JP5136983B2 - Airway inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気管、気管支、肺あるいは声帯などの気道系の検査に用いる気道系検査装置に関する。 The present invention relates to an airway inspection apparatus used for inspection of an airway system such as trachea, bronchi, lungs or vocal cords.
本発明者は、口腔内の圧力を高めることにより声帯に作用する圧力を高めた負荷状態を生じさせ、この負荷状態では、負荷の作用していない無負荷状態と比較して声帯の振動数が変動することを利用して、声帯周辺に病変などによる異常が生じていないかを検出可能とすべく、声帯の振動状態を検出する声帯特性評価装置を発明した（例えば、特許文献１参照。）。 The inventor creates a load state in which the pressure acting on the vocal cords is increased by increasing the pressure in the oral cavity, and in this load state, the frequency of the vocal cords is higher than that in the no-load state where no load is applied. In order to be able to detect whether abnormalities due to lesions or the like have occurred around the vocal cords by utilizing the fluctuation, a vocal cord characteristic evaluation device that detects the vibration state of the vocal cords has been invented (see, for example, Patent Document 1). .
この声帯特性評価装置では、声帯に作用した負荷に応じて声帯の振動数が変動し、その結果、音声の周波数が変動することを利用して、音声の周波数を検出することにより声帯の振動状態を検出している。 In this vocal tract characteristic evaluation device, the vibration frequency of the vocal cords is detected by detecting the frequency of the voice by utilizing the fact that the frequency of the vocal cords fluctuates according to the load acting on the vocal cords and, as a result, the fluctuation of the voice frequency. Is detected.
具体的には、声帯特性評価装置は、被験者が口に銜える筒状のマウスピースと、マウスピースに装着して、発声にともなってマウスピース内に吐出された呼気のマウスピースからの放出を抑制する開閉弁と、マウスピース内の圧力を検出して電気信号として出力する圧力センサと、電気信号から音声の基本周波数とマウスピース内の圧力とを算出するとともに、開閉弁でマウスピースからの呼気の放出を抑制した際におけるマウスピース内の圧力変化に対する周波数の変化率を算出する解析部と、所定周波数の基準音を出力する基準音出力部とを備えている。
上記した声帯特性評価装置は、健康的な成人を被験者として開発を行ったため、一般的には何ら問題なく使用できるものであったが、被験者に肺や声帯などに疾患があったりして大きな声が出せない場合には、声量が十分でないために正確な計測が困難となることがあった。 The vocal cord characteristic evaluation apparatus described above was developed with healthy adults as subjects, and was generally usable without any problems. However, the test subject had a loud voice because the subject had a disease in the lungs or vocal cords. When it is not possible to accurately output the voice, the voice volume is not sufficient and accurate measurement may be difficult.
すなわち、声帯特性評価装置では、声帯に負荷を与えるためにマウスピース内の圧力を上昇させているが、この圧力の上昇は、マウスピースに設けた開閉弁を閉弁状態とすることによりマウスピースを閉塞状態として、発声とともに吐き出された被験者の呼気をマウスピース内に閉じ込めることによって生じさせているため、被験者の声量が小さい場合には圧力の上昇量も小さくなることにより、声帯に十分な負荷を加えることができていなかった。 That is, in the vocal cord characteristic evaluation apparatus, the pressure in the mouthpiece is increased in order to apply a load to the vocal cord. This increase in pressure is caused by closing the open / close valve provided in the mouthpiece. Is closed, and the exhalation of the subject exhaled along with the utterance is confined in the mouthpiece. Could not be added.
このような場合に、被験者に無理に大きな声量で発声させた場合には、大きな声量を出そうとすることによって生じるストレスで声帯の振動状態に何らかの影響が生じるおそれがあり、正確な計測が行えているとは言えなかった。 In such a case, if the subject is forced to speak loudly, the stress caused by trying to produce a loud voice may have some effect on the vibration state of the vocal cords, and accurate measurement can be performed. I couldn't say that.
そこで、本発明者は、声量が十分ではない被験者に対しても問題なく利用できる声帯特性評価装置を研究開発することにより、どのような被験者に対しても問題なく用いることができる声帯特性評価装置を発明するに至ったものである。しかも、この声帯特性評価装置が、単に声帯の検査に用いることができるだけでなく、気管、気管支あるいは肺などの気道系の検査に用いることが可能であることを知見したものである。 Therefore, the present inventor has developed a vocal cord characteristic evaluation apparatus that can be used without problem even for a subject whose voice volume is not sufficient, and can thus be used without problem for any subject. It came to invent. Moreover, the present inventors have found that this vocal cord characteristic evaluation apparatus can be used not only for examination of vocal cords but also for examination of airway systems such as trachea, bronchi or lung.
本発明の気道系検査装置では、基端側を被験者が口に銜える筒状体のマウスピースと、このマウスピース内の圧力を検出して電気信号として出力する圧力センサと、被験者に銜えさせたマウスピース内の圧力を外的に高めるまたは低める圧力可変機と、この圧力可変機でマウスピース内の圧力を高めた際または低めた際に圧力センサから出力された電気信号の解析を行う解析機とを有する気道系検査装置であって、圧力可変機が、マウスピースの先端側の内部に進退自在に設けてマウスピースを閉塞させる可動壁と、この可動壁を進退操作する操作手段を備え、可動壁で閉塞されたマウスピース内の閉塞領域の容積を、可動壁を進出または後退させて調整することにより、マウスピース内の圧力を外的に可変とした。 In the airway system inspection device of the present invention, a cylindrical mouthpiece in which the subject holds the proximal end toward the mouth, a pressure sensor that detects the pressure in the mouthpiece and outputs it as an electrical signal, and makes the subject bark The pressure variable machine that externally increases or decreases the pressure inside the mouthpiece and the analysis of the electrical signal output from the pressure sensor when the pressure inside the mouthpiece is increased or decreased with this pressure variable machine An airway system inspection apparatus, wherein the pressure variable machine includes a movable wall that is provided inside the distal end side of the mouthpiece so as to freely move forward and backward, and closes the mouthpiece, and an operation means for operating the movable wall forward and backward. The pressure in the mouthpiece was made externally variable by adjusting the volume of the closed region in the mouthpiece closed by the movable wall by moving the movable wall forward or backward.
さらに、本発明の気道系検査装置では、以下の点にも特徴を有するものである。
（１）解析機では、被験者にマウスピースを銜えさせたまま発声させた場合に圧力センサから出力された電気信号から音声の基本周波数を検出するとともに、被験者に発声させながら圧力可変機によりマウスピース内の圧力を高めまたは低めて、マウスピース内の圧力変化に対する周波数の変化率を算出すること。
（２）被験者の発声の開始直後は、マウスピースの内部と外部とを連通させてマウスピース内の空気を外部に排出可能とする一方、圧力可変機によりマウスピース内の圧力を外的に高めるまたは低めるときには、マウスピースを閉塞させて外部への空気の漏洩を防止する切替手段を有すること。
（３）マウスピースの筒状体には通気孔を設け、可動壁を通気孔よりもマウスピースの先端側に位置させることによりマウスピースの内部を外部に連通させ、可動壁を通気孔よりも基端側に位置させることによりマウスピースを閉塞させること。
Further, the airway system inspection device of the present invention is also characterized by the following points.
(1) The analyzer detects the fundamental frequency of the sound from the electrical signal output from the pressure sensor when the subject is uttered while holding the mouthpiece, and also uses the pressure variable device to utter the subject. Increase or decrease the pressure inside, and calculate the rate of change of frequency for the pressure change in the mouthpiece.
(2) Immediately after the start of the test subject's utterance, the inside of the mouthpiece communicates with the outside so that the air in the mouthpiece can be discharged to the outside, while the pressure inside the mouthpiece is increased externally by a pressure variable device. Or when lowering, have a switching means to block the mouthpiece and prevent leakage of air to the outside.
(3) The mouthpiece tubular body is provided with a vent hole, and the movable wall is positioned closer to the distal end side of the mouthpiece than the vent hole so that the inside of the mouthpiece communicates with the outside. Closing the mouthpiece by positioning it on the proximal side.
本発明の気道系検査装置では、マウスピースの先端側の内部に進退自在に設けてマウスピースを閉塞させる可動壁と、この可動壁を進退操作する操作手段を備えた圧力可変機を有し、可動壁で閉塞されたマウスピース内の閉塞領域の容積を、可動壁を進出または後退させて調整することによって、マウスピース内の圧力を外的に可変としたことにより、被験者の声量にかかわらず口腔内を所望の圧力として、声帯、気管、気管支あるいは肺などに負荷を確実に作用させることができる。特に、圧力可変機によって負荷の大きさを自由に設定できるので、気道系の様々な特性の検査を行うことができる。 The airway inspection apparatus of the present invention has a movable wall that is provided inside the distal end side of the mouthpiece so as to be able to advance and retract, and closes the mouthpiece, and a pressure variable machine that includes an operation means for operating the movable wall forward and backward. Regardless of the volume of the subject's voice, the volume of the closed area in the mouthpiece closed by the movable wall is adjusted by moving the movable wall forward or backward to make the pressure in the mouthpiece variable externally. A load can be reliably applied to the vocal cords, trachea, bronchi, lungs, or the like with the desired pressure in the oral cavity. In particular, since the magnitude of the load can be freely set by the pressure variable machine, various characteristics of the airway system can be inspected.
本発明の気道系検査装置は、基端側を被験者が口に銜える筒状体のマウスピースと、このマウスピース内の圧力を検出して電気信号として出力する圧力センサと、被験者に銜えさせたマウスピース内の圧力を外的に高めるまたは低める圧力可変機と、この圧力可変機でマウスピース内の圧力を高めた際または低めた際に圧力センサから出力された電気信号の解析を行う解析機を備え、圧力可変機でマウスピース内の圧力を変動させることにより、マウスピースを銜えた被験者の気道系の検査を可能としているものである。 The airway system inspection device of the present invention has a cylindrical mouthpiece in which the subject holds the proximal end side in the mouth, a pressure sensor that detects the pressure in the mouthpiece and outputs it as an electrical signal, and makes the subject bark. The pressure variable machine that externally increases or decreases the pressure inside the mouthpiece and the analysis of the electrical signal output from the pressure sensor when the pressure inside the mouthpiece is increased or decreased with this pressure variable machine It is possible to examine the airway system of a subject holding a mouthpiece by changing the pressure in the mouthpiece with a pressure variable machine.
特に、圧力可変機は、マウスピースの先端側の内部に進退自在に設けてマウスピースを閉塞させる可動壁と、この可動壁を進退操作する操作手段を備え、可動壁で閉塞されたマウスピース内の閉塞領域の容積を、可動壁を進出または後退させて調整することにより、マウスピース内の圧力を外的に可変としている。 In particular, the pressure variable machine includes a movable wall that can be moved forward and backward inside the mouthpiece to close the mouthpiece, and an operating means for moving the movable wall forward and backward, and the inside of the mouthpiece closed by the movable wall. By adjusting the volume of the closed region by moving the movable wall forward or backward, the pressure in the mouthpiece can be changed externally.
したがって、被験者の声量などに依らず、マウスピース内を所望の圧力とすることができ、マウスピースと連通した被験者の口腔内を所望の圧力として、声帯だけでなく気管や気管支、あるいは肺などに所望の負荷を作用させることができるので、負荷の有無あるいは大きさを調整することによって検査を行うことができる。 Therefore, the inside of the mouthpiece can be set to a desired pressure regardless of the volume of the subject's voice, and the inside of the mouth of the subject communicating with the mouthpiece can be set to a desired pressure not only in the vocal cords but also in the trachea, bronchi, or lungs. Since a desired load can be applied, the inspection can be performed by adjusting the presence or absence or the size of the load.
より具体的には、被験者にマウスピースを銜えさせたまま発声させ、圧力センサから出力された電気信号から音声の基本周波数を検出しながらマウスピース内の圧力を圧力可変機により高めまたは低めて、マウスピース内の圧力変化に対する周波数の変化率を解析機で算出することにより、声帯を検査することができる。特に、圧力可変機を用いることにより、従来よりも大きな圧力による負荷を声帯に作用させることができ、確実な検査を行うことができる。 More specifically, the subject speaks while holding the mouthpiece, and the pressure in the mouthpiece is increased or decreased by the pressure variable machine while detecting the fundamental frequency of the sound from the electrical signal output from the pressure sensor, The vocal cords can be inspected by calculating the rate of change of the frequency with respect to the pressure change in the mouthpiece with an analyzer. In particular, by using a pressure variable machine, it is possible to apply a load caused by a pressure larger than that in the conventional art to the vocal cords and perform a reliable inspection.
あるいは、声を出さずにマウスピースをただ単に銜えた無発声の状態として、マウスピース内の圧力を圧力可変機により高めまたは低めることにより、圧力の変化状態から、声帯、気管、気管支あるいは肺の状態を検査することも可能である。 Alternatively, as a silent state in which the mouthpiece is simply raised without speaking out, the pressure inside the mouthpiece is increased or decreased by a pressure variable device, so that the pressure change state can be changed to the vocal cords, trachea, bronchus or lungs. It is also possible to check the condition.
より具体的には、例えば、息を大きく吸った状態若しくは息をできるだけ吐き出した状態で被験者にマウスピースを銜えさせて、圧力可変機で可動壁を所定量だけ移動させることにより生じたマウスピース内の圧力変化から、マウスピース内の閉塞領域と連通した気道部分の体積、すなわち、気道体積を評価することができる。 More specifically, for example, the inside of the mouthpiece generated by holding the mouthpiece in a state where the patient inhales or exhales as much as possible and moves the movable wall by a predetermined amount with a pressure variable machine. From this pressure change, the volume of the airway portion communicating with the closed region in the mouthpiece, that is, the airway volume can be evaluated.
この場合、可動壁はほとんど一瞬のうちに移動するとともに、その間、マウスピース内の閉塞領域と連通した気道体積は一定であると考えて、圧力可変機に生じさせた容積変化に対応したマウスピース内の圧力変化は、ボイルの法則に基づくものとなるために、マウスピース内の圧力変化から気道体積を特定できることを利用している。 In this case, the movable wall moves almost instantly, and during that time, the airway volume communicating with the closed region in the mouthpiece is considered to be constant, and the mouthpiece corresponding to the volume change caused by the pressure variable machine Since the internal pressure change is based on Boyle's law, the fact that the airway volume can be specified from the pressure change in the mouthpiece is used.
そして、息を大きく吸った状態と、息をできるだけ吐き出した状態でそれぞれ得られた気道体積の差から、肺活量を特定することができる。したがって、従来の肺活量計のように被験者に連続的に息を吐き出させながら計測を行うよりも被験者の息苦しさを解消しやすく、しかも瞬時に計測可能であるので、高齢の被験者や、肺の手術を行った被験者に対して肺活量の評価を安全に行うことができる。 Then, the vital capacity can be specified from the difference in airway volume obtained in a state where the breath is greatly inhaled and the state where the breath is exhaled as much as possible. Therefore, it is easier to eliminate the subject's breathlessness than measuring while continuously exhaling the subject like conventional spirometers, and it is possible to measure instantly, so it is possible to measure elderly subjects and lung surgery It is possible to safely evaluate the vital capacity of the subject who performed the test.
なお、息を大きく吸った状態では、気道体積が大きくなっているために、圧力可変機によって生じさせた容積変化に対する圧力変化の応答が小さく、逆に、息をできるだけ吐き出した状態では、気道体積が小さくなっているために、圧力可変機によって生じさせた容積変化に対する圧力変化の応答が大きくなっていた。 In addition, since the airway volume is large in a state where a large amount of breath is inhaled, the response of the pressure change to the volume change caused by the pressure variable machine is small, and conversely, in the state where the breath is exhaled as much as possible, the airway volume Since the pressure is small, the response of the pressure change to the volume change caused by the pressure variable machine is large.
さらに、息を大きく吸った状態と息をできるだけ吐き出した状態の中間的な状態では、圧力可変機によって生じさせた容積変化に対する圧力変化の応答が、息を大きく吸った状態よりも小さくなっていた。現時点では推論ではあるが、中間的な状態では、肺が柔らかいために、圧力可変機によって容積変化を生じさせた際に気道体積が変動して、息を大きく吸った状態の場合よりも、圧力可変機によって生じさせた容積変化に対する圧力変化の応答が小さくなっているものと考えられる。 Furthermore, in an intermediate state between a state where a large amount of breath was inhaled and a state where the breath was exhaled as much as possible, the response of the pressure change to the volume change caused by the pressure variable machine was smaller than the state where the breath was greatly inhaled. . At present, it is inferred, but in the intermediate state, because the lungs are soft, the airway volume fluctuates when the volume change is caused by the pressure variable machine, and the pressure is higher than in the case of inhaling a large amount of breath. It is considered that the response of the pressure change to the volume change caused by the variable machine is small.
したがって、中間的な状態において圧力可変機によって生じさせた容積変化に対する圧力変化の応答を検出することにより、肺の容積や肺の力学特性などの評価が可能となる可能性がある。 Therefore, by detecting the response of the pressure change to the volume change caused by the pressure variable machine in an intermediate state, it may be possible to evaluate the lung volume, the lung dynamic characteristics, and the like.
本発明の気道系検査装置は、もともと声帯特性評価装置として開発したものであり、声帯の特性評価以外の利用方法に関しては個々に検証を行っており、今後、気道系の検査装置または評価装置として新たな利用方法が見いだされる可能性が高く、声帯の特性評価のみに用いられるものではないことを申し添えておく。 The airway inspection device of the present invention was originally developed as a vocal tract characteristic evaluation device, and has been individually verified for use methods other than the vocal tract characteristic evaluation, and will be used as an airway inspection device or evaluation device in the future. I would like to mention that new uses are likely to be found and are not only used to characterize vocal cords.
以下において、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳説する。本実施形態の気道系検査装置は、声帯特性評価装置として用いるものであり、図１に示すように、被験者が口に銜える筒状体のマウスピース10と、このマウスピース10に装着してマウスピース10内の圧力を検出する圧力センサ20と、この圧力センサ20が出力した電気信号の解析を行う解析機30を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The airway system inspection apparatus of this embodiment is used as a vocal tract characteristic evaluation apparatus. As shown in FIG. 1, a
マウスピース10は、本実施形態では内径16mm、外形24mmのプラスチック製の筒状体で構成しており、特に、被験者が口に銜える基端側に対して先端側は、ウスピース10内の圧力を外的に高めるまたは低める圧力可変機11を装着するために、基端側よりも内径を大きくしている。説明の便宜上、マウスピース10の先端側において内径寸法を拡大させて構成した太径部分を太径部10aと呼ぶ。本実施形態では、太径部10aの内径寸法は60mmとしている。
In the present embodiment, the
マウスピース10は、太径部10aを設けることなく圧力可変機11を装着することもできるが、太径部10aを設けることにより、後述するように圧力可変機11でマウスピース10内の圧力を調整する場合に、単位時間あたりの圧力の変化量を大きくしやすくすることができ、瞬時にマウスピース10内を所望の圧力とすることができるので、気道系検査装置による検査効率を向上させることができる。
The
また、マウスピース10には、被験者が口に銜える基端側の端部に紙製の銜え片12を着脱自在に装着して、被験者ごとに銜え片12を取り替えることにより衛生的としている。
Further, the
圧力可変機11は、太径部10aの内部に進退自在に設けてマウスピース10の先端側の開口を閉塞させる可動壁11aと、この可動壁11aを進退操作する操作手段の電動シリンダ11bで構成している。図１中、11cは電動シリンダ11bのロッドであって、先端に可動壁11aを装着して、電動シリンダ11bによってロッド11cを進退駆動させることにより、可動壁11aを進退操作可能としている。
The pressure
電動シリンダ11bは、解析機30から出力された制御信号に基づいて駆動させており、所定のタイミングで所定量だけ可動壁11aを進出または後退させている。なお、電動シリンダ11bを駆動させるために、適宜のコントローラや動力源を用いているが、図１では省略している。
The
圧力センサ20は、本実施形態では半導体圧力トランスデューサで構成しており、検出部をマウスピース10の内部空間部分に挿入して、マウスピース10に装着している。なお、マウスピース10内の圧力検出は、半導体圧力トランスデューサによる検出に限定するものではなく、適宜の圧力検出手段を用いてもよい。
In this embodiment, the
圧力センサ20は、マウスピース10内の圧力に応じて電気信号を出力しており、この電気信号を解析機30に入力している。圧力センサ20は、必要に応じて適宜のアンプを介して解析機30に接続してもよい。
The
解析機30は、本実施形態ではパーソナルコンピュータで構成しており、このパーソナルコンピュータのハードディスクなどの記憶部には、気道系検査装置を作動させるための所要のプログラムを記憶させている。
The
具体的には、圧力センサ20から出力された電気信号から音声の基本周波数を検出する基本周波数検出プログラム、圧力センサ20から出力された電気信号からマウスピース10内の圧力を検出する圧力検出プログラム、基本周波数検出プログラムと圧力検出プログラムとで得られた基本周波数データと圧力データから圧力変化に対する基本周波数の変化率を算出する周波数変化率算出プログラム、電動シリンダ11bに入力する制御信号の出力制御プログラムなどである。
Specifically, a basic frequency detection program for detecting the fundamental frequency of sound from the electrical signal output from the
また、記憶部には、異なる基本周波数の音声ごとに周波数変化率算出プログラムで得られた周波数変化率データから、基本周波数の変化率の変化曲線を算出する変化曲線算出プログラムを設けており、この変化曲線算出プログラムによって解析機30を変化曲線算出手段として機能させている。
In addition, the storage unit is provided with a change curve calculation program for calculating a change curve of the change rate of the fundamental frequency from the frequency change rate data obtained by the frequency change rate calculation program for each voice of different fundamental frequencies. The
さらに、解析機30であるパーソナルコンピュータには、所定の周波数の基準音を、周波数を逐次変えながら所定時間出力させる基準音再生プログラムを記憶部に記憶させている。この基準音再生プログラムに基づいて再生した基準音をパーソナルコンピュータに接続したスピーカ40から出力させることにより、後述するように気道系検査装置を用いた検査をスムーズに行えるようにしている。なお、基準音の出力はスピーカ40に限定するものではなく、ヘッドホンやイヤフォンであってもよい。
Further, the personal computer which is the analyzer 30 stores a reference sound reproduction program for outputting a reference sound having a predetermined frequency for a predetermined time while sequentially changing the frequency in the storage unit. By outputting the reference sound reproduced based on the reference sound reproduction program from the
このように構成した気道系検査装置で声帯の検査を行う場合には、被験者にマウスピース10に装着した銜え片12を銜えさせ、スピーカ40から所定の高さの基準音を出力させて被験者に聞かせながら、被験者に基準音に合わせた音の高さの声を発声させている。ちなみに、後述するように基本周波数の検出を行うために、通常は、例えば「アー」などのように一文字を延ばして発声させている。また、被験者に発声させる場合には、所定の音量以上で発声させることが望ましく、基準音に合わせた大きさで発声させている。被験者の声量が十分ではない場合には、基準音の出力を大きくすると、被験者が基準音につられて声を大きく出すので、容易に所定の音量程度とすることができる。
When the vocal tract is inspected with the airway inspection apparatus configured as described above, the subject is given a
なお、このとき、被験者には、両手で鼻と頬を押さえさせて、発声にともなって鼻からの空気抜けや、頬に空気が溜まることによる膨らみが生じることのないようにしている。必要に応じて、専用の鼻栓及び頬押さえ用のマスクを使用してもよい。鼻から空気が抜けやすくなっていたり、頬が空気でふくらみやすくなっていたりすると、後述するように圧力可変機11でマウスピース10内の圧力を高めた際に、鼻からの空気抜けや頬のふくらみによって圧力を十分に高められない場合があるためである。
At this time, the subject holds the nose and cheeks with both hands so that no air escapes from the nose or bulges due to air collecting on the cheeks. If necessary, a dedicated nasal plug and cheek mask may be used. If the air is easy to escape from the nose or the cheeks are easy to swell with air, as will be described later, when the pressure inside the
また、本実施形態では、図１に示すように、マウスピース10の太径部10a部分の筒状体に通気孔10bを設けており、圧力可変機11の可動壁11aは通気孔10bよりもマウスピース10の先端側に位置させておくことにより、通気孔10bを介してマウスピース10の内部を外部に連通させている。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a
したがって、マウスピース10を銜えた被験者が発声した際に、発声にともなってマウスピース10内に呼気が流入すると、呼気の流入に応じて通気孔10bからマウスピース10内の空気が外部に排出されるため、マウスピース10内の圧力が高まることがなく、通常の発声状態とすることができる。
Therefore, when the subject holding the
気道系検査装置では、マウスピース10を銜えた被験者に発声させた状態で、圧力センサ20によってマウスピース10内の圧力、及び被験者が発した音声の基本周波数のサンプリングを行っている。すなわち、圧力センサ20から出力された電気信号を解析機30に入力して、この解析機30で圧力検出プログラムによってマウスピース10内の圧力を検出するとともに、周波数検出プログラムによって音声の基本周波数を検出している。
In the airway inspection apparatus, the
特に、音声の基本周波数を検出する際には、解析機30は、圧力センサ20から入力された電気信号に対して適宜のバンドパスフィルタなどを用いて音声周波数領域部分の信号の抽出するフィルタ処理を行い、次いで、抽出された音声周波数領域部分の信号に対して高速フーリエ変換処理を行って音声のスペクトル曲線を抽出している。
In particular, when detecting the fundamental frequency of speech, the
次いで、解析機30は、音声のサンプリング時に用いた基準音の周波数に基づいて、音声の基本周波数を検出している。すなわち、解析機30では、例えば基準音の周波数の±１０Ｈｚの範囲を基本周波数を検出するための検出領域として、この検出領域中でスペクトル曲線が極大となるピークの周波数を検出し、検出されたピークの周波数を基本周波数としている。
Next, the
このように、解析機30では、音声のサンプリング時に用いた基準音の周波数に基づいて基本周波数を特定することにより、基本周波数を正しく検出することができるとともに、自動的かつ極めて短時間で基本周波数を特定できる。
As described above, the
気道系検査装置では、基本周波数の特定後、基本周波数の経時変化を検出して、この基本周波数の変動が所定のしきい値よりも小さくなったことを検出することにより安定的に発声されているものと判定し、電動シリンダ11bに対して可動壁11aを進出または後退させるための所定の制御信号を出力している。この制御信号は、電動シリンダ11bを直ちに駆動させるものであってもよいし、所定時間が経過した後に電動シリンダ11bを駆動させて可動壁11aを進出または後退させるものであってもよい。
In the airway inspection device, after the fundamental frequency is specified, the change over time of the fundamental frequency is detected, and by detecting that the fluctuation of the fundamental frequency is smaller than a predetermined threshold, the voice is stably uttered. A predetermined control signal for advancing or retracting the
本実施形態では、電動シリンダ11bは、制御信号に基づいて可動壁11aをマウスピース10の基端側に向けて進出させている。
In the present embodiment, the
可動壁11aは、マウスピース10の基端側に移動することにより通気孔10bを横切り、通気孔10bよりもさらにマウスピース10の先端側に移動することによって、図２に示すようにマウスピース10を閉塞し、さらに可動壁11aをマウスピース10の基端側に移動させることによりマウスピース10内の閉塞領域の容積を減少させてマウスピース10内の圧力を高めている。
The
制御信号に基づいて移動する可動壁11aの移動量は、あらかじめ設定しておいた所定の移動量としてもよいし、可動壁11aの移動量途中におけるマウスピース10内の圧力を逐次検出して、所定の圧力となるまで移動させてもよい。
The movement amount of the
気道系検査装置では、マウスピース10内の圧力を高めた後、さらに音声のサンプリングを所定時間行って、マウスピース10内の圧力を高めた状態での音声の基本周波数を特定している。
In the airway inspection apparatus, after increasing the pressure in the
そして、解析機30では、マウスピース10内の圧力を高める前に検出した音声の基本周波数の平均値F1、及びマウスピース10内の圧力の平均値P1を算出するとともに、マウスピース10内の圧力を高めた後に検出した音声の基本周波数の平均値F2、及びマウスピース10内の圧力の平均値P2を算出し、次式を用いて基本周波数の圧力に対する変化率Ｒを算出している。
Ｒ＝−（F2−F1）／（P2−P1）
The
R = − (F 2 −F 1 ) / (P 2 −P 1 )
所定の基本周波数での変化率Ｒが算出されると、気道系検査装置はスピーカ40から出力する基準音の周波数を直ちに変更して、別の周波数での変化率Ｒの算出を行っている。当然ながら、基準音の周波数を変更した場合には、マウスピース10内の可動壁11aを後退させて、可動壁11aを初期位置に戻している。
When the rate of change R at a predetermined fundamental frequency is calculated, the airway inspection apparatus immediately changes the frequency of the reference sound output from the
気道系検査装置は、必ずしも変化率Ｒの算出を待って基準音の変更を行う必要はなく、通常、１つの基準音での変化率Ｒの検出は瞬時的に行うことができるので、通常であれば例えば２〜３秒ごとに基準音の周波数を変えるようにして、基準音を逐次変えながら変化率Ｒを順次取得するようにしてもよい。 The airway system inspection apparatus does not necessarily need to change the reference sound after waiting for the calculation of the rate of change R. Usually, the rate of change R can be detected instantaneously with one reference sound. For example, the frequency of the reference sound may be changed every 2 to 3 seconds, and the rate of change R may be sequentially acquired while sequentially changing the reference sound.
所定の基本周波数における変化率Ｒの算出が全て終了すると、解析機30は変化曲線算出プログラムを起動して、変化率Ｒの変化曲線を算出する。この変化率曲線は、一般的に基本周波数に対してＶ字状パターンとなることが知られているものであって、声帯に異常が生じているとＶ字状パターンに乱れが生じるため、その乱れの程度から声帯の状態を診断可能としている。
When all the calculation of the change rate R at the predetermined fundamental frequency is completed, the
このように、気道系検査装置では、可動壁11aを移動させてマウスピース10内の閉塞領域の容積を調整することによってマウスピース10内の圧力を調整することにより、肺や声帯に生じた疾患、あるいはその他の原因によって十分な声量が得られにくい被験者であっても、マウスピース10内を所定の圧力として所望の音声の基本周波数を確実に検出することができ、声帯の状態の確実な診断を行うことができる。
As described above, in the airway system inspection device, a disease caused in the lungs and vocal cords by adjusting the pressure in the
特に、可動壁11aによってマウスピース10内の閉塞領域の容積を調整することにより、従来のように開閉弁を用いてマウスピース10を閉塞する場合よりも、マウスピース10内の圧力の変化量を大きくすることができ、声帯により大きな負荷を作用させた状態での振動の検出を可能とすることができる。
In particular, by adjusting the volume of the closed region in the
図３は、開閉弁として回転バルブを用いた場合の従来の声帯特性評価装置と、可動壁を用いた本発明の気道系検査装置での最大圧力差の実験結果であって、それぞれ同じ声の大きさで３５回実験を行って得られた最大圧力の平均値を示している。図３に示すように、約５倍の圧力が得られるようになっていることがわかる。 FIG. 3 shows experimental results of the maximum pressure difference in the conventional vocal tract characteristic evaluation apparatus using a rotary valve as an on-off valve and the airway system inspection apparatus of the present invention using a movable wall. The average value of the maximum pressure obtained by performing the experiment 35 times in size is shown. As shown in FIG. 3, it can be seen that a pressure of about 5 times is obtained.
上述した実施形態では、マウスピース10の太径部10aに通気孔10bを設け、可動壁11aをマウスピース10の基端側に移動させることにより、可動壁11aが通気孔10bの位置を超えるまではマウスピース10の内部を外部と連通させる一方、可動壁11aが通気孔10bの位置を超えることによりマウスピース10を閉塞してマウスピース10内を加圧状態としているが、他の実施形態として通気孔10bを設けるのではなく、被験者の発声にともなってマウスピース10内に呼気が流入した際には、流入した呼気によってマウスピース10内の圧力上昇を生じさせないように可動壁11aをマウスピース10の先端側に後退させ、マウスピース10内の加圧する際に可動壁11aをマウスピース10の基端側に進出させてもよい。
In the embodiment described above, the
また、マウスピース10内の圧力を高めて声帯に作用する負荷を大きくするのではなく、マウスピース10内の圧力を低めて声帯に作用する負荷を小さくした状態での声帯の振動状態を検出する場合には、可動壁11aをマウスピース10の先端側にさらに後退させることにより容易にマウスピース10内の圧力を低めることができる。
Also, rather than increasing the pressure acting on the vocal cords by increasing the pressure in the
上述した本実形態では、通気孔10bを有するマウスピース10に対して、可動壁11a自体が切替手段として機能して、マウスピース10の内部と外部とを連通させた非閉塞状態から、閉塞状態に切り替え可能としているが、他の実施形態として、図４に示すように、マウスピース10には、回転バルブなどを用いた開閉弁50を設けて、この開閉弁50でマウスピース10の非閉塞状態と閉塞状態とを切替え可能とすることもできる。この場合、開閉弁50は、解析機30から入力された制御信号に基づいて開閉制御を行っている。
In the present embodiment described above, for the
また、開閉弁50はマウスピース10に設けるのではなく、可動壁11aに設けてもよい。
Further, the on-off
さらに、本実施形態では、可動壁11aは合成を有する板体で構成しているが、例えば図５に示すように、ゴムシートなどのように伸縮性を有するシート体によって可動壁11a'を構成することもできる。
Furthermore, in the present embodiment, the
すなわち、圧力センサ20'が装着された筒状体のマウスピース10'は、先端に閉塞壁10c'を設けて閉塞しており、この閉塞壁10c'よりもマウスピース10'の先端側に可動壁11a'を設けて、マウスピース10'の先端部に、可動壁11a'と閉塞壁10c'及びでマウスピース10'の太径部10a'の筒状体とで囲まれた圧力調整空間S'を形成している。図５中、50'は開閉弁であって、マウスピース10'の非閉塞状態と閉塞状態とを切替え可能としている。
That is, the
圧力調整空間S'は、中途部に回転バルブなど開閉弁からなる連通切替弁11d'を設けた連結配管11e'を介して、所定の容積を有する調整タンク11f'の内部空間と連通連結させている。
The pressure adjustment space S ′ is connected in communication with the internal space of the
調整タンク11f'には、加圧ポンプＰを連通連結するとともに、減圧弁11g'を連通連結して、加圧ポンプＰと減圧弁11g'によって調整タンク11f'内を所定の圧力としている。
A pressure pump P is connected to the
また、マウスピース10'の先端部には、回転バルブなど開閉弁からなるリセット弁11h'によって開閉操作される通気管11j'を接続しており、リセット弁11h'を開弁状態とすることにより圧力調整空間S'をマウスピース10'の外部と連通させて、圧力調整空間S'内の圧力を大気圧にリセット可能としている。
Further, a vent pipe 11j ′ that is opened and closed by a
そして、マウスピース10'内の圧力を高める場合には、調整タンク11f'内の圧力を加圧ポンプＰと減圧弁11g'によってあらかじめ大気圧よりも高い所定の圧力としておき、開閉弁50'及びリセット弁11h'を閉弁状態として連通切替弁11d'を開弁状態とすることにより、圧力調整空間S'内の圧力を調整タンク11f'内の圧力と同程度の圧力とする。
When the pressure in the
したがって、圧力調整空間S'内の圧力が高まることにより、図５に示すように可動壁11a'は、マウスピース10'の基端側に向けて突出しながら膨張し、可動壁11a'よりもマウスピース10'の基端側におけるマウスピース10'の閉塞空間Ｓの容積が気密状態で減少することにより、マウスピース10'の閉塞空間Ｓの圧力を高めることができる。
Therefore, as the pressure in the pressure adjustment space S ′ increases, the
このとき、マウスピース10'の閉塞空間Ｓの圧力と、圧力調整空間S'の圧力は平衡となるので、調整タンク11f'内の圧力をあらかじめ目標の圧力としておくことにより、マウスピース10'の閉塞空間Ｓの圧力を目標の圧力に近い圧力とすることができる。
At this time, since the pressure in the closed space S of the
特に、調整タンク11f'の容積を圧力調整空間S'の容積と比較してきわめて大きくしておくことにより、調整タンク11f'の内部空間と圧力調整空間S'とを連通連結させた場合における圧力調整空間S'分の容積増加による影響をきわめて小さくすることができ、マウスピース10'の閉塞空間Ｓの圧力をほぼ目標の圧力とすることができる。
In particular, the pressure in the case where the internal space of the
その後、連通切替弁11d'を閉弁状態として、開閉弁50'及びリセット弁11h'を開弁状態とすることにより、マウスピース10'の閉塞空間Ｓの圧力と、圧力調整空間S'の圧力を大気圧に戻している。
Thereafter, the pressure of the closed space S of the
一方、加圧ポンプＰの代わりに真空ポンプを調整タンク11f'に連通連結して、調整タンク11f'内を大気圧よりも低い圧力とした場合には、調整タンク11f'の内部空間と圧力調整空間S'とを連通連結させることにより、動壁11a'がマウスピース10'の先端側に向けて突出しながら膨張するので、マウスピース10'の閉塞空間Ｓの圧力を低くすることができる。
On the other hand, when the vacuum pump is connected to the
上述した実施形態では、いずれも圧力可変機は可動壁を長手状のマウスピースの長手方向に沿って進退移動させているが、可動壁の移動方向は、マウスピースの長手方向に沿った方向に限定するものではなく、マウスピースの閉塞空間の容積を調整できればどのように進退移動させてもよい。 In each of the above-described embodiments, the pressure variable machine moves the movable wall forward and backward along the longitudinal direction of the longitudinal mouthpiece, but the moving direction of the movable wall is in the direction along the longitudinal direction of the mouthpiece. The present invention is not limited, and the mouthpiece may be moved back and forth as long as the volume of the closed space of the mouthpiece can be adjusted.
10 マウスピース
10a 太径部
10b 通気孔
11 圧力可変機
11a 可動壁
11b 電動シリンダ
11c ロッド
12 銜え片
20 圧力センサ
30 解析機
40 スピーカ
10 mouthpiece
10a Large diameter part
10b Vent
11 Pressure variable machine
11a movable wall
11b Electric cylinder
11c rod
12 Barking pieces
20 Pressure sensor
30 analyzer
40 Speaker
Claims (4)
このマウスピース内の圧力を検出して電気信号として出力する圧力センサと、
被験者に銜えさせた前記マウスピース内の圧力を外的に高めるまたは低める圧力可変機と、
この圧力可変機で前記マウスピース内の圧力を高めた際または低めた際に前記圧力センサから出力された前記電気信号の解析を行う解析機と
を有する気道系検査装置であって、
前記圧力可変機は、前記マウスピースの先端側の内部に進退自在に設けて前記マウスピースを閉塞させる可動壁と、この可動壁を進退操作する操作手段を備え、
前記可動壁で閉塞された前記マウスピース内の閉塞領域の容積を、前記可動壁を進出または後退させて調整することにより、前記マウスピース内の圧力を外的に可変とした気道系検査装置。 A cylindrical mouthpiece in which the subject holds the proximal end in his mouth,
A pressure sensor that detects the pressure in the mouthpiece and outputs an electrical signal;
A pressure variable machine that externally increases or decreases the pressure in the mouthpiece that is given to the subject;
An airway system inspection device having an analyzer for analyzing the electrical signal output from the pressure sensor when the pressure in the mouthpiece is increased or decreased with the pressure variable machine,
The pressure variable machine includes a movable wall provided inside the distal end side of the mouthpiece so as to be movable forward and backward, and closing the mouthpiece, and an operation means for operating the movable wall forward and backward.
An airway inspection apparatus in which the pressure in the mouthpiece is externally variable by adjusting the volume of the closed region in the mouthpiece closed by the movable wall by moving the movable wall forward or backward.
被験者に前記マウスピースを銜えさせたまま発声させた場合に前記圧力センサから出力された前記電気信号から音声の基本周波数を検出するとともに、
被験者に発声させながら前記圧力可変機により前記マウスピース内の圧力を高めまたは低めて、前記マウスピース内の圧力変化に対する前記基本周波数の変化率を算出することを特徴とする請求項１に記載の気道系検査装置。 In the analyzer,
While detecting the fundamental frequency of the voice from the electrical signal output from the pressure sensor when the subject is uttered while holding the mouthpiece,
2. The rate of change of the fundamental frequency with respect to a pressure change in the mouthpiece is calculated by raising or lowering the pressure in the mouthpiece by the pressure variable device while uttering a subject. Airway system inspection device.
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