅが所定値Ｔｅ₀以下であれば、咳による呼気データと判断し、それ以外であれば咳による呼気データでないと判断する（ステップＳ３０）（第２判断手段、第２判断工程）。 Next, the CPU 32 determines whether or not the exhalation data of the section E1 extracted from the rising gradient θe of the exhalation level obtained by the calculation in step S29 and the time width Te is the exhalation data due to cough. If the rising gradient θe of the expiratory level is equal to or greater than the predetermined value θe ₀ and the time width Te is equal to or smaller than the predetermined value Te ₀ , it is determined as exhalation data due to cough, otherwise it is determined as not exhalation data due to cough (step S30). (Second judging means, second judging step).

抽出した区間Ｅ１の呼気データが咳による呼気データであると判断すると（ステップＳ３０；Ｙｅｓ）、ＣＰＵ３２は、抽出した区間Ｅ１は咳であると確定して検出し外部記憶装置３５に保存する（ステップＳ３１）。このとき、被検者ＩＤに対応付けて発生時刻ｔ、最大音声レベルＳｖ_max、最大呼気レベルＳｅ_max等が保存される。さらに、ＲＯＭ３３又は外部記憶装置３５に、咳の種類に対応する音声データ及び呼気データの少なくとも１つのパターンを記憶しておき、これらのパターンと対応する測定されたパターンとを比較することにより、咳の種類を特定し、被検者ＩＤに対応付けて保存してもよい。抽出した区間Ｅ１の呼気データが咳による呼気データでないと判断すると（ステップＳ３０；Ｎｏ）、ステップＳ３２にジャンプする。 If the CPU 32 determines that the extracted exhalation data in the section E1 is cough exhalation data (step S30; Yes), the CPU 32 determines that the extracted section E1 is cough and detects it and stores it in the external storage device 35 (step S30). S31). At this time, the generation time t, the maximum voice level Sv _max , the maximum expiration level Se _{max and the} like are stored in association with the subject ID. Further, at least one pattern of voice data and exhalation data corresponding to the type of cough is stored in the ROM 33 or the external storage device 35, and the cough is compared with the measured pattern corresponding to these patterns. May be specified and stored in association with the subject ID. When it is determined that the extracted exhalation data in the section E1 is not exhalation data due to cough (step S30; No), the process jumps to step S32.

ステップＳ３２において、ＣＰＵ３２は、ＲＡＭ３４に記憶された上記抽出区間Ｖ１以降の音声データの時間的変化を解析し、音声レベルが閾値レベルＳｖ_th以下から閾値レベルＳｖ_th以上に増加している音声データに立ち上がり部ｔｖ₁があるか否かを判断する。音声データに立ち上がり部ｔｖ₁があると判断すると（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、ステップＳ２３に戻り、咳検出を繰り返す。これにより、立ち上がり部ｔｖ₁を有する全ての区間の咳検出が行われることになる。音声データに立ち上がり部ｔｖ₁がないと判断すると（ステップＳ３２；Ｎｏ）、フローを終了する。 In step S32, CPU 32 analyzes the temporal change of the extraction interval V1 subsequent voice data stored in the RAM 34, the audio data the sound level is increased from below the threshold level Sv _th to or higher than the threshold level Sv _th It is determined whether or not there is a rising portion tv ₁ . If it is determined that there is a rising portion tv _{1 in the} audio data (step S32; Yes), the process returns to step S23 and cough detection is repeated. Thereby, cough detection of all the sections having the rising portion tv ₁ is performed. If it is determined that there is no rising portion tv _{1 in the} audio data (step S32; No), the flow is terminated.

このように、咳の音声を検出する際に呼気も関連付けて検出するので、咳に類似した音声が検出された場合であっても咳に固有の呼気が検出されていなければ咳でないと判断することができ、精度良く咳の検出を行うことができる。 In this way, when detecting the cough voice, the breath is also associated and detected, so even if the voice similar to the cough is detected, it is determined that the cough is not cough if the breath specific to the cough is not detected. It is possible to detect cough with high accuracy.

本実施形態では、音声データを解析して咳による音声データであれば呼気データを解析して咳の検出を行ったが、逆に呼気データを解析して咳による呼気データであれば音声データを解析して咳の検出を行ってもよい。また、音声データの解析及び呼気データの解析を独立して行っておいて、両者とも咳であると判断した場合に咳として検出するようにしてもよい。 In this embodiment, voice data is analyzed and cough is detected by analyzing expiratory data if the voice data is cough, but conversely, voice data is analyzed if the expiratory data is analyzed and cough is expiratory data. Analysis and cough detection may be performed. Further, the analysis of the voice data and the analysis of the expiration data may be performed independently, and when both are determined to be cough, they may be detected as cough.

また、例えば、音声データと呼気データとを掛け合わせる等の演算を行うことにより咳を検出するようにしてもよい。咳である場合は、音声データの出力がある部分（音声が検出された部分）と呼気データの出力がある部分（呼気が検出された部分）との時間帯がほぼ重なる。一方、咳でない場合は、音声データの出力がある部分（音声が検出された部分）と呼気データの出力がある部分（呼気が検出された部分）とは無相関であり、時間帯が重ならない可能性が高い。そのため、掛け合わせの演算を行った後のデータは、咳である場合は、咳でない場合と比べて相対的に長時間に亘って出力のあるデータが得られる。従って、掛け合わせの演算を行う場合は、演算後のデータの出力のある時間が所定時間以上であるか否かで、咳であるか否かを判断すればよい。 Further, for example, cough may be detected by performing a calculation such as multiplying voice data and expiration data. In the case of cough, the time zone of the portion where the voice data is output (the portion where the voice is detected) and the portion where the breath data is output (the portion where the breath is detected) almost overlap. On the other hand, if it is not cough, the part where the voice data is output (the part where the voice is detected) and the part where the breath data is output (the part where the breath is detected) are uncorrelated and the time zones do not overlap. Probability is high. For this reason, when the data after the multiplication operation is a cough, data having an output for a relatively long time is obtained as compared with a case where the data is not a cough. Therefore, when performing the multiplication operation, it is only necessary to determine whether or not the cough is caused by whether or not the output time of the data after the calculation is a predetermined time or more.

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態においては、第１の実施形態における圧電素子２１を差圧センサに換えた以外は同様の構成である。また、咳測定処理及び咳検出処理についても第１の実施形態と同様である。第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。 <Second Embodiment>
The second embodiment has the same configuration except that the piezoelectric element 21 in the first embodiment is replaced with a differential pressure sensor. The cough measurement process and the cough detection process are the same as those in the first embodiment. Only parts different from the first embodiment will be described.

図６に、第２の実施形態に係る呼気センサである差圧センサ２６の取付外観図を示す。第１の実施形態と共通する部分については同じ符号を用いている。差圧センサ２６は、マスク４０の側端部に図示しない手段で固定されている。差圧センサ２６は２本の圧力伝達管２６ａ，２６ｂを有し、圧力伝達管２６ａはマスク４０の内側の鼻孔付近まで延設され、圧力伝達管２６ｂはマスク４０の外側に設けられている。 FIG. 6 shows an external view of the attachment of the differential pressure sensor 26 which is an expiration sensor according to the second embodiment. The same code | symbol is used about the part which is common in 1st Embodiment. The differential pressure sensor 26 is fixed to a side end portion of the mask 40 by means (not shown). The differential pressure sensor 26 has two pressure transmission pipes 26 a and 26 b. The pressure transmission pipe 26 a extends to the vicinity of the nostril inside the mask 40, and the pressure transmission pipe 26 b is provided outside the mask 40.

吸気の際は、鼻孔から空気が吸引されるので、圧力伝達管２６ａ内の圧力は圧力伝達管２６ｂ内の圧力に比べて低くなる。咳等による呼気の際は、口や鼻孔から空気が呼出されるので、圧力伝達管２６ａ内の圧力は圧力伝達管２６ｂ内の圧力に比べて高くなる。これにより咳の検出が可能となっている。 During intake, air is sucked from the nostril, so that the pressure in the pressure transmission pipe 26a is lower than the pressure in the pressure transmission pipe 26b. When exhaling due to coughing or the like, air is called from the mouth or nostril, so the pressure in the pressure transmission tube 26a is higher than the pressure in the pressure transmission tube 26b. This makes it possible to detect cough.

図７は、被検者が咳をしたときに第２の実施形態に係る咳検出装置で測定される音声信号Ｓｖ及び呼気信号Ｓｅを示す概念図であり、第１の実施形態における図４（ａ）に対応するものである。図４（ａ）と重複する部分については省略する。 FIG. 7 is a conceptual diagram showing an audio signal Sv and an expiration signal Se measured by the cough detection device according to the second embodiment when the subject coughs. FIG. This corresponds to a). A portion overlapping with FIG. 4A is omitted.

差圧センサ２６により咳を検出する場合には、腹部に空気を溜め込む際に鼻孔又は口から空気が吸引されるので、図７に示すように、センサ出力は負のセンサ出力から立ち上がる波形となる。従って、咳検出処理においては、図５に示したステップＳ３０の第２判断工程において、呼気レベルの立ち上がり勾配θｅ、時間幅Ｔｅに加えて、負のセンサ出力から立ち上がる波形であれば、咳による呼気データと判断し、それ以外であれば咳による呼気データでないと判断することができ、より精度の高い咳検出が可能となる。 When the cough is detected by the differential pressure sensor 26, air is sucked from the nostril or mouth when the air is accumulated in the abdomen, so that the sensor output has a waveform that rises from the negative sensor output as shown in FIG. . Therefore, in the cough detection process, if the waveform rises from the negative sensor output in addition to the exhalation level rising slope θe and the time width Te in the second determination step of step S30 shown in FIG. Otherwise, it can be determined that the data is not exhaled data due to cough, and more accurate cough detection is possible.

呼気センサとしては、第１の実施形態の圧電センサ２１、第２の実施形態の差圧センサ２６以外にも、呼出の際の息の温度を検出するサーミスタ、マスク４０の耳掛けバンド４１の張力を検出する張力センサ等も使用することができるが、咳による瞬時の信号の変化を応答良く且つ精度良く検出するという点から、第１及び第２実施形態の圧電センサ又は差圧センサを用いることが好ましい。 As the breath sensor, in addition to the piezoelectric sensor 21 of the first embodiment and the differential pressure sensor 26 of the second embodiment, the thermistor that detects the temperature of the breath at the time of calling, the tension of the ear band 41 of the mask 40 A tension sensor or the like can be used, but the piezoelectric sensor or differential pressure sensor of the first and second embodiments is used from the viewpoint of detecting an instantaneous signal change due to cough with good response and accuracy. Is preferred.

第１の実施形態に係る咳検出装置の構成図である。It is a lineblock diagram of the cough detection device concerning a 1st embodiment. 第１の実施形態に係る呼気センサの取付外観図である。It is a mounting external view of the breath sensor concerning a 1st embodiment. 第１の実施形態に係る咳測定処理のフロー図である。It is a flowchart of the cough measurement process which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る音声信号及び呼気信号を示す概念図である。図４（ａ）は、被検者が咳をしたときに第１の実施形態に係る咳検出装置で測定される音声信号Ｓｖ（ａ）及び呼気信号Ｓｅ（ａ）を示す図である。図４（ｂ）は、周囲にいる被検者以外の他人が咳をしたときの音声信号Ｓｖ（ｂ）及び呼気信号Ｓｅ（ｂ）を示す図である。It is a conceptual diagram which shows the audio | voice signal and expiratory signal which concern on 1st Embodiment. FIG. 4A is a diagram illustrating an audio signal Sv (a) and an expiration signal Se (a) measured by the cough detection device according to the first embodiment when the subject coughs. FIG. 4B is a diagram illustrating the audio signal Sv (b) and the exhalation signal Se (b) when another person other than the subject in the vicinity coughs. 第１の実施形態に係る咳検出処理のフロー図である。It is a flowchart of the cough detection process which concerns on 1st Embodiment. 第２の実施形態に係る呼気センサの取付外観図である。It is a mounting external view of the breath sensor concerning a 2nd embodiment. 被検者が咳をしたときに第２の実施形態に係る咳検出装置で測定される音声信号及び呼気信号を示す図である。It is a figure which shows the audio | voice signal and expiration signal which are measured with the cough detection apparatus which concerns on 2nd Embodiment when a subject coughs.

符号の説明Explanation of symbols

１０音声測定部
１１マイクロフォン
２０呼気測定部
２１圧電素子
２６差圧センサ
３０咳検出部
４０マスク DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Audio | voice measurement part 11 Microphone 20 Exhalation measurement part 21 Piezoelectric element 26 Differential pressure sensor 30 Cough detection part 40 Mask

Claims

被検者の音声を検出する音声測定部と、
被検者の呼気を検出する呼気測定部と、
前記音声測定部で検出された音声情報及び前記呼気測定部で検出された呼気情報に基づいて咳を検出する咳検出部と、
を有することを特徴とする咳検出装置。 A voice measurement unit for detecting the voice of the subject;
An exhalation measuring unit for detecting the exhalation of the subject;
A cough detection unit for detecting cough based on the voice information detected by the voice measurement unit and the expiration information detected by the breath measurement unit;
A cough detection device characterized by comprising:

前記咳検出部は、前記音声測定部で検出された音声情報に基づいて咳であるか否かを判断する第１の判断手段と、前記呼気測定部で検出された呼気情報に基づいて咳であるか否かを判断する第２の判断手段と、を有し、前記第１の判断手段及び前記第２の判断手段が双方とも咳であると判断した場合に、咳として検出することを特徴とする請求項１に記載の咳検出装置。 The cough detection unit is configured to determine whether the cough is based on voice information detected by the voice measurement unit, and to detect cough based on the breath information detected by the breath measurement unit. A second judging means for judging whether or not there is a cough, and when the first judging means and the second judging means both judge that it is a cough, it is detected as a cough. The cough detection device according to claim 1.

前記咳検出部は、前記音声測定部で検出された音声情報及び前記呼気測定部で検出された呼気情報を用いて演算を行うことにより咳を検出することを特徴とする請求項１に記載の咳検出装置。 2. The cough detection unit according to claim 1, wherein the cough detection unit detects cough by performing a calculation using the voice information detected by the voice measurement unit and the expiration information detected by the breath measurement unit. Cough detection device.

前記呼気測定部は、圧電素子を含むことを特徴とする請求項１に記載の咳検出装置。 The cough detection device according to claim 1, wherein the breath measurement unit includes a piezoelectric element.

前記呼気測定部は、差圧センサを含むことを特徴とする請求項１に記載の咳検出装置。 The cough detection device according to claim 1, wherein the breath measurement unit includes a differential pressure sensor.

前記呼気測定部は、口と鼻孔とを覆うマスクに設けられていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の咳検出装置。 The cough detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein the breath measurement unit is provided in a mask that covers a mouth and a nostril.

前記音声測定部は、前記マスクに設けられていることを特徴とする請求項６に記載の咳検出装置。 The cough detection device according to claim 6, wherein the voice measurement unit is provided on the mask.

被検者の音声を音声測定部により測定する音声測定工程と、
被検者の呼気を呼気測定部により測定する呼気測定工程と、
前記音声測定工程により測定された音声情報及び前記呼気測定工程により測定された呼気情報を咳検出部に入力し咳を検出する咳検出工程と、
を有することを特徴とする咳検出方法。 A voice measurement process in which the voice of the subject is measured by the voice measurement unit;
An exhalation measurement step of measuring the exhalation of the subject by an exhalation measurement unit;
A cough detection step of detecting cough by inputting the voice information measured by the voice measurement step and the breath information measured by the breath measurement step into a cough detection unit;
A cough detection method comprising:

前記咳検出工程は、前記音声情報に基づいて咳であるか否かを判断する第１判断工程と、前記呼気情報に基づいて咳であるか否かを判断する第２判断工程と、を有し、前記第１判断工程及び前記第２判断工程が双方とも咳であると判断した場合に、咳として検出することを特徴とする請求項８に記載の咳検出方法。 The cough detection step includes a first determination step of determining whether the cough is based on the voice information, and a second determination step of determining whether the cough is based on the expiration information. The cough detection method according to claim 8, wherein cough is detected when it is determined that both the first determination step and the second determination step are cough.

前記咳検出工程は、前記音声情報及び前記呼気情報を用いて演算を行うことにより咳を検出することを特徴とする請求項８に記載の咳検出方法。 The cough detection method according to claim 8, wherein the cough detection step detects cough by performing calculation using the voice information and the expiration information.